THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIÊP ___*****___ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU Giáo viên phụ trách : Đỗ Trọng Tín Họ và tên : Nguyễn Ngọc Thăng Lớp : Tự động hóa 1 – K 47 Nhóm ĐAĐTCS : I Số hiệu sinh viên : 20022615 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng H Ni 7 2005 MC LC MC LC 2 BI : 4 LI NểI U 5 CHNG 1 : 6 TèM HIU V NG C IN MT CHIU 6 I. CU TO NG C IN MT CHIU . 6 1. Phn tnh hay stato 6 2. Phn quay hay rụto 7 II. CC THễNG S NH HNG: . 8 III. S NGUYấN Lí NG C IN MT CHIU 9 IV. PHNG PHP IU CHNH TC NG C IN MT CHIU . 9 1. iu chnh tc bng cỏch thay i in tr phn ng 9 2. iu chnh tc bng cỏch thay i t thụng 10 3. iu chnh tc bng thay i in ỏp phn ng 10 CHNG 2 : 11 CHN PHNG N 11 1. Mch chnh lu cu mt pha iu khin i xng . 11 2. Mch chnh lu hỡnh tia ba pha iu khin i xng 13 3. Mch chnh lu cu ba pha iu khin i xng . 14 CHNG 3 : . 16 THIT K MCH LC 16 I .S MCH NG LC 16 1. S . 16 2.Nguyờn lý hot ng . 17 II .TNH TON CHN THIT B: . 18 1 . Tớnh toỏn chn mỏy bin ỏp: . 18 2. Tớnh chn van . 25 3. Tớnh toỏn b lc. 26 2 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng 4. Tớnh toỏn bo van mch lc. 29 CHNG 4 : 32 THIT K MCH IU KHIN . 32 I. C TRC MCH IU KHIN . 32 1. Cu trỳc iu khin ngang. 32 2 .Cu trỳc iu khin dc. . 33 3. Chc nng iu khin. 34 II. S MCH IU KHIN. . 35 1.Nguyờn lý hot ng : . 37 2.Dng in ỏp mch iu khin 37 III.TNH TON MCH IU KHIN. . 39 1. Tớnh toỏn khõu ng pha. 39 2. Khõu to in ỏp rng ca. . 40 3. Khõu so sỏnh. . 43 43 4 . Khõu phỏt xung chựm. 44 5 . Khõu khuch i xung v bin ỏp xung. . 45 6. Khõu to ngun nuụi. 49 49 Ta cần tạo ra nguồn điện áp để cấp cho máy biến áp xung và nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ. 49 7. Tớnh bin ỏp ngun nuụi v ng pha. . 50 8 .Khõu phn hi tc . . 52 CHNG 5: . 54 Mễ PHNG MCH IU KHIN 54 . 54 KT LUN 55 TI LIU THAM KHO . 56 3 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng BI : Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều có các thông số sau: U đm ( V ) I đm ( A ) U kích từ ( V ) I kích từ ( A ) Phạm vi điều chỉnh tốc độ 220 140 220 15 20:1 Yêu cầu : Mạch phải đảm bảo độ trơn và ổn định tốc độ ,đồng thời có khâu bảo vệ quá tải và chông mất kích từ . Đồ án gồm 5 chơng nh sau : - Chơng I : Giới thiệu chung về động cơ một chiều - Chơng II : Chọn phơng án mạch lực - Chơng III : Tính toán mạch lực - Chơng IV : Mạch điều khiển - Chơng V : Mô phỏng mạch điều khiển 4 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng LI NểI U Trong nền sản suất hiện đại ,máy điện một chiều đợc coi là một loại máy điện quan trọng . Nó đợc dùng làm động cơ điện ,máy phát điện hay dùng trong các điều kiện làm việc khác . Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt ,vì vậy máy đợc dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép ,hàm mỏ ,giao thông vận tai Mặc dù động cơ điện có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp ,nhng luôn đi kèm với nó là những yêu cầu về điện áp ,dòng điện Chính vì vậy cần một phơng pháp nhằm đáp ứng đợc những yêu cầu trên . Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ,nghiên cứu những ứng dụng các linh kiện bán dẫn làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trinh biên đổi điện năng . Hiện nay các thiết bị điện tử công suất chiếm hon 30% trong số các thiết bị của một xí nghiệp hiện đại . Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới, dây truyền sản xuất mới ,đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ s điện những kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý . Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thầy cô trong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em từng bớc tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án môn học điện tử công suất . Đối với những sinh viên năm thứ 3 ,đây là lần đàu tiên tiếp xúc với thực tế .Chính vì vây , trong quá trình thc hiện đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót nên em kính mong thây cô thông cảm và bỏ qua cho chúng em . 5 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp và đăc biệt là thầy giáo Đỗ TRọNG TíN đâ tận tinh hứơng dẫn em hoàn thành đồ án này . Sinh viên Dơng Đức Anh Chng 1 : TèM HIU V NG C IN MT CHIU Trong nn sn xut hin i, mỏy in mt chiu vn c coi l mt loi mỏy quan trng. Nú cú th dựng lm ng c in, mỏy phỏt in hay dựng trong nhng iu kin lm vic khỏc. ng c in mt chiu cú c tớnh iu chnh tc rt tt, cú nhiu u vit hn so vi loi ng c khỏc. Khụng nhng nú cú kh nng iu chnh tc d dng m cu trỳc mch lc, mch iu khin n gin hn ng thi li t cht lng iu chnh cao trong di iu chnh tc rng. ng c in mt chiu c dựng nhiu trong nhng ngnh cụng nghip cú yờu cu cao v iu chnh tc nh cỏn thộp, hm m, giao thụng vn ti I. CU TO NG C IN MT CHIU Cu to ng c in mt chiu cú th chia thnh hai phn chớnh l phn tnh (stato) v phn quay (rụto) 1. Phn tnh hay stato õy l phn ng yờn ca ng c, bao gm cỏc b phn chớnh sau: a. Cc t chớnh : Cc t chớnh l b phn sinh ra t trng gm cú lừi st cc t v dõy qun kớch t lng ngoi lừi st cc t. Lừi st cc t lm bng nhng lỏ thộp k thut in hay thộp cỏcbon dy 0,5 mm n 1 mm ộp li v tỏn cht. Trong ng c nh cú th 6 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng dựng thộp khi. Cc t c gn cht vo v mỏy nh bulụng. Dõy qun kớch t c qun bng dõy ng bc cỏch in v mi cun dõy u c bc cỏch in k thnh mt khi v tm sn cỏch in trc khi t trờn cỏc cc t. Cỏc cun dõy kớch t t trờn cỏc cc t ny c ni ni tip vi nhau. b. Cc t ph : Cc t ph c t gia cỏc cc t chớnh v dựng ci thin i chiu. Lừi thộp ca cc t ph thng lm bng thộp khi v trờn thõn cc t ph cú t dõy qun m cu to ging nh dõy qun cc t chớnh. Cc t ph cng c gn vo v mỏy nh nhng bulụng. c. Gụng t : Gụng t dựng lm mch t ni lin cỏc cc t, ng thi lm v mỏy. Trong ng c nh v va thng dựng thộp tm dy un v hn li. Trong ng c in ln thng dựng thộp ỳc. Cú th dựng gang lm v mỏy trong ng c in nh. d. Cỏc b phn khỏc : - Np ng c : bo v ng c khi b nhng vt ngoi ri vo ln h hng dõy qun hay an ton cho ngi khi chm phi in. Trong ng c in nh v va, np ng c cũn cú tỏc dng lm giỏ bi. Trong trng hp ny np ng c thng lm bng gang. - C cu chi than : a dũng in t phn quay ra ngoi. C cu chi than gm cú chi than t trong hp chi than v nh mt lũ xo tỡ cht lờn c gúp. Hp chi than c c nh trờn giỏ chi than v cỏch in vi giỏ. Giỏ chi than cú th quay c iu chnh v trớ chi than cho ỳng ch. Sau khi iu chnh xong thỡ dựng vớt c nh cht li. 2. Phn quay hay rụto Phn quay gm cú nhng b phn sau: a. Lừi st phn ng Lừi st phn ng dựng n t. Thng dựng nhng tm thộp k thut in (thộp hp kim silic) dy 0,5 mm ph cỏch in mng hai mt ri ộp cht li gim hao tn do dũng in xoỏy gõy nờn. Trờn lỏ thộp cú dp hỡnh dng rónh sau khi ộp li thỡ t dõy qun vo. Trong nhng ng c c trung tr lờn, ngi ta cũn dp nhng l thụng giú khi ộp li thnh lừi st cú th to c nhng l thụng giú dc trc. Trong nhng ng c in ln hn thỡ lừi st thng chia thnh tng on nh. Gia cỏc on y cú mt khe h gi l khe thụng giú ngang trc. Khi ng c lm vic, giú thi qua cỏc khe lm ngui dõy qun v lừi st. Trong ng c in nh, lừi st phn ng c ộp cht trc tip vo trc. Trong ng c in ln hn, gia trc v lừi st cú t giỏ rụto. Dựng giỏ rụto cú th tit 7 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng kim thộp k thut in v gim nh trng lng rụto. b. Dõy qun phn ng Dõy qunphn ng l phn sinh ra sut in ng v cú dũng in chy qua. Dõy qun phn ng thng lm bng dõy ng cú bc cỏch in. Trong ng c in nh (cụng sut di vi kilụoat) thng dựng dõy cú tit dn trũn. Trong ng c in va v ln, thng dựng dõy tit din hỡnh ch nht. Dõy qun c cỏch in cn thn vi rónh ca lừi thộp. trỏnh khi quay b vng ra so sc ly tõm, ming rónh cú dựng nờm ố cht hoc phi ai cht dõy qun. Nờm cú th lm bng tre, g hay bakờlit. c. C gúp C gúp (cũn gi l vnh gúp hay vnh i chiu) dựng i chiu dũng in xoay chiu thnh mt chiu. C gúp cú nhiu phin ng cú uụi nhn cỏch in vi nhau bng lp mica dy 0,4 n 1,2 mm v hp thnh mt tr trũn. Hai u tr trũn dựng hai vnh p hỡnh ch V ộp cht li. Gia vnh gúp cú cao hn mt ớt hn cỏc u dõy ca cỏc phn t dõy qun vo cỏc phin gúp c d dng. d. Cỏc b phn khỏc : - Cỏnh qut : dựng d qut giú lm ngui ng c. ng c in mt chiu thng c ch to theo kiu bo v. hai u np ng c cú l thụng giú. Cỏnh qut lp trờn trc ng c. Khi ng c quay, cỏnh qut hỳt giú t ngoi vo ng c. Giú i qua vnh gúp, cc t, lừi st v dõy qun ri qua qut giú ra ngoi lm ngui ng c. - Trc ng c : trờn ú t lừi st phn ng, c gúp, cỏnh qut v bi. Trc ng c thng c lm bng thộp cỏcbon tt. II. CC THễNG S NH HNG: Phng trỡnh c tớnh c in : = K U u - K RR fu + I Phng trỡnh c tớnh c : = K U u - 2 )( K RR fu + M T phng trỡnh c tớnh trờn ta thy cú 3 thụng s nh hng ti c tớnh c: - nh hng ca in tr phn ng : thay i in tr phn ng ta ni thờm in tr ph R f vo mch phn ng. R f cng ln thỡ tc ng c cng gim, ng thi dũng in ngn mch v mụmen ngn mch cng gim. - nh hng ca in ỏp phn ng : Khi gim in ỏp thỡ mụmen ngn mch gim, dũng in ngn mch gim v tc ng c cng gim ng vi 1 ph ti nht nh. - nh hng ca t thụng : Thay i t thụng bng cỏch thay i dũng I kt ng c. Khi gim t thụng thỡ vn tc ng c tng. 8 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng III. S NGUYấN Lí NG C IN MT CHIU Khi ngun in mt chiu cú cụng sut khụng ln thỡ mch in phn ng v mch kớch t mc vo hai ngun mt chiu c lp vi nhau, lỳc ny ng c c gi l ng c kớch t c lp. tin hnh m mỏy, t mch kớch t vo ngun U kt , dõy cun kớch t sinh ra t thụng . Trong tt c cỏc trng hp, khi m mỏy bao gi cng phi m bo cú max tc l phi gim in tr ca mch kớch t R kt n nh nht cú th. Cng cn m bo khụng xy ra t mch kớch thớch vỡ khi ú = 0, M = 0, ng c s khụng quay c, do ú E = 0 v theo biu thc U = E + R I thỡ dũng in I s rt ln lm chỏy ng c. Nu mụmen do ng c in sinh ra ln hn mụmen cn (M > M c ) rụto bt u quay v sut in ng E s tng lờn t l vi tc quay n. Do s xut hin v tng lờn ca E , dũng in I s gim theo, M gim khin n tng chm hn. IV. PHNG PHP IU CHNH TC NG C IN MT CHIU T biu thc : = K U u - 2 )( K RR fu + M ta thy rng vic iu chnh tc ng c in mt chiu cú th thc hin c bng cỏch thay i cỏc i lng , R , U. 1. iu chnh tc bng cỏch thay i in tr phn ng ng vi mi giỏ tr ca R f cú mt c tớnh c khỏc nhau trong ú R f = 0 l c tớnh c t nhiờn. Ta thy nu R f cng ln thỡ c tớnh c s cú dc cng cao ngha l tc thay i nhiu khi ti thay i. Phng phỏp ny ch cho phộp iu chnh tc trong vựng di tc quay nh mc v luụn kốm theo tn hao nng lng 9 Mc 0 Rn(TN) R f1 Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng trờn in tr ph, lm gim hiu sut ca ng c in. Vỡ vy phng phỏp ny ch ỏp dng ng c cú cụng sut nh 2. iu chnh tc bng cỏch thay i t thụng iu chnh t thụng kớch thớch ca ng c in mt chiu l iu chnh mụmen in t ca ng c M = K I v sc in ng quay ca ng c E = K Mch kớch t ca ng c l mch phi tuyn nờn h iu chnh t thụng cng l h phi tuyn: i k = kb k rr e + + k dt d trong ú r k in tr dõy qun kớch thớch r b in tr ca ngun in ỏp kớch thớch k s vũng dõy ca dõy qun kớch thớch Thng khi iu chnh in ỏp phn ng c gi nguyờn bng giỏ tr nh mc, do ú c tớnh c thp nht trong vựng iu chnh t thụng chớnh l c tớnh cú in ỏp phn ng nh mc, t thụng nh mc v c gi l c tớnh c bn. Vỡ = u R K 2 )( nờn cng c tớnh c gim rt nhanh khi ta gim t thụng tng tc cho ng c 3. iu chnh tc bng thay i in ỏp phn ng Khi thay i in ỏp t vo phn ng ng c ta c mt h c tớnh c song song vi c tớnh c t nhiờn. 10 n (3) (2) (1) [...]... 2.0 ,1 = 11 ,8(cm) Đờng kính trong của cuộn sơ cấp Dt1 = Dt + 2 S 01 = 11 ,8 + 2 0 ,1 = 12 (cm) Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp cd 11 = 0 ,1( mm) Bề dày cuộn sơ cấp Bd1 = (a1 + cd 11) n 11 = (1, 45+0 ,1) .6 ,1 = 8,9(mm) = 0,89(cm) Đờng kính ngoài của cuộn sơ cấp Dn1 = Dt1 + 2 Bd1 = 12 + 2.0,89 = 13 ,78(cm) Đờng kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (12 + 13 ,78 )/2 = 12 ,89... W1 hoặc W2 cần tính trên số vòng dây trên một lớp W1d = W1 410 = 8,45(lop ) = W1l 49 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : w b 49.0,47 h1 = 11 1 = = 24,24(cm) ke 0,95 Tính chiều dài của các cuộn dây đồng Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S 01= 0 ,1 (cm) Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a 01= 1, 0(cm) Đờng kính trong của ống cách điện Dt = dfe + 2 a 01 2 S 01 = 10 + 2 .1 - 2.0 ,1. .. = (0 ,14 5 + 0, 01) 4 = 0,62 (cm) Đờng kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 Bd2 = 15 ,78+ 2 0,62 = 17 ,02(cm) Đờng kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (15 ,78 + 17 ,02) / 2 = 16 ,4(cm) Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = w2 Dtb2 = 232 .14 ,76 = 11 953 ,13 (cm) l2 11 9,53 (m) Đờng kính trung bình các cuộn dây: D12 = ( Dt1 + Dn2 ) / 2 = (12 + 17 ,02 )/2 = 14 , 51( cm) r12 = D12/2... Chiều dài dây cuộn sơ cấp : l1 = W1 Dtb = 410 12 ,89 = 16 603,0 (cm) = 16 6,03 (m) Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd 01 = 1, 0(cm) + Kết cấu dây quấn thứ cấp 22 Đồ án điện tử công suất Thăng Nguyễn ngọc Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp h1 = h2 = 25 (cm) Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: w12 = h2 25 k e = 0,95 58 (vòng) b2 0, 41 Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp : n12... (lớp) w12 58 (Chọn số lớp dây cuốn n12 = 4 lớp ,) Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp : h2 = w 12 b 2 34.0, 41 = = 14 ,67 (cm) ke 0,95 Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp là: a12= 1, 0 (cm) Đờng kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2 a12 = 13 ,78 + 2 .1, 0 = 15 .78 (cm) rt2 = Dt2/2 =7,89 (cm) Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0 ,1( mm) Bề dầy cuộn thứ cấp : Bd2 = (a2 + cd22) n12... =2.34 ; ks =1. 05 ; k =3/ ; m = 3 ; Theo các giá trị sụt áp trên van ta tính đợc nh sau : Ud0 = U d + U ba + U v + U ck (1) 1 ( a + b + U1 ) Trong đó : Uba =11 (V) ; Uv = 1. 15 (V) ; Uck =11 (V) ; U1 =0.05 a= b= m * k k 2u *ks * e x = 0.0399 2m * e = 0.0209 k u * ks ẻ 2 Thay vào công thức 1 ta có : 18 Đồ án điện tử công suất Thăng Ud0 = Nguyễn ngọc 220 + 2 *1. 15 + 11 + 11 = 274.74 275(V ) 1 ( 0.0399... + R1 2 W 1 2 ] Id Trong đó: R1, R2: điện trở thuận của các cuộn dây R1 = Cu 16 6030 l1 = 0.000 017 2* =0.043 () 66 s l2 11 9530 s 66 R2 = Cu = 0.000072* Với Cu = 0,000 017 2 mm Id : dòng tải một chiều * Điện áp ra trên quận kháng: Ux = =0.0 31 () 1 m f nd Trong đó: R n = 8 2 W22 bk h Bd + Bd 2 7 cd + 1 .10 3 mf: số pha biến áp W2 : số vòng dây thứ cấp biến áp Rbk: bán kính dây thứ cấp l : chiều. .. dây Ta có : I1 = k s1 * Pmax 1. 05 * 38500 = = 18 3.75( A) U1 220 19 Đồ án điện tử công suất Thăng I2 = Nguyễn ngọc S 2ba 1. 05 * 38500 = = 343.98( A) U2 11 7.52 * / Tính vòng dây của mỗi cuộn dây ; Ta có : Số Vôn/vòng = 4.44*B*Q*f *10 -4 B = 1. 5 (T); Q=84(cm2); f = 50(Hz) Thay số : Số vòng dây của cuộn một : Số Vôn/vòng = 4.44 *1. 5*84*50 *10 -4 =1. 8648 W1 = ( Số Vôn/vòng)*U1 = 1. 8648*220 = 410 (vòng) W2 =(Số... 69 ,13 (cm) - Thể tích lõi thép: Vth = 2ab (a+h+c) = 11 520 (cm3) *) Tính điện trở của dây quấn ở t0 = 200C đảm bảo độ sụt áp cho phép: U = 7,5%Uđm = Tmt = 400C ; Theo tính toán: r20 = 7,5 x 220 = 16 ,5(v) 10 0 T = 500C U / I d 16 ,5 = 3 1 + 4,26 .10 ( Tmt + T 20 ) 14 0 [1 + 4,26 .10 3 (90 20)] r20 = 0,0 91( ) *) Số vòng dây của cuộn cảm W = 414 r20 s cs 0,0 91. 240 = 414 = 232(V ) l dq 69 ,13 *) Tính mật độ từ. .. 69 ,13 *) Tính mật độ từ trờng H = 10 0 * W I d 232 .14 0 = 10 0 * = 5 413 3( A / m) l th 60 *) Tính cờng độ từ cảm U 10 4 16 ,5 .10 4 = = 0,0267(T ) = 4,44W f đm sth 4,44.232.50.6 .12 0 *) Tính hệ số từ thẩm: Theo thực nghiệm ta có: H à = 542 10 00 0, 75 10 6 = 0.272 .10 4 Trị số điện cảm nhận đợc à W 2 s th 0,272 .10 4 232 2 12 0 = = 0,0293( H ) Ltt = 10 0.l th 10 0.60 27 Đồ án điện tử công suất Thăng Nguyễn