Báo cáo Đồ Án môn học Điện tử công suất và truyền Động Điện

Vũ Xuân Hữu Tìm hiểu tổng quan về động cơ một chiều cấu tạo, phânloại, ưu nhược điểm Nguyễn Gia Linh Tìm hiểu về các phương pháp điều khiển tốc độ động cơmột chiều, hệ truyền động chỉnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN

PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Họ và tên GV1: ThS Nguyễn Đức Quang

2 Họ và tên GV2: Ts Vũ Thị Yến

SV1 Nguyễn Gia Linh 2021603228 2021DHDKTD02 – K16

SV3 Nguyễn Mạnh Lâm 2021603853 2021DHDKTD02 – K16

Tên sản phẩm: Báo cáo đồ án môn học

II ĐÁNH GIÁ (Điểm từng tiêu chí và điểm cuối cùng làm tròn đến 0,5 điểm)

5

2 L1.2 Thiết kế, tính chọn được thiết bị cho mạch lực và mạch điều khiển 5

Hà Nội, ngày , tháng , năm 2024

PHIẾU HỌC TẬP NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: 20232EE6017002 Khóa: 16

2 Tên nhóm: Nhóm 02

Họ và tên thành viên trong nhóm: Nguyễn Gia Linh Lê Quang Lâm

Nguyễn Mạnh Lâm Vũ Xuân Hữu

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề (nêu rõ vấn đề sinh viên cần tìm hiểu, nghiên cứu trong thời gian thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án).

Tính toán thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều

Số liệu cho trước:

- Động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu có số liệu sau:

Pđm = 25 (Kw); Uưđm = 220 (V); Iđm = 132 (A); nđm = 1500 (v/p); Rư = 0,0966 (Ω); Lư = 0,0063 (H); J = 1,2 (kg.m2)

2 Hoạt động của sinh viên (xác định các hoạt động chính của sinh viên trong quá trình thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án để hình thành tri thức,

kỹ năng đáp ứng mục tiêu/chuẩn đầu ra nào của học phần).

- Hoạt động/Nội dung 1:……… Mục tiêu/chuẩn đầu ra:…………

- Hoạt động/Nội dung 2:………….… Mục tiêu/chuẩn đầu ra:…………

- Hoạt động/Nội dung 3……… Mục tiêu/chuẩn đầu ra:…………

3 Sản phẩm nghiên cứu (xác định cụ thể sản phẩm của chủ đề nghiên cứu cần đạt được, ví dụ: Bản thuyết minh, bài thu hoạch, mô hình, sơ đồ, bản vẽ kỹ thuật, trang website, bài báo khoa học, ).

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN

Tên lớp: 20232EE6017002 Khóa: 16

Tên nhóm: Nhóm 02

Họ và tên thành viên trong nhóm: Nguyễn Gia Linh Lê Quang Lâm

Nguyễn Mạnh Lâm Vũ Xuân HữuTên chủ đề: Tính toán thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều

Vũ Xuân Hữu Tìm hiểu tổng quan về động cơ một chiều (cấu tạo, phânloại, ưu nhược điểm)

Nguyễn Gia Linh

Tìm hiểu về các phương pháp điều khiển tốc độ động cơmột chiều, hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều (mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển)

3,4

Nguyễn Gia Linh Chỉnh sửa và bổ sung nội dung chương 1

Vũ Xuân Hữu

Tính chọn mạch lựcNguyễn Mạnh Lâm

Lê Quang Lâm Thiết kế mạch điều khiển

5,6

Nguyễn Gia Linh

Chỉnh sửa và bổ sung nội dung chương 2

Lê Quang Lâm

Nguyễn Mạnh Lâm Tổng hợp mạch vòng dòng điện

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, vấn đề áp dụng khoa học kỹ thuật vào các quy trình sản xuất là vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với sự phát triển của một số ngành như điện tử, công nghệ thông tin,

ngành tự động hóa công nghiệp cũng đã phát triển vượt bậc Tự động hóa các

quy trình sản xuất đang rất phổ biến, có thể thay thế sức lao động con người,

đem lại năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt

Hiện nay, các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy, xí nghiệp

được sử dụng rất rộng rãi, vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng trong các dây chuyền sản xuất là điều chỉnh tốc độ động cơ để nâng cao năng suất Từ trước đến nay, động cơ một chiều vẫn luôn là loại động cơ được sử dụng rộng rãi kể cả trong những hệ thống yêu cầu cao Để hiểu rõ được vấn đề nêu trên,

nhóm chúng em đã được giao đề tài:

“Tính toán thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu động cơ một chiều”

Tuần Người thực hiện Nội dung công việc đạt được Kết quả

Kiến nghị với giảng viên hướng

dẫn (Nêu những

khó khăn, hỗ trợ

từ phía giảng viên,… nếu cần)

Trong quá trình làm đồ án, chúng em luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp những tài liệu cần thiết của thầy giáo Ths Nguyễn Đức Quang Tuy nhiên, do giới hạn thời gian của đồ án cùng với phạm vi nghiên cứu tài liệu và kinh nghiệm, kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy để bản

đồ án của nhóm em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Gia Linh

Lê Quang LâmNguyễn Mạnh Lâm

Vũ Xuân Hữu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ

HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1.1 Tổng quan về động cơ điện một chiều

1.1.1 Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều

1.1.1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh (Stator)

và phần động (Rotor)

- Phần tĩnh (còn gọi là phần kích từ động cơ): là bộ phận sinh ra từ trường, gồm có:

+ Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích

từ bằng nam châm điện): Mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từ này được mắc nối tiếp với nhau

+ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày từ 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào

vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.

+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính Lõi thép của các cực từ phụ thường được làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

+ Gông từ: dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

+ Các bộ phận khác:

Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừanắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên

cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ.Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

- Phần quay: Bao gồm những bộ phận chính sau:

+ Phần sinh ra suất điện động gồm có:

. Mạch từ: được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng

Cuộn dây phần ứng: gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một quy luật nhất định Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được phép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp

. Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo.

+ Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

+ Dây quấn phần ứng: là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.+ Cổ góp: gồm nhiều phiến đồng có được mã cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trụ tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại

1.1.1.2 Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

- Phân loại: khi xem xét động cơ điện một chiều người ta phân loại theo cáchkích thích từ các động cơ Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng:

+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ

+ Động cơ điện một chiều kích từ song song: cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng

+ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng

+ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: gồm có 2 cuộn dây kích từ, mộtcuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng

- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

+ Ưu điểm: ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc

độ và khả năng quá tải Động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh tốc độ một cách chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản, đồng thời lại đạt chất lượng cao

+ Nhược điểm: do có hệ thống cổ góp-chổi than nên vận hành kém tin cậy

và không an toàn trong các môi trường rung chấn dễ cháy nổ Ngoài ra, việc chế tạo và bảo quản cổ góp cũng rất phức tạp

1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

- Phương pháp thay đổi từ thông Φ

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

1.1.2.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

Đây là phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

+ Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ U=Uđm, Φ=Φđm và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

- Đặc điểm của phương pháp:

+ Phương pháp này không thể điều khiển liên tục được mà phải điều khiển nhảy cấp Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải, tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh càng nhỏ

+ Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn, chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản

1.1.2.2 Phương pháp thay đổi từ thông Φ

- Nguyên lý điều khiển: Giả thiết U=Uđm, Rư=const Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi dòng điện kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ Khi giảm Φ thì tốc

độ không tải lý tưởng ω0=U đm

k Φ tăng, còn độ cứng đặc tính cơ β =−¿¿ giảm,

ta thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên

Hình 1.2: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông

- Đặc điểm của phương pháp:

+ Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng

+ Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức, việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch.+ Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với công suất không đổi

+ Sai số tốc độ lớn, đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy

+ Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinh tế

Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển

1.1.2.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

- Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:

chiều bằng cách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất

và hay được sử dụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bị tổn hao

1.2 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ)

1.2.1 Tổng quan hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ

- Thường sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển thyristor Tốc độ động cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển thay đổi thờiđiểm thông van thyristor

- Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hóa Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao, điều đó thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống

- Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện Hệ số công suất cosφ của hệ thống nói chung là thấp Tính dẫn điện một chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay

- Phân loại mạch chỉnh lưu:

+ Phân loại theo loại linh kiện bán dẫn trong mạch:

Mạch chỉnh lưu không điều khiển sử dụng Diode

Mạch chỉnh lưu có điều khiển sử dụng SCR hay Thyristor

Mạch chỉnh lưu bán điều khiển sử dụng Diode và SCR

+ Phân loại theo số pha nguồn cấp: một pha, hai pha, ba pha, 6 pha…

+ Phân loại theo sơ đồ mắc linh kiện có hai loại:

Mạch chỉnh lưu hình tia: có số lượng linh kiện sẽ bằng với số pha của nguồn

cấp cho mạch Tất cả các linh kiện đấu chung một đầu nào đó với nhau, hoặc cực âm chung, hoặc cực dương chung

Sơ đồ mạch cầu: có số lượng linh kiện bán dẫn nhiều gấp đôi số nguồn cấp

cho mạch Trong đó một nửa số linh kiện mắc chung cực âm, một nửa kia lại mắc chung nhau cực dương

- Trong phần đồ án này, chúng em sẽ phân tích, tính toán, thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển

1.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển

lưu cầu 3 pha có điều khiển

- Đây là loại được sử dụng rộng rãi trong thực tế vì có các ưu điểm vượt trội.+ Ưu điểm:

Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha.

Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%).

Công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo

lưới điện ít hơn các loại khác

+ Nhược điểm: Sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn

để đưa dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10V.+ Mạch điều khiển có các chức năng sau:

Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương

của điện áp trên anôt-catôt của thyristor

Tạo ra được các xung có đủ điều kiện mở được thyristor Xung điều khiển

thường có biên độ từ 0,5 đến 5V, độ rộng xung tx=20-500μs đối với thiết bị chỉnh lưu hoặc cặp thyristor đấu song song ngược

Độ rộng xung được xác định theo biểu thức:

t x=I dt

di dt

+ Công suất tính toán mạch MBA nguồn: S ba =1 , 05 P d

+ Sơ đồ chỉnh lưu gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm:

Nhóm catot chung: T1, T3, T5

Nhóm anot chung: T2, T4, T6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC, ĐIỀU KHIỂN

+ Điện áp ngược của Thyristor:

Điện áp làm việc của van:

Các thông số của máy biến áp:

- Điện áp trên cuộn dây sơ cấp: U 1 dm=380 (V)

- Phương trình cân bằng điện áp:

E d =U d +∆ U V +∆ U BA

Với: Ud: điện áp định mức của động cơ (U d =U đ m =220 V )

ΔUv: độ sụt áp trung bình trên các Thyristor

Chọn ΔUv = 2.2 = 4 (V) (sụt áp trên một van là 2V)

ΔUBA: độ sụt áp trên máy biến áp (chọn ∆ U BA =5 % U d)

- Dòng điện ở cuộn dây thứ cấp:

I 2 đm =k sd I d =0,816 I đm =0,816.132=107,712(A )

ksd: hệ số dòng điện của sơ đồ cầu 3 pha (k sd=0,816)

- Dòng điện ở cuộn dây sơ cấp:

I 1 đm=I 2 đm

k BA =107,712

3 , 78 =28 ,5( A)

Vậy ta cần dùng máy biến áp có các thông số:

Công suất của máy biến áp: S BA =32, 57(kVA)

2.1.3 Tính thiết kế máy biến áp

Chọn máy biến áp ba pha ba trụ

2.1.3.1 Thiết diện của trụ

Chọn đường kính trụ theo tiêu chuẩn: d = 115 (mm)

Chọn loại thép kỹ thuật điện: ∃330 có độ dày 0.5 (mm)

2.1.3.4 Tính toán đường kính dây của dây quấn:

Chọn dây dẫn làm bằng đồng có tiết diện tròn có mật độ dòng điện sơ bộ:

Đường kính dây dẫn sơ cấp kể cả cách điện: d1' =3,6 (mm)

Tính lại mật độ dòng điện trong dây dẫn sơ cấp:

2.1.3.5 Tính chiều dài của các cuộn dây quấn

Đường kính trong của cuộn dây sơ cấp:

(dấu “-” thể hiện chiều điện áp đặt vào động cơ đã đổi chiều Tức là: động cơ

đã được đảo chiều quay)

Cho nên ta có họ đặc tính cơ:

Hình 2.5: Họ đặc tính cơ

0

-Mđm

M(N.m)

(v/ph)