thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng thyristor

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Quy Nhơn Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên : Trần Duy Sơn Khoá : K 27 Khoa : Kỹ Thuật & Công Nghệ Ngành học : Kỹ thuật điện I. Đầu đề thiết kế: Thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng Thyristor. II. Các số liệu ban đầu: Động cơ không đồ bộ xoay chiều ba pha có các thông số sau: Công suất định mức : P đm = 27 KW. Tần số định mức : f đm = 50 Hz. Điện áp định mức : U đm = 220/380V. Tốc độ định mức : n đm = 975( vg/ph). Hệ số góc định mức : cosφ đm = 0,83. Hiệu suất : η đm = 0,94. Tỷ số : 2,4. kd kd dm M M λ = = ax ax 2,6. m m dm M M λ = = III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Khái quát về động cơ không đồng bộ. Thiết kế mạch động lực. Thiết kế mạch điều khiển, bảo vệ. Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 1 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor IV. Các bản vẽ đồ thị ( ghi rõ các loại bản vẽ, về kích thước bản vẽ ) - - - - VI. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế : Ngày …Tháng …Năm 2009 VII. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: Ngày …Tháng …Năm 2009 CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Ký, ghi rõ họ tên ) ( Ký, ghi rõ họ tên ) T.S: NGUYỄN NGỌC MỸ TH.S: NGUYỄN THÁI BẢO Kết quả điểm đánh giá: Quá trình thiết kế: Bảo vệ thiết kế: Quy Nhơn, ngày … tháng ……năm 2009 Chủ tịch hội đồng ( Ký và ghi rõ họ tên ) Sinh viên thực hiện ( Ký và ghi rõ họ tên ) Trần Duy Sơn Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 2 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor LỜI NÓI ĐẦU Động cơ không đồng bộ ba pha là một thiết bị điện được sử dụng rất phổ biến trong mọi lĩnh vực sản xuất và đời sống, thay cho các động cơ khác vì nó có nhiều ưu điểm như khởi động đơn giản, rẻ tiền và kích thước gọn nhẹ, vận hành tin cậy, nhất là loại rôto lồng sóc ( như quạt gió, bơm nước, truyền động để di chuyển các băng tải sản xuất…). Nhược điểm của nó là đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây với các phương pháp điều khiển, mở máy động cơ không đồng bộ còn gặp nhiều khó khăn và hạn chế. Bởi vì các thiết bị điều khiển còn thô sơ, đơn giản, nên động cơ không đồng bộ này phải nhường chổ cho động cơ điện một chiều. Ngày nay với sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền động cộng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật như vi xử lý, điện tử công suất nên đã hạn chế được nhược điểm trên, đưa động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến. Nhằm nâng cao năng suất cũng như tự động hoá trong quá trình sản xuất, đã góp phần đáng kể vào mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Do vai trò của động cơ không đông bộ là quan trọng nên em chọn đề tài “Thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng Thyristor” là một đề tài khó nhưng rất thực tiện và phổ biến đòi hỏi sự am hiểu nhất định trong lĩnh vực điện tử cũng như máy điện. Trong quá trình thiết kế được sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của Thạc sỹ: Nguyễn Thái Bảo và các thầy cô giáo có kinh nghiệm trong khoa: Kỹ Thuật - Công Nghệ - Trường Đại Học Quy Nhơn. Em đã hoàn thành “Đề Tài Tốt Nghiệp”. Đề tài gồm có bốn phần sau đây: Phần I: Khái quát động cơ không đồng bộ ba pha. Giới thiệu sơ lược về động cơ không đồng bộ. Các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính cơ của động cơ không đồngbộ. Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ. Phần II: Chọn mạch động lực. Chọn, tính toán các thông số và bảo vệ mạch động lực. Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 3 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor Tính toán các đặc tính của động cơ. Tính toán các thông số điều khiển. Phần III: Chọn và tính toán mạch điều khiển. Các mạch điều khiển cơ bản. Tính toán các thông số của mạch điều khiển. Phần IV: Thiết kế tủ điện. Mặc dù bản thân em đã có nhiều cố gắng, nổ lực nhưng do thời gian hạn chế và kiến thức còn thiếu không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy, cô tận tình chỉ bảo để cho Đề Tài được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn các tác giả, các thầy, cô giáo, các kỹ sư, bạn bè, đặc biệt là Thạc Sỹ: Nguyễn Thái Bảo đã tận tình giúp đở em hoàn thành Đề Tài này. Sinh Viên Thực Hiện Trần Duy Sơn MỤC LỤC Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor Trang Lời nói đầu. 3 - 4 PHẦN I KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I. Cấu tạo và đặt điểm của động cơ không đồng bộ. 9 I.1. Cấu tạo: 9 I.1.1.Cấu tạo phần tĩnh ( stato ). 9 I.1.1.1. Võ máy. 9 I.1.1.2. lõi sắt. 9 – 10 I.1.1.3.Dây quấn. 10 I.1.2.Cấu tạo phần quay ( Rôto ). 10 I.1.2.1. Trục. 10 I.1.2.2. Lõi sắt. 10 I.1.2.3. Dây quấn Rôto. 10 I.1.2.4. Khe hở. 11 I.2. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ. 11 – 12 I.3. Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ. 12 I.4. Cách đấu dây của động cơ. 12 I.5. Vai trò của động cơ không đồng bộ. 14 II. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ. 14 – 17 III. Các phương pháp cơ bản của động cơ không đồng bộ. 17 III.1. Các đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ. 17 III.1.1. Phương trình đặc tính cơ. 17 – 24 III.2. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của ĐCKĐB 24 – 25 III.2.1. Ảnh hưởng của điện áp nguồn cung cấp cho động cơ. 25 – 26 III.2.2. Ảnh hưởng của tần số lưới điện f 1 cấp cho động cơ. 26 – 27 Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 5 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor III.2.3. Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato. 27 – 28 III.2.4. Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato. 28 – 29 III.2.5. Ảnh hưởng số đôi cực p. 29 – 30 III.3. Mở máy động cơ không đồng bộ. 30 III.3.1. Quá trình mở máy động cơ không đồng bộ. 30 III.3.2. Các phương pháp mở máy động cơ ba pha. 31 III.3.2.1. Phương pháp mở máy trực tiếp động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc. 31 – 32 III.3.2.2. Phương pháp hạ điện áp mở máy. 32 III.3.2.2.1. Phương pháp nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato.32 – 33 III.3.2.2.2. Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu giảm điện áp mở máy. 33 – 34 III.3.2.2.3. Phương pháp mở máy bằng phương pháp Y – Δ. 34 – 35 III.3.2.2.4. Phương pháp mở máy bằng cách nối thêm điện trở phụ vào mạch Rôto. 36 – 37 III.3.2.2.5. Phương pháp mở máy nhờ linh kiện bán dẫn. 37 III.3.2.2.6. Phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ lợi dụng hiệu ứng ngoài ở dây quấn Rôto lồng sóc. 38 – 41 PHẦN II TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC I. Chọn mạch động lực 42 I.1. Sơ đồ điều chỉnh điện áp. 42 – 43 I.2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp. 43 – 46 I.3. Sơ đồ động lực và nguyên lý hoặc động. 46 - 48 II. Tính toán mạch động lực. 48 II.1. Chọn Tiristor cho mạch động lực. 48 – 49 II.2. Tính chọn bảo vệ cho van. 49 II.2.1. Bảo vệ quá dòng cho van. 49 – 50 Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 6 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor II.2.2. Bảo vệ quá áp cho van. 51 – 52 II.2.3. Bảo vệ quá nhiệt cho van. 52 – 54 II.2.4. Chọn thiết bị đóng cắt. 54 – 55 III. Tính toán các đặc tính. 55 III.1. Đặc tính tự nhiên. 55 – 59 III.2. Tính toán điện áp lúc đầu đặt lên động cơ. 59 – 62 III.3. Tính toán góc mở α ứng với các trường hợp. 62 – 64 III.4. Các thông số điều khiển. 64 – 66 PHẦN III CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN I. Chọn mạch điều khiển. 67 I.1. Nguyên lý điều khiển. 67 I.1.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. 67 – 68 I.1.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos. 68 I.2. Cấu trúc mạch điều khiển. 68 – 69 I.2.1. Khâu đồng pha. 69 I.2.1.1. Khâu đồng pha dùng tụ và Diod. 69 – 71 I.2.1.2. Khâu đồng pha dùng Transistor và tụ. 71 – 72 I.2.1.3. Khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán. 72 – 74 I.2.1.4. Khâu đồng pha dùng Transistor quang và khuếch đại thuật toán. 74 – 75 I.2.1.5. Khâu đồng pha tạo điện áp tựa cả chu kỳ. 76 – 77 I.2.2. Khâu so sánh. 77 I.2.2.1. Khâu so sánh dùng Transistor. 78 – 79 I.2.2.2. Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán. 80 – 81 I.2.3. Khâu khuếch đại tạo xung. 81 – 84 I.2.3.1. Sơ đồ phát xung chùm dùng vi mạch 555. 84 – 85 I.2.3.2. Sơ đồ tạo xung chùm đa hài dùng khuếch đại thuật toán. 85 – 87 Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 7 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor I.2.4. Chọn mạch điều khiển. 87 I.2.4.1. Khâu đồng pha. 87 I.2.4.2. Khâu so sánh. 87 I.2.4.3. Khâu khuếch đại tạo xung. 87 – 93 II. Tính toán thông số mạch điều khiển. 93 – 94 II.1. Tính toán máy biến áp xung. 94 II.1.1.Tính toán lõi thép máy biến áp xung. 94– 96 II.1.2. Tính toán dây quấn máy biến áp xung. 96 – 99 II.2. Chọn linh kiên cho mạch điều khiển. 99 II.2.1. Điod. 99 II.2.2. Chọn cổng AND. 99 II.2.3. Chọn khuếch đại thuật toán. 100 II.3. Tính toán thông số mạch điều khiển. 101 II.3.1.Tính thông số khâu khuếch đại. 101– 103 II.3.2. Tính thông số mạch tạo xung chùm. 103– 104 II.3.3. Tính thông số tích phân mở chậm. 104– 105 II.3.4. Tính thông số khâu so sánh. 106 II.3.5. Tính thông số khâu đồng pha. 107– 109 PHẦN IV THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN I. Các nguyên tắc bố trí thiết bị. 110 II. Chất lượng mĩ thuật phải đảm bảo những yêu cầu. 110– 112 III. Các ký hiệu của tủ điện. 112– 113 PHẦN I KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I. Cấu tạo và đặt điểm của động cơ không đồng bộ: Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 8 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor I.1. Cấu tạo: Động cơ không đồng bộ gồm hai phần chính: phần tĩnh và phần quay. 1 2 3 4 5 6 Trong đó: 1) Quạt làm mát 2) Hộp đấu dây 3) Võ máy 4) Stato 5) Chân đế lắp cố định 6) Rôto Hình1-1: Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. I.1.1: Cấu tạo phần tĩnh ( stato ): Gồm võ máy, lõi sắt và dây quấn I.1.1.1. Võ máy: Võ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ và không dùng để dẫn từ. Đối với máy có công suất lớn (1000KW) thường dùng thép tấm hàn lại thành võ. I.1.1.2. Lõi sắt Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35mm đến 0,5mm ghép lại. Lõi sắt là phần dẫn từ vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rãnh để đặc dây quấn. Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 9 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor stato a b c Hình 1-2: a/. Mặt cắt ngang của stato b/. lá thép kỹ thuật điện c/. Stato của động cơ không đồng bộ I.1.1.3. Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây dẫn bọc cách điện ( dây điện từ ) được đặt trong rãnh của lõi sắt. Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120 0 điện. I.1.2. Cấu tạo phần quay ( Rôto ): I.1.2.1. Trục: Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt rôto. I.1.2.2. Lõi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục. I.1.2.3. Dây quấn rôto: Gồm hai loại: loại rôto dây quấn và loại rôto ngắn mạch ( còn gọi là rôto lồng sóc ) * Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn rôto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Các động cơ công suất trung bình trở lên thường dùng dây quấn kiểu song hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn rôto chặc chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn rôto thường Sinh viên thực hiên. Trần Duy Sơn Trang 10 [...]... động cơ không đồng bộ: III.1 Các đặc tính cơ bản của động cơ không đồng bộ III.1.1 Phương trình đặc tính cơ: Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta sử dụng sơ đồ thay thế Trên hình 1-6 là sơ đồ thay thế 1 pha của động cơ không đồng bộ Khi nghiên cứu ta đưa ra một số giả thiết sau đây: Ba pha của động cơ là đối xứng Các thông số động cơ là không đổi nghĩa là không phụ thuộc... trượt P không thay đổi Vậy ta có đường đặc tính cơ trong trường hợp này ω1 = Trong khi đó tốc độ đồng bộ: ω 1 S ω 1 Uđm TN MC1 Sthđm U3 0 Mnm3 MC2 U2 Mnm2 Mnm U1 M Hình 1-12: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi giảm điện áp cấp cho động cơ Sinh viên thực hiên Trần Duy Sơn Trang 25 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor Vậy khi giảm điện áp cấp cho động cơ làm cho Mth... bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor ω ω S R2 ω12 P2 ωp2 P1 R1 ω11 ωp1 0 M M 0 a) M b) Hình1.16: Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực của động cơ không đồng bộ a) Thay đổi số đôi cực với P2 = P1/2 và Mth = const b) Thay đổi số đôi cực với P2 = P1/2 và P1 = const III.3 Mở máy động cơ không đồng bộ: III.3.1 Quá trình mở máy động cơ không đồng bộ: Trong quá trình mở máy động cơ không đồng bộ, mômen... nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor m2 = 3 : số pha của dây quấn rôto Vì P2’ < Pdt do đó n < n1 Công suất cơ của P2 đưa ra nhỏ hơn P2’ vì tổn thất trên trục động cơ và các tổn thất phụ khác: Do vậy: P2 = P2' − ∆Pc − ∆Pf ( 1 – 13 ) Trong đó: ∆Pc : tổn hao cơ ∆Pf : tổn hao phụ khác Hiệu suất của động cơ: η= P2 = ( 0,8 ÷ 0,9) P1 ( 1 – 14 ) III Các phương trình cơ bản của động cơ không. .. để đảm bảo đủ Mmm cho động cơ và tốc độ làm việc của động cơ không vượt quá giá trị cực đại cho phép ωmax bị hạn chế bởi độ bền cơ khí của động cơ Khi f1 < f1đm tức là khi f1 giảm ta có: Khi f1 giảm → ω1 giảm → Sth tăng → Mth tăng→ Xnm giảm Ta có đặc tính cơ trong 2 trường hợp Sinh viên thực hiên Trần Duy Sơn Trang 26 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor ω ω11 f11... độ đồng bộ ứng với Mc = 0 p Đây là phương trình biểu thị mối quan hệ M = f(s) = f [s( ω )] gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều ba pha SthF 0 MthF ω1 ω=0 SthĐ MthĐ S =1 Hình 1- 9: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB Sinh viên thực hiên Trần Duy Sơn Trang 21 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor Với những giá trị khác nhau của s ( 0 ≤ s ≤ 1 ) sẽ cho. .. của stato ( n < n1) Sinh viên thực hiên Trần Duy Sơn Trang 11 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor Trong đó: n : Tốc độ quay của rôto n1: Tốc độ quay từ trường quay của stato ( tốc độ đồng bộ của động cơ ) I.3 Những đại lượng ghi trên động cơ không đồng bộ: Công suất định mức Pđm là công suất cơ hay công suất điện máy đưa ra Điện áp định mức Uđm và dòng điện định mức... cuối của pha kia Cách nối tam giác không có dây trung tính R Nguồn 1 A B C Hộp đấu dây Z X Y Hình 1-5: Hộp đấu dây quấn stato theo hình tam giác Trong cách nối tam giác Ud = Up Id = 3 Ip Khi đó điện áp vào mỗi dây quấn là 220v Sinh viên thực hiên Trần Duy Sơn Trang 13 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor I.5 Vai trò của động cơ không đồng bộ: Máy điện không đồng bộ là... tính cơ của động cơ không đồng bộ được biểu diễn ở H.1- 9 1 A 2 ω th K TN (Rf = 0) Sth B 0 Rf ≠ 0 Mđm Mth H.1-11: Đặc tính cơ của động cơ KĐB Đoạn đặc tính cơ AK gần thẳng và cứng, trên đoạn này mômen tăng thì tốc độ động cơ giảm Do đó động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ làm việc ổn định III.2: Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của động cơ KĐB: Từ phương trình đặc tính cơ (1 – 27) của động. .. hộp dây trên vỏ động cơ Cách đấu 6 đầu dây như thế nào để điện áp vào động cơ luôn là định mức - Động cơ ba pha có điện áp định mức cho mỗi pha dây quấn là 220V ( UP = 220V ), trên nhãn động cơ ghi là ∆ /Υ 220V/380V Nếu động cơ làm việc ở mạng điện có U d = 380V, thì động cơ phải đấu theo hình sao (Y) Muốn nối hình sao ta nối ba điểm cuối của pha với nhau tạo thành điểm trung tính Ba điểm đầu nối . Kỹ thuật điện I. Đầu đề thiết kế: Thiết kế bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha bằng Thyristor. II. Các số liệu ban đầu: Động cơ không đồ bộ xoay chiều ba pha có các thông số sau: Công. quát động cơ không đồng bộ ba pha. Giới thiệu sơ lược về động cơ không đồng bộ. Các yếu tố ảnh hưởng đến các đặc tính cơ của động cơ không đồngbộ. Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ. Phần. tốt nghiệp Thiết kế bộ khởi động cho ĐCKDB ba pha bằng Thyristor I.5. Vai trò của động cơ không đồng bộ: Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết cấu