Đồ án tốt nghiệp thiết bị điện_điện tử

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Trong các ngành công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụng phổ biến bởi tính chất đơn giản và tin cậy trong thiết kế chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên khi sử dụng động cơ không đồng bộ trong sản xuất đặc biệt với các động cơ có công suất lớn ta cần chú ý tới quá trình khởi động động cơ do khi khởi động roto ở trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dòng điện khởi động và momen khởi động lớn, nếu không có biện pháp khởi động thích hợp có thể không khởi động được động cơ hoặc gây nguy hiểm cho các thiết bị khác trong hệ thống điện. Vấn đề khởi động động cơ điện không đồng bộ dã được nghiên cứu từ lâu với các biện pháp khá hoàn thiện để giảm dòng điện cũng và momen khởi động. Trong đó, biện pháp được dùng phổ biển nhất là biện pháp giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động. Ngày nay, công nghệ bán dẫn ngày càng phát triển, các thiết bị bán dẫn công suất lớn ngày càng được sử dụng rộng rãi, với độ tin cậy ngày càng cao, có khả năng điều khiển tốt. Việc giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động hoàn toàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng bằng việc điều khiển góc mở của van bán dẫn. Điều chỉnh điện áp như vậy làm cho điện áp tăng lên một cách từ từ không gây nhảy cấp điện áp, vì vậy nó được gọi là bộ khởi động mềm cho động cơ. Với đề tài tốt nghiệp: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN SỐ”, chúng em dã nghiên cứu, sử dụng vi điều khiển để tính toán phát xung điều khiển tự động điều chỉnh góc mở của van bán dẫn nhằm thay đổi điện áp trên tải. Trong ba tháng làm đồ án, chúng em dã nỗ lực cố gắng hoàn thành các nhiệm vụ của đồ án và chế tạo thành công mạch thử nghiệm của bộ khởi động mềm điều khiển số. NGUYỄN THỊ HÀ THU 1 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn HÀ XUÂN HÒA cùng các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện – điện tử, đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Do thời gian gấp gáp cộng với kinh nghiệm còn non nớt, chắc chắn đồ án của chúng em không thể tránh khỏi có sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý từ các thầy cô và các bạn bè động nghiệp. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên NGUYỄN THỊ HÀ THU 2 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1.1. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ Khi cho dòng điện xoay chiều ba pha vào cuộn dây stator. Trong lõi sắt stato của máy điện không đồng sinh một từ trường quay với tốc độ đồng bộ n 1 = 60f 1 /p, trong đó f 1 là tần số dòng điện lưới đưa vào, p là số đôi cực của máy, thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt rotor và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động e 2 và vì dây quấn rotor được nối ngắn mạch do đó e 2 sẽ sinh ra dòng điện i 2 . Chiều suất điện động và chiều dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Từ thông do dòng điện i 2 sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng Φ o ở khe hở không khí. Dòng điện i 2 trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông tổng Φ o sinh ra lực điện từ trên dây quấn rotor và mômen quay làm cho rotor quay với tốc độ n. Tốc độ rotor n luôn khác với tốc độ đồng bộ n 1 hay có sự chuyển động tương đối giữa stato và rotor. Do đó gọi là động cơ không đồng bộ. Để chỉ phạm vi tốc độ của máy, thường người ta dùng hệ số trượt s. %100. n nn %s 1 1 − = (1.1) NGUYỄN THỊ HÀ THU 3 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2. Các phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ - Máy điện không đồng bộ làm việc khi rotor đứng yên              =− = ′ + = ′ ′′ + ′ −= +−= •• ••• •• •• ••• m 2 1 1 ZIE III EE ZIE0 ZIEU 01 021 12 22 11 (1.2) - Máy điện không đồng bộ làm khi rotor quay ( )              =− = ′ + = ′       + ′ ′ − ′ −= ++−= •• ••• •• •• ••• m 2 2 11 ZIE III EE x.j s r IE0 x.jrIEU 01 021 12 22 11 1 (1.3) Trong đó: 1 U • : Điện áp đặt vào stato động cơ. 1 I • , 1 E • : Dòng điện và suất điện động của stato. 2 I • ′ , 2 E • ′ : Dòng điện và suất điện động của rotor đã qui đổi về stator. 0 I • : Dòng điện từ hóa của động cơ Z 1, x 1 , r 1 : Tổng trở, điện trở và điện kháng tản của dây quấn stator. Z ’ 2, x ’ 2 , r ’ 2 : Tổng trở, điện trở và điện kháng tản của dây quấn rotor đã qui đổi vể stato. s : Hệ số trượt của động cơ NGUYỄN THỊ HÀ THU 4 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Mômem điện từ của máy điện không đồng bộ ( ) ( ) ( ) 2 , 211 2 , 2111 , 2 2 11 1 dt xCxs/rCrf2 s/r.p.U.m P M +++π = ω = (1.4) Trong đó: C 1 = m 1 Z Z 1+ và p f2 1 1 π =ω f 1 , p : Tần số của lưới điện và số đôi cực của động cơ. Hình 1:Đường biểu diễn mômen điện từ và dòng điện theo hệ số trượt 1.3. Quá trình mở máy của động cơ điện không đồng bộ Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính mở máy của động cơ điện. Muốn cho máy quay được thì mômen mở máy của động cơ điện phải lớn hơn mômen tải tính và mômen ma sát tĩnh. Trong quá trình tăng tốc, phương trình cân bằng động về mômen: dt d JMMM JC ω ==− (1.5) Trong đó: M, M c và M j là mômem điện từ của động cơ, mômen cản và mômen quán tính. NGUYỄN THỊ HÀ THU 5 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 M 1,2 1 0,6 0,6 0,4 -0,20,2 -0,4-0,6 -0,8 -1 -1,2 hãm động cơ điện Máy phát điện I 1 I ’ 2 I 1 I ’ 2 M=f(s) I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP J = g4 GD 2 là hằng số quán tính. g = 9,81 m/s 2 là gia tốc trọng trường. G và D là trọng lượng và đường kính rotor. ω là tốc độ góc của rotor. Khi đã biết đặc tính cơ của động cơ điện M = f 1 (n) và của tải M C = f 2 (n) thì từ công thức (1.5) ta tìm được quan hệ giữa tốc độ và thời gian n = f(t) trong quá trình mở máy. Để quá trình mở máy đảm bảo tăng tốc thuận lợi ta phải giữ 0 dt d > ω hay M > M C . Như vậy M – M C càng lớn thì tốc tăng càng nhanh. Khi bắt đầu mở máy thì rotor đang đứng yên, hệ số s = 1 nên trị số dòng mở máy có thể tính được tính theo mạch điện thay thế: ( ) ( ) 2 , 211 2 , 211 1 K x.Cxr.Cr U I +++ = (1.6) Do khi mở máy mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện mở máy còn lớn hơn so với trị số tính theo công thức (1.6). Ở điện áp định mức, thường dòng điện mở máy bằng 4 ÷7 lần dòng điện định mức. Dòng điện quá lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà còn làm cho điện áp lưới giảm sút nhiều, nhất là với những lưới điện công suất nhỏ. 1.4. Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ Theo yêu cầu của sảm xuất, động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc thường phải mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mômen mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai. Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng mở máy thích ứng. Trong nhiều trường hợp, do phương pháp mở máy hay do chọn động cơ điện có tính năg mở máy không thích đáng nên thường hỏng máy.Ví dụ như NGUYỄN THỊ HÀ THU 6 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc công suất lớn nếu ta mở máy trực tiếp sẽ làm nứt rotor. Dẫn đến khởi động không tải thì được nhưng khi đóng tải vào thì máy lại không chạy. Nói chung khi mở máy một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau: 1. Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ bản của tải. 2. Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt. 3. Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn. 4. Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt. Những yêu cầ trên thường mâu thuẫn với nhau như khi đòi hỏi mômen mở máy lớn thì dòng điện mở máy cũng lớn hoặc thiết bị mở máy đắt tiền. Vì vậy phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp mở máy thích hợp. 1.4.1. Mở máy trực tiếp động cơ điện rotor lồng sóc Đây là phương pháp mở máy đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện là được. Ưu điểm: - Đây là phương pháp đơn giản. - Nếu nguồn điện tương đối lớn thì có thể dùng phương pháp này để mở máy vì mở máy nhanh và đơn giản. Nhược điểm: - Dòng điện mở máy tương đối lớn. - Nếu quán tính của tải tương đối lớn, thời gian mở máy quá dài thì có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp của lưới . NGUYỄN THỊ HÀ THU 7 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 U L ATM RLN Hình 3: Sơ đồ đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.4.2. Hạ điện áp mở máy Mục đích của phương pháp này là giảm dòng điện mở máy nhưng đồng thời mômen mở máy cũng giảm xuống. Do đó đối với những tải yêu cầu có mômen mở máy lớn thì phương pháp này không dùng được. Tuy vậy, đối với những thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ thì phương pháp này rất thích hợp. Ví dụ: tải quạt gió,bơm, Hình 3: Đường đặc tính M = f(s) ở các mức điện áp khác nhau 1. Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato Sơ đồ nối dây như hình 4. Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi mở máy xong bằng cách đóng tiếp điểm K 1 của công tắc tơ thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện mở máy cần thiết. Do có điện áp giáng trên điện kháng nên diện áp mở máy trên đầu cực động cơ U ’ K sẽ nhỏ hơn điện áp lưới. Gọi dòng điện mở máy và mômen khi mở máy trực tiếp là I K và M K . Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở NGUYỄN THỊ HÀ THU 8 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 M U 1 U 1 > U 2 U 2 > U 3 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 s U L U L ATM Cuộn kháng K 1 RLN U ’ k I ’ k Hình 4: Hạ điện áp mở máy bằng cuộn kháng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP máy, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì sau khi thêm điện kháng vào: Dòng điện mở máy còn lại là : I ’ K = k.I K Điện áp đầu cực động cơ điện là : U ’ K = k.U K Mômen mở máy là : M ’ K = k 2 .M K Trong đó: k < 1. Ưu điểm: - Thiết bị khởi động đơn giản - Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu - Phương pháp này được dùng cho động cơ công suất hạ áp và cao áp. Nhược điểm: - Khi giảm dòng điện khởi động xuống thì mômen mở máy giảm đi bình phương lần. 2. Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy Sơ đồ nối dây như hình 5. Bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi mở máy xong thì cắt máy biến áp tự ngẫu (bằng cách đóng tiếp điểm K 2 vào và mở K 1 ra) Gọi tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu là k T (k T < 1) thì: - Điện áp đầu cực động cơ : U ’ k = k T .U 1 - Dòng điện mở máy : I ’ K = k T .I K - Mômen mở máy : M ’ K = 2 T k .M K Nếu gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I 1 (dòng điện bên sơ cấp máy biến áp tự ngẫu) thì dòng điện I 1 = k T .I ’ K = 2 T k .I K Như vậy ta thấy dòng điện mở máy lấy từ lưới giảm hơn 2 T k lần. NGUYỄN THỊ HÀ THU 9 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 U L ATM T K 1 K 2 RLN I 1 I ’ k U ’ k Hình 5: Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ưu điểm: - Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu. - Với dòng điện mở máy bằng dòng điện mở máy của phương pháp dùng cuộn kháng thì ta có mômen máy lớn hơn. - Phương pháp này dùng được cho cả động cơ hạ áp,cao áp. Nhược điểm; - Mômen mở máy giảm - Phải đầu tư thêm một máy biến áp tự ngẫu 3. Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y - ∆ Phương pháp mở máy Y - ∆ thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấu tam giác. Khi mở máy ta đổi thành Y, như vậy điện áp đưa vào hai đầu mỗi pha chỉ có U 1 / 3 . Sau khi đã chạy rồi, đổi lại thành cách đấu ∆. Sơ đồ cách đấu dây như hình 6. Khi mở máy thì đóng ATM, tiếp điểm K Y đóng, còn tiếp điểm K ∆ mở, như vậy máy đấu Y. Khi máy đã chạy rồi thì đóng tiếp điểm K ∆ , máy đấu ∆ Theo phương pháp Y - ∆ thì khi dây quấn đấu Y thì ta có: - Điện áp pha trên dây quấn là : U kf = 1 U 3 1 - Dòng điện pha khi mở máy là : kf ' kf I 3 1 I = - Mômen khi mở máy là : k ' k M 3 1 M = NGUYỄN THỊ HÀ THU 10 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 U L ATM K ∆ RLN K Y Hình 6: Mở máy bằng cách đổi nối Y - ∆ [...]... tính logic NOT Phép tính logic AND Phép tính logic OR -Các toán tử truy nhập và kích thước Toán tử [] * & Ý nghĩa Phần tử của mảng Chọn phần tử (vd: PORTD.5) Địa chỉ gián tiếp Địa chỉ trực tiếp -Các toán tử thao tác bit Toán tử ~ & | NGUYỄN THỊ HÀ THU Ý nghĩa Phép NOT bit Phép AND bit Phép OR bit 35 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ^ >> >= < ϕ thì dòng điện tải sẽ bị gián đoạn U ϕ t α Hình 11: Sơ đồ. .. các ứng dụng NGUYỄN THỊ HÀ THU 33 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP nhanh chóng và dễ dàng hơn Sau đây sẽ giới thiệu một cách cơ bản nhất về cách viết chương trình cho AVR sử dụng ngôn ngữ C Một chương trình C cho AVR thường bao gồm những thàn phần cơ bản như: chú thích (comments), biểu thức (expressions), câu lệnh (statements), khối (blocks), các toán tử, cấu trúc điều khiển (flow controls),... đầu dây ra NGUYỄN THỊ HÀ THU 19 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 Tải không có dây trung tính Dòng điện chạy giữa các pha với nhau, nên đồng thời cấp xung điều khiển cho hai Thyristor của hai pha một lúc Việc cấp xung điều khiển như thế đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển và việc đổi thứ tự pha nguồn lưới có thể làm ảnh hưởng tới hoạt động của sơ đồ Để đảm bảo lượng sóng hài tối... 150°  − 3α + sin 2α + π 2 4 4  3 Khi tải là tải điện cảm U Ua Ub Uc UdA t α ϕ a) NGUYỄN THỊ HÀ THU 22 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP U Uab/2 Ua Ub Uc UdA Uac/2 t ϕ α = 60° b) U Uab/2 Ua Ub Uc Uac/2 UdA t α = 120° c) Hình 17: Sơ đồ đường cong điện áp, khi tải mang tính trở kháng và các góc mở của pha A là α = 35°, 60°, 120° a) Nếu α < ϕ, dòng điện tải và điện áp trên tải sẽ là hình... Nghiệm dòng điện i có biểu thức: R α  t−  U U i = icb + itd = 1m sin(ωt − ϕ) − 1m sin(α − ϕ)e L  ω  Z Z (2.4) Trong đó: NGUYỄN THỊ HÀ THU 17 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Z= R 2 + ( ωL ) 2 b) Khi α < ϕ U Ud ϕ t α a) U Ud ϕ t α b) Hình 12: Sơ đồ đường cong điện áp khi tải là tải điện cảm, với góc mở α < ϕ a) khi xung mở hẹp b) khi xung mở đủ rộng Nếu xung mồi hẹp và nhọn.Thyristor . 1 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn HÀ XUÂN HÒA cùng các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện – điện tử, . stato. s : Hệ số trượt của động cơ NGUYỄN THỊ HÀ THU 4 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Mômem điện từ của máy điện không đồng bộ ( ) ( ) ( ) 2 , 211 2 , 2111 , 2 2 11 1 dt xCxs/rCrf2 s/r.p.U.m P M +++π = ω = (1.4) Trong. hay do chọn động cơ điện có tính năg mở máy không thích đáng nên thường hỏng máy.Ví dụ như NGUYỄN THỊ HÀ THU 6 Thiết bị điện- điện tử 3 – k49 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP động cơ không đồng bộ rotor lồng