Đồ án điện tử công suất 2 - Thiết kế bộ điều khiển giảm dòng mở máy động cơ điện không đồng bộ

- Tæn hao c«ng suÊt trong qu¸ tr×nh më m¸y cµng nhá cµng tèt.[r]

Đ ÁN ĐI N T CÔNG SU T 2 Ồ Ệ Ử Ấ Thi t k b đi u khi n gi m dòng m máy đ ng c ế ế ộ ề ể ả ở ộ ơ

đi n không đ ng b ệ ồ ộ

Ph n I: t ng quan v đ ng c đi n không đ ng b ầ ổ ề ộ ơ ệ ồ ộ

I/l i m đ u ờ ở ầ

Trong l ch s máy đi n,máy đi n không đ ng b ra đ i mu n h n so v i cácị ử ệ ệ ồ ộ ờ ộ ơ ớ

lo i máy đi n khác,nh ng đ n hi n nay nó là m t lo i máy đạ ệ ư ế ệ ộ ạ ượ ử ục s d ng r ngộ rãi nh t trong các ngành kinh t qu c dân,v i công su t t vài ch c đ n hàngấ ế ố ớ ấ ừ ụ ế nghìn kilooat

Trong công nghi p thệ ường dùng máy đi n không đ ng b làm ngu n đ ng l cệ ồ ộ ồ ộ ự cho máy cán thép lo i v a và nh ,đ ng l c cho các máy công c các nhà máyạ ừ ỏ ộ ự ụ ở công nghi p nh ệ ẹ

Trong h m m dùng làm máy t i hay qu t gióầ ỏ ờ ạ

Trong nông nghi p dùng làm máy b m hay máy gia công s n ph m.ệ ơ ả ẩ

Trong đ i s ng hang ngày,máy đi n không đ ng b cũng d n d n chi m 1 v tríờ ố ệ ồ ộ ầ ầ ế ị quan tr ng:qu t gió ,máy quay đĩa,đ ng c trong t l nh ọ ạ ộ ơ ủ ạ

B i nó có nh ng u đi m n i b t h n h n so v i máy đi n 1 chi u cũng nhở ữ ư ể ổ ậ ơ ẳ ớ ệ ề ư máy đi n đ ng b đó là:ệ ồ ộ

Có k t c u đ n gi n d b o trì,d ch t o,làm vi c ch c ch n,v n hành tinế ấ ơ ả ễ ả ễ ế ạ ệ ắ ắ ậ

c y,chi phí v n hành và b o dậ ậ ả ưỡng th p,hi u su t cao giá thành h ấ ệ ấ ạ

Máy đi n không đ ng b s d ng tr c ti p luwois đi n oay chi u do đó khôngệ ồ ộ ử ụ ự ế ệ ề

c n ph i t n thêm chi phí cho các thi t b bi n đ iầ ả ố ế ị ế ổ

Tuy nhiên máy đi n không đ ng b v n có nh ng nhệ ồ ộ ậ ữ ược đi m,1 trong nh ngể ữ

nhược đi m đó là dòng kh i đ ng c a đ ng c đi n không đ ng b thể ở ộ ủ ộ ơ ệ ồ ộ ườ ng

l n(t 4 đ n 7 l n dòng đ nh m c)dòng đi n m máy quá l n không nh ng làmớ ừ ế ầ ị ứ ệ ở ớ ữ cho thân máy b nóng mà còn làm cho đi n áp lị ệ ưới gi m sút nhi u,nh t là đ iả ề ấ ố

v i nh ng lớ ữ ưới đi n công su t nh ,do đó c n đ t v n đ ra là ta c n ph i gi mệ ấ ỏ ầ ặ ấ ề ầ ả ả

được dòng đi n m máy c a đ ng c đi n không đ ng b ,đ c bi t là đ i v iệ ở ủ ộ ơ ệ ồ ộ ặ ệ ố ớ

đ ng c không đ ng b roto l ng sóc b i vì vi c tác đ ng vào đ ng c roto l ngộ ơ ồ ộ ồ ở ệ ộ ộ ơ ồ sóc thường khó khăn h n so v i đ ng c không đ ng b dây qu n.tuy nhiênơ ớ ộ ơ ồ ộ ấ

hi n nay vi c áp d ng nh ng ng d ng c a đi n t công su t thì công vi c đóệ ệ ụ ữ ứ ụ ủ ệ ử ấ ệ

đã tr nên d dàng h n.ở ễ ơ

II/các ph ươ ng pháp m máy ở

M máy đ ng c đi n không đ ng b ở ộ ơ ệ ồ ộ

Khi b t đ u m mỏy thỡ roto đang đ ng yờn,h s trắ ầ ở ứ ệ ố ượt s=1 nờn tr s dũng đi nị ố ệ

m mỏy tớnh theo m ch đi n thay th b ngở ạ ệ ế ằ

Từ công thức trên ta thấy, dòng điện khởi động cở không đồng bộ phụ thuộc vào bản thân cấu tạo của động cơ và phụ thuộc nhiều vào điện áp lới

Trên thực tế, do mạch từ tản bão hoà rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng

điện mở máy còn lớn hơn so với trị số tính theo công thức trên.ở điện áp định mức, thờng dòng mở máy bằng 4 đến 7 lần dòng định mức Điều đó không những làm cho động cơ nhanh bị hỏng mà còn làm cho điện áp lới mỗi khi khởi

động giảm nhiều.Do đó nhất thiết ta phải làm giảm dòng điện mở máy

Các yêu cầu mở máy cơ bản:

- Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải

- Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt

- Phơng pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn

- Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt

1/m mỏy tr c ti p đ ng c đi n roto l ng súc ở ự ế ộ ơ ệ ồ

Đây là phơng pháp đơn giản nhất, ta đóng trực tiếp động cơ điện vào lới

điện.Khi đó điện áp U1 đặt vào stato bằng điện áp lới( nh hình vẽ).Do đó dòng điện mở máy lớn,nếu quán tính của tải lớn, thời gian mở máy dàI thì sẽ làm

có thể làm cho máy nóng và ảnh hởng đến điện áp lới

2/h đi n ỏp m mỏy: ạ ệ ở

Từ công thức của dòng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện áp đặt vào stato khi mở máy thì sẽ giảm đợc dòng điện mở máy.Nhng hạ điện áp mở máy thì cũng

sẽ làm cho mômen khởi động giảm xuống:

Do đó ta chỉ dùng phơng pháp này cho những thiết bị mở máy cỡ nhỏ

2.1 cỏc phương phỏp:

-Nối điện kháng trực tiếp vào mạch điện stato: khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng, sau khi mở máy xong thì điện kháng này bị nối ngắn mạch

-Dùng biến áp tự ngẫu: ta sử dụng một máy biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với

l-ới điện , bên hạ áp nối vl-ới động cơ điện.Sau khi mở máy xong thì biến áp tự ngẫu

đợc loại ra khỏi mạch

-Mở máy bằng phơng pháp đổi nối Y-: phơng pháp này thích ứng với những máy khi làm việc bình thờng thì đấu tam giác, khi mở máy ta đổi thành sao -Đùng bộ điều áp xoay chiếu 3 pha sơ đồ gồm 6 tyristor đấu song song ngợc Phân tích u nhợc điểm của từng phơng pháp mở máy

+ Cả 3 phơng pháp trên đều có tác dụng hạ dòng mở máy nhng trong quá trình hoat động của động cơ khi dòng tăng đột ngột vì một lý do naò đó thì 3 phơng pháp trên không đáp ứng đơc (không hạn chế đơc dòng đó ) vì vậy ta dùng bộ

điều áp xoay chiều 3 pha

u điểm của bộ điều áp xoay chiều 3 pha khi điều chỉnh góc α thích hợp của các xung điều khiển đặt vào các thyristor là có thể hạ đợc điện áp đặt vào stato và do đó có thể hạn chế đợc dòng qua động cơ.Và vẫn còn tham gia vào mạch trong quá trình hoạt động của động cơ

Tuy nhiên nhợc điểm của phơng pháp này là dòng điện và điện áp đều không sin Nhng do thời gian mở máy rất nhỏ (từ 1ữ3 giây) nên ta vẫn có thể sử dụng đợc Vì vậy ta quyết định chọn phơng án dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha để làm bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc

2-2-Phơng pháp dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha:

Ta sử dụng 6 thyristor đấu song song ngợc theo sơ đồ nh hình vẽ.Khi ta cấp

điện áp xoay chiều vào ba đầu A,B,C ,do còn phụ thuộc vào góc mở van của các thyristor nên ta sẽ có ba dạng điện áp đặt vào động cơ ứng với ba vùng của góc mở van  Các điện áp này đều nhỏ hơn so với điện áp vào

Phân tích hoạt động của bộ điều áp xoay chiều ba pha:

-Vì động cơ không đồng bộ có thể coi nh là một phụ tải gồm có điện trở và cuộn cảm nối tiếp nhau, trong đó:

+Điện trở roto biến thiên theo tốc độ quay

+Điện cảm phụ thuộc vào vị trí tơng đối giữa dây quấn roto và stato +Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay =

(s)

-Do tính chất tự nhiên của mạch điện có điện cảm, nên nếu trong khoảng  < 

mà đặt xung điều khiển vào các van bán dẫn thì các van này chỉ dẫn dòng ở thời điểm  =  trở đi Do đó điện áp động cơ không phụ thuộc vào góc mở

.Nếu nh vậy thì ta không điều chỉnh đợc điện áp, vì vậy ta chỉ đặt xung

đIều khiển với góc mở > 

-Khi >  thì tuỳ thuộc vào giá trị tức thời của các điện áp dây mà có lúc có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng, hay hai van ở hai pha khác nhau dẫn dòng:

+ Nếu có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng:

Khi đó dòng điện tải:

Udm: biên độ điện áp dây

: góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở giai đoạn đang xét +Nếu chỉ có hai pha có van dẫn:

Khi đó ta có dòng điện tải:

Tuỳ thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có ba van dẫn hoặc hai van dẫn cũng thay đổi theo

*Khoảng dẫn của van ứng với α = 0 ữ :

Phân tích hoạt động của sơ đồ hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi xung áp xoay chiều ba pha nhằm mục đích hạn chế dòng khởi động lúc khởi động động cơ:

Sơ đồ bao gồm sáu kênh điều khiển,mỗi kênh đIều khiển việc đóng mở một van nhất định tại những thời điểm thích hợp

Nguồn điện áp lới sau khi qua máy biến áp thì sẽ tạo đợc 6 điện áp hình sin

đồng bộ lệch nhau một góc là 60o

Hoạt động của một kênh nh sau:

Kênh 1:iện áp đồng bộ đợc đa qua bộ so sánh với điện áp 0V để tạo xung chữ nhật,tiếp đó đợc đa qua bộ vi phân và một khâu so sánh để tạo dạng xung chữ nhật yêu cầu,xung chữ nhật này đợc đa qua bộ tạo xung răng ca,sau đó cho xung này đi qua bộ so sánh với điện áp bằng Udk đợc cấp bởi bộ tạo điện áp điều khiển,ta có xung chữ nhật với góc mở Nhờ Udk mà ta sẽ chỉnh đợc với độ lớn theo yêu cầu và góc mở này có thể điều chỉnh đợc nhờ điều chỉnh biến trở,cho qua một diot để lọc lấy phần dơng của điện áp.Xung ra sẽ là xung chữ nhật có

độ dài lớn mà ta chỉ cần xung có độ dài bằng 2100-,do đó ta sẽ phải thực hiện cắt xung,điều đó đợc thực hiện dễ dàng nhờ việc ta cho Udkmin để có max và

ta lại cho xung chữ nhật ứng với max và xung chữ nhật vừa tạo cho qua một phần tử XOR và ta sẽ đợc xung chữ nhật có độ rộng theo yêu cầu.Cho qua cùng với xung chùm đến một phần tử AND.Xung này sau đó đợc đa qua bộ khuếch đại và khâu biến áp xung để tạo xung có độ l n theo yêu cầu để có thể mở đớ ợc

thyristor