Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan trọng để tạo ra năng suất lao động lớn. Điều đĩ càng được thể hiện rõ nét trong các dây truyền sản xuất, trong các cơng trình xây dựng hiện đại, truyền động điện đĩng vai trị quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Vì thế các hệ thống truyền động điện luơn được quan tâm nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn Mục Lục Trang Lời nói đầu 03 PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Phân tích và chọn mạch động lực 05 1.1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor 05 1.1.1. Sơ đồ nguyên lý 05 1.1.2. Nguyên lý hoạt động 06 1.1.3. Các công thức tính toán 07 1.2. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor 08 1.2.1. Sơ đồ nguyên lý 08 1.2.2. Điều kiện làm việc của Thysistor 09 1.2.3. Tổng hợp điện áp ra 09 2. Tính chọn thiết bị 14 2.1. Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị 14 2.2. Tính chọn thiết bị mạch động lực 14 2.2.1. Tính chọn Thysistor 14 2.2.2. Tính chọn máy biến áp lực 16 2.3. Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 17 2.3.1. Bảo vệ quá dòng điện 17 2.3.2. Bảo vệ quá áp trên Thysistor 18 2.3.3. Bảo vệ quá nhiệt 19 CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN 2.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 21 2.2. Chọn phương án phát xung 21 2.3. Thiết kế mạch tạo xung 23 2.3.1. Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa 24 2.3.2. Khối so sánh 27 2.3.3. Khối tạo xung và phân chia xung 28 2.3.4. Sơ đồ tổng hợp của một kênh điều khiển 33 2.4. Thiết kế nguồn nuôi 35 2.5. Tính chọn mạch điều khiển 36 2.5.1. Tính chọn máy biến áp xung 36 2.5.2. Tính chọn Tranzitor, Điod, KĐTT 38 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch bộ nguồn 40 PHẦN II : ỨNG DỤNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA VÀO MẠCH ROTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Chương III : KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ TĨNH HỆ HỞ SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn 3.1. Sơ đồ mạch động lực hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ba pha rotor dây quấn 43 3.2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ hệ truyền động nối cấp 44 3.3. Đặc tính tĩnh của hệ 45 3.3.1. Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên 45 3.3.2. Đặc tính cơ 48 3.3.2.1. Xây dựng đặc tính tĩnh hệ truyền động nối cấp 49 3.3.2.2. Đặc tính tĩnh của động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn khi làm việc điều tốc nối cấp 54 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG NỐI CẤP ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ 4.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ tự động ổn định tốc độ 60 4.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống 61 4.2.1. Thành lập hàm truyền của các khâu 61 4.2.2. Sơ đồ cấu trúc 69 4.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện 70 4.4. Tổng hợp mạch vòng tốc độ 72 4.5. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều tốc nối cấp 75 CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NỐI CẤP 5.1. Sơ đồ nguyên lý mạch của hệ thống truyền động nối cấp 76 5.2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ và ổn định tốc độ 78 5.3. Tác dụng của mạch vòng dòng điện 80 5.4. Khởi động động cơ gián tiếp thông qua điện trở phụ 81 Kết Luận 82 Tài liệu tham khảo 83 Lời nói đầu Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan trọng để tạo ra năng suất lao động lớn. Điều đĩ càng được thể hiện rõ nét trong các dây truyền sản xuất, trong các cơng trình xây dựng hiện đại, truyền động điện đĩng vai trị quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Vì thế các hệ thống truyền động điện luơn được quan tâm nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm. SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn Khi nĩi đến truyền động điện thì người ta quan tâm nhất đĩ là động cơ điện và việc điều khiển động cơ điện một cách chính xác và đạt kết quả như mong muốn. Do cĩ nhiều ưu điểm cả về kinh tế lẫn kỹ thuật nên động cơ khơng động bộ ngày càng được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân cũng như đời sống hàng ngày. Vì vậy việc điều khiển động cơ khơng đồng bộ là một trong những vấn đề quan trọng. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha nối vào mạch roto động cơ khơng đồng bộ ba pha để điều chỉnh tốc độ”. Song thời gian và hiểu biết thực tế cịn hạn chế nên trong quá trình thiết kế đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sĩt. Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cơ để đồ án của em được hồn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, các thầy cô giáo đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Ngày 01 tháng 6 năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Nam PHẦN I THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA CHƯƠNG I PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Phân tích và chọn mạch động lực SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn Trong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một nguồn điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trị của điện áp một chiều đầu ra. Để làm được điều đó người ta có nhiều cách khác nhau ví dụ như: dùng tổ hợp động cơ máy phát, dùng bộ biến đổi một phần ứng, dùng các bộ chỉnh lưu Nhưng phổ biến nhất và có hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bằng các dụng cụ bán dẫn. Do yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu cung cấp dòng điện một chiều vào mạch ro to của động cơ điện không đồng bộ ba pha dây quấn, để điều chỉnh tốc độ nên ta đi phân tích và chọn các mạch động lực sau: + Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor. + Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor. 1.1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor 1.1.1. Sơ đồ nguyên lý 1.1.2. Nguyên lý hoạt động được khái quát như hình vẽ với giả thiết tải cĩ điện cảm rất lớn SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn 1.1.3. Các công thức tính toán - Với: - Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải Ud = U2 cos 1,17U2.cos Trong đó U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp MBA - Dòng điện trung bình qua Thysistor ITtb = - Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thysistor phải chịu: UTthmax =UTngmax = U2 - Công suất tính toán: Sttba = UdId 1,355UdId - Điều kiện chọn linh kiện Thyristor: [UTthmax] > UTthmax = U2 [UTngmax] > UTngmax = U2 [IT] > ITtb = Nhận xét: Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha dùng 3 Thysistor có: Ưu điểm : - Sơ đồ cấu tạo đơn giản, điều khiển dễ dàng. - Có thể áp dụng khi cần cung cấp cho động cơ tải công suất lớn - Do số lượng Thysistor ít nên việc điều khiển đóng mở dễ dàng. Nhược điểm: - Dòng qua các Thysistor không liên tục, điện áp đặt lên các Thysistor lớn - Chất lượng điện áp tải ra chưa tốt, hệ số công suất máy biến áp nhỏ, khi chế tạo máy biến áp động lực loại này thứ cấp phải nối Y0 có dây trung tính lớn hơn dây pha vì chịu dòng điện tải. 1.2. Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor 1.2.1. Sơ đồ nguyên lý SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn 1.2.2 Điều kiện làm việc của Thysistor Vì điện áp đặt lên chân Anot và chân Katot của Thysistor là điện áp dây nên điều kiện để Thysistor làm việc là: + UAK = Udây > 0. + Thời điểm xuất hiện xung ωt ≥ 1.2.3. Tổng hợp điện áp ra a. Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung ( =600) * Điều kiện làm việc của cầu Cầu làm việc theo nguyên tắc gửi xung: là xung gửi từ nhóm nọ sang nhóm kia và ngược lại: b. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ: SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn c. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau: SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn d. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau: d. Các biểu thức tính toán - Với: - Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải Ud = sintd(t) = Uocos Với q = 6 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu. Uo = 2,34U2 (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp) - Dịng điện trung bình qua Thyristor: ITtb = - Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu: UTthmax = UTngmax = U2 - Cơng suất tính tốn: Sttba = UdId = 1,05UdId - Điều kiện chọn linh kiện Thyristor: [UTthmax] > UTthmax = U2 [UTngmax] > UTngmax = U2 [IT] > ITtb = Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha giá trị điện áp lấy ra chất lượng tốt, trong môt chu kỳ của điện áp xoay chiều có 6 xung đập mạch nên q=6, điện áp SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn chỉnh lưu do vậy ở sơ đồ này hệ số lặp rất cao, phạm vi điều chỉnh rộng. Sơ đồ này có công suất lớn. Kết luận Vì yêu cầu đưa nguồn điện một chiều vào mạch roto của động cơ ba pha rotor dây quấn để điều chỉnh tốc độ nên ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng 6 Thysistor để nghiên cứu. Việc lựa chọn này có nhiều ưu điểm như: + Chất lượng điện áp ra rất cao (trong một chu kỳ của điện áp nguồn có 6 lần xung dập mạch của điện áp chỉnh lưu). + Mạch không có dây trung tính thuận tiện cho việc đấu vào mạch roto của động cơ. + Mạch có thể làm việc được với chế độ nghịch lưu. 2. Tính chọn thiết bị 2.1. Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị Việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kỹ thuật. Việc tính chọn càng chính xác, tỷ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn bấy nhiêu. Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao chất lượng, hiệu suất của hệ thống. Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống làm việc hiệu xuất kém hoặc không làm việc được, làm tăng chi phí cho nhà đầu tư. Vì vậy viêïc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây: + Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị . + Về mặt kinh tế, thiết bị được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý. 2.2. Tính chọn thiết bị mạch động lực Thông số cho : Ud = 297 V Id = 126 A 2.2.1. Tính chọn Thysistor Thysistor là linh kiện bán dẫn dùng để biến đổi đại lượng xoay chiều thành đại lượng một chiều có điều khiển. Việc biến các đại lượng xoay chiều thành đại lượng một chiều dùng Thysistor có thể được thực hiện điều khiển giá trị tín hiệu ra bằng góc điều khiển . Để Thysistor làm việc tin cậy và đảm bảo an toàn thì các Thysistor được chọn sao cho nó có thể làm việc ở trạng thái nặng nề nhất . Thysistor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau: + Điều kiện về dòng điện [ ITtb ] + Điều kiện về điện áp [ UTngmax ] [ UTthmax ] a. Chọn theo điều kiện về dòng điện SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ Đồ Án tốt nghiệp Trường Đại học Quy Nhơn [ ITtb ] Trong đó: ki: là hệ số dự trữ dòng điện (ki = 1,5 ÷ 4) chọn ki = 2 = = 42 A. Vậy: [ ITtb ] = 2.42 = 84 A. b. Chọn theo điều kiện điện áp [ UTngmax ] [ UTthmax ] Trong đó : ku : là hệ số dự trữ điện áp (ku = 1,5 ÷ 2,5) chọn ku = 2 Giá trị điện áp thuận và điện áp ngược đặt lên các van : UTngmax = UTthmax = mà Ud = suy ra U2 = .Ud = = 127 V nên UTngmax = UTthmax = = . Ud = = 310,86 V Vậy [UTngmax] = [UTthmax ] ku. UTngmax = 2.310,86 = 621,72 V Từ các thông số trên ta chọn Thysistor có các thông số sau: Ký hiệu Un max V Idm max A Ipik max A Ig max A Ug max V Ih max A Ir max A max V dU/dt V/s tcm s Tmax max 0c PO27RH10CH0 1000 100 350 100m 3 400m 10m 2,57 20 35μ 125 Trong đó : Unmax : Điện áp ngược cực đại Idmmax : Dòng điện làm việc cực đại SVTH: Nguy n V n Namễ ă -1- L p: i n K Thu t_K27ớ Đ ệ ỹ ậ [...]... tt nghip Quy Nhn Trng i hc PHN II NG DNG B CHNH LU CU BA PHA VO MCH ROTOR NG C KHễNG NG B BA PHA IU CHNH TC SVTH: Nguyn Vn Nam -1- Lp: in K Thut_K27 n tt nghip Quy Nhn Trng i hc CHNG III KHO ST CH TNH H H 3.1 S mch ng lc h iu chnh tc ng c in xoay chiu ba pha rotor dõy qun ng dng ca b chnh lu cu ba pha vo iu khin tc ng c khụng ng b ba pha rotor dõy qun gi l h truyn ng ni cp, iu khin tc ng... dõy qun gi l h truyn ng ni cp, iu khin tc ng c di tc ng b v c th hin nh hỡnh v sau: Trong ú: M~3 : ng c khụng ng b ba pha rotor dõy qun CLD: B chnh lu cu ba pha dựng Diod, cú in ỏp u chnh lu l: Ui = s.E20 Vi: E20 l sc in ng pha ng c khụng ng b rotor dõy qun khi s=1 CLT: B chnh lu cu ba pha dựng Thysistor lm vic ch nghch lu, cú in ỏp nghch lu Ud L: Cuụọn khỏng san bng 3.2 Nguyờn lý lm vic ca s h truyn... Ui = Ud + Id.R (1) hay : K.s.E20 = K.U2T.cos + Id.R (2) Trong ú: K : L h s chnh lu ca hai b chnh lu cu ba pha dựng iod v chnh lu cu ba pha dựng Thysistor K =2,34 U2T: in ỏp pha th cp ca mỏy bin ỏp nghch lu : Gúc nghch lu ca Thysistor R : in tr mch mt chiu rotor s : H s trt ca ng c khụng ng b ba pha rotor dõy qun (3) SVTH: Nguyn Vn Nam -1- Lp: in K Thut_K27 n tt nghip Quy Nhn Trng i hc ng vi mi ch... cú th b qua : in khỏng rũ mi pha ca ng c khụng ng b chuyn i v phớa rotor Khi s =1: : T s vũng dõy qun cun dõy mi pha trờn stato va rotor RL: in tr ca b in khỏng san bng súng in mt chiu RD: in tr tng ng mi pha ca ng c in chuyn i v phớa rotor: Lỳc R1 rt nh, cú th coi RD = R2 XT: in khỏng rũ tng ng trờn mi pha ca mỏy bin ỏp nghch lu chuyn i v phớa th cp: RT: in tr tng ng mi pha b bin ỏp nghch lu chuyn... cp qui i v th cp: in khỏng cun dõy s cp quy i v th cp: in khỏng rũ trờn mi pha ca ng c khụng ng b quy i v phớa th cp Trong ú: vi: in tr tng ng mi pha ng c in chuyn i v phớa rotor: Vi: RD = 0,017 + 0,04 = 0,057 Vy: Khi ta b qua in tr b in khỏng cõn bng ta c: XD0 = 0,28 ta xỏc nh trng hp mt pha, vy khi tớnh Id, ta tớnh cho c ba pha ng vi momen ti hn Mth =3128,47 Nm ta tớnh c dũng in Id : Vi: 0 = = rad/s... nghip Quy Nhn Trng i hc Trong ú: P: Cụng sut nh mc ca ng c U: in ỏp nh mc W1: S vũng dõy qun ni tip mt pha rotor W2: S vũng dõy qun ni tip mt pha stato Kdq1, Kdq2 : H s dõy qun nb: Tc ng b nm: Tc nh mc R1: in tr tỏc dng ca mt pha dõy qun stato x1: in khỏng tn ca dõy qun stato R2: in tr tỏc dng ca mt pha dõy qun rotor x2: in khỏng tn ca dõy qun rotor Khi b qua tn tht trờn stato ng c ta ly: E1 = U1 =... xung trc 2.2 Chn phng ỏn phỏt xung Trong thc t vi h thng t ng cao cỏc mch iu khin c thit k theo ba nguyờn tc sau: + H thng iu khin chnh lu theo nguyờn tc pha ng: H thng ny to ra cỏc xung iu khin nh vic so sỏnh gia tớn hiu in ỏp ta hỡnh rng ca thay i theo chu k in ỏp li v cú thi im xut hin phự hp vi gúc pha ca in ỏp li vi in ỏp iu khin mt chiu thay i c H thng ny cú nhc im l khỏ phc tp, song nú cng cú... ta tớnh cho c ba pha ng vi momen ti hn Mth =3128,47 Nm ta tớnh c dũng in Id : Vi: 0 = = rad/s V Thay vo ta c: = 3127,47 Gii phng trỡnh ta c: Id = 252,2 A Vi U2T : L in ỏp pha th cp ca mỏy bin ỏp U2T = V Tc ca ng c khụng ng b ba pha rotor dõy qun: SVTH: Nguyn Vn Nam -1- Lp: in K Thut_K27 n tt nghip Quy Nhn Trng i hc Khi ta thay i gúc nghch lu bin thiờn t ta tỡm c in ỏp v tc tng ng m c tớnh tnh... khụng cỏch ly vi in ỏp cao ca mch ng lc Do vy phng phỏp ny ớt dựng Phng phỏp ph bin hin nay l s dng mỏy bin ỏp ng b trong ú cun s cp ni vi li iờn, cun th cp cho in ỏp ng b Gúc lch pha gia cun s v cun th tớnh toỏn sao cho gúc lch pha ca Udb phự hp vi thi im m t nhiờn ca cỏc thysistor Cú rt nhiu s cú th to súng rng ca nh: S phỏt súng rng ca dựng it, in tr, t in (R - C - D) S phỏt súng rng ca dựng D... l s dng cỏc IC n ỏp Vi yờu cu ca ỏn ta s dng hai loi IC l IC7815 v IC7915 to in ỏp 15V Ngun nuụi dựng bin ỏp h ỏp t li in xoay chiu xung in ỏp cn thit ri chnh lu thnh in ỏp mt chiu nh b iu chnh cu ba pha dựng diod S nguyờn lý ca b ngun: SVTH: Nguyn Vn Nam -1- Lp: in K Thut_K27 n tt nghip Quy Nhn Trng i hc Trong ú: + Bin ỏp dựng to ra in ỏp xoay chiu cn thit cho cu chnh lu + Cu chnh lu cho ra . điện không đồng bộ ba pha dây quấn, để điều chỉnh tốc độ nên ta đi phân tích và chọn các mạch động lực sau: + Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor. + Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng. nói đầu 03 PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Phân tích và chọn mạch động lực 05 1.1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor 05 . dùng bộ biến đổi một phần ứng, dùng các bộ chỉnh lưu Nhưng phổ biến nhất và có hiệu suất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bằng các dụng cụ bán dẫn. Do yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu