do an tong hop dien co

Tổng hợp hệ thống điện BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ TÀI MÔN HỌC THHTĐC Số : Đề Họ tên HS-SV : Lê Võ Hoàng 0841040329 Vũ Văn Hiếu Khoá : 0841040323 Khoa : Điện Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn NỘI DUNG Xây dựng mạch điều chỉnh tốc độ cho hệ truyền động điện động DC có đảo chiều có mạch vòng điều chỉnh tốc độ với biến đổi chỉnh lưu thyristor tia ba pha Thông số động chiều kích từ độc lập Π-71 có số liệu sau: Pđm= 19kW; Uưđm = 400V; Iđm = 55A; nđm=1200 vòng/phút; jĐC= kg.m2 ; Rư = 0,5(Ω); Lư = 0,15(H) T T Tên vẽ Khổ giấy Số lượng PHẦN VIẾT BÁO CÁO Vẽ giải thích cấu trúc điều khiển hệ truyền động điện Thiết kế điều chỉnh, từ mô kiểm chứng phần mềm Matlab/Simulink Tính toán, thiết kế mạch điều chỉnh tốc độ cho hệ truyền động điện Ngày giao đề : 21/03/2017 BỘ MÔN Nhóm Ngày hoàn thành : 20/04/2017 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Page Tổng hợp hệ thống điện CHƯƠNG I GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu thyristor Thyristor hay Chỉnh lưu silic có điều khiển (SCR) phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn,ví dụ P-N-P-N, tạo ba lớp tiếp giáp P-N: J1,J2,J3 Thyristor có ba cực: anode (A), cathode (K) cực điều khiển (G) biểu diễn hình vẽ Nó dùng cho chỉnh lưu dòng điện có điều khiển Hình 1.1 Cấu tạo ký hiệu Thyristor Đặc tính Volt-Ampere Đặc tính Volt-Ampere thyristor gồm hai phần Phần thứ nằm góc phần tư thứ I đồ thị Descartes, ứng với trường hợp điện áp Uak > 0, phần thứ hai nằm góc phần tư thứ III, gọi đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp Uak < Không có dòng điện vào cực điều khiển (Ig = 0) Khi dòng điện vào cực điều khiển thyristor 0, hay hở mạch cực điều khiển, thyristor cản trở dòng điện ứng với hai trường hợp phân cực điện áp anode cathode Khi điện áp Uak < theo cấu tạo bán dẫn thyristor hai tiếp giáp J1, J3 phân cực ngược, lớp tiếp giáp J2 phân cực thuận, thyristor giống hai điốt mắc nối tiếp bị phân cực ngược Qua thyristor có dòng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng rò Khi Uak tăng đạt đến giá trị điện áp lớn xảy tượng thyristor bị đánh thủng, dòng điện tăng lên lớn Giống đoạn đặc tính ngược điốt trình đánh thủng đảo ngược được, nghĩa thyristor bị hỏng Khi tăng điện áp anode-cathode theo chiều thuận, Uak > 0, lúc đầu có dòng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng Nhóm Page Tổng hợp hệ thống điện rò Điện trở tương đương mạch anode-cathode có giá trị lớn Khi tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Cho đến Uak tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn xảy tượng điện trở tương đương mạch anode-cathode đột ngột giảm, dòng điện chạy qua thyristor giá trị bị giới hạn điện trở tải mạch Nếu dòng qua thyristor có giá trị lớn mực dòng tối thiểu, gọi dòng trì, Idt, thyristor dẫn dòng đường đặc tính thuận, giống đường đặc tính thuận điốt Có dòng điện vào cực điều khiển (iG > 0) Nếu có dòng điều khiển đưa vào cực điều khiển cathode trình chuyển điểm làm việc đường đặc tính thuận xảy sớm hơn, trước điện áp thuận đạt giá trị lớn Nói chung dòng điều khiển lớn điểm chuyển đặc tính làm việc xảy với Uak nhỏ Mở,khóa thyristor Khi phân cực thuận, Uak>0, thyristor mở hai cách Thứ nhất, tăng điện áp anode-cathode đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth,max.Điện trở tương đương mạch anode-cathode giảm đột ngột dòng qua thyristor hoàn toàn mạch xác định Phương pháp thực tế không áp dụng nguyên nhân mở không mong muốn lúc tăng điện áp đến giá trị Uth,max Hơn xảy trường hợp thyristor tự mở tác dụng xung điện áp thời điểm ngẫu nhiên, không định trước Phương pháp thứ hai, áp dụng thực tế, đưa xung dòng điện có giá trị định vào cực điều khiển cathode Xung dòng điện điều khiển chuyển trạng thái thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp mức điện áp anodecathode nhỏ Khi dòng qua anode-cathode lớn giá trị định gọi dòng trì (Idt) thyristor tiếp tục trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến tồn xung dòng điều khiển Điều nghĩa điều khiển mở thyristor xung dòng có độ rộng xung định, công suất mạch điều khiển nhỏ, so với công suất mạch lực mà thyristor phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện Các thông số Nhóm Page Tổng hợp hệ thống điện Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor Iv,tb Đây giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor với điều kiện nhiệt độ cấu trúc tinh thể bán dẫn thyristor không vượt giá trị nhiệt độ cho phép Trong thực tế, dòng điện cho phép chạy qua thyristor phụ thuộc vào điều kiện làm mát môi trường Có thể làm mát tự nhiên hiệu suất không cao, với yêu cầu cao người ta làm mát cưỡng thyristor quạt gió nước, nhiên điều khiến kích thước thiết bị tăng đáng kể, dùng cho thiết bị có công suất lớn Nói chung lựa chọn dòng điện theo điều kiện làm mát sau • Làm mát tự nhiên: dòng sử dụng cho phép tới phần ba dòng cho phép Iv,tb • Làm mát cưỡng quạt gió: dòng sử dụng cho phép hai phần ba dòng cho phép Iv,tb Làm mát cưỡng nước: sử dụng đến 100% dòng Iv,tb Điện áp ngược cho phép lớn Ung,max Đây giá trị điện áp ngược lớn cho phép đặt lên thyristor Trong ứng dụng phải đảm bảo thời điểm điện áp anode cathode Uak nhỏ Ung,max Ngoài phải đảm bảo độ dự trữ định điện áp, nghĩa Ung,max phải chọn 1,2 - 1,5 lần giá trị biên độ lớn điện áp • Thời gian phục hồi tính chất khóa thyristor τ(μs) Đây thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên anode cathode thyristor sau dòng anode-cathode không trước lại có điện áp Uak dương mà thyristor khóa τ thông số quan trọng thyristor Thông thường phải đảm bảo thời gian dành cho trình khóa phải 1,5-2 lần τ Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs) Thiristor phần tử bán dẫn có điều khiển, có nghĩa dù phân cực thuận (Uak>0) phải có tín hiệu điều khiển cho phép dòng chạy qua Khi thyristor phân cực thuận, phần lớn điện áp rơi lớp tiếp giáp J2 hình vẽ Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dày mở ra, tạo vùng không gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua Vùng không gian coi tụ diện có điện dung Cj2 Khi có Nhóm Page Tổng hợp hệ thống điện điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dòng điện tụ có giá trị đáng kể, đóng vai trò dòng điều khiển Kết thyristor mở chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G Tốc độ tăng điện áp thông số phân biệt thyristor tần số thấp với thyristor tần số cao Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 V/μs với thyristor tần số cao dU/dt lên tới 500 đến 2000 V/μs Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs) Khi thyristor bắt đầu mở điểm tiết diện tinh thể bán dẫn dẫn dòng đồng Dòng điện chạy qua bắt đầu vài điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau lan tỏa dần sang điểm khác toàn tiết diện Nếu tốc độ tăng dòng điện lớn dẫn tới mật độ dòng điện điểm dẫn ban đầu lớn, phát nhiệt cục nhanh dẫn đến hỏng cục bộ, từ dẫn đến hỏng toàn tiết diện tinh thể bán dẫn Tốc độ tăng dòng cho phép thyristor tần số thấp vào khoảng 50÷100A/μs, với thyristor tần số cao dI/dt vào khoảng 500÷2000A/μs Trong biến đổi phải có biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng giá trị cho phép Điều đạt nhờ mắc nối tiếp phần tử bán dẫn với điện kháng nhỏ, lõi không khí đơn giản xuyến ferit lồng lên Các xuyến ferit phổ biến cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm cách thay đổi số xuyến lồng lên dẫn Xuyến ferit có tính chất cuộn cảm bão hòa, dòng qua dẫn nhỏ điện kháng lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng Khi dòng lớn ferit bị bão hòa từ, điện cảm giảm gần không Vì cuộn kháng kiểu không gây sụt áp chế độ dòng định mức chạy qua dây dẫn 1.2 Giới thiều động điện chiều Trong sản xuất đại, động chiều coi loại máy quan trọng ngày có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều ưu điểm khả điều chỉnh tốc độ tốt, khả mở máy lớn đặc biệt khả tải Chính mà động chiều dùng nhiều nghành công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện chiều Bên cạnh đó, động điện chiều có nhược điểm định so với máy điện xoay chiều giá thành Nhóm Page Tổng hợp hệ thống điện đắt chế tạo bảo quản cổ góp điện phức tạp (dễ phát sinh tia lửa điện) ưu điểm trội nên động điện chiều có tầm quan trọng định sản suất 1.2.1 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần chính: phần tĩnh phần động 1.2.1.1 Phần tĩnh Đây đứng yên máy, bao gồm phận sau: + Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với + Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông + Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy + Các phận khác: - Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang - Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 1.2.1.2 Phần quay Bao gồm phận sau : + Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại dặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta dập lỗ thông gió để ép lạ thành lõi sắt tạo lỗ thông gió dọc trục Nhóm Page Tổng hợp hệ thống điện Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto + Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit + Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đuôi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng + Các phận khác: - Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió làm nguội máy - Trục máy: đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 1.2.2 Động chiều kích từ độc lập 1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý: _ + Uu I Đ C CKT Rf RKT D IKT + Nhóm UKT Page _ Tổng hợp hệ thống điện Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động chiều kích từ độc lập R + Rf U ω = u − u KΦ ( KΦ ) Ta có phương trình đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính ta thấy Có ba thông số ảnh hưởng đến đặc tính là: - Từ thông động (Φ) - Điện áp phần ứng (Uư) - Điện trở phần ứng Sau ta xét ảnh hưởng tham số đó: 1.2.2.2 Ảnh hưởng điện trở phần ứng : Giả thiết : Uư=Uđm=const Φ = Φđm=const Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng: U dm = Const KΦ dm ω0 = Độ cứng đặc tính cơ: β= ∆M ( KΦ ) =− = Var ∆ω Ru + R f β Khi Rf lớn, nhỏ nghĩa đặc tính dốc Ứng với Rf = Ta có đặc tính tự nhiên: ( KΦ ) Ru βtn = βtn có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện trở phụ Rf ta họ đặc tính biến trở có dạng hình 1.4 Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ động giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ Nhóm Page Tổng hợp hệ thống điện Hình 1.3: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng 1.2.2.3 Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết : Φ = Φdm = const Rư = const Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uư