ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Đại Học Bách Khoa Độc lập – Tự – Hạnh phúc ***** ***** NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Nguyễn Minh Ánh lớp : 03DTD Ngành : Tự Động Đo Lường Khoa Điện Trường ĐHBK Đà nẵng Giáo viên hướng dẫn : ThS Khương Công Minh ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG HỆ T – Đ CÓ ĐẢO CHIỀU DÙNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA MỤC LỤC I ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG HỆ T – Đ CÓ ĐẢO CHIỀU DÙNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA II SỐ LIỆU CHO TRƯỚC : Động chiều có thơng số sau : P = 32 Kw ; Uđm = 220 V ; Iđm = 166 A ; Rư = 0,075 Ω ; Jd = 2,7 Kg.m2 ; Rkt = 95,5 Ω ; Wkt = 1600 vòng ; Iktđm = 1,64 A ; nđm = 1500 vòng/phút ; III NHIỆM VỤ : Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Giới thiệu chỉnh lưu thyristor ba pha chỉnh lưu thyristor ba pha hình cầu có đảo dịng Thiết kế mạch động lực mạch điều khiển hệ T – Đ có đảo chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha Dùng MATLAB – SIMULINK Kết luận IV SỐ BẢN VẼ : V NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 18/02/2008 VI NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/05/2008 SV hoàn thành thiết kế tốt nghiệp Đà nẵng , ngày … tháng … năm 2008 Đà nẵng , ngày … tháng … năm 2008 Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực ThS Khương Công Minh Nguyễn Minh Ánh Đà nẵng , ngày … tháng … năm 2008 Đà nẵng , ngày … tháng … năm 2008 Tổ trưởng môn Giáo viên duyệt ThS Lâm Tăng Đức Nguyễn Kim Ánh Đà nẵng , ngày … tháng … năm 2008 Chủ tịch hội đồng Kết bảo vệ : LỜI CẢM ƠN Sau nhận đề tài tốt nghiệp với thời gian ba tháng , hướng dẫn trực tiếp thầy Khương Cơng Minh với nổ lực thân , em hoàn thành xong khối lượng kiến thức mà thầy hướng dẫn giao phó cho em để chuẩn bị rời xa cánh cửa giảng đường đại học trở thành người kỹ sư tương lai đất nước sau Qua em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Bách khoa Đà nẵng thầy cô giáo khoa Điện đặc biệc thầy Khương Cơng Minh người có nhiều giúp đỡ hướng dẫn trình làm đồ án , thầy Nguyễn Kim Ánh giáo viên duyệt đồ án toàn thể bạn sinh viên lớp 03ĐTĐ bạn sinh viên tồn khoa Điện Trong q trình làm đề tài em tích luỹ số kiến thức để nâng cao kiến thức cách chắn Tuy nhiên với thời gian kiến thức có hạn cho dù em có gắng song khó tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý xây dựng thầy cô để đồ án em hoàn thành Một lần cho em xin cảm ơn đến hai thầy Khương Công Minh thầy Nguyễn Kim Ánh Đà nẵng , ngày 29 tháng năm 2008 Sinh viên thực Nguyễn Minh Ánh TĨM TẮC ĐỒ ÁN Trong thời đại cơng nghiệp động điện chiều chiếm tỉ lệ lớn sản suất công nghiệp giới đặc biệt hệ thống dây chuyền tự động nhà máy xí nghiệp sử dụng rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao Vấn đề quan trọng dây chuyền sản suất điều khiển để điều chỉnh tốc độ động hay đảo chiều quay để nâng cao suất em “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG HỆ T – Đ CÓ ĐẢO CHIỀU DÙNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ” gồm có bốn phần sau Chương 1: Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Chương : Giới thiệu chỉnh lưu thyristor ba pha chỉnh lưu thyristor ba pha hình cầu có đảo dịng Chương : Thiết kế mạch động lực mạch điều khiển hệ T- Đ có đảo chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha Chương : Dùng MATLAB – SIMULINK mô hệ thống MỤC LỤC Chương : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.Tổng quan động điện chiều Trang : 1.1.1 Cấu tạo động điện chiều 1.1.2 Các thông số đinh mức 11 1.1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều 12 1.2 Phương trình đặc tính đặc tính điện ĐMđl 12 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều 1.3.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi Rf 16 16 1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi Ф 18 1.3.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi Uư 19 1.4.Các đặc tính hãm 21 1.4.1 Hãm tái sinh 21 1.4.2 Hãm ngược 23 1.4.3 Hãm động 25 1.5 Các đặc tính đảo chiều quay 26 1.6 Các tiêu chất lượng 27 Chương : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR 2.1 Hệ chỉnh lưu thyristor động thyristor 29 2.1.1 Giới thiệu thyristor 29 2.1.2 Hệ chỉnh lưu thyristor 31 2.1.3 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng 31 2.2 Tổng quan chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều 34 2.2.1 Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu 34 2.2.2 Hiện tượng trùng dẫn 36 2.2.3 Nghịch lưu phụ thuộc 38 2.2.4 Hệ T – Đ không đảo chiều 40 2.3 Tổng quan chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều 41 2.3.1 Nguyên tắc để xây dựng hệ T - Đ đảo chiều 41 2.3.2 Phương pháp điều khiển chung 42 2.3.3 Phương điều khiển riêng 46 Chương : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Tính chọn mạch động lực 47 3.1.1 Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor 47 3.1.2 Các thông số động 49 3.1.3 Tính chọn thyristor 49 3.1.4 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu 50 3.2 Giới thiệu mạch điều khiển 57 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 57 3.2.2 Nguyên tắc điều khiển 57 3.2.3 Các khâu mạch điều khiển 59 3.2.4 Sơ đồ mạch điều khiển ngun lý hoạt động 65 3.3 Tính tốn thơng số mạch điều khiển 69 3.4 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho mạch động lực 76 3.4.1 Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ 76 3.4.2 Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn 78 3.4.3 Bảo vệ dòng cho van 78 3.4.4 Bảo vệ áp cho van 79 3.5 Thiết kế cuộn kháng lọc 81 Chương : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỈNH LƯU THYRISTOR – ĐỘNG CƠ CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY TRÊN MATLAB – SIMULINK 4.1 Các khối có sẵn Simulink 85 4.1.1 Máy điện chiều 85 4.1.2.Khối tạo xung điều khiển thyristor 89 4.2 Mô hệ chỉnh lưu cầu ba pha 93 4.2.1 Mô hệ chỉnh lưu cầu không đảo chiều 93 4.2.2 Mô hệ chỉnh lưu cầu có đảo chiều 96 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1 : Mặt cắt dọc động điện trang : Hình 1-2,3 : Sơ đồ nối dây ĐMss ĐMđl 13 Hình 1-4 : Đặc tính điện ĐMđl 15 Hình 1-5 : Đặc tính ĐMđl 16 Hình 1-6 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Rf 17 Hình 1-7 :, Đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Rf 18 Hình 1-8,9 : Sơ đồ , đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Ф 19 Hình 1-10 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Uư 20 Hình 1-11 : Đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Uư 21 Hình 1-12,13,14 : Các đường đặc tính hãm tái sinh 22 Hình 1-15 : Sơ đồ hãm ngược 24 Hình 1-16 : Đặc tính hãm ngược 25 Hình 1-17 : Sơ đồ , đặc tính hãm động 25 Hình 1-18 : Sơ đồ , đặc tính hãm ngược đảo Uư 26 Hình 1-19 : Phạm vi điều chỉnh tốc độ động 27 Hình 2-1 : Ký hiệu cấu trúc thyristor 30 Hình 2-2 : Sơ đồ khối , sơ đồ thay điều chỉnh Uư 31 Hình 2-3 : Phạm vi điều chỉnh tốc độ mơmen 33 Hình 2-4 : Sơ chỉnh lưu cầu ba pha 34 Hình 2-5 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu cầu ba pha 35 Hình 2-6 : Sơ đồ chỉnh lưu có trùng dẫn 37 Hình 2-7 : Sơ đồ dạng sóng chỉnh lưu có trùng dẫn 38 Hình 2-8 : sơ đồ khối chế độ chỉnh lưu nghịch lưu 39 Hình 2-9 : Sơ đồ thay , đặc tính điều chỉnh tốc độ hệ T- Đ 41 Hình 2-10 :Sơ đồ phối hợp tuyế tính α1và α2 42 Hình 2-11 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng phương pháp điều khiển chung 44 Hình 2-12 : Sơ đồ dạng sóng α1= 300 , α2 = 1500 45 Hình 2-13 : Sơ đồ phương pháp điều khiển chung kiểu phi tuyến 46 Hình 2-14 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng phương pháp điều khiển riêng 47 Hình 3-1 : Sơ đồ mạch động lực hệ T- Đ có đảo chiều 48 Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor 57 Hình 3-3 : Ngun tắc điều khiển tuyến tính 57 Hình 3- : Nguyên tắc điều khiển arcoss 58 Hình 3-5,6 : Khâu đơng pha dạng sóng 60 Hình 3-7,8 : Khâu so sánh dạng sóng 62 Hình 3- : Khâu khếch đại phân phối xung 63 Hình 3-10,11,12 : Sơ đồ , dạng sóng khâu tạo xung chùm 64 Hình 3-13 : Sơ đồ nguyên lý điều khiển kênh 67 Hình 3-14 : Giản đồ đường cong điều khiển kênh 68 Hình 3-15 : Sơ đồ chân IC 4081 71 Hình 3-16 : Sơ đồ chân IC TL084 72 Hình 3- 17 : Sơ đồ ngun lý tạo nguồn ni 74 Hình 3-18 : Mạch động lực có thiết bị bảo vệ 77 Hình 3-19 : Mạch R – C bảo vệ áp 80 Hình 3-20 : Mạch R- C bảo vệ xung điện áp lưới 80 Hình 4-1 : Các khối động ĐMđl Simulink 85 Hình 4-2 : Sơ đồ cấu trúc ĐMđl 86 Hình 4- : Hộp thoại thông số ĐMđl 88 Hình 4-4 : Các khối khâu phát xung điều khiển 90 Hình 4-5 :Sơ đồ phát xung điều khiển thyristor 91 Hình 4-7 : Hộp thoại thơng số khối phát xung điều khiển 92 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong thời đại ngày , hầu hết dây chuyền sản xuất công nghiệp tự động hoá cách áp dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới Tuy động điện chiều coi loại máy quan trọng nghành công nghiệp , giao thơng vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tục phạm vi rộng cán thép , hầm mỏ ….Vì động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt 1.1.1 Cấu tạo : Động điện chiều gồm có hai phần : 10 Hình 1-1: Mặt cắt dọc động điện Cấu tạo: 1- võ máy ( gông từ ) 7- lõi sắt phần ứng 2- cực từ 8- rãnh phần ứng 3- dây quấn cực từ 9- phần ứng 4- cực từ phụ 10- má cực từ 5- dây quấn cực từ phụ 6- dây quấn phần ứng 1.1.1.1 Phần tĩnh ( stator ) : phần đứng yên máy , bao gồm phận sau : Dịng phần ứng ia A Dịng kích từ if A Mơmen điện từ Te N.m 4.1.2 Khối tạo xung điều khiển thyristor MÁY PHÁT SÁU XUNG ĐỒNG BỘ Thực hành với máy phát xung đồng kích Thyristor chỉnh lưu sáu xung Khối phát xung điều khiển để điều khiển thyristor lấy thư viện Simulink : Extras Library / Control Blocks Dạng rời rạc khối có sẳn thư viện Extras Library / Discrete Control Blocks Hình 4-4 : Các khối khâu phát xung điêu khiển thyristor Khối Synchronized – Pulse Generator đươc dùng kích cho thyristor chỉnh lưu xung Đầu vector xung đồng cách riêng biệt điện áp thyristor Các xung tạo góc độ sau qua điểm điện áp ngược Hình minh hoạ đồng hố xung góc α = 00 Những xung tạo xác điểm ba điện áp đồng pha Hình 4-5 : Sơ đồ phát xung điều khiển thyristor Khối Synchronized – Pulse Generator cấu hình để làm việc kiểu xung đơi Trong kiểu , hai xung gởi tới mổi thyristor : - Xung thứ tiến tới góc xung thứ hai tiến tới + π/3 thyristor thứ hai kích Xung yêu cầu đầu vào khối phù hợp với yêu cầu tụ nhiên điện áp ngược cầu thyristor ba pha Khi kết nối khối Synchronized – Pulse Generator tới đầu vào xung khối Universal Bridge ( với thyristor thiết bị điện tử công suất ) xung gởi đến thyristor theo trật tự sau : Khi tạo cầu thyristor ba pha riêng khối thyristor đơn cần kết nối tín hiệu xung khối Synchronized – pulse Generator tới đầu vào cổng thyristor tưong ứng Hộp thoại thông số khối phát xung điều khiển thyristor Hình 4-6 : Hộp thoại thơng số khối phát xung điều khiển - Tần số điện áp đồng Tần số điện áp đồng có đơn vị Hez , ký hiệu : Hz , thường tương ứng với tần số hệ thống - Độ rộng xung Độ rộng xung có đơn vị µs - Tạo xung đơi Nếu chọn máy phát xung gởi đến mổi thyristor xung thứ đạt đến góc xung thứ hai gởi đến sau góc π/3 thyristor theo thứ tự kích - Đầu vào đầu + Alpha_deg Đầu vào tín hiệu alpha có đơn vị độ Đầu vào kết nối tới khối số kết nối tới hệ thống điều khiển để điều khiển xung máy phát xung + AB , BC , CA Đầu vào , điện áp dây đồng Vab , Vbc Vca Những điện áp đồng nên điện áp pha điện áp dây đầu cực chỉnh lưu Điện áp đồng thường xuất phát từ cuộn sơ cấp máy biến chỉnh lưu Nếu chỉnh lưu kết nối đến cuộn tam giác máy biến , điện áp đồng nên điện áp pha – đất cuộn sơ cấp + Freq Sẳn có kiểu rời rạc Synchronized – Pulse Generator Đầu vào nên kết nối với khối số chứa tần số có đơn vị Hz kết nối tới PLL tự điều chỉnh tần số hệ thống + Block Đầu vào để ngăn chặn vận hành máy phát Các xung bị vơ hiệu tín hiệu ứng dụng vượt q + Pulse Đầu chứa đựng tín hiệu xung 4.2 MƠ PHỎNG HỆ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA 4.2.1 Mô hệ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều 4.2.1.1 Sơ đồ mô Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha tải R 4.2.1.2 Kết mô Với góc α = 00 , ta có điện áp lưới điện áp chỉnh lưu Đồ thị phát xung Với α = 300 , ta có điện áp lưới điện áp chỉnh lưu • Với α = 600 , ta có điện áp lưới điện áp chỉnh lưu Nhận xét : - Khi α = 00 thyristor dẫn góc chuyển mạch tự nhiên , điện áp ngõ có dạng nhấp nhơ - Khi α lớn độ nhấp nhơ nhiều - Thời điểm phát xung đưa đến thyristor diễn cách đảm bảo việc dẫn thyristor theo quy luật cho trước 4.2.2 Mô hệ chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều 4.2.2.1 Sơ đồ mô Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha tải động có đảo chiều 4.2.2.2 Kết mơ - Ta có đường màu tím phía đường biểu diển tốc độ động mô ta thấy tốc độ động tăng dần theo thời gian đến đạt đến tốc độ định mức ωdm = 1500 vịng/phút giử ngun tốc độ q trình - Đường màu vàng đường biểu diển dịng điện kích từ động khởi động củng tăng dần theo t đến Iktdm - Đường màu vàng đường biểu diễn dòng điện khởi động động tăng dần theo t khởi động sau giảm dần chế độ xác lập đến giá tị Idm giữ ngun giá trị Dòng điện điện áp khởi động động α1 = 00 α2 = 1800 Dòng điện điện áp khởi động của động góc α1 = 1800 α2 = 00 Dòng điện điện áp khởi động của động góc α1 = 300 α2 = 1500 Dòng điện điện áp khởi động của động góc α1 =1500 α2 = 300 Dòng điện điện áp khởi động của động góc α1 =600 α2 = 1200 Dòng điện điện áp khởi động của động góc α1 = 1200 α2 = 600 Dòng điện điện áp khởi động của động góc α1 = 900 α2 = 900 Dòng điện điện áp của động chế độ xác lập góc α1 = 00 α2 = 1800 Dòng điện điện áp của động chế độ xác lập góc α1 = 1800 α2 = 00 ... t? ??c đ? ?? đ? ??ng hay đ? ??o chiều quay đ? ?? nâng cao su? ?t em “ THI? ?T KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN Đ? ??NG HỆ T – Đ CÓ Đ? ??O CHIỀU DÙNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ” gồm có bốn phần sau Chương 1: T? ??ng quan đ? ??ng điện chiều phương... điều chỉnh t? ??c đ? ?? đ? ??ng điện chiều Chương : Giới thiệu chỉnh lưu thyristor ba pha chỉnh lưu thyristor ba pha hình cầu có đ? ??o dịng Chương : Thi? ?t kế mạch đ? ??ng lực mạch điều khiển hệ T- Đ có đ? ??o...MỤC LỤC I Đ? ?? T? ?I : THI? ?T KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN Đ? ??NG HỆ T – Đ CÓ Đ? ??O CHIỀU DÙNG CHỈNH LƯU CẦU BA PHA II SỐ LIỆU CHO TRƯỚC : Đ? ??ng chiều có thơng số sau : P = 32 Kw ; Uđm = 220 V ; Iđm = 166 A ;