thiết kế bộ biến đổi dc-ac điều khiển động cơ một chiều

bộ nghịch lưu

Đồ án môn học Trờng đại học s phạm kỹ thuật hng yên Khoa Điện - Điện Tử Thuyết minh đồ án môn học điện tử công suất đề tài: thiết kế bộ biến đổi dc-ac điều khiển động cơ một chiều Giáo viên hớng dẫn : Đoàn Văn Điện Sinh viên thực hiện : Trần Văn Quý Nguyễn Hồng Quân Lu Minh Thắng Khơng Thị Cần Thơ Hng Yên ngày tháng 06 năm 2005 Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 1 - §å ¸n m«n häc Trêng §¹i Häc S Ph¹m Kü ThuËt Hng Yªn - 2 - Đồ án môn học Mục lục Lời nói đầu .3 Chơng 1 Giới thiệu chung về bộ điều áp 4 Chơng 2 Thiết kế mạch điều khiển .5 2.1 Sơ đồ mạch động lực .5 2.2.1 Giới thiệu một số sơ đồ 5 2.1.2 Lựa chọn sơ đồ 6 2.1.3 Nguyên lý hoạt động .6 2.2 Thyristor 10 2.2.1 Cấu tạo .10 2.2.2 Nguyên lý hoạt động .11 2.2.3 Ưng dụng .13 2.3 Thiết kế mạch điều khiển .13 2.3.1 Các yêu cầu đối với xung điều khiển 13 2.3.2 Khái niệm về mạch điều khiển 15 2.3.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng .16 2.3.4 Sơ đồ khối mạch điều khiển van .17 2.3.5 Mạch tạo điện áp đối xứng 19 2.3.6 Khâu đồng pha 19 2.3.7 Mạch tạo điện áp điều khiển 21 2.3.8 Khối so sánh 2.3.9 Mạch tạo xung chùm 2.3.10 Khâu khuếch đai và biến áp xung . 2.4 Tính toán cho van và mạch điều khiển 2.4.1 Tính toán chọn thyristor 2.4.2 Tính toán cho mạch điều khiển . 2.4.3 Tính chọn BAX . 2.4.4 Bảo vệ thiết bị biến đổi Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 3 - Đồ án môn học Chơng 3 Giới thiệu về thiết bị 3.1 Mô hình thiết bị . 3.2 Bố trí thiêt bị 3.2 Cách sử dụng . Tài liệu tham khảo Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 4 - Đồ án môn học Lời nói đầu Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã đợc sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Vì thế môn học Điện Tử Công Suất là một trong những môn khoa học đặc biệt trong các trờng kỹ thuật để ngời học có điều kiện học tập nghiên cứu ra những ứng dụng phục vụ cho thực tiễn. Tuy nhiên những ứng dụng đó vẫn cha đợc khai thác triệt để trong hệ thống điều khiển, đo lờng và điều chỉnh Trong quá trình học tập tại trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên đợc sự chỉ đạo của nhà trờng của khoa Điện - Điện Tử và đặc biệt là thầy Đoàn Văn Điện đã hớng dẫn chúng tôi làm đề tài Thiết kế bộ điều áp xoay chiều cho động cơ một pha công suất lớn. Và trong cuốn thuyết minh này chúng tôi đã trình bày đợc những vấn đề cơ bản mà đề tài đã yêu cầu. Tuy nhiên với thời gian và kiến thức còn hạn chế nên nội dung còn có những thiếu sót. Chúng tôi rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy, các cô và toàn thể các bạn để đề tài của chúng tôi đợc hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 5 - Đồ án môn học Bộ điều áp xoay chiều cho động cơ một pha công suất lớn Chơng 1 Khái niệm chung Trong kỹ thuật điện có nhiều trờng hợp phải biến đổi điện áp xoay chiều giá trị không đổi thành điện áp xoay chiều có giá trị điều chỉnh đ- ợc có cùng tần số. Thông thờng ta dùng MBA, MBA có u điểm là kết cấu gọn gàng, làm việc tin cậy độ bền cao và nếu Uv là hình sin thì Ur cũng có hình sin, nhng nó lại có nhợc điểm: khó thực hiện thay đổi trơn điện áp ra nhất là đối với tải công suất trung bình và lớn . Khi đó ngời ta dùng thiết bị khác là BBĐ AC- AC. Thiết bị này sử dụng các dụng cụ bán dẫn có điều khiển. Nguyên tắc : Cắt đi một phần trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp nguồn xuay chiều hình sin làm cho Ur < Unguồn. Ưu điểm: gọn nhẹ hiệu suất cao, làm việc tin cậy, điều chỉnh trơn điện áp với phạm vi rộng với mọi cấp công suất. Nh ợc điểm : độ tin cậy không bằng MBA, sơ đồ điều khiển phức tạp, Uvào dạng sin nhng Ura khác sin. Phạm vi ứng dụng BBĐ xc-xc: - Điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhỏ bằng phơng pháp biến đổi nguồn - Khởi động các độngcơ xoay chiều không đồng bộ roto lồng sóc công suất trung bình và lớn. - Cung cấp cho sơ cấp MBA tăng áp khi có yêu cầu điều chỉnh trơn điện áp ra. Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 6 - Đồ án môn học Chơng 2 Thiết kế bộ điều áp AC - AC cho tải động cơ công suất lớn 2.1 Sơ đồ mạch động lực 2.1.1 Giới thiệu một số sơ đồ - Sơ đồ sử dụng 2 thyristor mắc song song ngợc (Ha) Đặc điểm: Thích hợp với các sơ đồ điều khiển tải có công suất lớn. Vì ngày nay thyristor đã đợc chế tạo có dòng đến 7000A thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn Ampe là hoàn toàn có thể. Tuy nhiên nó cũng có nhợc điểm là chất lợng điều khiển không đợc tốt, nhất là về mặt đối xứng điện áp . - Sơ đồ sử dụng 1 triac (Hb) Đặc điểm: Khắc phục đợc nhợc điểm của thyristor và có u điểm hơn về mặt lắp ráp nhng triac hiện nay mới đợc chế tạo với dòng không lớn I < 400Anên không thích hợp với dòng tải lớn. - Sơ đồ sử dụng 2 diode và 2 thyristor catot chung(Hc) Đặc điểm: Chỉ dùng để nối các cực điều khiển đơn giản. - Sơ đồ sử dụng 4 diode và 1 thyristor (Hd) Đặc điểm : Đợc dùng khi cần điều khiển đối xứng điện áp trên tải tuy nhiên lại có tổn hao lớn trên các van bán dẫn nên hiệu suất lớn. Hình 2.1: Các sơ đồ Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 7 - Tải Tải Tải Tải H aa Hc Hd Hình 2.2: Sơ đồ mạch động lực Tải T1 T2 Đồ án môn học 2.1.2 Lựa chọn sơ đồ Căn cứ vào: - Đặc điểm của tải Tải động cơ công suất lớn Điện áp điều chỉnh trơn 0 ữ U lới Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại Nguồn cấp : điện áp lới - Điều kiện làm việc : Có thể làm việc ngoài trời hoặc trong nhà - Trình độ khả năng của ngời thiết kế và vận hành còn hạn chế. ta chọn sơ đồ hình (Ha) 2.1.3 Nguyên lý làm việc Khi tải là điện cảm (R+L) góc lệch pha của tải R L arctag = sẽ làm giảm sự biến thiên của góc điều khiển . Ta xét sự hoạt động của mạch với các trờng hợp của góc điều khiển . a) Khi < < Thyristor đợc mồi ở t 0 = , lúc này giả sử T1 đang dẫn ta có phơng trình mạch điện là: L dt di + Ri =Vm.sin t Nghiệm của dòng điện i có biểu thức i =i f +i l = )( )sin()sin( t L R mm e Z V t Z V Với Z là tổng trở Z = 22 LR + và tg R L = Thành phần i l âm vì > tại t = t 1 thì T1 bị khoá Ta có : t 1 < + < + Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 8 - Đồ án môn học ở thời điểm t = T/2 + To thì T2 đủ điều kiện dẫn - Đợc phân cực thuận(vì điện áp nguồn đã đổi dấu) - Có xung điều khiển T2 dẫn và quá trình xảy ra tơng tự nh đối với chu kỳ dơng điện áp. Hình 2.3: Dạng sóng điện áp 1 pha khi tải R- L với góc mồi << Khi > các thyristor luôn bị khoá bởi vì xung mồi đến khi mà điện áp U AK luôn âm. Khi = thành phần hàm mũ của i =0 nên dòng điện hình sin nối trực tiếp với tảI. Nh vậy khi thay đổi góc điều khiển giữa và dòng điện hiệu dụng thay đổi từ 0 đến cực đại = Vmax/Z. b) Khi < Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 9 - V1 V2 V V ` 01 2 t T t += T t t 0 t 0 t 1 T t l t f V1 = -V2 0 T T t Đồ án môn học Lúc này sự hoạt động của bộ điều áp phụ thuộc vào tín hiệu đa vào cực điều khiển Nếu xung mồi rất ngắn thyristor nhận đợc xung mồi đầu tiên và mở, dòng điện i là i = i f + i l = )( )sin()sin( t L R mm e Z V t Z V Bây giờ thành phần dòng cỡng bức i f và i l cùng dấu. Dòng điện triệt tiêu khi t 1 > + do đó lớn hơn + xung đến cực điều khiển của T2 ở thời điểm += t khi thyristor này có điện áp U AK âm do điện áp rơi trong T1 đang dẫn đã đổi dấu và do vậy T2 không đợc mồi khi điện áp T2 trở nên dơng tại t = t 1 thì lại không còn xung trên cực điều khiển nữa. Vì lý do đó sơ đồ làm việc không bình thờng: Một nửa chu kỳ dòng điện biến mất một cách đột ngột. Dòng điện i chuyển từ V/Z sang V/Z 2 . Hình2.4: Điều áp một pha, tải R-L hoạt động không bình thờng Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên - 10 - i G , i G ` i G i G ` i G t t t V 1 =-V 2 V T t 0 i 0 i f i + i l t 1 T t . - Điều khiển tốc độ của các động cơ xoay chiều không đồng bộ công suất nhỏ bằng phơng pháp biến đổi nguồn - Khởi động các độngcơ xoay chiều không đồng bộ. Thuyết minh đồ án môn học điện tử công suất đề tài: thiết kế bộ biến đổi dc-ac điều khiển động cơ một chiều Giáo viên hớng dẫn : Đoàn Văn Điện Sinh viên