(Tiểu luận) đề tài thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Đ N ĐIÊN TỬ CÔNG SU T ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP GVHD : Phạm Thanh Phong SVTH : Tạ Quốc Trưởng LHP : 221DADTCS2003 MSV : 1911505510246 Đà Nẵng, tháng 06 năm 2022 Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Khoa Điện-Điện tử -o0o - -o0o NHIỆM VỤ Đ N MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SU T Họ tên sinh viên: Tạ Quốc Trưởng Lớp: 220DADTCS2001 GVHD: Phạm Thanh Phong 1.Tên đề tài: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều 2 kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: Nguồn điện lưới xoay chiều pha 220/380V Động điện chiều kích từ độc lập: Pđm= KW; Uđm=220 V; nđm= 1500 vg/ph; ηđm= 0,85; J= 0,16 kgm2 Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8 Hệ số dự trữ dịng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4 Nội dung: Chương 1: Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu hình tia ba pha Chương 3: Thiết kế tính chọn phần tử mạch động lực Chương 4: Thiết kế tính chọn phần tử mạch điều khiển Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiẻn bảo vệ Tài liệu tham khảo: Các tài liệu môn học Kiểm tra tiến độ đồ án (Giáo viên HD ký lần SV đến Đà Nẵng, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn gặp thông qua đồ án) SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG LWI MX ĐYU Ngày nay, điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng q trình cơng nghiệp hố đất nước Sử dụng ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hố cho q trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử cơng suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động Và để đáp ứng nhu cầu ngày khắc khe cơng nghiệp điện tử cơng suất ln phải nghiên cứu, phát triển để giải pháp tối ưu Đặc biệt cách mạng cơng nghệ 4.0 tự động hóa cơng nghiệp có vai trị quan trọng Do nhà máy, phân xưởng cần phải có thiết bị tự động địi hỏi bền bỉ, độ an tồn, xác cao Đó nhiệm vụ điện tử công suất cần phải giải Trong công nghiệp đại ngày nay, động điện chiều coi loại máy điện quan trọng Mặc dù động điện xoay chiều có tính ưu việt cấu tạo giản đơn, cơng suất lớn… Nhưng khơng thể hồn toàn thay động điện chiều Đặc biệt thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng máy cán thép, máy cơng cụ lớn đầu máy điện Vì việc điều khiển động điện chiều cách ổn định, xác nhiệm vụ điện tử công suất Ở đồ án này, em xin trình bày phương pháp điều khiển động điện chiều Đó “Thiết kế bô &chỉnh lưu tia ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG LWI CẢM ƠN Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho kiến thức điện tử cơng suất điều cần thiết Đồ án môn học điện tử công suất công cụ hữu hiệu để em bổ sung, mở rộng tổng kết kiến thức điện công suất Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động điện chiều kích từ độc lập", giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, Thyristor, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển, vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng cách tính tốn thông số linh kiện mạch Với hướng dẫn thầy: “Phạm Thanh Phong” em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Măc‹dù vây,‹ trình thực đồ án chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Nếu có sai sót kính mong thầy bạn góp ý để em hồn thiện có hội bổ sung vào vốn kiến thức Em xin chân thành cảm ơn!!! SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG LWI CAM ĐOAN Đề tài sinh viên tự thực dựa vào việc tham khảo số tài liệu khơng chép tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có lận tơi xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Sinh viên thực Tạ Quốc Trưởng SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG MỤC LỤC LỜI MỞ Đ•U LỜI CẢM ƠN .2 LỜI CAM ĐOAN M“C L“C DANH M“C H”NH ẢNH 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TÔC ĐỘ ĐỘNG CƠ - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PH•N ỨNG .12 1.1 Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập .12 1.2 Cấu tạo hoạt động máy điện chiều 13 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động 19 1.3.1 Điều chỉnh R phần ứng cách mắc điện trở phụ R f 19 1.3.2 Thay đổi điện áp phần ứng .20 1.3.3 Thay đổi từ thông 21 1.4 Điều chỉnh tốc độ dộng thay đổi điện áp phần ứng 22 CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 26 2.1 Tổng quan chỉnh lưu tia ba pha 26 2.2 Chỉnh lưu không điều khiển 26 2.2.1 Sơ đồ dạng sóng 26 2.2.2 Nguyên lý hoạt đông‹ 27 2.2.3 Thông số 27 2.3 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển 28 2.3.1 Sơ đồ dạng sóng 28 2.3.2 Hoạt động sơ đồ tải trở 29 2.3.3 Thông số 29 2.4 Hoạt động tải điện cảm 29 2.4.1 Giới thiệu 29 2.4.2 Thông số 30 2.5 Chỉnh lưu có điều khiển có diode xả lượng 31 SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PH•N TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC .32 3.1 Sơ đồ mạch động lực 32 3.2 Nguyên lý hoạt đông‹ .32 3.3 Tính chọn thyristor 33 3.4 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu 34 3.4.1 Tính cơng suất biểu kiến máy biến áp 34 3.4.2 Điện áp pha sơ cấp máy biến áp 34 3.4.3 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp 34 3.4.4 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp .35 3.4.5 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp .35 3.5 Tính sơ mạch từ 35 3.5.1 Tiết diện sơ trụ .35 3.5.2 Đường kính trụ 35 3.5.3 Chọn loại thép 35 3.5.4 Chọn tỷ số 36 3.6 Tính tốn dây quấn 36 3.6.1 Số vòng dây pha sơ cấp máy biến áp 36 3.6.2 Số vòng dây pha thứ cấp máy biến áp 36 3.6.3 Chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp 36 3.6.4 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp 36 3.6.5 Tính lại mật độ dịng điện cuộn sơ cấp 36 3.6.6 Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp .36 3.6.7 Tính lại mật độ dòng điện cuộn sơ cấp 37 3.7 Kết cấu dây dẫn sơ cấp 37 3.7.1 Tính sơ số vịng dây lớp cuộn sơ cấp 37 3.7.2 Tính sơ lớp dây cuộn sơ cấp .37 3.7.3 Chọn số lớp 37 3.7.4 Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp 37 3.7.5 Chọn ống dây làm vật liệu cách điện có bề dày 37 3.7.6 Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp 37 3.7.7 Đường kính ống cách điện 37 SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG 3.7.8 Đường kính cuộn dây sơ cấp 37 3.7.9 Chọn bề dày hai lớp dây cuộn sơ cấp 37 3.7.10 Bề dày cuộn sơ cấp 37 3.7.11 Đường kính ngồi cuộn sơ cấp 38 3.7.12 Đường kính trung bình cuộn sơ cấp 38 3.7.13 Chiều dài dây quấn sơ cấp 38 3.7.14 Chọn bề dày cách điện sơ cấp thứ cấp 38 3.8 Kết cấu dây dẫn thứ cấp 38 3.8.1 Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp 38 3.8.2 Tính sơ số vịng dây lớp cuộn thứ cấp 38 3.8.3 Tính sơ lớp dây cuộn thứ cấp 38 3.8.4 Chọn số lớp dây quấn thứ cấp 38 3.8.5 Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp 38 3.8.6 Đường kính cuộn dây thứ cấp chọn a 12 = 1,0 (cm) .38 3.8.7 Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn thứ cấp 38 3.8.8 Bề dày cuộn thứ cấp n12 = (lớp) 38 3.8.9 Đường kính ngồi cuộn dây thứ cấp .38 3.8.10 Đường kính trung bình cuộn thứ cấp 38 3.8.11 Chiều dài dây quấn thứ cấp 39 3.8.12 Đường kính trung bình cuộn dây 39 3.8.13 Chọn khoảng cách hai cuộn thứ cấp 39 3.9 Tính kích thước mạch từ 39 3.9.1 Với đường kính trụ d = cm, ta có số bậc nửa tiết diện trụ .39 3.9.2 Toàn tiết diện bậc thang trụ 39 3.9.3 Tiết diện hiệu trụ 40 3.9.4 Tổng chiều dày bậc thang trụ 40 3.9.5 Số thép dùng bậc 40 3.9.6 Tiết diện hiệu gông (khq = 0,95) .40 3.9.7 Số thép dùng gông .40 3.9.8 Tính xác mật độ từ cảm trụ 40 SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CÔNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG 3.9.9 Mật độ tự cảm gông .40 3.9.10 Chiều rộng cửa sổ .40 3.9.11 Tính khoảng cách tâm trục 40 3.9.12 Chiều rộng mạch từ 40 3.9.13 Chiều cao mạch từ 40 3.10 Tính khối lượng sắt đồng 41 3.10.1 Thể tích trụ 41 3.10.2 Thể tích gơng 41 3.10.3 Khối lượng trụ .41 3.10.4 Khối lượng gông 41 3.10.5 Khối lượng sắt .41 3.10.6 Thể tích đồng 41 3.10.7 Khối lượng đồng 41 3.11 Tính thơng số máy biến áp 42 3.11.1 Điện trở cuộn sơ cấp máy biến áp 75ºC .42 3.11.2 Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp 75ºC 42 3.11.3 Điện trở máy biến áp qui đổi thứ cấp .42 3.11.4 Sụt áp điện trở máy biến áp .42 3.11.5 Điện kháng máy biến áp quy đổi thứ cấp .42 3.11.6 Điện cảm máy biến áp qui đổi thứ cấp 42 3.11.7 Sụt áp điện kháng máy biến áp 42 3.11.8 Sụt áp máy biến áp .42 3.11.9 Điện áp trê động có góc mở αmin = 10ºCmin = 10ºC 42 3.11.10 Tổng trở ngắn mạch quy qui đổi thứ cấp 43 3.11.11 Tổn hao ngắn mạch máy biến áp 43 3.11.12 Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ .43 3.11.13 Điện áp ngắn mạch tác dụng 43 3.11.14 Điện áp ngắn mạch phản kháng 43 3.11.15 Điện áp ngắn mạch phần trăm 43 3.11.16 Dòng điện ngắn mạch xác lập 43 SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG Đ N ĐIÊN T CƠNG SU T GVHD: PHẠM THANH PHONG 3.11.17 Dịng điện ngắn mạch tức thời cực đại 43 3.11.18 Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch 43 3.11.19 Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu 44 3.12 Thiết kế cuộn kháng lọc 44 3.12.1 Xác định góc mở cực tiểu cực đại .44 3.12.2 Xác định thành phần sóng hài 44 3.12.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 45 3.12.4 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc .47 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PH•N TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.50 4.1 Xác định yêu cầu 50 4.1.1 Nguyên tắc điều khiển 51 4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos 52 4.2 Lựa chọn thiết kế mạch điều khiển 53 4.2.1 Vi mạch TCA 780 .53 4.2.2 Khâu khuếch đại xung 57 4.3 Phân tích hoạt động mạch điều khiển 58 4.4 Tính chọn thông số phần tử mạch điều khiển 59 4.4.1 Tính chọn phần tử khâu khuếch đại xung 59 4.4.2 Chọn phần tử bên TCA 780 .61 4.4.3 Tính tốn máy biến áp đồng pha 61 4.4.4 Tính chọn biến áp xung 61 4.4.5 Sơ đồ hệ thống hoàn chỉnh 63 CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 66 5.1 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 66 5.1.1 Giới thiệu 66 5.1.2 Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn 66 5.1.3 Bảo vệ dòng điện cho van 67 5.1.4 Bảo vệ điện áp cho van 68 5.1 Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ 69 5.2 Kết luận .70 CHƯƠNG MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN MATLAB/SIMULINK 71 SVTH: TẠ QUỐC TRƯỞNG