Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ đông cơ một chiều sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH Đề tài: Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ đông chiều sử dụng biến đổi chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Sinh viên thực : Trần Quốc Hùng Lớp : KTĐCN_K15 Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thị Thu Hiền Thái Ngun, tháng năm 2020 LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng đổi cơng nghiệp hố đại hố đất nước nay, vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào quy trình sản suất vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với phát số ngành điện tử, công nghệ thông tin, nghành kỹ thuật điều khiển tự động hoá phát triển vược bậc Tự động hố quy trình sản suất phổ biến, thay sức lao động người, đem lại suất cao chất lượng sản phẩm tốt Ngày với phát triển không ngừng khoa học, đặc biệt khoa học cơng nghệ, điện tử tự động hóa cho phép người thoả mãn nhu cầu cần thiết Cùng với phát triển u cầu trình độ kĩ người kỹ sư Tự Động Hóa ngày khắt khe Để trang bị bổ sung thêm kiến thức , q trình học tập mơn Truyền Động Điện, em có nhận đề tài: “Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ động điện chiều sử dụng biến đổi cầu pha có điều khiển” Trong trình học hỏi và làm đồ án em giúp đỡ tận tình giáo Th.s Nguyễn Thị Thu Hiền thầy (cô) giáo khoa Tự Động Hóa.Tuy nhiên kiến thức trình độ cịn hạn hẹp nên q trình làm đồ án em khơng khỏi mắc phải thiếu sót hạn chế Vậy em mong nhận đóng góp ý kiến, nhận xét thầy (cô) giáo toàn thể bạn để báo cáo em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 SINH VIÊN THỰC HIỆN Trần Quốc Hùng Chương GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Tầm quan trọng động điện chiều Trong sản nay, động chiều coi loại máy quan trọng ngày có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thơng dụng Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, máy dung nhiều ngành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thong vận tải … mà điều quan trọng ngành cơng nghiệp địi hỏi dùng nguồn điện chiều Bên cạnh đó, động điện chiều có nhược điểm định so với máy điện xoay chiều giá thành đắt, sử dụng nhiều loại kim loại hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp…Nhưng ưu điểm nên máy điện chiều có tầm quan trọng định sản xuất Công suất lớn máy điện chiều vào khoảng 10.000 kW, điện áp vào khoảng vài trăm 1000 V Hướng phát triển cải tiến tính vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế máy chế tạo máy công suất lớn 1.2 Cấu tạo động điện chiều 10 Hình 1.1: Mặt cắt dọc động điện Cấu tạo: 1- võ máy ( gông từ ) 7- lõi sắt phần ứng 2- cực từ 8- rãnh phần ứng 3- dây quấn cực từ 9- phần ứng 4- cực từ phụ 10- má cực từ 5- dây quấn cực từ phụ 6- dây quấn phần ứng 1.2.1 Phần tĩnh (stator): Đây phần đứng yên máy, bao gồm phận sau: - Cực từ : phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cự từ và dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm nhữnh thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại tán chặt Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối nối tiếp vói -Cực từ phụ : cực từ phụ đặt tự từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ dược gắn vào võ nhờ bulông -Gông từ : gông từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ , đôngf thời làm võ máy Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có máy điện nhỏ dùng gang làm võ máy -Các phận khác: gồm có phận + Nắp máy : để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa , nắp máy có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợp nắp thường làm gang + Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt kên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chổ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại 1.2.2 Phần quay (roto): Đây phần quay (động) động gồm có phận sau: - Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng hai lớp mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào + Trong máy cỡ trung bình trở lên,người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo lỗ thơng gió dọc trục + Trong máy lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ Giũa đoạn có đẻ khe hở gọi khe thơng gió ngang trục, máy làm việc, gió thổi qua khe làm nguội dây quấn lõi sắt + Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục - Dây quấn phần ứng: Là phần sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn, thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn cách điện cẩn thận vói rãnh lõi thép Để tránh bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt dây quấn Nêm làm tre,gỗ hay bakelit - Cổ góp: Cổ góp cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều,dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều - Các phận khác : Gồm có cánh quạt trục máy + Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánh quạt lắp trục máy ,khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào máy Gió qua vành góp , cực từ , lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồi làm nguội máy + Trục máy : Là phần đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp , cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều - Động điện chiều máy điện biến đổi lượng điện dòng chiều thành Trong trình biến đổi , phần lượng dịng xoay chiều bị tiêu tán tổn thất mạch phần ứng mạch kích từ , phần cịn lại lượng biến thành trục động - Khi có dịng điện chiều chạy vào dây quấn kích thích dây quấn phần ứng sinh từ trường phần tĩnh Từ trường có tác dụng tương hổ lên dịng điện dây quấn phần ứng tạo mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều chỉnh lưu thành dòng chiều đưa vào dây quấn phần ứng Điều làm cho lực từ tác dụng lên dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều làm động quay theo hướng - Cơng suất ứng vói mơmen điện từ đưa động gọi công suất điện từ : Pdt = M ω = Eư Iư ; (1-1) Trong : M : mơmen điện từ ; Iư : Dòng điện phần ứng ; Eư : Suất điện động phần ứng ; ω : Tốc độ góc phần ứng ω = ; Động điện chiều kích từ đọc lập - Phương trình đặc tính điện : - Phương trình đặc tính cơ: I (1-2) (1-3) Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính đặc tính điện cho hình 1-2 : Hình 1.2 Đồ thị đặc tính đặc tính điện * Nhận xét : - Đặc tính có dạng đường thẳng có độ cứng cao Khi động làm việc với tốc độ khơng đổi mơmen điện từ mơmen cản trục động Điểm làm việc tương ứng với điểm giao đặc tính động đặc tính mơmen cản phụ tải - Các phương pháp điều chỉnh tốc độ Từ phương trình đặc tính ta đưa phương pháp điều chỉnh tốc độ sau : o Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động o Phương pháp thay đổi từ thông o Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ Rf Giả thiết Uư = Udm = const Φ = Φdm = const Ta có phương trình đặc tính tổng quát = -M= -M (2-1) Tốc độ không tải lý tưởng : = = const; Độ cứng đặc tính : = = - (2-2) (2-3) Muốn thay đổi tốc độ động ta thay điện trở phần ứng cách mắt thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động Khi thay đổi điện trở phụ Rf tốc độ khơng tải lý tưởng ω0 = cont, ∆ω thay đổi theo Rf lúc đường đặc tính thay đổi qua điểm cố định ω0 Ta thấy điện trở phụ Rf = β có giá trị lớn ứng với đường đặc tính tự nhiên, cịn Rf lớn β nhỏ tốc độ giảm ứng với phụ tải định Như thay đổi điện trở phụ động ta họ đặc tính có dạng hình 2-1 Hình 2.1 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động điện chiều cách thay đổi điện phụ mạch phần ứng Ta có : < Rf1 < Rf2 < Rf3 < … ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > ….nhưng ta tăng Rf đến giá trị làm cho M ≤ M c dẫn đến động quay không động làm việc chế độ ngắn mạch ω = 0, đến ta có thay đổi Rf động khơng khơng quay Do phương pháp gọi phương pháp điều chỉnh tốc độ khơng triệt để Hình 2.2 : Đặc tính điều chỉnh tốc độ động điện chiều cách thay đổi điện trở phụ phần ứng Vậy ứng vói phụ tải Mc Rf lớn tốc độ động giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch Inm mơmen ngắn mạch Mnm giảm, người ta thường dùng phương pháp để hạn chế dòng điện khởi động điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ 2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng kích từ động Giả thiết điện áp phần ứng: Uư = Udm=const Từ phương trình đặc tính tổng qt: = - M= - M (2-4) ω = ω0 - ∆ω; Trong trường hợp tốc độ không tải : = Độ cứng đặc tính : = - (2-5) (2-6) Ta thấy thay đổi từ thơng Φ ω0 ∆ω thay đổi theo, Dẩn đến ω thay đổi theo Vì ta họ đường đặc tính điều chỉnh dốc dần (Do độ cứng đặc tính β giảm ) cao đặc tính tự nhiên Φ nhỏ, với tải tốc độ giảm tư thơng Φ Như : ứng với Φdm > Φ1 > Φ2>…….thì ωdm < ω1 < ω2 thay đổi tốc độ thay đổi theo Ví dụ muốn tăng tốc độ ta tăng : âm nhiều lên => dương nhiều lên Tr mở nhiều dẫn đến giảm nhỏ => tăng lên tốc độ tăng theo Q trình giảm tóc xảy tương tự ta giảm làm cho góc mở tăng lên tốc độ giảm xuống - Nguyên lý ổn định tốc độ Giả xử chiều chiều quay động làm việc tốc độ quay định, ứng với giá trị điện áp đặt tốc độ Nếu lý tốc độ động tăng nghĩa tăng làm cho tăng làm cho góc mở tăng điện áp đặt vào phần ứng động giảm để động trở giá trị ban đầu Nếu lý làm tốc độ động giảm tương tự giảm làm cho điện áp giảm tạo góc giảm, điện áp phần ứng động tăng làm cho tốc độ động trở giá trị ban đầu Ví dụ: tốc độ động tăng, tăng lên => bớt âm đi, bớt dương => bớt â, thyritor mở đi, tăng lên, góc tăng lên dẫn đến giảm nhỏ tốc độ động giảm theo cho phù hợp lượng đặt ban đầu - Nguyên lý ổn định q tải Khi tín hiệu phản hồi âm dịng chưa tác dụng điện áp đầu vào IC4 ân nên tín hiệu IC4 dương nên dịng qua D bị chặn nên DI khóa điện áp điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu phản hồi âm tốc độ Khi tăng dần đến đầu vào IC4 dương nên tín hiệu IC4 âm D mở khâu hạn chế dòng điện tham gia vào ta có : Làm cho bớt âm => thyritor mở tăng lên => góc tăng, giảm xuống làm giảm độ cứng đặc tính Nếu dòng điện phần ứng tăng lớn dẫn đến độ cứng đặc tính dốc hệ thống dừng làm việc KẾT LUẬN Sau thời gian dài nghiên cứu tài liệu thực đề tài “Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ động chiều sử dụng biến đổi cầu pha ” giúp em có nhìn tổng quan hệ thống điều khiển tốc độ xây dựng thành công hệ thống ổn định tốc độ động chiều sử dụng biến đổi cầu pha Trong trình làm đồ án, cố gắng kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo đóng góp thầy giáo, giáo bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.S Nguyễn Thị Thu Hiền người trực tiếp tận tình hướng dẫn, bảo tạo điều kiện cho em nghiên cứu, xây dựng thành cơng hệ thống hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi – Điều chỉnh tự động Truyền động điện – NXB khoa học kĩ thuật 2004 [2] Nguyễn Bính - Điện tử cơng suất - NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2000 [3] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn – Truyền động điện - NXB khoa học kĩ thuật 2001 [4] Vũ Gia Hanh - Máy điện – NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2001 [5] Lê Quốc Huy- Giáo trình Kỹ thuật đo lường [6] Phạm Công Ngô – Lý thuyết điều khiển tự động – NXB khoa học kĩ thuật 2001 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ... kiến thức , q trình học tập mơn Truyền Động Điện, em có nhận đề tài: ? ?Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ động điện chiều sử dụng biến đổi cầu pha có điều khiển? ?? Trong q trình học hỏi và làm đồ... quan trọng tới dải điều chỉnh khả tải động Độ ổn định tốc độ cao dải điều chỉnh có khả mở rộng mơ men q tải lớn hệ truyền động đại thường sử dụng phản hồi âm tốc độ để ổn định tốc độ Hình 3.16 :Mạch... đến độ cứng đặc tính dốc hệ thống dừng làm việc KẾT LUẬN Sau thời gian dài nghiên cứu tài liệu thực đề tài ? ?Thiết kế hệ thống ổn định tốc độ động chiều sử dụng biến đổi cầu pha ” giúp em có nhìn