Ngày nay việc sử dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi. Mặc dù dòng điện xoay chiều đang được sử dụng rộng rãi nhưng các động cơ điện một chiều vẫn được sử dụng phổ biến do chúng có rất nhiều ưu điểm so với động cơ xoay chiều. Trong công nghiệp động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng. Với đề tài “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều” em xin trình bày đồ án gồm 3 chương như sau Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu có điều khiển Chương 3: Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng điều khiển động cơ một chiều
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ tên: Nguyễn Đức Quý Ngành: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Khóa : K57 Hệ đào tạo: Chính qui Ngày nhận đề tài: Ngày hoàn thành: TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Giáo viên hướng dẫn PGS.TS KIM NGỌC LINH Chủ nhiệm môn TS NGUYỄN THẠC KHÁNH Hà Nội GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH LỜI NÓI ĐẦU Ngày việc sử dụng động điện sản xuất đời sống rộng rãi Mặc dù dòng điện xoay chiều sử dụng rộng rãi động điện chiều sử dụng phổ biến chúng có nhiều ưu điểm so với động xoay chiều Trong công nghiệp động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Với đề tài “Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng điều khiển tốc độ động điện chiều” em xin trình bày đồ án gồm chương sau Chương 1: Tổng quan động điện chiều Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu có điều khiển Chương 3: Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng điều khiển động chiều Trong thời gian làm đồ án, em nhận hướng dẫn tận tình thầy giáo Kim Ngọc Linh thầy cô Bộ môn Điện-Điện Tử giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên Nguyễn Đức Quý GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỆN MỘT CHIỀU 1.1 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều bao gồm hai phần là: Stator (phần tĩnh) Roto(phần quay) • Sato phần đứng yên máy bao gồm phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ phận khác • Cực từ Cực từ phần sinh từ trường gồm có lõi sắt cuộn dây: Lõi sắt cực từ làm từ thép kỹ thuật thép cacbon dày 0,541mm ép lại với tán chặt thành khối Các cực từ gắn vào vỏ máy bulông Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với qua trục động Tùy theo động có 1,2,3, đôi cực từ Ở máy điện nhô cực từ làm thép khối Dây quấn kích từ làm dây đồng có tiết diện tròn chữ nhật sơn cách điện quấn thành cuộn Các cuộn dây mắc nối tiếp với nhau.Các cuộn dây bọc cách điện cẩn thận trước đặt vào cực từ Hình 1.1 mô tả cấu tạo cực từ Hình 1.1 Cấu tạo cực từ GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH • Cực từ phụ - Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều - Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối ghép thép tùy theo chế độ làm việc • Gông từ - Gông từ dùng đề làm mạch từ nốỉ liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy • Các phận khác Bao gồm: - Nắp máy: Nắp máy dùng để bảo vệ chi tiết máy tránh không cho vật bên rơi vào máy làm hỏng cuộn dây,mạch từ.Đồng thời nắp máy để cách ly người sử dụng với phận máy động quay, có điện.Ngoài nắp máy cò giá đỡ ổ bi trục động - Cơ cấu chối than: Để đưa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tỉ chặt lên cố góp Hộp chối than cổ đính lên giá đỡ chổi than cách điện với giá • Phần quay (Rotor) Rotor động điện chiều bao gồm phận sau: lõi sắt phần ứng, dây quấn phẩn ứng, cố góp phận khác • Lõi sắt phần ứng - Dùng để dẫn từ Thường làm tôn Silic dày 0.5 mm có phủ lớp cách điện sau ép lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy Fuco gây lên Trên thép có dập rãnh để ép lại tạo thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào Lõi sắt hình trụ tròn ép cứng vào với trục tạo thành khối thống - Trong máy điện công suất trung bình trở lên người ta thường dập GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH rãnh để ép lại tạo thành lỗ thông gió làm mát cuộn dây mạch từ Hình 1.2 Cấu tạo lõi sắt phần ứng • Dây quấn phần ứng - Là phần sinh sức điện động có dòng diện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật • Cổ góp - Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều - Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhọn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm vá hợp thành trụ tròn Hai đầu trụ tròn dung hai đầu vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành góp có cao đề hàn đầu dây phần từ dây quấn vào phiến gỏp dề dàng • Các phận khác Bao gồm: - Cánh quạt: quạt gió dùng để làm mát động - Trục máy:Được làm loại thép cứng nhiều cacbon Trên trục máy GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH đặt lõi thép phần ứng cổ góp Hai đầu trục máy gối lên hai vòng bi nắp máy 1.1.1 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Có loại động cợ điện chiều thường dùng Động môt chiều ( DC ) Kích từ độc lập Tự kích Nối tiếp Hỗn hợp Song song - Động điện kích từ song song Như sơ đồ hình 1-5 cho thấy nguồn chiều có công suất vô lớn điện áp không đổi mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng I=Iư+It - Động điện kích từ song song GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH Hình 1-6 sơ đồ cho thấy nguồn chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch kích từ điện áp không đổi mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều đôc lập nên I=Iư - Động điện kích từ nối tiếp Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ số vòng dây ít, chế tạo dễ dàng - Động điện kích từ hỗn hợp Động diện kích từ hỗn hợp có hai dây quấn kích từ, dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ song song chủ yếu I = Iư + It 1.1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Xét cấu tạo sơ đồ nguyên lý động điện chiều hình 1-8 cho thấy từ trường động tạo nhờ cuộn dây có dòng điện chiều chạy qua Các cuộn dây gọi cuộn cảm (hay cuộn kích từ) quanh cực từ Trên hình vẽ động điện chiều,stator động có đặt cuộn cảm nên stator gọi phần cảm.Từ trường cuộn cảm tạo tác dụng lực từ vào dây dẫn rotor đặt rãnh rotor có dòng điện chạy qua Cuộn dây gọi cuộn ứng Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua chổi than cổ góp Rotor mang cuộn ứng nên gọi phần ứng động GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH Hình 1-8 Cấu tạo động điện chiều 1-Cổ góp điện 5- Cuộn dây kích từ 2-Chổi than 6- Stator 3-Rotor 7- Cuộn dây phần ứng 4- Cực từ Trong hình vẽ dây quấn cuộn ứng nửa rotor có dòng điện hướng vào, dây dẫn nửa rotor có dòng điện hướng khỏi hình vẽ Từ lực F tác dụng vào dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái tạo momen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ Động có cực từ hay đôi cực (1 cặp cực,P=1) Trong thời gian động làm việc,cuộn cảm tạo từ trường Φd dọc trục cực từ phân bố đối xứng với cực từ Mặt phẳng OO có đặt chổi than,vừa mặt phẳng chung tính vật lý Đồng thời dòng điện cuộn ứng tạo từ trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ Từ trường tổng cộng động tính chất đối xứng dọc trục mặt phẳng trung tính vật lý quay góc Φ so với mặt phẳng trung tính hình học Khi mà dòng điện trung tính mạnh Φn mạnh góc quay β lớn.Khi ta nói phản ứng phần ứng mạnh GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH Phản ứng phần ứng nguyên nhân gây tia lửa điện chổi than cổ góp góp cổ góp Chúng ta hạn chế ảnh hưởng nhờ xoay chổi than theo vị trí mặt phẳng trung tính vật lý Thông thường động điện chiều nay, người ta thường cực từ phụ Cực từ phụ đặt cực từ cuộn dây cực từ phụ tạo từ trường ngang trục so với từ trường ngược chiều với từ trường Φn cuộn ứng để khử từ trường Φn Nhờ phản ứng phần ứng bị hạn chế trình chuyển mạch động tốt Bởi từ trường Φn gây phản ứng phần ứng tỉ lệ với dòng điện phần ứng Iư nên cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.Do dòng điện phần ứng tăng lên cuộn dây cực từ phụ sinh từ trường ngược mạnh để khử từ trường Φn 1.2 Đặc tính động điện chiều Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập Từ sơ đồ thay động cơ, ta có phương trinh cần điên áp: Uư = Eư + (Rư + Rr)lư Trong đó: Uư điện áp phần cứng Eư suất điện động phần ứng, Rư điện trở phần ứng, Rr điện trỏ phụ mạch phần ứng VỚI Rư = rư + rcĩ + ri + rci rư điện trỏ cuộn dây phần ứng, rcf điện trở cuộn cực từ phụ, ri điện trỏ cuộn hù, rcl điện trỏ tiếp xúc chổi than phiến góp GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH Sức điên động Eư động xác định qua sơ đồ sau: 1.3 Mở máy đảo chiều quay • Mở máy : Đặt mạch kích từ nguồn Ukt , dây kích từ sinh từ thông Փ Trong tất trường hợp , mở máy đảm bảo có Փ max tức phải giảm điện trở mạch kích từ Rkt đến nhỏ Cũng cần đảm bảo không xảy đứt mạch kích thích = , M=0 , động không quay , E = theo biểu thức U = E + R I dòng điện I lớn làm cháy động Nếu moomen động điện sinh lớn moomen cảm ( M >Mc) rôto bắt đầu quay suất điện động E tăng lên lỉ lệ với tốc độ quay n Do xuất tăng lên Euw , dòng điện Iư giảm theo , M giảm khiến n tăng chậm • Đảo chiều động 10 GVHD : PGS.TS KIM NGỌC LINH Uim=1,05.Udo=1,05.251,48=264,054 V Vậy van chọn thỏa mãn điều kiện Uim=264,054 < Uimcp=1000 • Tính giá trị hiệu dụng điện điện pha cuộn thứ cấp biến áp theo bảng 6-1: U2=0,43.Udo=0,43.251,48=108,14 V • Tính dòng điện hiệu dụng cuộn thứ cấp biến áp dòng hiệu dụng qua van: I2=0,82Id=0,82.640=524,8 A Ivrms=0,58Id=0,58.640=371,2 A Vậy van chọn thỏa mãn điều kiện Ivrms=371,2A