Đề án tốt nghiệp: Hướng dẫn Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ phần 1 ppsx

Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 2- 2 - Mục lục Trang Lời giới thiệu 4 Chơng I: Giới thiệu chung về công nghệ và phơng pháp điều khiển kích từ của động cơ đồng bộ ba pha . 5 I.1. Giới thiệu chung về chủng loại thiết bị đợc giao thực hiện thiết kế, công nghệ kích từ. 5 1. Nguyên tắc điều khiển mở máy 5 2. Nguyên tắc điều chỉnh kích thích 6 I.2. Đề xuất các phơng án tổng thể, phân tích u, nhợc điểm của từng phơng án để đi đến lựa chọn một phơng án thực thi thiết kế mạch lực và mạch điều khiển 7 1. Giới thiệu về mạch lực 7 2. Chọn phơng án chỉnh lu 7 3. Giới thiệu chung về mạch điều khiển 13 4. Lựa chọn phơng án thiết kế mạch điều khiển 15 Chơng II : Thiết kế mạch lực 18 1. Tính toán chọn van 18 2. Tính toán các thông số điện áp, dòng điện và công suất máy biến áp 19 3. Tính toán mạch từ MBA 19 Chơng III : Thiết kế mạch điều khiển 22 1.Tính toán khâu đồng pha và nguyên lý hoạt động của mạch. 22 2.Khâu tạo điện áp răng ca 24 3. Khâu so sánh 25 4. Khâu phát xung chùm 27 5. Khâu khuyếch đại xung và biến áp xung 29 6- Tính toán khối nguồn và MBA đồng pha 32 7. Tính toán khâu phản hồi 33 Kết luận 35 Tài liệu tham khảo 36 Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Tỡm hiu cụng ngh chung ca ng b 3 pha trong mch t ng ca ng c Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 3- 3 - lời giới thiệu - Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng đợc chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và đang đợc phát triển hết sức mạnh mẽ. - Tuy nhiên để đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì ngành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối u nhất. Đặc biệt với chủ trơng công nghiệp hoá-hiện đại hoá của Nhà nớc, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đa công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phơng pháp điều khiển an toàn, chính xác. Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần phải giải quyết. Để giải quyết đợc vấn đề này thì Nhà nớc ta cần phải có đội ngũ thiết kế đông đảo và tài năng. Sinh viên ngành TĐH tơng lai không xa sẽ đứng trong độ ngũ này, do đó mà cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng. Chính vì vậy đồ án môn học điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên TĐH. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên nghành TĐH tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về điện tử công suất. Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ t còn đang ngồi trong ghế nhà trờng thì kinh nghiệm thực tế còn cha có nhiều, do đó cần phải có sự hớng dẫn giúp đỡ của thầy giáo. Qua đây cho em đợc gửi lời cảm ơn tới thầy Phạm Quốc Hải đã tận tình chỉ dẫn, giúp em hoàn thành tốt đồ án môn học này. Hà nội ngày 5 tháng 12 năm 2001 Sinh viên Nguyễn Thanh Lịch Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 4- 4 - Chơng I: Giới thiệu chung về công nghệ và phơng pháp điều khiển kích từ của động cơ đồng bộ ba pha. I.1. Giới thiệu chung về chủng loại thiết bị đợc giao thực hiện thiết kế, công nghệ kích từ. Động cơ đồng bộ đợc dùng rộng rãi trong các hệ truyền động điện công suất lớn, không cần điều chỉnh tốc độ, làm việc ở chế độ dài hạn. Ví dụ: Để truyền động cho các máy bơm, quạt gió, máy nén khí và một số máy cán lớn. Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ đợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại dải công suất. Động cơ đồng bộ có những nguyên tắc sau đây: 1. Nguyên tắc điều khiển mở máy Quá trình mở máy chia làm hai giai đoạn: Khởi động không đồng bộ và đa vào đồng bộ. +) Trong giai đoạn thứ nhất, sau khi dây quấn stato đợc nối vào lới điện ba pha, từ trờng quay đợc tạo ra sẽ tác động lên dây quấn khởi động (hay là lồng sóc khởi động đạt trong roto của máy) gây nên momen quay đa tốc độ động cơ lên gần tốc độ đồng bộ. +) Trong giai đoạn thứ hai, dòng kích từ sẽ đợc đua vào roto , động cơ sẽ tự kéo vào đồng bộ và lồng sóc khởi động hết tác dụng. Trong giai đoạn đầu, ở trong dây quấn kích thích cũng sẽ có sức điện động cảm ứng lớn. Điều đó làm cho sơ đồ mạch roto thêm phức tạp. Điều khiển quá trình khởi động là phải điều khiển cả hai giai đoạn đó trong mạch stato cũng nh trong mạch roto. Để hạn chế dòng điện, có thể dùng cách giảm điện áp bằng biến áp tự ngẫu hoặc dùng cuộn kháng. Ngời ta rất ít dùng điện trở phụ để hạn chế dòng điện vì tổn thất năng lợng lớn và chỉ tiêu chất lợng khởi động không tôt. Với động cơ công suất nhỏ và ở điện áp thấp thì có thể cho phép sử dụng điện trở phụ để hạn chế dòng điện. Trong giai đoạn khởi động không đồng bộ,dây quấn kích thích ở roto không đợc hở mạch vì sức điện động cảm ứng tạo thành có thể chọc thủng cách điện. Không phụ thuộc vào cách nối mạch stato, mạch điện roto có thể có ba cách nối. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 5- 5 - a/ Cách nối thứ nhất: Roto đợc nối trực tiếp vào máy kích thích ngay từ đầu. Sơ đồ này gọi là sơ đồ kích thích trực tiếp. Sơ đồ này đơn giản, làm việc chắc chắn và kinh tế. Tuy vậy không phải bao giờ cũng áp dụng đợc. b/ Cách nối thứ hai : Dây quấn kích thích đợc nối vào máy kích thích qua một điện trở phụ. Khi không thoả mãn điều kiện t kđ1 t kt , nghĩa là kích thích hình thành sớm quá ảnh hởng đến dòng điện stato làm khó khăn cho quá trình kéo vào đồng bộ. Để hạn chế ảnh hởng của dòng điện kích thích trong qúa trình khởi động không đồng bộ ngời ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch kích thích của động cơ không đồng bộ. điều kiện để áp dụng sơ đồ này là: M c 40%M dd . Ngợc lại nếu kích thích hình thành quá chậm thì quá trình khởi độnh không đồng bộ kéo dài sẽ gây quá tải ở dây quấn khởi động. c/ Cách nối thứ ba: Dây quấn kích thích đợc nối vào điện trở phóng điện. Khi đạt tốc độ vào đồng bộ thì loại bỏ điện trở phóng điện và đóng vào máy kích từ. Về mặt khởi động và kéo vào đồng bộ thì đây là sơ đồ tốt nhất và đợc gọi là sơ đồ gián tiếp. Khi không thoả mãn các điều kiện: M c 40%M dđ và t kđ1 t kt thì ta phải sử dụng sơ đồ này. Điện trở phóng điện ở sơ đồ này có những nhiệm vụ sau: - Hạn chế điện áp trên dây quấn kích thích. - Làm tốt đặc tính khởi động của động cơ. - Tiêu tán nhanh năng lợng từ trờng khi ngắn mạch phía stato hoặc khi cắt động cơ khỏi lới. 2. Nguyên tắc điều chỉnh kích thích Động cơ điện đồng bộ cũng đợc dùng để truyền động các máy sản xuất có momen phụ tải biến đổi lớn (ví dụ nh các máy cán lớn, máy nâng ở hầm mỏ ). Lúc này nếu phụ tải tăng mà kích thích vẫn giữ không đổi thì sẽ dẫn đến làm giảm công suất phản kháng phát vào lới điện, tăng công suất tiêu thụ từ lới điện, giảm khả năng tải của động cơ. Hệ thống điều khiển có thể có bộ phận tự động điều khiển kích thích. Khi phụ tải tăng lên, dòng điện qua cuộn dòng điện của biến áp cũng tăng lên, còn điện áp ở cuộn điện áp có thể giảm xuống. Kết quả diện áp ở cuộn ra của biến áp cũng tăng lên, do đó điện áp một chiều sau cầu chỉnh lu cũng tăng lên, kích của động cơ đợc tăng lên. Những thay đổi lớn của tải mà kích thích vẫn không đợc điều chỉnh theo có thể gây nên dao động lớn về tốc độ và có khả năng đa động cơ ra khỏi chế độ đồng bộ. Lúc này phải cắt động cơ ra khỏi nguồn bằng rơle bảo vệ dòng điện cực đại. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 6- 6 - Nếu quá trình công nghệ không cho phép dù chi là tạm thời thì khi đó phải áp dụng sơ đồ tự động hoá đồng bộ. Và đây chính là nhiệm vụ thiết kế của đồ án Điện tử công suất đợc giao. I.2. Đề xuất các phơng án tổng thể, phân tích u, nhợc điểm của từng phơng án để đi đến lựa chọn một phơng án thực thi thiết kế mạch lực và mạch điều khiển. 1. Giới thiệu về mạch lực Mạch lực bao gồm các khối cơ bản sau: a/ Biến áp lực (BAL): - Biến điện áp xoay chiều có biên độ cần thiết với điện áp phù hợp của tải. - Ngoài ra còn làm nhiệm vụ cách ly giữa nguồn chỉnh lu (CL) với lới điện xoay chiều. b/ Chỉnh lu điều khiển (CLĐK): có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều có biên độ phù hợp với tải. c/ Khâu lọc: gồm điện kháng L và tụ điện C tác dụng san phẳng điện áp ra của khâu CLĐK (vốn có biên độ điện áp nhấp nhô) thành điện áp một chiều phẳng phù hợp với yêu cầu của tải. Khâu lọc phải thiết kế sao cho tiêu thụ công suất nhỏ nhất. d/ Khâu phản hồi điện áp: Lấy một phần nhỏ điện áp tải đa trở về mạch điều khiển để ổn áp. Muốn vậy thì điện áp phản hồi về phải là phản hồi âm. e/Khâu phản hồi dòng: Lấy tín hiệu điện áp tỷ lệ với dòng tải phản hồi trở về mạch điều khiển để bảo vệ dòng hay ngắn mạch. Ngoài ra còn có khâu đóng ngắt bằng cầu dao điện bảo vệ đặt phía trớc biến áp lực. 2. Chọn phơng án chỉnh lu Trớc hết, chúng ta phân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau và xét u nhợc điểm của chúng: Các phơng án thiết kế mạch lực: Số liệu yêu cầu: Vd=115 (V), Id = 300 (A) Tải của kích từ: W L >> R (tải cảm lớn -> dòng liên tục) Phơng án 1: Chọn một trong các sơ đồ chỉnh lu có điều khiển một pha một nửa chu kỳ (-) chỉnh lu có điều khiển một pha hai nửa chu kỳ, chỉnh lu cần có điều khiển một pha. Nhận thấy các sơ đồ nêu trên chỉ thích hợp đối với dòng tải nhỏ vì đối với dòng tải lớn mà chọn các sơ đồ trên thì sẽ gây ra sự mất đối xứng của lới -> ảnh hởng tới sự hoạt động của các thiết bị khác. Do vậy mà ta phải dùng các sơ đồ chỉnh lu ba pha. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 4- 4 - Chơng I: Giới thiệu chung về công nghệ và phơng pháp điều khiển kích từ của động cơ đồng bộ. V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 6- 6 - Nếu quá trình công nghệ không cho phép dù chi là tạm thời thì khi đó phải áp dụng sơ đồ tự động hoá đồng. V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. 5- 5 - a/ Cách nối thứ nhất: Roto đợc nối trực tiếp vào máy kích thích ngay từ đầu. Sơ đồ này gọi là sơ đồ kích