Đồ án điện tử công suất và truyền động điện

Thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều kích từ độc lập, dải điều chỉnh tốc độ 5002000vp. Động cơ một chiều có thông số: Pđm=2.2kW; Uđm=200V; Iđm=12.8A; nđm= 2500vp 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯUĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU. 2. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU. 3 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HỐ ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP, DẢI ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 500-2000V/P Hà Nội-2023 Đồ án Điện tử công suất TĐĐ II Nội dung học tập Tên chủ đề : Thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu – động chiều kích từ độc lập, dải điều chỉnh tốc độ 500-2000v/p Động chiều có thơng số: Pđm=2.2kW; Uđm=200V; Iđm=12.8A; nđm= 2500v/p MỤC LỤ DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .8 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1.1 ĐỊNH NGHĨA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1.2 CẤU TRÚC CHUNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .9 1.2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ CHIỀU .9 1.2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ CHIỀU 11 1.2.3 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 12 1.3 GIỚI THIỆU VỀ THYRISTOR 14 1.4 HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 16 1.4.1 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 17 1.4.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG 18 1.4.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG 19 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU 20 2.1 TÍNH CHỌN MẠCH LỰC 20 2.1.1 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 20 2.1.2 TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC 22 2.1.3 TÍNH CHỌN THYRISTOR 24 2.1.4 TÍNH CHỌN CUỘN KHÁNG CÂN BẰNG 24 2.1.5 TÍNH CHỌN CUỘN KHÁNG SAN BẰNG 26 2.1.6 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH ĐỘNG LỰC 27 2.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 28 2.2.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .28 2.2.2 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN 28 2.2.3 CÁC KHÂU CƠ BẢN 29 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 35 Đồ án Điện tử cơng suất TĐĐ 3.1 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ DỊNG ĐIỆN, ĐIỆN ÁP VÀ TỐC ĐỘ 35 3.1.1 THIẾT BỊ ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ MẠCH ĐO LƯỜNG DÒNG ĐIỆN 35 3.1.2 THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN ÁP VÀ MẠCH ĐO LƯỜNG ĐIỆN ÁP 37 3.1.3 THIẾT BỊ ĐO TỐC ĐỘ VÀ MẠCH ĐO LƯỜNG TỐC ĐỘ 39 3.2 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN VÀ TỐC ĐỘ 40 3.2.1 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN 40 3.2.2 TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 43 3.3 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ BẰNG PHẦN MỀM MATLAB/ SIMULIMK 45 Đồ án Điện tử cơng suất TĐĐ DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc hệ truyền động điện Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động động chiều .12 Hình 1.3 Đường đặc tính có điện trở phụ .13 Hình 1.4 Đường đặc tính thay đổi điện áp phần ứng 14 Hình 1.5Đặc tính điện (a)và đặc tính (b)khi thay đổi từ thơng 14 Hình 1.6 Ký hiệu cấu tạo Thyristor .15 Hình 1.7 Hệ truyền động chỉnh lưu - động chiều 17 Hình 1.8 Đặc tính hệ T-Đ 18 Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều chỉnh đối xứng 20 Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 20 Hình 2.3 Đồ thị chỉnh lưu Thyristor cầu pha 21 Hình 2.4 Mơ cầu pha có điều khiển PSIM 21 Hình 2.5 Sơ đồ khối điều khiển thyristor 28 Hình 2.6 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .28 Hình 2.7 Ngun tắc điều khiển thẳng đứng arcos 29 Hình 2.8 Một số khâu đồng pha điển hình 29 Hình 2.9 Giản đồ khâu đồng pha 30 Hình 2.10 Các khâu so sánh thường gặp 30 Hình 2.11 Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu 31 Hình 2.12 Sơ đồ khâu khếch đại phân phối xung 31 Hình 2.13 Sơ đồ tạo xung 32 Hình 2.14 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 32 Hình 3.1 Một số cảm biến dòng điện LEM 33 Hình 3.2 Nguyên lý cảm biến LEM 33 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện DC/AC 33 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý cảm biến LEM 35 Hình 3.5 Cảm biến LEM LV25-P 35 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp .35 Hình 3.7 Máy phát tốc .37 Hình 3.8 Đo tốc độ với máy phát tốc DC 37 Hình 3.9 Đồ thị dịng điện điện áp khơng tải với tốc độ 500v/p 43 Hình 3.10 Đồ thị dịng điện điện áp khơng tải với tốc độ 2000v/p 43 Hình 3.11 Đồ thị dịng điện điện áp có tải với tốc độ 500v/p 44 Hình 3.12 Đồ thị dịng điện điện áp có tải với tốc độ 2000v/p 44 Đồ án Điện tử công suất TĐĐ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Ý nghĩa ký hiệu hệ truyền động điện Bảng 2.1 Thông số động .22 Bảng 2.2 Thông số máy biến áp 24 Bảng 2.3 Thông số Thyristor .24 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cảm biến LEM LTS 25-NP .35 Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật cảm biến LEM LV25-P 36 Đồ án Điện tử công suất TĐĐ TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU-ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1.1 ĐỊNH NGHĨA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hệ truyền động điện tổ hợp nhiều thiết bị phần tử điện - điện phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu công tác phụ tải, gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển q trình biến đổi lượng theo yêu cầu công nghệ phụ tải 1.1.2 CẤU TRÚC CHUNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình 1.1 Cấu trúc hệ truyền động điện Bảng 1.1 Ý nghĩa ký hiệu hệ truyền động điện Ký hiệu BBĐ ĐC MSX R RT K KT GN Ý nghĩa Bộ biến đổi Động điện Máy sản xuất Bộ điều chỉnh truyền động cơng nghệ Các đóng cắt phục vụ truyền động công nghệ Mạch ghép nối Đồ án Điện tử công suất TĐĐ VH Người vận hành Cấu trúc hệ TĐĐ TĐ gồm phần chính: Phần lực (mạch lực): Lưới điện (nguồn điện) cấp điện đến biến đổi (BBĐ) động điện (ĐC) truyền động phụ tải (MSX) Các biến đổi:  Bộ biến đổi máy điện (máy phát điện chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại)  Bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà)  Bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (chỉnh lưu thyristor, điều áp chiều, biến tần transistor, thyristor) Động điện: Một chiều, xoay chiều, loại động đặc biệt Phần điều khiển: (mạch điều khiển)  Cơ cấu đo lường  Bộ điều chỉnh tham số cơng nghệ  Khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ cơng nghệ cho người vận hành  Mạch ghép nối với thiết bị tự động khác với máy tính điều khiển 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.2.1 CẤU TẠO ĐỘNG CƠ 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 Động điện chiều có nhiều ưu điểm khả điều chỉnh tốc độ tốt, khả mở máy lớn đặc biệt khả tải Vì mà động chiều dùng nhiều nghành công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành cơng nghiệp hay địi hỏi dùng nguồn điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần chính: phần tĩnh phần động: Phần tĩnh: Đây phần đứng yên máy, bao gồm phận sau: + Cực từ chính: 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 Đồ án Điện tử công suất TĐĐ 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 bulông + 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 + Gơng 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 + Các phận khác: - 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 dòng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Phần quay: Bao gồm phận sau : + Lõi sắt: Là 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 dặt dây quấn vào + 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 tròn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật + Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn 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 tròn cách điện mica + Các phận khác: - Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió - Trục máy: đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 1.2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC ĐỘNG CƠ CHIỀU - Đầu tiên, cấp nguồn áp chiều vào dây quấn phần cảm để tạo từ trường kích từ φ kt Đồng thời, cấp nguồn áp chiều vào hai đầu phần ứng để tạo dòng điện I qua dẫn phần ứng Đồ án Điện tử công suất TĐĐ - Các dẫn phần ứng mang dòng điện I đặt từ trường kích từ chịu tác động lực điện từ F tạo thành momen quay phần ứng Cổ góp làm cách đảo chiều dịng điện đảm bảo cho Roto quay theo chiều không đổi Khi phần ứng quay, dẫn phần ứng di chuyển cắt đường sức từ trường phần cảm nên dẫn hình thành suất điện động e Đầu tiên, cấp nguồn áp chiều vào dây quấn phần cảm để tạo từ trường Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động động chiều - Giá trị suất điện động e tính theo biểu thức sau: e=B.l.v Trong đó: B(T): Từ cảm nơi dẫn quét l(m): chiều dành dẫn nằm từ trường v(m/s): tốc độ dài dẫn 1.2.3 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Sơ đồ nguyên lý _ + Uu Rf ĐC 10