Xây dựng hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng điện áp

M C L C Lời nói đầu Ch-ơng 1: động không đồng 1.1 mở đầu [1] .2 1.2 cÊu t¹o 1.2.1 Cấu tạo stato .2 1.2.2 Cấu tạo rô to 1.3 nguyên lý làm việc máy điện không đồng 1.4 ph-ơng trình đặc tính 1.5 ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng .9 1.5.1 Mở đầu 1.5.2 Thay đổi tần số nguồn điện cung cấp 11 1.5.3 Thay đổi số đôi cực 13 1.5.4 Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp nguồn cung cấp .15 1.5.5 Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện trở mạch rô to .16 1.5.6 Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp mạch rô to .17 ch-ơng 2: hệ thống truyền động điện động Dị Bộ xoay chiều điều chỉnh điện áp 20 2.1 mở đầu 20 2.2 hƯ thèng ®iỊu chØnh ®iƯn ¸p 21 2.2.1 Sơ ối .21 21 2.3 điều chỉnh điện áp xoay chiều 21 2.3.1 Sơ đồ đấu có trung tính 22 2.3.2 Sơ đồ tải đấu tam giác 23 2.3.3 Sơ đồ đấu khơng trung tính 23 2.4 vi ®iỊu khiĨn avr 29 2.4.1 Các đặc điểm 29 2.4.2 Đơn vị xử lý số học logic ( ALU – Arithmetic Logic Unit) 33 2.4.3 Tệp ghi đa ( General Purpose Register File ) 34 2.4.4 Điều khiển ngắt reset (Reset and Interrupt Handling ) 35 2.4.5 Bộ nhớ 38 CH-ơNG : xây dựng thiết kế Hệ THốNG điều chỉnh tốc độ động không đồng điện áp 43 3.1 mở đầu 43 3.2 THIÕT KÕ MạCH Động lực 43 3.2.1 Chọn van bán dẫn .44 3.2.2 Chọn phần tử bảo vệ van bán dẫn 45 3.3 THIếT Kế MạCH ĐIềU KHIÓN 47 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 47 3.3.2 Tính tốn phân tích mạch điều khiển 48 3.3.3 Khâu đồng 51 3.3.4 Chương trình điều khiển 52 3.4 lắp ráp hệ thống 57 3.4.1 Mạch động lực 57 3.4.2 Mạch điều khiển .58 3.5.kết đạt đ-ợc 61 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Lời nói đầu Trong nhng năm gần lĩnh vực điều khiển truyền động điện phát triển mạnh mẽ Đặc biệt với phát triển khoa học kỹ thuật, người ta khai thác tất ưu điểm vốn có động không đồng Với đồ án em nêu khía cạnh nhỏ lĩnh vực điều khiển tốc độ động không đồng bộ: “ xây dựng hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ động không đồng điện áp” Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Động không đồng Chương 2: Hệ thống truyền động điện động dị xoay chiều điều chỉnh điện áp Chương 3: Xây dựng thiết kế hệ thống điều chỉnh tốc độ động không đồng điện áp Em xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Thân Ngọc Hồn thầy giáo mơn hướng dẫn em hồn thành đồ án Do lần thực làm đồ án nên khơng thể mắc phải sai sót, em mong bảo tận tình thầy Hải Phòng, ngày 12 tháng 07 năm 2010 Sinh viên thực hin Bựi Duy Quyt Ch-ơng 1: động không ®ång bé 1.1 më ®Çu [1] Loại máy điện quay đơn giản loại máy điện không đồng (dị bộ) Máy điện dị loại pha, pha pha, phần lớn máy điện dị pha, có cơng suất từ vài W tới vài MW , có điện áp từ 100V đến 6000V Căn vào cách thực rơ to, người ta phân biệt loại: loại có rơ to ngắn mạch loại có rơ to dây quấn Cuộn dây rô to dây quấn cuộn dây cách điện, thực theo nguyên lý cuộn dây dịng xoay chiều Cn dây rơ to ngắn mạch gồm lồng nhôm đặt rãnh mạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch cuộn dây nhiều pha có số pha số rãnh Động rơ to ngắn mạch có cấu tạo đơn giản rẻ tiền, cịn máy điện rơ to dây quấn đắt hơn, nặng có tính động tốt hơn, tạo hệ thống khởi động điều chỉnh 1.2 cÊu t¹o Máy điện quay nói chung máy điện khơng đồng nói riêng gồm phần bản: phần quay (rô-to) phần tĩnh (stato) Giữa phần tĩnh phần quay khe hở khơng khí 1.2.1 Cấu tạo stato Stato gồm phần bản: mạch từ mạch điện a) Mạch từ: Mạch từ stato ghép thép điện có chiều dày khoảng 0,3-0,5mm, cách điện mặt để chống dịng Fuco Lá thép stato có dạng hình vành khăn, phía đục rãnh Để giảm dao động từ thông, số rãnh stato rô to không Mạch từ đặt vỏ máy Ở máy có cơng suất lớn, lõi thép chia thành phần ghép lại với thành hình trụ thép nhằm tăng khả làm mát mạch từ Vỏ máy làm gang đúc hay gang thép, vỏ máy có đúc gân tản nhiệt Để tăng diện tích tản nhiệt Tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có đế gắn vào bệ máy hay nhà vị trí làm việc Trên đỉnh có móc để giúp di chuyển thuận tiện Ngồi vỏ máy cịn có nắp máy, lắp máy có giá đỡ ổ bi Trên vỏ máy gắn hộp đấu dây b a c Hình 1.1 Lõi thép stato máy điện khơng đồng a) Hình vành khăn ; b) Hình rẻ quạt ; c) Mạch từ stato b) Mạch điện: Mạch điện cuộn dây máy điện trình bày phần Hình 1.2 Stato máy điện không đồng Mạch từ; Vỏ máy; Dây quấn; Chân đế 1.2.2 Cấu tạo rô to a) Mạch từ: Giống mạch từ stato, mạch từ rô to gồm thép điện kỹ thuật cách điện Rãnh rô to song song với trục nghiêng góc định nhằm giảm dao động từ thơng loại trừ số sóng bậc cao Các thép điện kỹ thuật gắn với thành hình trụ, tâm thép mạch từ đục lỗ để xuyên trục, rô to gắn trục Ở máy có cơng suất lớn rơ to cịn đục rãnh thơng gió dọc thân rơ to a) b) Hình 1.3 Lá thép rơto máy điện khơng đồng b) Mạch điện: Mạch điện rô to chia thành loại: loại rơ to lồng sóc loại rơ to dây quấn - Loại rơ to lồng sóc (ngắn mạch) Mạch điện loại rô to làm nhôm đồng thau Nếu làm nhôm đúc trực tiếp rãnh rơ to, đầu đúc vịng ngắn mạch, cuộn dây hồn tồn ngắn mạch, gọi rơ to ngắn mạch Nếu làm đồng làm thành dẫn đặt vào rãnh, hai đầu gắn với vòng ngắn mạch kim loại Bằng cách hình thành cho ta lồng loại rơ to có tên rơ to lồng sóc Loại rơ to ngắn mạch thực cách điện dây dẫn lõi thép - Loại rô to dây quấn: Mạch điện loại rô to thường làm đồng phải cách điện với mạch từ Cách thực cuộn dây giống thực cuộn dây máy điện xoay chiều trình bày phần trước Cuộn dây rơ to dây quấn có số cặp cực pha cố định Với máy điện pha, đầu cuối nối với máy điện, đầu cịn lại dẫn ngồi gắn vào vành trượt đặt trục rô to, tiếp điểm nối với mạch ngồi 1.3 nguyªn lý làm việc máy điện không đồng xét nguyên lý làm việc máy điện dị , ta lấy mơ hình máy điện pha gồm cuộn dây đặt cách chu vi máy điện góc , rơ to cuộn dây ngắn mạch Khi cung cấp vào cuộn dây dòng điện hệ thống điện pha có tần số máy điện sinh từ trường quay với tốc độ 60 /p Từ trường cắt dẫn rô to stato, sinh cuộn stato sđđ tự cảm cuộn dây rô to sđđ cảm ứng có giá trị hiệu dụng sau: = 4,44 (1.1) = 4,44 (1.2) Do cuộn rơ to kín mạch, nên có dịng điện chạy dẫn cuộn dây Sự tác động tương hỗ dịng điện chạy dây dẫn rơ to từ trường, sinh lực ngẫu lực (2 dẫn nằm cách đường kính rơ to) nên tạo mơ men quay Mơ men quay có chiều đẩy stato theo chiều chống lại tăng từ thơng móc vịng với cuộn dây Nhưng stato gắn chặt cịn rơ to lại treo ổ bi, rơ to phải quay với tốc độ n theo chiều quay từ trường Tuy nhiên tốc độ tốc độ quay từ trường, n = khơng có sđđ cảm ứng, từ trường khơng cắt dẫn nữa, = dẫn đến = mô men quay không , rô to quay chậm lại, rô to chậm lại từ trường lại cắt dẫn, nên có sđđ, có dịng mơ men nên rơ to lại quay Do tốc độ quay rơ to khác tốc độ quay từ trường nên xuất độ trượt định nghĩa sau: 100% (1.3) Do tốc quay rơ to có dạng: n= Do n # (1 – s) (1.4) - n) tốc độ cắt dẫn rô to từ trường nên ( quay Vậy tần số biến thiên sđđ cảm ứng rô to biểu diễn bởi: – = Khi rơ to có dịng – = (1.5) , sinh từ trường quay với tốc độ: = (1.6) So với điểm không chuyển động stato, từ trường quay với tốc độ: +n= (1.7) Như so với stato, từ trường quay rơ to có giá trị với tc quay ca t trng stato 1.4 ph-ơng trình đặc tính thnh lp phng trỡnh c tớnh động không đồng ta dựa vào đồ thay với giả thiết sau: - pha động đối xứng - Các thông số động không đồng không đổi - Tổng dẫn mạch từ hố khơng thay đổi, dịng điện từ hố khơng phụ thuộc tải mà phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động - Bỏ qua tổn thất ma sát, tổn thất lõi thép - Điện áp lưới hoàn toàn sin đối sứng ba pha Hình 1.4 Sơ đồ thay pha động khơng đồng Trong đó: – trị số hiệu dụng điện áp pha stato - dịng từ hóa, dịng điện stato, dịng điện rơ to quy đổi stato - điện kháng mạch từ hóa, điện kháng stato điện kháng rơ to quy đổi stato - điện trở tác dụng mạch từ hóa, mạch stato, điện trở rơ to quy đổi stato Phương trình đặc tính suy từ điều kiện cân công suất động cơ: công suất điện từ chuyển từ rô to vào stato công suất trục động tổng công suất tổn thất P động cơ: + P Trong đó: (1.8) Với giả thiết nêu sơ đồ thay pha, ta có mơ men điện từ mơ men M nhau, cịn tổn hao cơng suất P xét đến tổn hao đồng dịng điện rơ to gây điện trở mạch rô to, nghĩa là: P = Như (1.8) viết sau: M Thay M M( , ta rút biểu thức momen M sau: M= (1.9) Nếu thay giá trị ta được: (1.10) Đây dạng phương trình đặc tính Cho s giá trị khác nhau, theo (1.10) ta tính mơ men M tương ứng, đồng thời tính tốc độ ), ta vẽ đặc tính hình 1.5 Đó đường cong có điểm cực trị, gọi điểm “tới hạn”, ứng với tọa độ: Độ trượt tới hạn: Và mô men tới hạn: (1.11) Thể tích lõi thép cần có: Chọn mạch từ OA-12/14-3 tích V= Q.L = 0,03.4,1= 0,123 cm2 Với kích thước ta có kích thước mạch từ sau: a= mm; b= 3mm ; d= 12 mm ; D= 14mm ; l= 4,1 cm Q= 0,03 cm2 ; Qcs= 1,13 cm2 Số vòng dây cuộn sơ cấpBAX: Số vòng dây cuộn thứ cấp BAX: Chọn J1 = J2 = A/mm2 Tiết diện dây sơ cấp: Đường kính dây sơ cấp: Chọn d1= 0.1mm ; S1= 0,00785 mm2 Tiết diện dây thứ cấp: Đường kính dây thứ cấp: Chọn d2= 0,1mm ; S2= 0,00785 mm2 tra hệ số lấp đầy: 49 cửa sổ đủ điện tích cần thiết 3.3.2.2 Tính chọn khâu khuếch đại xung Sơ đồ nguyên lý Hình 3.3.Sơ đồ khâu khuếch đại Nguyên lý hoạt động Khâu khuếch đại xung làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu xung chân14 PB0 vi điều khiển avr8 thành tín hiệu có biên độ , độ rộng cơng suất đủ lớn để kíck mở tiristor T1 Cơng thức tính tốn Chọn điốt D6 , D7 , D8 loại 2608 có thơng số sau: U = 220 V I=5A Chọn bóng tranzito cơng suất T2 loại TIP41 có thông số sau: Điện áp giũa colecto va bazo hở mạch emito : UCBO = 40V Diện áp emito bazo hở mạch colecto : UEB0 = V Dịng điện lớn colecto chịu đựng : Icmax =10A Dòng điện làm việc colecto : Ic = 6A Dòng điện làm việc bazo : : IB = 2A 50 Ta thấy với loại tiristor dã chọn có cơng suất điều khiển bé Uđk =1,5V ; Iđk = 0,015A nên dòng colecto-bazo tranzito bé nên ta cần phải sử dụng trazito Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E =9V nên ta phải mắc nối tiếp thêm điện trở R8 nối tiếp với cực emitor Trazito R8 =(E – U1)/I1 =(9-3)/0,0075= 800Ω Tất diod mạch sử dụng loại 1N4009 có thơng số : Dòng điện định mức : Iđm =10A điện áp ngược lớn : UN = 25V điện áp diod mở thông : Um =1V 3.3.2.1 Khâu tạo xung Khâu tạo xung sử dụng chíp AVR ATMEGA8 3.3.3 Khâu đồng Khâu đồng bao gồm biến áp đồng pha mắc /Y, mạch so sánh điểm qua không cách ly quang, điều chế ba xung vuông tần số 50 Hz lệch pha 1200 điện đồng pha với điện áp pha lưới đưa vào chân vi xử lý Hình 3.4 Khâu tạo xung đồng Chọn cách ly quang OPTO 51 3.3.4 Chương trình điều khiển #include #include #define xung PORTB.0 #define led PORTD.7 long int von,f; long int x; void tre() //ham tre dieu chinh goc mo cua thyristor { int j; for(j=0;j100) a=a-1; lcd_gotoxy(0,0); dislay(a); delay_ms(100); }; }*/ 3.4 lắp ráp hệ thống Sau tớnh tốn xong lý thuyết ta xây dựng mơ hình thật 3.4.1 Mạch động lực Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 57 Hình 3.6 Mạch in mạch động lực 3.4.2 Mạch điều khiển Hình 3.7 Mạch nguyên lý mạch điều khiển 58 Hình 3.8 Nguồn ni mạch điều khiển Hình 3.9 Mạch nguyên lý mạch hiển thị LCD 59 Hình 3.10 Mạch in mạch điều khiển 60 3.5.kÕt đạt đ-ợc 61 KT LUN Sau ba thỏng nghiờn cứu thực đề tài hướng dẫn tận tình GS.TSKH Thân Ngọc Hồn với cố gắng nỗ lực thân, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo kế hoạch giao Trong đề tài em thực vấn đề sau: Hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương pháp điều chỉnh tốc độ động khơng đồng Tính tốn xây dựng thành cơng mơ hình thực nghiệm Ứng dụng rèn luyện kĩ vẽ mạch in phần mềm Orcad 9.2, lập trình vi điều khiển ATEMEGA8 Tuy nhiên, thời gian có hạn nên bên cạnh kết đạt được, đề tài chưa thực số vấn đề : mạch chưa hoạt động chế độ mạch kín, chưa hiển thị tốc độ động thay đổi điện áp Sinh viên Bùi Duy Quyết 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1.] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy điện, NXB xây dựng [2] Đặng Văn Đào –Trần Khánh Hà – Nguyễn Hồng Thanh (2007), Giáo trình máy điện, NXB giáo dục [3] Nguyễn Bính (1996), Điện tử cơng suất, NXB khoa học kĩ thuật [4] Trần Văn Thịnh(2005), Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử cơng suất, NXB khoa học kĩ thuật [5] Ngô Diên Tập(2003), Kĩ thuật vi điều khiển với AVR, NXB khoa học kĩ thuật [6] Diễn đàn Điện Tử Việt Nam (www.dientuvietnam.net) [7] Datasheet Linh kiện Điện tử (www.datasheetcatalog.com) [8] Trang tìm kiếm thơng tin (www.google.com) 63 ... khiển tốc độ động không đồng bộ: “ xây dựng hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ động không đồng điện áp? ?? Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Động không đồng Chương 2: Hệ thống truyền động. .. : xây dựng thiết kế Hệ THốNG điều chỉnh tốc độ động không đồng điện áp 3.1 mở đầu H thống điều chỉnh tốc độ động điện áp chia làm phần: - Mạch động lực - Mạch điều khiển Thông số động không đồng. .. thèng trun động điện động Dị Bộ xoay chiều điều chỉnh điện áp 2.1 mở đầu Trong thc t sn xut, hệ thống truyền động điện có yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ Ngày hệ thống truyền động điện công nghiệp