Điện tử công suất

Đồ án mơn học Điện tử cơng suất Lời nói đầu Việc dụng động điện sản xuất đời sống rộng rãi , đặc biệt động điện chiều động điện chiều có nhiều ưu điểm so vơi động xoay chiều Nhưng gắn liền với việc sử dụng động điện chiều trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ động cho phù hợp với yêu cầu thực tế Là sinh viên khoa Điện môn Tự Động Hoá trang bị với kiến thức nhiều mơn học có mơn điện tử cơng st, qua giảng thầy cô trình tìm hiểu em hồn thành đồ án Đây mảng đề tài rộng, với khối lượng công việc lớn mẻ chúng em em gặp số khó khăn qúa trình thiết kế, song hướng dẫn tận tình thầy giáo, giáo môn, đặc biệt thầy giáo Phạm Quốc Hải giúp đỡ nhiệt tình bạn lớp, nên em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu Tuy nhiên hạn chế thời gian trình độ thân, nên khơng tránh khỏi cịn nhiều chỗ thiếu sót, em mong bảo thầy cô giáo bạn để em hoàn thiện đồ án Trong đồ án em xin trình bày số nội dung sau : Chương : Giới thiệu Chung động điện chiều Chương : Các phương án tổng thể Chương 3: Phân tích hoạt động mạch thiết kế Chương : Thiết kế tính tốn mạch lực Chương : Tính toán thiết kế mạch điều khiển Sinh viên thiết kế Đinh anh Dũng Đinh Anh Dũng TĐH1 – K46 Trang CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Tầm quan trọng động điện chiều Trong sản xuất đại , động chiều coi loại máy quan trọng ngày có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều ưu điểm khả điều chỉnh tốc độ tốt , khả mở máy lớn đặc biệt khả q tải Chính mà động chiều dùng nhiều nghành cơng nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải mà điều quan trọng nghành cơng nghiệp hay địi hỏi dùng nguồn điện chiều Bên cạnh đó, động điện chiều có nhược điểm định so với máy điện xoay chiều giá thành đắt chế tạo bảo quản cổ góp điện phức tạp ( dễ phát sinh tia lửa điện ) ưu điểm nên động điện chiều cịn có tầm quan trọng định sản suất Công suất lớn động điện chiều vào khoảng 10000 KW , điện áp vào khoảng vài trăm 1000 V Hướng phát triển cải tiến tính vật liệu , nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo động có công suất lớn 2.Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần : phần tĩnh phần động 2.1.Phần tĩnh hay stato Đây đứng yên máy , bao gồm phận sau: a, Cực từ : phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d, Các phận khác Bao gồm: - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang - Cơ cấu chổi than : Để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 2.2 Phần quay hay rơto Bao gồm phận sau : a, Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lạ thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dùng giá rơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto b, Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có cơng suất vài kW thường dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit c, Cổ góp : Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục trịn Hai đầu trục trịn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ trịn cách điện mica Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng d, Các phận khác - Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồi làm nguội máy - Trục máy : Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt Phân loại máy điện Động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động điện kích hích độc lập, động điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính động kích từ độc lập kích thích song song giống nên cần công suất lớn người ta thường dùng động kích từ độc lập để điều chỉnh dịng điện kích thích thuận tiện mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng kinh tế địi hỏi có dịng bên ngồi Trong đồ án ta xét đến động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ U E Rf U CKT Ikt Rkt Ukt Khi mà nguồn chiều có cơng suất khơng q lớn mạch phần ứng mạch từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên gọi động điện chiều kích từ độc lập Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B dây quấn phần ứng sinh dòng điện Iư Các dẫn ab,cd có dịng điện nằm từ trường chịu tác dụng lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab,cd đổi chỗ cho phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều tác dụng không đổi đảm bảo động có chiều quay khơng đổi,khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động Eư ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái Phương trình phần ứng Uư = Eư +Rư.Iư II ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ ĐẢO CHIỀU 1) Phương trình đặc tính Uư = Eư +(Rư +Rf)Iư Uư : Điện áp phần ứng Eư : Suất điện động phần ứng Rư ,Rf : Điện trở phần ứng,điện trở phụ mạch phần ứng Iư : Dòng điện mạch phần ứng Rư =rư +rct +rb +rtc rư : Điện trở cuộn dây phần ứng rct : Điện trỏ cực từ phụ rb : Điện trở cuộn bù rtx : Điện trở tiếp xúc chổi điện P.N Eư = 2 a   K  U E Rf I U Rkt CKT Ikt  K   P.N 2. a P : Số cực từ N : Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng  : Từ thơng kích từ cực từ Wb  : Tốc độ góc (Rad/s) Ukt Eư = Ke  n  U  ( Ru  R f ).I u ( Ru  R f ) Eu U    Iu K  K  K K Mômen điện từ Mđt =K  Iư Suy Iư = M dt K  Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ mômen đầu trục Mđt =Mcơ =M   Ru  R f Uu  M K  ( K  ) (1) Mơmen phụ thuộc vào từ thơng dịng phần ứng Từ phương trình (1) suy : để thay đổi tốc độ động ta dùng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư ,từ thông  tức thay đổi dịng kích từ Ikt thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf M =K  Iư muốn đảo chiều động tức đảo chiều mơmen M ta dùng phương pháp đảo chiều từ thơng (tức đảo chiều dịng kích từ Ikt ) đảo chiều dịng điện phần ứng Iư Các phương pháp thay đổi tốc độ a) Phương pháp thay đổi từ thông  ,thay đổi dịng kích từ Ikt Với phụ tải Mc định Khi  giảm tốc độ động tăng lên n nodm  dm M(Iu) Iu Khi kích thích dịng khác đặc tính nhận khác độ dốc khác nhau.Giao điểm mômen cản Mư =f(Iư) với đường cho biết tốc độ xác lập ứng với thông số khác từ thông b) Thay đổi điện áp phần ứng - Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông điện chiều cần có thiết bị nguồn máy phát điện chiều kích từ độc lập , chỉnh lưu điều khiển thiết bị có chức biến đổi lượng xoay chiều thành chiều có suất điện động Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu Uđk LK BB§ - Phương trình đặc tính hệ thống sau:  Eb R  Rb  ud I u K dm K dm - Vì từ thơng động giữ không đổi nên độ cứng đặc tính khơng thay đổi cịn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk hệ thống nói phương pháp điều chỉnh triệt để - Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy tốc độ lớn hệ thống bị chặn đặc tính đặc tính ứng với điện áp định mức từ thông giữ giá trị định mức Tốc độ nhỏ dải điều chỉnh bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mômen khởi động , mômen tải định mức giá trị lớn va nhỏ tốc độ  max  max  M dm     M dm  Để thoả mãn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mơmen ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm Trong : KM hệ số tải mơmen, họ đặc tính đường thẳng song song với nên theo định nghĩa độ cứng đặc tính ta viết:   M nm  M dm  M  dm  K M  1   M dm  max  1  M dm  M KM   1 dm   max  D KM * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào  omax max ®k1 0min ®k2 min M®m Mnmmin 3.Vấn đề đảo chiều Chiều quay động phụ thuộc vào chiều quay mơmen dùng hai phương pháp Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng Iư đổi chiều từ thơng (đổi chiều dịng kích từ Ikt) Nếu dùng phương pháp đảo chiều dịng kích từ Khi máy quay hệ số điện cảm cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vịng dây) nên thay đổi dịng kích thích Ikt xuất suất điện động cảm ứng cao gây điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích Do để đảo chiều quay động ta chon phương pháp đảo chiều dòng phần ứng Iư 4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác a) Độ trơn   i 1 i Trong :  i ,  i 1 tốc độ ổn định động đạt cấp i ,i+1   tức hệ truyền động ổn định vị trí tồn dải điều chỉnh b) Dải điều chỉnh tốc độ Là phạm vi điều chỉnh – tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mơmen tải cho D Trong :  max  bị hạn chế độ bền động độ bền vành góp bị chặn yêu cầu mômen khởi động ,khả tải sai số tốc độ làm việc cho phép c) Chống kích từ Khi mở máy phải đảm bảo chống kích từ mà nguyên nhân ngắn mạch kích thích  max  U  Eu U Vì Eư = nên Iư = R  R u u Do U không đổi Rư nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên Iư lớn làm cháy dây quấn vành góp Cách khắc phục điều phải có phận nhận biết kích từ (  0 Iư =0) ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư = Khi Iư khơng lớn tránh cố CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ Để lựa chọn phương án thích hợp với yêu cầu “ Cấp điện cho đơng điện chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng “ ta cần phải lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ sơ đồ mạch lực phù hợp I LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐƠNG CƠ Nói chung ta tiến hành điều chỉnh tốc độ động theo phương pháp chủ yếu nêu : Điều chỉnh điện áp phần ứng điều chỉnh từ thông   Phương pháp điều chỉnh từ thông  Phương pháp điều chỉnh từ thơng  thay đổi tốc độ cách liên tục kinh tế điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức bị hạn chế điều kiện khí  Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng điều chỉnh tốc độ cách liên tục dễ dàng thực cách thay đổi góc điều kiển  Mặt khác phương pháp trình điều kiển thay đổi tốc độ khơng tiêu hao lương momen đông không đổi Nhân xét : Từ phân tích ta lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ đông cách thay đổi điện áp phần ứng II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC Để thay đổi đảo chiều động điện chiều buộc phải thiết kế chỉnh lưu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý sau Tải CL II Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu pha hay mạch chỉnh lưu pha Thông thường theo kinh nghiêm ta có : + Nếu cơng suất mạch cung cấp lớn  kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha + Nếu công suất mạch cần cung cấp nhỏ  kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha - Công suất mạch phần ứng : Pư = 600.5 = 3000W = 3kW <  kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha để cung cấp cho phần ứng - Công suất mạch phần cảm : Pcảm = 400.0,6 = 240W = 0,24kW <  kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha để cung cấp cho phần cảm  Các sơ đồ chỉnh lưu pha Chỉnh lưu nửa chu kỳ T U1 U2 R L Với sơ đồ sóng điện áp chiều bị gián đoạn nửa chu kỳ điện áp anốt van bán dẫn âm , sử dụng sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu Điện áp tải trung bình lớn tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất máy biến áp thấp Sba = 3,09.Ud.Id +Ưu điểm - Là loại chỉnh lưu có ngun lý đơn giản van +Nhược điểm - Chất lượng điện áp xấu - Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp Chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính 53210 53210