Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Sự bùng nổ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn, ứng dụng rộng rải có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khắc nhau, Đặc biệt là lĩnh vực điều khiển tự động và các dây chuyền công nghiệp khép kín ra đời trong đó có lĩnh vực điều khiển động cơ điện. Điều khiển động cơ điện một chiều là một lĩnh vực không mới và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế công nghiệp sản xuất, có khá nhiều phương pháp điều khiển. Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh kiện điện tử đơn giản và các phương pháp điều khiển được học. Em được giao nhiệm vụ “Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SVTH: GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHỐT TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHOÁT TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động điện một chiều kích từ đợc lập GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khốt SVTH: MSV: LỚP: D13TĐH&ĐKTBCN2 SVTH: Hà Nội,3/2021 TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHỐT LỜI NÓI ĐẦU Sự bùng nổ khoa học kỹ thuật lĩnh vực điện, điện tử, tin học năm gần ảnh hưởng sâu sắc về lý thuyết thực tiễn, ứng dụng rộng rải có hiệu cao nhiều lĩnh vực khắc nhau, Đặc biệt lĩnh vực điều khiển tự động dây chuyền công nghiệp khép kín đời có lĩnh vực điều khiển đợng điện Điều khiển động điện một chiều một lĩnh vực không ứng dụng nhiều thực tế cơng nghiệp sản xuất, có nhiều phương pháp điều khiển Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng linh kiện điện tử đơn giản phương pháp điều khiển học Em giao nhiệm vụ “Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động điện một chiều kích từ độc lập” Do lần đầu tiên làm đồ án, kiến thức cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy bạn có góp ý để đồ án em hồn thiện Với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo khoa đặc biệt Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Khốt, giúp em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Khoát SVTH: TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHỐT CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ 1.1 Đặc tính động điện chiều 1.1.1 Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp một chiều vào, dây quấn phần ứng có điện Các dẫn có dịng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều lực xác định quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiến góp chiều dịng điện ngun làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động Eư chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải, đợng chiều sđđ Eư ngược chiều dịng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Khi ta có phương trình: U E  R I (1.1) 1.1.2 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Đợng điện mợt chiều kích từ đợc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bổ trí phần tĩnh có c̣n dây kích từ sinh từ thông Φ, phần ứng phần quay nối với điện áp lưới qua vành góp chổi than Tác đợng từ thơng Φ dịng điện phần ứng Iư, tạo nên mômen quay động Khi động quay dẫn phần ứng cất qua từ thông Φ tạo nên sức điện động Eư Sơ đồ nguyên lý động điện kích từ độc lập trình bày hình 1.1 SVTH: TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHỐT Hình 1.1: Sơ đồ nối dây động điện một chiều kích từ độc lập Giả thiết mạch từ động chưa bão hồ khe hở khơng khí đồng đều, phản ứng phần ứng bù đủ, thông số đợng khơng đổi Ta có thể lập sơ đồ thay thế máy điện một chiều kích từ độc lập Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân điện áp: U ö E ö  (R ö  R f ) (1.2) Trong đó: U : Điện áp phần ứng, V Eư : Sức điện động phần ứng, V Rư : I : Dòng điện Điện trở mạch phần ứng, Ω mạch phần ứng, A Với: SVTH: R ö rö  rcf  rb  rct (1.3) TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHOÁT r : Điện trở cuộn dây phần ứng r cf : Điện trở cuộn dây cực từ phụ rb: Điện trở cuộn bù Điện trở tiếp xúc chổi điện phiến góp r ct : Sức điện động Eư phần ứng đợng xác định theo biểu thức:  P.N . K.. 2a (1.4) Trong đó: P: Sớ đơi cực từ chính N: Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng, một cặp cực từ  : Từ thông kích từ một cực từ ω: Tớc đợ góc (rad/s) K P.N 2a : Hệ số cấu tạo động Nếu biểu diễn sức điện đợng theo tớc đợ quay n (vịng/phút) E ö K e .n Và SVTH:   (1.5) 2n n  60 9,55 TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Vì vậy Ke  Ke   GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHOÁT P.N n 60a P.N 60a : Hệ số sức điện động động K 0,105K 9,55 Từ (1.2) (1.4) ta có:   U Rö  Rf  I K. K. (1.6) Biểu thức (1.6) phương trình đặc tính điện động Mặt khác, mô men điện từ Mđt đợng xác định bởi: Mđt K..I u I Với (1.7) M ñt K. : thay giá trị I vào (1.4) ta có:   U Rư  Rf  M th K. (k)2 (1.8) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơmen trục động mô men điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa là: M ñt M (1.9) Đây phương tình đặc tính đợng điện một chiều kích từ độc lập SVTH: TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHOÁT Giả thiết phần ứng bù đủ, từ thơng  = const, phương trình đặc tính tuyến tính Dạng đặc tính động biểu diễn hình 1.2 đường thẳng Hình 1.2: Đặc tính điện đặc tính động điện một chiều Theo đồ thị, Iư = M = ta có:   ω0 0 K. gọi tớc đợ khơng tải lý tưởng đợng cơ, Iư  (1.10) ω=0 ta có: I nm Rư  Rf M K..I nm M nm (1.11) (1.12) Inm Mnm gọi dịng điện ngắn mạch mơmen mở máy Mặt khác, phương trình đặc tính (1.6) (1.9) có thể viết dạng: SVTH: TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT     GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHOÁT Uu R  I 0   K. K. Uu R  M 0   K (K.)2 (1.13) (1.14) Trong đó: R R  R f 0    Δω Uu K. R R I  M K. (K.)2 gọi độ sút tốc độ ứng với giá trị momen tải M  Khi Rf =0,  = ñm Uư = Uưdm ta có đặc tính tự nhiên Ta có thể biểu diễn đặc tính điện đặc tính hệ đơn vị tương đối *  Trong  0 1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều - Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng - Phương pháp thay đổi từ thông  - Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng 1.2.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng SVTH: TRANG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT GVHD: TS NGUYỄN NGỌC KHỐT - Đây phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động điện mợt chiều U  U đm  dm + Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp người ta giữ , nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng Độ cứng đường đặc tính cơ:   M (k)2   R ö  R f (1.15) + Ta thấy điện trở lớn nhỏ nghĩa đặc tính dớc mềm Hình 1.3: Đặc tính đợng thay đổi điện trở phụ R 0  Ứng với f ta có đợ cứng tự nhiên TN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có đợ cứng lớn tất đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy, ta thay đổi Rf ta một họ đặc tính thấp đặc tính tự nhiên - Đặc điểm phương pháp: + Điện trở mạch phần ứng tăng đợ dớc đặc tính lớn, đặc tính mềm, SVTH: TRANG 10