KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ o0o CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc *** ĐỀ TÀI MÔN HỌC Nhóm sinh viên thực hiện : 1. Vũ Phương Trung 2. Vũ Anh Tuấn Khoá học : 2010-2014 Ngành đào tạ : Tự động hóa      - Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển 1 pha có điều khiển. - Dùng tisristor.  Số liệu cho trước: - Động cơ có các thông số Uđm= 220V(DC),Pđm =0.2KW,Iđm= 1.2A N=2000 V/ph. - Các trang thiết bị máy móc - Tài liệu chuyên môn  Nội dung cần hoàn thành: 1. Phân tích, lựa chọn phương án 2. Lý thuyết và các vấn đề liên quan . 3. Phân tích, lựa chọn thiết bị. 4. Lập trình điều khiển và mô phỏng. 5. Sản phẩm của đề tài : Quyển thuyết minh và các bản vẽ, GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đỗ Công Thắng 1 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ  !"#$%&#'( Ngày Tháng Năm 2012 Giáo Viên Hướng Dẫn 2 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ  !"#$%)* Ngày Tháng Năm 2012 Giáo viên phản biện 3 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ +, Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng em đã được giao thực hiện đề tài: “%-  Với sự hướng dẫn của Thầy: /012#3#, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên thực hiện 1. 4567#8# 2. 459: 4 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1. Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây: - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 1.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor) 1.2.1. Phần tĩnh (stator) Gồm các phần chính sau: a. Cực từ chính: Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường 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. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện. b. Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều c. Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy. d. Các bộ phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than. 1.2.2. Phần quay (rotor) Gồm các bộ phận sau: 5 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ a. Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào b. Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép. c. Cổ góp: Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. d. Các bộ phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. - Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép Cacbon tốt. 1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: A B Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng có dòng điện I ư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ F đt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. 6 + - I F F a b c d I n ®t ®t KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có 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 của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ điện một chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện I ư nên E ư còn gọi là sức phản điện động. Phương trình cân bằng điện áp: U= E ư +R ư .I ư Trong đó: R ư : điện trở phần ứng I ư : dòng điện phần ứng E ư : sức điện động Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích rừ độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ. Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 1.4. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ. 7 KT U  + - E + - U I I KT KT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (M đm , w đm ). Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ. Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β được tính như sau ω β ∆ ∆ =∆ M β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng. đặc tính cơ tuyệt đối cứng. 1.4.1.Sơ đồ nguyên lý: Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng. Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập. 1.4.2.Phương trình đặc tính cơ: Trường hợp R f = 0: U= E + I ư .R ư (1) Trong đó: 8 CKT R f R KT U I KT E - + CKT R f R KT U + - E KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ E= K e . Φ .n (2) K e = a np 60 . : hệ số sức điện động của động cơ a: số mạch nhánh song song của cuộn dây K= π a np 2 . : hệ số cấu tạo của động cơ ω : tốc độ góc tính bằng rad/s p: số đôi cực chính N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. Thế (2) vào (1) ta có: ω = u uu I K R K U φφ − (3) Hoặc: n= u e u e u I K R K U φφ − (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư ) gọi là phương trình đặc tính cơ điện. Mặt khác: M= M= K.Ф.I ư (5): là mômen điện từ của động cơ. Suy ra: n= M KK R K U e u e u . Φ − φφ là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Hoặc: ω = M K R K U uu 2 ).( . φ φ − = ωω ∆− 0 trong đó: ω 0 : tốc độ không tải lý tưởng ω ∆ : độ sụt tốc độ 1.4.3.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính cơ: ω = M K RR K U fu u 2 ).( . φ φ + − ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ ω ta có thể thay đổi φ , R f , U. • Trường hợp R f thay đổi (U ư = U đm = const; Ф= Ф đm = const): 9 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Độ cứng đặc tính cơ: ω β ∆ ∆ = M = fu dm RR K + − 2 )( φ giảm. Nếu R f càng lớn thì tôcf độ động cơ càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản. • Trường hợp thay đổi U< U đm Tốc độ không tải φ ω K U = 0 giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ ω β ∆ ∆ = M = =− u R K 2 )( φ const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động. • Ảnh hưởng của từ thông: Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ I kt khi đó tốc độ không tải φ ω K U dm = tăng. Độ cứng đặc tính cơ: ω β ∆ ∆ = M = u R K 2 )( φ − giảm. 1.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập: 1.5.1. Khái niệm chung: -;<;-;-;/=#> 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. 10 [...]... chung: Như ta đã biết để điều chỉnh được động cơ điện thì ta phải chọn mạch lực để điều khiển động cơ Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động cơ mà ta đưa ra phương án chọn mạch lực điều khiển động cơ hợp lý, tối ưu với yêu cầu đề ra Sau đây chúng em giới thiệu một số mạch chỉn lưu cầu 1 pha điều chỉnh động cơ điện 1 chiều dùng Thyristor như sau: 3.2 Chọn sơ đồ chỉnh lưu động cơ 3.2.1 Sơ đồ cầu. .. là điều chỉnh tốc độ vô cấp γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp e Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc đ : Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việc của động cơ η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆Pphụ ở mức thấp nhất f Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc đ : Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ thống điều chỉnh. .. (có tích hợp các khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung ,khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( T1 và T2) 4.1 Gới thiệu về vi mạch TCA 785 Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung ra TCA 785 do hang Simen chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, ... đồ chỉnh lưu động cơ 3.2.1 Sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha: Ưu điểm: - Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản - Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha - Điện áp ra sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục Nhược điểm: - Điện áp sau khi chỉnh lưu nhỏ (U1/Ud lớn) - Sử dụng không hiệu quả công suất MBA - Sử dụng các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ a Sơ đồ nguyên l : i1 A u1 i2 uT1 T1 uT2 itải T2 R u2 utải... điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điều chỉnh tốc độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau: ni γ= n i +1 Trong đ : ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ) Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này hai cấp tốc độ bằng nhau, không có. .. thống điều chỉnh tốc đ : Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện: a Hướng điều chỉnh tốc đ : Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự nhiên b.Phạm vi điều chỉnh. .. trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp nh : máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh. .. (dãy điều chỉnh ): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé nhất n min mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = nmax/nmin Trong đ : - nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học - nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu. .. Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải thay đổi của động cơ điện 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 1.5.1.2... phần ứng: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau: + U • • • RS E • - Rn IS • Iư • In • Ckt Rkt tttt T Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng 18 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn n cb và điều chỉnh nhảy cấp Hệ thống có độ .    - Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển 1 pha có điều khiển. - Dùng tisristor.  Số liệu cho trước: - Động cơ có các thông số Uđm=. lượng của hệ thống truyền động điện: a. Hướng điều chỉnh tốc đ : Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé hơn so