Thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ

đồ án điện tử công suất Lời nói đầu Ngày kinh tế đất nớc ngày phát triển- ngành công nghiệp điện giữ vai trò vô quan trọng Kỹ thuật điện tử- tin học - điện tử công suất ngành mũi nhọn phát triển lĩnh vực kỹ thuật đại Đến điện tử công suất phát triển không ngừng nhằm nghiên cứu ứng dụng để phục vụ cho nhu cầu sản xuất sinh hoạt đời sống Trong khoảng thời gian ngắn từ đời hoàn thiện cá linh kiện điện tử công suất nh thyristor (1948), diôt công suất GTO, MOSFET công suất có bớc tiến nhảy vọt với tính dòng điện, điện áp, tốc dộ chuyển mạch ngày dợc nâng cao mang lại nhiều thay đổi lớn sâu sắc hầu hết lĩnh vực khác đời sống Dần trở thành công cụ quan trọng cách mạng kỹ thuật trình độ cao mà điểm trung tâm Tự Động Hoá _ xuất phát từ yêu cầu thực tế với kiến thức đợc học chúng em nhận đợc đồ án với đề tài: Thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động đồng Đây bớc đầu làm quen với công việc sau em Trong thời gian làm đồ án thiếu kinh nghiệm nh kiến thức hạn chế nên đồ án em tránh khỏi thiếu sót Nhng đợc hớng dẫn thầy cô, đồ án em đợc hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! đồ án điện tử công suất Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động đồng có tham số sau: Điện áp kích từ định mức Uktđm = 150 V - DC Công suất kích từ định mức Pktđm = 48 kW Điện áp kích từ cực đại (quá kích từ) Uquá kt = 280 V Điện trở khởi động Rk/động = 1,6 Điện áp lới điện x 380 V Mạch đảm bảo trình khởi động cho động theo chế độ khởi động không đồng Trong trình làm việc phải cho phép chế độ kích thích thời gian đến vài chục giây (điều chỉnh đợc) Mục lục đồ án điện tử công suất Trang Phần I Giới thiệu chung động đồng A_Cấu tạo nguyên lý hoạt động I Cấu tạo II Nguyên lý hoạt động B_Các đặc tính làm việc động đồng Phần II Phân tích tổng thể nguồn cung cấp cho kích từ động cơ.Nêu u nhợc điểm phơng án để chọn mộtphơng án phù hợp cho mạch lực mạch điều khiển I Mạch lực II Mạch điều khiển Phần III Thuyết minh chi tiết hoạt động toàn sơ đồ nguyên lý mạch, kèm theo sơ đồ minh hoạ I Sơ đồ nguyên lý II Nguyên lý hoạt động mạch phát xung mở thyristor Phần IV Tính toán mạch lực I Chọn van II Tính toán máy biến áp lực III Tính toán mạch từ IV Tính chọn thiết bị bảo vệ cho mạch động lực Phần V Tính toán mạch điều khiển Tính biến áp xung Tính tầng khuếch đại cuối Chọn cổng AND Tính chọn khâu đồng pha Tính chọn tầng so sánh khuếch đại thuật toán Tính chọn xung chùm Tính điều chỉnh Tạo nguồn nuôi Tính biến áp nguồn nuôi đồng pha 10 Tính điốt cho chỉnh lu nguồn nuôi Bảng trị số toàn phần tử linh kiẹn tính toán Phần I: Giới thiệu chung động đồng 3 11 16 18 20 21 22 29 31 32 33 34 34 35 36 36 37 39 40 đồ án điện tử công suất A Cấu tạo nguyên lý hoạt động I Cấu tạo: gồm phần 1.1 Phần ứng: (Rôto) đợc chia làm loại: Rôto cực ẩn Rôto cực lồi 1.1.1 Rôto cực ẩn: - Rôto động đồng cực ẩn đợc làm thép hợp kim chất lợng cao, đợc rèn thành khối trụ, sau gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay rãnh hình thành mặt cực từ Động đồng cực ẩn thờng đợc chế tạo với số cực 2p =2, tốc độ quay rôto 3000 vòng/phút, đờng kính D rôto không vợt 1,1 ữ 1,5 m Chiều dài tối đa rôto khoảng 6,5 m - Dây quấn kích từ đặt vào rãnh rôto đợc làm từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật, quấn theo chiều mỏng thành bối dây đồng tâm Các vòng dây bối dây đợc cách điện với lớp mica mỏng Hình 1_1: Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto 1.1.2 Rôto cực lồi: - Thờng có tốc độ quay thấp nên đờng kính rôto D lên đến 15 m chiều dài lại ngắn với tỷ lệ l/D = 0,15 ữ 0,2 - Với máy có công suất nhỏ trung bình có lõi thép đợc chế tạo thép đúc gia công thành khôi lăng trụ khối hình trụ mặt có đặt cực từ - Với máy lớn lõi thép đợc ghép thép dày mm, đợc dập đúc định hình để ghép thành khối lăng trụ, lõi thờng đợc dặt giá đỡ rôto Cực từ đặt lõi thép rôto đợc ghép thép dày 1,5 mm (Hình 1_2) - Việc cố định cực từ lõi thép thực nhờ đuôi hình chữ T bu lông xuyên qua mặt cực từ vít chặt vào lõi thép rôto - Dây quấn mở máy đợc đặt đầu cực, dây quấn giống kiểu lồng sóc làm dồng đặt vào rãnh đầu cực đợc nối hai đầu bối vòng ngắn mạch (Hình 1_3) đồ án điện tử công suất Hình 1_2: Cực từ máy đồng cực lồi thép cực từ; dây quấn kích thích đuôi hình; nêm; lõi thép rôto Hình 1_3: Dây quấn cản (dây quấn mở máy) máy điện đồng + Vành góp chổi than: - Vành góp: gồm phiến góp đợc cách điện với nhau, phiến góp đợc nối với bối dây để đa dòng điện chiều vào dây quấn kích từ - Chổi than: bon đợc tiếp xúc với vành góp để đa dòng điện vào rôto - Ngoài có cực từ phụ hệ thống làm mát, vỏ 1.2 Stato: (phần cảm) - Stato máy đồng cực lỗi có cấu tạo tơng tự nh máy đồng cực ẩn - Stato phần tạo từ trờng tĩnh động cuộn dây quấn fa thân máy, nắp máy - Lõi thép stato ghép tôn silíc dây 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện, dọc chiều dài lõi thép stato cm lại có rãnh thông gió ngang trục rộng 10 mm - lõi thép stato đợc đặt cố định thân máy - Nắp máy đợc chế tạo từ thép tấm, gang đúc - máy đồng công suất trung bình lớn ổ trục không nắp máy mà giá đỡ, trục đặt cố định bệ máy đồ án điện tử công suất II Nguyên lý hoạt động: - Mômen quay động dòng điện dây quấn stato rôto sinh - Rôto với cực từ có từ trờng Ft đợc quay với tốc độ n, tần số f= p.n 60 (p: số đôi cực rôto) - Trong fa stato sing từ trờng quay F có tốc độ n1 n1 = 60 f p - Từ hai biểu thức ta có n = n nghĩa tốc độ quay n rôto đồng n1 từ trờng quay B Các đặc tính làm việc động đồng +) Hệ kích từ máy đồng phải đảm bảo: đồ án điện tử công suất - Điều chỉnh dòng kích từ It = Ut/rt để trì điện áp U điều kiện làm việc bình thờng ( cách điều chỉnh điện áp kích thíchUt) - Cỡng kích thích để giữ đồng máy phát với lới điện áp lới hạ thấp xảy cố ngắn mạch xa Muốn hệ kích thích phải có khả tăng nhanh khoảng thời gian ngăn - Triệt từ trờng kích từ, nghĩa giảm nhanh dòng It đến không (khi cố ngắn mạch nội dây quấn stato) mà điện áp điện trở triệt từ R T không vợt lần Utđm để bảo vệ cách điện dây quấn kích từ + Các đặc tính động đồng làm việc với dòng điện kích từ i t = const lới điện có U, f = const bao gồm quan hệ P1, T1, , cos = f(P2), thờng làm việc với góc = 200 - 300 + Đặc điểm động đồng làm việc cos cao không tiêu thụ công suất phản kháng Q lới điện nhờ thay đổi dòng kích từ it Điều thấy dựa vào đặc tính chữ V, tức quan hệ I = f(it) + Ta thay đổi chế độ làm việc động đồng khi: - Khi dòng kích từ dòng định mức động tiêu thụ công suất tác dụng (nh tải trở) - Khi dòng kích từ nhỏ dòng định mức máy điện làm việc chế độ động cơ, hệ số cos thấp tiêu thụ công suất điện cảm lới - Khi dòng kích từ lớn dòng định mức máy điện làm việc nh máy phát bù cos, tăng hệ số cos cho hệ thống, nói cách khác động phát công suất phản kháng (có tính chất dung kháng) vào lới điện Dựa vào chế độ kích từ động đồng đễ nâng cao hệ số công suất cos lới điện 1,2 P1 cos 0,8 0,6 I1 0,4 0,2 P2 0,2 0,4 0,6 0,8 - Đặc tính động ĐB M Mmax đồ án điện tử công suất = f p = = const f_ tần số dòng điện p_ số đôi cặp cực - Đặc tính mômen góc phụ tải + Phơng trình mômen góc phụ tải M() U1 E1 U M= Sin X E1 A B I1 Vậy từ đặc điểm, tính chất động đồng ta phải chọn mạch tự động cấp kích từ cho động làm việc ổn định, thay đổi điện áp kích từ nhạy để giữ đồng cho máy phát Do ta chọn mạch chỉnh lu điều khiển cầu pha để làm điều chỉnh kích từ cho đồng đồng bộ, ta thay đổi dòng kích từ cách dễ dàng việc thay đổi góc mở van mạch chỉnh lu Phần II: Phân tích tổng thể nguồn cung cấp cho kích từ động Nêu u nhợc điểm phơng án để chọn đồ án điện tử công suất phơng án phù hợp cho mạch lực mạch điều khiển * Hệ thống truyền động gồm khâu Mạch lực Mạch điều khiển Mạch hồi tiếp tốc độ Mạch hồi tiếp điều áp kích từ I Mạch lực: - Là mạch cấp kích từ nên cần ổn định Ukt = const Với yêu cầu: Điện áp kích từ định mức Uktđm = 150 V - DC Công suất kích từ định mức Pktđm = 48 kW Điện áp kích từ cực đại (quá kích từ) Uquá kt = 280 V Điện trở khởi động Rk/động = 1,6 Điện áp lới điện x 380 V Ta chọn chỉnh lu cầu pha điều khiển Uf hoàn toàn: (Hình 2_1) A B C = 300 C Lc B Lb A La T1 cD T1 T3 b T5 D3 T T3 T1 D1 D2 a Ud T T2 t Lkđ Rkđ T Hình 2_1 D1 ia ib ic T1 t t +) Do nguồn xoay chiều pha 380v; yêu cầu U ktđm = 150V DC; UquáktD= 280 V; Pktđm = 48kW Vậy Iktđm = 320 A T2 iT1 máy biến áp pha +) Do dòng kích từ lớn nên ta chọn t +) ởDmạch kích từ T Lkt lớn nên điện áp kích từ không yêu cầu có độ phẳng 3cao iD1 Chọn van: t - Để R thay đổi dòng dùng chỉnh lu bán điều khiển L kích từ ta ia ia1 Thyristor hay chỉnh lu điều khiển thyristor - Với toán Iđm = 320 A, tần số f = 50 Hz ta chọn thyristor thờng hợp lý t + u nhựơc điểm: Bị hạn chế tần số nhng dòng điều khiển tơng đối lớn, uT1 nên dòng cho phép lớn Chọn sơ đồ đấu van: a/ Sơ đồ 1: Chỉnh lu điều khiển cầu pha bán điều khiển (Hình 2_2) t Uab Uac đồ án điện tử công suất Hình 2_2: +) Đặc điểm: - Ud = 6U (1 + cos ) Chỉ có chế độ chỉnh lu, chế độ nghịch lu phụ thuộc - Hệ số cosBA = cos Khi thay đổi góc mở lớn làm cho đồ thi Ud, ia đối xứng Tạo sóng hài biên độ sóng hài bậc cao gây nóng máy biến áp động thích hợp với tải trở (đèn, lò điện ) - Mạch điều khiển đơn giản, có van điều khiển ít, giai đoạn trùng dẫn Do có giai đoạn thyristor điôt pha dẫn dòng 10 đồ án điện tử công suất Imax = 4927,14 (A) < Idỉnh = 5000 A Iđỉnh : Đỉnh xung dòng điện max thyristor chọn - Kiểm tra tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3 ta có phơng trình: 2LBA dic = dt U Sin( - ) U dic 145 Ư max = = = 1109906,25.10 (A/s) 2.Z BA dt 2.0,16.10 dic dic = 200 (A/às) Ư max = 1,10 (A/às) < dt cp dt Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt - Hiệu suát thiết bị chỉnh lu: = 150.320 U d I d = = 0,80 =80% 60000 S III Tính chọn thiết bị bảo vệ cho mạch động lực: Bảo vệ nhiệt độ cho van dẫn: +) Chọn cách làm mát cho van cánh tản nhiệt Tính toán cánh tản nhiệt: - Tổn thất công suất thyristor: P = U.Ilv = 1,75.106= 187,72 (W) - Diện tích bề mắt toả nhiệt: P Stn = k tn Trong đó: P _ Tổn hao công suất (W) _ Độ chênh nhiệt độ so với môi trờng Chọn nhiệt độ môi trờng Tmt = 400C, nhiẹt độ làm việc cho phép thyristor Tcp = 1250C, chọn nhiệt độ cánh tản nhiệt Tlv = 800C = Tlv = Tmt = 80 40 = 400C ktn _ hệ số có xét đến điều kiện toả nhiệt, chọn ktn = w/m2 0C 32 đồ án điện tử công suất Thay số: Stn = 187,25 = 0,585 (m2) 8.40 - Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thớc cánh: axb = 16x16 (cmxcm) Tổng diện tích tản nhiệt cánh: Stn = 14.4.12.12 = 8064 (cm2) = 0,8064 (m2) Bảo vệ dòng cho van: - Aptomát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch tải ngắn mạch thyristor, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp ngắn mạch chế độ nghịch lu - Chọn aptomat có: + Dòng điện cần chọn: Iđm = 1,1.I1d = 1,1 100 = 190 (A) Uđm = 220 (v) Có tiếp điểm đóng cắt tay nam châm điện + Chỉnh định dòng ngắn mạch: Inm = 2,5.I1d = 2,5 100 = 433 (A) + Dòng tải: Iqt = 1,5.I1d = 1,5 100 = 260 (A) + Chọn cầu dao có dòng định mức: Iqt = 1,1.I1d = 1,1 100 = 190 (A) - Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sữa chữa hệ thống truyền động **Dung dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngán mạch Ti rito-ngán mạch đầu chỉnh lu Nhóm 1cc +Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1cc I1CC = 1,1 I2 =1,1.262 =288,2 (A) Nhóm 2cc +Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2CC =1,1ILV =1,1.184,7 =203,2 (A) 33 đồ án điện tử công suất Nhóm 3cc +Dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3CC = 1,1.Id = 1,1.320 =352 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm 1cc loại 300 A , 2cc loại 200 A , 3cc loại 360 A Bảo vệ điện áp cho van: - Bảo vệ điện áp trình đóng cắt thyristor đợc thực cách mắc R-C song song với thyristor có chuyển mạch, điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng tạo dòng điện ngợc khoảng thời gian ngắn, biến thiên nhanh chóng dòng điện ngợc gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp Anod catod thyristor Ki có mạch R-C mắc song song với thyristor tạo mạch vòng phóng điện tích trình chuyển mạch nên thyristor không bị điện áp - Theo kinh nghiệm chọn: R = (5 ữ 30) ; C= (0,25 ữ 4) àF Ta chọn: R = 10 ; C = 0,25 àF Phần V: Tính toán mạch điều khiển Mạch điều khiển đợc tính xuất phát từ yêu cầu xung mở thyristor Các thông số để tính toán - Điện áp điều khiển thyristor : Uđk = 3,5 (v) - Dòng điện điều khiển thyristor : Iđk = 0,2 (A) - Độ rộng xung điều khiển : tx = 120 às - Tần số xung điều khiển : fx = 4,2 (KHz) 34 đồ án điện tử công suất - Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unn = 12 (V) - Mức sụt biên độ xung : Sx = 0,15 Tính biến áp xung: + Chịn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hoá có: B = 0,3 (T), H = 30 (A/m), khe hở không khí + Tỷ số biến áp xung: m = ữ chọn m = + Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Uđk = 3,5 (v) + Điện áp đặt cuộn sơ cấp máy biến áp xung: U1 = m.U2 = 3.3,5 = 10,5 (v) + Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung: I2 = Iđk = 0,2 (A) + Dòng điện sơ cấp biến áp xung: I1 = I2/m = 0,2/3 = 0,0666 (A) + Độ từ thẩm tơng đối trung bình lõi sắt: B 0,3 àtb = H = 1,25.10 6.30 = 8.103 (H/m) à0 : Độ từ thẩm không khí à0 = 1,25.10-6 (H/m) + Thể tích lõi thép cần có: V = Q.L = ( tb t x S x U I ) B 8.10 3.1,25.10 6.120.0,15.10,5.0,0666 V = = 1,3986 (cm3) 0,3 Chọn mạch từ tích V = 1,4 (cm 3) Với thể tích ta có mạch từ nh sau: a = 4,5 mm b = mm Q = 0,27 cm2 = 27 mm2 d D d = 12 mm D = 21 mm a b Chiều dài trung bình mạch từ: l = 5,2 (cm) + Số vòng dây quấn sơ cấp biến áp xung: - Theo định luật cảm ứng điện từ: U1 = W1.Q B dB = W1.Q t dt x U t x 10,5.100.10 = = 129,6 130 (vòng) B.Q 0,3.27.10 130 W + Số vòng dây thứ cấp: W2 = = = 43,3 44 (vòng) m W1 = + Tiết diện dây quấn sơ cấp: 35 đồ án điện tử công suất S1 = I1 0,0666 = = 11,1.10-3 (mm2) J1 Chọn mật độ dòng điện J1 = (A/mm2) + Đờng kính dây quấn sơ cấp: d1 = 4S1 = 4.11,1.10 = 0,11 (mm) Chọn dây dẫn có d1 = 0,1 (mm) + Tiết diện dây quấn thứ cấp: S2 = I2 0,2 = = 0,05 (mm2) J2 Chọn mật độ dòng điện J2 = (A/mm2) + Đờng kính dây quấn thứ cấp: d2 = 4S = 4.0,05 = 0,2523 (mm) Chọn dây có đờng kính d2 = 0,25 (mm) + Kiểm tra hệ số lấp đầy: 2 S1 W1 + S W2 d1 W1 + d W2 0,12.130 + 0,25 2.44 = = klđ = = 0,028 d d2 12 + + Nh cửa sổ đủ diện tích cần thiết Tính tầng khuếch đại cuối cùng: Đầu vào có xung điều khiển dạng xung chùm công suất bé, đầu có công suất lớn +) Chọn tranzitor công suất Tr3 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thông số: - Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si - Điện áp coletơ bazơ hở mạch emitơ: UCB0 = 40 v - Điện áp emitơ bazơ hở mạch coletơ: UEB0 = v - Dòng điện lớn coletơ chịu đựng: ICmax = 500 (mA) - Công suất tiêu tán coletơ: PC = 1,7 W - Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: T1 = 1750C - Hệ số khuếch đại: = 50 - Dòng làm việc coletơ: IC3 = I1 = 66,6 mA 36 đồ án điện tử công suất - Dòng làm việc bazơ: IB3 = IC3 66,6 = = 1,332 (mA) 50 Chọn nguồn cung cấp cho máy biến áp xung: E = +12v Với nguồn 12v ta phải mắc thêm điện trở R7 nối tiếp với cực emitơ Tr3 R7 = E U 12 10,5 = = 22,5k I1 66,6.10 Chọn R7 = 25 k + Tất diot mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: - Dòng định mức: Iđm = 10 mA - Điện áp ngợc lớn nhất: UN = 25v - Điện áp diot mở thông: Um =1v Chọn cổng AND: - Toàn mạch điều khiển phải dung cổng AND nên ta chọn IC_4081 họ COMS + Mỗi IC_4081 có cổng AND thông số - Nguồn nuôi IC: Vcc = ữ 18 v - Nhiệt độ làm việc: - 400C ữ 800C - Điện áp ứng với mức logic 1: ữ 4,5 v - Dòng điện: < 1mA - Công suất tiêu thụ: P = 2,5 nW/1cổng +) Chọn R6: - Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng đa vào bazơ tranzitor Tr3 Chọn R6 thoả mãn điều kiện: U 4,5 R6 I = 1,332.10 = 3,378k r3 Chọn R6 = 4,7 k Tính chọn khâu đồng pha: 37 đồ án điện tử công suất Điện áp vào hình sin điện áp hình ca âm - Điện áp đợc hình thành nạp tụ C1, mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có hcu kỳ điện áp lới tuyến tính số thời gian tụ nạp đợc T1 = R3.C1 = 0,005 (s) Chọn tụ C1 = 0,1 (àF) R3 = T1/C1 = 50.103 () Chọn R3 = 50 k - Để thuận tịên cho việc điều chỉnh lắp ráp mạch, R thờng chọn biến trở lớn 50 k - Chọn Tranzitor Tr1 loại A564 có thông số: + Là tranzitor pnp làm vật liệu Si + Điện áp coletơ bazơ hở emitơ: UCB0 = 25 v + Điện áp emitơ bazơ hở coletơ: UEB0 = v + Dòng điện lớn qua C chịu đựng: ICmax = 100 mA + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: Tcp = 1500C + Hệ số khuếch đại: = 250 + Dòng cực đại bazơ: IB1 = IC/ = 100/250 = 0,4 mA - Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào Bazơ Tr1 đợc chọn nh sau: Chọn R2 thoả mãn điều kiện R2 U N max 12 = = 30k I B1 0,4.10 Chọn R2 = 30 k Chọn biến áp xoay chiều đống pha UA = 9v Điện trở R1 để hạn chế dòng điện vào KĐTT A1 Thờng chọn R1 cho dòng vào KĐTT Iv < 2mA dó: R1 > UA = = 4,5k Iv 2.10 Chọn R1 = k Tính chọn tầng so sánh khuếch đại thuật toán: +) Tầng khuếch đại: - Mỗi kênh điều khiển phải dùng cổng KĐTT có kênh Các mạch khác chiếm cổng KĐTT Vậy ta chọn IC loại TL 084 có cổng KĐTT vỏ 38 đồ án điện tử công suất - Các thông số IC TL 084 + Điện áp nguồn nuôi: Vcc = (4 ữ 18) (v) Chọn 12 v + Hiệu điện đầu vào: 30 v + Nhiệt độ làm việc: T = -25 850C + Công suất tiêu thụ: P = 680 mW + Tổng trở đầu vào: Rvào = 106 M + Dòng điện đầu ra: Ira = 30 pA + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: dU = 13 v às dt +) Khâu so sánh: Đầu vào so sánh xung ca Urc điện áp điều khiển Uđk để tạo xung vuông đầu - KĐTT chọn TL084 Chọn R4 = R5 > Uv 12 = = 6k Iv 2.10 Chọn R4 = R5 = 10 k Tính chọn tạo xung chùm: 1 Mạch tạo cùm xung có tần số fx = 2.t = 2.120.10 = 4,167kHz x hay chu kỳ xung chùm T = = 240 (às); Ta có: T 39 đồ án điện tử công suất T = 2.R8.C.ln(1+2.R8/R9) R Chọn R9 = R10 = thì: T = 2.R8.C = 240 (às) e Chọn C = 0,1 (às) có điện áp 16v, ta có R8 = 1200 () =1,2 k R9 = R10 = 1200 = 698,37( ) e Tính điều chỉnh: Nhận tín hiệu yêu cầu công nghệ tín hiệu phản hồi U ph để xử lý theo qui luật công nghệ yêu cầu Đa điện áp điều khiển Uđk để tác động đến góc mở Chọn R11 = R12 = R13 = Rx = 10 k Tạo nguồn nuôi: - Thiết kế máy biến áp dung cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp pha trụ, trụ có cuộn dây, cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp - Ta cần tạo điện áp 12v (có ổn áp)để nuôi IC, cấp cho máy biến áp xung, điều chỉnh dòng điện, điện áp đặt Nguồn đợc cấp cuộn dây thứ cáp a1, b1, c1 - Hai chỉnh lu tia pha để tạo nguồn nuôi đối xứng cho IC Điện áp đầu có ổn áp 12v Điện áp IC ổn áp chọn 20v Điện áp thứ cấp cuộn dây a1, b1, c1 là: U 21 = 20 = 14,18( v ) Chọn U21 = 14v 40 đồ án điện tử công suất Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch này: Điện áp đầu vào: Uv = ữ 35 v Điện áp đầu ra: IC 7812 có Ura = 12 v IC 7912 có Ura = -12 v Dòng điện đầu ra: Ira = ữ (A) Tụ điện C1, C2 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C1 = C2 = C3 = C4 = 470 (àF); U = 50v - Cuộn thứ cấp thứ 2: a2, b2, c2 tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho thyristor (+12v) Do mức độ sụt xung tơng đối lớn nên nguồn không cần ổn áp Mỗi phát xung điều khiển công suất xung đáng kể, nên cần chế tạo cuộn dây riêng rẽ với cuộn day cấp nguồn IC để tránh gây sụt áp nguồn IC - Cuộn thứ cấp thứ 3, 4: a 3, b3, c3, a4, b4, c4 cuộn dây đồng pha Các cuộn dây cần lấy trung thực điện áp hình sin lới, tốt nên quấn biến áp riêng Tuy nhiên theo kinh nghiệm quấn chung với biến áp nguồn nuôi đợc Tính toán biến áp nguồn nuôi đồng pha: - Điện áp lấy thứ cấp nguồn nuôi IC: U21 = 14v - Công suất tiêu thụ IC TK 084 IC 4081 PIC = 8.0,68 = 5,44 (W) - Công suất biến áp xung cấp cho cực khiển thyristor Px = 6.UNX.Iđk = 6.3,5.0,2 = 4,2 (W) - Điện áp pha thứ cấp nguồn nuôi biến áp xung a2, b2, c2 12 U22 = = 4,9(v) ; Chọn (v) - Điện áp lấy thứ cấp cuộn dây đồng pha (a3, b3, c3, a4, b4, c4) U34 = (v) - Dòng điện chạy qua cuộn dây đồng pha chọn 10 mA - Công suất cuộn dây đồng pha Pđf = 6.Uđf.Iđf = 6.9.0,01 = 0,54 W - Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = Pđf + PIC + PX = 0,54 + 5,44 + 4,2 = 10,18 W - Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy: S = 1,05.PN = 1,05.10,18 = 10,689 (VA) - Dòng điện sơ cấp máy biến áp S 10,689 I1 = 3U = 3.220 = 0,0162( mA) - Tiết diện trụ máy biến áp đợc túnh theo công thức QT = lQ S 10,689 = = 1,6cm m f 3.50 Trong đó: kQ = _ hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát 41 đồ án điện tử công suất m = _ số trụ máy biến áp f = 50 _ tần số điện áp lới Chuẩn hoá thiết diện trụ theo bảng Qt = 1,63 cm2 Kích thớc mạch từ thép dày = 0,5 mm Số lợng thép: 68 a = 12mm b = 16 mm h = 30 mm Hệ số ép chặt kc = 0,85 H h a a a c C - Chọn mật độ từ cảm B = (T) trụ ta có vòng dây sơ cấp: W1 = U1 220 = = 6080 (vòng) 4,44 f B.QT 4,44.50.1.1,63.10 - Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 A/mm2 - Tiết diện dây quấn sơ cấp: S1 = I 0,0162 = = 0,0059 (mm2) J1 2,75 - Đờng kính dây quấn sơ cấp d1 = 4.S1 = 4.0,0059 = 0,087 (mm) Chọn d1 = 0,1 mm để đảm bảo độ bền Đờng kính có kể cách điện: d1cd = 0,12 mm - Số vòng dây quấn sơ cấp W21 U2 14 = 6080 = 387 (vòng) U1 220 W21 = W1 - Số vòng dây quấn thứ cấp W22 W22 = W1 U 22 = 6080 = 138 (vòng) U1 220 - Số vòng dây quấn thứ cấp W23 W23 = W1 U 23 = 6080 = 248 (vòng) U1 220 - Tiết diện dây quấn thứ cấp 10,689 = 0,046 (mm2) 6.U 21 J 6.14.2,75 S 10,689 = = = 0,26 (mm2) 6.U 22 J 6.5.2,75 S 21 = S 22 S = 42 đồ án điện tử công suất S 23 = S 6.U 23 J = 10,689 = 0,072 (mm2) 6.9.2,75 - Đờnh kính dây quấn cuộn thứ cấp 4.S 21 4.0,046 = = 0,24 (mm) 4.S 22 4.0,13 d 22 = = = 0,4 (mm) 4.S 23 4.0,072 d 23 = = = 0,3 (mm) d 21 = - Đờng kính dây quấn thứ cấp kể cách điện: d21cd = 0,26(mm) d22cd = 0,42 (mm) d23cd = 0,32 (mm) - Chọn hệ số lấp đầy klđ = 0,7 - Chiều rộng cửa sổ ( d 21cd W1 + d 21cd W21 + d 22 cd W22 + d 23cd W23 ) C= 4.k ld h ( 0,12 2.6080 + 0,26 2.387 + 0,42 2.138 + 0,32 2.248).10 C= = 6,1 (mm) 4.0,7.30.10 Chọn C = (mm) - Chiều dài mạch từ L = 2.C + 3a = 2.8 +3.12 = 52 (mm) - Chiều cao mạch từ H = h + 2a = 30 + 2.12 = 54 (mm) 10 Tính diôt cho chỉnh lu nguồn nuôi: - Dòng điện hiệu dụng qua diôt I Hhd = I IC 5,44 = 0,131( A) 2.12 - Điện áp ngợc lớn mà diôt phải chịu: UNmax = U21 = 14 = 34,3v - Chọn diôt có dòng định mức: Iđm ki.Idhd = 10.0,131 = 1,31 A - Chọn diôt có điện áp ngợc lớn Un = ku UNmax = 2.34,3 = 68,6 (v) - Chọn diôt loại KII208A có thông số: + Dòng điện định mức: Iđm = 1,5 A + Điện áp ngợc cực đại: UN = 100 v 11 Tính chọn khâu khởi động động cơ: Chọn R14 = R15 = R16 = 10 k Chọn Rơle loại RCA có số liệu (dùng cho tiếp điểm G) Itđ = A (dòng qua tiếp điểm) 43 đồ án điện tử công suất R = 300 U = 12V_DC Chọn công tắc tơ có tiếp điểm K cho Itđ > IKT = 321 A Chọn loại Mêta-Mcc (100A ữ 800A) Itđ = 400 A U = 24V_DC đợc cấp máy phât tộc bắt đồng với động nđ/cơ = (70 ữ 75)% nđm 44 đồ án điện tử công suất Kết luận Đợc hớng dẫn giảng dạy tận tình thầy Dơng Văn Nghi với giảng dạy thầy cô môn cố gằng thần đến em hoàn thành đề tài thiết kế mạch tự động cấp kích từ tự động cho động đồng Đây đề tài hay đợc ứng dụng rộng rãi thực tế yêu cầu đòi hỏi phải không ngừng đổi công nghệ để theo kịp xu hớng phát triển Tuy nhiên với lợng kiến thức hạn chế em cha thể hoàn thành thật tốt theo yêu cầu đê tài mong đợc thông cảm thầy cô Sau em xin chân thành cảm ơn thầy Dơng Văn Nghi nh thầy cô giáo môn tự động hoá giúp em hoàn thành đồ án Tài liệu tham khảo Máy điện II 45 đồ án điện tử công suất (Nhà xuất khoa học kỹ thuật) Phân tích giải mạch điện tử công suất (Nhà xuất khoa học kỹ thuật) Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công nghiệp (Nhà xuất giáo dục) Điện tử công suất (Nhà xuất khoa học kỹ thuật) 46 [...]... làm cho UKT tăng về giá trị ban đầu, và ngợc lại +) Mạch điều khiển RKT khi mở máy động cơ: - Khi đa động cơ vào lới động cơ sẽ khổi động theo động cơ không đồng bộ dến khi: nđ /cơ = (70 ữ 75)% nđm thì KĐTT lật trạng thái Rơ le G hút đóng điện cho công tác tơ K Tiếp điểm thờng mở của K đóng lại còn tiếp điểm thờng đóng K mở ra tách RKT khỏi mạch Dòng điện kích từ đợc đa vào cuộn kích từ của động cơ. .. Mạch điều khiển: Đối với mạch điều khiển kiểu thyristor thờng gồm 4 khâu cơ bản: - Khâu đồng bộ: Tạo điện áp tựa đồng bộ - Khâu so sánh: So sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển (đã cộng điện áp phản hồi) để phát xung điền khiển - Khâu tạo xung: tạo xung kích thích với tần số lớn đủ mở thyristor - Khâu khuếch đại công suất: Điều khiển xung để kích thích MBA xung mở thyristor 1 Khâu đồng bộ: (+) Mạch. .. đồ nối dây thích hợp +) Mạch hồi tiếp: Để điện áp mạch kích từ đợc ổn định ta dùng mạch hồi tiếp âm điện áp K1: hệ số khuếch đại tín hiệu điện 19 đồ án điện tử công suất KBBĐ: hệ số khuếch đại của bộ biến đổi Uph = k.UKT Nh vậy mọi sụ thay đổi tải làm thay đổi điện áp kích từ đợc phản hồi về mạch điều khiển, từ đó tác động làm thay đổi góc mở của thyristor Nếu tốc độ động cơ giảm nghĩa là tải tăng,... xung kích thích nhằm đảm bảo thyristor mở một cách chắc chắn ngời ta hay sử dung xung chùm để kích thích mở các thyristor (+) Các vi mạch tạo xung chùm phổ biến: - Vi mạch 555: Đây là mạch dao động tạo xung chữ nhật một cực tính Mạch cho phép tạo xung rất chất lợng và cũng đơn giản Tuy nhiên lại không đồng bộ về linh kiện - Mạch dao động dùng khuyếch đại thuật toán: 15 đồ án điện tử công suất Mạch. .. (m2) 8.40 - Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thớc mỗi cánh: axb = 16x16 (cmxcm) Tổng diện tích tản nhiệt mỗi cánh: Stn = 14.4.12.12 = 8064 (cm2) = 0,8064 (m2) 2 Bảo vệ quá dòng cho van: - Aptomát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch khi quá tải và ngắn mạch thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp ngắn mạch ở chế độ nghịch lu - Chọn aptomat có: + Dòng... Chiều dài dây sơ cấp: l1 = W1..Dtb1 = .145.17,6 = 8013,3 (cm) = 81 (m) - Chọn bề dày cách điện giữa cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp: cd01 = 1 cm +) Kết cấu dây quấn thứ cấp: - Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 26,2 (cm) - Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn dây thứ cấp: W12 = h2 26,2 k c = 0,95 = 40 (vòng) b2 0,733 - Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn dây thứ cấp: n12 = W2 58... dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3 ta có phơng trình: 2LBA dic = dt 6 U 2 Sin( - ) 6 U 2 dic 6 145 3 Ư max = = 3 = 1109906,25.10 (A/s) 2.Z BA dt 2.0,16.10 dic dic = 200 (A/às) Ư max = 1,10 (A/às) < dt cp dt Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt - Hiệu suát thiết bị chỉnh lu: = 150.320 U d I d = = 0,80 =80% 60000 S III Tính chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực: 1 Bảo... xuất hiện trên tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên (tại các thời điểm t1, t4 trong chuỗi xung điều khiển, của mỗi chu kỳ điện áp nguồn cấp) cho tới cuối nữa chu kỳ điện áp dơng anốt +) Vấn đề tạo điện áp đồng bộ: - Để điều khiển thyristor mở với góc cần đến 1 hệ 3 điện áp pha làm điện áp đồng bộ - Góc đợc tính từ giao điểm của điện áp nguồn nuôi chỉnh lu Vì vậy hệ điện áp đông bộ phải trễ so... UBA = U r 2 + U X 2 = 7,72 + 15,89 = 17,66 (v) 30 đồ án điện tử công suất - Điện áp trên mạch kích từ động cơ khi có góc mở min min = 100 U = Ud.cosmin - 2Uv - UBA U = 343,2.cos10-0 2.1,75 17,66 = 316,82 (v) - Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp: ZBA = RBA 2 + X BA 2 = 0,024 2 + 0,052 2 = 0,057 ( - Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: Pn = 3.RBA.I22 = 3.0,024.2622 = 4942,3 (W) Pn 4942,3 100 = 8,3%... thích MBA xung mở thyristor 1 Khâu đồng bộ: (+) Mạch 1: Mạch dùng khuếch đại thuật toán a u điểm: Sử dụng khuếch đại thuật toán chô phép dễ dàng hàm sin với độ linh hoạt điều chỉnh cao, đồng thời kích thớc mạch rất nhỏ gọn do trị số điện trở giảm đợc nhiều, mạch này còn có tác dụng nh cản nhiễu từ lới điện ảnh hởng đến mạch điều khiển đi qua biến áp đồng pha 12 đồ án điện tử công suất b Nhợc điểm: Tạo