Đang tải... (xem toàn văn)
đại học bách khoa hà nội.bộ dò án liên quan trực tiêp đên các ngành học bên mạng điện cocong nghiệp dân dụng tự động hóa ..là tài liệu rất bổ ích và đầy đủ cho các sinh viên đag làm đề tài về môn điện tử cồng suất ,môn học nền tảng trong việc giúp chúng ta nắm vững các kiến thức cơ bản đề đi treencong đg mk đã chọn
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế mạch tự động kích từ cho động đồng pha.Điện áp kích từ định mức =75V ;Điện áp kích từ =130v;Cơng suất kích từ định mức Pdm=24KW;Điện trở khởi động Rkđ=0,8Ω;Điện áp lưới U=3×380V CHƯƠNG 1: Giới thiệu chung động đồng pha 1.1Giới thiệu chung động đồng pha -Đặc điểm cấu tạo ,nguyên lí hoạt động Động đồng pha có cấu trúc đặc biệt 1/Stato: gồm vỏ lõi dây quấn vỏ làm thép đúc,có nhiệm vụ bảo vệ mạch từ với chắn để bắt chặt tất phần khác vào máy.Trên vỏ có gắn biển máy Lõi stato: chế tạo hoàn toàn giống lõi stato máy điện dị dây quấn phần ứng dây quấn pha (stato,hay roto) máy điện dị 2/Roto: phần quay phần cảm (đặt cuộn kích từ) gồm: lõi dây quấn.Trong trường hợp roto có hai loại: cực lồi cực ẩn ….nguyên lí hoạt động -Giới thiệu mạch kích từ động 1.2 Giới thiệu chung chỉnh lưu -Khái niệm ,phân loại chỉnh lưu Khái niệm: -Bộ chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều -Gồm nhiều linh kiện điện tử -Phân loại: Ở t phân làm loại chỉnh lưu pha - Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển - Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng - Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển khơng đối xứng Van thyristo :đặc điểm cấu tạo ,kí hiệu ,đặc tính vơm –ampe,khóa van,các thơng số van; … -Phân tích sơ đồ chỉnh lưu lựa chọn Trước hết, phân loại chỉnh lưu thành loại sơ đồ sau xét ưu nhược điểm chúng: Các phương án thiết kế mạch lực: Số liệu yêu cầu: Ud=115 (V), Id = 300 (A) Tải kích từ: WL >> R (tải cảm lớn -> dòng liên tục) • Phương án 1: Chọn sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển pha nửa chu kỳ (-) chỉnh lưu có điều khiển pha hai nửa chu kỳ, chỉnh lưu cần có điều khiển pha Nhận thấy sơ đồ nêu thích hợp dòng tải nhỏ dòng tải lớn mà chọn sơ đồ gây đối xứng lưới -> ảnh hưởng tới hoạt động thiết bị khác Do mà ta phải dùng sơ đồ chỉnh lưu ba pha • Phương án 2: Chọn sơ đồ sau: - Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển - Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng - Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển khơng đối xứng a/ Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển: Sơ đồ mạch nguyên lý : La Lb T1 Ua T2 Ub Lc T3 Uc ( Lkt>> Rkt ) BAL Lkt Rkt u t I2a * Nguyên lý hoạt động: Khi điện áp van ba van mà dương van lại van dẫn có xung điều khiển mở van Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện tải liên tục, tức van dãn dãn điện áp âm van lại chưa mở Giá trị trung bình điện áp tải: - Giá trị điện áp ngược van: - Dòng điện trung bình chảy qua thiristor: IT = Id/3 - Cơng suất máy biến áp: S1 = 1,209 Pd ; S2 = 1,481 Pd S = (S1 + S2)/2 = 1,345 Pd Ưu điểm: - Do điện áp ngược van lớn sử dụng cho tải có yêu cầu điện áp thấp dòng điện lớn dễ dàng cho việc chọn van - Do có van dãn nên sụt áp van nhỏ -> công suất tiêu thụ van nhỏ - Việc điều khiển mở van dễ dàng Nhược điểm: - Điện áp có độ đập mạch lớn -> xuất nhiều thành phần điều hoà bậc cao Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao Sở dĩ điện áp chảy van khơng đối xứng qua trục hoành, khai triển chuỗi Furie -> - xuất thành phần chiều thành phần xoay chiều Tuy nhiên MBA làm việc với thành phần xoay chiều -> giảm hiệu suất MBA b/ Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng: T1 La T3 T5 Rkt Ua Lb Ub Lc ( Lkt>>Rkt ) Uc T2 T6 T4 Lkt Đồ thị điện áp dòng điện: u ua ub uc t id iT4 IT1 iT1 - Thực sơ đồ cầu pha ba đối xứng hai sơ đồ hình pha ghép lại Mỗi sơ đồ hình từ ba pha hoạt động nửa chu kỳ điện áp - Sơ đồ hình từ ba pha thứ gồm T1, T3, T5 ghép catot chung - Sơ đồ hình từ ba pha thứ hai ghép anot chung gồm T2, T4, T6 Góc mở tính từ giao điểm nửa hình sin L>>R dòng tải liên tục - Giá trị trung bình điện áp tải: - Giá trị điện áp ngược lớn van: - Giá trị dòng trung bình chạy qua van: IT = Id/3 - Công suất máy biến áp : Sba=1,05 Pd Ưu điểm: - Điện áp đập mạch nhỏ mà chất lượng điện áp tốt - Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt dòng điện chạy van đối xứng - Điện áp ngược van lớn Udo=2,34U2 -> sử dụng với điện áp cao Nhược điểm: - Mạch điều khiển phức tạp ta phải tiến hành điều khiển đồng van dãn với - Điện áp rơi van lớn nhiều van sơ đồ CL từ c/ Sơ đồ cầu không đối xứng: T1 La T3 T5 Rkt Ua Lb Ub Lc ( Lkt>>Rkt ) Uc T2 T4 T6 Lkt Sơ đồ gồm hai nhóm: - Nhóm mắc Katot chung gồm (T1, T3, T5) - Nhóm mắc Anot chung gồm (P2, P4, P6) Do L >> R -> dòng tải liên tục - Giá trị điện áp trung bình tải: - Giá trị trung bình dòng chảy tiristor vadiot: IT = Id = Id/3 - Giá trị điện áp ngược lớn nhất: u T1 D6 Id uc ub ua T3 D2 T5 D4 T1 D6 t Id iD4 T1 I2a Nhận xét: Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng so với chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng trình điều khiển đơn giản Nhưng điện áp chỉnh lưu có lúc khơng Do mà có nhiều thành phẩn sóng hài bậc cao Kết luận: Với tải L>>R, Ud=115 (V), Id=320 (A) qua phân tích ưu nhược điểm trên, sinh viên thiết kế chọn sơ đồ cầu ba pha đối xứng Bởi dòng điện tải lớn, điện áp tải cao dòng điện trung bình chảy qua van nhỏ điện áp ngược van nhỏ so với sơ đồ chỉnh lưu từ ba pha Mặt khác, công suất tổn hao van với tải nhỏ so với công suất tải hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt Do ta chọn sơ đồ Tuy nhiên sơ đồ có nhược điểm trình điều khiển phức tạp -Tính tốn lựa chọn tải RL CHƯƠNG 2:LỰA CHỌN TÍNH TỐN NGHIÊN CỨU MẠCH LỰC 2.1 THIẾT KẾ MẠCH LỰC -Vẽ sơ đồ mạch lực phần tử cần bảo vệ T1 La T3 T5 Lb Ub Lc Rkt Ua ( Lkt>>Rkt ) Uc T2 T4 T6 Sơ đồ nguyên lí mạch lựczz Mạch lực bao gồm khối sau: a/ Biến áp lực (BAL): Lkt - Biến điện áp xoay chiều có biên độ cần thiết với điện áp phù hợp tải - Ngồi làm nhiệm vụ cách ly nguồn chỉnh lưu (CL) với lưới điện xoay chiều b/ Chỉnh lưu điều khiển (CLĐK): có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp chiều có biên độ phù hợp với tải c/ Khâu lọc: gồm điện kháng L tụ điện C tác dụng san phẳng điện áp khâu CLĐK (vốn có biên độ điện áp nhấp nhơ) thành điện áp chiều phẳng phù hợp với yêu cầu tải Khâu lọc phải thiết kế cho tiêu thụ công suất nhỏ d/ Khâu phản hồi điện áp: Lấy phần nhỏ điện áp tải đưa trở mạch điều khiển để ổn áp Muốn điện áp phản hồi phải phản hồi âm e/Khâu phản hồi dòng: Lấy tín hiệu điện áp tỷ lệ với dòng tải phản hồi trở mạch điều khiển để bảo vệ dòng hay ngắn mạch Ngồi có khâu đóng ngắt cầu dao điện bảo vệ đặt phía trước biến áp lực 2.2TÍNH TỐN LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH Bảng liêt kê thiết kế mạch lực chọn 1 Tên thiết bị Thyristor Diot Số đo Thông số CHƯƠNG 3:TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển Cấu trúc khâu ĐỒNG PHA TXRC SS Dạng tạo xung KDX&BAP Trong đó: - ĐF: Khâu đồng pha - TXRC: tạo xung cưa - SS: Khâu so sánh - KDX + BAX: Khâu khuyếch đại xung + Biến áp xung Mạch điều khiển khâu quan trọng biến đổi định đến chất lượng độ tin cậy biến đổi Do để đạt chất lượng độ tin cậy cao biến đổi, phải thoả mãn u cầu sau: • Yêu cầu độ lớn xung điều khiển: - Mỗi thyristor có đặc tính quan hệ điện áp đặt cực điều khiển dòng điện chảy vào cực điều khiển Quan hệ biểu diễn hình vẽ sau: - Do sai lệch thông số chế tạo điều kiện làm việc làm cho tiristor loại cõ đặc tính Uđk= f(Iđk) khác - Với loại thyristor đặc tính dao động hai đặc tính (1) (2) yêu cầu độ lớn điện áp dòng điện điều khiển Uđk tx=100 s (1) (2) II I tx=1000 s đường giới hạn công suất điều khiển Iđk Có yêu cầu chủ yếu sau dòng điện điện áp điều khiển: + Các giá trị lớn không vượt giá trị cho phép + Giá trị nhỏ phải đảm bảo cho tất thyristor loại làm việc + Tổn hao cơng suất trung bình cực điều khiển nhỏ giá trị cho phép Trên hình vẽ ta thấy yêu cầu mạch điều khiển phải tạo tín hiệu điều khiển nằm vùng (I) • Yêu cầu độ rộng xung điều khiển: Thông thường độ rộng xung điều khiển lớn s (tx=510 s tiristor làm việc tần số cao tx = 50200 s với tiristor làm việc tần số thấp) tăng độ rộng xung điều khiển cho phép giảm nhỏ xung điều khiển (như hình vẽ) Khi mạch tải có điện cảm lớn dòng tải tăng chậm nên ta phải tăng độ rộng xung điều khiển Độ rộng xung điều khiển tính theo biểu thức: Trong đó: Idt: dòng trì thyristor di/dt: tốc độ tăng dòng tải • u cầu độ dốc sườn trước xung: - Độ dốc sườn trước xung cao việc mở thyristor dễ Thơng thường yêu cầu độ dốc sườn trước xung điều khiển là: A/s - Độ dốc sườn trước xung tăng đốt nóng cục tiristor giảm • Yêu cầu tính đối xứng xung kênh điều khiển: Trong biến đổi có nhiều pha, tính đối xứng xung điều khiển quan trọng Nếu xung điều khiển đối xứng làm cho dòng anode pha có hình dạng khác giá trị khác làm cân sức từ động máy biến áp Do vậy, giảm hiệu suất sử dụng máy biến áp -Nguyên lí hoạt động khâu: 1.Khâu đồng pha Nguyên lý hoạt động: Khi sơ cấp MBA đồng pha nối vào lưới điện (hình vẽ pha MBA đồng pha) Lúc thứ cấp MBA xuất hai điện áp Ua0 -Ua0 có độ lớn ngược dấu Khi nửa chu kì đàu tiên điện áp đặt lên D1 dương ( 0,7 V) điện ápđặt D2 âm Kết D1 dẫn D2 khố Trong nửa chu kì sau điện áp đổi cực tínhdo mà lúc D1 khố D2 dẫn Các diode D1, D2 dẫn khoá với thay đổi điện áp thứ cấp làm cho điện áp cửa vào không đảocủa khuch đại thuật tốn OP1 nửa hình sin dương chu kì Điều chỉnh R x1 để thay đổi điện áp Ung1 vào cửa đảo OP1 Nếuđiện áp vào cửa khơng đảo UI Ung1 UD=(UI-Ung1)0 Suy điện áp OP1 UII 0 (UII =(E-2)V ) ngược lại UD=(UI-Ung1) UII=-( E-2) V Vì mà điện áp có dạng xung chữ nhật hình vẽ 20.00 Dien ap dong pha sau chinh luu Output vol tage [V] 15.00 10.00 5.00 0.00 0.00 20.00m 40.00m T ime [s] 60.00m C1 R4 +E RX2 DZ R5 ( II ) -E D3 ( III ) OP2 +E R6 2.Khâu tạo điện áp cưa a/ Nguyên lý hoạt động Điện áp đồng pha UII đưa vào cửa đảo khâu tạo điện áp cưa Do điện áp khuếch đại tuyến tính phụ thuộc vào quan hệ: Ura= K0 (-UII + U+) Trong đó: U+ điện áp đặt cửa không đảo; K0 hệ số khuếch đại thân OP2 K0 lớn Khi UII < D3 thơng dẫn đến UD = ( U+ - UII ) > Suy UIII > tụ C1 nạp thông qua R5 D3 OP1 với dòng nạp: IC= I2 - I2 Trong đó: IC , I2 , I2 , kí hiệu hình vẽ ; Với: UD3 điện áp rơi D3 Chọn 0,5 V UdII= (E- 2)= 13 V Điện áp UIII điện áp tụ C1 U r = UC = U r = UC = - Diot ổn áp DZ có nhiệm vụ khơng cho điện áp tụ nạp UDZ Chọn loại Diod có UDZ = 10V Nếu gọi tn thời gian nạp tụ ta có phương trình sau: UZ = Khi UII >0 D3 khoá Ura = tụ C phóng điện âm nguồn OP2 Với dòng điện phóng Ip = Điện áp tụ giảm dần theo hàm : Ur = UZp = Gọi thời gian phóng tụ điện ta có : Ur = (2) với UDZ =10V tp=9,5ms chọn, từ (2) ta có: V Với Chọn R8 = K ta có: 7.103 + Rx3 = 13.103 Rx3 = 1K Điều chỉnh Rx3 = 1,1 K với biến trở Rx3 = 10 K Đồ thị điện áp racủa khối so sánh vẽ hình Output vol tage [V] 20.00 10.00 0.00 -10.00 0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m 50.00m T ime [s] 20.00 Output vol tage [V] 10.00 0.00 -10.00 Do thi dien ap so sanh -20.00 0.00 20.00m 40.00m T ime [s] 60.00m Chọn OP3 khuyếch đại thuật tốn A741 có thông số sau : Ung= 322V; UnF= 15 V; UdF= 30 V; Ko=5.106; t=551250C; Ira=25 mA; En=15 V; P1=100 mW; Zra=60 ; Zvào=300 K; V D3 : D-1001 có thông số : I = 1A ; Ung = 200V ; U = 0,5V Đồ thị điện áp khâu tạo điện áp cưa: 20.00 Tin hieu dong pha hcn Output vol tage [V] 10.00 0.00 -10.00 20.00 Output vol tage [V] -20.00 10.00 0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m T ime [s] 0.00 Khâu so sánh -10.00 ( III ) 0.00 R6 20.00m OP3 40.00m 60.00m T ime [s] -E ( IV ) +E R7 Ung2 +E Uph RX3 R8 Yêu cầu thiết kế với sơ đồ cầu chỉnh lưu pha đối xứng Góc điều khiển Đây giá trị mà động làm việc ổn định Do ta phải điều chỉnh biến trở Rx để có Ung2 thoả mãn yêu cầu a/ Nguyên lý hoạt động Điện áp cưa đưa vào cửa đảo OP3 - Khi UD = (Udk2-UIII) > UIV= (E-2) (V) - Khi UD=(Udk2-UIII) < UIV= - (E - 2) V Kết đầu khuếch đại thuật tốn OP3 có dãy xung vng liên tiếp -Uph tín hiệu lấy từ chiết áp (được nối song song với điện trở điện kháng kích từ).nó có tác dụng ổn định chế độ làm việc động cơ: cụ thể điện áp kích từ vào động giảm dẫn đến Uph giảm làm cho Ung2 tăng giảm cos( ) tăng Ud tăng ngược lại Và chọn Uph=2(V) - Vì dòng vào khuếch đại thuật tốn nhỏ nên ta chọn R7 = R6 = 10 K - Vì =550 nên điện áp cưa tuyến tính: Urcmax=10 V Khâu phát xung chùm R10 -E + - ( V) OP4 C2 +E R9 R9 a/ Nguyên lý hoạt động khâu phát xung chùm: Tại thời điểm mà điện áp tụ U C2= ta có Ud= Uph- UC2= điện áp khuyếch đại thuật toán OP4 UV=0 , ta tiến hành nạp cho tụ C2 điện áp UC20 tín hiệu OP4 U V đạt tới trạng thái dương bão hoà C nạp điện theo chiều ngược lại so với chiều mà ta nạp cho C lúc đầu , tụ C2 nạp tới trị số : Suy UV=0 dẫn đến Uph= Do C2 phóng điện qua R10 âm nguồn OP4 điện áp OP4 mức âm bão hoà Quá trình lặp lại làm cho đầu OP4 có xung điện áp dạng chữ nhật với tần số tuỳ thuộc vào giá trị R 10 C2.Đồ thị điện áp khâu phát xung chùm sau: 7.00 Output vol tage [V] 3.50 0.00 -3.50 -7.00 0.00 1.00m xung chum 2.00m 3.00m T ime [s] 4.00 Output vol tage [V] 2.00 0.00 -2.00 Do thi dien ap tren C2 -4.00 0.00 500.00u 1.00m T ime [s] 1.50m 2.00m Khâu khuyếch đại xung biến áp xung 4.00m 5.00m D7 +E R15 Uab D8 D9 R14 so sanh D6 G1 K1 BAX R16 -E R12 R13 T2 xung chum R11 T1 D4 T3 D5 R17 a/ Nguyên lý hoạt động + Tín hiệu từ khâu phát xung đưa vào cực bazơ T1 tín hiệu dương Do D4 thơng Ube1 > T1 khoá ( T1 transistor thuận) ngược lại tín hiệu âm Ube1< nên T1 mở bão hồ Kết tín hỉệu colector T1 xung âm có chu kì trùng với chu kì máy phát xung( T1 có vai trò khuyếch đại tín hiệu) +Tín hiệu từ colector T1 với tín hiệu đầu so sánh tín hiệu lấy từ biến áp đồng pha mắc với D7 đưa vào cực bazơ transistor T2 T2,T3 mắc theo kiểu Darlingtơn có hệ số khuyếch đại =23 - Khi Uab >0 tín hiệu so sánh dương T2 mở có tín hiệu thứ cấp máy biến áp xung - Khi Uab