Xây dựng hệ thống điều chỉnh dòng điện bộ chỉnh lưu một pha tải điện trở r biến đổi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG HỆ THỚNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN BỘ CHỈNH LƢU MỘT PHA TẢI ĐIỆN TRỞ R BIẾN ĐỔI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHÒNG - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG HỆ THỚNG ĐIỀU CHỈNH DỊNG ĐIỆN BỘ CHỈNH LƢU MỘT PHA TẢI ĐIỆN TRỞ R BIẾN ĐỔI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên : Đinh Trọng Vinh Người hướng dẫn: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn HẢI PHÒNG - 2017 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỚT NGHIỆP Sinh viên : Đinh Trọng Vinh MSV : 1312102001 Lớp Ngành :Điện Tự Động Công Nghiệp : ĐC1701 Tên đề tài : Xây dựng hệ thống điều chỉnh d ng điện ộ chỉnh ưu ột ph tải điện trở R i n đ i NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung và yêu cầu cần giải quy t nhiệ vụ đề tài tốt nghiệp (về ý uận, thực tiễn, số iệu cần tính tốn và ản vẽ) Các số iệu cần thi t để thi t k , tính tốn Đị điể thực tập tốt nghiệp CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ và tên Học hà , học vị : : Thân Ngọc Hoàn Giáo Sư Ti n S Kho Cơ qu n công tác : Trường Đại học dân ập Hải Ph ng Nội dung hướng dẫn : Học Toàn ộ đề tài Người hướng dẫn thứ h i: Họ và tên : Học hà , học vị : Cơ qu n công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp gi o ngày tháng nă 2017 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .nă Đã nhận nhiệ vụ Đ.T.T.N Đã gi o nhiệ 2017 vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán ộ hướng dẫn Đ.T.T.N Đinh Trọng Vinh GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn Hải Ph ng, ngày tháng nă 2017 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ củ sinh viên trình à đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất ượng củ Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề r nhiệ vụ Đ.T.T.N, ặt ý uận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất ượng ản vẽ ) Cho điể củ cán ộ hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….nă 2017 Cán ộ hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất ượng đề tài tốt nghiệp ặt thu thập và phân tích số iệu n đầu, sở ý uận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất ượng thuy t inh và ản vẽ, giá trị ý uận và thực tiễn đề tài Cho điể củ cán ộ chấ phản iện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….nă 2017 Người chấ phản iện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG CÁC BỘ CHỈNH LƢU CÓ ĐIỀU KHIỂN 1.1.CHỈNH LƯU MỘT PHA 1.1.1.Chỉnh ưu ột nử chu kỳ 1.1.2.Chỉnh ưu chu kì với i n áp có điể trung tính 1.1.3.Một số ưu nhược điể củ sơ đồ 1.1.4.Chỉnh ưu cầu ột ph đối xứng .5 1.1.5.Chỉnh ưu cầu ột pha không đối xứng 1.2.CHỈNH LƯU BA PHA .10 1.2.1.Chỉnh ưu ti 1.2.2.Chỉnh ưu cầu ph 10 ph đối xứng 13 1.2.3.Chỉnh ưu cầu ph không đối xứng 16 1.3.CHỈNH LƯU KHI CÓ ĐIỐT NGƯỢC 18 CHƢƠNG 2.GIỚI THIỆU BỘ CHỈNH LƢU CẦU MỘT PHA CHO TẢI DIỆN TRỞ R BIẾN ĐỔI 21 2.1.THI T K CÔNG TH C TÍNH TỐN MẠCH ĐỘNG LỰC .21 2.1.1.Tính tốn v n động ực 21 2.2.TÍNH TỐN CUỘN KHÁNG LỌC ĐIỆN 23 2.2.1.Xác định góc cực tiểu và cực đại 23 2.2.2.Xác định thành phần củ sóng hài 23 2.2.3.Xác định điện củ cuộn kháng .25 2.2.4.Thi t k k t cấu cuộn kháng ọc .26 2.3.TÍNH CHỌN THI T BỊ BẢO VỆ MẠCH ĐỘNG LỰC 30 2.3.1.Bảo vệ nhiệt độ cho v n án dẫn 31 2.3.2.Tính tốn cánh tản nhiệt: .31 2.3.3.Bảo vệ d ng điện cho v n án dẫn 31 2.3.4.Bảo vệ điện áp cho v n án dẫn .32 2.4.THI T K MẠCH ĐIỀU KHIỂN 33 2.4.1.Các yêu cầu ạch điều khiển 33 2.4.2.Nguyên ý hoạt động củ ạch điều khiển tiristor 34 2.4.3.Lự chọn khâu khuy ch đại và tạo xung 36 2.4.4.Lự chọn khâu so sánh 38 2.4.5.Lự chọn khâu đồng ph và tạo điện áp cư 40 2.4.6 Khối nguồn nuôi 43 CHƢƠNG TỔNG H P VÀ M PHỎNG BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN CỦA BỘ CHỈNH LƢU MỘT PHA TIRISTOR CẤP ĐIỆN CHO ĐIỆN TRỞ R 45 3.1.S ĐỒ CẤU TR C ĐIỀU KHIỂN 46 3.1.1.Giới thiệu chức khối 46 3.2 THI T K MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH 53 3.3.CHỈNH ĐỊNH THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG 56 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 LỜI MỞ ĐẦU Trong nă gần với phát triển ngày càng ạnh ẽ củ nh vực kho học, ứng dụng củ điện tử cơng suất vào cơng nghiệp nói chung và cơng nghiệp điện tử nói riêng, thi t ớn ch tạo ngày càng nhiều, đặc ngành kinh t quốc dân và đời sống, à k oại thi t iệt à ứng dụng củ cho yêu cầu hiểu vào i t và thi t ị này h t sức cần thi t ại kỹ sư ngành điện Điện áp ột chiều à oại ượng sử dụng rộng rãi hệ thống truyền động điện và tr ng ị điện Việc sản xuất điện phát điện ị điện tử có cơng suất ột chiều có nhiều tốn ké hiệu ta dùng ột chiều sử dụng áy và phức tạp Để đơn giản mà ại ộ chỉnh ưu.Những ki n đạt trình học tập trường đánh giá qu đợt à đồ án tốt nghiệp Vì e cố gắng tận dụng tất ki n thức học trường với tì t i nghiên cứu để hoàn thành tốt nhiệ vụ giao Qu thời gi n học tập trường e gi o đề tài: ‘‘ ’’ với hướng dẫn củ GS.TSKH.Thân Ngọc Hoàn, giảng viên ộ ôn Điện tự động công nghiệp, trường Đại Hoc Dân Lập Hải Ph ng Đề tài gồ nội dung: Chương 1:Các ộ chỉnh ưu có điều khiển Chương 2:Giới thiệu ộ chỉnh ưu cầu ột ph cho tải diện trở R i n đ i Chương 3:T ng hợp và ô ộ điều chỉnh d ng điện củ ưu ột ph tiristor cấp điện cho điện trở R -1- ộ chỉnh : Thi t ị đo d ng ằng - 48 in khử từ thông củ d ng điện dây dẫn trung tâ củ õi để từ thông õi thép ằng không điều khiển phản hồi Cả i n v ng kín này à ý xác để phép đo ường độ rộng ăng thơng rộng tới vài tră Hiện n y ề ặt nên kích thước và giá inH ch tạo dạng chip thành rẻ việc áp dụng sơ từ điện trở inH kHz đo d ng điện tăng ên Ngày oại sen ớn (GMR) th y đ i điện trở theo từ thông sử dụng để đo từ thông củ d ng điện chạy dây dãn qu đo d ng điện Tuy nhiên c n tồn ột số vấn đề phụ thuộc nhiệt độ và phi n Tuy nhiên với phát triển củ vi điện tử và GMR vấn đề này sớ Đã có ột số khắc phục oại GMR án thương trường và dùng GMR để đo d ng điện ản thân cách i nên có hiệu hơn, đo xác oại khác hi vọng tương i gần kích thước ộ i n này giả nh nh Khối Điều Khiển: Bộ điều chỉnh à ột phần tử qu n trọng hệ điều chỉnh tự động TĐĐ ởi đả ảo chất ượng động và t nh củ hệ Trong ài này cần dùng ộ PI để điều chỉnh d ng điện cho tải điện trở R, ộ điều khiển gồ khâu là khâu tỉ ệ (P) và khâu tích phân (I) hình 3.6 kp + R - ki : Khối điều khiển PI Bộ điều chỉnh có nhiệ vụ: + Khu ch đại tín hiệu s i ệch nhỏ củ + Tạo hà điều khiển đả - 49 hệ ảo chất ượng động và t nh củ hệ in Tuỳ theo oại tín hiệu điều khiển à t có ộ điều chỉnh tương tự ộ điều chỉnh số Theo yêu cầu t dùng ộ điều chỉnh tích phân tỷ ệ PI N u chọn: () () Cấu trúc củ ⁄ ộ điều chỉnh tích phận tỷ ệ , trình ày hình (3.7) R R C U 1W U R U : Sơ đồ nguyên ý ộ điều chỉnh PI Hà truyền ộ điều chỉnh PI () Trong đó: Có thể vi t hà truyền dạng khác: - 50 () Đặc tính độ ộ điều chỉnh PI và cách xác định KR,τ1,τR dược xác định hình (2.19) U2 τI ∆U1 KR∆U1 ∆U1 t τR : Đặc tính độ ộ điều chỉnh PI Bộ điều chỉnh PI hình 3.8 có nhược điể việc chỉnh định độc ập h i thông số KR và τR Sơ đồ hình 3.9 giải quy t nhược điể R R C a U1W U α R U2 : Bộ điều chỉnh PI , điều chỉnh độc ập th - 51 số KR,τR T có : () Trong : Rp=α(1-α)R { Vậy t chỉnh định số thời gi n τR ằng th y đ i R2 , s u chỉnh hệ số khu ch đại ằng việc chỉnh α không ảnh hưởng tới số thời gi n đồng thời vùng th y đ i hệ số khu ch đại rộng Khối Chỉnh Lƣu Là ộ chỉnh ưu iên hệ nguồn xo y chiều với tải ột chiều ,ngh à đ i điện áp xo y chiều củ nguồn thành điện áp ột chiều cho tải.( nêu chương 2) hà truyền củ khối chỉnh ưu có dạng: W ( p) = K 1+ τp Khối phản hồi Mục đích: phản hồi ại thơng số để điểu chỉnh Có nhiệ vụ chính: - Điều khiển q trình s i số tải R i n đ i - Phản hồi để điều chỉnh tín hiệu đầu r cho ộ điều khiển - Giới hạn và ảo vệ R thông số nhiệt,… vượt Nguyên lý hoạt động mạch - 52 ức cho phép - Khi có tín hiệu vào ộ điều khiển, ộ điều khiển xử ý tín hiệu và phát xung điều khiển vào BBĐ - Bộ i n đ i nhận tín hiệu từ ộ điều khiển, kích v n tiristo, cấp nguồn cho R - Điện trở R ộ phận đo ường ại thông số tốc độ, xử ý tín hiệu tốc độ thành tín hiệu điện áp và truyền tín hiệu ại ộ điều khiển - Bộ điều khiển t ng hợp và so sánh tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi từ đư r s i ệch và điều chỉnh 3.2 THIẾT KẾ MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH Để điều khiển d ng điện củ cầu chỉnh ưu ph có điều khiển dùng ộ điều chỉnh PI H.3.11 sử dụng tương đối rộng rãi đơn giản và tương đối dễ điều chỉnh hệ số khuy ch đại H.3.11 à sơ đồ khối điều chỉnh hệ thống truyền động điện động ột chiều cấp điện từ ộ chỉnh ưu ph có điều khiển dùng ộ điều chỉnh PI để điều chỉnh d ng điện R I − Iđ Iđo U/R Hình 3.11: Sơ đồ khối điều khiển củ hệ thống điều chỉnh d ng cho tải điện trở R ằng ộ chỉnh ưu ột ph với ộ điều chỉnh PI Ở sơ đồ này t giả thi t d ng điện củ áy điện iên tục và phi n với điện áp Ve và góc α giải quy t sử dụng nghịch đảo củ hà cosin Độ sụt áp nguồn trùng dẫn từ nguồn kháng ỏ qu hệ số - 53 khuy ch đại điện áp củ ộ chỉnh ưu điều khiển ,thời gi n trễ có giá trị ằng 1/10 chu kỳ củ điện áp vào : √ Trong e − à tần số góc củ điện áp nguồn Ở H.3.11 d ng điện ia có dạng d o động tần số d o động ằng ần tần số nguồn Để nhận giá trị trung ình củ d ng phần ứng d ng điện d o động thi t ị đo ọc Để thi t k ộ điều chỉnh PI giả thi t ộ ọc à ộ ọc thơng thấp sóng ậc ột có số thời gi n à TF và tần số góc cắt à 1/TF, tần số cắt nhận ằng tần số nguồn nạp ằng d ng điện Thời gi n trễ điều khiển v n củ ộ 1/6 tần số d o động củ chỉnh ưu có điều khiển hình hó khâu trễ khối cho H.3.11 trở thành H.3.12 Hệ số khuy ch đại củ trễ gồ thời gi n trễ củ ậc và úc này sơ đồ v ng phần tử chỉnh ưu Td/2, thời gi n trễ cuả ộ ọc TF c n thời gi n trễ củ R là Ta=La/Ra , à số thời gi n Giá trị thời gi n trễ thứ và thứ cộng với nh u và à gần thành ột độ trễ: T có sơ đồ rút gọn s u: Id I RI _ ( : Sơ đồ khối củ - 54 ) ạch v ng d ng điện Hà truyền đạt củ đối tượng điều chỉnh: ( ( ( ) ) ) )( Trong Te=Td/2+TF Ti à khoảng thời gi n tích phân củ ( ộ điều chỉnh PI ) ( ) ( ) Trong Ti à số tích phân củ ộ điều chỉnh PI thường có giá trị ằng ần hệ khuy ch đại củ ộ điều chỉnh ằng Kp/Ki Có nhiều phương pháp điều chỉnh hệ số khuy ch đại này phương pháp thường dùng à phương pháp tối ưu đối xứng Hằng số thời gi n tích phân quy t định ởi hệ số giả chấn ζ Để nhận góc ph iên ớn nhận ζ=1/ úc này Ti=Te.(1+ζ)2 T K =1 d r v ng kín này độ rộng A (1 + 2ς )T e ăng thơng có giá trị 1/15,1Te với thủ tục điều chỉnh này hệ thống truyền động có tần số nguồn à 60Hz độ rộng ăng thông xấp xỉ 16 r d/s Với thủ tục thi t k này đồng thời điều chỉnh hệ số khuy ch hệ thống điều chỉnh d ng điện củ cần thi t Tuy nhiên c ộ chỉnh ưu có điều khiển cung cấp cho t tính chất n giới hạn tới giá trị nhỏ tín hiệu vào nhảy ột số vấn đề s u: độ rộng ăng thơng v ng kín ị ột vài phần r d/s và đáp ứng củ d ng điện ậc có d o động tính chất zero củ ộ điều chỉnh PI Tuy nhiên n u d ng phần ứng à khơng iên tục hà - 55 truyền củ ộ chỉnh ưu không nhận và hà truyền t ng quát khác với hà truyền và tính chất điều chỉnh thấy rõ ràng ị giả Hà truyền đạt: () Trong : KR à hệ số tỉ ệ (P) T à hệ số tích phân (I) Tính tốn số iệu để ô phỏng: KR= 0,7497 T = 0,0349 Td=0,02 TF=0,005 Hằng số thời gi n:Ti= 0,014 (s) 3.3.CHỈNH ĐỊNH TH NG SỚ VÀ M PHỎNG T sử dụng ề t p si u i k để hiển thị k t : Sơ đồ cấu trúc ô M t - 56 : K t trước chỉnh định số U : K t s u chỉnh định số U - 57 .16: K t s u chỉnh định số I ị k ô : Bộ i n đ i điện áp chỉnh ưu Thysisto cần có giá trị điện áp không tải đả ảo cung cấp cho phần ứng củ động ột chiều hoạt động Điện áp chỉnh ưu khơng tải tính s u: Udo = (Ud + 4%Ud Trong đó: Ud + 1,5%Ud + 0,8%Ud + ∆Urt) (1) : điện áp chỉnh ưu cực đại Ud = Eưd 4%Ud : sụt áp điện trở MBA 1,5%Ud : sụt áp điện kháng MBA ∆Urt : sụt áp Tiristor nối ti p ∆Ur ≈ V Th y trị số vào phương trình (1) t được:Ud = 235,86 V Vậy điện áp chỉnh ưu không tải Ud = 235,86 - 58 = 110 V V Giá trị hiệu dụng điện áp ph thứ cấp MBA Ta có: √ Với =0 Suy U2 = 261,84V Do tỉ số MBA à: = U2/U1 = 1,19 Điện áp ngược ớn ới ỗi Tiristor phải chịu: Uim =√2 U2 =√2 261,84 =370,29 V - 59 KẾT LUẬN Sau ba tháng nghiên cứu và thực đề tài hướng dẫn tận tình củ GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn với cố gắng nỗ ực củ ản thân, e hoàn thành đồ án tốt nghiệp củ theo k hoạch giao Qu thời gi n à đồ án tốt nghiệp e nắ vững cách phân tích ột cơng việc thi t k , cách đặt vấn đề cho ài toán thi t k Giúp cho e có cách xử ý sát thực và i t cách k t hợp với ki n thức học để tính tốn và chọn r phương án tối ưu cho thi t k + Nghiên cứu t ng qu n ộ chỉnh ưu có điều khiển + T ng hợp ộ điều chỉnh d ng điện + Thi t k ô ằng phần ề Tuy nhiên, thời gi n và kinh nghiệ t si u ink có hạn nên k t đạt được, đề tài chư thực ên cạnh ột số vấn đề s u : Dù cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ à việc c o, kỹ ưỡng và có hướng dẫn cụ thể củ quý thầy cô hiểu i t c n hạn ch và chư có kinh nghiệ nhiều thi u sót và ki n củ thực tiễn nên chắn đồ án này c n có ất cập Vì vậy, e q thầy và ạn để e ong sử chữ và đóng góp ý rút kinh nghiệ và thê ki n thức SINH VIÊN THỰC HỆN Đinh Trọng Vinh sung 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2004), Đ xuất ản xây dựng công s ấ , Nhà [2] Lê Văn Do nh –Nguyễn Th Công –Trần Văn Thịnh Đ ô s ấ , Nhà xuất ản kho học và kỹ thuật [3] TS Trần Văn Thịnh (2008), Tính tốn (2005), k ị s ấ , Nhà xuất ản giáo dục [4] Nguyễn Bính (2000), Đ và kỹ thuật [5] Dương Minh Trí (2007), Sơ ô s ấ , Nhà xuất k ản kho học ẫ , Nhà xuất ản trẻ [6] TS Đỗ xuân Thụ (2002), Kĩ ậ ử, Nhà xuất ản giáo dục [7] Lê Văn Do nh (1997), Đ ô s ấ k , Nhà xuất ản kho học và kỹ thuật [8] Diễn đàn Điện Tử Việt Nam (www.dientuvietnam.net) [9] Diễn đàn Sinh viên Bách Kho (www.svbkol.org) 61 ể ... điện trung ình tiristor ằng 1/3.Id Trong khoảng thời gi n tiristor dẫn, d ng củ điện củ tiristor ằng d ng điện tải, khoảng tiristor khoá d tiristor ằng Điện áp củ tiristor phải chịu ằng điện dây... cong điện áp, d ng điện tải, d ng điện v n và điện áp củ Tiristor T1 Điện áp trung ình tải, tải trở (d ng điện gián đoạn) tính : -4- Trong đó: Udo - Điện áp chỉnh ưu khơng điều khiển và ằng:... chỉnh ưu có điều khiển Chương 2:Giới thiệu ộ chỉnh ưu cầu ột ph cho tải diện trở R i n đ i Chương 3:T ng hợp và ô ộ điều chỉnh d ng điện củ ưu ột ph tiristor cấp điện cho điện trở R -1- ộ chỉnh CHƢƠNG