Thiết kế bộ biến đổi chỉnh lưu và nghịch lưu phụ thuộc với lưới cung cấp điện cho tời neo

Mục tiêu: Thiết kế bộ chỉnh lưu có điều khiển Nội dung: Điện áp nguồn 3.380VAC 10% ,f = 50Hz Động cơ 400V,500v/p(10m/s) Dòng điện 1chiều định mức 120A

án điện tử công suất Đề tài 51; Thiết kế bộ biến đổi chỉnh lu và nghịch lu phụ thuộc với lới cung cấp điện cho tời neo Mục tiêu: Thiết kế bộ chỉnh lu có điều khiển Nội dung: Điện áp nguồn 3.380VAC 10% ,f = 50Hz Động cơ 400V,500v/p(10m/s) Dòng điện 1chiều định mức 120A Nhiệm vụ của sinh viên: + Giới thiệu công nghệ + Tính mạch công suất + Thiết kế mạch điều khiển 1 Lời nói đầu Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nớc,ngày càng có nhều thiết bị bán dẫn công suet hiện đại đợc sử dụng trong lĩnh vực sản xuất và trong việc phục vụ đời sống con ngời.Sự ra đời va phát triển của các linh kiện bán dẫn công suất nh: Điôt,tiristor,transistor,triaccùng với sự hoàn thiện mạch điều khiển chúng đã tạo nên sự thay đổi sâu sắc,vợt bậc của kĩ thuật biến đổi điện năng và của cả ngành kĩ thuật điện nói chung. Hiện nay mạng điện ở nớc ta chủ yếu là điện xoay chiều với tần số điện công nghiệp.Để cung cấp nguồn điện 1 chiều với giá trị điện áp và dòng điện điều khiển đợc cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động điện 1 chiều ngời ta đã hoàn thiện bộ chỉnh lu có điều khiển dùng Tiristoro Tời neo là bộ phận quan trọng của một con tàu . Nó giúp giữ tàu ở vị trí cố định khi tàu dừng tránh hiện tợng trôi tàu khi dòng chảy lớn Để điều khiển cho tời leo ta sử dụng động cơ điện một chiều _ với công nghệ điều khiển này nó phát triển rực rỡ vào những thập niên 70,80 của thế kỷ trớc Ngày nay với sự ra đời của động cơ khí nén hệ thống tời leo bằng điện đã đ- ợc thay thế nguyên nhân là do : nguồn khí nén sẵn có , cơ cấu chấp hành là động cơ khí nén có công suất lớn , giá thành rẻ hơn so với hệ thống điều khiển tời leo bằng điện,điều khiển hệ thống khí nén đơn giản hơn so với điều khiển hệ thống điện Trong quá trình thực hiện đồ án do thời gian ngắn và trình độ còn hạn hẹp nên không thể tránh khỏi thiếu xót rất mong đợc sự quan tâm xem xét và cho ý kiến đánh giá của quý thầy cô và các bạn sinh viên. Em xin trân thành cám ơn ! HảI phòng / 11/04/2009 Sinh viên thực hiện 2 chơng1: Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều I.Động cơ điện một chiều 1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều : Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn đợc coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng . Do động cơ điện một chiều có nhiều u điểm nh khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải . Chính vì vậy mà động cơ một chiều đợc dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải . Mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều . Bên cạnh đó , động cơ điện một chiều cũng có những nhợc điểm nhất định của nó nh so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) . nhng do những u điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất . Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng 10000 KW , điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V . Hớng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu , nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn .Giản đồ kết cấu chung của đông cơ điện một chiều ở hình dới :phần ứng đợc biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E,ở phần stato có vài dây quấn kích từ :dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN,dây quấn cực từ phụ CF,và dây quấn bù CB.Hệ thống các phơng trình 2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều. Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và phần động. 3 2.1.Phần tĩnh hay stato. Đây là đứng yên của máy , bao gồm các bộ phận chính sau: a, Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trờng gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối . Cực từ đợc gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông . Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trớc khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ này đợc nối tiếp với nhau. b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đợc đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều . Lõi thép của cực từ phụ thờng làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống nh dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ đợc gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thờng dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thờng dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. d, Các bộ phận khác. Bao gồm: - Náp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm h hỏng dây quấn và an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trờng hợp này nắp máy thờng làm bằng gang. - Cơ cấu chổi than : để đa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp. Hộp chổi than đợc cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. 2.2 Phần quay hay rôto. 4 Bao gồm những bộ phận chính sau : a, Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ. Thờng dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên ngời ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo đợc những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thờng chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lợng rôto. b, Dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dới vài kw thờng dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit. c, Cổ góp : dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đợc mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp đợc dễ dàng. d, Các bộ phận khác. - Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thờng chế tạo theo kiểu bảo vệ. ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên 5 trơc m¸y , khi ®éng c¬ quay c¸nh qu¹t hót giã tõ ngoµi vµo ®éng c¬. Giã ®i qua vµnh gãp, cùc tõ lâi s¾t vµ d©y qn råi qua qu¹t giã ra ngoµi lµm ngi m¸y. - Trơc m¸y : trªn ®ã ®Ỉt lâi s¾t phÇn øng, cỉ gãp, c¸nh qu¹t vµ ỉ bi. Trơc m¸y thêng lµm b»ng thÐp cacbon tèt. III. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH: 1. Đònh nghóa: Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: −Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất. −Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng. −Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều trong thực tế có 2 phương pháp: .Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ .Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ −Đối với máy điện nhiều khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên phần ứng thì mômen sẽ thay đổi. Do đó đó tốc độ sẽ thay đổi. 6 −Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta phải dùng những bộ nguồn điện áp như máy phát 1 chiều, bộ biến đổi van hay khuếch đại từ. −Bộ biến đổi BD dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều của lưới thành dòng 1 chiều và điều chỉnh giá trò suất điện động E b của nó theo yêu cầu về các chỉ tiêu kó thuật và năng lượng, phương pháp điều áp được đánh giá tốt. Trước hết nó là phương pháp điều chỉnh triệt để, nghóa là nó có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả khi không tải lý tưởng. Phương pháp này đảm bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn năng lượng ít. −Mặt khác, vì phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi và mạch có công suất nhỏ nên tính điều khiển cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện hệ thành tự động vòng kín. −Nhược điểm lớn nhất của phương pháp điều áp là phải dùng bộ biến đổi điều khiển khá phức tạp nên vốn đầu tư cơ bản cao và vận hành phí cao. −Tuy nhiên, nhờ những ưu điểm đã nêu, phương pháp này tạo ra cho máy sản xuất một năng suất cao, đồng thời tổn thất năng lượng ít nên thời gian hoàn vốn nhanh. Do đó phương pháp điều áp được sử dụng rộng rãi, chính vì vậy nó đem lại cho động cơ 1 chiều một vò trí quan trọng trong thực tế mà máy điện xoay chiều rất khó cạnh tranh. −Cấu trúc mạch động lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho phần ứng của động cơ hoặc mạch kích từ của động cơ. Hiện nay, trong công nghiệp sử dụng các bộ biến đổi chính: −Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát 1 chiều hoặc máy điện khuếch đại (KĐM) −Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT) 7 −Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu Tiristor (CLT) −Bộ biến đổi xung áp 1 chiều: Tiristor hoặc Transitor (BBĐXA) Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như: −Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) −Hệ truyền động máy điện khuếch đại – động cơ (MĐKĐ – Đ) −Hệ truyền động khuếch đại từ – động cơ (KĐT – ĐC) −Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ (T – Đ) −Hệ truyền động xung áp – động cơ (XA – ĐC). Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch chính (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) và loại điều khiển mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở”). Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động “hở”. Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay. Đồng thời tùy thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư. 8 CHƯƠNG 2: Phơng pháp thực hiện Phơng án 1 : Chỉnh lu cầu một pha Sơ đồ nguyên lý chỉnh lu cầu một pha a.Khi tải thuần trở R : Với sin2 22 Uu = _ Khi = : cho xung điều khiển mở T1, T2 và 2 UU d = , hai tiristor sẽ khoá khi 0 2 = u _khi += , cho xung điều khiển mở T3, T4 và 2 UU d = Dòng qua tải là dòng gián đoạn. Giá tri trung bình của điện áp tải : )cos1( 2 .sin2 1 2 2 + = = U dUU d Giá trị trung bình dòng tải : R U I d d = Giá trị trung bình dòng qua tiristor : 22 .sin 2 2 1 2 dd T I R U d R U I == = Dạng sóng cơ bản : 9 - b. Tải R+L d d XRidU d i d += .sin2 2 + = ++ d I dd di X di R dU .sin2 1 2 cos 22 2 = U U d - Khi L đủ lớn thì dòng điện d i sẽ là dòng liên tục. Phơng trình mạch tải : c. Ưu nhợc điểm của sơ đồ : Ưu điểm : điện áp ngợc đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ.Nu ti có in áp cao và dòng in nh chn s cu chnh lu mt pha hp lý hn về h s in áp ngc ca van trong s cu nh hn,do ó d chn van Nhợc điểm : không dùng đợc cho tải có công suất lớn, nếu dùng gây ra hiện tợng công suất b lệch pha. Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha dòng tải chảy qua hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất diện và công suất trên van sẽ lớn. Sơ đồ cầu một pha chỉ ứng dụng với yêu cầu điện áp chỉnh lu cao và dòng tải nhỏ. 10 . chỉnh U d = f ( α ). 14 ( 2. 7 ) ( 2. 5 ) ) 3 2 cos(6 21 π θ −=−= UUUU acngT ( 2. 6 ) dd d d XR U I + = 3 4 6 21 π θ == khiUU ngT 3 11 6 21 π θ == khiUU ngT. - U 2 U đk • ĐK C 0 U Đ n I ư T 1 T 2 T 3 BA I 1 I 2 • • • • • • • • • • CCSX Đ C KĐ R KĐ G T1 G T2 G T3 BKC U 1 , f 1 - Đ: Động cơ điện một chiều kích