untitled Đồ án môn học Điện tử công suất SVTH Nguyễn Thị Kim Trúc Lớp 03Đ2 http www ebook edu vn Trang 1 LỜI NÓI ĐẦU Điện tử Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: ”thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha – động cơ điện một chiều có đảo chiều”, đã giúp em hiểu rõ hơn về: động cơ điện một chiều, thyristo, bộ chỉnh lưu hình tia ba pha, các khâu điều khiển , vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng như cách tính toán các thông số của các linh kiện trong mạchcông suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh.
Đồ án mơn học Điện tử cơng suất LỜI NĨI ĐẦU Điện tử công suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch trình biến đổi điện Ngày nay, khơng riêng nước phát triển, nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu… sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu cơng nghiệp hố đaị hố đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, học kỳ em nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy Khương Cơng Minh thầy Lê Tiến Dũng trình làm đồ án môn học với đề tài Mặc dù dành nhiều cố gắng không tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý, bảo thầy, cô Sinh viên thực Nguyễn Thị Kim Trúc SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án môn học Điện tử công suất MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp……………………… Trang Chương 2: Tổng quan chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động điện chiều (hệ T - Đ) có đảo chiều…………………………………………………………………… Trang 11 Chương 3: Tính chọn phần tử mạch động lực ………… Trang 19 Chương 4: Tính chọn phần tử mạch điều khiển……………….Trang 32 Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận……………………………….Trang 41 Tài liệu tham khảo…………………………………………… … Trang 44 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án môn học Điện tử công suất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng Nó dùng làm động điện, máy phát điện hay dùng điều kiện làm việc khác Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt , máy dùng nhiều ngành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải I- Tổng quan động điện chiều: 1/ Phân loại : Động điện chiều chia làm nhiều loại theo bố trí cuộn kích từ : Ỉ Động điện chiều kích từ độc lập Ỉ Động điện chiều kích từ song song Ỉ Động điện chiều kích từ nối tiếp Ỉ Động điện chiều kích từ hỗn hợp 2/ Ưu nhược điểm động điện chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ Có nhiều phương pháp hãm tốc độ - Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khăn Giá thành đắt máy điện khác 3/ Sơ đồ nguyên lý hoạt động Uæ Rf E RKT CKT IKT UKT II- Đặc tính máy điện chiều: Quan hệ tốc độ mơmen động gọi đặc tính động ω = f(M) n = f(M) Quan hệ tốc độ mômen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất ωc= f(Mc) nc= f(Mc) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất Ngồi đặc tính cơ, động điện chiều người ta sử dụng đặc tính điện đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ: ω = f(I) n = f(I) 1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-1) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Uæ Uæ = + (Rỉ +Rỉ)Iỉ Rf Trong đó: - điện áp phần ứng, (V) E Eæ - sức điện động phần ứng,(V) RKT CKT Ræ - điện trở mạch phần ứng Rf - điện trở phụ mạch phần ứng IKT Với: Ræ = ræ + rcf + rb + rct UKT Trong đó: rỉ - điện trở cuộn dây phần ứng Hình 1- rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb- điện trở cuộn bù rct- điện trở tiếp xúc chổi than Sức điện động Eæ phần ứng động xác định theo biểu thức: Eæ = pN φω = kφω 2πa Trong đó: p- số đơi cực từ N- số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a- số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng φ- từ thơng kích từ cực từ ω- tốc độ góc,rad/s k= pN - hệ số cấu tạo động 2πa Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: = Ke.φn 2πn n = 60 9.55 pN φn Vì vậy: = 60a pN hệ số sức điện động động Ke = 60a K ≈ 0.105K Ke = 9.55 Với: ω = Từ biểu thức trên, ta có: ω= U ỉ Rỉ + R f Iỉ − Kφ Kφ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Là phương trình đặc tính điện động Mặt khác, mômen điện từ Mât động xác định bởi: Mât= Kφ Iæ Suy ra: Iæ = M ât Kφ Thay giá trị Iæ vào phương trình đặc tính động ta được: ω= U æ Ræ + R f − M ât Kφ ( Kφ ) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơmen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mât= Me= M Khi ta được: Rỉ + R f U M ω= æ − Kφ ( Kφ ) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, từ thơng φ = Const, phương trình đặc tính điện phương tình đặc tính tuyến tính Đồ thị chúng biểu điển hình (1-2) đường thẳng Theo đồ thị trên, Iỉ= M = ta có: ω= = ω0 Kφ ω0: gọi tốc độ khơng tải lý tưởng động U = I nm Cịn ω = ta có: I ỉ = Ræ − R f Và M = KφInm = Mnm Inm, ω0 ωâm ω ω0 ω ωâm I Iâm I Inm Mâm Mnm a Âàûc cå âiãûn cuía âäüng cå b Âàûc cå cuía âäüng cå âiãûn mäüt chiãưu kêch tỉì âäüc láûp âiãûn mäüt chiãưu kêch tỉì õọỹc lỏỷp Hỗnh 1-2 Inm,Mnm: c gi l dũng in ngắn mạch mômen ngắn mạch Mặt khác từ phương trình đặc tính điện phương trình đặc tính viết dạng: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án mơn học Điện tử cơng suất U ỉ RI ω= − = ω − Δω Kφ Kφ ω= Uæ R − M Kφ ( Kφ ) ω0 = Uæ Kφ RI æ RM = Kφ (Kφ ) gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M 2/ Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thông động φ, điện áp phần ứng Uæ, điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số đó: Δω = a) Ảnh hưởng điện trở phần ứng: Giả thiết Uæ=Uâm= Const φ = φâm= Const ω0 TN(Rn) Rf1 Rf2 Hỗnh 1-3 Mc Rf3 Rf4 Mun thay iin trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = U âm = Const Kφ âm Âộ cứng đặc tính cơ: ΔM (Kφ âm ) = = var β= Δω R æ + R f Khi Rf lớn β nhỏ nghĩa đặc tính dốc Ứng với Rf=0 ta có đặc tính tự nhiên: β TN = (Kφ âm )2 Ræ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện rơi Rf ta họ đặc tính biến trở hình (1-5) ứng với mổi phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ b) Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φâm= const, điện trở phần ứng Ræ = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có: Tốc độ khơng tải: ω 0x = U Kφ x ω ω0 ω01 ω02 ω03 ω04 = Var âm Độ cứng đặc tính cơ: β =− ( Kφ )2 Ræ = Const Uâm Mc U1 U2 U3 U4 M(I) Hỗnh 1-4 Nh vy thay i in ỏp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song (Hình 1-4) Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dịng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động củng giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp củng sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động c) Ảnh hưởng từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uæ= Uâm= Const Điện trở phần ứng Ræ = Const Muốn thay đổi từ thơng ta thay đổi dịng điện kích từ Ikt động Trong trường hợp này: Tốc độ không tải: ω 0x = U x = Var Kφ x ( Kφ )2 Độ cứng đặc tính cơ: β = − x = Var R SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 æ http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thơng Nên từ thơng giảm ω0x tăng, cịn β giảm ta có họ đặc tính với ω0x tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thơng Ta nhận thấy thay đổi từ thông: ω ω02 φ2 ω01 φ1 ω0 φâm ω02 ω01 φ2 Mc φ1 φâm Inm M a Đặc tính điện động điện chiều b Âàûc cå cuía âäüng cå âiãûn mäüt kích từ độc lập giảm từ thơng chiãưu kêch tỉì âäüc láûp gim tỉì thäng Hỗnh 1-5 U õm = Const Rổ Dũng in ngn mạch: Inm = Mơmen ngắn mạch: Mnm=KφxInm=Var Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thơng biểu diễn hình (1-5)a Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thông tốc độ động tăng lên, hình (1-5)b III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điện áp: Truyền động điện dùng để dẫn động phận làm việc máy sản xuất khác Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động phận làm việc Vì điều chỉnh tốc độ động điện biến đổi tốc độ cách chủ động, theo yêu cầu đặt cho qui luật chuyển động phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trục động Xét riêng phương diện tốc độ động điện chiều có nhiều ưu điểm với loại động khác, khơng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng Thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều điện áp: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Vì cần phải có biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng mạch kích từ động Cho đến thường sử dụng biến đổi dựa nguyên tắc truyền động sau : +Hệ truyền động máy phát – động (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động (T – Đ)(được sử dụng đồ án ) ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động (T-Đ) Thường sử dụng chỉnh lưu có điều khiển thyristor Tốc độ động thay đổi cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm thông van thyristor T1 T2 T3 Hình 1-6 CKT Â KH ÂK + Ưu điểm hệ tác động nhanh, không gây ồn dễ tự động hoá Do van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất cao, điều thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính hệ thống + Nhược điểm hệ van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ máy điện Hệ số công suất cos ϕ hệ thống nói chung thấp Tính dẫn điện chiều van buộc ta phải sử dụng biến đổi để cấp điện cho động có đảo chiều quay a) Sơ đồ thay tính tốn: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang Đồ án mơn học Điện tử cơng suất Từ phương trình đặc tính động tổng quát: ω= Uu Ru − M ⇒ ω = ω − Δω Kφ ( Kφ ) Ta thấy thay đổi Uu ω thay đổi, Δω = const Vậy ta đường đặc tính điều chỉnh song song với Như muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có nguồn cung cấp điện chiều thay đổi điện áp b) Bộ biến đổi T-Đ: Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn Ta xét hệ T-Đ : Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0 cos α E d cos α Ru + RCL I − Kφ dm ( Kφ dm ) E cos α Ru + RCL ω = d0 − M ⇒ ω = ω − Δω Kφ dm ( Kφ dm ) ω= Vậy ta thay đổi góc điều khiển α = (0 ÷ π ) Ed thay đổi từ Ed0 đến – Ed0 ta hệ đặc tính song song nằm mức bên phải mặt phẳng toạ độ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 http://www.ebook.edu.vn Trang 10