(Tiểu luận) đề tài xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều khiển động cơ xoay chiều ba pha 2

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ- KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN *** UNETI ĐỒÁN1 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 ỜINÓI ĐẦẦU Ch ương 1: T ngổ quan đốối tượng nghiên cứu 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 ƯƠNG 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 toán, 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 khơng 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 dòng điện từ 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 U đến thông số đầu động dòng điện I 1, 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, mômen tỉ lệ bình phương với U 1, cịn độ trượt tới hạn không thay đổi điều chỉnh điện áp: Dịng điện ngắn mạch: Inm.U = Inm.U1* Mơmen 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 thơng 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 quát 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 công 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 mơmen 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 Mt.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) 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 ω)min đến ω)max 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: ω)0 = R2t = R2+Rf điện trở mạch roto Hình 1.4 Điềều nểđ ngộ c khôngơ đôềng b ộroto dây quâấn bằềng đinệ trở phụ 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 hồn tồn 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 Rf , 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 không vượt 2:1 Đặc tính mơmen q tải cho phép Mt.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 nguyên tốc độ khơng tải lý tưởng cơng suất trượt ΔPP s = 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: ΔPPs = Mc(ω)1- ω)) = Mc.ω)1.s = Pđt.s s = ΔPPs/Pđt Giản đồ lượng bỏ qua tổn hao rotor biểu diễn hình 3.22b) Pbđ cơng suất trả lưới điện, ΔPPbđ tổn hao mạch biến đỏi công suất trượt thành công suất điện có tần số điện áp lưới Hình 1.5 Hệ thống nối tầng van Sơ đồ nguyên lý Giản đồ lượng Đồ thị dòng áp fr = fs3 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 a) b) c) d) Vì mà khoảng + > t u đkT2< 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 R 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 1.3 Đặt toán 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) Dòng điện Tốc độ định định mức (A) mức (v/phút) 380 1,8 1400 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1 Tính toán, thiết kế mạch lực A T1 (S1) B T2 T3 ( S2) C T4 T5 O ( S3) T6 a ZA ZB A T1 B (S1) T2 T3 A1 b ZC ( S2) C T4 T5 ( S3) B1 ZA B C T1 T2 T3 A1 ZB B1 ZC C1 T6 C1 ZB A ZA ZC O A B C T1 T2 T c ZA A ZB ZC B T1 C D1 T2 (S1) d O D2 T3 (S2) D3 ZA A ZB B T1 (S3) ZC C T3 (S1) (S3) T2 e ZA ZB ZC g ZA Hình 2.1 Các dạng sơ đồ BBĐ xoay chiều – xoay chiều T4 ZB ZC