đồ án điện tử công suất

GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Lời nói đầu Sự bùng nổ tiến khoa học kỹ thuật cạc lỉnh vực điện, điện tử, tin học nhửng năm gần đả ảnh hưởng sâu sắc lý thuyết thực tiển ứng dụng rộng rải có hiệu cao nhiều lỉnh vực khác Đặc biện lỉnh vực điều khiển tự động dây truyền cơng nghiệp thép kín đời có lỉnh vực điều khiển động điện Điều khiển động điện chiều lỉnh vực không ứng dụng nhiều thực tế cơng nghiệp sản xuất, có nhiều phương điều khiển Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng linh kiện điện tử đơn giản phương pháp điều khiển học Em giao nhiệm vụ” THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU – KHÔNG ĐẢO CHIỀU ” Nội dung đề tài bao gồm chương:  Chường I: Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều lựa chọn phương án thiết kế  Chương II: Tổng quan chỉnh lưu Tiristor hình cầu pha Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động điện chiều (hệ T-Đ) khơng đảo chiều  Chương III: Tính chọn phần tử mạch động lực  Chương IV: Tính chọn phần tử mạch điều khiển mạch bảo vệ Do lần làm đồ án, kiến thức hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai xót Mong thây bạn giúp đồ án em hoàn thiện Với giúp đở tận tình thầy giáo khoa đặc biệt giáo TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Đã giúp em hoàn thành nhiệm vụ cách tốt Em xin chân thành cảm ơm! Giáo viên hướng dẩn SVTH: Sinh viên thực TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Động điện chiều 1.1.1 Khái quát chung: Động điện chiều cho phép điều chỉnh tốc độ quay liên tục trọng phạm vi rộng nhiều trường hợp cần có đặc tính đặc biệt, thiết bị đơn giản rẻ tiền thiết bị điều khiển động ba pha.Vì số ưu điểm động điện chiều sử dụng phổ biến công nghiệp, giao thông vận tải… 1.1.2 Cấu tạo độn điện chiều Động điên chiều chia thành thành phần chính: - Phần tĩnh( stato) Gồm phận sau: Cực chỉnh từ: phận sinh từ trường, gồm lỏi sắt cực từ dây quấn kích từ + Lỏi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện dày( 0,5-1)mm ép lại tán chặt + Dây quấn kích từ quấn dây đồng bóc cách điện Trong máy có cơng suất nhỏ cực từ nam châm vinh cửu Còn máy có cơng suất lớn cực từ nam châm điện Cực từ phụ đặt giửa cực từ dùng để cải thiện trình trạng làm việc cảu máy điện đổi chiều SVTH: TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH + lỏi thép cực từ phụ khối hoạc gép thép tùy theo chế độ làm việc Xung quanh cực từ phụ đặt giây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ nối với dây quấn phần ứng Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy - Phần quay(roto) Bao gồm phận sau: + Lõi thép phần ứng: dùng để dẩn từ, thường dùng thép kỷ thuật điện dày 0.5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây lên Trong máy điện nhỏ lỏi thép phần ứng ép trực tiếp vào trục máy điện lớn trục lõi sắt có giá roto + Dây quấn phần ứng phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua, thường làm đồng bọc cách điện Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cơ cấu nối than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ngồi 1.1.3 Phân loại động điện chiều Cũng máy phát, động điện củng phân loại theo cách kích từ thành động sau: - Động điện kích từ độc lập: SVTH: TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Động điện chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện ngòai độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng - Động kích từ nối tiếp: Động kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng - Động kích từ hổn hợp: Gồm dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ song song chủ yếu 1.1.4 Các thông số định mức Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà xưởng chế tạo quy định chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức.trên nhãn ghi đại lương sau: Công suất định mức Pdm (kw hay w) Điện áp định mức Udm (v) Dòng điện định mức Idm (A) Tốc độ định mức ndm (vòng/phút) Ngồi ghi kiểu máy , phương pháp kích từ,dòng điện kích từ số liệu dòng điện sử dụng… 1.1.5 Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi điện, dây quấn phần ứng có dòng điện Iư Các dẫn có dòng điện nằm từ trường, chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho nhau, có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Khi động quay, dẫn cắt từ trường, cảm ứng sức điện động Eư Ở động điện chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên sức điện đơng Eư gọi sức phản điện Phương trình điện là: U  Eu  Ru I u 1.1.6.Phương trình đặc tính cơ: Để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập ta phải phân tích, tìm mối quan hệ tốc độ với thông số khác động để từ đưa phương pháp điều khiển Động điện chiều kích từ độc lập dòng kích từ độc lập với dòng phần ứng.Vì ni hai nguồn chiều độc lập với SVTH: TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Hình 1-1 Sơ đồ nối dây động chiều kích từ độc lập Theo hình ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng : Uư=Eư+ ( Rư+ Rf)Iư (1) Trong đó: Uư: Điện áp đặt lên phần ứng động cơ(V) Eư: Sức điện động phần ứng (V) Rư: Điện trở mạch phần ứng (Ω) Rf: Điện trở phụ mạch phần ứng (Ω) Iư: Dòng điện mạch phần ứng (Α) Với Rư= rư+ rcf+rb+ rct Trong : rư điện trở cuộn dây phần ứng (Ω) Rcf: Điện trởcuộn cực từ phụ(Ω) Rb: Điện trở cuộn bù ( Ω) Rct: Điện trở tiếp xúc chổi điện (Ω) • Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thưc sau: Eu  PN  2 a (2) Trong : p : Số đơi cực từchính N : Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a : Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng  : Từ thơng kích từ cực từ(wb) ω: Tốc độ góc (rad/s) K = : Hệ số cấu tạo động Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/ phút) Eu  ke  n = SVTH: (3) = TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Vì : Với : : Hệ số sức điện động động Thay (1) (2) biến đổi ta : ; (4) Biểu thức (4) phương trình đặc tính điện động cơ.Mặt khác, mơmen điện từ: Mđt= (5) Nếu bỏ qua tổn thất ổ trục, tổn thất tự quạt mát tổn thất thép mơmen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M, tức : Mđt= Mcơ=M Vậy phương trình đặc tính động : ( 6) Biểu thức (6) phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Khơng xét đến ảnh hưởng phản ứng phần ứng ngang trục làm giảm từ thông Ø động tức xem Ø=const quan hệ ω=f(M,I) tuyến tính Hình 1-2 đồ thị đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Từ đồ thị ta có : Iư= M =0 ta có: (7) ω0: gọi tốc độ không tải lý tưởng động cơ, ω=ω0 ta có: Iu  U  I nm Ru  R f (8) Và M = k (9) Inm, Mnm: gọi dòng điện ngắn mạch mômen ngắn mạch SVTH: TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Mặt khác : phương thình đặc tính (4) (6) viết dạng:   Uu R  I u  0   k k Uu R  M  0   k  k  (10) (11) Vì : ta suy từ (5) Trong : R = Rư + Rf ,   R R Iu  M k  k  (12) Δω: gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trịcủa M (hay I) , ta biểu diễn đặc tính điện đặc tính hệ đơn vị tương điều kiện từ thông định mức (Ø =Øđm) *   * I M R ;I  ;M*  ; R*  0 I dm M dm Rcb ; Trong đó: ( Rcb=Uđm/ Iđm gọi điện trở ) Từ(4) (6) ta viết đặc tính điện đặc tính đơn vị tương đối ω*=1- R*I* (13) ω∗= 1- R*M* (14) dM  knm    d R�  15  • Độ cứng đặc tính cơ: • Cơng suất (năng lượng điện) Từ phương trình lý tưởng : IU =(Eư+IRư)I (16) Ta có Pđiện=Pđt+ΔΡ Trong Pđt = IEư cơng suất điện từ ΔP =I2Rư tổn hao công suất điện trở phần ứng Thực tế :Pđiện=Pđt+ ΔPư+ ΔP0 (17) Với ΔP0 tổn hao ma sát quay Từ biểu thức (4) (6) ta thấy ω hàm phụ thuộc R, Ø,U : 〈ω=f(R,Φ,U) để điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập có ba phương pháp điều khiển sau : - Điều khiển điện trở phụ phần ứng SVTH: TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH - Điều khiển từ thơng kích từ - Điều khiển điện áp phần ứng Sau ta xem xét phương pháp điều khiển 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.2.1 Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ phần ứng (Rf): •Nguyên lý điều chỉnh: Nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Ta phân tích nên ta có ω= f〈Rf, Økt, U, giả thiết :Nếu giữ Ø=Øđm=const ; U= Uđm= const; Rư=const ω=f(Rf) Muốn thay đổi giá trị R f mạch phần ứng cách nối tiếp điện trở phụ(Rf) thay đổi giá trị vào mạch phần ứng Lúc ta có : R = Rư+ Rf Từ phương trình đặc tính : Từ phương trình ta thấy : tăng giá trị R f tốc độ động giảm, giảm giá trị Rf tốc độ động tăng Lúc ta có tốc độ không tải lý tưởng:  kdm   0  U dm =const k dm (18) Ru  R f  var(19) Còn độ cứng đặc tính cơ: Như thay đổi Rf cho ta họ đặc tính sau: Hình 1-3 : Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập điện trở phụ khác •Nhận xét: Nếu Rf lớn tốc độ động giảm, đồng thời I nm Mnm giảm Phương pháp dùng để hạn chế dòng điện động khởi động SVTH: TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH - Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực - Nhược điểm : + Độ cứng đặc tính thấp + Tổn thất lượng điện trở lớn + Phạm vi điều chỉnh hẹp 1.2.2 Phương pháp điều chỉnh từ thơng kích từ: •Ngun lý điều chỉnh: Điều chỉnh từ thơng kích từ động điện chiều điều chỉnh mô men điện từ động M = kØIư sức điện động quay động Eư=kØω Hình 1-4: Sơ đồ nối dây điều chỉnh kích từ động điện chiều kích từ độc lập Từ biểu thức (4) (6) ta thấy ω= f(U, φkt, Rf), giữ U=U đm=const điện trở phần ứng Rư= const (Rf=0 ) lúc ω= f(φkt) Để thay đổi tốc độ ω ta cần thay đổi Økt, mà từ thông kích từ dòng kích từ sinh Vậy để điều chỉnh Økt ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ, điều chỉnh Ø kt ta phải tn theo điều kiện sau Khơng thể tăng dòng kích từ Ikt lớn dòng định mức cuộn dây kích từ phá hỏng cuộn kích từ Økt = Øđm bảo hòa rồi, muốn tăng Ikt Økt khơng tăng đáng kể nên ta điều chỉnh cách giảm Økt •Trong trường hợp ta có: - Tốc độ khơng tải lý tưởng: 0  U dm  var kx  kx   Ru  var - Độ cứng đặc tính cơ: Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên từ thơng giảm ωx tăng, β giảm Ta có đồ thị đặc tính với ω x tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thơng SVTH: TRANG GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH Hình 1-5 : Đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập giảm từ thông Từ đồ thị ta nhận thấy từ thơng thay đổi vơi Øđm>Ø1 >Ø2ta có: -Dòng điện ngắn mạch : = -Mô men ngắn mạch: Mnm = kØxInm = var (Mnm > Mnm1 > Mnm2) Từ đồ thị đặc tính ta thấy ω 0