Thông tin tài liệu
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ- KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN _ _ _ _ ***_ _ _ _ UNETI ĐỒ ÁN TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng điều khiển cho biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều khiển động xoay chiều ba pha Người hướng dẫn môn học: Mai Văn Duy Họ tên sinh viên: Nguyễn Minh Chiến Lớp: Điện 14a1 Ngành đào tạo: Điện-Tự động hóa Hà Nội – 2023 PHỤ LỤC Phụ lục L Ờ I NÓI ĐẦẦU Ch ươ ng 1: T ng ổ quan đốối tượng nghiên cứu .4 1.1 Tổng quan động xoay chiều ba pha 1.1.1 Tổng quan nguyên lý 1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động xoay chiều ba pha 1.2 Tổng quan động xoay chiều ba pha 13 1.2.1 Giới thiệu điều áp xoay chiều ba pha 13 1.2.2 Các phương pháp điều khiển biến đổi .14 1.3 Đặt toán .18 CH ƯƠ NG 2: TÍNH TỐN, THIẾẾT KẾẾ MẠCH LỰC 19 2.1 Tính tốn, thiết kế mạch lực 19 2.1.1 Tính tốn, thiết kế sơ đồ mạch lực 23 2.1.2 Tính tốn, lựa chọn phần tử mạch lực 24 2.2: mô mạch lực .27 2.2.1: xây dựng mơ hình mơ 27 2.2.2: kết mô 28 LỜI NĨI ĐẦU Trong sống, điện có vai trò quan trọng Việc đào tạo kỹ sư ngành điện có vai trị quan trọng không Ngày theo đà phát triển xã hội mà điều kiện học tập sinh viên nói chung sinh viên ngành điện nói riêng có nhiều cải thiện thuận lợi Ngành điện ngành có nhiều triển vọng xã hội tương lai Chính em nhiều bạn sinh viên khác chọn ngành điện nghề nghiệp sau Sinh viên trường Đại học Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Hà Nội sinh viên trường kỹ thuật điều kiện thực hành nghiên cứu quan trọng cần thiết Chính trước tốt nghiệp sinh viên chúng em nhà trường tạo điều kiện cho làm khóa luận để tích lũy thêm vốn kiến thức thực tế áp dụng kiến thức học nhà trường vào thực tế cơng việc Đề tài khóa luận em “Xây dựng điều khiển cho biến đổi điều áp xoay chiều pha điều khiển động xoay chiều ba pha” Em xin chân thành cảm ơn! Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu 1.1 Tổng quan động xoay chiều ba pha 1.1.1 Tổng quan nguyên lý a Khái niệm động xoay chiều ba pha Động pha máy điện khơng đồng sử dụng dịng điện xoay chiều pha, chủ yếu sử dụng ngành công nghiệp, dây chuyền sản xuất lớn (máy bơm li tâm trục đứng, trục ngang, ) Dòng điện pha chạy qua nam châm điện đặt lệch vòng tròn tạo từ trường quay Các cuộn dây bố trí tương tự máy phát điện pha Song, động điện, người ta đưa dịng điện từ ngồi vào cuộn dây 1, 2, Khi motor điện xoay chiều pha đấu vào lưới điện pha từ trường quay tạo làm rotor quay trục Chuyển động rotor trục máy truyền dùng để vận hành máy công cụ hay cấu chuyển động khác b Cấu tạo động điện xoay chiều ba pha Cấu tạo động điện xoay chiều pha gốm phận : - Phần stator: Bộ phận stator ghép từ thép kỹ thuật điện mỏng, bên có xẻ rãnh khối thép đúc Hình thể cách mà thép gắn vào khung Chỉ có số thép hiển thị đây, dây quấn qua rãnh stator - Phần rotor: Đây phần quay động ghép từ nhiều kim loại tạo thành lồng hình trụ Rotor chia thành loại: rotor lồng sóc (được tạo thành từ kim loại song song) dây quấn Hình 1.1: Cấu tạo động điện ba pha c Nguyên lý điều khiển động xoay chiều ba pha Nguyên lý hoạt động động điện xoay chiều pha là: ta cho dịng điện pha có tần số f vào dây quấn stator, chúng tạo từ trường quay có tốc độ n1 = 60f/p Từ trường quay cắt dẫn dây quấn rotor cảm ứng sức điện động Dây quấn rotor nối kín mạch Vì thế, sức điện động cảm ứng sinh dòng điện dẫn rotor Lực tác dụng tương hỗ từ trường quay máy dẫn mang dòng điện rotor, làm rotor quay với tốc độ n < n1 chiều với n1 Rotor n ln có tốc độ quay nhỏ tốc độ từ trường quay n1 Nếu tốc độ chúng nhau, dây quấn rotor khơng cịn sức điện động dịng điện cảm ứng, lực điện từ Hệ số trượt tốc độ: Tốc độ động cơ: n= 60f/p.(1-s) (vòng/phút) d Ứng dụng động điện xoay chiều ba pha Trong sống, động điện ba pha ứng dụng nhiều ở: máy bơm nước pha, máy phát điện xoay chiều pha, motor giảm tốc, motor kéo Ngoài ra, ứng dụng khác lĩnh vực công nghiệp là: Máy bơm nước pha: tác dụng cung cấp nước cho dây chuyền sản xuất.nước… 1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động xoay chiều ba pha Để điều khiển tốc độ động ba pha người ta sử dụng phương pháp sau: Điều chỉnh điện áp động không đồng Điều chỉnh điện trở roto động không đồng Điều chỉnh công suất trượt Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động không đồng a Điều chỉnh điện áp động không đồng Kết phân tích cho thấy ảnh hưởng điện áp stato U1 đến thông số đầu động dịng điện I1, I2, mơmen, tốc độ dạng đặc tính điều chỉnh Vì từ biểu thức động KĐB ta thấy dòng điện động phụ thuộc tỷ lệ với điện áp U 1, mơmen tỉ lệ bình phương với U 1, cịn độ trượt tới hạn khơng thay đổi điều chỉnh điện áp: Dòng điện ngắn mạch: Inm.U = Inm.U1* Mômen ngắn mạch (khởi động): Mnm.U = Mnm.U1 *2 Mômen tới hạn: Mth.U = Mth.U1 *2 Độ trượt tới hạn: Sth = const đó, U1 * = U1/Uđm giá trị tương đối điện áp stato; Inm, Mnm, Mth thông số tương ứng với đặc tính tự nhiên động Hình 1.2 Điều khiển động không đồng điện áp stato a) Sơ đồ nguyên lý b) Họ đặc tính R0 = (động rơto lồng sóc); c) Họ đặc tính R0 ≠ (động rôto dây quấn) Như vậy, sử dụng nguồn có điện áp thay đổi U1 = var cung cấp cho stato động theo sơ đồ khái qt hình 1.2a ta điều chỉnh dịng điện, mơmen tốc độ động Dạng đặc tính điều chỉnh vẽ hình 1.2b,c Tuy nhiên, việc ứng dụng phương pháp điều khiển cho động rơto lồng sóc mà động rơto dây quấn có khác nhau: - Đối với động rơt lồng sóc: Do độ trượt tới hạn nhỏ, nên phần tác dụng (đoạn cơng tác) đặc tính điều chỉnh ngắn, hiệu điều chỉnh tốc độ khơng cao (hình 3.18b), phương pháp thường ứng dụng để điều chỉnh mơmen dịng điện khởi động - Đối với động roto dây quấn: Người ta thường đưa thêm điện trở cố định R0 vào ba pha rơto (như hình 1.2a) để tăng tốc độ trượt giới hạn cao đường đặc tính hình 1.2c ứng với Uđm có R0 Các đặc tính giảm áp khác (U11, U12) kéo dài đoạn đặc tính cơng tác, nhờ mở rộng vùng điều chỉnh (cả tốc độ mômen tải) Nhờ phương pháp cịn ứng dụng để điều chỉnh tốc độ Mômen tải cho phép Mt.cp động điều chỉnh tốc độ xác định theo định nghĩa nó, cách chọn I2 = I2đm ta có: ( Với A= số), nghĩa M t.cp tỉ lệ với đọ trượt Đặc tính M t.cp = f(s) Mt.cp = f(w) vẽ hình 1.3 đường cong phù hợp với tải quạt gió tải có Mc hàm tăng tốc độ Hình 1.3 Đặc tính mơmen tải cho phép Mt.cp= f(ω) phương pháp điều khiển ĐC KĐB điện áp U1 phạm vi điều chỉnh tốc độ tải quạt gió Nếu sử dụng phương pháp cho động kéo máy có Mc hàm tăng tốc độ dải điều chỉnh mở rộng đáng kể Hình 1.3 minh họa cho điều đó: với đặc tính máy sản xuất dạng quạt gió Mc(ω) hình vẽ, thay đổi điện áp stato từ U1min đến Uđm, ta điều chỉnh tốc độ động từ ωmin đến ωmax b Điều chỉnh điện trở roto động khơng đồng Có thể nêu nhận xét tổng quát rằng: phương pháp điều khiển động không đồng rôto dây quấn điện trở phụ mạch rơto hồn tồn tương đồng với phương pháp điều khiển động điện chiều kích từ độc lập điện trở phụ mạch phần ứng dạng sơ đồ nối dây, họ đặc tính, tiêu chất lượng ứng dụng - Sơ đồ nguyên lý: Một hệ điều khiển cấp điện trở phụ họ đặc tính hình 1.3 Theo kết phân tích phần Rf thay đổi ta có: Mơmen tới hạn động cơ: Mth = const Độ trượt tới hạn: Sth = Tốc độ khơng tải lý tưởng: ω0 = R2t = R2+Rf điện trở mạch roto Hình 1.4 Điềều nểđ ng ộ c không đôềng b ộroto dây quâấn bằềng điện trở ph ụ m ạch roto; a) S ơđôề nguyền lý; b) Họ đặ c tnh Nếu truyến tính hóa đoạn đặc tính cơng tác phạm vi phụ tải từ ÷ Mc= Mđm, ta có biểu thức gần đúng: M=s Trong đó, sc độ trượt Mc = Mđm độ sụt tốc tương đối △c* đường đặc tính xét với Mc = Mđm Lúc đó, đặc tính động khơng đồng Rf = var hoàn toàn trùng hợp với họ đặc tính động điện chiều kích từ độc lập điều chỉnh Rfư, với độ cứng đặc tính nhân tạo: R = R* = = Khi tăng điện trở phụ R f , độ cứng đặc tinh R giảm, điều chỉnh tốc độ làm việc momen ngắn mạch động - Điều chỉh tốc độ Do độ cứng đặc tính điều chỉnh thấp, nên sai số tốc độ lớn, mômen tải nhỏ dải điều chỉnh thường khơng vượt q 2:1 Đặc tính mơmen tải cho phép M t.cp = f(ω) phương pháp điều chỉnh tốc độ xác định chọn I2 = I2dm ta có: Mt.cp = Trong đó, điện trở R2 độ trượt S tỷ lệ với nhau: R2/s = const, đó: Mt.cp = Như đặc tính tương tự động chiều điều khiển điện trở phụ phần ứng, nghĩa phương pháp điều chỉnh xét tích hợp với loại phụ tải cần trục (mc = const) Để tăng chất lượng điều chỉnh, người ta sử dụng loại biến trở xung loại biến trở tự động điều khiển nhờ khóa đóng cắt điện tử Tuy nhiên sơ đồ gốc hình 1.4 ứng dụng để điều khiển động rôto dây quấn c Điều chỉnh công suất trượt Trong trường hợp điều chỉnh tốc độ động KĐB ba pha cách làm mềm đặc tính để ngun tốc độ khơng tải lý tưởng cơng suất trượt ΔPs = s.Pđt tiêu tán điện trở mạch rôto Ở hệ thống TĐĐ điện tử công suất lớn, tổn hao đáng kể Vì để vừa điều chỉnh tốc độ truyền động, vừa tận dụng công suất trượt người ta sử dụng sơ đồ điều chỉnh công suất trượt, gọi tắt sơ đồ nối tầng Có nhiều phương pháp xây dựng hệ nối tầng, trình bày phương pháp nối tầng điện dùng thyristor hình 1.4a) Theo cách tính tổn thất điều chỉnh thì: ΔPs = Mc(ω1- ω) = Mc.ω1.s = Pđt.s s = ΔPs/Pđt Giản đồ lượng bỏ qua tổn hao rotor biểu diễn hình 3.22b) Pbđ cơng suất trả lưới điện, ΔPbđ tổn hao mạch biến đỏi cơng suất trượt thành cơng suất điện có tần số điện áp lưới Hình 1.5 Hệ thống nối tầng van a) Sơ đồ nguyên lý b) Giản đồ lượng c) Đồ thị dòng áp fr = fs3 d) Đặc tính hệ điều chỉnh cơng suất trượt Sức điện động rôto ur chỉnh lưu thành điện áp chiều qua điện kháng lọc L cấp cho nghịch lưu phụ thuộc NL Điện áp xoay chiều nghịch lưu (u A, uB, uC) có biên độ tần số không đổi đo xác định điện áp tần số lưới điện Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển α thay đỏi từ 90° đến khoảng 140° , phần lại dành cho góc chuyển mạch μ góc hồi phục tính chất khố δ van bán dẫn Độ lớn dịng điện rơtor phụ thuộc hồn tồn vào mơmen tải động mà khơng phụ thuộc vào góc điều khiển nghịch lưu Cụm mạch chỉnh lưu - nghịch lưu phụ thuộc 10 a) Mạch điều khiển dùng điot- biến trở D-R Ta xét sơ đồ biến đổi điện áp pha pha có mạch điều khiển dùng điơtbiến trở.Trong sơ đồ T1,T2 thyristor động lực, mạch điều khiển van BBĐ gồm điôt D1, D2, D3, D4, diện trở R1,R2 biến trở WR * Nguyên lý hoạt động Từ đặc tính V-A thiristor ta thấy rằng: Khi anôt katôt thiristor đặt điện áp thuận đó, ta đặt vào điện cực điều khiển katơt điện áp điều khiển có giá trị từ trị số định trở lên tiristor chuyển từ khố sang mở Giá trị điện áp điều khiển nhỏ làm mở tiristor có trị số điện áp thuận gọi điện áp điều khiển yêu cầu trị số điện áp thuận ta ký hiệu uđkTyc Vậy van có điện áp thuận có điện áp điều khiển uđk uđkTyc đối trị số điện áp thuận van mở, cịn có điện áp điều khiển uđk< uđkTyc van khơng mở Điện áp thuận van thay đổi giá trị uđkTyc thay đổi theo: Điện áp thuận van tăng giá trị điện áp điều khiển yêu cầu giảm,nếu điện áp thuận van có dạng nửa hình sin Để đơn giản cho việc xét nguyên lý làm việc sơ đồ ta tạm giả thiết điện áp điều khiển yêu cầu không phụ thuộc vào trị số điện áp thuận van Giả thiết không phù hợp với thực tế không ảnh hưởng đến nguyên lý làm việc sơ đồ nên chấp nhận trường hợp Ta chọn mốc xét t=0 thời điểm ung=0 bắt đầu chuyển sang dương, giả thiết tải trở Vậy t=0 dịng tải khơng, lúc van T2 vừa khố T1 bắt đầu có điện áp thuận, T1 chưa mở qua D2-WR-R1-Rt (đã giả thiết Zt=Rt) có dịng điện nguồn cung cấp tạo nên dòng điện gây nên R1 sụt điện áp mà điện áp đưa qua D đến điện cực điều khiển T1 Vậy bỏ qua sụt áp D1 mở ta có uđkT1=uR1 Ta có: Từ đồ thị ta thấy > t 0: uđkT1 < uđkTyc T1 chưa mở, t= uđkT1= uđkTyc, van T1 bắt đầu mở dẫn dòng t= Tại t= ung=0 bắt đầu đổi dấu nênT1 khoá lại ,van T2 bắt đầu đặt điện áp thuận,nếu T2 chưa mở lúc qua tải (Rt)-D4-WR-R2 có dịng điện nguồn cung cấp tạo nên Sụt điện áp R2 dòng điện truyền qua D3 đến điện cực điều khiển T2 bỏ qua điện áp D3 mở : uđkT =uR1 =ung R1 / R1 WR Rt »ung R1 / R1 WR Rt WR Rt R1 uđkT =uR2 =- ung R2 / R2 WR Rt » - ung R2 / R2 WR Rt WR ut R2 Mặt khác R1=R2 nên uđkT » - ung R1 / R1 WR 16 Vì mà khoảng +>t uđkT2< uđkTyc nên T2 chưa mở,cho đến t=+ uđkT2= uđkTyc T2 bắt đầu mở dẫn dòng t=2 Trong chu kỳ sơ đồ làm việc tương tự Cả van sơ đồ mở với giá trị góc điều khiển Từ nguyên lý hoạt động nêu ta thấy thay đổi góc điều khiển cách thay đổi biên độ điện áp tính theo biểu thức: u ng.R1/ (R1+WR) Để thực người ta thường thay đổi giá trị biến trở WR Với mạch điều khiển góc điều khiển tối đa max=/2 Như mạch điều khiển không dùng cho trường hợp BBĐ làm việc với phụ tải cảm (ngay trường hợp điện cảm lớn khơng nên sử dụng lúc phạm vi thay đổi góc điều khiển hẹp b) Mạch điều khiển D-R-C Trong sơ đồ người ta thay vào vị trí điện trở R1 R2 sơ đồ trước hai tụ C1,C2 Từ đồ thị ta thấy nhờ sử dụng tụ mà góc điều khiển cực đại đạt giá trị tương đối lớn c) Mạch điều khiển biến trở- điot cho BBD pha không đối xứng Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển hình 1.8 (phần nét mảnh) gần tương tự với mạch điều khiển biến trở-điôt BBĐ pha xét Chỉ khác BBĐ sơ đồ có thyristor nên kết cấu mạch gọn Chú ý sơ đồ BBĐ dùng cho phụ tải dạng điện trở thuần, không dùng để cung cấp cho động máy biến áp Hình 1.8 17 1.3 Đặt tốn Xây dựng điều khiển cho biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều khiển động xoay chiều ba pha Thông số động ba pha : T T Công suất (kW) 0,55 Điện áp định mức (VAC) 380 Dòng điện Tốc độ định định mức (A) mức (v/phút) 1,8 1400 18 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1 Tính tốn, thiết kế mạch lực A T1 B (S1) T2 T3 ( S2) C T4 T5 O ( S3) T6 a ZA ZB A T1 B (S1) T2 T3 ( S2) A1 B C T1 T2 T3 ZA A ZB ( S3) O A1 ZB B1 ZC C1 A B C T1 T2 T ZA d C O D2 T3 (S2) T6 ZC ZC D1 T2 (S1) T5 ZA C1 B T1 T4 ZB A c C B1 ZA b ZC D3 A ZB B T1 (S3) ZC C T3 (S3) (S1) T2 e ZA ZB ZC g ZA T4 ZB ZC Hình 2.1 Các dạng sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều 19 a- Giới thiệu mạch lực: - Các điều áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hay thay đổi điện áp xoay chiều tải từ nguồn xoay chiều cố định, tần số điện áp tần số điện áp nguồn - ĐAXC dùng valve bán dẫn có đầy đủ ưu điểm mạch công suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: dễ điều chỉnh tự động hóa, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với đột biến điều khiển, độ tin cậy tuổi thọ cao, kích thước gọn dễ thay thế, thích hợp vớ q trình đại hóa, tập trung hóa q trình cơng nghệ… - Nhược điểm chung ĐAXC điện áp tải khơng sin tồn dải điều chỉnh, điều chỉnh sâu – giảm điện áp độ méo lớn, tức thành phần sóng hài bậc cao lớn Nhưng phạm vi đề án khởi động động cơ, thời gian khởi động khoảng ÷ 30s tải động bơm nên ta chấp nhận phương án - Do tải yêu cầu dòng điện xoay chiều nên valve bán dẫn dùng là: • TRIAC, valve bán dẫn cho phép dòng điện chảy theo hai chiều Tuy nhiên loại valve thường có cơng suất nhỏ giá thành tương đối cao • Ghép hai valve cho phép dẫn chiều cách đấu song song ngược nhau, lúc valve đảm nhận chiều dịng tải Bằng cách ghép hai thyristor với hay thyristor với diode Trong đề án này, ta chọn theo phương pháp ghép thyristor theo kiểu song song ngược phương pháp thông dụng - Nguyên tắc điều chỉnh ĐAXC điều chỉnh góc mở valve bán dẫn Các valve làm việc với điện áp xoay chiều nên khóa tự nhiên điện áp nguồn chịu ảnh hưởng lưới điện đến valve, kiểu điều khiển valve dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều, tức sử dụng mạch điều khiển xung - pha b- Hoạt động mạch: - Mạch hoạt động theo quy luật chung: • Trường hợp valve dẫn: Mỗi pha có valve dẫn => Utải = Unguồn 20 • Trường hợp valve dẫn: Có pha có valve dẫn pha không valve dẫn => điện áp pha tải = ½ điện áp dây nguồn có pha khơng có điện áp • Trường hợp khơng có valve dẫn: Toàn tải bị ngắt khỏi nguồn (Utải = 0) - Các trường hợp dẫn valve phụ thuộc vào góc điều khiển α Gồm vùng điều khiển: • 0o < α < 60o: Giản đồ chỉnh lưu điều áp xoay chiều pha với - Trong vùng có hai trạng thái valve dẫn → valve dẫn Giai đoạn valve dẫn dài 60o ÷ α, giai đoạn valve dẫn α - Góc dẫn valve λ = (180o – α), valve ngắt điện áp pha nguồn = - Giá trị hiệu dụng dòng điện áp tải Giản đồ chỉnh lưu điều áp xoay chiều pha • 60o < α < 90o : Gi n đồồ ả ch l uưđiềồu áp xoay chiềồu pha với - Vùng điều khiển có valve dẫn khơng phụ thuộc vào góc điều khiển α - Valve nhóm (chẳn lẽ) thay dẫn, valve sau mở valve trước khóa lại Lúc góc dẫn valve λ = 120o - Điện áp tải khơng cịn đoạn điện áp nguồn mà = ½ điện áp dây 21 Giá trị hiệu dụng điện áp tải • 90o < α
Ngày đăng: 20/09/2023, 15:38
Xem thêm:
