(Tiểu luận) đồ án cơ sở ngành điện tử công suất và ứng dụng chủ đề thiết kế hệ thống truyền động điện bbđ van – động cơ một chiều không đảo chiều quay

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN *** ĐỒ ÁN CƠ SỞ NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG Chủ đề: “Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động chiều không đảo chiều quay.” Số liệu yêu cầu sau: Phụ tải MC = số mang tính chất phản kháng Động chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vg/ph BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình cầu pha Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệch tĩnh [s] = 0,1 Giảng viên hướng dẫn : MAI VĂN DUY Sinh viên thực : NGUYỄN VĂN HOÀNG HẬU Mã sinh viên : 21104300162 Lớp : DHTD15A3HN h Hà Nội, tháng năm 2023 Lời Cảm Ơn Đồ án điện tử công suất ứng dụng môn học giúp cho sinh viên ngành điều khiển tự động hoá tổng hợp vận dụng hiệu kiến thức học, đúc kết kinh nghiệm cho đồ án sau nói riêng mơn chun ngành nói chung Trong trình thực đồ án mình, em ln quan tâm, hướng dẫn tận tình của giảng viên khoa điện với giúp đỡ nhiệt tình từ bạn bè anh chị khoá Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Mai Văn Duy trực tiếp hướng dẫn bảo cho em kiến thức quan trọng để hoàn thành đồ án mơn học Đồng thời, em muốn gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô giáo khoa điện tạo điều kiện để em học tập, nghiên cứu thêm chủ đề nghiên cứu Xin cảm ơn bạn anh chị khoá tận tình giúp đỡ em thời gian hồn thành đồ án Do trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn hạn chế đồ án tránh khỏi thiếu sót, em mong thầy, xem xét góp ý để em học thêm nhiều kinh nghiệm để đề tài đồ án tới em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Văn Hoàng Hậu h MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Động điện chiều 1.2 PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG 11 1.2.1 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng 12 1.2.2 Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng 13 1.2.3 Thay đổi từ thơng kích từ 15 1.2.4 Nhận xét lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ 16 1.3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU 16 1.3.1 Phân tích hệ thống van – động (T – Đ) 17 1.3.2 Phân tích hệ thống máy phát động (F – Đ) .19 1.3.3 Phân tích hệ thống xung áp động (ĐXA – Đ) 21 1.4 ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI 29 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN LỰA CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 30 2.1 BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU HÌNH CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN 30 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý .30 2.1.2 Nguyên lý làm việc 30 2.2 TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC .33 2.2.1 Tính tốn chọn máy biến áp động lực 33 2.2.2 Tính tốn lựa chọn van Tiristor 35 2.2.3 Tính tốn lọc chọn thiết bị bảo vệ .35 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN LỰA CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 39 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 39 3.1.1 Khái niệm chung 39 3.1.2 Hệ thống điều khiển pha đứng .40 3.1.3 Hệ thống điều khiển pha ngang 41 3.1.4 Hệ thống điều khiển dùng diot hai cực gốc 42 3.1.5 Đánh giá lựa chọn hệ thống điều khiển .42 3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 42 3.2.1 Khối đồng hóa 42 3.2.2 Khâu tạo điện áp cưa 45 3.2.3 Khối so sánh 47 3.2.4 Khối tạo xung chùm 49 3.2.5 Khối tách xung khuyếch đại xung 51 3.2.6 Mạch tạo nguồn ni tín hiệu điều khiển .54 3.3 TÍNH TỐN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 55 3.3.1 Tính chọn biến áp xung (BAX) 55 h 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 Tính chọn Tranzitor tầng khuếch đại cuối 56 Tính chọn máy biến áp đồng pha 56 Chọn Tranzitor mạch điều khiển 57 Các vi mạch khuếch đại thuật tốn mạch tích phân 57 Tính chọn khuếch đại trung gian 58 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT HỆ THỐNG 62 4.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT 62 4.1.1 Mô mạch động lực .62 4.1.2 Mô mạch điều khiển 63 4.1.3 Sơ đồ mô toàn mạch Psim 63 4.2 ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 h Chương 1: Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện 1.1 Lựa chọn phương án truyền động 1.1.1 Đặt vấn đề Khi thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa nhiều phương án để giải Nhiệm vụ người thiết kế phải tìm phương án tối ưu phù hợp với yêu cầu đặt Trước hết phải thoả mãn yêu cầu kỹ thuật, sau yêu cầu kinh tế Việc lựa chọn phương án truyền động phù hợp có ý nghĩa quan trọng thiết kế Nó ảnh hưởng trực tiếp đến dây chuyền sản xuất chất, lượng sản phẩm hiệu kinh tế 1.1.2 Động điện chiều 1.1.2.1 Cấu tạo Động chiều gồm có phần chính: - Phần tĩnh (stato): Cực từ chính: phận sinh từ trường, gồm có lõi sắt dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kĩ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 mm đến mm ép chặt Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện tình trạng máy điện 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 gắn vào vỏ nhờ bulông Gông từ: Gông từ dùng để làm mạch nối cực từ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn đảm bảo cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa, nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi, trường hợp nắp máy thường làm gang Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay - Phần quay (rotor): Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng thép kĩ thuật điện dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Dây quấn phần ứng: phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất vài KW) thường dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn, thường dùng dây có tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Cổ góp: Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt, bi Thường làm thép cacbon tốt h 1.1.2.2 Phân loại động điện chiều Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ta có loại động điện chiều thường sử dụng: - Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ - Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng - Động điện chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tếp với phần ứng - Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắc nối tiếp với phần ứng Vì động chiều kích từ hỗn hợp có cấu tạo phức tạp, giá thành vơ đắt nên ta khơng xét đến khơng phù hợp với tiêu chí kinh tế Ta xét động chiều kích từ nối tiếp động chiều kích từ độc lập a) Động điện chiều kích từ nối tiếp: Đặc điểm động chiều kích từ nối tiếp cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vịng ít, chế tạo dễ dàng Hình 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý ĐCMC kích từ nối tiếp Từ sơ đồ nguyên lý ta có : Uư = Eư + Rư Iư = Kφω + Rư Iư (0.1) Rư = rư + rctf + rct+ rkt (0.2) Sau biến đổi ta nhận được: U Rư − I (0.3) Kφ Kφ Uư Rư ω= − M Kφ ( Kφ )2 (0.4) ω= Trong phương trình từ thơng φ biến đổi phụ thuộc vào dịng điện mạch kích từ theo đặc tính từ hóa Để đơn giản thành lập phương trình đặc tính ta giả thiết từ thơng phụ thuộc tuyến tính với dịng kích từ h φ = C.Ikt với C hệ số tỉ lệ Nếu phản ứng phần ứng bù đủ: φ = C.Iư Thế vào phương trình (0.3) ta nhận được: ω= Uu A1 R − = −B K C I u KC I Trong đặt A1= Ta có (0.5) (0.6) Uu R ; B= KC KC I u= √ ❑ (0.7) Thay (0.7) vào (0.6) ta được: ω= A √❑ ❑ (0.8) Trong đó: A2= A √ ❑ Hình 1.1.2 Đặc tính từ hóa ĐCMC kích từ nối tiếp Biểu thức (0.6) phương trình đặc tính điện động (0.8) phương trình đặc tính động Dạng đặc tính biểu diễn hình 1.1.3 Ta thấy đặc tính có dạng hypebol mềm phạm vi dịng điện có giá trị nhỏ định mức vùng dòng điện lớn, mạch từ bão hòa nên từ thơng gần khơng đổi đặc tính có dạng gần tuyến tính Hình 1.1.3 Đặc tính điện (a) đặc tính (b) ĐCMC kích từ nối tiếp h Giả thiết động khơng tải (I = M = 0) tốc độ không tải lý tưởng vô lớn Nhưng thực tế có ma sát, tổn thất phụ động có từ dư: φdư = (2÷10)φ’đm nên khơng tải tốc độ khơng tải động có giá trị là: ω kt = Uu K φ du Tốc độ ωot thường lớn so với tốc độ định mức, nên thực tế khơng cho phép động chiều kích từ nối tiếp làm việc chế độ khơng tải Ngồi nhìn vào đặc tính động chiều kích từ nối tiếp cấu tạo ta có nhận xét sau: - Đặc tính động chiều kích từ nối tiếp mềm độ cứng thay đổi theo phụ tải Do thơng qua tốc độ động ta biết thay đổi phụ tải Tuy nhiên không nên sử dụng động cho truyền động có yêu cầu ổn định cao mà nên sử dụng cho truyền động có tốc độ thay đổi theo tải - Động chiều kích từ nối tiếp có khả q tải lớn mơmen Do cuộn kích từ nối tiếp nên phần dịng điện phần ứng lớn định mức từ thơng động lớn định mức, mơmen tăng nhanh so với tăng dòng điện Như với mức độ dòng điện động chiều kích từ nối tiếp có khả tải mômen khả khởi động tốt động chiều kích từ độc lập Nhờ có ưu điểm mà động chiều kích từ nối tiếp thích hợp với truyền động làm việc thường có tải lớn yêu cầu mômen khởi động lớn máy nâng vận chuyển, máy cán thép - Vì từ thơng động phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khả chịu tải động không bị ảnh hưởng sụt áp lưới điện Loại động thích hợp cho truyền động dùng ngành giao thơng có đường dây cung cấp điện dài Từ nhận xét ta thấy động chiều kích từ nối tiếp khơng phù hợp với u cầu nên không chọn b) Động điện chiều kích từ song song Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song Hình 1.1.5 Sơ đồ nguyên lý ĐCMC kích từ song song h Lúc đầu, máy khơng có dịng điện kích từ, từ thông máy từ dư cực từ tạo khoảng ÷ % từ thơng định mức Khi quay phần ứng, dây quấn phần ứng có sđđ cảm ứng từ thơng dư sinh Sđđ khép mạch qua dây quấn kích từ (điện trở mạch kích từ vị trí nhỏ nhất) sinh dịng điện kích từ, làm tăng từ trường cho máy Quá trình tiếp tục đạt đến điện áp ổn định Để máy tạo nên điện áp cần thiết phải có từ dư chiều từ trường dây quấn kích từ phải chiều từ trường dư Nếu khơng cịn từ dư ta phải mồi để tạo từ dư, chiều từ trường ngược ta phải đổi cực tính dây quấn kích từ đổi chiều quay phần ứng Phương trình cân điện áp là: - Mạch phần ứng: U = Eư – Iư.Rư - Mạch kích từ: Ukt = Ikt.(Rkt + Rđc) Phưng trình dịng điện là: Iư = I + Ikt Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng dẫn đến điện áp U giảm Trong máy kích từ song song, Ikt khơng phải số mà thay đổi theo điện áp Do vậy, U giảm, làm cho Ikt giảm, từ thông sđđ giảm, U giảm nhanh hơn, đường đặc tính ngồi dốc so với máy kích từ độc lập Hình 1.1.6 Đặc tính ngồi U = f(I) đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I) Từ đường đặc tính ta thấy: Khi ngắn mạch, điện áp U = 0, I kt = 0, sđđ máy từ dư sinh ra, dịng ngắn mạch In nhỏ so với dịng điện định mức Điều có nghĩa cố ngắn mạch đầu máy phát kích từ song song không gây nguy hiểm trường hợp máy phát kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp, ta phải điều chỉnh dịng điện kích từ, đường đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I) Khi U, n không đổi có dạng tương tự trường hợp máy phát kích từ độc lập dốc máy phát kích từ song song tăng tải, điện áp sụt nhiều nên mức độ tăng dịng điện kích từ phải nhiều Do đó, động chiều kích từ song song khơng phù hợp với u cầu nên không chọn c) Động chiều kích từ độc lập: h Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nhau, lúc động gọi động chiều kích từ độc lập Hình 1.1.7 Sơ đồ ngun lý ĐCMC kích từ độc lập Khi động làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng xuất sức điện động cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động Theo sơ đồ nguyên lý, viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng (rôto) sau: Uư = Eư + ( Rư + Rf ) Iư (0.9) Trong đó: - Uư : Điện áp phần ứng động (V) - Eư : Sức điện động phần ứng động (V) - Rư : Điện trở cuộn dây phần ứng (Ω) - Rf : Điện trở phụ mạch phần ứng (Ω) - Iư : Dòng điện phần ứng động (A) Rư = rư + rct + rcb + rcp (0.10) - r : Điện trở cuộn dây phần ứng - rct : Điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp - rcb : Điện trở cuộn bù - rcp : Điện trở cuộn phụ Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức sau : pN Eư = πa ω=Kφω (0.11) - φ : Từ thông qua cực từ (Wb) - p : Số đơi cực từ - N : Số dẫn tác dụng cuộn ứng - a : Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng - ω: Tốc độ góc động (rad/s) pN K= πa hệ số kết cấu động Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: 10 h Hình 3.2.6 Sơ đồ mạch khuếch đại biến áp xung Tính toán lựa chọn: Lấy fxc=10 KHz chu kỳ lặp lại 20ms (một chùm xung chu kỳ lưới điện), thyristor có Udk = 6V Idk = 400mA Chọn biến áp xung có tỉ số k=2, tham số điện áp dòng điện cuộn sơ cấp là: U1 = U.k = 6.2=12 (V) I1 = IG/k = 0,4/2=0,2 (A) Nguồn cơng suất phải có trị số lớn U để bù sụt áp điện trở chọn ECS=18V Từ hai giá trị ECS I1 chọn T1 loại BD135 có tham số Uce=45V; Icmax=1,5A; tra bảng có β1=40 Ta có: R2 > ECS 18 = =12 Ω , chọn R2=15Ω I CP 1,5 Cơng suất điện trở thường khoảng (2÷4)W dịng qua lớn thường xuyên, giá trị lớn tương ứng góc điều khiển nhỏ Kiểm tra độ sụt áp điện trở dẫn dịng: UR2 = I1.R2 = 0,2.15 = 3V, suy điện áp biến áp xung phải là: U1 = ECS - UR2 =18-3 = 15V lớn 12V nên đạt yêu cầu Tuy nhiên để tăng mạnh xung kích cho van dẫn, dùng thêm tụ C tăng cường áp Tần số xung chùm 10KHz tương ứng chu kỳ xung là: T xc = 1 = =100 µs f xc 10.10 55 h Cho xung đối xứng khoảng nghỉ khoảng có xung, nghĩa khoảng cách hai xung tn=0,5Txc=50µs Vậy ta có: C¿ tn 50.10−6 = =1,1µF Chọn C=1µF R 10.15 Chọn T2 chọn loại BC107 có tham số U ce=45V; Icmax=0,1A; βmin=110 Vậy điện trở đầu vào có trị số: R1 < 3.2.6 β1 β ECS 40.110 18 = =55 k Chọn R1=15 kΩ sI max , 2.1, Mạch tạo nguồn ni tín hiệu điều khiển Hình 3.2.7 sơ đồ ngun lý mạch tạo nguồn ni tín hiệu điều khiển Để tạo điện áp chiều ổn định cung cấp cho mạch điều khiển mạch tạo điện áp chủ đạo.Ta thiết kế mạch sau: Mạch tạo nguồn nuôi ta sử dụng hai sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha điơt Điện áp sau chỉnh thành điện áp chiều lọc qua tụ C5, C6 sau ổn áp hai IC ổn áp 7815 (+15V) 7915 (-15V) Tín hiệu tiếp tục lọc nhờ tụ C7-9, C810 Sau qua lọc ta tín hiệu điện áp nguồn ni (+15V) (-15V) Ngồi ta phải thiết kế thêm hai nguồn (+24V) (-24V) nhằm cung cấp cho IC để làm nguồn nuôi cho vi mạch làm nguồn điện áp ngưỡng điện áp sụt mức cho phép (lúc hai nguồn +15V -15V không đủ cung cấp cho IC) 3.3 TÍNH TỐN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.3.1 Tính chọn biến áp xung (BAX) 56 h Yêu cầu biến áp xung phải tạo xung theo yêu cầu, cách ly mạch điều khiển với mạch lực dể dàng phân bố xung tới cực điều khiển để mở Tiristo Thông thường máy biến áp xung thiết kế có tỉ số biến áp n = 2÷3 Vậy ta chọn n = Khi tính Tiristo có Uđk = (V); Ig = 0,3 (A) nên ta chọn U2 = (V); I2 = 0,3 (A) Do điện áp đặt lên cuộn sơ cấp : U1 = 2U2 = 14 (V) I 1= I 0,3 = =0.15( A) n Mạch từ BAX chọn vật liệu Э330 hình chữ E có trụ làm việc phần đặc tính từ hoá ΔB = 0,7 (tesla), ΔH = 50 (A/m) - Độ từ thẩm lỏi sắt từ : μ= ΔB 0,7 −4 = =1,4.1 μo ΔH 0−6 50 Vì có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình sơ chiều dài đường sức từ l= 0,1(m) khe hở lkh = 10-5(m) μtb = - Thể tích lõi sắt từ : Trong : l l kh + μ = 0,1 10 + 1,4.10−4 −5 =5,8.10 μtb μo tx S U I '2 V =Q l= ¿¿ −6 −4 5,8.10 0,15 14 0,15 V =Q l= ¿¿ Q : tiết diện lõi sắt I '2:là dòng thứ cấp quy đổi phía sơ cấp BAX Tra bảng II-2 Điện tử cơng suất ta chọn kích thước chuẩn máy biến áp xung sau Q = 9,22 (cm2); l =10,03 (cm); a= 1,2 (cm); c= 1,2 (cm); h= (cm); H = 4,2 (cm); P = (W); C = 4,8 (cm); B = 1(cm) 57 h Hình 3.3.1 Máy biến áp xung - Số vòng dây cuộn sơ cấp BAX W 1= −4 U tx 14.6.1 = =172 ΔB Q k 0,7.0,922.1 0−4 0,76 Với k = 0,76 hệ số lấp đầy Suy số vòng dây cuộn thứ cấp BAX W 2= W 172 = =86 n 3.3.2 Tính chọn Tranzitor tầng khuếch đại cuối Tầng khuếch đại xung sử dụng Tranzitor ngược mắc theo cầu Darlington chọn dựa theo thông số biến áp xung: u = 20 (V), I1 = I2 = 0,21 (A) Tranzitor Tr1 việc chế độ xung, chọn loại π605 có thơng số kỹ thuật sau: VCE = 40 (V), ICmax = 1,5 (A), β = 20÷ 40, Pm = (w), tmax = 850c Ta chọn: β =20 → IB1 = IC /β = 0,21/20 = 0,01 (A) = 10 (mA) Nên cho dịng I B nhỏ xung đối xứng chọn thêm tầng khuếch đại trung gian Tr2 làm việc chế độ khuếch đại, loại Mπ25 có thơng số kỹ thuật sau: VCE = 40 (V), ICmax = 300 (mA), β = 13÷ 25, chọn Tr2 có hệ số β =15 3.3.3 Tính chọn máy biến áp đồng pha Ở hệ thống ta thiết kế kênh điều khiển dùng máy biến áp đồng pha kết hợp với mạch dịch pha Máy biến áp đồng máy biến áp pha nối Y/Yo có điện áp thứ cấp U 2đm = 24 (V) Trên biến áp có đặt thêm cuộn dây thứ cấp để lấy điện áp nguồn nuôi Ta chọn công suất mổi máy BAX 5(W) sơ đồ ta sử dụng 12 BAX ,và tính tốn đến cơng suất nguồn ni cho khối khác Như chọn sơ công suất máy biến áp đồng 100 (W) 58 h Mạch dịch pha để dịch pha điện áp đồng U đb chậm sau điện áp đồng U dbo góc 30o Mạch sử dụng linh kiện R o, R1, Co để tạo góc lệch pha 30o Ta chọn Ro = 2,7 (KΩ), R1=4,7 (KΩ), Co = 1(μF) 3.3.4 Chọn Tranzitor mạch điều khiển Ở mạch tạo xung chữ nhật đồng pha khóa khống chế mạch tích phân Tranzitor mạch sửa xung chọn loại KT201A có thơng số kỹ thuật sau : VCE = 20 (V), VVE = 20 (V), Ic = 30 (mA), β = 20 ÷ 60, Cơng suất tiêu tán P = 0,15 (w) 3.3.5 Các vi mạch khuếch đại thuật tốn mạch tích phân Ta có : U U cc U cc (V) → C (R7 +W R 1)= C (R +W R1) nrcmax U rcmaxn Với Ucc=15 (V) ;Urc = 12 (V) ;tn = 0,01 (s) C (R7 +W R 1)= 15 0,01=0,0125 (s) 12 Chọn C1 =10-6 (F) (R7 +W R1 )= 0,0125 =12500 (Ω) −6 10 Chọn R7 = 10000 (Ω) ,WR1 = 2500 (Ω) Các thông số kỹ thuật vi mạch µA741: 59 h 3.3.6 Tính chọn khuếch đại trung gian H3.3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống Trong đó: Ucđ: Tín hiệu điện áp đặt tốc độ KTG: Hệ số khuếch đại mạch khuếch đại trung gian KBBĐ: Hệ số khuếch đại biến đổi KĐ: Hệ số khuếch đại động KI: Hệ số khuếch đại khâu phản hồi âm dòng điện γ: Hệ số khuếch đại khâu phản hồi âm tốc độ Iư R Σ: Nhiễu loạn phụ tải Ing: Tín hiệu dịng điện ngắt Từ sơ đồ cấu trúc ta có: n = { [ ( Ucd - γn ) KTG – β( Iư – Ing )] KBBĐ – Iư.R } KĐ Khi hệ làm việc ổn định kihaau phản hồi âm dịng có ngắt khơng tham gia nên: β(Iư – Ing ) = Gọi K = KTG KBBĐ KĐ hệ số khuếch đại hệ thống, từ ta có: n= Ta có : ∆n = St% n 0min n → n0 = U cd K−I R Σ K Đ 1− K Υ nđm 1−St n đmmin = nđm → △ n= D ( 1−S t ) nđm D S t nđm D ( 1−St ) Mặt khác ta lại có : 60 h △ n= → S t n đm D ( 1−St ) → K= = I u RS K Đ 1+ γK I u RS K Đ 1+ γK RS K Đ D ( 1−S t ) – St n đm γ S t nđm Ta có : E U−I u Ru 220−18,1.1,9 K e= = = =0.123 n n 1500 Hệ số khuếch đại động : K Đ= - 1 = =8,13 K e 0,123 Thơng số tính tốn : Pđm Công suất định mức = 3,2 (Kw) nđm Tốc độ định mức = 1500 (v/ph) Uđm Điện áp phần ứng định mức = 110 (V) Iđm Dòng điện định mức động = 37 (A) Lư∑ Điện cảm phần ứng động = 0,0113 (H) Rư∑ Điện trở phần ứng động = 0,255 (Ω) Ti Hằng số thời gian khâu phản hồi dòng = 0,002 (s) Tv Hằng số thời gian chỉnh lưu = 0,0033 (s) Tđk Hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lưu = 0,0025 (s) Tω Hằng số thời gian máy phát tốc = 0,003 (s) Hệ số cấu tạo động GD2 = 0,15 (kg.m2) Tốc độ góc ω= ωđm = (rad/s) Ke = 1,05.K 61 h Mđm = Pđm/ωđm = 3200/157 =20,382 (Nm) Cu = Mđm/Iđm =20,382/37 =0,55 L 0,0113 T u= = =0.044 R 0.255 GD J= =0.006 Từ sơ đồ cấu trúc điều khiển ta có : Uđ = Kcl.Uđk Chọn Uđk = 10 (V) Kcl = 26,4 - Hàm truyền điều chỉnh dòng điện: Tsi= Ti + Tv + Tđk =2ms + 3,3ms + 2,5ms =7,8.10-3s Tư = 0,044 (s) Rư = 0,255 (Ω) Kcl = 26,4 Chọn Uiđ = 12 (v) Với Ki = ⇒R Ι= - Uid 12 = =0,324 Idm 37 0,255.0,044 0,01122 (1+ )=0,084+ −3 p 0,044 0,0059 p 2.26,4 0,324 7,8 10 Tính hàm truyền điều chỉnh tốc độ : Từ sơ đồ cấu trúc điều khiển ta có: Uđω = ω.Kω Chọn Uđω = 10 (V) ⇒ Kω = Tsω = Tω + 2.Tsi =0,003 +2.7,8.10-3 = 0,0186 (s) Tω = ms ; Tsi = 7,8.10-3 s Rω = = Rω= ; T c= (s) J R 0,006.0,255 = =0.005 2 Cu 0,5 0,324.0,55 0,005 =1,909 (Ω) 0,197.0,06369 2.0,0186 62 h Chương 4: Mô phỏng, khảo sát hệ thống 4.1 Kết mô phỏng, khảo sát 4.1.1 Mô mạch động lực Hình 4.1.1.1 Mạch động lực chỉnh lưu cầu pha 63 h Hình 4.1.1.2 Khảo sát mạch động lực 4.1.2 Mơ mạch điều khiển Hình 4.1.2.1 Mạch điều khiển pha A 64 h Hình 4.1.2.2 Khảo sát mạch điều khiển pha A 4.1.3 Sơ đồ mô toàn mạch Psim 65 h 66 h 4.2 Đánh giá, kết luận Đánh giá: - Tất van phát xung - Thời gian phát xung theo yêu cầu - Kết mô đáp ứng yêu cầu đề Kết luận: Sau khoảng thời gian nghiên cứu thực đồ án “Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động chiều không đảo chiều quay sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu pha” với yêu cầu sau: Phụ tải MC = số mang tính chất phản kháng Động chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vg/ph BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình cầu pha Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệh tĩnh [s] = 0,1 Em có số kết luận sau: Trong trình làm đồ án giúp đỡ tận tình thầy Mai Văn Duy, chúng em hoàn thành xong đề tài thiết kế hệ thống điện BBĐ van – Động chiều khơng đảo chiều quay Q trình thực đề tài giúp em thu kết sau: - Hiều cấu tạo nguyên lý động điện chiều cách kĩ hơn, biết cách tính tốn chọn loại động có cơng suất cho phù hợp tối ưu - Thông qua việc thiết kế tìm hiều rõ BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu pha biết điều chỉnh thông số cho tối ưu hóa Thơng qua em có kinh nghiện việc thiết kế, tính tốn mạch lực thành phần liên quan hồn thành đề tài khác sau cách tốt - Thông qua việc mô mạch lực mạch điều khiển tìm hiều thêm nhiều phần mềm ứng dụng dùng để mô thiết kế mạch psim, proteus, matlab, - Giúp em rèn luyện kĩ tư độc lập , sáng tạo học hỏi thêm số kỹ hữu ích để phục vụ cho sau - Tuy nhiên q trình tính tốn thời gian khả , kinh nghiệp hạn chế nên khó tránh khỏi mắc phải thiếu sót 67 h Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy Mai Văn Duy cố gắng tận tình tạo điều kiện tốt cho em hồn thành mơn Đồ án điện tử cơng suất ứng dụng Sinh viên thực Nguyễn Văn Hoàng Hậu 68 h TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Thu Hà, Nguyễn Thị Thành, Nguyễn Cao Cường, Tài liệu học tập Điện tử công suất ứng dụng, Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, 2019 [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, NXB Khoa học kỹ thuật, 2004 [3] Nguyễn Bính, Điện tử cơng suất, NXB Khoa học kỹ thuật, 2016 [4] Trần Xuân Minh, Đỗ Trung Hải, Điện tử công suất : Dùng cho trường đại học kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, 2016 [5] Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghị, Phân tích giải mạch điện tử cơng suất, NXB Khoa học kỹ thuật, 2003 69 h