Đồ án: Đồ án môn học Điện tử công suất pps

§å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ Đồ án môn học Điện tử công suất Giáo viên hướng dẫn: Võ Minh Chính. Nhóm sinh viên thực hiện: Đoàn Thị Quỳnh Lan Vũ Trung Dũng Nguyễn Tiến Dũng Đoàn Minh Dung Mai Sỹ Hùng 1 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá MC LC CHNG I: NG C IN MT CHIU 4 CHNG II: CHN PHNG N MCH LC 11 CHNG III: TNH CHN MCH LC V MY BIN P 20 CHNG IV: CC THIT B BO V MCH LC V CC VAN BN DN 35 Ta sử dụng vi mạch LMC6762A/NS với sơ đồ nh sau: 42 CHNG VII: Mễ PHNG 50 KT LUN 55 21 Thit k b bm xung ỏp mt chiu cú o chiu (theo nguyờn tc i xng) iu chnh tc ng c in mt chiu (kớch t nam chõm vnh cu) vi s liu cho trc nh sau: Phng ỏn in ỏp li điện (VAC) Dũng in nh mc in ỏp phn ng Phm vi iu chnh tc 4 127 6A 400V 25:1 2 §å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ MỞ ĐẦU Trong nền sản suất hiện đại, máy điện một chiều được coi là một loại máy điện quan trọng. Nó được dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong các điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải. Mặc dù động cơ điện có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nhưng luôn đi kèm với nó là những yêu cầu về điện áp, dòng điện. Chính vì vậy cần một phương pháp nhằm đáp ứng được những yêu cầu trên. Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu những ứng dụng các linh kiện bán dẫn làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trình biến đổi điện năng. Hiện nay các thiết bị điện tử công suất chiếm hơn 30% trong số các thiết bị của một xí nghiệp hiện đại. Nhờ chủ trương mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới, dây truyền sản xuất mới, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý. Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thầy cô trong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em từng bước tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án môn học điện tử công suất. Đối với những sinh viên năm thứ 3, đây là lần đàu tiên tiếp xúc với thực tế. Chính vì vậy, trong quá trình thực hiện đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót nên em rất mong sự góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án được tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp và đăc biệt là thầy giáo ts.Võ Minh Chính tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. 3 §å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm ưu thế so với động cơ điện một chiều. Đó là do sự ra đời của các máy biến tần, tuy vậy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện Không Đồng Bộ vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy, động cơ điện một chiều với đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vẫn còn được dùng nhiều trong trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ điện một chiều dưới các góc độ: • Nguyên lý hoạt động chung. • Cấu tạo chung. • Các phương pháp điều chỉnh tốc độ. • Các chế độ khởi động của động cơ điện một chiều. I. NGUYÊN LÝ CHUNG Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ. Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ. Vì vậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổi than B thì các thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên cạnh đó do dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn nằm dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm trên cực S nên dưới tác dụng của từ trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có chiều không đổi và làm cho roto của máy quay. 4 I §å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U kt , dây cuốn kích từ sinh ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φ max tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R kt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó E ư = 0 và theo biểu thức U = E ư + R ư I ư thì dòng điện I ư sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > M c ) rôto bắt đầu quay và suất điện động E ư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của E ư , dòng điện I ư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn. II. CẤU TẠO CHUNG. Động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là: • Phần tĩnh: Stato. • Phần quay: Roto. 1. STATO. Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác. a. 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 được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép cácbon dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên trên các cực từ. Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ. Cực từ phụ được đặt giữa các cực tù chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây 5 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá qun m cu to ging nh dõy qun cc t chớnh. Cc t ph c gn vo v nh cỏc bulụng. c. Gụng t. Gụng t c dựng lm mch t ni lin cỏc cc t , ng thi lm v mỏy. d. Cỏc b phn khỏc. Ngoi ba b phn chớnh trờn cũn cú cỏc b phn khỏc nh: Np mỏy, c cu chi than. Np mỏy: bo v mỏy khi b nhng vt ngoi ri vo lm hng dõy qun hay an ton cho ngi khi chm phi in. C cu chi than: a dũng in t phn quay ra ngoi. C cu chi than gm cú chi than t trong hp chi than v nh mt lũ xo tỡ cht lờn c gúp. Hp chi than c c nh lờn giỏ chi than v cỏch in vi giỏ ú. Giỏ chi than cú th quay c iu chnh v trớ chi than ỳng ch. 2. Roto. Roto ca ng c in mt chiu bao gm cỏc b phn sau: lừi st phn ng, dõy qun phn ng, c gúp v cỏc b phn khỏc. a. Lừi st phn ng. Dựng dn t. Thng lm bng nhng tm thộp KT (thộp hp kim silix) dy 0.5 mm bụi cỏch in mng hai mt ri ộp cht li gim tn hao do dũng in xoỏy gõy nờn. b. Dõy qun phn ng. L phn sinh ra sc in ng v cú dũng in chy qua. Dõy qun phn ng thng lm bng dõy ng cú bc cỏch in. Trong mỏy in nh (cụng sut di vi kilowatt) thng dựng dõy cú tit din trũn. Trong mỏy in va v ln thng dựng dõy tit din ch nht. Dõy qun c cỏch in cn thn vi rónh ca lừi thộp. trỏnh khi b vng ra do sc li tõm, ming rónh cú dựng nờm ố cht hoc phi ai cht dõy qun. Nờm cú th lm bng tre, g hay ba-ke-lit. 6 §å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ c. Cổ góp. Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. d. Các bộ phận khác. • Cánh quạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ. • Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt. III. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau: nn C RRIU C E n e fuu e ∆−= +− == 0 . )( . θθ với        + =∆ = θ θ . ).( . 0 e fuu e C RRI n C U n hay 2 ).( . θ θ eM fu e CC MRR C U n + −= Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ (từ thông), R (điện trở phần ứng), U (điện áp phần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều ta có ba phương án. • Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ • Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần ứng. • Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. 7 §å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với các giá trị khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm thì n 0 tăng nhưng ∆n còn tăng nhanh hơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau. Chúng sẽ cùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: I ư = (U/R ư ). Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Giới hạn trong việc điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8. Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp khống chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng. 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần ứng. Ta có: 2 ).( . θ θ eM fu e CC MRR C U n + −= Từ thông không đổi nên n 0 không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi. Một điều dễ thấy nữa là, do ta chỉ có thể đưa thêm R f chứ không thể giảm R ư nên ở đây chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức. M(I ư ) θ δ ’’’ θ δ ’’ θ δ ’ θ δđm n (vòng/phút) n 0 ’’’ n 0 ’’ n 0 ’ n 0đm M đm (I đm ) 8 §å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ Do R f càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biến thiên của I đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn). Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất và giảm hiệu suất. 3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. n (vòng/phút) n 0 R f0 R f1 R f2 R f3 M đm (I đm ) M(I ư ) n (vòng/phút) M(I ư ) 4 2 3 1 (U đm ) M đm (I đm ) 9 §å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸ Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức. Tuy nhiên do cách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện áp định mức nên thường giảm điện áp U. Khi U giảm thì n 0 giảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n giảm. Vì vậy thường chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều chỉnh trong phạm vi rất nhỏ. Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng đều không thay đổi (M = C M . θ. I ư ). Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn nữa có thể đến 1:25. Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập. 10 [...]... l loi bin ỏp mt pha 12 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá S mch lc ca h thng ban u nh sau: 13 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá -110/110V 50 Hz V25 T5 R1 R8 C1 R9 C8 C9 D15 R6 D16 R7 C6 C7 D17 D18 L2 C10 R2 C2 R3 C3 Q1 Q4 D19 D20 L1 M1 R4 R5 C4 C5 D21 D22 Q2 Q3 S khi ca h thng nh sau: 14 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Li in Bin ỏp 1 pha... lu thnh dũng mt chiu Nu ti thun tr thỡ dng dũng in trờn ti ging ht dng in ỏp trờn ti 15 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá Cũn nu ti cm thỡ dũng in s b san phng 2 Bm xung ỏp mt chiu theo nguyờn tc khụng i xng - E Q4 + Q1 A D4 D1 L1 + M1 + D2 Q2 D3 B Q3 16 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá UG1 t UG4 t UG2 t UG3 t Ut t It t Trong mch bm xung... th ta cú dũng in qua cỏc van tng ng vi cỏc khong thi gian ó nờu trờn l: 18 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá t I D1, D 2 = 0 ì I 0 TS t1 t 0 ì I0 I Q1,Q 2 = TS t 2 t1 I ì I0 Q 2, D1 = TS TS t1 I ì I0 Q 4, D 2 = TS in ỏp ngc t lờn cỏc van l: Ung = E 19 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá CHNG III: TNH CHN MCH LC V MY BIN P I TNH... ly in ỏp t li in xoay chiu Do ú cú c ngun mt chiu cho mch bm xung ỏp ta s phi dựng mt mch chnh lu V õy ta dựng mch chnh lu khụng iu khin (cỏc van l diode) cht lng in ỏp sau b chnh lu 11 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá tt hay núi cỏch khỏc gim c h s p mch ca in ỏp sau chnh lu ta cn cú thờm b lc sau khõu chnh lu Bờn cnh ú cú giỏ tr mong mun ca ngun mt chiu thỡ khi ly... Diode S b trớ cỏc van nh hỡnh v õy ta coi nh xung iu khin dng thỡ búng s dn, xung iu khin õm thỡ búng s b khúa Gi s lỳc u ta a xung iu khin vo cc G ca cỏc búng IGBT nh trờn th Tc l: 17 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá T 0-t1: van Q1 dn, van Q4 khúa T t1-TS: van Q1 khúa , van Q4 dn Van Q2 luụn dn Van Q3 luụn khúa Xột quỏ trỡnh hot ng ca mch bm xung ỏp: Trong khong.. .Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá CHNG II: CHN PHNG N MCH LC I LA CHN PHNG N IU CHNH TC Theo bi thỡ ng c lm vic vi kớch t bng nam chõm vnh cu nờn t thụng ca nú khụng thay i v do ú ta... U = 24 (V) v s b (cha tớnh st ỏp trờn cỏc van) thỡ ngun mt chiu cú E = 24(V) Vy in ỏp t lờn cỏc van l: Ung = E = 24 (V) Chn h s d tr in ỏp l Kdt = 2 in ỏp tớnh toỏn dựng chn van l: 20 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá Unv = Kdt * Ung = 2 * 24 = 48 (V) Vy dũng in v in ỏp dựng chn van l: I lv = 12( A) U nv = 800(V ) Ta tin hnh la chn c th nh sau: a Chn diode cụng sut... UGemax UCemax (th) IGE (mA) toff (s) 250 600 20 6 1 1 bóo hũa(V) GA100NA60U 100 2.1 Mt s thụng s khỏc: in ỏp cc i khi a vo cc iu khin l UGE = 20 (V) Dũng in a vo cc iu khin IG = 1 (mA) 21 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá in ỏp ri thun trờn IGBT sau khi thụng l 1.49 (V) Cỏc thụng s thi gian: TYP MAX UNIT ton 0.3 0.7 s toff 0.5 1 s tr 0.4 0.8 s tf 0.18 0.38 s II TNH CHN... ch lm mỏt nh trong mch bm xung ỏp ta cú: Ilv = 2 * 3 = 6 (A) ( õy ta khụng cn xột n ch khi ng ca ng c vỡ ta ch quan tõm n vic iu chnh tc ca ng c) Xột in ỏp tớnh toỏn cho van: Ta cú: 22 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá 2 2 U2 U2 = Ud 2 2 U 2 = 402.9 = 447(V ) 2 2 Ud = in ỏp ngc t lờn cỏc van l: Ung = 2U 2 = 632(V) Chn h s d tr in ỏp l Ku = 2 ta cú Unv = Ku.Ung =... chn kớch thc ca s Tớnh chn kt cu dõy qun Tớnh tng st ỏp bờn trong bin ỏp cú th tớnh chn c mỏy bin ỏp trc tiờn ta cn cỏc i lng a) in ỏp chnh lu khụng ti: Udo = Ud + Uv + Uba + Udn ú: 23 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá Ud: in ỏp chnh lu Uv = 2* 1= 2 (V) vỡ mi ln dũng in u i qua 2 diode ca mch chnh lu Uba = Ur + U1 = 2.7 (V) (chn bng 10% Ud) Udn: st ỏp trờn dõy coi . Ho¸ Đồ án môn học Điện tử công suất Giáo viên hướng dẫn: Võ Minh Chính. Nhóm sinh viên thực hiện: Đoàn Thị Quỳnh Lan Vũ Trung Dũng Nguyễn Tiến Dũng Đoàn Minh Dung Mai Sỹ Hùng 1 Đồ án môn học Điện. mạch chỉnh lưu không điều khiển (các van là diode). Để chất lượng điện áp sau bộ chỉnh lưu 11 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá tt hay núi cỏch khỏc gim c h s. thép của cực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây 5 Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá qun m cu to ging nh dõy qun cc t chớnh. Cc t