123doc bai tap lon tong hop he thong dien co

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Đăng Toàn Sinh viên thực hiện: Trương Bảo Anh 2017607189 Hoàng Minh Trường 2017607316 HÀ NỘI - 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1 Khái niệm chung hệ truyền động chỉnh lưu – động chiều Giới thiệu sơ đồ 2.1 Hoạt động hệ thống .6 Chế độ dòng điện liên tục: Chế độ dòng điện gián đoạn: 2.2 Đánh giá chất lượng hệ thống CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ CHỈNH LƯU 10 I Tính chọn mạch lực cho chỉnh lưu .10 Tính chọn van thyristor 10 Tính tốn thơng số máy biến áp 11 II Thiết kế cuộn kháng lọc 23 Xác định góc mở cực tiểu cực đại 23 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 24 Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc 26 III Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 29 Bảo vệ q dòng điện Tính chọn aptomat cầu dao .29 Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn 30 Bảo vệ điện áp cho van 30 IV TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ CHỈNH LƯU 31 Giới thiệu chung 31 Chọn phương pháp phát xung 31 CHƯƠNG III: TỔNG HỢP VÀ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU CHỈNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAP SIMULINK .43 I Tổng hợp hai mạch vòng tính đến ảnh hưởng sức điện động .43 1.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện .43 1.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ 48 II Tổng hợp hai mạch vòng bỏ qua ảnh hưởng sức điện động 52 2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện .52 2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ 54 2.3 Mô hệ thống vòng điều chỉnh Matlab/Simulink 57 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 68 I Thiết kế mạch điều khiển van .68 II Thiết kế mạch lực 68 III Mạch trọn cho hệ thống CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Khái niệm chung hệ truyền động chỉnh lưu – động chiều Là chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải chiều, nghĩa đổi điện áp xoay chiều nguồn thành điện áp chiều phụ t ải Điện áp chiều tải không lý tưởng điện áp ắc quy mà có chứa thành phần xoay chiều với chiều Đầu sơ đồ chỉnh lưu coi chiều nh ưng th ực điện áp đập mạch Trị số điện áp chiều, hiệu áp suất ảnh h ưởng c chúng nguồn xoay chiều khác Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) chiều thiết bị biến nguồn điện xoay chiều pha thành điện áp chiều điều khiển ngược Hoạt động mạch nguồn điện xoay chiều định nh mà thực chuyện mạch dòng điện ph ần t l ực Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố: - Theo số pha có: Chỉnh lưu pha, chỉnh lưu pha - Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu n ửa chu kỳ, ch ỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia - Theo điều khiển có: Chỉnh lưu khơng điều khiển, chỉnh lưu có ều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển + Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha Đặc điểm sơ đồ chỉnh lưu tia pha:  Số van chỉnh lưu số pha nguồn cấp  Các van có điện cực tên nối chung, điện c ực l ại n ối với nguồn xoay chiều Nếu điện cực nối chung Katôt, ta có s đồ Katơt chung, điện cực nối chung anơt, ta có s đ n ối anôt chung + Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha Đặc điểm chỉnh lưu cầu pha: Số van chỉnh lưu lần số pha điện áp nguồn cung cấp, có van có Katơt nối chung (các van 1, 3, 5) t ạo thành cực dương điện áp chỉnh lưu, van có anơt chung (các van 2, 4, 6) tạo thành cực âm điện áp chỉnh l ưu  Mỗi pha điện áp nguồn nối với van, nhóm Katơt chung, nhóm anơt chung  Giới thiệu sơ đồ Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động chiều Trong đó: + Đ: động chiều kích từ độc lập, thực chức biến lượng điện chiều thành truyền động cho cấu sản xuất + BBĐ: biến đổi van có điều khiển, thực ch ức bi ến lượng điện xoay chiều thành lượng điện chiều cung cấp cho đ ộng + Uđ tín hiệu điện áp đặt + FT máy phát tốc thực chức khâu phản hồi âm tốc độ +TH & KĐ khối tổng hợp khuyếch đại tín hiệu + FX mạch phát xung 2.1 Hoạt động hệ thống Giả sử ban đầu hệ thống đóng vào lưới với điện áp thích h ợp, lúc động chưa làm việc Khi ta đặt vào hệ th ống m ột điện áp đ ặt Uđ ứng với tốc độ động Thông qua khâu TH & KH mạch FX suất xung đưa tới chân điều khiển van biến đổi, lúc nhóm van đ ược đ ặt điện áp thu ận, van m với góc mở  Đầu BBĐ có điện áp U d đặt nên phần ứng động cơđộng quay với tốc độ ứng với Uđ ban đầu Trong trình làm việc, ngun nhân làm cho t ốc độ động giảm qua biểu thức : UĐK = Uđ - n n giảm UĐK tăng  giảm Ud tăng  n tăng điểm làm việc yêu cầu Khi n tăng mức cho phép trình diễn ng ược l ại Đây nguyên lý ổn định tốc độ * Đặc tính hệ thống truyền động: Chế độ dòng điện liên tục: Khi mơmen tải tăng Mt ↑ dòng điện Idc↑ tăng dẫn đến lượng điện từ tăng Khi điện áp nguồn nhỏ sức điện động lượng cuộn dây lớn làm cho lượng xả đủ sức đ ể trì dòng điện đến thời điểm mở van Dòng điện chỉnh lưu Id dòng phần ứng Dựa vào sơ đồ thay (hình 2.2) viết sơ đồ đặc tính n E cos  R  X K  I K dm K dm n E cos  R  X K  M K dm ( K dm ) Đặc tính có độ cứng  ( Kdm ) R XK Xk : Đặc trưng cho sụt áp chuyển mạch van Thay đổi góc điều khiển: + Khi  0   sđđ chỉnh lưu biến thiên từ E đến - Edo ta họ đặc tính song song nằm nửa bên phải mặt phẳng toạ đ ộ   , M  van khơng cho dòng điện phần ứng đổi chiều Các đặc tính hệ T - Đ mềm đặc tính c hệ F - Đ b ởi thành phần sụt áp U k tượng chuyển mạch van bán dẫn gây nên Hình 2.2: Họ đặc tính hệ    : Bộ biến đổi làm việc chế độ chỉnh lưu, động c có + Khi thể làm việc chế độ động sđđ E > chế độ hãm ngược sđđ E đổi chiều    max : Bộ biến đổi làm việc chế độ nghịch lưu phụ + Khi thuộc, biến tải thành điện xoay chiều tần s ố l ưới trả lưới điện Động làm việc chế độ hãm tái sinh tải có tính th ế Dòng điện trung bình mạch phần ứng: I E  Ed R XK Phương trình đặc tính:  E cos  R  X K  I Kdm Kdm Chế độ dòng điện gián đoạn: Do mạch động có điện cảm điện cảm có tích lũy xả lượng Nếu dòng điện nhỏ, lượng tích lũy lượng c cuộn dây nhỏ nên xả lượng nhỏ Vì điện áp lưới nh ỏ sức điện động động cơ, lượng cuộn dây x ả đ ể đảm bảo anod dương catod khơng đủ trì tính ch ất liên t ục dòng điện Lúc này, dòng điện qua van tr trước van bắt đầu dẫn Khi làm việc chế độ dòng điện gián đoạn, đường đặc tính c khơng đường thẳng, đường cong có độ cứng thấp h ơn Biên giới vùng dòng điện gián đoạn đường phân tách vùng dòng điện liên tục dòng điện gián đoạn t ập h ợp đường trạng thái biên Trong thực tế tính tốn hệ T - Đ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, đường phân cách vùng dòng điện liên t ục dòng điện gián đoạn Trạng thái biên liên tục trạng thái mà góc dẫn  = 2 /p góc chuyển mạch  0 Đường biên liên tục gần đường elip Để giảm độ lớn trục nhỏ elip, tăng số pha chỉnh lưu Tuy nhiên tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ phức tạp 2.2 Đánh giá chất lượng hệ thống - Ưu điểm: + Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn dễ t ự động hoá van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất cao + Cơng suất tổn hao nhỏ, kích thước trọng lượng nh ỏ + Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa - Nhược điểm: + Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có bi ểu đồ đ ập mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể động c hệ th ống + Chuyển mạch làm việc khó khăn đường đặc tính n ằm mặt phẳng toạ độ + Trong thành phần hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos  thấp + Do vai trò dẫn dòng chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn với hệ thống đảo chiều + Do có vùng làm việc gián đoạn đặc tính nên khơng phù h ợp truyền động có tải nhỏ CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ CHỈNH LƯU Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 10 Vì động bị ảnh hưởng yếu tố thay đổi tải trọng nên trường hợp tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tộc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng để đạt yêu cầu vô sai cấp cao: Suy ra: Ta có: Mặt khác ta chọn + Thiết kế mạch điều chỉnh tốc độ Ở ta sử dụng mạch điều chỉnh với khâu P Để tránh trình độ tạo khâu điều chỉnh tốc độ hệ thống, ta sử dụng khâu hạn chế để làm bão hòa điện áp q độ giúp dòng điện phần ứng khơng bị độ điều chỉnh lớn Sơ đồ sau: 55 Sơ đồ khối: 2.3 Mô hệ thống vòng điều chỉnh Matlab/Simulink Ta có hàm truyền khâu tìm sau:  Trường hợp có tính đến ảnh hưởng sức điện động: Hàm truyền biến đổi: 56  Trường hợp bỏ qua ảnh hưởng sức điện động: 57 + Thay vào sơ đồ khối tổng quát (đã có trên) Matlab/Simulink với nhiễu loạn tải có tình đến thành ph ần điện áp phần ứng động E, ta có sơ đồ khối tổng quát hệ phần mềm sau: 58 Đáp ứng dòng điện 59 Xét trường hợp khơng có ảnh hưởng E Khi tăng I = 50 Tăng độ lớn điều chỉnh Xảy dao động chút đầu, trình ổn định dường nhanh 60 Khi giảm I = Độ ổn định chậm 61 Khi tăng P = Tăng độ lớn điều chỉnh Độ dao động điều chỉnh xảy dày đặc 62 Khi giảm P = 0.1 Hệ thống không ổn định 63 Dòng điện phần ứng tốc độ đơng (khi thông số giữ không đổi) 64 Khi thay đổi Pw = 15 Đáp ứng dòng điện thay đổi không đáng kể Đáp ứng tốc độ dao động 65 Khi thay đổi Pw = 100 Cả đáp ứng dòng điện tốc độ ổn định chậm 66 Xét dòng điện tốc độ động trường hợp 67 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ I THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Như trình bày ta thiết kế mạch điều khiển Thyristor sử dung IC có s ẵn hãng SIEMENS TCA785, IC thực đầy đủ chức thỏa mãn yêu cầu việc điều khiển Thyristor nêu Mạch điều khiển thyristor (xét cho pha A): Thay đổi điện áp chân 11 ta thay đổi thời điểm phát xung ều khiển Thyristor, chân 14 chân phát xung điều ển Thyristor, nh IC TCA785 sử dụng để điều khiển hai van Thyristor đồng thời II THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC Mạch động lực sử dụng biến đổi hình tia pha theo yêu cầu toán 68 III Mạch đầy đủ (Mạch in A3 trang sau) 69 ... = Udo Cos min = Uddm tương ứng tốc độ động lớn nđm n max = Khi góc mở lớn  = max điện áp tải nhỏ Udmin = Udo Cos max tương ứng tốc độ động nhỏ nmin Ta có : U d max = arcos = arcos 1,17.U... thuộc nhiều yếu tố: - Theo số pha có: Chỉnh lưu pha, chỉnh lưu pha - Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu n ửa chu kỳ, ch ỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia - Theo điều khiển có:... Ud = � 1,17.U cos    D  1 I udm  Ru  RBA  Rdt  � � � Ud = D � � � � � 1,17.U cos    20  1 I udm �Ru  RBA  X BA � �  � � � = 20 � Thay số � � � � � 1,17.206.cos(100 )   20