Báo cáo đồ án tự động hóa 1 đề tài thiết kế bộ chỉnh lưu ba pha hình tia để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Báo cáo đồ án tự động hóa Nhóm Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu ba pha hình tia để điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Sinh viên thực : Nguyễn Thị Huyền Trang Nguyễn Văn Trường Nguyễn Thành Đạt Phạm Trung Dũng Nguyễn Trung Kiên Lương Thành Luân Lớp : 61TĐH2 Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Hoàng Việt Chương 1: Giới thiệu động chiều 1.1 Giới thiệu Bộ truyền động điện có sẵn dải công suất rộng từ vài watt đến vài MW Các truyền động thường sử dụng nhiều ứng dụng công nghiệp hệ thống điều khiển vị trí hiệu suất cao xác robot đến truyền động tốc độ thay đổi máy bơm để kiểm soát lưu lượng Trong tất truyền động, vị trí tốc độ điều khiển biến đổi điện tử công suất Về bản, biến đổi điện tử công suất sử dụng để giao tiếp nguồn điện đầu vào động điện Hình 1.1 cho thấy sơ đồ khối hệ thống truyền động điện bao gồm động điện, biến đổi điện tử công suất trục truyền lượng để truyền từ động sang tải 1.1 Một truyền động điện hở Hiện nay, tất hệ Hình thống truyền động điện đại hoạt động với hệ thống vịng kín mơ tả Hình 1.2 Đầu biến đổi điện tử công suất biến đổi dc biến đổi xoay chiều với hiệu điện tần số thay đổi Đầu biến đổi điện phụ thuộc vào yêu cầu tải Khi tải động cảm ứng ba pha, biến đổi đầu điện áp xoay chiều điều chỉnh tần số Nếu tải động chiều, biến đổi đầu điều chỉnh điện áp chiều Các tín hiệu phản hồi tham số đo tải, độ vị trí Các tín hiệu sử dụng làm tín hiệu đầu vào điều khiển Các tín hiệu lệnh áp dụng cho điều khiển Sau đó, tín hiệu phản hồi so sánh với tín hiệu tham chiếu lệnh theo tín hiệu điều khiển tạo điều khiển để bật công tắc bán dẫn biến đổi nguồn Do đó, nhận đầu cần thiết tải Hình 1.2 Một truyền động điện kín Mạch điều khiển điều khiển trái tim biến đổi điện tử công suất Mạch điều khiển tạo xung kích hoạt để điều khiển thyristor biến đổi điện tử công suất Mạch điều khiển mạch công suất thấp xây dựng cách sử dụng mạch tương tự, mạch kỹ thuật số, vi xử lý vi điều khiển máy tính nhân Thơng thường, có ba loại truyền động như:  Bộ truyền động động DC  Bộ truyền động động cảm ứng  Truyền động động đồng Trong phần này, truyền động động chiều dựa điện tử công suất, truyền động động cảm ứng đồng động truyền động thảo luận cách công phu 1.2 Bộ truyền động động DC Động DC sử dụng rộng rãi truyền động điều khiển vị trí tốc độ thay đổi điều chỉnh Họ cung cấp mơ-men xoắn khởi động cao kiểm soát tốc độ động chiều phạm vi rộng Thường xuyên, động DC kích từ độc lập chuỗi động DC sử dụng truyền động tốc độ thay đổi chuỗi động DC sử dụng rộng rãi cho ứng dụng sức kéo Tốc độ động chiều kiểm sốt điều khiển điện áp phần ứng điều khiển từ thơng kích từ Trong điều khiển điện áp phần ứng, tốc độ động điều khiển tốc độ tốc độ định mức sử dụng điều khiển từ thơng kích từ, tốc độ động điều khiển tốc độ tốc độ định mức Bộ chỉnh lưu có điều khiển cung cấp điện áp đầu chiều thay đổi từ điện áp đầu vào xoay chiều cố định cách thay đổi góc bắn thyristor Bộ biến đổi DC-to-DC (hoặc choppers) cung cấp điện áp đầu chiều thay đổi từ điện áp chiều cố định Vì chỉnh lưu cắt điều khiển cung cấp biến liên tục điện áp chiều, ứng dụng chỉnh lưu điều khiển cắt điện điều khiển tốc độ động chiều cách mạng truyền động tốc độ công nghiệp đại từ vài watt đến vài MW Hình 1.3 hiển thị truyền động DC cấp nguồn chỉnh lưu điều khiển sơ đồ khối truyền động DC cấp nguồn chopper mơ tả Hình 1.4 Tùy thuộc vào loại nguồn điện, truyền động chiều phân loại thành Bộ chỉnh lưu điều khiển pha cấp truyền động DC Bộ chỉnh lưu điều khiển ba pha cấp truyền động DC Hình 1.3 Bộ chỉnh lưu điều khiển cấp truyền động DC Hình 1.4 Bộ chopper cấp truyền động DC Bộ chopper cấp truyền động DC Trong phần này, ban đầu đặc tính động điện chiều thảo luận sau tốc độ Các chiến lược điều khiển động điện chiều giải thích 1.3 Động DC kích thích độc lập Mạch tương đương động điện chiều kích từ độc lập ghép nối với tải trình bày Hình 1.5 Trong Hình 1.5, Điện áp phần ứng Dòng điện phần ứng tức thời định Dòng điện phần ứng trạng thái ổn định Suất điện động phải hồi Điện áp kích từ Dịng điện kích từ trạng thái ổn Dịng điện kích từ tức thời Điện cảm dây quấn phần ứng Điện trở dây quấn phần ứng Điện cảm cuộn dây kích từ Điện cảm cuộn dây kích từ Mơmen điện từ Tải mơmen xoắn Tốc độ góc Giảm xóc liên tục Hình 1.5 Mạch tương đương động DC kích từ độc lập Dịng điện kích từ độc lập so với dòng điện phần ứng động DC kích từ độc lập Do đó, thay đổi dịng điện phần ứng khơng có ảnh hưởng đến dịng điện kích từ Giá trị dịng điện kích từ nhỏ dịng điện phần ứng Phương trình KVL mạch kích từ Phương trình KVL mạch phần ứng Suất điện động phản hồi đó, hệ số suất điện động phản hồi Mơmen điện từ động phát triển đó, hệ số mômen xoắn Mối quan hệ mômen điện từ mômen tải Ở điều kiện trạng thái ổn định, đạo hàm theo thời gian phương trình trở thành phương trình viết dạng hay Năng lượng điện từ phát triển Và Hoặc đó, Rõ ràng từ phương trình tốc độ động điện chiều kích từ độc lập điều khiển Điều khiển điện áp phần ứng Dịng điện kích từ điều khiển từ thơng kích từ Tốc độ điện áp phần ứng định mức gọi tốc độ định mức hay tốc độ Tốc độ nhỏ sở tốc độ điều khiển điều khiển phần ứng, phần ứng dịng điện kích từ khơng đổi để trì mơ-men xoắn cầu điện áp phần ứng đa dạng Trong điều khiển kích từ, tốc độ lớn tốc độ có dịng điện phần ứng trì giá trị định mức dịng điện kích từ thay đổi để điều khiển tốc độ động Sức mạnh phát triển động là không đổi Các đặc điểm động DC kích từ độc lập mơ tả Hình 1.6 Hình 12.6 Đặc tính động DC kích từ độc lập Chương 2: Điều khiển động chiều 2.1 Bộ chỉnh lưu ba pha hình tia cấp truyền động DC Hình 2.1 cho thấy biến đổi ba pha nửa chu kì cấp truyền động DC mạch phần ứng cấp từ biến đổi ba pha nửa chu kì mạch kích từ cấp nguồn từ biến đổi bán phần ba pha Bộ truyền động hoạt động góc phần tư Nó phù hợp cho ứng dụng công suất lên đến 40 kW mức độ Biến tần hoạt động hai góc phần tư mạch kích từ truyền động pha biến đổi đầy đủ biến đổi đầy đủ ba pha Khi biến đổi ba pha nửa chu kì nối với mạch phần ứng phần ứng trung bình điện áp góc bắn Trong đó, điện áp đường dây cực đại Nếu điện áp pha lớn nguồn điện xoay chiều ba pha nối sao, điện áp đầu biến đổi ba pha nửa chu kì hay Trong mạch kích từ, điện áp chiều cung cấp biến đổi ba pha nửa chu kì điện áp đầu trung bình cuộn kích từ với Hoặc hay Vì biến đổi ba pha nửa chu kì đưa thành phần chiều nguồn điện xoay chiều, biến tần không thường sử dụng ứng dụng cơng nghiệp Hình 3.4 Khâu phát xung chùm Tính tốn: Chu kì phát xung: với Tần số tạo xung chọn Chu kì Chọn , , Khi Suy R24 = 0,1.10−3 Mạch tách xung: Trong số mạch điều khiển chỉnh lưu, điện áp tựa tạo hai nửa chu kỳ mạch Lúc khâu so sánh xác định góc điều khiển cho hai van thuộc pha mạch lực, van nửa chu kỳ dương, van chu kỳ âm Tuy nhiên, việc phát xung điều khển cho van điện áp van âm không mong muốn Để tránh điều cần có thêm mạch tách xung, lúc van lực nhận xung điều khiển điện áp van dương Hình 3.5 Khâu tách xung Thông số thiết bị phát xung chùm: TT Tên R23 R24 Tất diode OA4 Chủng loại( giá trị) 10kΩ 16kΩ 1001 IC741 3.4.5 Khâu khuếch đại xung Hình 3.6 Sơ đồ khâu khuếch đại xung Biến áp xung để truyền tín hiệu điều khiển có đặc điểm sau:  Tạo biên độ xung theo yêu cầu  Dễ thay đổi cực tính xung  Cách ly điện mạch điều khiển mạch lực Máy biến áp xung gồm cuộn thứ cấp để cấp cho van thuộc nhóm dẫn 3.4.6 Khâu tạo xung kép Hình 3.7 Sơ đồ khâu tạo xung kép Dạng xung kép hai xung đơn cách điện, để điều khiển mở cho van lực cần hai xung, xung thứ xung chính, phát động theo góc điều khiển α, xung thứ hai xung phụ đảm bảo hai van dẫn 3.4.7 Chọn cổng AND Do khâu so sánh nối với cửa vào logic AND nên khoảng điện áp Uss mức cao tương ứng logic xung từ dao động tần số cao qua mạch AND để tới khâu KĐX Bản thân mức logic lại phụ thuộc góc nên kết ta có độ rộng xung chùm Hình 3.8 Tạo xung chùm có độ rộng Chọn cổng AND IC 4073 có AND đầu vào tích hợp IC Hình 3.9 Cổng AND Tín hiệu điều khiển tạo sau so sánh , Uđk điện áp phân kênh, điện áp khâu tạo xung chùm U5 trộn với qua cổng AND trước đưa vào BAX để tạo xung điều khiển dang chùm nhằm giảm bớt kích thước BAX Hình 3.10 Sơ đồ IC 4073 3.5 Sơ đồ mạch điều khiển Hình 3.11 Sơ đồ kênh điều khiển pha A Hình 3.12 Bộ điều chỉnh PID Chương 4: Mô 4.1 Thông số 4.1.1 Thông số động DC Hình 4.1 Động DC kích từ độc lập simulink Bảng số liệu mô Nguồn điện áp ba pha xoay chiều V Tần số Góc mở phần ứng Góc mở phần kích từ Điện áp kích từ Độ tự cảm phần ứng Độ tự cảm phần kích từ Điện trở phần ứng Điện trở phần kích từ V H H Hỗ cảm H Quán tính kg.m2 Momen tải N.m Hệ số ma sát N.m.s 4.1.2 Thơng số Thyristor Hình 4.2 Thyristor simulink 4.2 Mạch mơ chỉnh lưu ba pha hình tia điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Hình 4.3 Sơ đồ mạch mơ 4.3 Kêt mơ Điện áp ba pha xoay chiều: Dịng điện ba pha xoay chiều: Điện áp qua mạch chỉnh lưu ba pha hình tia chưa tải: Dịng điện qua mạch ba pha hình tia chưa tải: Điện áp qua mạch ba pha hình tia có tải: Dịng điện qua mạch ba pha hình tia có tải: Dịng điện phần ứng Ia động DC: Tốc độ quay động DC: Dịng điện kích từ Momen điện từ động DC: động DC: Kết luận Trên toàn nội dung thiết kế chỉnh lưu ba pha hình tia để điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập nhóm em Nhận thấy, kết thiết kế mô cịn chưa hồn thiện so với thực tế, cịn nhiều yếu kém, nhiều sai sót Tuy vậy, qua đề tài này, em bước đầu tập luyện, làm quen với việc thiết kế hệ thống tương lai Vì trình độ, khả kinh nghiệm việc nghiên cứu tài liệu tham khảo nhiếu hạn chế, đề tài thiết kế hệ thống lại phức tạp nên q trình thiết kế khơng tránh khỏi sai sót Vì vậy, mong thầy thơng cảm bỏ qua cho nhóm em Kết thực hoàn thành tương đối đầy đủ so với mục tiêu đề Đó là, tìm hiểu động chiều kích từ độc lập, thiết kế mạch điều khiển Đồng thời mô thành công chỉnh lưu ba pha hình tia điều khiển tốc độ động chiều kích từ độc lập theo dõi kết thông qua phần mềm Matlab-Simulink