Điều chỉnh tốc độ động cơ DC dùng chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng

Điều chỉnh tốc độ động cơ DC dùng chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG CHỈNH LƯU CẦU PHA ĐỐI XỨNG CBHD: ThS Trần Quang Thọ Lớp: 17642BTH2 Thành phố Hồ Chí Minh - tháng năm 2018 Truyền động điện GVHD: ThS Trần Quang Thọ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Trang 1.TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA ………… Trang 1.1.Tổng quan chỉnh lưu THYRISTOR hình cầu pha Trang 1.2.Chỉnh lưu THYRISTOR cầu pha…… Trang PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ DC KTĐL Trang 2.1.Phương trình đặc tính Trang 2.2.Ảnh hưởng thông số điện đặc tính Trang 2.2.1.Trường hợp thay đổi điện áp phần ứng Trang 2.2.2.Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng Trang 2.2.3.Trường hợp thay đổi từ thơng kích từ Trang 11 3.BÀI TẬP MINH HỌA Trang 12 Trang LỜI NÓI ĐẦU Chúng em xin cảm ơn thầy Trần Quang Thọ người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ bảo chúng em đồ án truyền động điện Thầy giúp chúng em giải vấn đề nảy sinh trình làm chuyên đề thực tế hoàn thành đề tài thời gian quy định ban đầu Đặc biệt học hỏi kinh nghiệm phong cách làm việc chuyên nghiệp thầy để chúng em áp dụng sau Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Điện – Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, tận tình giảng dạy truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên ngành nói chung mơn truyền động điện nói riêng Đó kiến thức vô quý báu mà chúng em học thời gian qua Một lần chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô giúp đỡ chúng em hồn thành chun đề thực tế Kính chúc quý thầy cô dồi sức khỏe NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN I: GIỚI THIỆU Sự bùng nổ tiến khoa học kỹ thuật lĩnh vực điện, điện tử, tin học năm gần ảnh hưởng sâu sắc lý thuyết thực tiển ứng dụng rộng rải có hiểu cao nhiều lĩnh vực khác Đặt biệt lĩnh vực điều khiển tự động dây truyền khép kín đời có lĩnh vực điều khiển động điện Điền khiển động điện chiều lĩnh vực không ứng dụng nhiều thực tế công nghiệp sản xuất, có nhiều phương pháp điều khiển giới hạn đồ án môn học vận dụng linh kiện điện tử đơn giản phương pháp điều khiển học Chúng em tiến hành nghiên cứu đề tài ‘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA’ II: TỔNG QUAN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG II.1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ II.1.1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HÌNH CẦU PHA 2.1 Giới thiệu THYRISTOR THYRISTOR linh kiện lớp bán dẫn P1 – N1 – P2 – N2 liên tiếp tạo nên cực: anot A, Catot K cực điều khiển G (gaet) vị trí tiếp xúc lớp P1 - N1 – P2 – N2 – P2 tạo nên lớp tiếp giáp J1,J2,J3 Về lý thuyết có hai loại thyristor: - Thyristor kiểu N hay thyristor có cực điều khiển G nói với vùng N gần anot HÌNH 1.1: THYRISTOR - Thyristor kiểu P hay Thyristor có cực G nói với vùng P gần catot - Hoạt động Thyristor : - Thyristor làm với ba trạng thái : Đóng – mở - khóa UBP: điện áp ngược đánh thủng UBO: điện áp tự mở Thyristor UTO: điện áp rơi thyristor IL latching IH dòng trì HÌNH 1.2 Sơ đồ dặt tính làm việc Thyristor  Thyristor khóa UAK < sẻ vẩn tháo ta cho UAK >  Thyristor chuyển qua trạng thái từ khóa sang dần đồng thời đảo bảo điều kiện: UAK > có dòng điều khiển IG đủ mạnh ( công suất thời gian) Khi thyristor dẩn ngắt dòng điều khiển ( I C = 0) sẻ vẩn dẩn chừng dòng điện qua lớn giá trị gọi dòng trì - Trong thật tế người ta sử dụng THYRISTOR kiểu N nhiều 2.2 Chỉnh lưu Thyristor cầu pha 2.2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu Thyristor cầu pha Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha Hình 2.3 Dang sóng chỉnh lưu cầu pha 2.2.2 Các tham số mạch chỉnh lưu cầu pha - Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu Khi = Ud0 = 2,34.U2 - Trỉ số trung bìnhdòng điện qua van: - Điện áp ngược lớn mà van phải chịu làm việc: - Cơng suất tính tốn mạch MBA nguồn: Sba = 1,05Pd - Hệ số mạch cảu điện áp chỉnh lưu Kđm = 0,057 sơ đồ chỉnh lưu pha( H gồm Thyristor chia thành hai nhóm) + Nhóm catot chung: T1,T3,T5 + Nhóm anot chung: T2,T4,T6 - Điện áp pha: = Sin = Sin ( - -) = Sin ( -) Gó mở α tính từ giao điểm hình sin ( hay thời gian chuyển mạch tự nhiên) - Hoạt động hồ sơ Giả thiết T5 T6 cho dòng chảy qua VF = U2C , VG = U2B = θ = + - cho xung điều khiển mơ T1 Thyristor mở U2a >0 Sự mở T1 lamfcho T5 bị khóa lại cách tự nhiên U2a > U2c, lúc T6 T1 cho dòng chạy qua Điện áp tải Ud = Uab = U2a = U2b Khi = θ = - + cho xung điều khiển mở T2 Thyristor mở T6 dẫn dòng, đặt U2b catot T2 mà U2b > U2c mở đầu T2 làm cho T6 bị khóa lại cách tự nhiên U2b > U2c Các xung điều khiển lệch lần lược đưa đến cực điều khiển thyristor theo thứ tự 1,2,,3,4,5,6,1,2,…… Trong nhóm thyristor mở sẻ khóa thyristor dẫn dòng trước Tóm tắc bảng: Giá trị trung bình điện áp: Uư biến đổi; RP = const;  = const Trong phương trình đặc tính cơ, ta thấy độ dốc (hay độ cứng) đặc tính khơng thay đổi: Tốc độ không tải lý tưởng ω0 thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp: Trang 24 Như thay đổi điện áp phần ứng ta họ đường đặc tính song song với đường đặc tính tự nhiên thấp đường đặc tính tự nhiên Hình - Họ đặc tính nhân tạo động điện chiều kích từ độc lập giảm điện áp phần ứng Khi thay đổi điện áp (giảm áp ) mơ men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động giảm ứng với phụ tải định Dó phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập biện pháp thay đổi điện áp phần ứng có đặc điểm sau: - Điện áp phần ứng giảm, tốc độ động nhỏ - Điều chỉnh trơn tồn dải điều chỉnh - Độ cứng đặc tính giữ khơng đổi tồn dải điều chỉnh - Độ sụt tốc tuyệt đối toàn dải điều chỉnh ứng với mômen Độ sụt tốc tương đối lớn đặc tính thấp dải điều chỉnh Do vậy, sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) đặc tính thấp không vượt sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh - Dải điều chỉnh phương pháp có thể: D ~ 10:1 - Chỉ điều chỉnh tốc độ phía giảm (vì thay đổi với Uư ≤ Uđm - Phương pháp điều chỉnh cần nguồn để thay đổi trơn điện áp 2.2.2 Trường hợp thay đổi điện trở mạch phần ứng Vì điện trở tổng mạch phần ứng: RưΣ = Rư + Rưf nên điện trở mạch phần ứng thay đổi phía tăng Rưf Uư = const ; Rưf = var;  = const ) Trường hợp tốc độ khơng tải giữ ngun: Còn độ dốc (hay độ cứng) đặc tính thay đổi tỷ lệ thuận theo RưΣ Như vậy, tăng điện trở Rưf mạch phần ứng, ta họ đường đặc tính nhân tạo qua điểm (0, ω0) Hình - Họ đặc tính nhân tạo động điện chiều kích từ độc lập tăng điện trở phụ mạch phần ứng Như thay đổi điện trở phụ Rf ta họ đặc tính biến trở ứng với phụ tải MC đó, MC lớn tốc độ động giảm Người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ Đặc điểm phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch phần ứng: - Điện trở mạch phần ứng tăng, độ dốc đặc tính lớn, đặc tính mềm độ ổn định tốc độ kém, sai số tốc độ lớn - Phương pháp cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ phía giảm (do tăng thêm điện trở) - Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng tổn hao công suất dạng nhiệt điện trở lớn - Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số mômen tải Tải nhỏ (M1) dải điều D max chỉnh nhỏ Nói chung, phương pháp cho dải điều chỉnh:D ≈ 5:1  - Về nguyên tắc, phương pháp cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi điện trở dòng rotor lớn nên việc chuyển đổi điện trở khó khăn Thực tế thường sử dụng chuyển đổi theo cấp điện trở 2.2.3 Trường hợp thay đổi từ thơng kích từ : Uư = const ; Rưf = const;  = var Để thay đổi từ thơng  , ta phải thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở R kt mắc mạch kích từ động Vì tăng điện trở mạch kích từ nhờ R kt nên từ thơng kích từ thay đổi phía giảm so với từ thơng định mức Trường hợp này, tốc độ không tải lý tưởng độ dốc đặc tính thay đổi  Uu  var K − Ru   var Ruf (K )2 Khi điều chỉnh giảm từ thơng kích từ, tốc độ khơng tải lý tưởng ω0 tăng, độ cứng đặc tính giảm mạnh Họ đặc tính nhân tạo thu hình Hình - Họ đặc tính nhân tạo động điện chiều kích từ độc lập giảm từ thơng kích từ Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi từ thơng có đặc điểm sau: - Từ thơng giảm tốc độ khơng tải lý tưởng đặc tính tăng, tốc độ động lớn - Độ cứng đặc tính giảm giảm từ thơng - Có thể điều chỉnh trơn dải điều chỉnh:D ~ 3:1 - Chỉ điều chỉnh thay đổi tốc độ phía tăng - Do độ dốc đặc tính tăng lên giảm từ thơng nên đặc tính cắt đó, với tải khơng lớn (M1) tốc độ tăng từ thơng giảm Còn vùng tải lớn (M2) tốc độ tăng giảm tùy theo tải Thực tế, phương pháp sử dụng vùng tải không lớn so với định mức - Phương pháp kinh tế việc điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ với dòng kích từ (1÷10)% dòng định mức phần ứng Tổn hao điều chỉnh thấp BÀI TẬP MINH HỌA: Cho động điện dc kích từ độc lập kéo tải 75 Nm ,R ư=0,12 ,Rkt=220, K = 1,34V/rad/s Tốc độ động điều chỉnh qua chỉnh lưu cầu pha không đối xứng với UAC= 220V , f = 50Hz bỏ qua tổn hao ma sát Hãy xác định góc kích α mạch phần ứng để động làm việc tốc độ 900 vòng/phút ,800 vòng/phút, 700 vòng/phút với tải 75Nm BÀI LÀM  Để động làm việc tốc độ 900 vòng/phút, cần góc kích α là: Ta có:  Uu K − Ru I K u (1) Với  2 n  2  900  94, 25(rad / s) 60 60 Từ 1: Trong :  Uu    K  (2) Ru  I M  K  I I M  K 75  55, 97( A) 1, 34 Mà : (2)  Uu  94, 251, 34  0,12  55, 97  133(V ) Uu  U AC  (1 (3) cos ) (3) cos  Uu U AC  1  133 1  0, 343  220  α = 69,940  Để động làm việc tốc độ 800 vòng/phút, cần góc kích α là: Ta có : Với Uu    K  Ru  I  n  2  800  83, 78(rad / s) 60 60  Uu  83, 781, 34  0,12  55, 97  118, 98(V ) (3)  cos  Uu U AC  α = 78,40 1   118, 98 1  0, 201  220  Để động làm việc tốc độ 700 vòng/phút, cần góc kích α là: Ta có : Với Uu    K  Ru  I  2 n  2  700  73, 3(rad / s) 60 60  Uu  73, 31, 34  0,12  55, 97  104, 94(V ) (3)  cos   α = 86,560 Uu U AC  1  104, 94   220 1  0, 06 Mạch điều khiển tốc độ động KẾT LUẬN ... nhiều 2.2 Chỉnh lưu Thyristor cầu pha 2.2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cầu Thyristor cầu pha Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha Hình 2 .3 Dang sóng chỉnh lưu cầu pha 2.2.2 Các tham số mạch chỉnh lưu cầu pha -... để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập biện pháp thay đổi điện áp phần ứng có đặc điểm sau: - Điện áp phần ứng giảm, tốc độ động. .. phương pháp điều khiển học Chúng em tiến hành nghiên cứu đề tài ‘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA II: TỔNG QUAN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG II.1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN