Đồ án: Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

Nội dung đồ án trình bày công nghệ, phân tích và thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập. Để hiểu rõ hơn mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung đồ án.

Trường đại học bách khoa Hà Nội MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU         Trong cơng cuộc đổi mới cơng nghệp hóa hiện đại hóa đất nước, vấn đề  áp dụng khoa học kĩ thuật vào các quy trình sản xuất là vấn đề  cấp bách hàng   đầu. Cùng với sự  phát triển của một số  ngành như  điện tử, cơng nghệ  thơng  tin…… ngành tự  động hóa cơng nghiệp cũng đã phát triển vượt bậc. Tự  động  hóa các quy trình sản xuất đang rất phổ biến, có thể thay thế sức lao động con  người, đem lại năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt        Hiện nay, các hệ  thống dây chuyền tự  động trong các nhà máy, xí nghiệp   được sử dụng rất rộng rãi, vận hành có độ tin cậy cao. Vấn đề quan trọng trong    dây   chuyền   sản   xuất     điều   chỉnh   tốc   độ   động   cơ,   để   nâng   cao     xuất.Với hệ  truyền động điện một chiều được  ứng dụng nhiều trong các yêu   cầu điều chỉnh cao, cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử và  kỹ  thuật vi điện tử. Hệ  truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện áp  phần  ứng động cơ   và từ  thơng đã trở  thành giải pháp tốt cho các hệ  thống có  u cầu chất lượng cao      Cùng với sự phát triển của ngành điện tử cơng suất ứng dụng động cơ điện  một chiều và cơng nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động cơ 1 chiều  với nhiều mục đích như  để  đảm bảo u cầu cơng nghệ  của phụ  tải. Để  hiểu  rõ được vai trò của hệ  truyền động điện, điện tử  cơng suất và động cơ  điện 1  chiều thơng qua mơn đồ  án II này, được sự  hướng dẫn của thầy Nguyễn Danh   Huy với nội dung chính của đề tài:         Thiết kế  bộ  nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ  điện một chiều kích từ  độc lập, điều chỉnh động cơ, có bảo vệ mất kích từ Cơng suất định mức (kW) Điện áp định mức(V) 30  Đồ án II 440  1 Dải điều  chỉnh 30:1 Nguồn cấp 3x380;50Hz Trường đại học bách khoa Hà Nội      Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy Nguyễn Danh Huy đã  hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành đề tài này       Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28,tháng 12, năm 2018                                                                                          Sinh viên thực hiện                                                                                             LÊ VĂN NAM Đồ án II  2 Trường đại học bách khoa Hà Nội CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ VÀ PHÂN TÍCH 1.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập 1.1.1 Động cơ một chiều kích từ độc lâp 1.1.1.1 ­ Động cơ  một chiều kích từ  độc lập gồm 2 phần chính là roto và  stato  Phần stator (phần tĩnh): đó là phần đứng n của máy, gồm các bộ phần  như cực từ chính, cực từ phụ, gơng từ, chổi than , nắp máy + Cực từ chính: là bộ  phận sinh ra từ trường gồm lõi sắt cực từ  và dây  quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ được tạo thành từ  những lá thép kĩ thuật điện hay thép cacbon tán chặt. Dây quấn kích từ  được quấn bằng dây dồng bọc cách điện +Cực từ  phụ: cực từ  phụ  là cực từ  đặt giữa các cực từ  chính. Lõi thép  cảu cực từ phụ được làm bằng thép khối + Gơng từ: gơng từ là mạch từ dùng để nối liền các cực từ, đồng thời là   vỏ máy ­  Phần roto (phần động) : là phần chuyển động của động cơ, bao gồm lõi  sắt dây quấn, cổ góp và một số bộ phận khác + Lõi sắt phần  ứng: là lõi sắt dùng để  dẫn từ, được làm từ  những tấm  thép kĩ thuật điện, có phủ lớp cách điện mỏng giữa hai mặt + Dây quấn phần  ứng: là phần sinh ra suất điện động và có dòng chạy  qua. Dây quấn được làm bằng dây đồng có bọc cách điện + Cổ góp: hay gọi là vành góp dùng để đổi dòng xoay chiều thành dòng   một chiều Đồ án II  3 Trường đại học bách khoa Hà Nội 1.1.1.2 ­ Ngun lí làm việc:  Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần  ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc   này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập Hình 1.1: Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập ­ Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, dây quấn kích từ  sinh ra từ thơng Φ . Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng  phải đảm bảo có Φmax  tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến  nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo khơng xảy ra đứt mạch kích thích vì  khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ  sẽ  khơng quay được, do đó Eư =0 và theo  biểu thức U = Eư + Rư Iư   thì dòng điện Iư sẽ  rất sớm làm cháy động cơ.  Nếu momen do động cơ  điện sinh ra lớn hơn momen cản, roto bắt đầu   quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất  hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư  sẽ  giảm theo, M giảm khiến n tăng  chậm hơn. Tăng dần Iư bằng cách tăng Uư hoặc giảm điện trở mạch điện  phần ứng cho tới khi máy đạt tốc độ định mức. Trong q trình tăng Iư cần  chú ý khơng để lớn q so với Iđm để khơng xảy ra cháy động cơ Đồ án II  4 Trường đại học bách khoa Hà Nội 1.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: 1.1.2.1 ­ Phương pháp thay đổi điện trở phụ Phương pháp này người ta thường áp dụng để  hạn chế  dòng điện khởi  động và điều khiển tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản. Tuy vậy nhương   phương pháp này điều khiển tốc độ khơng triệt để Hình 1.2: Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ 1.1.2.2 ­ Phương pháp thay đổi từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh   mơmen điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và sức điện động quay của động  cơ Eư = K.Φ.ω  Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều  chỉnh từ thơng cũng là hệ phi tuyến:                            ik =  + ωk Trong đó      rk – điện trở dây quấn kích thích                            rb – điện trở của nguồn điện áp kích thích           ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích  Đồ án II  5 Trường đại học bách khoa Hà Nội      Thường khi điều chỉnh điện áp phần ứng được giữ ngun bằng giá   trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thơng  chính là đặc tính có điện áp phần  ứng định mức, từ  thơng định mức và  được gọi là đặc tính cơ bản.  Hình 1.3:Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi từ thơng      Vì      βΦ  =    nên độ  cứng đặc tính cơ  giảm rất nhanh khi ta giảm từ  thơng để tăng tốc độ cho động cơ 1.1.2.3 ­ Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ  đặc tính  cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên Đồ án II  6 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.4: Đặc tính điều chỉnh động cơ bằng thay đổi điện áp ­ Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mơmen ngắn mạch, dòng  điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải  nhất định. Do đó phương pháp này cũng được dùng để  điều chỉnh tốc độ  động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động 1.2 Bộ chỉnh lưu 1.2.1 Mạch chỉnh lưu tia ba pha Đồ án II  7 Trường đại học bách khoa Hà Nội T1 T2 L1 T3 R1 Hình 1.6: Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha Nhận xét: Chỉnh lưu tia ba pha cần có biến áp nguồn để  đưa điểm trung   tính ra tải. Cơng suất máy biến áp này hơn cơng suất một chiều 1,35 lần,   tuy nhiên sụt áp trên mạch van nhỏ  nên thích hợp trong phạm vi điện áp  thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng cơng suất tải lên nhiều.  Mặt khác độ  đập mạch ra sau chỉnh lưu cũng giảm đáng kể  nên kích  thước bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều 1.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha.  Đồ án II  8 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.1: sơ đồ dạng sóng của chỉnh lưu cầu 3 pha ­ Các van nhóm lẻ  thay nhau dẫn cho điện áp   điểm katốt chung UKC,  các  van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt chung UAC ­ Cơng thức:  Đồ án II  9 Trường đại học bách khoa Hà Nội ­ Nhận xét: chỉnh lưu cầu ba pha  là  loại được sử dụng rộng rãi nhất vì ưu  điểm lớn hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào điện lưới 3 pha, độ  đập  mạch nhỏ hơn 5%. Nếu có sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít  hơn các loại khác. Đồng thời cơng suất mạch chỉnh lưu này có thể  lớn   đến hang trăm kW. Nhược điểm là sụt áp trên van lớn gấp đơi so với sụt  áp trên van của sơ đồ hình tia ­  Chọn mạch van:  Theo đề bài Pd = 30 (kW), Udm =440 V Pd = 30 > 5 (kW) ta nên chọn sơ đồ ba pha Udm cao nên ta nên chọn sơ đồ cầu   Như vậy: Ta sẽ chọn mạch lực là chỉnh lưu sơ đồ cầu 3 pha có điều  khiển CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH TÍNH TỐN MẠCH LỰC 2.1. Chọn mạch động lực.         Như đã trình bày ở  chương II,  em chọn mạch động lực là chỉnh lưu cầu 3  pha có điều khiển Đồ án II  10 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.2: hình minh họa 3.2. Cấu trúc mạch điều khiển      Mạch điều khiển bao gồm các khâu cơ bản sau: Hình 3.3: Cấu trúc mạch điều khiển Đồ án II  18 Trường đại học bách khoa Hà Nội 3.3. Khâu đồng bộ  ­ Chọn mạch đồng bộ hai nữa chu kì: Hình 3.4: Sơ đồ mạch đồng pha     Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì có điểm giữa dùng điơt D1, D2 và tải cho chỉnh   lưu là điện trở R0. Điện áp chỉnh lưu Ucl  sau khi được tạo ra thì đưa tới cực (+)  của Opam để so sánh với 0 ( vì cực ( ­ ) của opam nối đất )     Nếu Ucl > 0 thì Udb bằng điện áp bão hòa (Ubh)     Nếu Ucl > 0 thì Udb bằng điện áp bão hòa âm (­Ubh)     Điểm giao nhau của Ucl và 0 là điểm chuyển trạng thái của điện áp ra      Dạng điện áp ra được mơ phỏng trên phần mềm proteus 3.4. Khâu tạo răng cưa Đồ án II  19 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.5: Mạch tạo răng cưa   ­ Hoạt động:      + Khi Udb  0 thì D3 khóa  Tụ được phóng  UC giảm đến 0 và Dz giữ UC ở giá  trị  ­ 0,7   ­  Tính tốn:      Chu kì: T = 1 / f = 0,02 (s) = 20 (ms)      Chọn OA loại TL082. Phạm vi góc điều khiểu 168 độ Thời gian tụ C phóng: tp =  = 9,33 (ms)       Chọn điốt ổn áp BZX79C có UDZ = 10 (V) Đồ án II  20 Trường đại học bách khoa Hà Nội        Chọn tụ C = 220 (nF)                      Chọn R6 = 51k nối tiếp biến trở P1 = 8k        Thời gian tụ C nạp: tn = T/2 – tp = 10 – 9,33 = 0,67 (ms)        Điện áp bão hòa của OA: Udb = E – 1,5 = 12 – 1,5 = 10,5 (V)         Nên chọn R4 = 1 (k)  Dạng xung răng cưa  được mơ phỏng tròn phần mềm Proteus 3.5. Khâu so sánh ­ Chức năng: So sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để  xác định thời   điểm phát xung điều khiển  Xác định góc điều khiển  ­ Khâu so sánh có thể  thực hiện bằng phần tử  như  transistor, hay khuếch   đại thuật tốn OA ­ Ta sử  dụng phần tử  OA vì cho phép đảm bảo độ  chính xác cao nhất là  dùng OA chun dụng coparator, có giá thành hạ, khơng cần chỉnh định  phức tạp ­ So sánh dùng OA kiểu hai cửa: Đồ án II  21 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.6: Mạch so sánh    Hai điện áp cần so sánh được đưa tới hai cực khác nhau của OA    Trong trường hợp trên  Uđk = U+, Utựa = U –      Nếu Uđk > Utựa  Ura = +Ubh     Nếu Uđk