Chuong 1 DCSB docx

Bộ Giao Thông Vận Tải Trường Đại Học Hàng Hải Việ t Nam Khoa Điện – Điện Tử Tàu Biển Thiết Kế Môn Học Môn: Điện Tử Công Suất Đề bài: Đề số 38 Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp điện cho động cơ điện 1 chiều Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp điện cho động cơ điện 1 chiều Unguồn = 380 VAC; f = 50Hz Udc = 440 VDC; P = 10KW n= 3000 vòng/phút Giáo viên hướng dẫn: Đoàn Văn Tuân Sinh viên: Nguyễn Đức Lộc Lớp: ĐTĐ-50-ĐH1 Lời nói đầu Ngày nay ,không chỉ ở các nớc phát triển ,ngay ở nớc ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong sinh hoat gia đình .các xí nghiệp và nhà máy nh xi măng, thuỷ điện giáy, đờng, dệt, sợi ,đóng tàu là những minh chứng. Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới dây trruyền sản xuất mới, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ s điện những kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý .Xuất phát tử 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 bớc tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án điện án thông qua đồ án môn hoc điện tử công suất. Ngày nay, nền kinh tế nớc ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu về tự động hoá trong các lĩnh vực công nghiệp cũng nh các lĩnh vực khác tăng trởng không ngừng. Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ s phải nắm bắt và thiết kế ra những hệ điều khiển tự động phục vụ thiết thực cho các lĩnh vực của cuộc sống. Đồ án môn học là một yêu cầu cần thiết và bắt buộc với sinh viên ngành tự động hoá. Nó kiểm tra và khảo sát trình độ thực tế của sinh viên và giúp cho sinh viên có t duy độc lập vơí công việc. Mặc dù vậy , với sinh viên cha có nhiều kinh nghiệm thực tế , cần có sự giúp đỡ của các thầy cô giáo nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo đã hớng dẫn, chỉ bảo em tận tình để em hoàn thành tốt đồ án này. Chơng 1: Tổng quan về hệ truyền động điện T - Đ 1.1: Gi i thi u v ng c i n 1 chi u 1.1.1: T ng quan v ng c i n 1 chi u Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn đợc coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng . Do động cơ điện một chiều có nhiều u điểm nh khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải . Chính vì vậy mà động cơ một chiều đợc dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều . Bên cạnh đó , động cơ điện một chiều cũng có những nhợc điểm nhất địnhcủa nó nh so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhng do những u điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất . 1.1.2: Cấu tạo động cơ điện 1chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và phần động. 1.1.2.1: Phần tĩnh (hay stato ). Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau: a, Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trờng 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 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ đợc gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trớc khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ này đợc nối tiếp với nhau. b, Cực từ phụ: Cực từ phụ đợc đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thờng làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống nh dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ đợc gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c, Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thờng dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thờng dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. d, Các bộ phận khác. Bao gồm: - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm h hỏng dây quấn và an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trờng hợp này nắp máy thờng làm bằng gang. - Cơ cấu chổi than: để đa 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 chặy lên cổ góp. Hộp chổi than đợc cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. 1.1.2.2: Phần quay (hay rôto). Bao gồm những bộ phận chính sau: a, Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ. Thờng 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. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên ngời ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo đợc những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thờng chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lợng rôto. b, Dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dới vài kw thờng dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit. c, Cổ góp : dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đợc mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp đợc dễ dàng. d, Các bộ phận khác. - Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thờng chế tạo theo kiểu bảo vệ. ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy , 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 máy. - Trục máy : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy th- ờng làm bằng thép cacbon tốt. 1.2: Cấu trúc và đặc tính hệ T - Đ 1.2.2: Cấu trúc hệ T - Đ - Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lợng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động T - Đ đ- ợc xây dựng dựa trên cấu trúc sau: (H1-1) R BĐ M Mx ĐL TĐH Hình 1-1: Cấu trúc chung của hệ T-Đ Trong đó: M: Động cơ truyền động quay máy sản xuất. ĐL: Thiết bị đo lờng M x : Máy sản xuất R: Thiết bị điều chỉnh BĐ: Bộ biến đổi Tiristor. -Khi thiết kế một hệ truyền động tự động cần phải đảm bảo là hệ đó thực hiện đợc các yêu cầu đặt ra. Đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu về kinh tế. Chất lợng của hệ thống đợc đánh giá cả trong trạng thái động và tĩnh. - Trong trạng thái tĩnh thì yêu cầu quan trọng nhất đối với hệ thống là phải đảm bảo đợc độ chính xác điều chỉnh. - Trong trạng thái động thì phải đảm bảo đợc các yêu cầu về độ ổn định và các chỉ tiêu về chất lợng động là: Độ quá điều chỉnh max% ; tốc độ điều chỉnh, thời gian điều chỉnh Tqđ; số lần dao động. - các hệ điều chỉnh tự động truyền động điện thì cấu trúc của mạch điều khiển, luật điều khiển và tham số của các bộ điều khiển có ảnh hởng rất lớn đến chất lợng của hệ thống. Do đó khi thiết kế hệ thống ta phải thực hiện các bài toán tổng hợp để tìm ra cấu trúc hệ điều khiển hợp lý nhất nhằm nâng cao chất lợng của hệ thống đáp ứng đợc yêu cầu của hệ thống. Với đối tợng điều chỉnh của hệ đợc chọn là động cơ điện 1 chiều thì đại lợng ra chính là mômen (dòng điện) và tốc độ. Đây là hai đại lợng độc lập tuyến tính với nhau nên khi điều chỉnh ta phân thành hai mạch vòng điều chỉnh nối cấp với nhau: - Mạch vòng điều chỉnh dòng điện có bộ điều chỉnh dòng điện RI. - Mạch vòng điều chỉnh tốc độ có bộ điều chỉnh tốc độ R. Bộ điều chỉnh này có đặc tính khuếch đại có vùng bão hoà. Điện áp đầu ra của bộ R chính là điện áp đặt dòng điện phần ứng động cơ (U id ). Giá trị bão hoà U idmax chính là giá trị cực đại của dòng điện phần ứng. Bộ điều chỉnh RI trong mạch dòng điện có nhiệm vụ duy trì dòng điện phần ứng luôn bằng giá trị (U id ) bất kể hệ thống đang làm việc ổn định hay trong quá trình quá độ. Nh vậy mạch vòng dòng điện đã tiến bộ biến đổi thành một nguồn dòng điện đợc điều khiển bởi tín hiệu đặt (U iđ ). Vì dòng điện là đại lợng biến thiên nhanh nên hệ điều chỉnh RI luôn làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tính điều chỉnh. Nh vậy u điểm của mạch vòng theo kiểu nối cấp các bộ điều chỉnh là mỗi giá trị của lợng đặt (U iđ ) đợc hạn chế bởi đoạn bão hoà của đặc tính của bộ điều chỉnh R. Và các giá trị hạn chế này có thể đợc thay đổi hoặc giữ nguyên. 1.2.3: Đặc tính hệ T - Đ 1.2.3.1: Chế độ dòng điện liên tục - Dòng điện chỉnh lu I d chính là dòng điện phần ứng động cơ điện. Dựa vào sơ đồ thay thế có thể viết đợc phơng trình đặc tính: = E. cos/ K đm - R t X k I/ K đm Sơ đồ thay thế chỉnh lu Tiristo - động cơ 1 chiều - Đặc tính cơ có độ cứng = (K đm )^2/(R + X K ) còn tốc độ không tải lí tởng thì tùy thuộc vào góc điều khiển : = E. cos/ K đm - Thay đổi góc điều khiển từ 0 - , sđđ chỉnh lu biến thiên từ E do đến -E do và ta đợc một họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng tọa độ [, I] do các van không cho dòng điện phần ứng đảo chiều. Các đặc tính cơ của hệ CL - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi các thành phần sụt áp U k do hiện tợng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây nên. - Khi góc điều khiển biến thiên trong vùng 0 < /2 bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lu, động cơ có thể làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E còn dơng và ở chế độ hãm ngợc nếu sđđ E đổi chiều. - Khi tăng góc điều khiển /2 < k và tải có tính chất thế năng để quay ngợc chiều động cơ thì cả sđđ E d và E đều đổi dấu. Nếu sđđ động cơ lớn hơn giá trị trung bình của sđđ của bộ biến đổi thì dòng điện phần ứng vẫn chảy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh, dới tác dụng của sđđ động cơ mà các van tiristo sẽ dẫn dòng trong thời gian nửa chu kì âm của điện áp lới. Góc pha của dòng điện xoay chiều trở nên lớn hơn /2, bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lu phụ thuộc, biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều, cùng tần số lới và trả về lới điện. Dòng điện trung bình của mạch phần ứng và phơng trình đặc tính tốc độ là: 1.2.3.2: Chế độ dòng gián đoạn - Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần các định biên giới vung dòng điện gián đoạn, là đờng phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và vùng dòng điện gián đoạn. Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn = 2/p và góc chuyển mạch = 0 - Tập hợp các điểm trạng thái biên [ blt , I blt ]Khi thay đổi góc điều khiển = 0- gần đúng là đờng elip có các trục chính là các trục tọa độ, là đờng cong nét đứt 1.3: Chỉnh lu có đảo chiều 1.3.1: Cấu trúc bộ chỉnh lu đảo chiều - Bộ chỉnh lu có đảo chiều thực chất là 2 mạch chỉnh lu cùng loại đấu song song, ngợc nhau so với tải. Mỗi bộ chỉnh lu đảm nhận 1 dấu (một chiều) của điện áp tải. Tuy nhiên để mạch làm việc bình thờng, cần phải phối hợp sự hoạt động của 2 bộ chỉnh lu với nhau. Cấu trúc CL có đảo chiều - Nhiều loại tải có yêu cầu cần đảo chiều dòng điện, nh động cơ điện 1 chiều, mạ điện có đảo chiều Trớc đây khi đảo chiều ngời ta thờng sử dụng hai công tắc tơ để đảo chiều dòng điện. Nhợc điểm của việc sử dụng công tắc tơ để đảo chiều là thời gian chuyển mạch chậm. Muốn thời gian đảo chiều nhanh ngời ta thiết kế bộ chỉnh lu có đảo chiều. 1.3.1: Các phơng pháp chỉnh lu - Dùng phơng pháp đảo chiều bằng đảo dấu điện áp đặt vào phần ứng động cơ nhờ 2 mạch chỉnh lu - Dùng phơng pháp đảo chiều kích từ - Đảo chiều phần ứng động cơ bằng công tắc tơ T và N - Đảo chiều kích từ bằng công tắc tơ T và N Nhận xét: - 2 sơ đồ 3 và 4 chỉ áp dụng cho hệ thống không đòi hỏi cao về chất lợng đảo chiều, thông dụng và đáp ứng đợc yêu cầu chất lợng sơ đồ hình 1. 1.3.3: Các phơng pháp điều khiển 1.3.3.1: Phơng pháp điều khiển chung Sơ đồ nguyên lí chỉnh lu đảo chiều điều khiển chung - Lúc này cả 2 mạch chỉnh lu cùng đợc phát xung điều khiển, nhng luôn khác chế độ: Một mặt ở chế độ chỉnh lu (xác định dấu của điện áp một chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có ) mạch kia là chế độ nghịch lu (là quá trình chuyển năng lợng điện áp từ phía dòng 1 chiều sang dòng xoay chiều). Vì 2 mạch cùng đấu cho 1 tải nên giá trị trung bình của chúng phải gần băng nhau: U tb = U d1 = - U d2 [...]... của khối lôgic LOG , iLĐ , iL1 , iL2 là các tín hiệu lôgic đầu vào b1,b2 là các tín hiệu lôgic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển iLĐ = 1 phát xung điều khiển mở B 1 iLĐ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2 i1L (i2L) = 1 có dòng điện chảy qua bộ B 1 và BĐ2 b1(b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1 và FX2 Từ mạch lôgic trên ta có: b1 = i LD i1L + i2 L b2 = i LD i2 L + i1L Nhận xét: - Hệ truyền động... các tín hiệu lôgic b1 và b2 Quá trình hãm và đảo chiều đợc mô tả bằng đồ thị thời gian Trong khoảng thời gian từ 0 -> t 1 bộ B 1 làm việc ở chế độ chỉnh lu với 1 /2 và sao cho dòng điện phần ứng không vợt quá giá trị cho phép động cơ . điều khiển mở BĐ2. i 1L (i 2L ) = 1 có dòng điện chảy qua bộ B 1 và BĐ2 b1(b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1 và FX2. Từ mạch lôgic trên ta có: LLLD LLLD iiib iiib 1 __ 22 2 __ 1 __ 1 . . += += Nhận. để em hoàn thành tốt đồ án này. Chơng 1: Tổng quan về hệ truyền động điện T - Đ 1. 1: Gi i thi u v ng c i n 1 chi u 1. 1 .1: T ng quan v ng c i n 1 chi u Trong nền sản xuất hiện đại ,. quan trọng nhất định trong sản suất . 1. 1.2: Cấu tạo động cơ điện 1chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và phần động. 1. 1.2 .1: Phần tĩnh (hay stato ). Đây là