Tài liệu Đồ án “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập đảm bảo yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ” doc

Lời nói đầu Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn đã được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loạI thiết bị này hết sức cần thiết đối với lạI kỹ sư ngành điện Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động cơ điện một chiều với nhiều mục đích như để bảo đảm yêu cầu công nghệ của phụ tải Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều thì trong bản đồ án môn học này được sự hướng dẫn của thầy Đỗ Trọng Tín với nội dung : “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập đảm bảo yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ” Bản đồ án của em gồm Trong bản đồ án này mặc dù em đã cố gắng song với sự hiều biết và những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót.Em kính mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và của các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên Đào xuân Hùng …. 1 Chương I: Giới thiệu về động cơ một chiều I- Cấu tạo của động cơ một chiều - những phần chính của máy điện một chiều gồm stato với cực từ , roto với dây quấn và cổ góp với chổi điện a- stato: còn gọi là phần cảm gồm một lõi thép bằng thép đúc vừa là mạch từ vừa là vỏ máy + cực từ chính : có dây quấn kích từ lồng vào lõi sắt cực từ , lõi thép cực từ làm bằng thép kỹ thuật điện mỏng, các cuộn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và được nối nối tiếp với nhau + cực từ phụ : được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều , lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính b- roto: còn gọi là phần ứng gồm lõi thép và dây quấn phần ứng - lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật dày 0,5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại và được dập lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng - cổ góp gồm các phiến góp làm bằng đồng được cách điện có dạng hình trụ gắn ở đầu trục roto - chổi điện làm bằng than graphit, các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn lên nắp máy II- Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều - Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh ra dòng điện I ư . Các thanh dẫn ab , cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực F đt tác dụng làm cho roto quay , khi phần ứng quay nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi , khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E ư chiều quay xác định theo qui tắc bàn tay trái Phương trình điện áp : U = E ư + R ư .I ư III- Phân loại về động cơ một chiều - Động cơ một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh 2 tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng ( máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy tiện.) - cũng như máy phát, động cơ điện một chiều được phân loại theo kích thích từ thành các động cơ điện kích từ độc lập , kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp - Giới thiệu về động cơ kích từ độc lập E I R f U ư I kt R kt U ư CKT U kt Hình 1: sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập - Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau và lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập b- Phương trình đặc tính cơ phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập u fu u I K RR K U . Φ + − Φ = ω nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép của mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ ta kí hiệu là M, nghĩa là M đt = M cơ = M thì ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập () M K RR K U fu u . 2 Φ + − Φ = ω 3 - Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, φ = const thì các phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là tuyến tính Trong đó: a Np K Π = 2 . ω : tốc độ góc , rad/s φ : từ thông kích từ dưới một cực từ U ư : điện áp phần ứng R ư : điện trở phần ứng R f : điện trở phụ trong mạch phần ứng I ư : dòng điện trong mạch phần ứng Đồ thị mô tả phương trình đặc tính cơ ω đm ω 0 ω M đm M IV- Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng -Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông cơ điện một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ chỉnh lưu điều khiển các thiết bị này có chức năng biến đổi lượng xoay chiều thành một chiều có suất điện động E b điều chỉnh được là nhờ tín hiệu U đk BBĐ LK -Phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau: 4 u dm bud dm b I K RR K E . Φ + − Φ = ω - vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp U đk của hệ thống do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để - Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện áp định mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động , khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của tốc độ là: β ωω dm M −= max0max β ωω dm M −= min0min Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: M nmmin = M cmax = K M .M đm Trong đó : K M : hệ số quá tải về mômen, do họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết: ()() () 1 1 1 1 1 max0 max0 minmin − − = − − = −=−= M dm dm M dm M dm dmnm K M M K M D K M MM βω β β ω ββ ω * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào β 5 ω min ω 0min ω max ω omax M đm M nmmin ω đk1 ω đk2 Chương II: Lựa chọn phương án điều chỉnh I- Lựa chọn phương án - Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lưu với mục đích biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều. Các loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển 1- Phương án 1: chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha: 2 1 3 T T L T R α U d I d TB 1 6 θ θ B θ t 1 t 2 t 3 t 4 - Do suất điện động cảm ứng nên T 1 vẫn dẫn điện cho đến thời điểm t 2 - Khi đưa xung vào mở T 2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt vào T 1 làm T 1 khoá lại và quá trình khoá T 1 là quá trính khoá cưỡng bức - Từ thời điểm t 2 ÷ t 3 thì T 2 dẫn điện , là khi chúng ta mở T 3 dòng điện được san phẳng lúc này điện cảm sẽ thu toàn bộ những thành phần sóng điều hoà bậc cao nên nó sẽ duy trì cho dòng điện là không đổi - Giá trị điện áp ra trên tải: U d = 1,17.U 2 .cosα U ngmax = 2,45. U 2 K đm = 0,25 Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3 74,0= ba d S P + ưu và nhược điểm của chỉnh lưu tia 3 pha *ưu điểm : so với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van tương đối đơn giản *nhược điểm : sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm, khi cần chất lượng điện áp ra tốt hơn thì dùng sơ đồ nhiều pha hơn. 7 2- phương án 2 : sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng 3 T T 1 2 4 T 6 T T 5 T 11 RRLR α U f θ I d U d i T1 i T3 iB T5 iB T2 θ θ θ 8 θ Điện áp trung bình trên tải α π θθ π α π α π cos 63 .sin 2 2 6 2 6 5 6 2 UdUU d == ∫ + + Điện áp ngược cực đại đặt lên van U ngmax =2,45U 2 Số lần đập mạch trong 1 chu ky là 6 + ưu và nhược điểm của chỉnh lưu cầu 3 pha *ưu điểm : chất lượng điện áp tốt nhất, hệ số đập mạch tháp, thành phần sóng hài nhỏ, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất  nhược điểm : cần phải mở đồng thời hi van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp, nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa 3- phương án 3 : sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng D T 2 D 6 D T 5 11 ~ T 14 9 3 i T1 iB T2 iB T3 θ θ θ I d U f θ α U d θ θ 10 [...]... lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi Yêu cầu của mạch điều khiển có thể tóm tắt trong 6 điểm chính sau: + yêu cầu về độ rộng của xung + Yêu về độ lớn của xung + Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung + Yêu cầu về sự đối xứng của xung + Yêu cầu về độ tin cậy - Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ hơn để tiristor không tự mở khi dòng rò tăng - xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ , dao động điện. .. nhiên như khi cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi có sấm sét Để bảo vệ quá điện áp , người ta thường dùng mạch RC như hình vẽ Mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp MBA là để bảo vệ quá điện áp do cắt không tải MBA gây nên * Các bước tính toán - Xác định hệ số quá điện áp theo công thức:... toán mạch lực - Thiết diện trụ được tính theo công thức ( ) Sba 139.103 QFe = K Q = 6 = 183 cm 2 m f 3.50 trong đó : K Q = 5,6 ÷ 6,4 ta chọn K Q = 6 m = 3 : số trụ của máy biến áp f: tần số nguồn xoay chiều f = 50 Hz Để đảm bảo cho kích thước của máy biến áp được phù hợp đảm bảo yêu cầu công nghệ người ta thường chọn chiều dài a và chiều dày b sao cho QFe = a.b = 183 ( cm2) ta chọn b = 1,25 dựa vào... phải chọn van chịu được dòng điện là: Iđmv = kđtI.4 = 1,4.293,32 = 410,65 (A) Từ các thông số tính toán ở trên ta chọn được 3 Tiristor loại TΠ 500-10 có các thông số Umax = 1000 V Iđm = 500 A Igm = 400 mA Ugm = 8 V ΔUv =1V dU/dt =100V/μs di/dt = 20 A/μs Toff =120μs 2 Tính bảo vệ van Bảo vệ dòng điện cho van + Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắt mạch Tiristor, ngắn...Hoạt động của sơ đồ : +trong khoảng 0÷θ1: T5 và D6 cho dòng tải id = id chảy qua D6 đặt điện thế U2b lên anôt D2 + khi θ > θ3 điện thế catôt D2 là U2c bắt đầu < U2b Điốt D2 mở dòng tải id = Id chảy qua D2 và T5 , Ud = 0 *khi θ =θ2 cho xung điều khiển mở T1 - trong khoảng θ2÷ θ3: T1 và D2 cho dòng id chảy qua , D2 đặt điện thế U2c lên anôt D4 - khi θ ≥θ3 điện thế catot D4 là U2a... Để đáp ứng yêu cầu công nghệ người ta thường chọn sao cho bL/aL=1,2÷1,4 Do QL=bL.aL=48 cm2 nên ta chọn aL=6cm, bL= 8cm - Chọn chiều cao hL = 2,5.aL = 2,5.6 = 15(cm) - Chọn khoảng cách 2 trụ cL = 2aL = 2.6 = 12(cm) - Tổng chiều dài mạch từ L = 2.cL+2.aL = 2.12+2.6 = 36(cm) - Tổng chiều cao trụ H = h+a = 15+6 = 21 (cm) cL h aL/2 aL/2 Chương IV Thiết kế và tính toán mạch điều khiển bL 22 I Yêu cầu đối với... nhiệt tốt hơn, cho phép làm việc với dòng điện Ilv = 90% iđm Quá trình làm mát bằng nước phải đảm bảo xử lý nước không dẫn điện Bằng cách khử ion trong nước hoặc giảm độ dẫn điện của nước ( tăng điện trở nước) theo nguyên tắc chiều dài hay giảm tiết diện đường cong ống dẫn nước ta có thể coi độ dẫn điện của nước không đáng kể *Ta chọn chế độ làm mát bằng thông gió tự nhiên Trong chế độ này thì Ilv... được biên độ xung ra theo yêu cầu Dễ thay đổi cực tính của xung ra Cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch lực *Chọn tỷ số biến áp xung n=1,2 *Chọn vật liệu sắt từ ∋330 ,lõi sắt từ có dạng hình chữ E làm việc rrên một phần của đặc tính từ hoá ΔB=0,7Tesla ΔH=50A/m -Từ thẩm lõi sắt từ : μ= 0,7 ΔB =1,4.104 = −6 μ o H 10 50 -Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình Sơ bộ ta chọn chiều dài... Khi van bán dẫn được làm mắc vào cánh toả nhiệt bằng đồng hay bằng nhôm, nhiệt độ của van được toả ra môi trường xung quanh nhờ bề mặt của cánh toả nhiệt Sự toả nhiệt như trên là nhờ vào sự chênh lệch giữa cách tản nhiệt với môi trường xung quanh khi cách tản nhiệt nóng lên, nhiệt độ xung quanh cánh tản nhiệt tăng lên làm cho tốc độ ra không khí bị chậm lại với những lí do vì hạn chế của tốc độ dẫn nhiệt... áp nguồn - cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm + Yêu cầu về lắp ráp vận hành - Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh Dễ lắp và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập II Nguyên lý chung của mạch điều khiển 1 Nhiệm vụ của mạch điều khiển: Nhiệm vụ của mạch điều khiển là tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các Tiristor của bộ chỉnh lưu trong mạch động lực Tiristor chỉ mở cho . một chiều kích từ độc lập đảm bảo yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ Bản đồ án của em gồm Trong bản đồ án này mặc dù. động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập b- Phương trình đặc tính cơ phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập