Điện tử công suất

Điện tử công suất

Đồ án môn học: Điện tử công suất Lời nói đầu Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật ngày càng đáp ứng những nhu cầu về tính hiện đại và tự động hóa trong mọi nghành công nghiệp.Bước tiến vượt bậc của khoa học kỹ thuật là sự ra đời của công nghệ bán dẫn, nó là một yếu tố không thể thiếu trong ngành công nghiệp tự động hóa.Việc ứng dụng của nó rất rộng rãi trên nhiều lĩnh vực đặc biệt trong lĩnh vực điện tử công suất nó được ứng dụng để chế tạo các linh kiện điện tử góp phần tạo nên những mạch điều khiển ứng dụng trong điều khiển động cơ. Điện tử công suất phục vụ rất hiệu quả cho truyền động điện đặc biệt là điều khiển động cơ.Cũng nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn nữa về những ứng dụng quan trong trong điều khiển động cơ, đặc biệt là động cơ điện một chiều được sử dụng ngày càng rộng rãi trong cuộc sống, các sinh viên nghành Điện chúng tôi tham gia làm đồ án môn học Điện tử công suất nhằm tìm hiểu kỹ hơn vấn đề này. Đồ án môn học “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển theo nguyên lý arccos cho phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập” gồm có 6 chương: Chương 1:Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập Chương 2:Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu một pha Chương 3:Tính chọn mạch động lực Chương 4:Tính chọn mạch bảo vệ và cuộn kháng san bằng Chương 5:Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý ARCCOS Chương 6:Mô phỏng Với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy PGS.TS Đoàn Quang Vinh và các thầy cô trong bộ môn, tôi đã hoàn thành đồ án của mình với sự học hỏi và mở mang kiến thức. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và bạn bè đã giúp đỡ tôi hoàn thành nhiệm vụ của mình! Đà nẵng, ngày 22 tháng 12 năm 2008 Sinh viên thực hiện Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 1 Đồ án môn học: Điện tử công suất Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.Đặc tính cơ của động cơ điện 1.1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Đặc điểm của động cơ kích từ độc lập là dòng điện kích từ và từ thông động cơ không phụ thuộc dòng điện phần ứng.Sơ đồ nối dây như hình vẽ: . U æ U æ I I C KT E a, RKT Rf I KT E C KT U KT Rf RKT b, Hình 1.1 a:Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song b: Sơ đồ nối dâ y của động cơ kích từ độc lập Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song. Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình 1.1 ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: U ư = E ư + ( R ư + R t) Iư trong đó: Uư : điện áp phần ứng E ư : s ứ c đ iệ n đ ộ n g p h ầ n ứ n g R ư : đ iệ n tr ở c ủ a m ạ c h p h ầ n ứ n g R t : đ iệ n tr ở p h ụ tr o n g m ạ c h phần ứng Iư : dòng điện mạch phần ứng Với Rư = r + rcf + rct rư : điện trở cuộn dây phần ứng rcf : điện trở cuộn cực từ phụ rb : điện trở cuộn bù rct : điện trở tiếp xúc của chổi điện S ứ c đi ệ n đ ộ n g E ư c ủ a p h ầ n ứ n g đ ộ n g c ơ đ ư ợ c x á c đị n h th e o bi ể u th ứ c (1-1) Trong đó: E u = pN 2 a √ = K √ (1-2) Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.v n 2 Đồ án môn học: Điện tử công suất p: số đôi cực từ chính N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng √: từ thông kích từ dưới một cực từ : tốc độ góc pN 2 a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: E 60 9.55 (1-3) Vì vậy : pN 60a T ừ đ ó ta có: K c = K c = pN 60 a K 9.55 : Hệ số sức điện động của động cơ = 0.105K U u R K √ K Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. (1-4) Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ tỉ lệ với từ thông và dòng điện phần ứng được xác định bởi: Mđt = K √ Iư (1-5) M dm K √ thay giá trị Iư vào (1-4) ta được: U u R + R K √ ( K √ ) (1-6) Nếu bỏ qua các tổn thất trong động cơ, gồm tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ do tự quạt mát và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ coi như bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mđt = Mcơ = M. U u R + R K √ ( K √ ) (1-7) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Nếu bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng , từ thông của động cơ √ = const thì các phương trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình là những đường thẳng. Sinh viên thực hiện: http://w ww.eboo k.edu.vn 3 : Hệ số tỉ lệ phụ thuộc cấu tạo của động cơ K 2 n n = Eu = √n − ⋅ Iu Suy ra: Iu − u f2 M dt − u f2 M Đồ án môn học: ω ωo ωdm ω ωo ωdm Điện tử công suất I Inm I M âmM nm Hình 1.2 a:Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập b:Đ ặc tính cơ của độn g cơ điện một chiề u kích từ độc lập Theo các đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: U u K √ o : được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ K hi o =0 ta có: I ö = U R ö + R f = I nm (1- 9) Và M = K √I nm = M nm (1-10) Inm , Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác, phương trình đặc tính (1-4), (1-7) cũng có thể được viết ở dạng:  = U u K √ − R K √ .I u = o − ⊗ (1-11) U u K √ R ( K √ ) . M = o − ⊗ (1-12) trong đó: U u K √ ⊗ = ⊗ được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M . 1.1.2 Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động cơ Φ, điện áp phần ứng Uư và điện trở phần ứng động cơ.Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó. Si nh vi ên th ực hi ện : http://www.ebook .edu.vn 4 =  (1- + R . R = Ru f o = .I ö = . R ( K√ ) 2 K√ Đồ án môn học: Điện tử công suất 1.1.2.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng Giả thiết Uư = Uđm = const và √ = √đm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng như hình 1.1 và 1.2 thì sẽ làm thay đổi được điện trở tổng của mạch này. Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:  U d m K √ dm = const Độ cứng của đặc tính cơ: 2 R R Khi Rt càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên  ( K √ dm ) R u 2 (1-13) TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng [...]... thiết bị điện tử công suất ta chọn 4 Thyristor loại TCR22-6 có các thông số sau: 3.2 Tính chọn biến áp lực : 3.2.1 Mạch từ : Công suất phía sơ cấp MBA S1 = U1 I1 = 220 1,5 = 330 VA Công suất phía thứ cấp MBA S2 = U2 I2 = 140 2,35 = 329 VA Công suất trung bình của MBA S1 S=+ S2 330 + 329 2 2 Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 16 = Điện áp ngược cực đại của van Unmax = 400(V) Dòng điện định... môn học: Điện tử công suất Chương 3: TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC Mạch động lực bao gồm : Máy biến áp và chọn Thyristor 3.1Chọn Thyristor 3.1.1 .Điện áp ngược lớn nhất trên Thyristor Máy biến áp công suất nhỏ nên sụt áp trên điện trở tương đối lớn, khoảng 4%, sụt áp trên điện kháng ít hơn khoảng 1,5% Điện áp sụt trên hai Thyristor nối tiếp là 2V.Do có cuộn kháng san bằng nên sụt áp khoảng 0.8 % Vậy điện áp... xung dòng điện Ipikmax = 160(A) Dòng điện của xung điều khiển Igmax = 200( A) Điên áp của xung điều khiển Ugmax = 0.8(V) Dòng điện rò Irmax = 200 (  A) = 1,175 A Đồ án môn học: Điện tử công suất Chọn mạch từ 2 trụ, tiết diện mỗi trụ được tính theo công thức kinh nghiệm: S(cm2) Q=k c f 32 = 15, 4 (cm2) Suy ra : 7, Q=6 5 1 5 0 Trong đó : S : Công suất biểu kiến MBA c : Số pha f : Tần số nguồn điện xoay... d = 2U 2 cos 〈 − cos ( + 〈 ) (**) Ta có phương trình: k 2U sin  = X Điện tử công suất Đồ án môn học: L V1 2 Xk ⋅ Id L Khi Lk ≠ 0 trị trung bình điện áp : U d ' = U d − i V2 K2 E u id V4 V3 i K1 R Hình 2.3 Sơ đồ mạch động lực hiện tượng trùng dẫn http://w Sinh ww.ebo viên ok.edu thực vn hiện: 13 Đồ án môn học: Điện tử công suất d  2 3  01 2 〈 id i v2 i v1 0 Id 〈   Hình 2.4: Sơ đồ hiện tượng... ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản 1.1.2.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông Φ=Φdm=const, điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Udm , ta có: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.v n 5 ⊗ ⊗ (K√ ) dm Đồ án môn học: Điện tử công suất U = var Tốc x độ K khôn √ g dm tải: ox = const... đổi Uư Các bộ biến đổi có thể là: Bộ biến đổi máy điện :dùng máy phát một chiều(F),máy khuếch đài (MĐKĐ); bộ biến đổi từ:mạch khuyếch đại từ(KĐT) một pha ,ba pha:bộ biến đổi điện tử bán dẫn: các bộ chỉnh lưu (CL) dùng thyristor, các bộ băm điện áp(BĐA) dùng thyristor, transistor… Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.v n 9 Đồ án môn học: Điện tử công suất T i 1 A 11 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH... án môn học: Điện tử công suất U = const D dm Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông: òn R gu đi ện ng ắn m ạc h: I nm = Mô K √ x I nm = var M= me nm n ngắ n mạc h: Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn như hình   02  0 2  0 1 √ 2 01 √2 0 √1 TN √ 0 √1 Mc I I √ ñm , TN M nm2 M nm1 M M nm Hình 1.5: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều... mở ta có: 2 si n ⋅ U  = 10 Điện tử công suất Đồ án môn học: ↔ 2U sin = Ri d + E + X I ↔ di âi dt 〈 2U sin = id + 〈 d + 〈 ∫ I di âi ↔ U di = R ⋅ I d + E Tron 2 ; U m = 2U Udi = U g đó: m Udiocos 〈; Udio = 2 Nên →I d = S ; Id :là dòng chỉnh lưu(dòn g trong mạch tải) Dạng sóng điện áp chỉnh lưu: ud u 〈 01   2 2 u id Id i v1,3 Id i v2,4 Id    i  Hình 2.2: Dạng sóng điện áp chỉnh lưu Sin h viê... hiệ n: http://www ebook.edu vn 11 1 +〈 ∫ ∫ R E +〈 ∫ +〈 X ÂI Udi U di − cos〈 Đồ án môn học: Điện tử công suất 2.2 Hiện tượng trùng dẫn: Như đã trình bày ở trên, chúng ta chỉ đề cập đến nguyên lý hoạt động của các bộ biến đổi trong trường hợp lí tưởng, tức là không xét đến ảnh hưởng của điện kháng Lk của nguồn điện xoay chiều.Khi xét đến cuộn kháng Lk của nguồn thì trong mạch sẽ không xảy ra hiện tượng... vòng 4, 44.50.15, 4.10 1,1 Đồ án môn học: Điện tử công suất 4 4 4.1,5 = S d I1 3,14.2, 7 1 J1 3.3 Kết cấu dây quấn sơ cấp Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí dọc theo chiều dọc trục Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: h W 120 = 124 vòng − − 2h 2.0, g 95 d 0 , 9 n 5 Với h - chiều cao trụ dn - dường kính dây quấn kể cả cách điện hg - khoảng cách điện với gông có thể tham khảo chọn,h g= . chiều(F),máy khuếch đài (MĐKĐ); bộ biến đổi từ:mạch khuyếch đại từ(KĐT) một pha ,ba pha: bộ biến đổi điện tử bán dẫn: các bộ chỉnh lưu (CL) dùng thyristor, . viên thực hiện: http://www.ebook.edu.v n 9 − U u1 < 0 CI Đồ án môn học: Chương 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA id Điện tử công suất i i