Xây dựng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha

LỜI MỞ ĐẦU Trong công nghiệp động dị pha động chiếm tỷ lệ lớn loại động khác. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, nguồn cung cấp lấy lưới công nghiệp, dải công suất động rộng từ vài trăm W đến hàng ngàn kW. Tuy nhiên hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động không đồng lại có tỷ lệ nhỏ so với động chiều. Đó điều chỉnh tốc độ động dị gặp nhiều khó khăn dải điều chỉnh hẹp. Nhưng với đời phát triển nhanh dụng cụ bán dẫn công suất : Diode, Triắc, tranzitor công suất, Thyristor có cực khoá hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động dị khai thác mạnh hơn. Xuất phát từ vấn đề nêu khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, đồ án nghiên cứu : „„Xây dựng điều chỉnh điện áp xoay chiều pha công suất 3kW dùng để điều chỉnh tốc độ động dị ‟‟ Nội dung đồ án gồm chương : 1. Chương : Tổng quan động dị 2. Chương : Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3. Chương : Xây dựng thiết kế điều chỉnh điện áp Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn hướng dẫn tận tình cho em trình làm đồ án vừa qua. Đến hôm em hoàn thành đồ án khả năg thời gian có hạn nên chắn sai sót định. Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy cô giáo môn điện công nghiệp dân dụng trường đại học Dân Lập Hải Phòng nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện suốt trình học tập rèn luyện em để đến hôm em hoàn thành nhiệm vụ học tập mình. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ 1.1 ĐỘNG CƠ DỊ BỘ. 1.1.1 Cấu tạo. Động không đồng roto lồng sóc có cấu tạo giống loại động khác. Cấu tạo gồm hai phần bản: phần quay (roto) phần tĩnh (stato). Giữa phần tĩnh phần quay khe hở không khí. Dưới ta nghiên cứu phần riêng biệt. Hình 1.1: Lá thép stato roto máy điện dị bộ:1- Lá thép stato; 2-Rãnh; 3- Răng; 4- Lá thép roto. 1.1.1.1. Cấu tạo stato. Stato gồm có hai phần bản: mạch từ mạch điện. Mạch từ: Mạch từ stato ghép thép điện kĩ thuật có chiều dày khoảng 0.3-0.5mm, cách điện mặt để chống dòng fucô. Lá thép stato có dạng hình vành khăn phía đục rãnh. Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato roto không nhau. Mạch từ đặt vỏ máy. Ở máy có công suất lớn, lõi thép chia thành phần ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát mạch từ. Vỏ máy làm gang đúc hay thép, vỏ máy có đúc găn tản nhiệt. Trên vỏ máy có đấu hộp đấu dây. Mạch điện stato: Mạch điện cuộn dây máy điện đặt vào rãnh lõi thép cách điện tốt với lõi. 1.1.1.2. Cấu tạo rôto. Mạch từ: Giống mạch từ stato, mạch từ roto gồm thép điện kĩ thuật ghép lại cách điện nhau. Rãnh roto song song với trục nghiêng góc định nhằm giảm dao động từ thông loại trừ số sóng bậc cao. Các thép điện kĩ thuật gắn với thành hình trụ, tâm thép mạch từ đục lỗ để xuyên trục, roto gắn lên trục. Ở máy công suất lớn roto đục rãnh thông gió dọc thân roto. Mạch điện: Đây phần tạo nên khác biệt động dị roto lồng sóc với động dị roto dây cuốn. Mạch điện loại roto làm nhôm đồng thau. Nếu làm nhôm đúc trực tiếp vào rãnh roto, hai đầu đúc hai vòng ngắn mạch, cuộn dây hoàn toàn ngắn mạch, mà gọi roto ngắn mạch. Nếu làm đồng làm dẫn đặt vào rãnh, hai đầu gắn với hai vòng ngắn mạch kim loại. Bằng cách hình thành cho ta lồng có tên roto lồng sóc. Giữa dây lõi thép thực cách điện với nhau. 1.1.2. Nguyên lý hoạt động. Khi cung cấp vào ba cuộn dây ba dòng điện hệ thống điện ba pha có tần số f1 máy điện sinh từ trường quay với tốc độ 60f 1/p. Từ trường cắt dẫn roto stato, sinh cuộn stato tự cảm e cuộn dây roto sđđ tự cảm e2 có giá trị hiệu dụng sau: E1 = 4,44W1 f1kcd (1.1) E2= 4,44W2 f2kcd (1.2) H×nh 1.2: C¸ch t¹o tõ tr•êng quay m¸y ®iÖn b»ng dßng điện ba. Do cuộn dây roto ngắn mạch, nên có dòng điện chạy dẫn cuộn dây này. Sự tác động tương hỗ dòng điện chạy dây dẫn roto từ trường, sinh lực, ngẫu lực (2 dẫn nằm cách đường kính roto) nên tạo mô men quay. Mô men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thông móc vòng với cuộn dây. Nhưng stato gắn chặt roto lại treo ổ bi, roto phải quay với tốc độ n theo chiều quay từ trường. Tuy nhiên tốc độ tốc độ quay từ trường, n = ntt từ trường không cắt dẫn nữa, sđd cảm ứng, E2 = dẫn tới I2 =0 mô men quay không, roto chậm lại từ trường lại cắt dẫn, nên có sđđ, có dòng mô men nên roto lại quay. Do tốc độ quay roto khác với tốc độ quay từ trường nên xuất độ trượt định nghĩa sau: 100% n tt n (1.3) S ntt Do tốc độ quay roto có dạng: n= ntt(1-s) Do n quay. (1.4) ntt nên (ntt –n) tốc độ cắt dẫn roto từ trường Vậy tần số biến thiên sđđ cảm ứng roto biểu diễn bởi: n tt f np n tt n tt n p n tt 60 60 n tt p n tt 60 n tt n s f1 (1.5) Khi roto có dòng I2 chạy, sinh từ trường quay với tốc độ 60 f p ntt 60 sf1 sntt p (1.6) So với điểm không chuyển động stato, từ trường quay quay với tốc độ: ntt2s = ntt2 +n = sntt –ntt(1 –s) = ntt (1.8) Như so với stato, từ trường quay roto có tốc độ quay từ trường stato. 1.1.3. Phƣơng trình cân sđđ sơ đồ tƣơng đƣơng. Khi cấp cho stato máy điện dị roto lồng sóc điện áp U cuộn dây stato roto có dòng điện chạy I I2 0, làm xuất mô men quay quay roto với tốc độ n ntt (theo nguyên lý hoạt động) Sđđ cảm ứng cuộn dây stato roto biểu diễn biểu thức sau: E1 = 4,44W1 f1kcd E2= 4,44W2 f2kcd E2 = E20s (đặt E20 = 4,44W2 f1kcd ) (1.9) Ở stato dòng I1 sinh từ thông từ thông tản. Từ thông tản gây trở kháng X1 (X1 = L1). Điện trở cuộn dây stato R1, cân sđđ mạch stato là: . U . . E I 10 R1 . j I 10 X (1.10) Dòng I2 sinh gồm từ thông từ thông tản. Từ thông tản gây điện trở kháng X2 (X2= L1). Nếu gọi R2 điện trở roto. Ta có phương trình cân sđđ roto sau: . E2 I . I R2 . jI2 X2 . . . j E R ( . 1 ) Từ (1.11) ta tính dòng I2 theo biểu thức: I E2 R X Mặt khác ta có X2 = L2 =2 f2L2 =2 sf1L2 =sX2 (1.13) ‟ Trong đặt ‟ X2 = f1L2 Thay (1.9) (1.13) vào (1.12) ta được: E I2 = sE 20 R2 ( 2 sX 20 ) ( R s (1.1 4) X 20 )2 Phương trình (1.14) thực chất ta thực việc chuyển đổi cho ần số ro o ần số s ato Nếut a hực th ện v ệc tchuyển đổt t t . i i i i t ìt t t đ ện áp h a có hể hay động ị d mạch điện đơn giản: sau X R1 X R'2 X0 R'2 s R Hình 1.3: Sơ đồ mạch thay động dị bộ. Trong đó: ‟ ‟ ‟ E2‟ = kuE2, I2 = kiI2, R2 = kukiR2, X2 = kukiX2 . 1.2. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ DỊ BỘ. 1.2.1. Thống kê lƣợng động dị bộ. Về nguyên lý, máy điện không đồng làm việc máy phát điện động không đồng bộ. Ở chế độ làm việc động cơ, lượng điện cung cấp từ lưới điện chuyển sang rô to từ trường quay. Dòng lượng biểu diễn sau: -Công suất nhận từ lưới điện: P1=m1U1I1cos (1.15) Ở stato, lượng bị phần tổn hao điện trở cuộn dây ( PCu1) lõi thép ( PFe1). Vậy công suất điện từ chuyển từ stato sang rô to sau: Pđt=P1- PCu1- PFe1 (1.16) Trong PCu1=m1I12R1, PFe1=m1IFe2 RFe. Tổn hao thép phụ thuộc vào tần số. Tổn hao lõi thép phía rô to bỏ qua, làm việc định mức tần số f2 = (1 - 3)Hz. Công suất điện từ chuyển sang rô to ứng với công suất tác dụng sinh điện trở R2‟/s vậy: Pđt = m1I ' ' ' ' s = m I R ‟+ m I R ‟ R2 s s Thành phần thứ tổn hao đồng cuộn dây rô to: 2 ' R ‟= m I R PCu2 = m1I (1.17) (1.18) Phần công suất lại chuyển sang công học trục động vậy: Pcơ = m1I ' 2R ‟ = m I s 2R s s (1.19) s Công suất chuyển sang công suất hữu ích P2 tổn hao loại ( PCơ) như: ma sát ổ bi, quạt gió, ma sát rô to với không khí v.v. tổn hao phụ sóng bậc cao, mạch từ có ( Pp). Tổn hao phụ nhỏ ( Pp 0.005P1). Vậy công suất hữu ích tính sau: P2=Pcơ - PCơ - Pp (1.20) Tổng tổn hao động có giá trị: P = PCu1+ PFe1 + PCu2+ Pcơ + Pp (1.21) Hiệu suất động cơ: = P2 P1 P1 P1 P P1 (1.22) P Sơ đồ lượng máy điện dị biểu diễn hình 1.4 PCu1 PFe P1 Từ trường PCu2 Pđt PCơ+ Pp P2 Hình 1.4: Sơ đồ lượng động dị bộ. 1.2.2. Mô men quay (mô men điện từ) động dị Công suất học máy điện không đồng phụ thuộc vào tốc độ quay rô to (tốc độ cơ): Pcơ=M cơ. (1.23a) Do mô men điện từ máy điện không đồng tính biểu thức: M= P dt co (1.23) Chọn diode D6, D7, D8 loại 2608 có thông số sau U = 200v; I = 5A Chọn bóng tranzitor công suất loại TIP41 có thông số sau: Điện áp colecto bazo hở mạch emito UCB0 = 40V Điện áp Emito Bazo hở mạch Colecto: UEB0 = 5V Dòng điện lớn Colecto chịu đựng: ICmax = 10A Dòng điện làm việc Colecto: IC = 6A Dòng điện làm việc Bazo: IB= 2A Ta thấy với loại Tiristi chọn có công suất điều khiển bé Uđk =1,5V, Iđk = 0,1 A nên dòng colecto-bazo tranzitor bé nên cần phải sử dụng 1tranzitor. Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E = 12V ta phải mắc nối tiếp thêm điện trở R8 nối tiếp với cực Emito Tranzitor -3 R8 = (E-U)/I1 = (12-4,5)/33,3.10 = 225 Ω Tất diode mạch điều khiển dùng loại 1N4009, có tham số: Dòng điện định mức : Iđm = 10 mA Điện áp ngược lớn : UN = 25 V Điện áp diode mở thông : Um = V 3.3 2.3. Chọn cổng AND. Toàn mạch điều khiển phải dùng cổng AND nên ta chọn IC 4081 họ CMOS. Mỗi IC 4081 có cổng AND. Các thông số: Nguồn nuôi IC : Vcc = V, ta chọn Vcc = 12 V. Nhiệt độ làm việc : Điện áp ứng với mức logic „„1‟‟ : 4.5 V Dòng điện : [...]... thị điện áp pha ở đầu ra của bộ điều chỉnh tirissto 2.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều chỉnh điện áp Điện áp đặt đưa vào bộ điều khiển, điện áp ra điều khiển góc mở thyristor để điều chỉnh điệp áp đặt vào động cơ Tốc độ động cơ có tỷ lệ với bình phương điện áp nên khi điện áp thay đổi thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi 2 .3 BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA Các bộ điều áp xoay chiều dùng để điều. .. đó người ta thực hiện điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ bằng thay đổi điện áp nguồn cung cấp có thể dùng các biến áp kinh điển như biếp áp tự ngẫu, thực hiện đổi nối sao – tam giác Ngày nay việc điều chỉnh điện áp lại được sử dụng chủ yếu là các bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn 2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 2.2.1 khối Sơ đồ Uđ điều khiển Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh điện áp Mạch lực của động... điều áp xoay chiều dùng để điều chỉnh giá trị điện áp xoay chiều với hiệu suất cao Để điều chỉnh điện áp ba pha, có thể sử dụng ba sơ đồ - Bộ điều áp xoay chiều chủ yếu sử dụng các thyristor mắc ngược hoặc Triac để thay đổi giá trị điện áp trong nửa chu kỳ của điện áp lưới theo góc mở α, từ đó đổi được giá trị hiệu dụng của điện áp ra tải - Nối tam giác ba bộ điều áp một pha - Nối hỗn hợp ba tisto và... đồ điều khiển đảm bảo tạo ra các xung mở và góc mở lệch nhau 120 Khi đóng hoặc mở 1 Thyristor của một pha nào đó sẽ làm thay đổi dòng của 2 pha còn lại, ta lưu ý rằng trong hệ thống điện áp 3 pha hoặc chỉ qua 2 pha Không có trường hợp chỉ có 1 pha dẫn dòng Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi pha đúng bằng điện áp pha khi dòng chảy qua cả 2 pha thì điện áp trên pha tương ứng bằng ½ điện áp. .. Hoạt động của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha nối sao không dây trung tính là sự hoạt động tổng hợp của các pha Việc điều chỉnh điện áp bộ điều áp 3 pha không dây trung tính phụ thuộc vào góc α Trường hợp tổng quát sẽ có 6 đoạn điều khiển và 6 đoạn điều khiển không đối xứng, đối xứng khi cả 3 Thyristor dẫn, không đối xứng khi 2 Thyristor dẫn Việc xác điịnh điện áp phải căn cứ vaod chương trình... rô to Phương pháp điều chỉnh tốc độ trên đây gọi là phương pháp nối tầng CHƢƠNG 2 BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 2.1 MỞ ĐẦU Trong thực tế sản xuất các hệ thống truyền động điện đều cần phải điều chỉnh tốc độ Ngày nay các hệ thống truyền động điện công nghiệp chủ yếu là các hệ thống truyền động với động cơ xoay chiều dị bộ hoặc đồng bộ Trong đó đối với động cơ dị bộ ta nghiên cứu về động cơ dị bộ rôto lồng sóc... khi giảm điện áp từ Uđm tới 0,9Uđm tốc độ sẽ thay đổi, nhưng khi điện áp giảm tới 0,7Uđm thì mô men của động cơ nhỏ hơn mô men cản, động cơ sẽ bị dừng dưới điện Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp nguồn cung cấp là phạm vi điều chỉnh hẹp, rất dễ bị dừng máy, chỉ điều chỉnh theo chiều giảm tốc độ Mặt khác vì Pđt= CE20I2cos 1=const 2 = C1U1I2cos nên khi giảm điện áp U1, mà... liên tục trong điều chỉnh và tính kinh tế trong điều chỉnh Với các thiết bị vận chuyển, phải điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, n n1 13 n n1 còn thiết bị dệt hoặc giấy thì lại đòi hỏi tốc độ không đổi với độ chính xác cao Để nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ta dựa vào các biểu thức sau: n= ntt(1-s) 60 f (1 .33 ) ntt= (1 .33 a) p f1 E1 hoặc s= f2 s= E2 (1 .33 b) Mặt khác... tổn hao ở điện trở điều chỉnh, phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào tải Không thể điều chỉnh ở tốc độ gần tốc độ không tải 1 .3. 6 Thay đổi điện áp ở mạch rô to Trước khi bước vào nghiên cứu phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng đưa thêm sđđ vào mạch rô to, ta thực hiện việc thống kê công suất ở máy điện không đồng bộ khi có đưa điện trở phụ vào mạch rô to Công suất nhận vào: P1=m1U1I1cos 1 Công suất điện từ... và cách ly với nguồn α = 30 + Trong khoảng : 5 dẫn ở pha C Van 1 dẫn ở pha A, van 6 dẫn ở pha b, van códòng chảy qua 3 pha + Trong khoảng: dòng chảy qua 2 pha + Trong khoảng : 6 dẫn ở pha B Van 1 dẫn ở pha A, van 6 dẫn ở pha B Van 1 dẫn ở pha A, van 2 dẫn ở pha C, van có UZA = UA Van 1 dẫn ở pha A , van 2 dẫn ở pha C có dòng chảy qua 2 pha có có UZA = ½ UAB có dòng chảy qua 3 pha + Trong khoảng : có . T ổ n g quan về động cơ dị bộ 2. Chương 2 : Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3. Chương 3 : Xây dựng và thiết kế bộ điều chỉnh điện áp Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TSKH. dựng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha công suất 3kW dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ ‟‟ Nội dung của đồ án gồm 3 chương : 1. Chương 1 : T ổ n g quan về động cơ dị bộ 2 động có điều chỉnh tốc độ dùng động cơ không đồng bộ lại có tỷ lệ nhỏ hơn so với động cơ 1 chiều. Đó là điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ gặp nhiều khó khăn và dải điều chỉnh hẹp.