Đồ án môn học điện tử công suất

Đồ án môn học Điện tử công suất Nội dung : Thiết kế băm xung áp cho động «t« mét chiỊu víi c¸c th«ng sè sau: + U = 48 VDC + I®m = 60 A + D = 25 :1 + Không đảo chiều + n = 1000 v/ph Giáo viên hớng dẫn: Phạm quốc hải Nhóm sinh viên thực hiện: Phan Thanh Minh Lê Văn Quyết Bïi Anh TuÊn NguyÔn Danh TuÊn NguyÔn Thanh Long Lêi nói đầu Trong giai đoạn công nghiệp hoá, đại hoá kinh tế đất nớc, ngày có nhiều thiết bị bán dẫn công suất đại đợc sử dụng rộng rÃi trong tất lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống ngời Đặc biệt lÜnh vùc ®iỊu chØnh tù ®éng sư dơng van bán dẫn Trong lĩnh vực điều chỉnh tự ®éng nãi chung cịng nh lÜnh vùc giao th«ng nói riêng việc đòi hỏi cần có điều chỉnh nhằm tiết kiệm lợng ngày đợc đòi hỏi thay Bên cạnh lĩnh vực giao thông việc sử dụng động xăng,diezen ngày có xu hớng giảm nhợc điểm nh: Tiêu hao nhiều lợng, ô nhiễm môi trờng Đồng thời với thành tựu khoa học kỹ thuật việc chế tạo động điện ngày đợc hoàn thiện Song song với phát triển đòi hỏi phải có điều khiển loại động với chất lơng tốt nhất, thoả mÃn yêu cầu kinh tế kỹ thuật nhằm sử dụng thay động cũ Bộ băm xung áp chiều sử dụng van bán dẫn tơng lai đáp ứng đợc nhu cầu cần thiết điều khiển điều chỉnh tốc độ động điện chiều Nội dung đồ án: + Chơng I: Giới thiệu chung động điện chiều + Chơng II: Bộ băm xung ¸p mét chiỊu + Ch¬ng III: C¸c ph¬ng ¸n Tỉng thể + Chơng IV: Thiết kế mạch lực + Chơng V : Thiết kế mạch điều khiển Mặc dù cè g¾ng viƯc thiÕt kÕ nhng kiÕn thøc có hạn nên tránh khỏi số hạn chế định ,mong thầy đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện Để hoàn thành đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn hớng dẫn tận tình thầy Phạm Quốc Hải Nhóm sinh viên thực Chơng I : Giới thiệu chung động điện chiều Động điện chiều 1.1 Tầm quan trọng động điện chiều : Trong sản xuất đại , động chiều đợc 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 u điểm nh khả điều chỉnh tốc độ tốt , khả mở máy lớn đặc biệt khả tải Chính mà động chiều đợc dùng nhiều nghành công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ nh cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải mà điều quan trọng nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện chiều Bên cạnh , động điện chiều có nhợc điểm địnhcủa nh so với máy điện xoay chiều giá thành đắt chế tạo bảo quản cổ góp điện phức tạp ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhng u điểm nên động điện chiều 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 Hớng phát triển cải tiến tính vật liệu , nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo động có công suất lớn Giản đồ kết cấu chung đông điện chiều hình dới :phần ứng đợc biểu diễn vòng tròn bên có sức điện động E,ở phần stato có vài dây quấn kích từ :dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN,dây quấn cực từ phụ CF,và dây quấn bù CB.Hệ thống phơng trình 1.2.Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần : phần tĩnh phần động 1.2.1 Phần tĩnh hay stato Đây đứng yên cđa m¸y , bao gåm c¸c bé phËn chÝnh sau: a Cùc tõ chÝnh : lµ bé phËn sinh từ trờng gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng 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 đợc gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ đợc quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây đợc bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trớc đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt cực từ đợc nối tiếp víi b Cùc tõ phơ : Cùc tõ phơ đợc đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thờng làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống nh dây quấn cực từ Cực từ phụ đợc 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 ®iƯn nhá vµ võa thêng dïng thÐp dµy n vµ hàn lại Trong máy điện lớn thờng dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d Các phận khác - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm h hỏng dây quấn an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trờng hợp nắp máy thờng làm gang - Cơ cấu chổi than : để đa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 2.2 Phần quay hay rôto Bao gồm phận sau : a Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ Thờng dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên Trên thép có dập hình dạng rÃnh để sau ép lại dặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên ngời ta dập lỗ thông gió để ép lạ thành lõi sắt tạo đợc lỗ thông gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thờng chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thông 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 đợc ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lợng rôto b Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thờng làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dới vài kw thờng dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn đợc 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 dòng điẹn xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đợc mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đuôi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp đợc dễ dàng d Các phận khác - Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thờng chế tạo theo kiểu bảo vệ hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió làm nguội máy - Trục máy : đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy th ờng làm thép cacbon tốt Đ ặc tính động điện chiều : 2.3.1 Động điện kích thích độc lập song song: Phơng trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ tốc độ (n)và mômen (M) = Uu K R u + Rf (KΦΦ )2 M Do R rÊt nhá, nên tải thay đổi từ không đến định mức tốc độ giảm đặc tính động điện kích thích song song cứng Với đặc điểm nh vậy, động điện kích thích song song đợc dùng trờng hợp tốc độ hầu nh không đổi tải thay đổi M Mđm 2.3.2 Động điện kích thích nối tiếp: động điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích dòng điện phần ứng : It= I=I Vậy phạm vi rộng biểu thị: =K.I hệ số tỷ lệ K số vùng I (0,8 0,9)I)Iđm giảm xuống tợng bÃo hoà mạch từ Nh vậy, biểu thức đặc tính có dạng: M=CM..I=CM K Φ n=  √ C M U − Ru Ce √ KΦ Φ M C e KΦ Φ n= nÕu bá qua R th×: U √M U2 hay: M= n Nh vËy m¹ch tõ cha bÃo hoà, đặc tính động điện chiều kích thích nối tiếp có dạng đờng hypebol bËc hai * M* M®m Ta thÊy, ë ®éng chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm nhanh M tăng Và tải (M=0, I=0) n có trị số lớn Vì thờng cho phép động làm việc với tải tối thiều P2=(0,2 0,25)Pđm Từ dạng đặc tính ta có nhận xét đặc tính động kích thích nối tiếp mềm động nối tiếp u việt nơi cần mở máy nặng nề cần tốc độ thay đổi vùng rộng 2.3.3 Động điện kích thích hỗn hợp: Loại đợc chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp song song Tác dụng dây quấn kích thích song song nối tiếp bù ngợc Trên thực tế ngời ta sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù động ngợc không đảm bảo đợc điều kiện làm việc ổn định Động kích thích hỗn hợp bù có đặc tính mang tính chất trung gian hai loại kích thich song song nối tiếp Khi tải tăng từ thông tăng, đặc tính động kích thích hỗn hợp bù mềm so với đặc tính động kích thích song song Tuy nhiên mức độ tăng từ thông không mạnh nh động kích thích nối tiếp đặc tính động điện kích thích hỗn hợp bù cứng so với đặc tính động kích thích nối tiếp Từ đặc tính ta thấy động chiều kích thích nối tiếp hỗn hợp đáp ứng đợc yêu cầu truyền động Nó có nhng u điểm : + Đặc tính mềm độ cứng thay đổi theo phụ tải Điều thích hợp giao thông có yêu cầu tốc độ thay đổi theo tải + Có khả tải lớn mômen khả khởi động tốt Nhờ cho phép làm việc môi trờng kéo tải nặng nề + Vì từ thông động phụ thuộc vào dòng phần ứng I nên khả chịu tải động không chịu ảnh hởng sụt áp lới điện nên thích hợp cho truyền động dùng nghành giao thông có đờng dây cung cấp điện kèm theo tải Thực tế lĩnh vực động kích thích nối tiếp đợc sử dụng Tuy nhiên ngời ta dùng động kích thích hỗn hợp cho phép thực hÃm tái sinh lợng mà đảm bảo tốt yêu cầu truyền động Các phơng pháp ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ViƯc ®iỊu chØnh tèc độ động điện chiều kéo tải giao thông dùng phơng pháp điện kết hợp phơng pháp qua cấu bánh để tăng dải điều chỉnh Điều chỉnh phơng pháp điện tốt giảm độ phức tạp & cồng kềnh cấu khí nhiêu Thực tế tồn hai phơng pháp điều chỉnh tốc độ động chiều: Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ; tức thay đổi U Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ ; tức thay đổi từ thông Phơng pháp điều chỉnh tốc ®é b»ng c¸ch thay ®ỉi  cã thĨ thay ®ỉi đợc liên tục & giữ đợc hiệu suất động không đổi điều chỉnh dựa việc tác dụng lên mạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động Nhng bình thờng động làm việc chế độ định mức, ứng với kích thích tối đa (=đm=max), nên điều chỉnh theo hớng giảm từ thông; tức ®iỊu chØnh tèc ®é vïng trªn tèc ®é & giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế điều kiện khí đảo chiều quay nên phơng pháp không thích hợp trờng hợp động kéo tải giao thông Phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cho phép điều chỉnh tốc độ quay dới tốc độ định mức nâng cao điện áp lên U đm động Phơng pháp cho phép điều chỉnh triệt để có u điểm sau: + Hiệu suất điều chỉnh cao + Không có tổn hao máy điện điều chỉnh + Việc thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể giảm U mômen ngắn mạch Mnm giảm, dòng ngắn mạch Inm giảm; điều có ý nghĩa lúc khởi động động + Độ sụt tốc tuyệt đối toàn dải điều chỉnh ứng với mômen nh + Điều chỉnh trơn toàn giải điều chỉnh Tuy vậy, phơng pháp đòi hỏi công suất điều chỉnh cao, đòi hỏi phải có nguồn điện áp điều chỉnh đợc Từ phân tích ta thấy việc chọn phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng thích hợp cho động kéo tải giao thông Mặc dù, dải điều chỉnh cho phép thấp tốc độ định mức nh ta mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp với cấu khí Giới thiệu nguyên lý chung biến đổi điện áp chiều Nh đà đề cập, phơng pháp điều chỉnh điện áp đợc lựa chọn ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ Thùc tÕ, ®Ĩ thay đổi điện áp phần ứng động ngời ta có thĨ thay ®ỉi gãc më chËm  nÕu dïng bé biến đổi hệ thống chỉnh lu, thay đổi tần số băm trờng hợp biến đổi băm xung áp chiều Việc sử dụng hệ thống chỉnh lu tiristor - động ứng dụng trờng hợp tải loại động công suất lớn, sử dụng sơ đồ chỉnh lu tiristor động chiều kèm theo việc đa thêm lọc kồng kềnh nên khả dụng cho truyền động đầu máy tầu điện kéo tải lớn Với loại động công suất nhỏ việc dùng băm xung áp chiều phù hợp Vì thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao (theo tính toán xấp xỉ 1); nhạy cảm với nhiệt độ điều kiện môi trờng tham số điều kiển thời gian đóng mở; đặc biệt có kích thớc nhỏ gọn (tính lọc), nên phù hợp với xe điện di động Sau giới thiệu nguyên lý chung băm xung, đồng thời phân tích khái lợc yếu tố ảnh hởng đến chế độ làm việc băm xung - áp nh vấn đề lựa chọn thiết bị đáp ứng đợc yêu cầu tiêu kỹ thuật kinh tế K Chỉnh lu không điều khiển C1 L2 D C2 Tải Trên sơ đồ băm xung áp làm việc nh công tác tơ tĩnh (K) đóng mở liên tục cách chu kì Nhờ mà biến đổi đợc điện áp chiều không đổi E thành xung điện áp chiều Utb có trị số điều chỉnh đợc Điện áp Utb đặt vào phần ứng động làm thay đổi tốc độ động ô tô Khi băm xung áp làm việc chế độ giảm áp 0