Đồ án ĐTCS 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Sinh viên thực : NGUYỄN SỸ LUÂN Mã sinh viên : 1781410452 Giảng viên hướng dẫn : NGUYỄN NGỌC KHOÁT Lớp : D12 TĐH & ĐK2 Khóa : 2017-2022 Hà Nội, tháng năm NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Nguyễn Sỹ Luân Mã số sinh viên: 1781410452 Lớp: D12- TĐH& ĐK2 Chuyên ngành: Tự động hóa điều khiển thiết bị điện cơng nghiệp Tên đề tài đồ án: Thiết kế chỉnh lưu điều khiển tốc độ động chiều kích từ độc lập Các số liệu liệu ban đầu: Thông số yêu cầu: Công suất định mức Pdm =1,2(kW) , điện áp định mức Udm =121,5(V) , tốc độ quay n=480(v/p) , dòng điện định mức Idm =5.5(A) Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………… Ngày hoàn thành đồ án: ………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Sỹ Ln Nguyễn Ngọc Khốt LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng đổi cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, vấn đề áp dụng khoa học kĩ thuật vào quy trình sản xuất vấn đề cấp bách hàng đầu Cùng với phát triển số ngành điện tử, công nghệ thông tin…ngành tự động hóa cơng nghiệp phát triển vượt bậc Tự động hóa quy trình sản xuất phổ biến, thay sức lao động người, đem lại suất cao, chất lượng sản phẩm tốt Hiện nay, hệ thống dây chuyền tự động nhà máy, xí nghiệp sử dụng rộng rãi, vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng dây chuyền sản xuất điều chỉnh tốc độ động cơ, để nâng cao xuất Với hệ truyền động chiều ứng dụng nhiều yêu cầu điều chỉnh cao, với phát triển không ngừng kỹ thuật điện tử kỹ thuật vi điện tử Hệ truyền động chiều điều chỉnh đồng thời điện áp phần ứng động từ thông trở thành giải pháp tốt cho hệ thống có yêu cầu chất lượng cao Cùng với phát triển ngành điện tử công suất ứng dụng động điện chiều công nghiệp quan trọng Việc sử dụng động chiều với nhiều mục đích để đảm bảo yêu cầu công nghệ phụ tải Để hiểu rõ vai trò hệ truyền động điện, điện tử công suất động điện chiều thông qua môn đồ án này, hướng dẫn thầy Nguyễn Ngọc Khốt với nội dung đề tài: Thiết kế chỉnh lưu để điều khiển tốc độ động chiều kích từ độc lập Cơng suất định mức Điện áp định mức Tốc độ quay 1.2(kW) 115+n/8=121,5(V) 480(v/p) Dòng điện định mức 5.5(A) Em xin chân thành cảm ơn tận tình giúp đỡ thầy Nguyễn Ngọc Khoát hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 1, tháng 9, năm 2020 Sinh viên thực NGUYỄN SỸ LUÂN LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn Cô cung cấp cho chúng em tài liệu đề tài giúp chúng em dễ dàng trình thực đề tài Trong q trình làm đề tài chúng em tận tình gặp khó khăn để hồn thành đề tài Chúng em xin cảm ơn thầy giáo khoa tận tình dạy dỗ chúng em năm học vừa qua giúp chúng em có đủ kiến thức để làm đề tài CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ 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 động chiều kích từ độc lập 1.1.1.1 Động chiều kích từ độc lập gồm phần roto stato - Phần stato (phần tĩnh): phần đứng yên máy, gồm phận cực từ chính, cực từ phụ, gơng từ, chổi than, nắp máy + Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ tạo thành từ thép kĩ thuật điện hay thép cacbpn tán chặt Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện + Cực từ phụ: cực từ phụ cực từ đặt cực từ Lõi thép cực từ phụ làm thép khối + Gông từ: gông từ mạch từ dung để nối liền cực từ, đồng thời vỏ máy -Phần roto (phần động): phần chuyển động động cơ, bao gồm lõi sắt , dây quấn, cổ góp số phận khác + Lõi sắt phần ứng: phần sinh suất điện động có dịng chạy qua Dây quấn làm dây đồng có bọc cách điện + Cổ góp: hay gọi vành góp dùng để đổi dòng xoay chiều thành dòng chiều 1.1.3 Phân loại động điện chiều Cũng máy phát, động điện phân loại theo cách kích thích từ thành động sau: - Động điện kích từ độc lập: Động điện chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện 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 hỗn 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 Nguyên lí làm việc động điện chiều - Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập Hình 1.1: Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập -Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U kt , dây quấn kích từ sinh từ thông  Trong tất trường hợp, mở máy phải đảm bảo có  max tức phải giảm điện trở mạch kích từ R kt đến nhỏ Cũng cần đảm bảo khơng xảy đứt mạch kích thích  =0, M=0, động khơng quay được, E u =0 theo biểu thức U=E u +R u Iu dịng điện I u sớm làm cháy động Nếu momen động điện sinh lớn momen cản, roto bắt đầu quay suất động điện động E u tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n Do xuất tăng lên E u , dòng điện I u giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm Tăng dần I u cách tăng U u giảm điện trở mạch điện phần ứng máy đạt tốc định mức Trong trình tăng I u cần ý không để lớn so với Idm để không xảy cháy động 1.1.5 Đặc tính động chiều kích từ độc lập Đặc điểm động dịng kích từ khơng phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ Để đảm bảo điều kiện mắc động theo cách mắc sau: - Nếu nguồn chiều có cơng suất điện áp khơng đổi mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng - Nếu nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn nguồn kích từ phải độc lập với nguồn phần ứng, ta có sơ đồ nguyên lý: Uu Rf R kt I U kt Hình 1.2: Nguồn kích từ độc lập với nguồn phần ứng -Thành lập phương trình đặc tính: Từ phương trình cân điện áp, mạch phần ứng: Uu =Eu +(R u +R f )Iu Trong đó: Uu - điện áp phần ứng V E u - sức điện động phần ứng V R u - điện trở mạch phần ứng  R f - điện trở phụ mạch phần ứng  I u - dòng điện mạch phần ứng A Với R u =ru +rcf +rb +rct ru - điện trở cuộn dây phần ứng rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb - điện trở cuộn bù rct - điện trở tiếp xúc chổi điện Sức điện động E u phần ứng động xác định theo biểu thức: pN Eu = Φω=KΦω 2πa Trong đó: p - số đơi cực từ N - số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a- số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng Φ - từ thơng kích từ cực từ ω - tốc độ góc pN K= - hệ số cấu tạo động 2πa Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n ( vịng/phút) : Eu =Ke nΦ 2πa n ω= = 60 9.55 (1.1) (1.2) (1.3) Vì Eu = pN Φn 60a (1.4) pN : Hệ số sức điện động động 60a K Ke =  0.105K 9.55 Từ (1.1) (1.2) ta có phương trình đặc tính điện: U R +R ω= u - u f I u KΦ KΦ Ke = Nếu bỏ qua tổn thất lượng bên động phương trình đặc tính động là: U R +R ω= u - u 2f M KΦ (KΦ) Từ phương trình mối quan hệ sau: (1.5) Mdt =Mco =M (1.6) ω =f(M) ω =f(I) biểu diễn hình Hình 1.3: Dạng đặc tính điện đặc tính động chiều 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 1.2.1 Phương pháp điều khiển điện trở phụ phần ứng ( R f )  Nguyên lý điều chỉnh: Nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng Ta phân tích nên ta có ω=f(R f ,Φkt ,U) giả thiết rằng: Nếu giữ Φ=Φdm =const ; U=U dm =const ; R u =const ω=f(R f ) Muốn thay đổi giá trị Rf mạch phần ứng cách nối tiếp điện trở phụ (Rf) thay đổi giá trị vào mạch phần ứng Lúc ta có: R=R u +R f Từ phương trình đặc tính : ω= U dm R u +R f M KΦdm (KΦdm ) Từ phương trình ta thấy: tăng giá trị Rf tốc độ động giảm, giảm giá trị Rf tốc độ động tăng Lúc ta có tốc độ khơng tải lý tưởng: ω0 = U dm =const KΦdm (KΦdm ) Còn độ cứng đặc tính cơ: β= =var R u +R f Như thay đổi R f cho ta họ đặc tính sau: ω TN ω0 R f1 R f2 R f3 Mc Mnm M Hình 1.4: Đặc tính thay đổi đặc tính cách thay đổi điện trở phụ Nhận xét: Nếu R f lớn tốc độ động giảm, đồng thời Inm Mnm giảm Phương pháp dùng để hạn chế dòng điện động khởi động - 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 thay đổi 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=KΦIu sức điện động quay động E u =KΦω Từ biểu thức (1.5) (1.6) ta thấy ω=f(U,Φkt ,R f ) , giữ U=Uđm=const điện trở phần Rư= const (Rf=0 ) lúc ω=f(Φ kt ) Để thay đổi tốc độ ω ta cần thay đổi Φ kt , mà từ thơng kích từ dịng kích từ sinh Vậy để điều chỉnh Φ kt ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ, điều chỉnh Φ kt ta phải tuân theo điều kiện sau Không thể tăng dịng kích từ Ikt lớn dịng định mức cuộn dây kích từ phá hỏng cuộn kích từ Φ kt =Φ dm bảo hịa rồi, muốn tăng Ikt Φ kt không tăng đáng kể nên ta điều chỉnh cách giảm Φ kt • Trong trường hợp ta có: - Tốc độ khơng tải lý tưởng: ω= U dm =var KΦ x (KΦ x ) - Độ cứng đặc tính cơ: β= =var Ru Do cấu tạo động điện, thực tế hường điều chỉnh giảm từ thơng Nên từ thơng giảm ωx tăng, cịn β giảm Ta có đồ thị đặc tính với ω x tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thơng Hình 1.5: Đặc tính điều chỉnh động cách thay đổi từ thông Từ đồ thị ta nhận thấy từ thông thay đổi với Φdm >Φ1 >Φ2 ta có: - Dịng điện ngắn mạch: I nm = U dm =const Ru - Mô men ngắn mạch: Mnm =KΦx Inm =var(Mnm >M1 >M2 ) Từ đồ thị đặc tính ta thấy ω0