Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha nhiều cấp tốc độ

Ngày động điện cómặt khắp nơi tất lĩnh vực sống, đặc biệt công nghiệp Khi động điện đưa vào ứng dụng rộng rãi việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh để đạt tối ưu tiều kinh tế, kỹ thuật vấn đề quan trọng Với việc ứng dụng rộng rãi tiến kỹ thuật lĩnh vực điện tử - tin học, hệ truyền động điện phát triển cónhững thay đổi đáng kể Đặc biệt, công nghệ sản xuất thiết bị điện tử công suất ngày hồn thiện nên biến đổi điện tử cơng suất hệ truyền động điện đáp ứng yêu cầu tốc động nhanh, độ xác cao mà góp phần làm giảm kích thước hạ giá thành hệ truyền động Mặc dù lĩnh vực tương đối hẹp truyền động điện xoay chiều dùng động không đồng ba pha roto dây quấn ln ln có vấn đề hấp dẫn phức tạp.Vì vậy, với đồ án“Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha nhiều cấp tốc độ”

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ .10 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi tần số 11 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi số đôi cực 14 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện áp đặt vào stato 16 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện áp đặt vào stato 18 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng sơ đồ nối tầng21 III PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HÌNH 1.1 23 CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH HÃM CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG 24 I Các phương pháp hãm hệ truyền động 24 Một số trạng thái hãm tái sinh: 24 Hãm ngược: 26 Hãm động năng: (cho Uư = 0) .28 CHƯƠNG III LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BẰNG RƠLE VÀ CONTACTOR 32 I Lựa chọn thiết bị 32 Chọn cầu chì 32 Chọn cầu dao 33 Chọn contactor .33 Chọn rơle nhiệt .36 CHƯƠNG IV NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .38 SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN I Cấu tạo mạch điều khiển động co cấp tốc độ kiểu sao-tam giác-sao kép 38 Mạch động lực 38 Mạch điều khiển .38 II Nguyên lý hoạt động hệ truyền động 39 SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Ngày động điện cómặt khắp nơi tất lĩnh vực sống, đặc biệt công nghiệp Khi động điện đưa vào ứng dụng rộng rãi việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh để đạt tối ưu tiều kinh tế, kỹ thuật vấn đề quan trọng Với việc ứng dụng rộng rãi tiến kỹ thuật lĩnh vực điện tử - tin học, hệ truyền động điện phát triển cónhững thay đổi đáng kể Đặc biệt, công nghệ sản xuất thiết bị điện tử công suất ngày hồn thiện nên biến đổi điện tử cơng suất hệ truyền động điện đáp ứng yêu cầu tốc động nhanh, độ xác cao mà góp phần làm giảm kích thước hạ giá thành hệ truyền động Mặc dù lĩnh vực tương đối hẹp truyền động điện xoay chiều dùng động không đồng ba pha roto dây quấn ln ln có vấn đề hấp dẫn phức tạp.Vì vậy, với đồ án“Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha nhiều cấp tốc độ” em tham vọng sâu vào tất vấn đề lĩnh vực Những kết trình bày đồ án kết bước đầu Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: Mô tả đông không đồng ba pha ba cấp tốc độ Lựa chọn phương án thiết kế mạch hãm cho hệ truyền động Lựa chọn thiết bị thiết kế mạch điều khiển hệ truyền động thiết bị roωle contactor Trình bày nguyên lý hoạt động hệ truyền động Trong trình thực hiện, chắn thân em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Trần Duy Trinh, tận tình hướng dẫn cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu bạn sinh viên tạo điều kiện nghiên cứu tốt suốt thời gian thực đồ án Vinh tháng năm 2017 Sinh viên Văn Sỹ Hoàn SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Khái quát động không đồng ba pha Trong trình khai thác sử dụng tài nghuyên thiên nhiên phục vụ cho kinh tế quốc dân hoạt động xã hội, khơng thể khơng nói đến biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác Trong đó, động điện thiết bị biến đổi từ điện thành cóvai trị to lớn sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng nhiều lĩnh vực khác Với phát triển mạnh mẽ công nghệ kỹ thuật đại Đặc biệt lĩnh vực điện tử bán dẫn cơng suất ωtransistor cơng suất, tiristor, triac…) tạo điều kiện cho việc sử dụng động điện cóhiệu đưa nhiều phương án để lựa chọn loại động thích hợp Hiện nay, động điện không đồng sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ cao với mức công suất nhỏ từ vài chục Ω đến mức công suất trung bỡnh hàng trăm kΩ Với ưu điểm bật như: giá thành hạ ωchỉ 1/6 động điện chiều có Cùng cơng suất), làm việc tin cậy chắn, hiệu suất cao… Ngoài động không đồng dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo, đỡ phức tạp cho hệ thống Các lĩnh vực ứng dụng động không đồng như: Trong công nghiệp thường dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ … Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nơng nghiệp dùng trạm bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày, động điện không đồng chiếm vị trí quan trọng làm quạt gió, máy bơm nước, tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ… Cùng với phát triển sản SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN xuất điện khí hóa tự động hóa phạm vi ứng dụng động không đồng ngày cải thiện mở rộng Tuy nhiên, với loại động có nhược điểm riêng Đối với động không đồng bên cạnh ưu điểm kể cómột số nhược điểm sau: Đặc tính điều chỉnh không tốt, cos thấp, khống chế trình q độ khó khăn Riêng động ro to lồng sóc có đặc tính khởi động tương đối xấu Chính lý nên ứng dụng số điều kiện cụ thể có phần bị hạn chế Nói tóm lại, với ưu điểm bật động không đồng việc ứng dụng lĩnh vực sống ngày phát triển cải tiến mặt Mạch điện thay Nói chung, stato động khơng đồng có dây quấn m pha ωthường m1 = 3), roto có dây quấn m2 pha ωm2 = động roto dây quấn; động roto lồng sóc m > 3) Như động khơng đồng có hai mạch điện khơng nối với có liên hệ cảm ứng từ Sau phân tíchcác quan hệ điện từ ta có hệ phương trình động không đồng lúc roto quay sau: Vào phương trình trên, ta cóthể thiết lập mạch điện thay cho động không đồng roto quay sau: SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN Hình Mạch điện thay Hình T động khụng đồng Thường để thuận lợi cho tính tốn, người ta biến đổi mạch điện thay hình T thành mạch điện thay hình à đơn giản hơn: Hình Mạch điện thay động khơngđồng Trong đó:  C1   Z1 Zm ; • U1 • I 00 = • C1 Z m gọi dịng điện khơng tải lý tưởng, nghĩa dịng điện khơng tải ứng với lúc s = 0; • - I' ' = • - I' • C1 gọi dịng điện thứ cấp mạch điện • Thực tế, C1 lớn ít, nên coi SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH • C1 = + KHOA ĐIỆN x1 =1 xm Như vậy: Do ta có mạch điện thay đơn giản nữa: x1 r1 r'2/s x'2 I1 -I'2 x1 r x m I0 rm U1 Hình Mạch điện thay đơn giản hóa động khụng đồng Đặc tính máy điện khơng đồng Từ sơ đồ mạch điện thay đơn giản hóa, trị số hiệu dụng dịng điện roto quy đổi stato I’2 là: Trong đó: Xnm = x1 + x’2 điện kháng ngắn mạch Để tìm phương trình đặc tính ta xuất phát từ điều kiện cân công suất động cơ: công suất điện từ chuyển từ stato sang roto: P12=Mđt.0 Trong đó: Mđt – mơmen điện từ động Nếu bỏ qua tổn thất phụ Mđt = Mcơ, ta ký hiệu: Mđt = Mcơ = M SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN Cơng suất chia làm hai phần: công suất đưa trục động P công suất tổn hao rotoP2 nghĩa là: P12= Pcơ+ P2 hay M0 = M + P2 P2 = M ω0 - ) = M0s Mặt khác: P2 = 3I' 22 r' nên 3I'22 r '2 M= 0 s Thay ω1) vào phương trình ta cóphương trình đặc tính cơ: Kết hợp với phương trình tốc độ  = 0 ω1 – s) ta có dạng đường cong đặc tính cơ:    (s=sth) M®m Mth M Hỡnh Đặc tính động khơng đồng Điểm cực trị đặc tính thường gọi điểm tới hạn có tọa độ [Mth, sth]: SV: VĂN SỸ HOAN GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN Ta cóthể viết phương trình đặc tính dạng khác thuận tiện cách lập tỉ số ω2) ω4) biến đổi ta được: M= a= Trong đó: M th ( + as th ) s sth + + 2as th sth s r1 r2 Trong động không đồng thường r  r’2 mà sth = 0,1  0,2 nên ta cóthể coi asth  ta códạng biểu thức Klụx: M M th s s  th s th s Đối với động cócơng suất lớn thường r1 ω02) Về mặt lượng, động tích luỹ tốc độ cao lớn tuôn vào trục động làm cho động trở thành máy phát, phát lượng trả lại nguồn ωhay gọi hãm tái sinh), hình 2-5b Hình 2- 5b: Hãm tái sinh giảm tốc độ cách giảm điện áp phần ứng động (Uư2 < Uư1) + Hãm tái sinh đảo chiều điện áp phần ứng (+Uư ( - Uư): lúc Mc dạng mômen (Mc = Mtn) Khi đảo chiều điện áp phần ứng, nghĩa đảo chiều tốc độ + (0 ( - (0, động dần chuyển sang đường đặc tính có -Uư, làm việc điểm B (((B(>(- (0() Về mặt lượng, tích luỹ cao lớn tuôn vào động cơ, làm cho động trở thành máy phát, phát lượng trả lại nguồn, hình 2-5c Trong thực tế, cấu nâng hạ cầu trục, thang máy, nâng tải, động truyền động thường làm việc chế độ động (điểm A hình 2-5c), hạ tải động làm việc chế độ máy phát (điểm B hình 2-5c) SV: VĂN SỸ HOAN 25 GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN Hãm ngược: Hãm ngược mômen hãm động ngược chiều với tốc độ quay (M((() Hãm ngược có hai trường hợp: a) Đưa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: Động làm việc điểm A, ta đưa thêm Rưf lớn vào mạch phần ứng động chuyển sang điểm B, D làm việc ổn định điểm E ((ôđ = (E (ơđ(((A) đặc tính có thêm Rưf lớn, đoạn DE đoạn hãm ngược, động làm việc máy phát nối tiếp với lưới điện, lúc sức điện động động đảo dấu nên: Ih = (U+E) / (R+Rf) = (U+Kfω) / (R+Rf) Mh = KfIh SV: VĂN SỸ HOAN 26 GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN Hình 2-6a: a) Sơ đồ hãm ngược cách thêm Rưf b) Đặc tính hãm ngược thêm Rưf Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện mơmen động nhỏ mômen cản (MB < Mc) nên tốc độ động giảm dần Khi ω = 0, động chế độ ngắn mạch (điểm D đặc tính có Rưf ) mơmen nhỏ mơmen cản: Mnm < Mc; Do mơmen cản tải trọng kéo trục động quay ngược tải trọng hạ xuống, (ω < 0, đoạn DE hình 2-6a) Tại điểm E, động quay theo chiều hạ tải trọng, trường hợp chuyển động cử hệ thực nhờ tải c) Hãm ngược cách đảo chiều điện áp phần ứng: Động làm việc điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng (vì dịng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) thì: Động chuyển sang điểm B, C làm việc xác lập D phụ tải ma sát Đoạn BC là đoạn hãm ngược, lúc dòng hãm mômen hãm động cơ: Ih = (−Uư−Eư) / (Rư+Rưf) = (−Uư+Kφω) / ( Rư+Rưf) < Mh = KφIh < Phương trình đặc tính cơ: ω = (−Uư/Kφ) – [ Rư+Rưf / (Kφ)2 ]M SV: VĂN SỸ HOAN 27 GV: TRẦN DUY TRINH TRƯỜNG ĐHSPKT VINH KHOA ĐIỆN Hãm động năng: (cho Uư = 0) a) Hãm động kích từ độc lập: Động làm việc với lưới điện (điểm A), thực cắt phần ứng động khỏi lưới điện đóng vào điện trở hãm Rh, động tích luỹ động cơ, động quay làm việc máy phát biến thành nhiệt điện trở hãm điện trở phần ứng Phương trình đặc tính hãm động năng: ω=[−Ræ+Rh/(Kφ)2 ] M (2-34) Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu (hđ nên sức điện động ban đầu, dòng hãm ban đầu mơmen hãm ban đầu: Ehd=Kφωhd Ihd=−Ehd/(Rỉ+Rh)=−Kφωhd/(Rỉ+Rh) > động cấp nguồn khởi động chế độ Sau thời gian định trước, tiếp điểm 5(4) R th1 mở ra, cắt điện contactor K2 Đồng tiếp điểm 6(3) Rth1 đóng lại cấp điện cho contactor K3 Contactor K3 có điện mở tiếp điểm thường kín K3, tránh tác động đồng thời contactor K2 đóng tiếp điểm thường hở K3 mạch động lực =>> động chuyển sang chế động làm việc tam giác Khi tiếp điểm 6(3) Rth1 đóng cấp nguồn cho Rth2 sau khoảng thời gian định trước, tiếp điểm 5(4) R th2 mở Cắt điện contactor K3 Đồng thời đóng tiếp điểm 6(3) R th2 cấp nguồn cho contactor K4 K4 có điện đóng tiếp điểm thường hở mạch điều khiển để trì mở tiếp đểm thường kín K4, lúc cấp nguồn cho contactor K5 Contactor K5 có điện đóng tiếp điểm thường hở mạch điều khiển đống thời đóng tiếp điểm thường hở contactor K4, K5 mạch động lực =>> động làm việc chế độ nối kép Quá trình hãm: Dựa phương pháp hãm động kích từ độc lập Nhấn nút D mạch điều khiển cắt mạch khỏi dòng xoay chiều Đồng thời cấp nguồn cho contactor H, đóng tiếp điểm thường mở để trì đống thời đóng tiếp điểm thường mở contactor H cấp nguồn cho máy biến áp qua cầu chỉnh lưu cấp nguồn chiều cho mạch Bắt đầu thực trình hãm động Quá trình hãm kết thúc tiếp điểm thường kin Rth3 mở sau thời gian định sẵn SV: VĂN SỸ HOAN 39 GV: TRẦN DUY TRINH ... ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ... TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA Khái quát động khơng đồng ba pha Trong q trình khai... BỘ .10 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi tần số 11 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi số đôi cực 14 Điều chỉnh tốc độ động không đồng cách thay đổi điện