Thiết kế “bộ chỉnh lưu tiristor ba pha hình tia Động cơ Điện một chiều

Thiết kế mạch điều khiến của hệ truyền động điện “bộ chỉnh lưu Thyristor ba pha hình tỉa - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.. Tính chọn các phần tử mạch điều khiến của hệ truyền đ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

HOC PHAN

DO AN DIEN TU CONG SUAT

DE TAI:

THIET KE “BO CHỈNH LƯU TIRISTOR

BA PHA HINH TIA - BONG CO DIEN MOT CHIEU”

Giáo viên hướng dẫn: Th§ KHƯƠNG CÔNG MINH

Sinh viên thực hiện: NGUYÊN THANH PHI

MỤC LỤC

CHƯƠNG |: TONG QUAN VE DONG CO DIEN MOT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG

PHÁP ĐIÊU CHỈNH TÓC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIẾU: -.«- 5 s<<se<e 4 1.1.Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 4 1.1.1 _ Phân loại và ưu điểm, nhược điểm của động cơ điện 1 chiỀU: s c ng ng se 4 1.1.2 _ Sơ đồ và nguyên lý hoạt động: 2s 1222121211 121112222212 1212122222 na 4 1.1.3 Đặc tính cơ của máy điện một ChiỀU: s nn n1 1111211111101 1111 1111588 ngài 5

1.2.Các phương pháp điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập: - - 10 1.2.1 _ Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ -2- s21 1222221122121 10

CHƯƠNG 2: THIẾT KÉỀ “BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR BA PHA HÌNH TIA” 12 2.1 Giới thiệu chung về các “bộ chỉnh lưu Tiristor ba pha”: 12

2.1.1 Chỉnh lưu không điều khiễn 2 91 1122112112112112112111222211 21211212222 se 12

DONG CO ĐIỆN MỘT CHIÈU” VÀ TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰỰC l6

3.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện “Bộ chỉnh lưu Tiristor ba pha hình tỉa — Động cơ điện một chiều kích từ độc lập” (T-ÐĐ): 16 3.1.1 So dé mach động luc va nguyén ly hoat d6ng? cece et ett et et eetenenee ee 16 3.1.2 Tính toán cac thanh phan co baI ccc cccccccccccessesssesseseeeseesstesressretietitetetiresitettenteeatesees 16 3.2 Tính chọn các phần tử mạch động lực của hệ truyền động điện “bộ chỉnh lưu Tiristor

ba pha hình tia - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập”: 17 EVAINY 09v 0095vr:aaiađidiiđiiiiiiiiitaiiiiiẳảaiáii 17 3.2.2 Tính toán máy biến áp chỉnh lựu: 52 2S 222 221221121121122112122221212212 re 18

3.2.3 Thiết kế cuộn kháng lọc - 5s s E2122112211211 2121222122121 1121212222 re de 19 Xác định góc mở cực tiểu VA CWC Oi cc c cn H1 ng ng n2 tt tra 19 Xác định các thành phẩn sóng hài - 2522 2 EE112112211211211 1211212212210 21 2g 20 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 01 2111111111 11111111121111 111111111101 H H101 1t ty 21 Thiết kế kết cầu cuộn Khang LOC an 21

CHUONG 4: THIET KE VA TINH CHON MACH ĐIÈỀU KHIẾN 24

4.1 Thiết kế mạch điều khiến của hệ truyền động điện “bộ chỉnh lưu Thyristor ba pha hình tỉa - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập” 24 4.1.1 Nguyên tặc điêu khiến thăng đứng tuyên tính ác tt 11111212 H1 nọ 25 4.1.2 Nguyên tắc điều khiến thăng đứng arccos - 5s TT nn12212212122121 2 re 25 4.2 Tính chọn các phần tử mạch điều khiến của hệ truyền động điện “bộ chỉnh lưu Thyristor ba pha hình tỉa - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập” 26 4.2.1 Vi mạch TCA 780 S1 L1 1212111111011 1110111011111 011 1011101111011 02k 26 4.2.2 Phân tích hoạt động của mạch điều khiễn s c SE 1111051 11111111111111 11 1 01218 ra 30 Chọn các phân tử bên ngoài TCA 780: á 52 2222222112102 1212121222222 31 Tính toán máy biến áp đồng pha - S2 212211221221 21012222221 121112221 yg 32

5.1 Mô phỏng hệ truyền động điện “bộ chỉnh lưu Tiristor ba pha hình tia - Động cơ điện

5.1.1 Giới thiệu PSIM và giao diện:

5.1.2 Sơ đồ nguyên lý 1 kênh điều khiến

5.1.3 Mô phỏng khâu đồng pha 0 5 S1 22222122112111211211211211211 1012122222211 121g 5.1.4 Mô phỏng khâu tạo điện áp răng cưa:

5.1.5 Mô phỏng khâu so sánh: c1 11 110121111111 11111111 1110111111111 HH 11 g1 kh ch 5.1.6 Mô phỏng khâu tách xung

5.1.7 Mô phỏng khâu khuếch đại và biến áp xung 52 1 1222221221121 12122120 2n re 39

CÁC SÓ LIỆU CHO TRƯỚC:

1 Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha: 220V/380V

2 Tái là động cơ điện một chiều kích từ độc lập có:

Pdm = 5,5 kW: Udm = 220 V: Idm = 32,0 A; nẩm = 400 vòng/phút; Rư = 0,88 Q: Hé sé

đữ trữ điện áp: Ku = (1,5 + 1,8); Hé s6 dit trir dong dién: Ki= (1,1 + 1.4):

THOI GIAN GIAO DE TAI: 28/08/2023

THOI GIAN HOAN THANH DE TAI: 10/12/2023

Đà Nẵng, ngày 03 tháng 12 năm 2023

Giáo viên hướng dân

ThS Khương Công Minh Thông qua giáo viên hướng dẫn

CHUONG 1: TONG QUAN VE DONG CƠ ĐIỆN MOT CHIEU VA CAC PHƯƠNG PHÁP DIEU CHỈNH TÓC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIEU: 1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

1.1.1 Phân loại và ưu điểm, nhược điểm của động cơ điện 1 chiều:

- _ Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bồ trí của cuộn kích từ: + Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp và hỗn hợp

- _ Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ và hãm tốc độ

- Nhược điểm: + Tốn nhiều kim loại màu

+ Ché tao, bảo quản khó khan

+ Giá thành cao hơn các máy điện khác

1.1.2 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động:

- ndm(vong/phut); (dm(Rad/sec); Mdm(N.m hay KG.m); (dm(Wb);

- fdm(Hz); Pim(KW); Udm(V); Idm(A);

Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác:

U

Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiêu kích từ độc lập

4

- _ Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp:

Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư (1) trong đó: Uư — điện áp phần ứng, V

Eư - sức điện động phần ứng, V

Ru — dién trở của mạch phan ung, O

Rf — dién tro phy trong mach phan ing, QO

Iư- dòng điện mạch phân ứng, A

với Rư =rư +recf+ rI + rct,

rư — điện trở cuộn dây phần ứng,

rc£— điện trở cuộn cực từ phụ,

rb - điện trở cuộn bù,

ret — điện trở tiếp xúc giữa chối điện và phiến góp

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biêu thức:

` = in 27m h NA BE - 22 N

vao= "Go ~ 9,557 VE VAY Ew = Gog

K, =P” ; Hệ số sức điện động e =o0u : Hệ số sức điện động của động cơ, K, = 9 <= của động cơ, K, =2 == =0, 105K ~0,

Từ (1) và (2) ta có:

— U R_.un, :

® E Xœ ˆ “K@ Tằ„¿ 3) Biểu thức (3) là phương trình đặc tính điện của động cơ

Mặt khác mômen điện từ Mạ, của động cơ được xác định bởi:

ký hiệu là M Nghĩa là Mạ, = M,„ =M

U_ R, +R,

K® (K®) Đây là phương trình đặc tính cơ của động co điện một chiều kích từ độc lap Gia thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông © = const, thì các phương trình đặc tính cơ (6) là tuyến tính Dạng đặc tính cơ động cơ được biêu điện trên 2 hình sau:

U

Tú — R é =1,,va M= KOI, =Mam

~¿+R,©

Lims Mam duoc goi la dong điện ngắn mạch và mômen mở may

Mặt khác, phương trình đặc tinh cơ (3), (6) cũng có thê viết đưới dạng:

o =, Ko K® — @y- Ao,—= CV one Ko dé Trong rong dé R=R, +R, = 42 po, =, =o dO K~ “vy f› #0” Tr@"› eT (Ko) ›

A@, được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của mômen tại M,

Khi R; =0, Ø= 2¿„ và U„ = U„„ ta có đặc tính cơ tự nhiên

Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:

e©_ Ảnh hưởng của điện trở phần cứng:

Giả thiết U„ = Ưạ„ và ® =®„„,

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

là đặc tính cơ càng đốc Ưng với R¿ = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:

B= —(K ®an)”

INT R.jỏ Bow có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ o

cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở o,

SVTH: NGUYÊN THANH PHI

Mc nao do, néu R; cang 1én thi tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện khởi động

và mômen mở máy cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này đề hạn chê dòng điện khởi động và điều chỉnh tôc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản e©_ Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông ® = ®„„, điện trở phụ R;= 0 Khi thay đôi điện áp theo hướng giảm so với Van „ ta CÓ:

Như vậy khi thay đôi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự

nhiên như hình Ta thấy rằng khi thay đối điện áp (giảm

áp) thì mômen mở máy, dòng điện khởi động của động

co giam va toc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ

Khi từ thông giảm độ cứng đặc tính cơ mềm hơn

Do cầu tạo của động cơ điện, thực tế thường cho phép điều chỉnh giảm từ thông trong giới

SVTH: NGUYÊN THANH PHI

hạn cho phép Nên khi từ thông giảm thì 6a, tăng, còn |B| sẽ giảm Ta có một họ đặc tính

cơ với p, tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm nhanh khi giảm từ thông

Mômen mở máy M„„= K ®,1„„ thay đôi

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn trên hình

Với mômen phụ tải Mc tỷ lệ nghịch với tốc độ thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên

1.2 Các phương pháp điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Thực tế có hai phương pháp cơ bản đề điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: 1.2.1 Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ

j -_LK BBD

Ta co: Re= 0; Rus = Ry =const; Usx=Uan = const

Ta thay đổi dòng kích tir I, dé thay đôi từ thông

2 $< gì <ộa lan 0 <4: <¢am Mam Mạn M

Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

+ Dòng điện ngăn mạch không đồi: „„ 2 const

+ Mémen ngan mạch thay đổi: M,„=K®,*1„

2.1 Giới thiệu chung về các “bộ chỉnh lưu Tiristor ba pha”:

2.1.1 Chỉnh lưu không điều khiển

- _ Trong khoảng 61 < 8 <92: Điện áp pha a cao nhất, DI dẫn, Uo=Ua

- _ Trong khoảng 02 <0 <03: Điện áp pha b cao nhất, D2 dan ,Uo=Ub

- _ Trong khoảng 63 < 8 < 64: Điện áp pha c cao nhất, D3 đẫn , Uo=Uc

Điện áp trung bình ở lối ra là: Ủ„= 1,17,

Hoạt động của sơ đồ khi tải thuần trở

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ “BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR BA PHA HÌNH TIA

- ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIEU” VA TINH CHON MACH DONG LUC

3.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện “Bộ chỉnh lưu Tiristor ba pha

hình tia — Động cơ điện một chiều kích từ độc lập” (T-Đ):

3.1.1 Sơ đồ mạch động lực và nguyên lý hoạt động:

Trong bộ biến đổi Thyristor: máy Biến áp lực có nhiệm vụ biến đôi điện áp lưới cho phù hợp với điện áp cung câp cho động cơ, tạo điểm trung tính, tạo pha cho chỉnh lưu nhiều pha, hạn chế biên độ dòng ngắn mạch, giảm di/dt < di/dt cp nham bao vé van

Hệ thống Thysitor: nắn đòng cho phù hợp với động cơ

Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc ơ, do đó biến thiên Uo dẫn đến thay đối œ

Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc cao sao cho K sb < K sb cp, với K sb cp phụ thuộc yêu câu của tải

E - Sức điện động của động cơ

R,L- Điện trở và điện cảm trong mạch

3.2.1 Tinh chon Tiristor

Tinh chọn dựa vào các yêu tô co bản dòng tải, điều kiện tỏa nhiệt, điện áp lam việc, các thông sô cơ ban của van được tính như sau:

Điện áp ngược mà thyrIstor phải chịu:

220

Uw = K„*U; = Ku ti” = ⁄6* 36 =460,7 (V)

,ụ 27r Trong đó: K„„=+x6 là hệ số điện áp ngược

_ 346

k, = S—— 2„ là hệ số điện áp là ệ sô điện áp tải tải

Ug la dién áp tải của van

U; là điện áp nguôn xoay chiêu của van

Điện áp ngược van cân chọn:

ỦŨny = KdtU*®Dnmax = 1,8 *460,7 = 829,3(V) Trong đó: Kq¿U là hệ số dự trữ điện ap, chon Kary = 1.8

- Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng:

Tudm 48.12 Tiy = lụa = KhaŸ [lam = "xa = V3 = 27,78 (A)

1 É

Trong d6: Kya = = 1a hé s6 dong dién hiéu dụng

v3 lúa là dòng điện hiệu dụng của van

Tuam la dong dién qua tai

> Từ các thông số Uy, lạm ta chọn 3 ThysIstor loại T60N1000VOE có các thông SỐ :

- Điện áp ngược cực đại của van : Uy = 1000 (V)

- _ Dòng điện định mức của van : lạ = 60 (4)

- - Đỉnh xung dòng điện : l„„ = 1400 (A)

- _ Dòng điện của xung điều khiên : Ta = 150 (mA)

- _ Điện áp của xung điều khiển > Ux = 1,4 (V)

- Dong dién ro : 1, =25 (mA)

- _ Sụt áp lớn nhất của Thysistor & trang thai dan la: AU = 1,8 (V)

- Tốc độ biến thiên của điện áp : a =1000 (V/us)

- _ Thời gian chuyển mạch > ten = 180 (us)

- Nhiét do lam viée cue dai cho phép > Tmax = 125 °C)

3.2.2 Tinh toan may bién áp chỉnh lưu:

Tính công suất biểu kiến của máy biến áp

Trong đó:

- S là công suất biểu kiến của biến áp

- Chọn Ks = 1,05 là hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực

- Pẩm: Công suất cực đại của tải

- tạđm: Hiệu suất máy biến áp

Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp Uy = U¡= 380 (V)

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

ao *€OSãmin — Ua + 2AUy + 2AU ant 2AU ba

Trong do:

- Amin = 10° la goc dy trir khi co su suy giảm điện lưới

- AU, = 1,8 (V) la sut ap trén Thyristor

- AUa = 0 la sy sut ap trén day noi

- AUpa = AU, + AU, la sự sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp

Chon sơ bộ: AU; = 6%*#*U¿ = 6*220 = 13,2 (V)

Từ phương trình cân bằng điện áp, khi có tải ta có:

— U/*2AU,+ÃU¿„+ÄU,, — 220+2x1.8+0+132 —

Ua = COSQ min ~ cos(10°) ~ 240.45 (V)

3v6

Điện áp pha thir cap pha may bién ap: U2 = Gr = 240,45/

Trong đó : Ku= av la hé 66 dién ap cua so đồ

Đồng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp

b= (Btu (2933.6 = 27.4 (A)

Trong đó Ua„„ được xác định sau:

Cho chiều dai điều chỉnh:

_ Pạ„ _ Uđm—UudmxRu>_

D= ~ Udmin—Iudm* Rus =20

Dinix

Usnin= 7p * [ Uanin + (D1) * La» *RuE]

= 5 * [2,34 * Us * Cosomin + (D-1) * lan * (Ra + Rụ + Rạ)|

Thay s6: Uz =205,6 (V): lum = 70,34 (A); Ru = 0,25 (Q): Ria = 0,24 (Q): Ra = 0,57 (Q) Usnin= sp * [2.34 * 205,6 * Cos(10) + (20-1) * 70,34 * (0,25 + 0,24 + 0,57)|= 94,5 (V)

Udmin Ud0

Khai trién chuối Furier cua dign ap Ud:

Ua= st > | a, *cos6 +k6+ b, sin 6*k6} = > + YU y_ Sin (6* KO +k )

k=l k=l