Đồ án môn học tổng quan về bộ chỉnh lưu ba pha thyristor

Đồ án môn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D MỤC LỤC Chương : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.Tổng quan động điện chiều 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều 1.1.1.1 Phần tĩnh 1.1.1.2 Phần quay 1.1.2 Các thông số đinh mức 1.1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều 1.2 Phương trình đặc tính đặc tính điện động điện chiều 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều 1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi từ thơng kích từ động 1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng 1.4.Các đặc tímh hãm 1.4.1 Hãm tái sinh 1.4.2 Hãm ngược 1.4.3 Hãm động 1.5 Các đặc tính đảo chiều quay 1.6 Các tiêu chất lượng 1.6.1 Phạm vi điều chỉnh D 1.6.2 Độ trơn điều chỉnh φ 1.6.3 Sai số tốc độ 1.6.4 Mức độ phù hợp đặc tính tải cho phép đặc tính 1.6.5 Hướng điều chỉnh Chương : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR 2.1 Hệ chỉnh lưu thyristor động thyristor 2.1.1 Giới thiệu thyristor 2.1.2 Hệ chỉnh lưu thyristor 2.1.3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 2.2 Tổng quan chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều 2.2.1 Nguyên tắc để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều 2.2.2 Phương pháp điều khiển chung 2.2.3 Phương điều khiển riêng Chương : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Tính chọn mạch động lực 3.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor 3.1.2 Các thông số động 3.1.3 Tính chọn thyristor 3.1.4 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu 3.2 Giới thiệu mạch điều khiển 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2.2 Nguyên tắc điều khiển 3.2.2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 3.2.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TOÀN Trang Đồ án môn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D 3.2.3 Các khâu mạch điều khiển 3.2.3.1 Khâu đồng pha 3.2.3.2 Khâu so sánh 3.2.3.3 Khâu khếch đại 3.2.3.4 Khâu tạo xung chùm 3.2.4 Sơ đồ mạch điều khiển nguyên lý hoạt động 3.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho mạch động lực 3.3.1 Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ 3.3.2 Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn 3.3.3 Bảo vệ dòng cho van 3.3.4 Bảo vệ áp cho van 3.4 Thiết kế cuộn kháng lọc 3.4.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại 3.4.2 Xác định thành phần sóng hài 3.4.3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 3.4.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc Chương : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý 4.1 Nguyên lý làm việc mạch động lực 4.1.1 Khi động làm việc theo chiều thuận 4.1.2 Khi động làm việc theo chiều ngược 4.2 Nguyên lý làm việc mạch điều khiển 4.2.1 Nguyên lý ổn dịnh tốc độ điều chỉnh tốc độ 4.2.2 Khả hạn chế phụ tải 4.2.3 Quá trình đảo chiều động 4.2.4 Hãm dừng Chương : Mạch mơ GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TỒN Trang Đồ án môn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng đổi cơng nghiệp hoá đại hoá đất nước , vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào quy trình sản suất vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với phát số nghành điện tử , công nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển tự động hoá phát triển vược bậc Tự động hố quy trình sản suất phổ biến , thay sức lao động người , đem lại suất cao chất lượng sản phẩm tốt Hiện , hệ thống dây chuyền tự động nhà máy , xí nghiệp sử dụng rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng dây chuyền sản suất điều khiển điều chỉnh tốc độ động hay đảo chiều quay động để nâng cao suất Với hệ truyền động điện chiều ứng dụng nhiều yêu cầu điều chỉnh cao , với phát triển không ngừng kỹ thuật điện tử kỹ thuật vi điện tử Hệ truyền động chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động từ thông trở thành giải pháp tốt cho hệ thống có yêu cầu chất lượng cao Ở nước ta số dây chuyền nhập ngoại , với số lý khách quan số thiết bị có vấn đề cố phải nhờ đến chuyên gia nước Về việc thay điều khiển bước để hội nhập với phát triển chung khoa học kỹ thuật Trong trình nghiên cứu khơng thể tránh khỏi thiếu sót kính mong q thầy bảo để em hiểu thêm , có kiến thức định để phục vụ cho chuyên nghành sau GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TỒN Trang Đồ án môn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNH CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong thời đại ngày , hầu hết dây chuyền sản xuất cơng nghiệp tự động hố cách áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới Tuy động điện chiều coi loại máy quan trọng nghành công nghiệp , giao thông vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tục phạm vi rộng cán thép ,hầm mỏ ….Vì động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt 1.1.1 Cấu tạo : Động điện chiều gồm có hai phần : 10 Hình 1-1: Mặt cắt dọc động điện Cấu tạo: 1- võ máy ( gông từ ) 2- cực từ 3- dây quấn cực từ 4- cực từ phụ 5- dây quấn cực từ phụ 6- dây quấn phần ứng 7- lõi sắt phần ứng 8- rãnh phần ứng 9- phần ứng GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TỒN Trang Đồ án mơn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D 10- má cực từ 1.1.1.1 Phần tĩnh ( stator ) : phần đứng yên máy , bao gồm phận sau : Cực từ : phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cự từ và dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm nhữnh thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại tán chặt Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối nối tiếp vói -Cực từ phụ : cực từ phụ đặt tự từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ dược gắn vào võ nhờ bulông -Gông từ : gông từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ , đôngf thời làm võ máy Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có máy điện nhỏ dùng gang làm võ máy -Các phận khác :nó gồm có phận + Nắp máy : để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa , nắp máy cịn có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợp nắp thường làm gang + Cơ cấu chổi than : Để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt kên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chổ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại 1.1.1.2 Phần quay ( roto ) :Đây phần quay ( động ) động gồm có phận sau Lõi sắt phần ứng : Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện ( thép hợp kim silic ) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng hai lớp mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào + Trong máy cỡ trung bình trở lên ,người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo lỗ thơng gió dọc trục + Trong máy lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ Giũa đoạn có đẻ khe hở gọi khe thơng gió ngang trục máy làm việc , gió thổi qua khe làm nguội dây quấn lõi sắt + Trong máy điện nhỏ , lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Dây quấn phần ứng : Là phần sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn , thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn cách điện cẩn thận vói rãnh lõi thép Để tránh bị văng lực li tâm , miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt dây quấn Nêm làm tre ,gỗ hay bakelit Cổ góp : Cổ góp cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều ,dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TỒN Trang Đồ án mơn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Kết cấu cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình nhạn cách điện vói lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm hợp thành hình trụ trịn Hai đầu trụ trịn dùng hai vành ốp hình chử V ép chặt lại Giũa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đi vành góp có cao lên tí để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dể dàng - Các phận khác : Gồm có cánh quạt trục máy + Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánh quạt lắp trục máy ,khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào máy Gió qua vành góp , cực từ , lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồi làm nguội máy + Trục máy : Là phần đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp , cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 1.1.2 Các thông số định mức Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà xưỡng chế tạo qui định Chế độ đặt trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi đai lượng sau : Công suất định mức Pdm ( kw hay w ); Điện áp dịnh mức Udm ( V ) ; Dòng điện định mức Idm ( A ) ; Tốc độ định mức ndm ( vg/ph ) ; Ngồi cịn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dịng điện kích từ số liệu dòng điện sử dụng …… Cần ý công suất định mức động công suất đưa đầu trục động 1.1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều ; - Động điện chiều máy điện biến đổi lượng điện dòng chiều thành Trong trình biến đổi , phần lượng dòng xoay chiều bị tiêu tán tổn thất mạch phần ứng mạch kích từ , phần lại lượng biến thành trục động - Khi có dịng điện chiều chạy vào dây quấn kích thích dây quấn phần ứng sinh từ trường phần tĩnh Từ trường có tác dụng tương hổ lên dịng điện dây quấn phần ứng tạo mơmen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ có vành đổi chiều nên dịng điện xoay chiều chỉnh lưu thành dòng chiều đưa vào dây quấn phần ứng Điều làm cho lực từ tác dụng lên dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều làm động quay theo hướng - Cơng suất ứng vói mơmen điện từ đưa động gọi công suất điện từ : Pdt = M ω = Eư Iư ; (1-1) Trong : M : mơmen điện từ ; Iư : Dịng điện phần ứng ; Eư : Suất điện động phần ứng ; ω : Tốc độ góc phần ứng ; 2.π n ω = ; 60 GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TOÀN Trang Đồ án môn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D 1.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ ĐIỆN CỦA ĐM ĐL ; Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắt song song vói mạch phần ứng , lúc động gọi động kích từ song song + – Uư I kt Iư C R kt E ktf Rf ← Hình 1-2 : Sơ đồ nối dây động kích từ song song ; Khi nguồn điện có cơng suất khơng đủ lớn mạch phần ứng kích từ mắt vào hai nguồn chiều độc lập , lúc động gọi kích từ độc lập _ + Uư Iư E Rf ← I kt C R kt U + kt kt _ Hình 1-3 : Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Do thực tế đặc tính động điện kích thích độc lập kích thích song song giống , nên ta sét chung đặc tính đặc tính điện động điện kích từ độc lập -Theo sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập hình (2-2) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng chế độ xác lập sau : GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TOÀN Trang Đồ án môn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Uư = E + (Rư + Rf).Iư ; (1-2) Trong : Uư :Điện áp phần ứng ( V ) ; E : Suất điện động phần ứng ( V ) ; Rf : Điện trở phụ mạch phần ứng ( Ω ) ; Rư :Điện trở phần ứng (Ω ) ; Với Rư = rư + rcf + rcb + rtx ; Trong : rư : Điện trở dây phần ứng (Ω) ; rcf : Điện trở cực từ phụ (Ω) ; rcb : Điện trở cuộn bù (Ω) ; rtx : Điện trở tiếp xúc chổi điện (Ω) ; Sức điện động E phần ứng động xác định theo biểu thức : P.N E= 2.π a Φ ω = KΦ ω (1-3) Trong : P : Số đơi điện cực ; N : Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng , a : Số mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng , ω : Tốc độ góc ( rad/s) ; Φ : Từ thơng kích từ cực từ ( Wb ) ; P.N 2.π a : Hệ số kết cấu động Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) E = Kc.Φ.n 2.π n n ω= = 9,55 ; 60 K P N 9,55 Φ.n = 0,105K.Φ.n ; Vì : Eư = 60 a Φ.n = Kc.Φ.n = Trong : Kc : Hệ số sức điện động động Từ phương trình ta có : Đặt K = U ω ỈR , +R f − u = K.φ K.φ Iư (1-4) , u¿ Đây phương trình đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập Mặt khác ta có mơmen điện từ động chế độ xác lập xác định theo biểu thức : Mdt = K.Φ.Iư ; (1-5) M U ω dt Suy Iư = K φ u , , thay Iư vào (1-4) ta có − R , +R u f = K φ ( K φ) Mdt ; (1-6) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất ma sát ổ trục ta coi mômen trục động mômen điện từ ký hiệu M : GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TỒN Trang Đồ án mơn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Mdt = Mco = M ; U 7) ω Ru, + Rf Suy : ω = K φ − (K φ)2 M ; u, (1- Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập - Có thể biểu diễn phương trình đặc dạng khác =ω0-∆ω ; (1-8) U u, Trong : ω0 = ; Gọi tốc độ không tải lý tưởng R ,+ R R, ∑ f u u (K.φ) ∆ω = φ )2 M :Gọi độ sụt tốc M = (K Giả thiết phần ứng bù đủ từ thông động Φ = const , phương trình đặc tính điện (1-4) phương trình đặc tính (1-7) tuyến tính Đồ thị chúng biểu diễn đồ thị đường thẳng Nếu xét đến tất tổn thất : M co = Mdt ± ∆M ; K φ ω ω0 ωd m Id m In m Hình 1- : Đặc tính điện động chiều kích từ độc lập U Theo đồ thị Iư = M = ta có : ω = ω0 = đạt tốc độ không tải lý tưởng Cịn ω = ta có : U K φ u, , lúc động u, R + R I = u, f = Inm ; (1-9) Và M = K.Φ.Inm =Mnm ; (1-10) GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TỒN Trang Đồ án mơn học THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG HỆ T-D Với Inm , Mnm : Gọi dòmg điện ngắn mạch mômen ngắn mạch ω ω ω dm M M dm nm M Hình 1- : Đặc tình động điện chiều kích từ độc lập 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CỦA ĐMĐL ; Từ phương trình đặc tính (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến phương trình đặc tính từ thơng , điện áp phần ứng , điện trở phần ứng động thay đổi tham số ta thay đổi tốc độ mômen động theo ý muốn Do phương trình đặc tính phụ thuộc vào ba tham số ,tương ứng với ta có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động 1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động ĐMdl cách thay đổi điện trở phụ Rf Giả thiết Uư = Udm = const Φ = Φdm = const Ta có phương trình đặc tính tổng quát : U − Ru, +Ru' f K φ (K φ)2 M u, ω= hay ω = ω0 - ∆ω ; U u, Tốc độ không tải lý tưởng : ω0 = K φ Độ cứng đặc tính : ( K φdm) ΔM +R β = Δω = – R , f 11) 12) = const ; (1- u ; (1- Muốn thay đổi tốc độ động ta thay điện trở phần ứng cách mắt thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động Khi thay đổi điện trở phụ R f tốc độ GVHD: TH.S NGUYỄN ĐĂNG TOÀN Trang 10