Xây dựng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha công suất 3kW dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ

Xây dựng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha công suất 3kW dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ dị bộ

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 khơng 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 cơng suất, Thyristor có cực khố hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ dùng động dị khai thác mạnh 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 : Chương : Tổng quan động dị Chương : Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều Chương : Xây dựng thiết kế điều chỉnh điện áp Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TSKH Thân Ngọc Hồn hướng dẫn tận tình cho em trình làm đồ án vừa qua Đến hơm em hồn thành đồ án khả năg thời gian có hạn nên chắn cịn 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 hơm em hồn thành nhiệm vụ học tập CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DỊ BỘ 1.1 ĐỘNG CƠ DỊ BỘ 1.1.1 Cấu tạo Động khơng 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 khơng 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 fucơ Lá thép stato có dạng hình vành khăn phía đục rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato roto không Mạch từ đặt vỏ máy Ở máy có cơng 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 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 cịn đục rãnh thơng gió dọc thân roto Mạch điện: Đây phần tạo nên khác biệt động dị roto lồng sóc với động dị roto dây Mạch điện loại roto làm nhôm đồng thau Nếu làm nhơm đúc trực tiếp vào rãnh roto, hai đầu đúc hai vòng ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, mà gọi roto ngắn mạch Nếu làm đồng làm dẫn đặt vào rãnh, hai đầu gắn với hai vịng ngắn mạch kim loại Bằng cách hình thành cho ta lồng có tên roto lồng sóc Giữa dây lõi thép thực cách điện với 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) Hình 1.2: Cách tạo từ tr-ờng quay máy điện dòng in ba pha Do cuộn dây roto ngắn mạch, nên có dòng điện chạy dẫn cuộn dây 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 mơ men quay Mơ men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thơng móc vịng với cuộn dây Nhưng stato gắn chặt cịn 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 khơng cắt dẫn nữa, khơng có sđd cảm ứng, E2 = dẫn tới I2 =0 mô men quay không, roto chậm lại từ trường lại cắt dẫn, nên có sđđ, có dịng mơ men nên roto lại quay Do tốc độ quay roto khác với tốc độ quay từ trường nên xuất độ trượt định nghĩa sau: S n n tt 100% n tt (1.3) Do tốc độ quay roto có dạng: n= ntt(1-s) Do n (1.4) ntt nên (ntt –n) tốc độ cắt dẫn roto từ trường quay Vậy tần số biến thiên sđđ cảm ứng roto biểu diễn bởi: n tt f2 np n tt n tt n p n tt 60 60 n tt p n tt n 60 n tt sf1 (1.5) Khi roto có dịng I2 chạy, sinh từ trường quay với tốc độ 60 f p ntt 60 sf1 p sntt (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 dịng điện chạy I1 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 dịng I1 sinh từ thơng từ thơng tản Từ thơng tản gây trở kháng X1 (X1 = L1) Điện trở cuộn dây stato R1, cân sđđ mạch stato là: U E I 10 R1 (1.10) j I 10 X Dòng I2 sinh gồm từ thơng từ thơng 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: E I R2 E2 j I X2 I R2 (1.11) j I X2 Từ (1.11) ta tính dịng I2 theo biểu thức: I2 E2 2 (1.12) X 22 R 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: I2 = sE20 2 R E20 ( sX 20 ) R s (1.14) ( X 20 ) 2 Phương trình (1.14) thực chất ta thực việc chuyển đổi cho tần số roto tần số stato Nếu ta thực việc chuyển đổi điện áp ta thay động dị mạch điện đơn giản sau đây: X1 R1 X'2 R'2 X0 R'2 s R0 Hình 1.3: Sơ đồ mạch thay động dị 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 Về nguyên lý, máy điện không đồng làm việc máy phát điện động không đồng Ở chế độ làm việc động cơ, lượng điện cung cấp từ lưới điện chuyển sang rơ to từ trường quay Dịng 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=m1IFe2RFe Tổn hao thép phụ thuộc vào tần số Tổn hao lõi thép phía rơ 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 ' 2 R2' = m1I '2 2R2‟+ m1I '2 2R2‟ s s s (1.17) Thành phần thứ tổn hao đồng cuộn dây rô to: PCu2 = m1I '2 2R2‟= m2I 22 R2 (1.18) Phần cơng suất cịn lại chuyển sang công học trục động vậy: Pcơ = m1I '2 2R2‟ s = m1I 22 R2 s s (1.19) s Công suất chuyển sang cơng suất hữu ích P2 tổn hao loại ( PCơ) như: ma sát ổ bi, quạt gió, ma sát rơ to với khơng khí v.v ngồi cịn 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 P P1 P (1.22) P1 Sơ đồ lượng máy điện dị biểu diễn hình 1.4 PCu1 PFe P1 Từ trường PCu2 PCơ+ Pp Pđt P2 Hình 1.4: Sơ đồ lượng động dị 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 (1.23a) Do mơ men điện từ máy điện khơng đồng tính biểu thức: M= Pdt (1.23) co Ở phút, n 60 = f1 , n-tốc độ quay rơ to tính vịng p tt p độ góc quay từ trường đo rad/giây, p-số đôi cực Thay tt-tốc công suất điện từ (1.17) ta được: M=m1I ' R2' s co (1.24) Biểu thức mô men điện từ máy điện không đồng cịn nhận dạng khác sau: Thay vào (1.24) giá trị I2‟ biểu thức (1.14) cos có giá trị: R2' R2' cos 2= s s s R s ' R2' ' R X ' R2' 2 X 2' s Ta nhận được: M= E2' s pm1 tt '2 R X '2 Hay: M = kI‟2 cos chiều, k= I 2' R2' 4,44 kcd1W1 f1m1 p = I‟2 cos f1 s có dạng mơ men máy điện dòng (1.24b) (1.24a) 4,44kcd1W1 1m1 p Chúng ta cịn có cách khác để tính mô men điện từ điện không đồng Trước hết tính dịng I2‟ Ta dùng sơ đồ tương đương gần ( hình 1.3) Theo sơ đồ ta có: U1 I2 ‟ = R1 R2' s (1.25) X1 X '2 Thay vào (1.29) ta được: M= U12 pm1 tt R1 R2' s X1 X '2 R2' s (1.26) Đây biểu thức mô men điện từ máy điện khơng đồng bộ, có giá trị đo [Nm], muốn đo [KGm] phải chia cho 9,81 1.2.3 Đặc tính động dị Đặc tính định nghĩa mối quan hệ hàm tốc độ quay mô men điện từ động n=f(M) Để dựng mối quan hệ này, trước hết ta nghiên cứu công thức (1.25) mối quan hệ M=f(s) gọi đặc tính tốc độ động Từ biểu thức ta nhận thấy mối quan hệ mô men độ trượt mối quan hệ phi tuyến Để khảo sát tìm cực trị Đầu tiên ta tính: dM =0 ds (1.27) Sau tính đạo hàm mơ men rồi, cho ta tìm độ trượt tới hạn có giá trị sau: sth= R2' ( X X 2, ) R1 (1.28) Ở sth-là độ trượt tới hạn, tức giá trị độ trượt xuất mơ men cực đại cực tiểu Dấu‟+‟ ứng với chế độ động dấu „-„ ứng với chế độ máy phát Thay sth vào (1.31) ta có: pU12 Mmax= tt R1 R X1 X '2 (1.29) Dấu “+” cho chế độ động cơ, dấu trừ cho chế độ máy phát Để dựng đặc tính M=f(s) ta nhận thấy, s nhỏ R1 R2' >> X1+X‟2 bỏ s qua X1+X‟2 ta có mối quan hệ tuyến tính (hình 1.5), cịn s lớn 10 ... chỉnh tốc độ động điện cần thiết Khi mô men cản trục động thay đổi, tốc độ động thay đổi, thay đổi tốc độ không gọi điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ động không đồng trình thay đổi tốc độ động. .. khơng đổi giảm điện áp từ Uđm tới 0,9Uđm tốc độ thay đổi, điện áp giảm tới 0,7Uđm mơ men động nhỏ mơ men cản, động bị dừng điện Đặc điểm phương pháp điều chỉnh tốc độ điều chỉnh điện áp nguồn cung... PCơ+ Pp Pđt P2 Hình 1.4: Sơ đồ lượng động dị 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 (1.23a) Do mơ men điện