nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông Lâm Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình

MC LC Ni dung trang Li núi u 1 Chng I: Tng quan v thit b iu chnh 3 1.1. Cu to v nguyờn lý lm vic ca ng c khụng ng b 4 1.1.1. Cu to 4 1.1.2. Nguyờn lý lm vic 4 1.1.3. Cỏc i lng v phng trỡnh c bn ca ng c 5 1.1.3.1. Cỏc i lng c bn 5 1.1.3.2. Cỏc phng trỡnh c bn ca ng c 6 1.1.4. u nhc im ca ng c khụng ng b ba pha 10 1.1.4.1. u im 10 1.1.4.1. Nhc im 11 1.2. Mụ hỡnh ng c khụng ng b ba pha 11 1.2.1. Gii thiu v hai h ta v vộc t khụng gian 12 1.2.1.1. H ta Stato c nh 12 1.2.1.2. H ta t thụng roto 14 1.2.2. Mụ hỡnh liờn tc ng c khụng ng b ba pha 17 1.2.2.1. H phng trỡnh c bn ca ng c 17 a. H phng trỡnh in ỏp stato 19 b. H phng trỡnh in ỏp roto 20 1.2.2.2. Mụ hỡnh trng thỏi ca ng c trờn h ta () 20 1.2.2.3. Mụ hỡnh trng thỏi ca ng c trờn h ta (dq) 24 1.3. Nguyờn lý iu chnh tc ng c khụng ng b ba pha 28 1.3.1. Gii thiu mt s phng phỏp iu chnh tc ng c KB 28 1.3.1.1. iu chnh tc bng cỏch thay i R p trong mch roto 28 1.3.1.2. iu chnh tc bng cỏch thay i iờn cm mch stato 29 1.3.2. iu chnh tc bng cỏch thay i tn s 32 1.3.2.1. Khỏi quỏt v bin tn 34 1.3.2.2. 1.3.2.2. Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi. 35 1.3.2.3. 1.3.2.3. Luật điều chỉnh từ thông không đổi. 37 1.3.2.4. 1.3.2.4. Luật điều chỉnh tần số trợt không đổi. 38 1.3.2.5. iu chnh tn s bng phng phỏp vộc t khụng gian: 1.3.2.5. iu chnh tn s bng phng phỏp vộc t khụng gian: 41 Chng II Thit k mch lc v mch bo v 43 2.1. 2.1. Thit k mch lc 43 2.1.1. Thit k b nghch lu ỏp. 44 2.1.1.1. Chọn và kiểm nghiệm IGBT: 46 2.1.1.2. Chọn điốt ngược. 48 2.1.2. Chọn bộ chỉnh lưu: 48 2.1.3. Tính chọn khâu trung gian một chiều. 2.1.3.1. Tính chọn tụ C: 48 48 2.1.3.2. Chọn điện trờ hạn chế dòng nạp tụ. 49 2.1.3.3. Khâu lọc. 50 2.1.4. Mạch Hãm. 51 2.1.5. Mạch bảo vệ sự tăng vọt điện áp. 52 2.1.5.1. Nguyên nhân gây sự tăng vọt điện áp. 52 2.1.5.2. Thiết kế mạch bảo vệ. 53 Chương III: Thiết kế hệ thống điều khiển mạch chỉnh lưu 56 3.1. Luật điều khiển U/f 56 3.2. Phương pháp điều biến độ rộng xung 59 3.2.1. Nguyên lý phương pháp điều biến độ rộng xung: 59 3.2.2. PWM cho hệ thống điện áp ba pha theo phương pháp kinh điển: 60 3.2.3. PWM cho phương pháp số tựa tương tự: 63 3.2.4. Điều chế PWM bằng phương pháp véc tơ chuyển mạch: 65 3.3. TÍNH TOÁN VÉC TƠ CHUYỂN MẠCH 73 3.3.1. Tính thời gian đóng ngắt các van bán dẫn: 73 3.3.2. Chuyển đổi giá trị tính toán bằng xung: 78 3.4. PHẦN CỨNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 81 3.4.1. Khái quát về SAB80C537: 81 3.4.1.1 Đặc điểm chung của họ vi điều khiển (µC) SAB 80C537 82 3.4.1.2. Bộ vi sử lí trung tâm (CPU): 85 3.4.1.3. Tổ chức bộ nhớ. 86 3.4.1.4. Truy nhập bộ nhớ bên ngoài: 87 3.4.1.5. Khởi động lại hệ thống (reset): 87 3.4.1.6. Các phần tử ngoại vi on-chip: 88 3.4.1.7. Bộ biến đổi A/D (ADC: Analog to Digital Converter): 91 3.4.1.8 đồng hồ 93 3.4.1.9. Hệ thống ngắt: 100 3.4.1.10. Công cụ phát triển: 102 3.4.2 Xây dựng các lưu đồ thuật toán: 108 3.4.2.1 Chương trình chính : 108 3.4.2.2 Chương trình tính bảng : 111 3.4.2.3. Chương tình khởi tạo Comparetime: 113 3.4.2.4 Chương trình ngắt Compare timerthực hiện so sánh: 115 3.4.2.5. Chương trình tính lại bảng: 117 3.4.3 Xây dựng cấu trúc mạch tạo xung: 3.4.3.1 Sử dụng khối CCU của SAB 80C537trong ứng dụng PWM: 119 3.4.3.2 Xây dựng cấu trúc phần cứng mach điều khiển: 120 3.5 Thiết kế mạnh khuếch đại ,cách ly 3.5.1 Thiết kế mạch khuếch đại 122 122 3.5.2 Thiết kế mạnh cach ly : 122 3.6. Thiết kế mạch tạo trễ TP 123 Phụ lục CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng dãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ lớn so với các động cơ khác. Sở dĩ như vậy là do động cơ không đồng bộ ba pha có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn. Sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha. Tuy nhiên trước đây, các hệ truyền động động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc độ lại chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ có khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ mới được khai thác các ưu thế của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động động cơ điện một chiều. Khác với động cơ điện một chiều, động cơ không đồng bộ ba pha được cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như mô men động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Trong định hướng xây dựng hệ truyền động động cơ không đồng bộ, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính của động cơ điện một chiều. Trước khi nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ta sẽ nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý của động cơ không đồng bộ ba pha xoay chiều ba pha. 1.1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1.1. cấu tạo: Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha Động cơ không đồng bộ có cấu tạo gồm hai phần chính là stato và roto. Phần cảm (stato) có dây quấn được được đặt vào các rãnh của lõi thép và được đặt cách điện với lõi thép. Dây quần 3 pha được đặt lệch nhau một góc 120 0 trong không gian. Phần ứng roto được chia làm hai loại chính là: roto lồng sóc và roto dây quấn. Loại roto dây quấn có kết cấu giống như A B C X Y Z dây quấn stato, 3 đầu dây của 3 pha được nối hình sao, còn 3 đầu dây còn lại đưa ra 3 vành trượt để thuận tiện cho việc khởi động và điều chỉnh tốc độ. Còn lại roto lồng sóc có kết cấu khác với dây quấn stato, trong mỗi rãnh thép của roto người ta đặt vào các thanh dẫn bằng nhôm, hai đầu của các thanh dẫn này được nối ngắn mạch làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc, các thanh dẫn này không cần cách điện với lõi thép. Để cải thiện tính năng mở máy, trong các máy có công suất lớn, rãnh roto được cấu tạo đặc biệt (rãnh sâu hoặc rãnh kép). Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh roto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục để mô men phân bố đều trên roto. Loại động cơ xoay chiều 3 pha roto lồng sóc này chiếm ưu thế trên thị trường. 1.1.2. Nguyên lý làm việc: Động cơ không đồng bộ làm việc dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ. Khhi ta cấp dòng điện xoay chiều ba pha: i A = I m sin(ωt) i B = I m sin(ωt - 120 0 ) (1.1) i c = I m sin(ωt + 120 0 ) vào dây quấn stato của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha thì trong dây quấn ba pha của stato sẽ sinh ra một từ trường quay với tốc độ ω s = 2πf s , trong đó f s là tần số nguồn cung cấp. Từ trường quay này quét qua dây quấn roto và cảm ứng trên nó một sức điện động cảm ứng. Do dây quấn roto được nối ngắn mạch nên trên nó tồn tại một dòng điện cảm ứng, dòng điện này lại nằm trong từ trường của stato nên sẽ chịu tác dụng của các lực từ và tạo ra mô men quay làm quay roto. 1.1.3. Các đại lượng và phương trình cơ bản của động cơ: 1.1.3.1. Các đại lượng cơ bản * Hệ số trượt: Để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto (n) và tốc độ của từ trường quay stato (n 1 ): Ta có: 1 1 n nn S − = (1-2) %100.% 1 1 n nn S − = (1-3) Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100% Trong đó: n 1 = 60f 1 /p c (1-4) n = n 1 (1-s) (1-5) * Sức điện động của mạch Roto lúc đứng yên: Trong đó E 20 = 4,44K 2 f 2 W 2 Ф m (1-6) Ф m : Trị số cựcnddaij của từ thông mạch từ K 2 : Là hệ số dây quấn Roto của động cơ f 2 : Tần số xác định ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì roto đứng yên lên 60 1 02 np f c = (1-7) F 02 : bằng tần số dòng điện đưa vào f 1 * Khi roto quay: Tần số trong dây quấn roto là 60 . )( 60 )( 1 1 11 2 cc s pn n nnpnn f − = − = (1-8) Vậy: f 2s = sf 1 Sức điện động trên dây quấn Roto lúcđó là: E 20 = 4,44K 2 f 2s W 2 Ф m (1-9) Với f 2s = sf 1 thế vào (1-9) ta được: E 20 = 4,44K 2 f 2s W 2 Ф m S (1-10) 1.1.3.2. Các phương trình cơ bản của động cơ: * Sơ đồ đẳng trị một pha Hình 1.2: Sơ đồ dẳng trị một pha ĐCKĐB Trong đó: U 1 điện áp pha đặt lên cuôn dây stato X 1 , r 1 , I 1 , là điện kháng, điện trở, dòng điện của mạch từ hóa X ’ 2 , r ’ 2 , I ’ 2 , là điện kháng, điện trở, dòng điện của cuộn dây roto quy đổi về phía stato I ’ 2 = K 1 I 2 (1-11) Với K 1 là hệ số quy đổi dòng điện Ta có: dm dm E E U K 2 1 = v (1-12) Trong đó: U 1dm Là điện áp định mức đặt lên Stato E 2dm : Là sức điện động định mức của roto Quy đổi giá trị roto về phía stato: r ’ 2 = k r r 2 ; x ’ 2 = k x x 2 ; (1-13) với s là đôk trượt của động cơ: (1- 14) *b Phương trình tốc độ: 1 1 n nn s − = Theo sơ đồ đẳng trị một pha như hình 1-2, ta có biểu thức dòng điện roto quy đổi về phía stato: 2 )()( ' 21 ' 2 1 1 ' 2 xx s r r U I +++ = (1-15) Khi tốc độ động cơ n = 0, theo (1-14) ta có s = 1 Nếu điện áp đặt lên cuộn stato U 1 = costan thì biểu thức (1-15) chính là quan hệ giữa dòng điện roto và dòng điện stato I ’ 2 với độ trượt s hay với tốc độ n. Do đó biểu thức (1-15) chính là phwong trình đặc tính tốc độ. * Phương trình đặc tính cơ: Công suất điện từ của động cơ s r Ip dt ' 2 2' 2 3= (1-16) Mặt khác 55,9 1 n Mp dtdt = (1-17) Do đó: 55,9 3 1 ' 2 2' 2 n s r IM dt = (1-18) M đt : Là mô men điện từ gồm hai thành phần: + Phần nhỏ tổn thất trên cuộn dây và tổn thất cơ do ma sát ở các ổ bi, ký hiệu là ΔM; + Phần lớn biến thành mô men quay của động cơ; M đt = M + ΔM (1-19) Vì M >> ΔM, ta có thể bỏ qua ΔM; Vậy: M đt ~M Khi đó 55,9 3 1 ' 2 2' 2 n s r IMM dt == (1-20) Thay I ’ 2 từ biểu thức (1-15) vào (1-20) ta được: 2 )()( 55,9 3 ' 21 ' 2 1 11 ' 2 xx s r r Un s r M dt +++ = (1-21) biểu thức (1-21) chính là phwong trình đặc tính cơ. Được biểu diễn bằng quan hệ M = f(n) như hình 1.3: - Giá trị s sẽ biến thiên từ - ∞ đến + ∞ và mô men quay sẽ có giá trị tới hạn (Mt). Lấy đạo hàm của mô men theo hệ số trượt và cho 0= ds dM - Ta có hệ số trượt tương ứng với mô men tới hạn Mt gọi là hệ số trượt tới hạn 22 1 ' 2 2' 21 2 1 ' 2 )( nm t xr r xxr r S + ± = ++ ± = (1-22) Do đó biểu thức mô men tới hạn: )( 55,9 2 3 22 11 1 1 nm dt xrr n U M ++ = (1-23) Giải các phương trình (1-21) và (1-23) và đặt 22 1 ' 2 nm xr r + = ε (1-24) Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ như sau: M n M c n 1 S th 0 Hình 1.3: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ [...]... TKHT iu khin mch nghch lu - 36 - Hình 1.18 Đặc tính có điều chỉnh tần số theo luật giữ khả năng quá tải không đổi 1.3.2.3 Luật điều chỉnh từ thông không đổi Từ quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máy hoặc từ thông stato s không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần số và mômen ới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh Nếu coi R s = 0 thì: s = U s U sdm = = const o odm Tuy... Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato thì có thể tính đợc mômen tới hạn nh sau: U L2 U2 M th = 2 m s2 = k m s 2 Ls Lr o o 2 (1.62) M th Điều kiện giữ khả năng quá tải về mômen không đổi là: M = M thdm dm (1.63) Từ đó ta có: U s U sdm = o odm M M thdm Lun vn thc s -Nguyn Hu Qung (1.64) Chng III: TKHT iu khin mch nghch lu - 36 - Hình 1.18 Đặc tính có điều. .. vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh đợc điện áp trên điện cảm tản mạch stato khi đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm (hình 1.19) Hình 1.19 Quan hệ Is(s) khi từ thông s = const 1.3.2.4 Luật điều chỉnh tần số trợt không đổi Lun vn thc s -Nguyn Hu Qung . các đặc tính của động cơ điện một chiều. Trước khi nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ta sẽ nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý của động cơ không đồng bộ ba pha xoay. hệ truyền động động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc độ lại chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, đó là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ có khó khăn hơn động cơ một chiều. Trong thời gian. không đồng bộ 1.2. Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha Như chúng ta đã biết động cơ không đồng bộ ba pha là một đối tượng phi tuyến chứa rất nhiều các tham số, để điều khiển được động cơ không