Loại máy điện quay đơn giản nhất là loại máy điện không đồng bộ (dị bộ). Máy điện dị bộ có thể là loại một pha, hai pha hoặc ba pha, nhưng phần lớn máy điện dị bộ ba pha, có công suất từ một vài W tới vài MW, có điện áp từ 100V đến 6000V. Căn cứ vào cách thực hiện rô to, người ta phân biệt hai loại: loại có rô to ngắn mạch và loại có rô to dây quấn. Cuộn dây rô to dây quấn là cuộn dây cách điện, thực hiện theo nguyên lý của cuộn dây dòng xoay chiều. Cuôn dây rô to ngắn mạch gồm một lồng bằng nhôm đặt trong các rãnh của mạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch là cuộn dây nhiều pha có số pha bằng số rãnh. Động cơ rô to ngắn mạch có cấu tạo đơn giản và rẻ tiền, còn máy điện rô to dây quấn đắt hơn, nặng hơn nhưng có tính năng động tốt hơn, do đó có thể tạo các hệ thống khởi động và điều chỉnh.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG………………… Đồ án Xây dựng hệ thống khởi động động dị lồng sóc LỜI NĨI ĐẦU Một mục tiêu quan trọng hàng đầu mà Đảng Nhà nước đặt tiến trình cơng nghệ hố , đại hố đất nước Để tiến hành cơng nghệ hố, đại hoá doanh nghiệp cần phải tiến hành xây dựng lại nhà máy, sở sản xuất, trang thiết bị máy móc đưa cơng nghệ đại hố vào sản xuất Hơn nữa, để vận hành tốt nhà máy cần phải có đội ngũ cơng nhân kỹ thuật có trình độ chun mơn cao Là sinh viên tốt nghiệp ngành điện công nghiệp dân dụng, em hiểu tự động hố nghiệp cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng phát triển ngành công nghiệp Việt Nam Trong đợt thực tập tốt nghiệp em thầy giáo GS.TSKH Thân ngọc Hoàn hướng dẫn em thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài : " Xây dựng hệ thống khởi động động dị lồng sóc " Đề bao gồm chương : Chương 1: Động không đồng phương pháp khởi động Chương 2: Hệ thống khởi động mềm động không đồng Chương 3: Thiết kế lắp ráp hệ thống khởi động mềm Để hoàn thành tốt đồ án, em giúp đỡ nhiều mơn điện cơng nghiêp tự động hóa đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo GS.TSKH.Thân ngọc Hoàn Sau mười hai tuần làm đồ án em hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động động không đồng Và qua em biết cách tính tốn thiết kế hệ thống khởi động động khơng đồng Đó kinh nghiệm quý báu giúp em vững tin công việc sau Mặc dù cố gắng đề tài em nhiều thiếu sót, em mong bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG 1.1 MỞ ĐẦU [1] Loại máy điện quay đơn giản loại máy điện không đồng (dị bộ) Máy điện dị loại pha, hai pha ba pha, nh ưng phần lớn máy điện dị ba pha, có cơng suất từ vài W tới vài MW, có điện áp từ 100V đến 6000V Căn vào cách thực rô to, người ta phân biệt hai loại: loại có rơ to ngắn mạch loại có rơ to dây quấn Cuộn dây rô to dây quấn cuộn dây cách điện, thực theo nguyên lý cuộn dây dịng xoay chiều Cn dây rơ to ngắn mạch gồm lồng nhôm đặt rãnh mạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch cuộn dây nhiều pha có số pha số rãnh Động rơ to ngắn mạch có cấu tạo đơn giản rẻ tiền, cịn máy điện rơ to dây quấn đắt hơn, nặng có tính động tốt hơn, tạo hệ thống khởi động điều chỉnh 1.2 CẤU TẠO [1] Máy điện quay nói chung máy điện khơng đồng nói riêng gồm hai phần bản: phần quay (rô to) phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí 1.2.1 Cấu tạo stato Stato gồm phần bản: mạch từ mạch điện a stato b Roto cn dây stato Hình 1.1 Cấu tạo động không đồng a Mạch từ: Mạch từ stato ghép thép điện có chiều dày khoảng 0,3-0,5mm, cách điện hai mặt để chống dịng Fuco Lá thép stato có dạng hình vành khăn, phía đục rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato rô to không Mạch từ đặt vỏ máy Ở máy có cơng suất lớn, lõi thép chia thành phần ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát mạch từ Vỏ máy làm gang đúc hay gang thép, vỏ máy có đúc gân tản nhiệt Để tăng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có đế gắn vào bệ máy hay nhà vị trí làm việc Trên đỉnh có móc để giúp di chuyển thuận tiện Ngồi vỏ máy cịn có nắp máy, lắp máy có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máy gắn hộp đấu dây b Mạch điện: Mạch điện cuộn dây máy điện trình bày phần 1.2.2 Cấu tạo rô to a Mạch từ: Giống mạch từ stato, mạch từ rô to gồm thép điện kỹ thuật cách điện Rãnh rơ to song song với trục nghiêng góc định nhằm giảm dao động từ thông loại trừ số sóng bậc cao Các thép điện kỹ thuật gắn với thành hình trụ, tâm thép mạch từ đục lỗ để xuyên trục, rô to gắn trục Ở máy có cơng suất lớn rơ to cịn đục rãnh thơng gió dọc thân rô to b Mạch điện: Mạch điện rô to chia thành hai loại: loại rơ to lồng sóc loại rô to dây quấn Loại rô to lồng sóc (ngắn mạch Mạch điện loại rơ to làm nhôm đồng thau Nếu làm nhơm đúc trực tiếp rãnh rơ to, hai đầu đúc hai vòng ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, gọi rơ to ngắn mạch Nếu làm đồng làm thành dẫn đặt vào rãnh, hai đầu gắn với hai vòng ngắn mạch kim loại Bằng cách hình thành cho ta lồng loại rơ to có tên rơ to lồng sóc Loại rơ to ngắn mạch thực cách điện dây dẫn lõi thép Loại rô to dây quấn: Mạch điện loại rô to thường làm đồng phải cách điện với mạch từ Cách thực cuộn dây giống thực cuộn dây máy điện xoay chiều trình bày phần trước Cuộn dây rơ to dây quấn có số cặp cực pha cố định Với máy điện ba pha, ba đầu cuối nối với máy điện, ba đầu cịn lại dẫn ngồi gắn vào ba vành trượt đặt trục rô to, tiếp điểm nối với mạch ngồi 1.3 NGUN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN DỊ BỘ [1] Để xét nguyên lý làm việc máy điện dị , ta lấy mơ hình máy điện ba pha gồm ba cuộn dây đặt cách chu vi máy điện góc 120 0, rơ to cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào ba cuộn dây ba dịng điện hệ thống điện ba pha có tần số f1 máy điện sinh từ trường quay với tốc độ 60f1/p Từ trường cắt dẫn rô to stato, sinh cuộn stato sđđ tự cảm e1 cuộn dây rô to sđđ cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng sau: E1 = 4,44W1Φ1f1kcd1 (1.1) E2 = 4,44W2Φ2f2kcd (1.2) Do cuộn rơ to kín mạch, nên có dịng điện chạy dẫn cuộn dây Sự tác động tương hỗ dòng điện chạy dây dẫn rơ to từ trường, sinh lực ngẫu lực (hai dẫn nằm cách đường kính rơ to) nên tạo mơ men quay Mơ men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thơng móc vịng với cuộn dây N n1 n S F Hình1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động động khơng đồng Nhưng stato gắn chặt cịn rơ to lại treo ổ bi, rơ to phải quay với tốc độ n theo chiều quay từ trường Tuy nhiên tốc độ tốc độ quay từ trường, n = ntt từ trường khơng cắt dẫn nữa,do khơng có sđđ cảm ứng, E2= dẫn đến I2 = mô men quay không , rô to quay chậm lại, rơ to chậm lại từ trường lại cắt dẫn, nên có sđđ, có dịng mơ men nên rơ to lại quay Do tốc độ quay rô to khác tốc độ quay từ trường nên xuất độ trượt định nghĩa sau: s= ntt n ntt 100% (1.3) Do tốc quay rơ to có dạng: n = ntt(1 – s) (1.4) Do n # ntt nên (ntt - n) tốc độ cắt dẫn rô to từ trường quay Vậy tần số biến thiên sđđ cảm ứng rô to biểu diễn bởi: f2 = n tt n p nt 60 nt ntt n p 60 ntt p ntt n 60 ntt sf (1.5) Khi rơ to có dịng I2, sinh từ trường quay với tốc độ: ntt 60f2 60sf1 p nt (1.6) sn tt So với điểm không chuyển động stato, từ trường quay với tốc độ: ntt2s = ntt2 + n = s.ntt + n = s.ntt + ntt (1-s) = ntt (1.7) Như so với stato, từ trường quay rơ to có giá trị với tốc độ quay từ trường stato 1.4 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ Để thành lập phương trình đặc tính động không đồng ta dựa vào đồ thay với giả thiết sau: - Ba pha động đối xứng - Các thông số động không đồng không đổi - Tổng dẫn mạch từ hố khơng thay đổi, dịng điện từ hố khơng phụ thuộc tải mà phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động - Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất lõi thép - Điện áp lưới hoàn toàn sin đối sứng ba pha I1 X1 R1 X2 I2 I Uf X R 2/ s R Hình 1.3 Sơ đồ thay động không đồng Uf I1, : Trị số hiệu dụng điện áp pha I 2/ , I : Dịng điện từ hố, stato, dịng điện roto quy đổi stato R1, R , R /2 : Điện trở tác dụng mạch từ hoá cuộn dây stato rơto quy đổi phía stato Phương trình mô men 3U R / f1 M= s R2/ R1 (1.8) X nm s Độ trượt tới hạn sth = R/ R 12 (1.9) X 2nm Mô men tới hạn Mth = 3U 2f 2R 11 R12 (1.10) X 2nm Dấu ( +) ứng với trạng thái động ( - ) ứng với trạng thái máy phát n n0 n dm S th M dmM nm Mth M Hình 1.4 Đặc tính động không đồng 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DỊ BỘ Tuỳ theo tính chất tải tình hình lưới điện yêu cầu mở máy động điện khác Nói chung mở máy động cần xét đến yêu cầu sau: - Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải - Dịng điện mở máy nhỏ tốt - Phương pháp mở máy thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn - Tổn hao cơng suất q trình mở máy thấp tốt 1.5.1 Khởi động trực tiếp Đây phương pháp mở máy đơn giản nhất, việc đóng trực tiếp động vào lưới điện nhờ cầu dao Hình 1.5 Mở máy trực tiếp Ưu điểm : - Thiết bị khởi động đơn giản Khuyết điểm : - Dòng điện mở máy lớn, làm sụp áp lưới điện lớn - Nếu qn tính máy lớn thời gian mở máy lâu làm cháy cầu chì bảo vệ 1.5.2 Khởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động [1] Dòng khởi động xác định biểu thức: U Ingm = 2 R 12 R X X' (1.11) Từ biểu thức thấy để giảm dòng khởi động ta có phương pháp sau: - Giảm điện áp nguồn cung cấp - Đưa thêm điện trở vào mạch rô to - Khởi động thay đổi tần số 1.5.2.1 Khởi động động dị rô to dây quấn Với động dị rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch rơ to Lúc dịng ngắn mạch có dạng [1] Ingm = U1 R1 R2 Rp X1 X' 2 (1.12) Việc đưa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rô to ta hai kết quả: làm giảm dòng khởi động lại làm tăng mô men khởi động Bằng cách chọn điện trở phụ ta đạt mơ men khởi động giá trị mô men cực đại Khi khởi động, tồn bơ điện trở đưa vào rơ to, với tăng tốc độ rô to, ta cắt dần điện trở phụ khỏi rô to để tốc độ đạt giá trị định mức điện trở phụ cắt hết khỏi rô to (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) (JUMPER (FullPartName "JUMPER.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\CONNECTOR OLB") (DeviceIndex "0")) ("CAP NP" (FullPartName "CAP NP.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) (TRIAC (FullPartName "TRIAC.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) (LM358 (FullPartName "LM358.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\OPAMP.OLB") (DeviceIndex "0")) ("TRNSFMR 67115100" (FullPartName "TRNSFMR 67115100.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) (MOC3020 (FullPartName "MOC3020.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) (PIC16F688 (FullPartName "PIC16F688.Normal") (LibraryName "D:\THIET KE MACH DIEN\LIBRARY CAPTURE\PIC_FAMILY.OLB") (DeviceIndex "0")) ("DIODE BRIDGE" (FullPartName "DIODE BRIDGE.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) ("HEADER 9" (FullPartName "HEADER 9.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\CONNECTOR OLB") (DeviceIndex "0")) ("RESISTOR SIP 9" (FullPartName "RESISTOR SIP 9.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) (CRYSTAL (FullPartName "CRYSTAL.Normal") (LibraryName "C:\ORCAD\ORCAD_10.5\TOOLS\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OL B") (DeviceIndex "0")) (PIC16F57 (FullPartName "PIC16F57.Normal") (LibraryName "D:\THIET KE MACH DIEN\LIBRARY CAPTURE\PIC_FAMILY.OLB") (DeviceIndex "0"))) (GlobalState (FileView (Path "Design Resources") (Path "Outputs") (Select "Design Resources" "D:\My jobs\Thiet ke mach dien\capture\Support\Do an_BTL\khoi dong mem pha_son_dlhp.dsn")) (HierarchyView) (Doc (Type "COrCapturePMDoc") (Frame (Placement "44 -1 -1 -8 -30 200 435")) (Tab 0))) (MPSSessionName "Administrator")) 3.3 LẮP RÁP HỆ THỐNG Sau tính tốn xong phần lý thuyết, em vào lắp ráp khởi động mềm theo mơ hình khảo sát với công đoạn sau đây: 3.3.1 Lắp ráp mạch động lực Mạch động lực: Gồm mạch cho pha, sử dụng triac thay cho thyristor cơng suất động cần khởi động nhỏ( mang tính chất mơ hình) Mạch động lực cách ly với mạch điều khiển thông qua opto MOC3020 Các điện trở tụ điện có nhiệm vụ chống tự kích cho triac, giúp q trình đóng/mở triac dễ dàng Mỗi pha có cầu bảo vệ tải Mạch pha cần có dây trung tính để lấy tín hiệu đồng pha R1 R2 R 180/1W 2.4k/1W R3 100/2W PHASE_1 U1 MOC3020 C1 100nF/600V Q1 BT139 C2 10nF/600V 3PHASE F1 U R4 RST R5 S N ZERO FUSE J4 180/1W 2.4k/1W R6 100/2W PHASE_2 2 U2 MOC3020 C3 100nF/600V MOTOR Q2 BT139 U1 C4 10nF/600V V2 F2 W3 V J5 R7 R8 T CONTROL FUSE 180/1W 2.4k/1W R9 100/2W PHASE_3 U3 MOC3020 C5 100nF/600V J6 PHASE_1 PHASE_2 PHASE_3 Q3 BT139 C6 10nF/600V F3 J3 W FUSE Hình.3.8 Mạch nguyên lý mạch động lực Hình 3.9 Mạch in mach động lực 3.3.2 Lắp ráp mạch điều khiển Mạch đồng pha: Gồm Opamp cho pha, cần lấy bán kì dương để kiều khiển Mạch dùng để phát điểm Tín hiệu đưa tới vi điều khiển VCC J5 R4 10k R2 10k R1 R3 1k 10k D1 PHASE_1 VCC 4+ U1B R6 R5 22 PHASE_1 470 LM339 1N4007 VCC J6 R10 10k R8 10k R7 R9 1k 10k D2 PHASE_2 J7 U1A VCC - PHASE_2 470 R11 22 LM339 PHASE_1 PHASE_2 PHASE_3 OUPUT_PHASE R16 10k VCC R15 1k 10k J4 R12 VCC R14 10k R13 D3 6+ 1N4007 PHASE_3 VCC 8+ U1C R18 14 - PHASE_3 470 R17 22 LM339 1N4007 Hình 3.10 Mạch đồng pha Mơ mạch điều khiển phần mềm proteus Hình 3.11 Mạch nguyên lý mach điều khiển Hình 3.12 Mạch in mạch điều khiển 3.4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Mơ hình thực tế: Sơ đồ thí nghiệm với động có cơng suất P =0,075W Bảng kết thí nghiệm trường hợp khơng tải: Góc mở Dịng điện động Iđc = 1500 0,15A = 1050 0,17A = 750 0,18A = 300 0,23A = 00 0,27A KẾT LUẬN Qua mười hai tuần thực đề tài: “Xây dựng hệ thống khởi động mềm động dị lồng sóc”, em thấy đề tài thật bổ ích cho sinh viên trường chúng em, thực tế động không đồng nhân tố quan trọng cơng nghiệp, nghiên cứu đặc điểm nó, phương pháp khởi động, phương pháp điều chỉnh điện áp, tính tốn phần tử khởi động để thiết kế mạch khởi động động Điều giúp ích nhiều cho cơng việc sau Tập đồ án nhiều hạn chế, trình thực đề tài giúp em tự đánh giá hiểu kỹ kiến thức chun mơn, kết nhiều năm học tập với dạy dỗ tận tình thầy mơn điện công nghiệp dân dụng Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô đặc biệt thầy giáo GS.TSKH Thân ngọc Hoàn bảo tận tình để em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn Hải phòng, ngày tháng năm Sinh viên thực TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH Thân ngọc Hoàn, 2005 Máy điện, Nhà xuất Xây Dựng [2] Đặng văn Đào –Trần khánh Hà – Nguyễn hồng Thanh, 2007 Giáo trình máy điện, Nhà xuất Giáo DỤC [3] Nguyễn Bính, 1996 Điện tử cơng suất, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật [4] Trần văn Thịnh, 2008 Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất, Nhà xuất Giáo dục [5] Ngô diên Tập, 2003 Kĩ thuật vi điều khiển với avr, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG .2 1.1 MỞ ĐẦU 1.2 CẤU TẠO 1.2.1 Cấu tạo stato 1.2.2 Cấu tạo rô to 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN DỊ BỘ 1.4 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ 1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ DỊ BỘ 1.5.1 Khởi động trực tiếp 1.5.2 Khởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG MỀM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 15 2.1 MỞ ĐẦU 15 2.2 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG MỀM 15 2.2.1 Sơ đồ hệ thống .15 2.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 16 2.3 BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 17 2.3.1 Sơ đồ đấu có trung tính 18 2.3.2 Sơ đồ tải đấu tam giác 19 2.3.3 Sơ đồ đấu khơng trung tính 19 2.4 VI ĐIỀU KHIỂN AVR 24 2.4.1 Các đặc điểm AVR 24 2.4.2 Kiến trúc vi điều khiển avr 27 CHƯƠNG : THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG MỀM .38 3.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 38 3.1.1 Chọn van bán dẫn 39 3.2.2 Chọn phần tử bảo vệ van bán dẫn 39 3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 41 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển dùng vi điều khiển AVR 41 3.2.2.Tính tốn phân tích mạch điều khiển 42 3.2.3 Sơ đồ thuật tốn chương trình điều khiển 51 3.3 LẮP RÁP HỆ THỐNG 71 3.3.1 Lắp ráp mạch động lực 71 3.3.2 Lắp ráp mạch điều khiển 73 3.4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 75 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO