xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha điều khiển động cơ xoay chiều một pha

Khái niệm động cơ xoay chiều một pha Động cơ điện xoay chiều ột pha g i tm ọ ắt là động cơ ột m pha là động cơ điện xoay Để điều khiển tốc độ động cơ một pha người ta có thể sử dụng các

H và tên sinh viên: ọĐÀO DUY VINH

Contents

LỜI NÓI ĐẦ 4U

VÀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU MỘT PHA 5

1.1T ng quan v ổề động cơ xoay chiều một pha 5

1.1.1 T ng quan vổề nguyên lý 5

1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều một pha 7

1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chi u m t phaềộ 9

2.1.1 Tính toán, thi t k ế ế sơ đồ ạch lực 3 m2.1.2 Tính toán l a ch n các ph n t mựọầử ạch lực 7

2.1.2.1 Thi t b b o v quá nhi tế ị ảệệ 7

3.1.1 Tính toán, l a ch n mựọạch điều khiển 9

3.1.2 Tính toán, l a ch n các ph n t trong mựọầửạch điều khiển .12

3.2 Tính toán thi t kế ế để chế ạ t o mô hình 16

3.2.1 Tính chọn van động lực 16

3.2.2 Chọn thi t b b o vếị ảệ .17

3.2.2.1 Bảo v quá nhi tệệ .17

3.2.2.2 B o v ảệ quá dòng điện cho van .18

3.2.2.3 B o v ảệ quá điện áp cho van .18

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 22

3.3 Mô ph ng mỏạch điều khiển .23

3.3.1Xây dựng sơ đồ mô phỏng .23

3.3.2 Sơ đồ ố b trí thi t bế ị 25

25

3.3.2 K t qu mô ph ng.ếảỏ 25

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cu c sộ ống, điện có m t vai trò rộ ất quan trọng Việc đào tạo ra các kỹ sư ngành

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN V B Ề Ộ BIẾN ĐỔI ĐIỀU ÁP XOAY CHI U M T PHA ỀỘ

VÀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU MỘT PHA

1.1 T ng quan v ổề động cơ xoay chiều một pha

1.1.1 T ng quan v nguyên lý ổ ề

a Khái niệm động cơ xoay chiều một pha

Động cơ điện xoay chiều ột pha (g i tm ọ ắt là động cơ ột m pha) là động cơ điện xoay

Để điều khiển tốc độ động cơ một pha người ta có thể sử dụng các phương pháp sau: - Thay đổi số vòng dây của Stator

- Mắc nối tiếp với động cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm - Điều khiển điện áp đưa vào động cơ

C u t o cấ ạ ủa động cơ điện xoay chi u m t pha g m 2 b ề ộ ố ộ phận chính là :

Hình 1.1 : Stato và rôt của động cơ điện xoay chi u m t pha ề ộ

Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào động cơ,

kháng mà ta coi là Zf hoặc là điều khiển điện áp bằng biến áp như là survolter hay các ổn áp

khi dòng điện lớn

khiển động cơ một pha bằng bán dẫn

Hình 1 : 2 Điều khiển động cơ một Hình 1.3 : Điều khiển động cơ một pha b ng t ng tr ằ ổ ở phụ pha b ng bi n áp t ằ ế ự ngẫu

1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều m t pha ộ

Điều khiển tần số dòng điện đưa vào động cơ

Công suất cơ trên ục động cơ khi vậtr n hành t i tạ ốc độ cao: 𝑃𝑐= 2√3 (𝑈𝑑 𝐼 𝑛) 𝐶𝑐𝑜𝑠 𝜑𝐶

𝑃𝑡ℎ= 3(𝑈𝑑 ) 𝐼 𝑛𝑡ℎ𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑡ℎ V y : ậ

𝑝𝐶 = 1,15 (𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑡ℎ𝑡ℎ𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝐶 𝐶) Moment động cơ ở tốc độ cao:

2𝜋 𝑛𝑐 Moment động cơ ở tốc độ thấp:

2𝜋 𝑛𝑡ℎV i : ớ 𝑛 = 2𝑛𝑐 𝑡ℎ

V y : ậ

𝑀𝑐 = 2,3𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑡ℎ𝑡ℎ𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑐 𝑐=>𝑀𝑡ℎ

Công suất cơ trên trụ động cơ khi vậc n hành t i tạ ốc độ cao: 𝑝𝐶= 2√3 (𝑈𝑑 𝐼 𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑) 𝐶 𝐶 Công suất cơ trên trục động cơ khi vận hành t i tạ ốc đ thấp: ộ

𝑝𝑡ℎ= 3(𝑈𝑑 ) 𝐼 𝑛𝑡ℎ𝑐𝑜𝑠 𝜑 𝑡ℎVậy:

𝑃 = 0,5 (𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑡ℎ𝑡ℎ

Suy ra:

𝑀𝑐 =𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑡ℎ 𝑡ℎ𝑛 𝑐𝑜𝑠 𝜑𝑐 𝑐=>𝑃𝑡ℎ

M′MV ới:

𝑈1, 𝑀 là điện áp, moment lúc t n s ầ ố 𝑓1 𝑈1′, 𝑀′ là điện áp, moment lúc t n s ầ ố 𝑓1′

Khi yêu cầu moment không đổi (như trong máy cắt gọt kim loại): U′1

Khi yêu c u moment t l vầ ỷ ệ ới bình phương của tốc độ (trong qu t gió): ạU1′

U1= (𝑓1′

c Điều khiển điện áp đưa vào động cơ

Nếu điện áp 𝑈1giảm x l n (x<1) thì : ầ

𝑥2)

U1 U2 i U1

i Z U2 U1 i Z UTBB§1.2 B ộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha

1.2.1 Đặt vấn đề

một khoảng th i gian t r i l i cờ 1 ồ ạ ắt đi trong một khoảng th i gian t theo m t chu k l p lờ 0 ộ ỳ ặ ạT Bằng cách thay đổi độ ộ r ng c a t hay t trong khoủ 10 ảng T ta thay đổi được giá trị điện áp

rộng và vô c p, hi u su t cao vì t n th t trên các phân tấ ệ ấ ổ ấ ử điện t công su t r t nhử ấ ấ ỏ Điều

1.2.2 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi

hay cos 𝜑 thấp (nếu Zf là điện c mả )

D D T

y u Tuy nhiên, khi dòng t i l n, s d ng bi n áp t ế ả ớ ử ụ ế ự ngẫu để điều chỉnh, khó đạt được

liên t c ụ khi dòng ả ớ t i l n S dử ụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu

Các sơ đồ điều áp xoay chi u b ng bán d n trên hình ề ằ ẫ 1c được sử ụ d ng phổ biến

cung c p ấ các linh kiện bán dẫn Có m t s g i ý khi l a ộ ố ợ ự chọn các sơ đồ hình 1 c 4 nhưsau:

a) Bằng hai tiristor song song ngược

b) Bằng triac c) Bằng một tiristor một diod d) B ng bằ ốn diod m t tiristor ộ

đáp ứng được

khiển không t t lố ắm, đặc bi t là khi cệ ần điều khiển đố ứng điện i x áp, nhất là khi cung

trên hình 1.6b

vậy việc định kì ki m tra, hiể ệu chỉnh l mại ạch là việc nên thường xuyên làm đố ới sơ i vđồ mạch này Tuy vậy, đố ới i v dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ i ưu hơn cả cho việc tốlựa chọn

a

Để khắc phục nhược điểm vừa nêu v ề việc ghép hai tiristor song song ngược, triac ra đờ

trên t i, vì ả ở đây chỉ có m tiristor một ột m ch ạ điều khiển nên việc điều khiển đố ứng i x

bán d n l n, làm hi u su t c a hẫ ớ ệ ấ ủ ệ thống điều khiển thấp Ngoài ra, tổn hao năng lượng

1.3 Giới ệthi u v ề phần t bán d n triacửẫ

Hình 1.6: Cấu tạo và ký hiệu của triac

chỉ có m t cộ ực điều khi n Triac là thi t b bán d n ba c c, b n l p Có thể ế ị ẫ ự ố ớ ẻ điều khi n cể

trong th c tự ế để đảm bảo tính đối x ng cứ ủa dòng điện qua Triac thì s dử ụng dòng điềukhi n âm là tể ốt hơn cả

1.3.2Nguyên lý hoạt động

Trường h p MT (-), G(-ợ 2 ) Các điện tử ừ t N phóng vào P Ph22 ầ ớn l n bị trường n i tộ ạ

kết của các nguyên t Sillic trong vùng K t qu là m t phử ế ả ộ ản ứng dây chuy n thì T m cề ’ ở

1.3.4 Điều áp xoay chi u m t pha ng v i t i R-L ề ộ ứ ớ ả

Hình7: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải R-L

dạng:

22( L)R

tg ]

Trong bi u th c trên: tgể ứ =

được T2, tức

Để thoả mãn điều kiện này ta ph i có: ả

Hình 1.8: Hình dáng dòng điện và điện áp đối với tải thuần trở và thuần cảm

Giá tr ị hiệu d ng cụ ủa điện áp trên tải: U c= 1 (V2sin)2d. = V.

Giá tr ị hiệu d ng cụ ủa dòng t ải:Ic =

P = U = (cIc RV2

công su t tác dấ ụng t giá tr cừ ị ực đại P =(

) đến 0 Dưới đây là bảng góc m ở α ứng v i t ng lo i t i :ớ ừ ạ ả

5

Nhìn t hình 2.3 trên ta th y do t i có tính c m khám nên khi t t v n có mừ ấ ả ả ắ ẫ ột

của hiện tượng này như sau :

điện, van s không m Hiẽ ở ện tượng này s ẽ thấy ở cuố và đầi u chu kỳ điện áp, lúc

tiếp như hình vẽ dưới đây.Từ thời điểm m van cho t i cu i bán k : ở ớ ố ỳ

6

Dưới đây là sơ đồ:

7

Tuỳ theo tải có điện cảm l n c nào mà ta thi t k ớ ỡ ế ế chọn độ ộ r ng xung cho hợp lý

2.1.2 Tính toán l a ch n các ph n t mự ọ ầ ử ạch lực.2.1.2.1 Thi t b bế ị ảo v quá nhi t ệ ệ

2.2 Mô ph ng mỏạch lực.

2.2.1 Xây x ng mô hình mô phự ỏng 2.2.2 K t qu mô phế ả ỏng.

+ kết qu mô phả ỏng s d ng Psim ử ụ

8

kết quả mô ph ng s d ng Psim ỏ ử ụ

9

BIẾN ĐỔI ĐIỀU ÁP XOAY CHI U MỀỘT PHA ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

XOAY CHI U M T PHA ỀỘ

3.1 Tính toán, thi t k mế ếạch điều khiển.

3.1.1 Tính toán, l a ch n mự ọ ạch điều khiển

tam giác (điện áp tựa răng cưa Urc) Dùng một điện áp một chiều Uđk để so sánh

(ho c t i khi dònặ ớ g điện b ng 0) ằ

xung

10

m c acTriac) Cách ly gi a mở ủ ữ ạch điều khi n và mể ạch động l c (nự ếu điện

Nguyên lí làm vi c c a mệủạch điều khi n: ể

Đầu ra của mạch phát điện răng cưa ta có các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số

nhau Khối so sánh làm nhi m v so sánh hai tín hi u này T i ệ ụ ệ ạ thời điểm hai tín

thể thay i thđổ ời điểm của xung xuất hiện tại đầu ra kh i so sánh bố ằng cách thay đổi 𝑉đ𝑘 khi gi nguyên d ng cữ ạ ủa 𝑉𝑟𝑐

thi t b cế ị ần điều khiển nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hi u ra kh i so ệ ốsánh chưa đủ yêu c u c n thiầ ầ ết Người ta ph i th c hi n vi c khuả ự ệ ệ ếch đại thay đổi

T i thạ ời điểm bắt đầu xu t hi n các xung hoàn toàn trùng v i thấ ệ ớ ời điểm xuất hiện

Giới thiệu về IC TCA 785

mạch điều khi n: tể ạo điện áp đồng b , tộ ạo điện áp răng cưa đồng b , so sánh và ộtạo xung ra

11

cưa

* 2

12

3.1.2 Tính toán, l a ch n các ph n t trong m ch ựọầửạđiều khiển.

Thông s ố

Giá trị nhỏ nhất

Giá tr ịêu bi u ề

F =50Hz Vs = 5v

Giá tr ịlớn nh t ấ

Đơn vị

13

Điện áp vào điềukhiển,chân11 Trở kháng vào

V11 R11

0,2

15

V10max V K Mạch tạo răng cưa

Dòng n p t ạ ụBiên độ ủa răng cưa cĐiện tr mở ạch nạp

Thời gian sườn ngắn của xung răng cưa

I10 V10 R9 TP

10

1000 VS-2 300

A V K

S Tín hi u c m vào, chân 6 ệ ấ

Cấm Cho phép

V6I

3,3 3,3

V Độ rộng xung ra, chân13

Xung h p ẹXung rộng

V13H V13L

3,5

V Xung ra, chân 14, 15

Điện áp ra m c cao ứĐiện áp ra m c thứ ấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng

V14/15L V14/15L tp tp

VS-3 0,3 20 530

VS-2,5 0,8 30 620,m

VS-1,0 2 40 760

V V S S/nF

Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn

Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn

Vref ref

2 x10-4

3,4 5x10-4

V 1/K

14

Tính toán các ph n t bên ngoài: ầ ửT ụ răng cưa: C10 Min = 500pF; Max = 1 F Thời điểm phát xung: tTr =

Dòng n p t : I ạ ụ 10= 9RKVREÌ

Điện áp trên t : V ụ 10= 109.

Có th ể điều ch nh góc ỉ t 0 n 180 ừ 0đế 0điệ n

+ Điện áp nuôi: US = 18V

+ Dòng điện ra: I = 50mA

+ Điện áp điều khi n: U -0,5 ể 11= (US-2)V

+ T ụ điện: C = 0,510 F

15

Sơ đồ

16 3.2

3.2 Tín Tính to Tính toh toánánán th th thiiiii t t ếếếếế ếếếếế đểt t t kkkkk để chđểchchếếếếế ạạạạạ t t t t o mo mo mô ô ô hìnhìnhình h

Điện áp c a van c n ch n ủ ầ ọU = K U = 1.8.311,13 = 560,034 V

trữ của van là Kdt=1.8

Itải=1.136 A V i Iớ Tai=

Dòng điện định mức của van cần chọn Ilv =30%Idmvan = 3.786 A

17

Dòng điện rò: I = 500rA

Thời gian gi ữ xung điều khiển: t = 2xs

Nhiệt độ làm vi c cệ ực đại: T C = 12500C

3.2.2 Chọn thi t b b o v ếị ảệ

3.2.2.1 B o v quá nhi tảệệ

là ( P ) và khi chuy1 ển m ch (ạ P ) T ng t n hao s là: 2 ổ ổ ẽ

T n hao công su t này sinh ra nhi t M t khác van ch làm vi c t i nhiổ ấ ệ ặ ỉ ệ ớ ệt độ

lên cánh to nhiả ệt

Sự toả nhiệt này là nh vào s chênh l ch nhi t gi a cánh to nhi t và môi ờ ự ệ ệ ữ ả ệ

nhiệt ra môi trường không khí bị chậm l i Di n tích b m t to nhiạ ệ ề ặ ả ệt được tính:S tn=

P

Hình 15: hình dạng cánh tản nhiệt cho triac

3.2.2.2 B o v ả ệ quá dòng điện cho van.

Icc = 1,1Ilv = 1,1.1,136 = 1,25 A Chọn một cầu chì loại 1 A

3.2.2.3 B o v ảệ quá điện áp cho van

m c R-C song song v i triac(ho c thyristor) Khi có s chuyắ ớ ặ ự ển mạch các điện

19

Trên đây chúng em xin trình bày cách tính chọn van và mạch dộng lực cho mạch điều khi n ! ể

3 tính ch n ph n t cách ly ọ ầ ử

quang bi n áp xung hay v i mế ớ ạch công su t nhấ ỏ chỉ cần dùng diot để ch ng ốngược dòng

sử dụng MOC 3021 để thực hiện khâu cách ly này

21

Hình 18: Sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý của moc 3020

22

3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn m ch ạ

23

điều khiển được triac dùng 2 biến trở 50k vào chân 11 để diều khiển độ r ng ộ

Để ề đi u khi n tể ốc độ động cơ người điều khiển chỉ cần v n bi n tr ặ ế ở R11 để nhận

độ của xung răng cưa

3.3 Mô ph ng mỏạch điều khiển

3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng

25

3.3.2 Sơ đồ bố trí thi t b ế ị

3.3.2 K t qu mô phế ả ỏng

Kết qu mô ph ng s d ng Psim ả ỏ ử ụ

27

Nhận xét :

• K t Lu n ếậ

•

Qua khóa luận văn với đề tài: " Xây dựng b ộ điều khi n cho b ể ộ biến đổi điều áp

• ", đã giúp em hiểu rõ hơn về: động cơ điện ột chiều, Thyristor, b m ộ

như cách tính toán các thông số của các linh kiện trong mạch

KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU MỘT PHA