Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha để điều khiển động cơ xoay chiều ba pha

Sơ đồ mạch lực .1 Mạch lực

Điều áp xoay chiều (ĐAXC) ba pha cho phép ứng dụng cho phụ tải đến hàng trăm kW. Một điểm cần chú ý chung cho tất cả các bộ ĐAXC là khi điều chỉnh với góc điều khiển lớn hơn 0 thì dòng điện tải luôn ở chế độ gián đoạn, tức lào luôn có những khoảng mà dòng tải bằng không. Hai sơ đồ này đôi khi được sử dụng chỉ để đóng/ngắt nguồn ra tải, mà không điều chỉnh điện áp, và được gọi là bộ công – tắc – tơ điện tử.

Mạch điều khiển các sơ đồ này đều đồng bộ theo điện áp pha của nguồn. Theo bảng 1.19 ta thấy phạm vi góc điều khiển các sơ đồ là khác nhau, góc điều khiển nhỏ nhất của các sơ đồ là như nhau, nhưng góc điều khiển lớn nhất không giống nhau, nên cần chú ý khi thiết kế mạch điều khiển cho phù hợp (thể hiện ở khâu đồng pha và tạo điện áp răng cưa). Xét tải thuần trở đấu sao như hình 1.19a và đồ thị điện áp trong các trường hợp góc điều khiển khác nhau. Như vậy khi điều chỉnh điện áp càng sâu, tương ứng góc điều khiển càng lớn, thì dạng điện áp ra sẽ càng méo nhiều hơn. Khi tải có tính cảm kháng, hoạt động của sơ đồ bị ảnh hưởng mạnh bởi góc φ của tải, tức là cả phạm vi điều chỉnh và dạng điện áp ra đều không còn như trường hợp tải thuần trở. Hình 1.20 minh họa cho các loại tải khác nhau, với các góc điều khiển khác nhau, ta thấy với tải RL dạng dòng điện sẽ không bị đột biến theo điện áp như tải thuần trở, vì vậy dạng điện áp ít méo hơn dạng điện áp. Sơ đồ điều áp xoay chiều sáu thyristor đấu song song – tải thuần trở đấu sao. e) Dạng dòng điện trường hợp hình c f) Dạng dòng điện trường hợp Hình 1.21.

Phương pháp điều khiển pha ngang và pha dọc

Khi có sẵn một nguồn điện xoay chiều, để có thể thay đổi điện áp ra tải ta có thể dùng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều (ĐAXC) dùng van bán dẫn. Việc điều chỉnh điện áp ra tải dựa theo nguyên tắc tương tự như ở các bộ chỉnh lưu tức là thay đổi điểm mở van so với điểm qua 0 của điện áp nguồn, vì vậy còn gọi là phương pháp điều khiển pha (thay đổi góc mở van). Khâu dịch pha DF có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp ra dưới dạng tác động của điện áp điều khiển Uđk.

Như vậy góc điều khiển α hay thời điểm phát xung mở van thay đổi được nhờ sự tác động của Uđk làm điện áp Udf di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian. Ở đây Utựa tạo ra điện áp dạng cố định (thường có dạng răng cưa, đôi khi có dạng dạng SIN) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của Uđb. Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của Uđk, trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều dọc của trục biên độ.

Tính toán, lựa chọn các phần tử mạch lực a. Tính toán mạch lực

Vì van được mắc nối tiếp vào lưới điện mà không qua biến áp do đó cần phải có cuộn cảm để bảo vệ cho van trong trường hợp quá dòng. Cũng như các thiết bị bán dẫn khác, ở đây bảo vệ van bán dẫn cũng cần có cácloại bảo vệ. Các loại bảo vệ thông dụng, bao gồm bảo vệ ngắn mạch bằng Aptomat AT, dòng điện định mức của Aptomat được chọn bằng (1,1 - 1,3) lần dòng điện định mức của tải, dòng điện ngắn mạch của Aptomát được chỉnh lớn hơn dòng điện quá độ của tải I nhưng nhỏ hơn dòng điện xungQĐ.

Mạch động lực và các thiết bị bảo vệ của điều áp xoay chiều 3 pha I < IQĐ ATNM < I XV. Psim là phần mềm chuyên về mô phỏng mạch kỹ thuật điện và các công cụ cho việc nghiêm cứu và phát triển các sản phẩm liên quan đến nguồn cung cấp, truyền động điện và các hệ thống chuyển đổi và điều khiển năng lượng Chương trình thiết kế mạch của Psim là 1 chương trình có tính tương tác cao giữa giao diện của các thư mục và phần mềm soạn thảo mạch điện với người sử dụng. Phần tử mạch điều khiển (Control), phần tử nguồn (Sources) và các phần tử khác (Other).

Tính toán, lựa chọn mạch điều khiển Yêu cầu chung của mạch điều khiển

Utựa tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng răng cưa dôi khi có dạng hình sin) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của Uđb. Khâu so sánh (SS) xác định điểm cân bằng của hai điện áp tựa Utựa và Uđk phát động khâu tạo xung DX. Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở valve hay góc điều khiển thay đổi do thay đổi trị số của Uđk.

Tuy nhiên việc phát xung điều khiển cho van khi điện áp trên van âm là có thể được nhưng không mong muốn. Để tránh điều này cần có thêm một khâu tách xung (còn gọi là phân phối xung), lúc đó van lực khi nhận xung điều khiển chỉ ở gia đoạn khi điện áp trên nó là dương. Ở mạch ba pha không trung tính dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy qua giữa các pha với nhau.

Tính toán lựa chọn các phần tử trong mạch điều khiển a. Khâu đồng pha

Tuy nhiên vì trong mạch điều khiển còn có những khâu khác cũng cần đến biến áp nên thường chỉ sử dụng chung 1 biến áp có nhiều cuộn dây thứ cấp, mỗi cuộn dây thực hiện 1 chức năng riêng trong đó có cuộn dành cho việc lấy tín hiệu đồng pha. Khâu tạo điện áp đồng bộ cho bộ điều áp xoay chiều 3 pha để điều chỉnh 6 thyristor thường cần 1 hệ điện áp 6 pha làm điện áp đồng bộ .Góc được lấy 𝛼 từ góc 0 .Hệ điện áp pha này bao gồm 6 điện áp đồng bộ hình sin lệch nhau 1 góc 3 .Do đó ta cần phải đấu cuộn sơ cấp của biến áp đồng pha với điện áp 𝜋 pha của nguồn lực ,điểm trung tính được nối với điểm 0 của mạch điều khiển .Các điện áp lấy từ thứ cấp a, a’, b, b’, c, c’ Sau khi qua chỉnh lưu được dùng làm điện áp đồng pha của các pha A,B,C tương ứng. - Mạch so sánh tạo xung đồng bộ, chọn OA là loại TL082 là loại chứa hai vỏ trong cùng một IC do đó 1 vỏ còn lại sẽ dùng cho mạch tạo xung răng cưa.

Đa số điện áp tựa trong mạch điều khiển chỉnh lưu điều có dạng răng cưa vì nó khắc phục được nhũng nhược điếm của dạng hình sin nó ít bị ảnh hưởng cùa điện áp và tần số nguồn điện xoay chiều. Do các sơ đồ tạo điện áp răng cưa dùng transistor là phụ thuộc vào các thời điếm mở và khóa vào điện áp đồng pha, do vậy điện áp răng cưa cũng ít nhiều bị ảnh hưởng biến động theo điện áp lưới điện xoay chiều. Ở đây ta tạo điện áp răng cưa đi lên tuyến tính sử dụng bóng transistor T loại n-p-n đấu song song với tụ c để làm nhiệm vụ phóng cho tụ điện, kiểu này cho phép thời gian hồi phục điện áp răng cưa rất nhanh vì tụ được phóng ngắn mạch qua bóng bán dẫn bão hòa.

-Điện trở vào vô cùng lớn nên không ảnh hưởng đến điện áp đưa vào so sánh, nó có thế tách biệt hoàn toàn chúng để không gây tác động sang nhau. Nguyên tắc tạo xung chùm thường dùng là coi tín hiệu do bộ so sánh đưa ra như một tín hiệu cho phép hay cấm khâu khuếch đại xung được nhận xung tần số cao phát từ một bộ dao động xung tới nó.

Mô phỏng mạch điều khiển .1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều ba pha điều khiển động cơ xoay chiều ba pha, em nhận thấy răng đây là một đề tài vô cùng bổ ích không chỉ nói riêng em mà còn cho toàn bộ các sinh viên khoa Điện, vì thực tế rằng động cơ xoay chiều là một nhân tố rất quan trọng trong cộng nghiệp, ta có thể nghiên cứu về đặc điểm, về những phương pháp khởi động và điều chỉnh, tính toán những phần tử trong bộ khởi động để thiết kế mạch khởi động động cơ. Những điều đó vô cùng quan trọng và sẽ giúp ích cho công việc sau này. Tập đồ án này mặc dù chưa để đáp ứng được nguồn kiến thức khổng lồ trong ngành điện nhưng cũng giúp em tự đánh giá và hiểu kĩ hơn về các kiến thức chuyên môn, đó cũng là kết quả của nhiều năm học tập cùng với sự dạy dỗ rất tận tình của các thầy cô trong khoa, trong bộ môn ĐK- TĐH.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và đặc biệt là giảng viên Đặng Thị Tuyết Minh đã chỉ bảo rất tận tình để em hoàn thiện quyển đồ án này.