bài tập lớn tỏng hợp điện cơ

với sự phát triển mạnh của ngành khoa học kĩ thuật ngày nay như ngành kĩ thuật vi xử lý, điện tử công suất cộng các lý thuyết điều khiển, truyền động thì việc ứng dụng động cơ không đồng bộ 3 pha là được ứng dụng rộng rải trong hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ của các máy sản xuất, thay thế dần động cơ một chiều. Với tầm quan trọng của động cơ 3 pha không đồng bộ, nhóm chúng em đã chọn đề tài điều chỉnh tự động tốc độ cho hệ TĐĐ điều áp xoay chiều 3 pha động cơ không đồng bộ.

Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đại, và trong nhiều lĩnh vực đời sống không thể thiếu các động cơ điện, vì vậy các loại động cơ điện được chế tạo ngày càng hoàn thiện hơn, trong đó động cơ điện không đồng bộ 3 pha chiếm tỉ lệ lớn trong các ngành công nghiệp do động cơ không đồng bộ 3 pha có nhiều ưu điểm như việc khởi động dễ dàng, giá thành rẻ, vận hành êm, kích thước nhỏ gọn, làm việc chắc chắn, đặc tính làm việc tố, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành và bảo trì thấp. Tuy vậy nó có nhược điểm đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây, với các phương pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nhường chỗ cho động cơ điện một chiều và không được ứng dụng nhiều. Tuy nhiên với sự phát triển mạnh của ngành khoa học kĩ thuật ngày nay như ngành kĩ thuật vi xử lý, điện tử công suất cộng các lý thuyết điều khiển, truyền động thì việc ứng dụng động cơ không đồng bộ 3 pha là được ứng dụng rộng rải trong hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ của các máy sản xuất, thay thế dần động cơ một chiều. Với tầm quan trọng của động cơ 3 pha không đồng bộ, nhóm chúng em đã chọn đề tài điều chỉnh tự động tốc độ cho hệ TĐĐ điều áp xoay chiều 3 pha động cơ không đồng bộ. Chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo NGUYỄN ĐĂNG KHANG người đã trực tiếp giảng dạy và cho chúng em kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này. Do kiến thức có hạn củng như chưa có kinh nghiệm thực tế nên bản đồ án này của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong thầy giáo xem xét và góp ý để chúng em hoàn thành đồ án này được tốt hơn sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo! 1 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ T Đ Đ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP KHÔNG ĐỒNG BỘ I ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1 Cấu tạo 1: Lõi thép stato 6: Hộp dầu cực 2: Dây quấn stato 7: Lõi thép rôto 3: Nắp máy 8: Thân máy 4:  bi 9: Quạt gió làm mát 5:Trục máy 10: Hộp quạt 1.1.1–Lõi thép Lõi thép stator có dạng hình trụ,làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ,được dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các ranh theo hướng trục.Lõi thép ép vào trong vỏ máy. 1.1.2- Dây quấn stato -Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép.Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo ra từ trường quay. 1.1.3. Vỏ máy . - Vỏ máy gồm có thân và nắp,thường làm bằng gang. 1.2.Mô tả chung động cơ KĐB U 1f : Gía trị hiệu 2 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ dụng của điện áp pha stato I µ ,I 1 , I’ 2 : Các dòng điện từ hóa ,stato và dòng điện roto quy đổi về stato X µ , X 1 σ ,X’ 2 σ : Điện kháng mạch tù hóa , điện kháng tản stato và điện kháng tản roto đã quy đổi về roto. R µ , R 1 ,R’ 2 : Các điện trở tác dụng của mạch từ hóa của cuộn dây stato và roto đã quy đổi về stato S : Hệ số trượt của động cơ :S = 1 1 ω ωω − 1 ω : Tốc độ góc của từ trường quay 1 ω = p f 1 2 π Từ sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện stato I 1 =U f1 [ 22 1 µµ XR + + nm X s R R 22 ' 2 1 )( 1 ++ ] (X nm = X 1 σ + X’ 2 σ điện kháng ngắn mạch) Khi ω =0 ,s =1 thì I 1 = I 1nm Khi 1 ω = ω , s = 0 ta có : I 1 = U f1 [ 22 1 µµ XR + ] =I µ Dòng điện roto quy đổi về stator : I’ 2 = nm f X s R R U 22 ' 2 1 1 )( ++ Khi 1 ω = ω ,s =0 thì I’ 2 =0 Khi ω =0 , s =1 thì I’ 2 = I 2nm = nm f XRR U 22' 21 1 )( ++ Công suất điện từ chuyển từ stato sang roto P 12 = M đt . 1 ω (M đt : là moomen điện từ của động cơ ) Nếu bỏ bỏ qua các tổn thất phụ thì M đt = M cơ =M Công suất đó chia làm 2 phần P cơ : Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ ∆ P 2 :Công suất tổn hao đồng trên roto P 12 = P cơ + ∆ P 2 hay M. 1 ω =M. ω + ∆ P 2 Do đó ∆ P 2 = M( 1 ω - ω ) = M 1 ω .s măt khác ∆ P 2 = 3I’ 2 2 R’ 2 , 3 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ Nên M = 1 ' 2 2 2 ' /3 ω sRI Thay giá trị I’ 2 vào phương trình trên ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB M = sX s R R RU nm f ])[( 3 22 ' 2 11 ' 2 2 1 ' ++ ω Độ trượt tới hạn S th = ± 22 1 ' 2 nm XR R + M tới hạn M th = ± 22 110 2 1 (2 nm f XRR U +± ω 1.3 Mô tả động cơ trong điều khiển .ĐC là máy điện có nhiều dây quấn trên cả roto và stato .Phương trình cân bằng điện áp trên mỗi day U k =R k i k + dt d k ψ với k là chỉ số tên dây quấn pha . Từ thông móc vòng k ψ =∑ L kj .i j Vơi j là tên dây quấn pha . J = K thì thì là điện cảm tự cảm , J≠ k thì là điện cảm tương hỗ .K,j = a,b,c :A,B,C : dây quấn stato: roto .Momen điện từ ĐC : M = ∑ 2 1 ik dt k ψ ∂ .Goi v là góc lệch trục dây quấn pha roto và stato thì tốc độ quay roto là ω = dv/dt. .Để tiện ta viết các đại lượng ở dạng vecto .L s1 ,L r1 : điện cảm tự cảm cuộn dây . M s ψ ,M r : hỗ cảm cuộn dây ψ s           c b a ψ ψ ψ , i s =           c b a i i i , s u =           c b a u u u : ψ r           C B A ψ ψ ψ , i r =           C B A i i i , r u =           C B A u u u : 4 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ R s =           S S S R R R 00 00 00 ; R r =           r r r R R R 00 00 00 ; L s =           −− −− −− 1 1 1 sss sss sss LMM MLM MML L r =           −− −− −− 1 1 1 rrr rrr rrr LMM MLM MML ; L m (v) =           −+ +− −+ vvv vvv vvv cos)3/2cos()3/2cos( )3/2cos(cos)3/2cos( )3/2cos()3/2cos(cos ππ ππ ππ       r s U U = [ ]       r T m ms LvL vLL )( )(       r s i i ;       r s U U = ( ) [ ]                 + + r s rr T m mss i i dt d LRvL dt d vL dt d dt d LR )( ; .Ta viết lại M = })({)( rms ivL dv d ti . Nhằm mục đích loại trừ các hệ số phụ thuộc góc quay v thường dùng cách chuyển các giá trị tức thời của đáp (dòng điện thành vecto không gian . Vecto không gian của roto 3 2 2 );.( 3 2 π j cbas eaiaiaii =++= )( 3 3 )2( 2 1 }Im{}Re{ cbcbasssss iiiiiiiiii −+−−=+=+= βα Gọi hệ trục tọa độ mới là ω (u,v,o) thì vị trí góc của vận tốc là vk = vok+ ω k.t 3 2 ; )] 3 2 sin() 3 2 sin(sin.[ )] 3 2 cos() 3 2 cos(cos.[ ==        +−−+−= ++−+= KqKd viviviKqi viviviKdi kckbkasv kckbkasu ππ ππ . Vecto không gian của dòng trong hệ tọa độ ω là: is ω = ise-j ω k các thành phần của vecto này: )( . vvj rr k eii −− = ω 5 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ    += +=    += += svmsvrrv sumrurru rvmsvssv rumsussu iLiL iLiL iLiL iLiL ψ ψ ψ ψ (**) .Thay vào phương trình trước ta được: ; )(()]([ )()(             −++−− +++ =       rw sw krrkm kmkss rw sw i i jpLRjpL jpLjpLR U U ωωωω ωω (*) . Momen M=(3/2)Im{ is ω . ir ω } 1.4.Mô hình dòng điện . Dạng mô hình này đc xác định từ (**) bằng cách tách hệ ptrình này ra thành các phương trình chiếu trên các trục u,v                         +−− −−+−− + −−+ =             rv ru sv su rrrkmmk rkrrmkm mmksssk mkmskss rv ru sv su i i i i pLRLpLL LpLRLpL pLLpLRL LpLLpLR U U U U )()( )()( ωωωω ωωωω ωω ωω .M=(3/2)Lm.(iru – isv – isu.irv) 1.5Mô hình từ thông theo phương trình trạng thái             −+ + +             =       rw sw k r s s s rw sw jp jp i i R R U U ψ ψ ωω ω ω ω )(0 0 . Nếu rút dòng điện từ pt (*) rồi thay vào pt (**) ta thu được mô hình mới có dạng 6 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ . Từ 2 phương trình của mô hình trước ta có thể tính ra d điện stato và roto rồi thay vào chính nó ta thu đc phương trình trạng thái mới                         −−− − −− − =             0 0 )(0 0 0 0 sv su rksr krsr rssk rsks rv ru sv su u u aka aka kaa kaa p ωω ωω ω ω ψ ψ ψ ψ Trong đó: m r s M sr m sr m m r m r s m s međr r r međs s s LM N N L LL L LL L k L L k L L k SL R a L R a 2 3 1;; ;; 2 == −=== === σ σ ωωσ ω eđm: tần số góc định mức của dòng điện : σ : Hệ số tản từ .Nếu quá trình quá độ điện từ rất nhỏ so với quá trình quá độ điện cơ thì có thể bỏ qua quá trình quá độ điện từ khi khảo sát ĐK .Trong từng trường hợp cụ thể momen là hàm của ít nhất 2 biến là biến tốc độ ra và 1 biến vào nào đó gọi là biến y: M = M(y, ω ) .ĐK có đặc tính phi tuyến mạnh nên thường dùng p2 tuyến tính hóa quanh điểm làm việc 7 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ M = MB + ∆ M; y = y0 + ∆ y Mc = Mcb+ ∆ M; ω = ω b + ω ω ω ω ∆ ∂ ∂ =∆∆ ∂ ∂ +∆ ∂ ∂ =∆ c c M M M y y M M ; .Gia số momen 1.5 Mô hình động cơ khi bỏ qua quá trình quá độ điện từ .Sơ đồ cấu trúc l.e .Hàm truyền của ĐC : Fp = ( ) ( ) pY p ∆ ∆ ω = pT K m my +1 với Tm là hằng số điện cơ :Tm= ωω ∂ ∂ + ∂ ∂ M M J c Kmy là hệ số khuếch đại động cở với biến vào y Kmy = ωω ∂ ∂ − ∂ ∂ ∂ ∂ M M y M c 1.6 Các đặc tính của động cơ không đồng bộ .Ở chế độ xác lập ta có các phương trình mô tả quan hệ giữa các thông số           . . r s U U =       + + rsrms mksks LjRLj LjLjR ωω ωω         . . r s I I Trong đó ωωω −= es gọi là tốc độ trượt L s = L m +L s σ ; L r = L m +L r σ .Biên độ dòng điện roto: I r = )( sF LU m e s ωω )( sF ω = 22         ++         − s sr e ss rs es rs LRLR LL RR ωωωω σ 8 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ .Biên độ từ thông stato: e ψ = ( ) sF L R LU r s r e ss ω ω ω σ 2 2 +         .Biên độ từ thông động cơ : ψ = ( ) sF L R LU r s r e ms ω ω ω σ 2 2 +         2 2 2 2 )( 1 . . sF RLU M s rm e s ωωω = .Momen điện từ của động cơ : r s r s sr e rs srs đ jL R LRLR jLLRR z + ++− = ω ωω ω σ )( . Tổng trở vào của động cơ : 2 . )1( s sth sth s I L M ω ω ω ω σ + − = . Momen điện từ của động cơ thông qua dòng stato: . Momen điện từ của động cơ qua dòng roto M= 2 r r I R ω . Hệ số tản từ : . Hệ số tản từ σ = rsm LLL /1 2 − . Tốc độ trượt tới hạn σ ω rrsth LR /= II.BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA 1. Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều gọi tắt là điều áp xoay chiều thực hiện biến đổi điện áp xoay chiều về độ lớn và dạng sóng nhưng tần số f không đổi. 9 Đ N MÔN TNG HP H THNG ĐIN CƠ Điều áp xoay chiều thường ứng dụng trong điều khiển chiếu sáng và đốt nóng,trong khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió máy bơm… 2.Để điều chỉnh điện áp 3 pha có thể dùng 3 sơ đồ: -Điều áp 3 pha với 6 thyristor nối thành nhóm thyristor song song và ngược nhau liên hệ giữa nguồn và tải -Nối tam giác 3 bộ điều áp 1 pha. -Nối hỗn hợp 3 thyristor và 3 điốt. Bộ điều áp 3 pha được tạo nên từ 3 nhóm,mỗi nhóm gồm 2 thyristor song song ngược :T A, T A ’, T B, T B ’, T C, T C ’.Gọi v A ,v B ,v C là các điện áp pha hình sin. v A = vm sin θ ; v B = vm sin(θ − 3 2 π ) ; v C = vm sin(θ+ 3 2 π ) Trong các pha của tải có dòng i A ,i B ,i C và v A ’ ,v B ,v C ’ là điện áp trên các pha của tải và v THA , v THB ,v THC là các điện áp trên cực các Thyristor. Các Thyristor được mồi ở các khoảng thời gian bằng nhau và bằng 1/6 chu kỳ theo thứ tự TA TC’ ; TB , TA’ ; TC , TB’ với các góc mở ψ nghĩa là thyristor T A được điều khiển với θ = ψ (hình 1). Để vẽ dạng sóng điện áp ta chỉ cần nghiên cứu một phần sáu chu kì.Vì các dòng điện pha đều giống nhau và lệch pha 3 2 π do vậy biết i A ta có thể suy ra i B ,i C i A ( θ + 3 π ) =-i B (θ) i A ( θ + 3 2 π ) =i C (θ ) i A ( θ + 3 π )=-i A (θ) i A ( θ + 3 π ) =i B (θ) i A ( θ + 3 π ) =-i C (θ) Cũng vậy ta có quan hệ giữa các điện áp v A ’ , v B ’ , v C ’ trên tải và v THA , v THB ,v THC trên các cực của thyristor. 10 [...]... điểm dòng điện tăng 23 ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ đột ngột bằng cách bù dòng điện có tính chất điện dung tại thời điêm bất lợi này Đôi khi ngƣời ta sử dụng bộ điều áp để cung cấp điện áp biến thiên cho máy biến áp mà điện áp thứ cấp đƣợc chỉnh lưu có điện áp biến thiên liên tục từ cực đại đến không Sơ đồ này dùng để tạo nên dòng chỉnh lưu rất lớn ở điện áp rất thấp hoặc tạo nên điện áp... dòng điện để cho van bán dẫn được tính là dòng điện lớn nhất trong quá trình làm việc Trong điều khiển xung pha ,dòng điện lớn nhất khi góc mở van bán dẫn nhỏ nhất Góc mở nhỏ nhất của van khi = 0 khi dòng điện tải là dòng điện hình sin Dòng điện hiệu dụng chạy qua van khi tải đấu Y Pđm 18 * 10 3 IHD = 3ηU d cos ϕ = 3 * 0.85 * 380 * 0.81 = 39.721 (A) 32 ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ Dòng... (rad/s) ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ Hình 2.1 Sơ đồ điều chỉnh điện áp 2.1 Đo dòng điện stato Hình mạch đo dòng điện xoay chiều 3 pha Dùng 3 biến dòng lắp ở 3 pha với điện trở tải R0 Điện áp sơ cấp biến dòng qua mạch chỉnh lưu cầu Diot 3 pha mạch lọc RC lọc thành phần xoay chiều sau chỉnh lưu Ki U 21 ( p ) = Ta có hàm truyền cơ cấu đo dòng điện Sis(p)= I 1 ( p) 1 + Ti p Trong đó: Ki =P1*R1... của cuộn điện kháng, do đó làm thay đổi công suất phản kháng của bộ tụ điện – điện kháng Trong thiết bị này tụ điện đóng vai trò tạo nên dung kháng và đồng thời có dung kháng nhỏ với dòng điện điều hòa bậc cao, do vậy nó lọc cac điều hòa dòng điện lấy từ lưới Một số nhà chế tạo mong muốn tạo nên thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng bằng bộ điều áp bằng cách thay đổi giá trị điện dung của tụ điện Họ... thường chọn các sơ đồ ba bộ điều áp một pha nối tam giác 22 ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ - Khi chất lượng điện áp trên tải quan trọng thì thƣờng chọ bộ điều áp ba pha Đó là trường hợp cung cấp cho các máy điện quay, bởi vì các may điện quay sẽ là việc xấu khi điện áp bậc ba hoặc bội ba Các điện áp này tạo nên hệ thống thứ tự không Khi công suất giảm đi, cần giảm chi phí dối với các thyristor... 785: Điện áp đồng bộ được đưa tới chân số 5 qua 1 điện trở có giá trị lớn đưa đến khâu xác định điểm diện áp nguồn qua không(Zerodetector),đầu ra của nó đưa tín hiệu đến thanh ghi đồng bô (Synchron Register) để xác định các nửa chu kì của điện áp lưới Thanh ghi đồng bộ cũng điều khiển mạch nạp tụ C10 bằng dòng không đổi ,xác định bởi điện trở R9 ,tạo ra răng cưa ở mỗi nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ Điện. .. bố điện áp trên các cực thyristor khi chúng bị khóa ,cần nối vào các cực của 3 khối thyristor các điện trở lớn có trị số bằng nhau,do vậy: vThA =vA; vThB =vB; vThC =vC; 12 ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ 5π 6 π mồi đồng thời ThA và ThC’, khi θ = ψ + 3 sẽ tạo nên điện áp Khi ψ < âm vA-vC Các thyristor không thể dẫn được và bộ điều áp làm việc như một khóa chuyển mạch luôn hở mạch 2.Trường hợp. .. ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ Hình 2.2 Mạch vòng dòng điện động cơ Mạch lọc và mạch stator được mô tả bởi hàm truyền : 1 R + PL 1 1 L 1+ p =R* R S01(p) = Trong đó: R=Rf +2RS vì động cơ lồng sóc nên ta ca R =0 hay R= 2 R L= Lf + 2LS σ động cơ lồng sóc nên L =0 hay L= 2LS σ Bộ biến đổi có hàm truyền : Kb S02(p) = 1 + bp 1 Với 2b = Tvo = 12 Tn Tn: chu kì điện áp nguồn Tvo: thời gian trễ thống... 3V.I1sin ϕ ,do mồi trễ ψ ,các điện áp cơ bản trên tải vA’ ,vB’ ,vC’ lệch pha với điện áp vA ,vB, vC tương ứng Mặt khác tải R-L nên dòng lệch pha với điện áp tải 4.Phương án các thyristor nối tam giác Ta có thể thay đổi các thyristor nối hình sao thành hình tam giác như ở hình 1.5 Nếu các pha của tải có cùng góc lệch pha và modun gấp 3 lần ,với cùng góc mở ψ thì dòng điện trên dây và điện áp trên các cực của... ) Chon Ki=1,2 => ITdm=23.833 (A) Điện áp cuả Thyristor ở trạng thái khóa UT = 2 Ud= 2 *380= 537 (V) Điện áp định mức cả Thyristor cần chọn UTđm =KT*UT =1.8*573=966(V) (KT : là hệ số dự chữ điện áp chon =1.8) Từ các thông số trên ta chon van : Thyristor T86N có các thông số sau Dòng trung bình cho phép -Itb = 86 (A) Điện áp ngưỡng-Uo:1 (V) Điện trở động-Rđ :2.64 (mΩ) Điện áp cực đại cho phép đặt lên . các động cơ điện, vì vậy các loại động cơ điện được chế tạo ngày càng hoàn thiện hơn, trong đó động cơ điện không đồng bộ 3 pha chiếm tỉ lệ lớn trong các ngành công nghiệp do động cơ không. CƠ dụng của điện áp pha stato I µ ,I 1 , I’ 2 : Các dòng điện từ hóa ,stato và dòng điện roto quy đổi về stato X µ , X 1 σ ,X’ 2 σ : Điện kháng mạch tù hóa , điện kháng tản stato và điện. của dòng điện : σ : Hệ số tản từ .Nếu quá trình quá độ điện từ rất nhỏ so với quá trình quá độ điện cơ thì có thể bỏ qua quá trình quá độ điện từ khi khảo sát ĐK .Trong từng trường hợp cụ thể