Ngay nay việc điều khiển động cơ trong công nghiệp tác động chính tới quá trình sản xuất của doanh nghiệp,việc sử dụng quá trình điều khiển tự động là mục tiêu hướng tới của người sử dụng.Chính vì thế tì liệu này giúp người sủ dụng nắm dõ phương pháp điều khiển,và giúp người đọc hiểu thêm kiến thức cơ bản trong diều khiển động cơ 3 pha Roto dây quấn
Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học Lời nói đầu Ngày động điện có mặt khắp nơi tất lĩnh vực sống, đặc biệt công nghiệp Khi động điện đợc đa vào ứng dụng rộng rãi việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh để đạt đợc tối u tiều kinh tế, kỹ thuật vấn đề quan träng Víi viƯc øng dơng réng r·i c¸c tiÕn bé kü tht lÜnh vùc ®iƯn tư - tin häc, hệ truyền động điện đợc phát triển có thay đổi đáng kể Đặc biệt, công nghệ sản xuất thiết bị điện tử công suất ngày hoàn thiện nên biến đổi điện tử công suất hệ truyền động điện đáp ứng đợc yêu cầu tác động nhanh, độ xác cao mà góp phần làm giảm kích thớc hạ giá thành hệ truyền động Mặc dù lĩnh vực tơng đối hẹp nhng truyền động điện xoay chiều dùng động không đồng ba pha rôto dây quấn luôn có vấn đề hấp dẫn phức tạp Vì vậy, với đồ án tốt nghiệp Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha rôto dây quấn phơng pháp điện trở xung em tham vọng sâu vào tất vấn đề lĩnh vực Những kết đợc trình bày đồ án môn tốt nghiệp kết bớc đầu Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực đợc nhiệm vụ sau: Tổng quan phơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha Lựa chọn tính toán mạch động lực Lựa chọn tính toán mạch điều khiển Tổng hợp hệ thống điều khiển hai mạch vòng Trong trình thực hiện, chắn thân em tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đợc ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Trung Sơn, tận tình hớng dẫn Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tới tập thể Bộ môn Thiết Bị Điện - Điện Tử trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội bạn sinh viên tạo điều kiện nghiên cứu tốt suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp I.Khái quát động không ®ång bé ba pha II.M¹ch ®iƯn thay thÕ .4 III.Đặc tính máy điện không đồng 99 Ch¬ng I Tổng quan phơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học A mạch điện thay đặc tính động không đồng ba pha I Khái quát động không đồng ba pha Trong trình khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho kinh tế quốc dân nói riêng hoạt động xã hội nói chung, không nói đến biến đổi lợng từ dạng sang dạng khác Trong đó, động điện thiết bị biến đổi từ điện thành có vai trò to lớn sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng nhiều lĩnh vực khác Với phát triển mạnh mẽ công nghệ kỹ thuật đại Đặc biệt lĩnh vực điện tử bán dẫn công suất (transistor công suất, tiristor, triac) tạo điều kiện cho việc sử dụng động điện có hiệu đa nhiều phơng án để lựa chọn loại động thích hợp Hiện nay, động điện không đồng đợc sư dơng réng r·i chiÕm tû lƯ rÊt cao víi mức công suất nhỏ từ vài chục W đến mức công suất trung bình hàng trăm kW Với u điểm bật nh: giá thành hạ (chỉ 1/6 động điện chiều có công suất), làm việc tin cậy chắn, hiệu suất cao Ngoài động không đồng dùng trực tiếp lới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo, đỡ phức tạp cho hệ thống Các lĩnh vực ứng dụng động không đồng nh: Trong công nghiệp thờng dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng trạm bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày, động điện không đồng chiếm vị trí quan trọng nh làm quạt gió, máy bơm nớc, tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ Cùng với phát triển sản xuất điện khí hoá tự động hoá phạm vi ứng dụng động không đồng ngày đợc cải thiện mở rộng Tuy nhiên, với loại động có nhợc điểm riêng Đối với động không đồng bên cạnh u Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học điểm kể có số nhợc điểm sau: Đặc tính điều chỉnh không tốt, cos thấp, khống chế trình độ khó khăn Riêng động rô to lồng sóc có đặc tính khởi động tơng đối xấu Chính lý nên ứng dụng số điều kiện cụ thể có phần bị hạn chế Nói tóm lại, với u điểm bật động không đồng việc ứng dụng lĩnh vực sống ngày đợc phát triển cải tiến mặt II Mạch điện thay Nói chung, stato động không đồng bé cã d©y quÊn m1 pha (thêng m1 = 3), rôto có dây quấn m2 pha (m2 = động rôto dây quấn; động rôto lồng sóc m2 > 3) Nh động không đồng có hai mạch điện không nối với chúng có liên hệ cảm ứng từ Sau phân tích quan hệ điện từ ta có đợc hệ phơng trình động không đồng lúc rôto quay nh sau: U1 =- E1+I 1(r1 +jx1); • • =E'2- I '2 ( • r'2 +jx'2 ); s • (I) E'2 =E1; • • • I 1+I '2 =I 0; • • - E1 =I Zm; Dựa vào phơng trình trên, ta thiết lập đợc mạch điện thay hình T cho động không đồng bé r«to quay nh sau: x1 r1 x'2r2 I1 xm -I'2 U1 r'2(1-s)/ I0 rm Hình Mạch điện thay hình T động không đồng Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học Thờng để thuận lợi cho tính toán, ngời ta biến đổi mạch điện thay hình T thành mạch điện thay hình đơn giản hơn: C1x1 C1r1 C²1r'2/s C²1x'2 I1 -I''2 x1 r1 xm I00 rm U1 Trong đó: Z C1 = 1+ ; Zm Hình Mạch điện thay hình động không đồng U1 I 00 = gọi dòng điện không tải lý tởng, nghĩa C1 Zm dòng điện không tải ứng víi lóc s = 0; • - I ''2 = - I '2 gọi dòng điện thứ cấp mạch điện hình C1 Thực tế, C1 lớn góc phức lại nhỏ, x1 C nên coi =1+ =1 xm Nh vËy: • • I ''2 =I '2 ; • • (II) • • • • I ''00 =I 1- I ''2 =I 1- I =I 0; Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học Do ta có mạch điện thay đơn giản nữa: x1 r1 I1 U1 r'2/s x'2 -I'2 x1 r1 xm I0 rm III Đặc tính máy điện không đồng Hình Mạch điện thay Từ sơ đồ mạch điện thay hình đơn giản hóa, trị số hình đơn giản hóa động hiệu dụng dòng điện rôto quy đổi stato I là: không đồng Uf I '2 = (1) r'2 2 (r1 + ) + xnm s Trong đó: Xnm = x1 + x2 điện kháng ngắn mạch Để tìm phơng trình đặc tính ta xuất phát từ điều kiện cân công suất động cơ: công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto: P12=Mđt.0 Trong đó: Mđt mômen điện từ động Nếu bỏ qua tổn thất phụ Mđt = Mcơ, ta ký hiệu: Mđt = Mcơ = M Công suất đợc chia làm hai phần: công suất đa trục động Pcơ công suất tổn hao rôto P2 nghĩa là: P12= Pcơ+ P2 hay M0 = Mω + ∆P2 ®ã ∆P2 = M (ω0 - ) = M0s Mặt khác: P2 =3I '22 r'2 Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học nên 3I'22 r ' M= s Thay (1) vào phơng trình ta có phơng trình đặc tính cơ: M= 3U 2fr'2 r'2 0[(r1 + )2 +xnm ] s (2) Kết hợp với phơng trình tèc ®é ω = ω0 (1 – s) ta cã dạng đờng cong đặc tính cơ: (s=sth) Mth Mđm M Hình Đặc tính động không đồng Điểm cực trị đặc tính thờng đợc gọi điểm tới hạn có täa ®é [Mth, sth]: sth = r'2 r1 + (x1 + x'2 ) M th = 3U f = r'2 2 r1 + xnm (3) 2ω0 (r1 + r1 +x nm ) 2 (4) Ta viết phơng trình đặc tính dới dạng khác thuận tiện cách lập tỉ số (2) (4) biến đổi ta đợc: Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học M= Trong ®ã: 2M th(1+asth) s sth + +2asth sth s r a=1 r2 Trong động không đồng thờng r1 r2 mà sth = 0,1 ữ 0,2 nªn ta cã thĨ coi asth ≈ ta có dạng biểu thức Klôx: M= 2M th s sth + sth s Đối với động có công suất lớn thờng r1 0, nÕu U1 >U+ th× D+ më, U2 = U+ − Khi U1 < 0, nÕu U > U D- mở, U2=U- Bộ điều chỉnh tốc độ P Ta cã: R ω = 20,48= K R §Ĩ thực hàm có chức nh ta có bé ®iỊu chØnh P nh sau: R1 R2 U1w R1 A U1 U2 Hình 61 Bộ điều chỉnh P R2 = 20,48 R1 Ta chän R2 = 22KΩ vµ R1 = 1K KR = Phần tử phản hồi dòng điện Để phản hồi tín hiệu dòng điện ta dùng khuếch đại từ mắc vào mạch chiều rôto IT Id R12 Uphi KĐ T Hình 62 Phản hồi dòng điện dùng khuếch đại từ 96 Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học Ta có kpi = 0,4455= U phi(V ) I d (A ) = I T R T Id I d Wdk k2 WT Trong đó: k2 = với sơ đồ chỉnh lu cầu; Wdk WT số vòng cuộn dây điều khiển cuộn WT I R W kpi = T T = dk R T = 0,4455 Id WT Wdk = 0,04455 Ta chän RT = 10Ω vµ KĐT có WT Với I T = Phần tử phản hồi tốc độ Để phản hồi tốc độ ta dùng máy phát tốc chiều có sơ R đồ nguyên lý nh sau: C Uphw Hình 63 Phản hồi tốc độ dùng máy phát chiều U phω (V ) kω = = 0,1366 ω(rad/ s) U phω (V ) V kω = 9,55= 13 ω(rad/ s) vòng/ phút Chọn điện trở đủ lớn: U k. Và lọc R- C có tần số: f = = 1000 Hz Tω Ta l¹i cã Tω = 3.RC ta chọn, R=3,3K C = 0,1àF 97 Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học Chơng V Các đặc tính Ta xuất phát từ phơng trình đặc tính động không đồng bé: 2M th M= s sth + sth s ω = ω (1− s) vµ ω k2i.R sth = 2 r1 + xnm =1 rôto M th = Trong ®ã, ®iỊu chØnh ®iƯn trë mạch const = 276 N.m, = 78,5rad/ s đặc tính phụ thuộc vào =0, t hệ số = d điện trở mạch rôto, tøc lµ phơ thc vµo γ =0, tck Ta dựng đặc =0 tính ứng với giá trị khác ta đợc họ đặc tính nh sau: 98 Hình 64 Các đặc tính động không đồng rôto dây quấn điều M Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học =1 =0 Hình 65 Các đặc tính hệ kín động không đồng rôto dây quấn điều chỉnh điện trở xung rôto 99 Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học Tài liệu tham khảo Cơ sở truyền động điện tự động Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội 1982 Thiết kế thiết bị điện tử công suất Trần Văn Thịnh Hà Nội 2004 Tự động hóa điều khiển thiết bị điện Trần Văn Thịnh Điều chỉnh tự động truyền động điện Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dơng Văn Nghi Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Điện tử công suất điều khiển động điện Cyril W.lander Nhà xuất khoa häc vµ kü tht – Hµ Néi 2002 Trun ®éng ®iƯn th«ng minh – Ngun Phïng Quang, Andreas Dittrich Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2002 100 Đồ án tốt nghiệp Bách Khoa Hà Nội Trờng Đại học Cơ sở truyền động điện Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 101