Do an DTCS

LỜI NĨI ĐẦU Điện tử cơng suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch trình biến đổi điện Ngày nay, khơng riêng nước phát triển nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy xi măng, thủy điện, giấy, dệt, sợi, đóng tàu…đang sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu công nghiệp hóa đại hóa đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, học kỳ chúng em nhận đồ án môn học điện tử công suất với đề tài: “Thiết kế mạch tự động kích từ cho động đồng ba pha” Đề tài gồm chương Chương 1: Kiến thức tổng quát Chương 2: Nghiên cứu tính tốn thiết kế mạch lực Chương 3: Nghiên cứu tính tốn thiết kế mạch điều khiển Chương 4: Mô hệ thống Với hướng dẫn …… , chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đồ án Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin trân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… [Document title] MỤC LỤC Trang Đề tài [Document title] ĐỀ TÀI [Document title] Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động động đồng ba pha Điện áp kích từ định mức 100V; Điện áp kích từ 120V; Cơng suất kích từ định mức 25KW; Điện trở khởi động 0,8Ω; Điện áp lưới 3x380VNỘI DUNG CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC TỔNG QUÁT 1.1 Giới thiệu chung động đồng pha Động đồng dùng rộng rãi hệ thống tryền động điện công suất lớn, không cần điều chỉnh tốc độ, làm việc chế độ dài hạn Ngày phát triển mạnh mẽ công nghiệp điện tử, động đồng nghiên cứu, ứng dụng nhiều công nghiệp, loại dải công suất 1.1.1 Cấu tạo nguyên tắc mở máy: Động đồng cấu trúc động đặc biệt mà rotor quay tốc độ với tốc độ từ trường stator Quá trình mở máy chia làm giai đoạn: Khởi động không đồng đưa vào đồng - Trong giai đoạn thứ nhất, sau dây quấn stato nối vào lưới điện pha, từ trường quay tạo tác dụng lên dây quấn khởi động ( lồng sóc khởi động đặt roto máy ) lên momen quay đưa tốc độ động lên gần tốc độ đồng - Trong giai đoan thứ hai, dịng kích từ đưa vào roto, động tự kéo vào đồng dây quấn khởi động ( lồng sóc khởi động ) hết tác dụng Trong giai đoạn đầu, dây quấn kích thích có sức điện động cảm ứng lớn Điều làm cho mạch roto thêm phức tạp Điều khiển trình khởi động phải điều khiển hai giai đoạn mạch stato mạch roto Để hạn chế dòng điện, dùng cách giảm điện áp biến áp tự ngẫu dùng cuộn kháng Người ta dùng điện trở phụ để hạn chế dịng điện tổn thất lượng lớn tiêu chất lượng khởi động không tốt Với động công suất nhỏ điện áp thấp cho phép sử dụng điện trở phụ để hạn chế dòng điện Trong giai đoạn khởi động không đồng bộ, dây quấn kích thích roto khơng hở mạch sức điện động cảm ứng tạo thành chọc thủng cách điện Không phụ thuộc vào cách nối mạch stato, mạch điện roto có ba cách nối a Cách nối thứ nhất: Roto nối trực tiếp vào máy kích thích từ đầu Sơ đồ gọi sơ đồ kích thích trực tiếp Sơ đồ đơn giản, làm việc chắn kinh tế Tuy áp dụng b Cách nối thứ hai : Dây quấn kích thích nối vào máy kích thích qua điện trở phụ [Document title] Khi không thoả mãn điều kiện Tkđ1 ≤ Tkt , nghĩa kích thích hình thành sớm q ảnh hưởng đến dịng điện stato làm khó khăn cho trình kéo vào đồng Để hạn chế ảnh hưởng dịng điện kích thích qúa trình khởi động không đồng người ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch kích thích động khơng đồng Điều kiện để áp dụng sơ đồ: Mc ≤ 40% Mdd Ngược lại kích thích hình thành q chậm q trình khởi động khơng đồng kéo dài gây tải dây quấn khởi động c Cách nối thứ ba: Dây quấn kích thích nối vào điện trở phóng điện Khi đạt tốc độ vào đồng loại bỏ điện trở phóng điện đóng vào máy kích từ Về mặt khởi động kéo vào đồng sơ đồ tốt gọi sơ đồ gián tiếp Khi không thoả mãn điều kiện: Mc ≤ 40% Mdd Tkđ1 ≤ Tkt ta phải sử dụng sơ đồ Điện trở phóng điện sơ đồ có nhiệm vụ sau: - Hạn chế điện áp dây quấn kích thích - Làm tốt đặc tính khởi động động - Tiêu tán nhanh lượng từ trường ngắn mạch phía stato cắt động khỏi lưới 1.1.2 Giới thiệu mạch kích từ động Động điện đồng dùng để truyền động máy sản xuất có momen phụ tải biến đổi lớn (ví dụ máy cán lớn, máy nâng hầm mỏ ) Lúc phụ tải tăng mà kích từ giữ khơng đổi dẫn đến làm giảm công suất phản kháng phát vào lưới điện, tăng công suất tiêu thụ từ lưới điện, giảm khả tải động Hệ thống điều khiển có phận tự động điều khiển kích từ Khi phụ tải tăng lên, dòng điện qua cuộn dòng điện biến áp tăng lên, điện áp cuộn điện áp giảm xuống Kết diện áp cuộn biến áp tăng lên, điện áp chiều sau cầu chỉnh lưu tăng lên, kích từ động tăng lên Những thay đổi lớn tải mà kích từ khơng điều chỉnh theo gây nên dao động lớn tốc độ có khả đưa động khỏi chế độ đồng Lúc phải cắt động khỏi nguồn rơle bảo vệ dịng điện cực đại Nếu q trình cơng nghệ khơng cho phép dù tạm thời phải áp dụng sơ đồ tự động hố đồng Và nhiệm vụ thiết kế đồ án Điện tử công suất giao 1.2 Giới thiệu chung chỉnh lưu 1.2.1 Khái niệm: Bộ chỉnh lưu dùng để biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều cấp cho tải Lĩnh vực ứng dụng chỉnh lưu rộng rãi chủng loại tải dùng dòng [Document title] điện chiều đa dạng Đó động điện chiều, cuộn hút nam châm điện, rơle điện tử, bể mạ điện, thiết bị điện phân Đại đa số thiết bị điện tử hoạt động điện áp chiều nên để lấy lượng từ lưới điện xoay chiều phải thơng qua mạch chỉnh lưu Vì nói chỉnh lưu loại mạch điện tử công suất thông dụng thực Sơ đồ cấu trúc chỉnh lưu thường bao gồm khâu sau đây: U1 ~ U2 ~ BAL Ud LSB MV Tải Id KHT MĐK Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc chỉnh lưu Trong đó: BAL: Biến áp lực có chức chuyển cấp điện áp số pha chuẩn lưới điện sang giá trị điện áp số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu - tải Nếu điện áp số pha nguồn phù hợp với tải khơng cần dùng BA lực sử dụng sơ đồ đấu van kiểu cầu, trường hợp dùng sơ đồ đấu van hình tia ln bắt buộc phải có BA MV: Mạch van, van bán dẫn đấu theo kiểu sơ đồ đó, trực tiếp thực q trình biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Vì khâu khơng thể thiếu MCL MĐK: Mạch điều khiển Khi MV sử dụng van bán dẫn điều khiển (như thyristor) có mạch để thực việc cho van dẫn dòng vào thời điểm cần thiết nhằm khống chế lượng đưa tải Khi dùng van diode khơng có mạch LBS: Mạch lọc san Khâu nhằm đảm bảo điện áp hay dòng điện phẳng theo mong muốn tải Nếu điện áp sau MV đạt yêu cầu, bỏ khâu LSB KHT: Khối hỗ trợ, gồm mạch giúp theo dõi khái niệm phân loại chỉnh lưu đảm bảo BCL hoạt động bình thường, thí dụ mạch tín hiệu, mạch đo lường điện áp dòng điện, mạch bảo vệ, nguồn chiều ổn định cho mạch điều khiển khống chế Nhiệm vụ người thiết kế xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật cụ thể BCL để sử dụng sơ đồ cấu trúc khâu chức cần có Từ tiến hành triển khai tính tốn tỉ mỉ khâu để có BCL hồn chỉnh Trong chương trình bày chi [Document title] tiết trình tự thiết kế BCL, trước tiên người thiết kế phải có hiểu biết vấn đề thiết kế BCL a Các tham số mạch chỉnh lưu Để phân tích đánh giá BCL, thường dựa vào tham số sau: Điện áp nguồn xoay chiều định mức U1đm (v) Tần số điện áp nguồn định mức: f(Hz) phạm vi biến thiên Phạm vi biến thiên điện áp nguồn U1min , U1max biến thiên điện áp tương đối so với điện áp định mức: Điện áp đầu chiều định mức: Uddm (v) Phạm vi điều chỉnh điện áp ra: Udmin; Udmax Dòng điện tải định mức chỉnh lưu: Iddm Phạm vi biến thiên dòng điện tải: Idmin; Idmax Biên độ đập mạch điện áp ra: Udmr (đây biên độ sóng dài điện áp chiều đầu theo khai chiển furier) U kdm = 1max U tỉ số biên độ sóng dài Hệ số đập mạch điện áp ra: thành phần trung bình (hoặc không đổi) điện áp Hệ số nhỏ điện áp áp phải ∆U d r= ∆I d 10 Nội trở chỉnh lưu: 11 Điện trở động chỉnh lưu: r= d ∆U d d ∆I d ,( tỉ số độ biến thiên điện áp đột biến dòng điện tải gây ra) 12 Hiệu suất chỉnh lưu: η= Pd Pv , P cơng suất nhận phía d nguồn điện chiều, cịn Pv cơng suất tiêu thụ lấy từ nguồn điện xoay chiều b Yêu cầu kỹ thuật cần cho thiết kế Để thiết kế BCL hồn chỉnh, cần biết trước số liệu yêu cầu kỹ thuật sau: Điện áp tải định mức (giá trị trung bình): Udđm Phạm vi điều chỉnh điện áp độ trơn điều chỉnh Phạm vi biến thiên dòng điện tải: Itmin - Itmax Quy luật thay đổi dòng điện tải (nhanh, chậm, đột biến ) Độ dao động điện áp cho phép ΔUracp điện áp nguồn thay đổi phạm vi tối đa Nội trở nguồn chỉnh lưu hay ΔUra dòng tải biến thiên từ Itmin - Itmax Tổng sai số điện áp cho phép tác động tất yếu tố ảnh hưởng đến Điện trở động nguồn (hay đặc tính tần số) Điều kiện mơi trường làm việc chỉnh lưu: nhiệt độ, độ ẩm, độ rung, độ va đập [Document title] 10 Độ tin cậy chỉnh lưu, hệ số dự phòng 11 Độ xác điều chỉnh 12 Phương pháp làm mát 13 An toàn lao động ( đầu chỉnh lưu phải nối vỏ hay cách ly vỏ) 14 Vấn đề bảo vệ áp cho tải 15 Các mạch tín hiệu hóa cần có 16 Thời gian khởi động nhỏ nhất, lớn 17 Các yêu cầu kích thước trọng lượng thiết bị 18 Phương pháp theo dõi kiểm tra điện áp dòng điện tải 19 Hiệu suất thiết bị 20 Hệ số đập mạch điện áp (hay dòng điện) tải cho phép Ngồi cịn có địi hỏi khơng đề cập yêu cầu kỹ thuật song người thiết kế bắt buộc phải thực ( bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ cố, phần thị trạng thái thiết bị ) Mặt khác nhiều người thiết kế phải tự xác định tự đưa số tham số theo kinh nghiệm mà người đặt hàng không nắm không hiểu hết vấn đề kỹ thuật đặt 1.2.2 Phân loại chỉnh lưu: Phân loại mạch chỉnh lưu: [Document title] Hình 1.2: Các sơ đồ chỉnh lưu • • • • • • • • 1.2.3 Chỉnh lưu pha nửa chu kì (chỉnh lưu hình tia pha)(hình a) Chỉnh lưu pha có điểm trung tính (chỉnh lưu hình tia pha)(hình b) Chỉnh lưu hình tia pha (hình c) Chỉnh lưu cầu pha (hình d) Chỉnh lưu cầu ba pha (hình e) Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển thyristor đầu thẳng hàng (hình h) Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển với thyristor đầu catot chung (hình i) Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển thyristor đầu catot chung (hình k) Van thyristor 1.2.3.1 Đặc điểm cấu tạo: Thyristor gồm bốn lớp bán dẫn P-N ghép xen kẽ nối ba chân: A : anode : cực dương K : Cathode : cực âm G : Gate : cực điều khiển (cực cổng) 10 [Document title] 3.3 Khâu so sánh Hình 3.4: Khâu so sánh Để tạo hệ thống xung xuất cách chu kỳ với chu kỳ chu kỳ điện áp cưa (cũng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho chỉnh lưu) điều khiển thời điểm xuất xung ta sử dụng mạch so sánh Có thể thực khâu so sánh theo nhiều mạch khác phổ biến sơ đồ so sánh dùng transistor dùng khuếch đại thuật toán vi điện tử Trong sơ đồ mạch so sánh ta thường có hai tín hiệu vào điện áp cưa lấy từ đầu khâu ĐBH - FSRC (urc ) điện áp điều khiển chiều (uđk ) Hai điện áp mắc cho tác dụng chúng đầu vào khâu so sánh ngược chiều Khâu có chức so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa ( dạng cưa ) để định thời điểm phát xung điều khiển, thông thường thời điểm hai điện áp Nói cách khác, khâu xác định góc điều khiển α Khâu so sánh thực phần tử transistor hay khuếch đại thuật toán OA Sử dụng nhiều OA cho phép đảm bảo độ xác cao Chọn khuếch đại thuật toán phần tử so sánh lý tưởng vì: • Tổng trở vào OA lớn nên không gây ảnh hưởng đến điện áp đưa vào so sánh, tách biệt hồn tồn chúng để khơng tác động sang • Tầng vào OA khuếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số khuếch đại lớn, dẫn đến độ xác so sánh cao, độ trễ khơng q vài micro giây • Sườn xung dốc đứng so với tần số 50Hz 24 [Document title] Sử dụng khâu so sánh dùng mạch khuếch đại thuật toán OA M106P 3.4 Khâu khuếch đại xung biến áp xung Hình 3.6: Khâu khuếch đại xung biến áp xung Phương pháp ghép máy biến áp xung thơng dụng dễ dàng cách ly điều khiển lực, nhiên tính chất vi phân biến áp nên không cho phép truyền xung rộng vài mili giây Chính tính chất mà người ta phải truyền xung rộng đưới dạng xung chùm để biến áp xung hoạt động bình thường Để đơn giản mạch, đồng thời đảm bảo hệ số khuếch đại đông cần thiết, tăng khuếch đại hay đấu kiểu Dalinton Nhiệm vụ Biến áp xung: • Cách li mạch lực điều khiển • Phối hợp trở kháng tầng khuếch đại xung KĐX cực điều khiển van lực • Nhân thành nhiều xung (BAX nhiều cuộn thứ cấp) cho van cần mở đồng thời trường hợp phải mắc nối tiếp song song nhiều van Ta sơ xem xét hệ số khuếch đại công suất = thông qua hệ số khuếch đại áp dòng sau: Hệ số khuếch đại điện áp 25 ... tp.h, tp.h thời gian phục hồi t/c khóa van Các thơng số van thyristor - Giá trị trung bình dịng chạy qua van Itbv - Giá trị điện áp ngược lớn cho phép đặt lên van: Ung.max - Thời gian phục hồi tính... ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… [Document title] MỤC LỤC Trang Đề tài [Document title] ĐỀ TÀI [Document title] Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động động... gian 1/3 chu kì Từ đó, nhận xét rằng, thời điểm có điện áp pha dương hai pha 12 [Document title] Hình 1.5: Đồ thị điện áp, dịng điện chỉnh lưu hình tia pha Nguyên tắc mở điều khiển van: Khi anot