Nghiên cứu tính toán thiết kế mạch lực thiết kế và tính toán mạch điều khiển

Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung .4 1.2 Sơ đồ thay động không đồng .5 1.3 Phương trình đặc tính 1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng pha 10 1.4.1 Điều chỉnh cách thay đổi số đôi cực từ 10 1.4.2 Điều chỉnh cách thay đổi tần số nguồn cấp 11 1.4.3 Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động .12 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 14 2.1 Thiết kế mạch lực 14 2.1.1 Sơ đồ mạch lực với đầy đủ phần tử bảo vệ 14 2.2 tính tốn lựa chọn phần tử mạch 15 2.2.1 tính tốn chọn van IGBT Diode 15 2.1.2 Tính Rư Eư L chế độ định mức .16 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN .21 3.1 Đặc điểm hệ điều khiển phần nghịch lưu .21 3.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 21 3.3 Nguyên tắc điều khiển 21 3.3.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 22 3.3.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arccos 22 3.4 Các khâu mạch điều khiển 24 3.4.1 Khâu tạo xung tam giác .24 3.4.2 Khâu so sánh 25 3.4.3 Bộ trộn xung 26 3.4.4 Khâu tạo điện áp điều khiển 27 3.4.5 Khâu khuếch đại xung máy biến áp 30 4.1 Giới thiệu phần mềm mô điện tử công suất PSIM 31 4.2 Tổng quan phần mềm PSIM 31 4.3 Mô mạch lực mạch điều khiển 32 4.1.3 Kết mô 35 Tài liệu tham khảo 39 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 1.1 Giới thiệu chung Hiện nay, xã hội đại, nhiều nhà cao tầng mọc lên, đường ngầm, hầm ngầm, máy, hầm mỏ khai thác cần có hệ thống thơng gió Vì quạt thơng gió thiết bị cần thiết phổ biến Các loại quạt có cơng suất 200 kW sử dụng loại động không đồng rôto ngắn mạch ( rôto lồng sóc) mở máy trực tiếp hay gián tiếp qua phần tử hạn chế mạch stato Hiện điện sử dụng sản xuất dân dụng điện xoay chiều pha để đơn giản, tin cậy, giá thành rẻ mà đáp ứng yêu cầu quạt gió ta sử dụng động khơng đồng rơto lồng sóc với tốc độ quay rơto khác tốc độ quay từ thông tạo điện lưới Vấn đề điều chỉnh tốc độ quay động khơng đồng cịn chưa giải triệt xem xét phương pháp điều chỉnh tốc độ quạt gió đồ án Có thể phân quạt gió làm nhiều loại sau: + Theo nguyên lý làm việc: - Quạt ly tâm : Dịch chuyển dịng khơng khí mặt phẳng vng góc với trục quay quạt - Quạt hướng trục : Dịch chuyển dịng khơng khí song song với trục quay quạt + Theo áp suất: - Quạt áp lực thấp: P < 100mmH20 - Quạt áp lực vừa : P = 100  400mmH20 - Quạt áp lực cao: P > 400mmH20 + Theo mục đích sử dụng: - Quạt khơng khí - Quạt khói + Theo tốc độ chạy quạt: - Quạt cao tốc : > 1500 v/p - Quạt tốc độ trung bình : 800  1400 v/p - Quạt tốc độ chậm : 500  700 v/p Tuy nhiên tất động quạt động khơng đồng Động khơng đồng có kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên sử dụng rộng rãi Nhưng nhược điểm chúng điều chỉnh tốc độ khống chế q trình q độ khó khăn 1.2 Sơ đồ thay động không đồng Khi nghiên cứu ta đưa giả thiết sau : +)Ba pha động đối xứng +) Các thông số động không đổi, nghĩa không phụ thuộc vào nhiệt độ, tần số dịng điện rơto, mạch từ khơng bão hồ Nên điện kháng X1, X2 khơng đổi +) Dịng điện từ hố khơng phụ thuộc vào tải mà phụ thuộc vào điện áp đặt stato động +) Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất lõi thép +) Điện áp lưới hoàn toàn sin đối xứng ba pha Trong sơ đồ : U1 : Trị số hiệu dụng điện áp pha stato I0, I1, I2: Các dòng điện từ hoá, stato roto quy đổi stato X0, X1, X'2: Điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tản stato rôto quy dổi stato Hình 1.1: Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập s : Độ trượt động : s = 1 −  1 1 : Tốc độ từ trường quay tốc độ đồng 1 = 2f1 p f1 : Tần số điện áp nguồn đặt vào stato  : Tốc độ góc động Từ sơ đồ thay ta có :  I1=U1    + R2 + X   R2' (R1 +) + X s nm    (1)    Trong : Xnm=X1+ X'2: Điện kháng ngắn mạch Biểu thức (1) phương trình đặc tính dịng điện stato Khi  = 0, s = I1 = Inm Khi  =  U1 , s =1 I1= R2 + X = I0 00 I1nm : dòng điện ngắn mạch stato I0 : Dịng điện từ hố có tác dụng tạo từ trường quay động quay vớitốc độ đồng Ta tìm dòng điện roto qui đổi stato I'=I' 1.3 = U (R + R / s) + X 2nm ' 12 (2) nm Phương trình đặc tính Để tìm phương trình đặc tính ta dựa vào điều kiện cân công suất động Công suất điện từ chuyển từ stato sang roto : P12=Mđt  Mđt : mô men điện từ động Bỏ qua tổn thất phụ : Mđt= Mcơ = M Cơng suất chia làm hai phần : Pcơ : Công suất đưa trục động P2 : Công suất tổn hao đồng rôto P12 = Pcơ + P2 M  = M  +P2 Do : P2 = M.(  -  ) = M  s Mặt khác : P2 = 3.I '2 R ' '2 3.I2 M= Từ ta có : M= 1 R ' s 3.U12.R2'   R'  + X .s  R. 2 +  (3)  s  nm  Xác định cực trị cách tính: dM ds = Từ suy : sth = R' R 12 + X2 nm U Mth = 2.1.(R1 + (4) 1f R 12 + X2 nm ) Thay (3) vào (4) ta có : M = Mth (1 + a.sth ) s sth + a.sth + s sth Trong : a = R1 ' R2 S Sth Mth M Hình 1.2 : Đặc tính động khơng đồng Từ phương trình đặc tính ta thấy thơng số ảnh hưởng tớiđặc tính cơ: - ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato - ảnh hưởng điện trở mạch rôto - ảnh hưởng điện áp lưới cấp cho động ảnh hưởng tần số lưới cấp cho động f1 - Trong trường hợp ứng dụng động KĐB vào thực tế mà có đường đặc tính khác loại tải Công thức tổng quát: Mc = Mco + (Mđm – Mco)(/đm) Mc : Momen ứng vớitốc độ  Mđm, Mco : mômen ứng vớitốc độ định mức ứng với=0  = 0, Mc = Mđm = const _ cấu nâng hạ tải(đường1)  = 1, Mc tỉ lệ bậc với -> gặp  = 2, Mc tỉ lệ bậc haivới -> trường hợp máy bơm quạt gió (đường 3)  = 1, Mc tỉ lệ nghịch với -> máy cuộn giấy  đ Hình 1.3: Đặc tính động ứng với trường hợp Trong đồ án này, ta nghiên cứu động khơng đồng quạt gió, tức đường đặc tính số (3) đồ thị Quạt gió thiết bị sử dụng rơto lồng sóc, thường dùng độc lập để thơng thống khí cho nhà riêng, xưởng sản xuất, đặc biệt hầm mỏ, tuỳ trường hợp mà có cơng suất khác Do Uđk > Utựa Ura = -Ubh Uđk > Simulation Control Biểu tường đồng hồ ra, đặt vào vị trí tùy ý khung, hộp thoại Time Step bước thời gian tính tốn, Total Time tổng thời gian bạn muốn chương trình chạy mơ phỏng, đơn vị giây Đó thơng số quan trọng Việc đặt Time Step Total Time cần phù hợp với mạch Time Step nhỏ mô xác đường đồ thị mịn, nhiên chọn Time Step nhỏ Total Time lớn thời gian chạy lâu CHọn xong thông số mô phỏng, ta chạy mô cách: Simulate >> Run Simulation Chương trình PSIM Simulation chạy sau SIMVIEW tự động chạy cưa]r sổ chương trình SIMVIEW Nếu khơng ra, ta vào Simulate >> Run SIMVIEW Cửa sổ SIMVIEW với hộp thoại, hộp thoại có đại lượng hiển thị, ta muốn hiển thị đồ thị chọn đại lượng ấn Add, sau OK Tên đại lượng để mặc định, ta phải đặt lại tên theo ý muốn để dễ theo dõi cách click đúp đặt lại tên phần tử PSIM Schematic Cần lưu ý là, đại lượng có giá trị khác nhau, hieenrcungf hệ trục tọa độthì khơng nhìn thấy đồ thị đại lượng nhỏ, để quan sát đầy đủ, ta nên hiển thị đồ thị khác hệ trụ tọa độ khác cách: Screen >> Add Screen Muốn thêm hay bớt đồ thị Screen nào, ta click chuột vào khu vự Screen đó, muốn dấu màu đỏ góc phải Screen, đánh dấu Screen chọn, sau dùng lệnh Screen >> Add/Delete Curve 4.3 Mô mạch lực mạch điều khiển Cài đặt thông số cho Simulation Control: Cài đặt thông số cho Simulation Control: - Time Step: 1E-0.05 - Total Time: 0.04 Cài đặt thông số Udk - Xét chế độ định mức tải động cơ: Ở chế độ quay thuận 4.3.1 Mô mạch lực T1 I2 I3 V A I6 T3 V Vout1 Vout2 VVout3 IM A T5 A Hình 4.2 Mô mạch lực VDC2 4.3.2 Mô mạch điều khiển Hình 4.3 Mơ tổng thể sơ đồ mạch 4.1.3 Kết mơ Hình 4.4 Đồ thị khâu phát xung Hình 4.5 Đồ thị khâu tạo xung cưa Hình 4.6 Đồ thị khâu so sánh Hình 4.7 Đồ thị điện áp điều khiển Hình 4.8 Đồ thị khâu tạo xung chùm Hình 4.9 Đồ thị điện áp điều khiển cấp cho IGBT1 Hình 4.10 Đồ thị điện áp điều khiển cấp cho IGBT3 Hình 4.11 Đồ thị điện áp điều khiển cấp cho IGBT5 Hình 4.12 Đồ thị điện áp điều khiển cấp cho IGBT2 Hình 4.13 Đồ thị điện áp điều khiển cấp cho IGBT4 Hình 4.13 Đồ thị điện áp điều khiển cấp cho IGBT6 Hình 4.14 Đồ thị điện áp tải Hình 5.13 Đồ thị dịng điện tải Tài liệu tham khảo: 1, Phân tích giải mạch điện tử công suất: Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1997 2, Điện tử công suất lý thuyết, thiết kế, ứng dụng: Lê Văn Doanh Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 3, Điện tử công suất: Nguyễn Bính Nhà xuất Giáo dục, 2000 4