Đồ án thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

Trường đại học bách khoa Hà Nội MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .2 CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ VÀ PHÂN TÍCH 1.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập .3 1.2 Bộ chỉnh lưu CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH TÍNH TỐN MẠCH LỰC 2.1 Chọn mạch động lực 2.2 Tính tốn máy biến áp động lực 11 2.2.1 Tính tốn điện áp chỉnh lưu khơng tải 11 2.2.2 Tính tốn thơng sơ máy biến áp 12 2.3 Tính chọn thông số mạch lực 12 2.3.1 Chọn van động lực .12 2.3.2 Chọn thyristor .13 2.3.3 Bảo vệ điện áp cho van 13 2.4 Xác định phạm vi góc điều khiển 13 2.5 Chọn động 14 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 14 3.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển Thyristor 14 3.2 Cấu trúc mạch điều khiển 16 3.3 Khâu đồng 16 3.4 Khâu tạo cưa .17 3.5 Khâu so sánh .18 3.6 Khâu tạo xung chùm 20 3.7 Khâu khuếch đại tạo xung 21 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM 22 4.1 Mô proteus 22 4.2 Mô Matlab .25 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .27 Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội LỜI NÓI ĐẦU Trong cơng đổi cơng nghệp 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 điện 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 II này, hướng dẫn thầy Nguyễn Danh Huy với nội dung đề tài: Thiết kế nguồn chỉnh lưu điều khiển động điện chiều kích từ độc lập, điều chỉnh động cơ, có bảo vệ kích từ Cơng suất định mức (kW) Điện áp định mức(V) Dải điều chỉnh Nguồn cấp 30 440 30:1 3x380;50Hz Em xin chân thành cảm ơn tận tình giúp đỡ thầy Nguyễn Danh Huy hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 28,tháng 12, năm 2018 Sinh viên thực Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội LÊ VĂN NAM Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ VÀ PHÂN TÍCH 1.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập 1.1.1 Động chiều kích từ độc lâp 1.1.1.1 Động chiều kích từ độc lập gồm phần roto stato - Phần stator (phần tĩnh): phần đứng yên máy, gồm phần 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 cacbon tán chặt Dây quấn kích từ quấn dây dồng bọc cách điện +Cực từ phụ: cực từ phụ cực từ đặt cực từ Lõi thép cảu cực từ phụ làm thép khối + Gông từ: gông từ mạch từ dùng 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: lõi sắt dùng để dẫn từ, làm từ thép kĩ thuật điện, có phủ lớp cách điện mỏng hai mặt + Dây quấn phần ứng: phần sinh suất điện động có dòng chạy qua Dây quấn làm dây đồng có bọc cách điện + Cổ góp: hay gọi vành góp dùng để đổi dịng xoay chiều thành dịng chiều 1.1.1.2 Nguyên lí làm việc: - 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 Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.1: Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập - Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U kt, dây quấn kích từ sinh từ thơng Φ.Trong tất trường hợp, mở máy phải đảm bảo có Φmax tức phải giảm điện trở mạch kích từ R kt đến nhỏ Cũng cần đảm bảo không xảy đứt mạch kích thích Φ= 0, M = 0, động khơng quay được, E =0 theo biểu thức U = Eư + RưIư dịng điện Iư sớm làm cháy động Nếu momen động điện sinh lớn momen cản, roto bắt đầu quay suất điện động E tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n Do xuất tăng lên E ư, dòng điện Iư giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm Tăng dần I cách tăng Uư giảm điện trở mạch điện phần ứng máy đạt tốc độ định mức Trong trình tăng I cần ý không để lớn so với I đmđể không xảy cháy động 1.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: 1.1.2.1 Phương pháp thay đổi điện trở phụ - Phương pháp người ta thường áp dụng để hạn chế dòng điện khởi động điều khiển tốc độ động tốc độ Tuy nhương phương pháp điều khiển tốc độ không triệt để Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.2: Đặc tính điều chỉnh động cách thay đổi điện trở phụ 1.1.2.2 Phương pháp thay đổi từ thông - Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh mômen điện từ động M = K.Φ.Iư sức điện động quay động Eư = K.Φ.ω Mạch kích từ động mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông hệ phi tuyến: i k = + ωk Trong rk– điện trở dây quấn kích thích rb– điện trở nguồn điện áp kích thích ωk – số vịng dây dây quấn kích thích Thường điều chỉnh điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức, đặc tính thấp vùng điều chỉnh từ thơng đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức gọi đặc tính Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.3:Đặc tính điều chỉnh động cách thay đổi từ thơng Vì βΦ = nên độ cứng đặc tính giảm nhanh ta giảm từ thông để tăng tốc độ cho động 1.1.2.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng - Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đặc tính tự nhiên Hình 1.4: Đặc tính điều chỉnh động thay đổi điện áp - Ta thấy thay đổi điện áp ( giảm áp ) mơmen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch giảm tốcđộ động giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội 1.2 Bộ chỉnh lưu 1.2.1 Mạch chỉnh lưu tia ba pha T1 T2 L1 T3 R1 Hình 1.6: Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha Nhận xét: Chỉnh lưu tia ba pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính tải Cơng suất máy biến áp công suất chiều 1,35 lần, nhiên sụt áp mạch van nhỏ nên thích hợp phạm vi điện áp thấp Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều Mặt khác độ đập mạch sau chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước lọc nhỏ nhiều 1.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.1: sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu pha - Các van nhóm lẻ thay dẫn cho điện áp điểm katốt chung U KC,các van nhóm chẵn thay dẫn cho điện áp điểm anốt chung UAC - Công thức: Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội - Nhận xét: chỉnh lưu cầu ba phalàloại sử dụng rộng rãi ưu điểm lớn Nó cho phép đấu thẳng vào điện lưới pha, độ đập mạch nhỏ 5% Nếu có sử dụng máy biến áp gây méo lưới điện loại khác Đồng thời công suất mạch chỉnh lưu lớn đến hang trăm kW Nhược điểm sụt áp van lớn gấp đôi so với sụt áp van sơ đồ hình tia - Chọn mạch van: Theo đề Pd = 30 (kW), Udm =440 V Pd = 30 > (kW) ta nên chọn sơ đồ ba pha Udm cao nên ta nên chọn sơ đồ cầu  Như vậy: Ta chọn mạch lực chỉnh lưu sơ đồ cầu pha có điều khiển CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH TÍNH TỐN MẠCH LỰC 2.1 Chọn mạch động lực Như trình bày chương II, em chọn mạch động lực chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Sơ đồ mạch lực hình dưới: Đồ án II 10 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.2: hình minh họa 3.2 Cấu trúc mạch điều khiển Mạch điều khiển bao gồm khâu sau: Hình 3.3: Cấu trúc mạch điều khiển Đồ án II 16 Trường đại học bách khoa Hà Nội 3.3 Khâu đồng - Chọn mạch đồng hai chu kì: Hình 3.4: Sơ đồ mạch đồng pha Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì có điểm dùng điơt D1, D2 tải cho chỉnh lưu điện trở R0 Điện áp chỉnh lưu Ucl sau tạo đưa tới cực (+) Opam để so sánh với ( cực ( - ) opam nối đất ) Nếu Ucl > Udb điện áp bão hịa (Ubh) Nếu Ucl > Udb điện áp bão hòa âm (-Ubh) Điểm giao Ucl điểm chuyển trạng thái điện áp Dạng điện áp mô phần mềm proteus 3.4 Khâu tạo cưa Đồ án II 17 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.5: Mạch tạo cưa - Hoạt động: + Khi Udb< D3 dẫn ; Do UR4 = Udb Udb = UC1 Khi Cnạp đạt đến ngưỡng điôt ốn áp Dz thơng giữ điện áp vị trị số ổn áp ( Dz UC tăng đến +Udb ) + Khi Udb > D3 khóa Tụ phóng UC giảm đến Dz giữ UC giá trị - 0,7 - Tính tốn: Chu kì: T = / f = 0,02 (s) = 20 (ms) Chọn OA loại TL082 Phạm vi góc điều khiểu 168 độ Thời gian tụ C phóng: = = 9,33 (ms) Chọn điốt ổn áp BZX79C có UDZ = 10 (V) Đồ án II 18 Trường đại học bách khoa Hà Nội Chọn tụ C = 220 (nF) Chọn R6 = 51k nối tiếp biến trở P1 = 8k Thời gian tụ C nạp: tn = T/2 – = 10 – 9,33 = 0,67 (ms) Điện áp bão hòa OA: Udb = E – 1,5 = 12 – 1,5 = 10,5 (V) Nên chọn R4 = (k) Dạng xung cưa mơ trịn phần mềm Proteus 3.5 Khâu so sánh - Chức năng: So sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để xác định thời điểm phát xung điều khiển Xác định góc điều khiển - Khâu so sánh thực phần tử transistor, hay khuếch đại thuật toán OA - Ta sử dụng phần tử OA cho phép đảm bảo độ xác cao dùng OA chuyên dụng coparator, có giá thành hạ, khơng cần chỉnh định phức tạp - So sánh dùng OA kiểu hai cửa: Hình 3.6: Mạch so sánh Đồ án II 19 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hai điện áp cần so sánh đưa tới hai cực khác OA Trong trường hợp Uđk= U+, Utựa = U – Nếu Uđk> Utựa Ura = +Ubh Nếu Uđk< Utựa Ura = - Ubh - Tính chọn van: Chọn Opam loại TL082 Chọn điện trở R1 = 10k , R2=10k Udk = (V) Dạng xung so sánh mô tròn phần mềm Proteus 3.6 Khâu tạo xung chùm - Để tạo xung chùm ta tạo xung dao động cho kết hợp với xung đồng pha - Tạo dao động xung: ta dùng Opam tạo xung dao động , Opam sử dụng so sánh hai cửa - Để kết hợp dao đông xung xung đồng pha ta dùng cổng AND Đồ án II 20 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.7: Mạch tạo xung chùm - Hoạt động mạch dao động xung: + Tụ C liên tục phóng – nạp làm cho Opam đảo trạng thái, lần điện áp trị số chia điện áp R1, R2 + Tổng trở phân áp ( R1 + R2) 20 (k) + Dùng tần số cao để tạo xung ( fxc = – 12 kHz ) - Chọn thông số mạch dao động xung: Mạch tạo xung chùm có tần số: Chọn C 10 (nF) , R1 = (k) , R2 = 15 (k) , R3=10 (k) Chọn loại Opam TL082 Dạng xung chùm mô tròn phần mềm Proteus 3.7 Khâu khuếch đại tạo xung - Nhiệm vụ : Tạo xung để mở Thyristor, xung để mở Thyristor có u cầu: + Đủ cơng suất + Có sườn dốc thẳng đứng, thường xung chữ nhật + Cách ly mạch điều khiển mạch lực Dùng biến áp xung - Một số cách khuếch đại xung + Trực tiếp: Không cho phép cách ly mạch điều khiển mạch lực +Ghép qua phần tử quang: Chỉ chịu dòng tải vài chục mA Không đủ công suất để mở van lực + Bằng cách khuếch đại xung: Thông dụng nay, Dễ cách ly mạch điều khiển mạch lực, truyền xung dạng xung chùm Chọn cách khuếch đại biến áp xung - Khuếch đại biến áp xung: Đồ án II 21 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 3.8: Mạch khuếch đại - Hoạt động : Điện áp đầu vào điện áp dạng xung chùm, có dạng hình chữ nhật, cần mở thyristor, có xung vào có dịng I nên có dịng chạy qua biến áp xung Dịng cảm ứng sang thứ cấp cùa biến áp xung điều khiển Dùng xung dương xung dương lượng lấy từ nguồn E, xung âm lượng cuộn dây điện cảm xả ra, lượng nhỏ CHƯƠNG IV: MƠ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM 4.1 Mơ proteus - Tổng hợp khâu nói đến chương 4, em tổng hợp mô phần mềm proteus hình : Đồ án II 22 Trường đại học bách khoa Hà Nội Đồ án II 23 Trường đại học bách khoa Hà Nội Kết mô phỏng: + Xung điện áp khâu Đồ án II 24 Trường đại học bách khoa Hà Nội + Xung điện áp điều khiển Đồ án II 25 Trường đại học bách khoa Hà Nội 4.2 Mô Matlab Ta mô mạch lực kết phần mềm matlab hình dưới: Đồ án II 26 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 4.5: Mạch lực mơ phần mềm matlab Đồ án II 27 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 4.6: điện áp sau chỉnh lưu Đồ án II 28 Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 4.7: Các đường đặc tính động Đồ án II 29 Trường đại học bách khoa Hà Nội DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Phạm Quốc Hải, Nhà xuất Khoa Học & Kĩ Thuật Hà Nội, 2009 Giáo trình Điện tử cơng suất, Trần Trọng Minh, Nhà xuất giáo dục Việt Nam, 2012 Cơ sở truyền động điện, Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liên, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2007 Đồ án II 30 ... dung đề tài: Thiết kế nguồn chỉnh lưu điều khiển động điện chiều kích từ độc lập, điều chỉnh động cơ, có bảo vệ kích từ Công suất định mức (kW) Điện áp định mức(V) Dải điều chỉnh Nguồn cấp 30... Nội CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ VÀ PHÂN TÍCH 1.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập 1.1.1 Động chiều kích từ độc lâp 1.1.1.1 Động chiều kích từ độc lập gồm phần roto stato... phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập Đồ án II Trường đại học bách khoa Hà Nội Hình 1.1: Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập - Để tiến