Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế cung cấp điện cho động cơ một chiều
Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 1 Trờng đại học bách khoa h nội Khoa điện Bộ môn tự động hoá đề ti : thiết kế cung cấp điện cho động cơ điện một chiều Sinh viên : Nguyễn Đăng Anh. Lớp : Tự động hoá 1- K45 Giáo viên hớng dẫn : phạm quốc hải 1-2004 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 2 Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế nguồn cung cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập thoả mãn các yêu cầu sau đây: Mạch phải đảm bảo tốc độ trơn.ổn định tốc độ (có hồi tiếp âm tốc độ).Có khâu bảo vệ quá tải v mất kích từ. Thông số của động cơ điện cần thiết kế: Uđm=110V Iđm=75A Ukt=110v Ikt=9A Mục lục: 1.Giới thiệu chung.3 2.Các phơng án tổng thể 14 3.Thuyết minh nguyên lý .16 4.Tính toán mạch lực20 5.Tính toán mạch điều khiển 33 6.Kết luận.42 7.Ti liệu tham khảo.43 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 3 Phần 1: giới thiệu chung về động cơ điện một chiều kích từ độc lập I, Cấu tạo vnguyên lí hoạt dộng: A, Cấu tạo : gồm hai phần , phần cảm v phần ứng * phần cảm: (stator)l phần tạo ra từ trờng tĩnh của động cơ gồm có gông từ v các cộn đây : . Gông từ : gồm các lá thép kĩ thuật điện đợc ghép lại trên có đây quấn kích từ .Dây quấn:l các dây đòng hay hợp kim của nhôm hình tròn hay hình chữ nhật đợc cách điện với nhau v đợc quấn treen gông từ * phần ứng: (rôtor) l phần cho dòng điện một chiều chạy trong nó .tơng tác giữa dòng điện I v từg thông sinh ra mô men quay. Gồm 3 phần chính: .lõi thép:l các lá thép kĩ thuật điện (F e -S i ) mỏng ghép lại với nhau trên có xẻ rãnh để đặt các bối dây . . Dây quấn:l dây đồng tròn đợc ghép thnh các phần tử ( bối dây ).các bối dây đợc ghép theo kiểu dây quấn xếp đơn hay dây quấn phức tạp tuỳ yêu cầu mô men lớn hay nhỏ. .Cổ góp ,trổi than: +cổ góp :gồm các phiến góp đợc cách điện với nhau,các phiến góp dợc nối với các đầu mút của các bối dâyđể đa dòng điện vo phần ứng +trổi than:l các thanh cac bon đợc tiếp xúc với cổ góp để đa dòng điện từ nguồn tĩnh vo rô to .trổi than đợc đặt ở trung tính hình học của động cơ. +ngoi ra còn có các cực từ phụ ,hệ thống lm mát ,vỏ vv . B, Nguyên lí hoạt động: Tơng tác giữa dòng điện I của phần ứng v từ thông của phần cảm động cơ sinh ra mô men quay : .I M= K . lm quay rô tor. (chiều quay xác định theo quy tắc bn tay phải) II,Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều(kích từ độc lập) A,phơng trình đặc tính cơ: *Đ/N:l đồ thị miêu tả mối quan hệ giữa M đt v tốc độ góc của động cơ. *từ phơng trình cân bằng điện áp: = = . 0 0 KE RIUE u Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 4 2 . . . . = = K RM K U K RI K U uu *Độ cứng đặc tính cơ : u R K 2 ).( = = cng lớn đặc tính cơ cng cứng *đồ thị : TN M n M C M C1 n 0 n y c = . 0 k U :tốc độ không tải lí tởng. u R KU M mm = :mô men mở máy. B, đặc tính điều chỉnh của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. động cơ điện một chiều có: *Nhợc điểm: sử dụng nguồn một chiều *Ưu điểm:điều chỉnh tốc độ dễ dng nhiều kênh điều khiển với công nghệ bán dẫn phát triển nh hiện nay máy điện mọ chiều trở thnh một cơ cấu không thể thiếu trong truyền động. B 1 ,thay đổi tốc đọ động cơ bằng thay đổi điện áp : U 1 U TN ( U ủm ) n 0 n cb n 1 n 2 n 3 M n M C U ủm > U 1 > U 2 > U 3 n cb > n 1 > n 2 > n 3 Đặcđiểm: * Đặc tính cơ l những đờng song song với đặc tính cơ tự nhiên. của động cơ ,độ cứng đặc tính cơ không thay đổi. *do U chỉ có thể giảm do đó chỉ có thể điều chỉnh giảm tốc độ động cơ *cóthể thay đổi Ubằng các van bán dẫn : tisitor B 2 ,thay đổi R u : Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 5 Đặc điểm: khi thêm R uf vo phần ứng động cơ thì độ cứng của đặc tính cơ giảm( u R K 2 ).( = = ) do đó trên thực tế điều chỉnh tốc độ bằng R u ít đợc sử dụng vì khi tăng R u có thể giảm đợc song đặc tính cơ của dộng cơ giảm đi có nghĩa l với một sự thay đổi rất nhỏ của tải sẽ dẫn đến một sự thay đổi rất lớn của do đó không ổn định. Ngoi ra do thêm R f vo phần ứng cũng có nghĩa l tăng tổn hao trong máy ngời ta hầu nh không sử dụng . Tuy nhiên R f dợc dùng để giảm dòng mở máy khi khởi động B 3 , Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông: hhhhh hình3:thay đổi tôc độ bằng cách thay đổi từ thông Đặc điểm: *vì từ thông trong lõi thép rấtdễ bão ho thờng chỉ điều chỉnh giảm từ thông trong động cơ *Khi từ thông dm i thì có một M ik no đó khi M c < M ik việc giảm lm tăng tốc độ động cơ. khi M c > M ik việc giảm sẽ lm giảm tốc độ động cơ . TRên thực tế điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông l rất khó thực hiện vì quan hệ giữa )( l phi tuyến . * Từ phân tích trên ta thấy : phơng án điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng phơng pháp thay đổi U l khả khi nhất . hơn nữa với công nghệ bán dẫn phts triển nh hiện nay thì việc thay đổi U trở nên dễ dng . TN R f1 R f2 R f3 0 M C n 3 n 2 n 1 n cb n 0 n M, I 0 < R f1 < R f2 < R f3 n cb > n 1 > n 2 > n 3 n 1 2 0 M C M 2 M 1 M n n c n 1 M ủm > 1 > 2 n cb < n 1 < n 2 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 6 Phần 2 : phân tích tổng thể về nguồn cung cấp cho động cơ nêu u nhợc điểm của từng phơng án để chọn một phơng án phù hợp cho mạch lực v mạch điều khiển H ệ thống truyền động ngồm 3 khâu : *Mạch lực. *Mạch điều khiển *Mạch hồi tiếp âm tốc độ A, Mạch lực: A 1 ,-với phần mạch kích từ : cần ổn định do đó U kt = conts ta chọn mạch chỉnh lu một pha hình cầu. U2 Ng uồn xoay chiều U d =380(v) .yêu cầu U kt = 110(v) do đó dùng máy biến áp một pha có đầu sơ cấp đấu vo U d của lới vì : nh vậy MBA sẽ gọn nhẹ hơn MBA 3 fa *ở mạch kích từ do L kt rất lớn nên điện áp kích từ không yêu cầu có dộ phẳng cao B 1 , Với mạch phần ứng : *chọn van :để thay đổi U d ta có thể dùng chỉnh lu bán điều khiển tisistor hay chỉnh lu diều khiển tranzitor trờng +,tranzitor trờng: Ưu điểm: điều khiển nhanh ,tần số lớn ,dòng điều khiển bé (điều khiển bằng áp) Nhợc điểm: dòng cho phép của tranzitor bé. +,Tisirtor: Ưu ,nhợc điểm : điều khiển chậm hơn bị hạn chế về tần số .dòng điều khiển tơng đối lớn song dòng cho phép của nó khá lớn. T4 T1 T3 L T2 R 0 0 1 1 2 2 3 3 4 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 7 Với bi toán : i đm =220 (A)tần số không lớn f =50(hz) ta chọn tisitor l hợp lí nhất *Chọn sơ đồ đấuvan: Một số mạch chỉnh lu bán điều khiển điển hình: Ud Id UT1 t1 t2 t3 t4 I1 I2 I3 Ud t Id t1 t2 t3 t4 I1 I2 I3 t t t t t tt t b. 0 t c. T1 B T2 C T3 A R L Chỉnh lu hình tia 3fa. Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 8 A * T1 B D1 D2 D3 T1 T2 T3 L R ABCA X1 X2 X3 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Ud Uf T1 T2 T3 D1 D2 D3 0 * R L * T2 C T3 T4 A* T5 B* T6 C* t ABCA* B*C* chỉnh lu 6fa hình tia: §å ¸n §iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn §¨ng Anh - T§H1 - K45 9 R T1 T3 T5 L T6 T4 T2 Ud Uf ABCA ABCA X1 X2 X3 X4 X5 X6 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Ud Uf I1 I3 I5 I2 I4 I6 0 UT1 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 10 P hân tích: *Mạch 1: có số van điều khiển ít , mạch điều khiển không quá phức tạp hơn nữa trung tính của động cơ đợc nối với trung tính của mba do đó an ton cho thiết bị . *Mạch 2: Điện áp ra tơng đối bằng (m=6) có thể dùng trực tiếp ngay cho động cơ điện một động cơ điện một.tuy nhiên bố trí theo mạch ny sẽ rất tốn kém vì :MBA của mạch 2 l một sơ cấp v hai thứ cấp do đó kồng kềnh tốn kém .hơn nữa mạch có 6 van số van tăng cũng có nghĩa l lôgic . điê ù khiển tăng do đó không khả thi Mạch 3: điện áp ra tơng đối bằng độ nhấp nhô ít có trị số tơng đối lớn MBA đơn giản hơn do do tỉ số biến đổi không cần lớn. Nhợc điểm :số van điều khiển lớn do đó lôgíc điều khiển phức tạp *Mạch 4: Ưuđiểm mạch điều khiển đơn giản ( số van điều khiển ít) .không có giai đoạn trùng dẫn.do có những giai đoạn tisistor v điode thẳng hng dẫn dòng năng lợng từ tải không trả về lớithực hiện đợc tiết kiệm năng lợng ,mặt khác lm tăng Cos cho máy ( = 2 ) Nhợc điểm:điện áp ra đập mạch lớn có nhiều sóng hi bậc cao gây nóng MBA v động cơ do đó tổn hao tăng chỉ thích hợp với tải (đèn ,lò điện) không khả khi Tuy nhiên công suất của động cơ l không lớn,áp nhỏ 110v ,mặt khác xu hớng của công nghệ hiện đại l:giảm nặng nhọc cho mạch lực tăng độ phức tặp cho mạch điều khiển chịu do đó ta chọn phơng án 1 l hợp lí nhất. B, mạch điều khiển: Đối với mạch điều khiển tistor thờng gồm 4 khâu cơ bản 1, khâu so sánh: so sánh điện áp U cm (1 chiều) với điện áp tựa để phat xung điều khiển 2, Khâu đồng bộ: tạo điện áp tựa đồng bộ. 3, Khâu khuyếch đại công suất: Kđ xung để kích thích MBA xung mở tisistor 4, Khâu tạo xung : tạo xung kích thích với tần số lớn để mở trắc tisistor tạo x un g [...]... quá nhỏ ta phải cắt động cơ ra khỏi lới Thực hiện thiết kế: 16 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 *Khi có dòng điện phần kích từ FT sẽ hoạt động do đó đầu ra trên R2 ở mức tích cực cao do vậy T1 hoạt động, T1 hoạt động dẫn tới đầu vo (+) của bộ so sánh COM 0 nhỏ hơn đầu vo (-) của nó lm cho đầu ra A ở mức thấp ,cho phép phát xung mở cho các van *khi mất dòng điện phần kích từ hoặc... 34,739 (mH) w 4 .Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc Các thông số ban đầu : 31 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc Lk=34,739 (mH) Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng Im = 75 (A) Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1 I1m = 5% Iđm= 3,75 (A) Do dòng điện cuộn kháng lớn v điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở của cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn... Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 *Rba=0,0118( ôm) *Lba= 0.1418 = 4,51.10-4 (H) =0,451(mH) 100. Rk,Lk l điện trở v điện kháng của máy biến áp qui đổi về thứ cấp : W Rba=R2+R1 2 W 1 2 2 W Lba=L2+L1 2 W 1 Rk ,Lk l điện trở v điện kháng cuộn lọc Rdt điện trở mạch phần ứng động cơ đợc tính gần đúng nh sau : R=0,5 (1-) U udm 110 ()=0,5 (1-0,85) =0,11 () 75 I udm L l điện cảm... Giải thích hoạt động cho mạch điều khiển *Máy biến áp đợc sử dụng để lấy điện áp đồng pha *COM 6 đồng bộ điện áp 3 pha cho mạch điều khiển *COM 7 so sánh lấy phần trên của điện áp *COM 8 tạo xung vuông không đối xứng *COM9 tạo điện áp răng ca nghiêng di sang trái *COM 10 so sánh áp điều khiển cho ra tín hiệu điều khiển van *tín hiệu điều khiển v tín hiệu dơng của áp đợc kết hợp với nhau cho ra tín hiệu... Ud + 1,4 = 118(v) 1 1,0037.3% 0,319.8% Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp : 21 Đồ án Điện tử công suất U2= Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 U d 118 = = 131 (V) ku 0,9 U1=380 (v) 4-Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp : I2 = K hd I d =1,0.9 = 9 (A) 5-Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = KbaI2 = U2 131 I2 = 9 = 3,1 (A) 380 U1 *Công suất của động cơ : Pd =Ud 0.Id =1,062 (kw) *công suất... 6V,có thể điều chỉnh bằng VR6 *VR3 tạo điện áp chuẩn điều khiển tốc độ động cơ *FT v VR9 tạo điện áp tỷ lệ với tốc độ động cơ *AMP2 lấy hiệu hai tín hiệu v khuếch đại sai lệch hai tín hiệu đặt v phản hồi *COM11 v COM12 so sánh tín hiệu sai lệch từ AMP2 với áp chuẩn đợc điều chỉnh bởi VR5 v VR4 nếu vợt quá ngỡng thì cho ra tín hiệu điều khiển bộ đếm để thay đổi Uđk cho phù hợp 2.Khâu bảo vệ mất kích từ:... các thông số sau: Điện áp ngợc cực đại của van : UnMAX=800 (v) Dòng điện định mức của van : Iđm =250 A) Đỉnh xung dòng điện :Ipik =7000 (A) Dòng điện của xung điều khiển : Iđk =0,2 (A) Điện áp của xung điều khiển : Uđk =3,0 (V) Dòng điện rò : Ir =250 (mA) Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn l : U = 1,65 (V) Tốc độ biến thiên điện áp : dU =200 (V/s) dt Tốc độ biến thiên dòng điện : dI =100 (A/s)... r + 0,47ex) Ud 0 = Ud + 1,65 = 119(v) 0.98 1,48.0,5% 0,47.6% Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp : U2f= U d 119 = =102 (V) ku 1,17 U1=380 (v) 4-Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp : I2 = K hd I d = 1 75 = 44 (A) 3 5-Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = KbaI2 = U2f U1 f I2 = 102 3.44 =21 (A) 380 *Công suất của động cơ : Pd =Ud 0.Id =75.119=8,925 (kw) *công suất biểu kiến của MBA:... 81- Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng chuyển mạch Giả sử chuyển từ mạch T1 sang T2 ta có phơng trình 2.LBA di2 = U22 + U21 dt di2 dt max 2.U 2 2.LBA di2 dt max = = 102 0,1418 = 0,0007 (A/s) < =719 (A/s) di2 dt cp = 100 (A/s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt 3.Xác định điện cảm cuộn khángcân bằng: R ,L : điện trở v điện cảm trong mạch; R =Rba... chuẩn ta chọn phơng án 3 13 Đồ án Điện tử công suất Nguyễn Đăng Anh - TĐH1 - K45 phần III: thuyết minh chitiết sự hoạt động của ton bộ sơ đồ nguyên lí mạch kèm theo đồ thị minh hoạ I,Mạch Lực: 1, phần mạch kích từ: Điện áp xoay chiều sau khi qua bộ chỉnh lu diode cho điện áp đặt ở hai đầu cuộn kích từ : Ukt=Uđkt = 2 2 U 2 = 0,9.U 2 U2:giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp MBA *Ud(t) có dạng đập mạch song