Đang tải... (xem toàn văn)
biến tần
Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây lónh vực điều khiển và truyền động điện đã phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử tin học nói riêng đã khai thác tất cả các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ không đồng bộ với động cơ một chiều Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lónh vực điều khiển động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. “Thiết kế bộ biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ” Nội dung và các chương trình mục như sau: Chương 1: sơ lược về động cơ không đồng bộ . Chương 2: tổng quan về các hệ thống biến tần, nguyên lý làm việc của các bộ biến tần. Chương 3: mạch động lực, đi sâu vào nguyên lý làm việc của các thiết bò cũng như các phương pháp tính toán chọn mạch và bảo vệ mạch, hệ thống điều khiển ứng dụng kỹ thuật xung số vào mạch điều khiển để điều khiển hoạt động của mạch. Chương 4: hệ thống điều khiển: ứng dụng kó thuật xung số vào mạch điều khiển để điều khiển hoạt động của mạch Tuy nhiên với trình độ có hạn không tránh khỏi những sai sót, em mong các thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để giúp em tiến bộ hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện –bộ môn tự động đo lường đã chỉ bảo trong thời gian làm đề tài. Đà Nẵng, Ngày Tháng Năm2004 Sinh viên thực hiện HÀ HUY LỰC Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 1 Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY SƠ LƯC VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ A- CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM I- CẤU TẠO: I-1: Cấu tạo phần tónh (stato) Gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn. I-1.a Vỏ máy : Thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw), thường dùng thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố đònh và không dùng để dẫn từ. I-1.b Lỏi sắt : Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại. Lỏi sắt là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lỏi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xẻ rảnh để đặt dây quấn . I-1.c Dây quấn : Dây quấn được đặt vào các rãnh của lỏi sắt và cách điện tốt với lỏi sắt. Dây quấn stato gồm có ba cuộn dây đặt lệch nhau 120 o điện. I-2 Cấu tạo phần quay (roto): I-2 a Trục : Làm bằng thép, dùng để đở lỏi sắt roto. I-2-b Lỏi sắt : Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lỏi sắt được ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn. I-2.c Dây quấn roto: Gồm hai loại: loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc. * Loại roto kiểu dây quấn : dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao (y). Ba đầu kia nối vào ba vòng trượt bằng đồng đặt cố đònh ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ. Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 2 Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY *Loại roto kiểu lồng sóc : loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rảnh của lỏi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành một cái lồng, người ta gọi đó là lồng sóc. I-3 Khe hở: Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm ÷ 1mm). Do đó roto là một khối tròn nên roto rất đều. Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 3 Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY II- ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ. - Cấu tạo đơn giản. - Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha. - Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n 1 . Trong đó: n tốc độ quay của roto. n 1 tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ ) Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 4 Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY B- NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động e 2 sẽ sinh ra dòng điện i 2 chạy trong dây quấn. Chiều của sức điện động và chiều dòng điện được xác đònh theo qui tắc bàn tay phải. Hình.1-1 sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ. Chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía trên roto hướng từ trong ra ngoài, còn dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía dưới roto hướng từ ngoài vào trong. Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 5 M Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY Dòng điện i 2 tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫn roto và mômen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n 1. Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được dòng điện i 2 và mômen. Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ. Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt: Trong đó: N là tốc độ quay của roto. F 1 tần số dòng điện lưới. P số đôi cực. N 1 tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động cơ). p f n 1 60 1 = (1-2) Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n 1 thay đổi làm cho n thay đổi. Khi mở máy thì n = 0 và s = 1 gọi là độ trượt mở máy. Dòng điện trong dây quấn và tư ø trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhau nên khi roto chòu tác dụng của mômen m thì từ trường quay cũng chòu tác dụng của mômen m theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n 1 thì nó phải nhận một công suất đưa vào gọi là công suất điện từ. Khi đó công suất điện đưa vào: 2 2 1 1 1 3 d P r I ∆ = Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 6 60 2 ω 1 n π MMP 1đt == ϕ cos 3 1 IUP = 1 1 n nn S − = (1-1) (1-3) (1-4) Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấn stato. Tổn hao sắt: Công suất cơ ở trục là: Công suất cơ nhỏ hơn công suất điện từ vì còn tổn hao trên dây quấn roto: Trong đó: M 2 số pha của dây quấn roto. Vì p’ 2 < p đt do đó n < n 1 Công suất cơ của p 2 đưa ra nhỏ hơn p’ 2 vì còn tổn hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao phụ khác: Hiệu suất của động cơ: C- CÁC ĐẠI LƯNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ. 1. Các đại lượng 1.a Hệ số trượt: Để biểu thò mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n và tốc độ của từ trường quay stato n 1. Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 7 st st PP PPPP đt1đt ΔΔ −−= ∆=∆ 60 2 .' 2 n MMP π ω == 2 Δ d P −= đt2 PP 2222 rImP d =∆ fcơ pPPP ∆−∆== 22 ' )9,08,0( 1 2 ÷== P P η (1-5) (1-6) (1-7) (1-8) (1-9) (1-10) (1-11) Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY Ta có : Hãy tính theo phần trăm: Xét về mặt lý thuyết giá trò s sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến 100 o / o Trong đó : 1.b Sức điện động của mạch roto lúc đứng yên. Trong đó: K 2 là hệ số dây quấn roto của động cơ. F 20 tần số xác đònh ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì roto đứng yên nên: F 20 bằng với tần số dòng điện đưa vào f 1 1.c Khi roto quay: Tần số trong dây quấn roto là: Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 8 1 1 n nn s − = o o o o n nn S 100 1 1 − = )1( 60 1 1 1 snn p f n −= = m WfKE Φ= 220220 44,4 từ mạch trong thông từ của đạïi cực số trò m φ 60 1 20 pn f = (1-12) (1-13) (1-14) (1-15) (1-16) (1-17) (1-18) Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY Vậy f 2s = s.f 1 Sức điện động trên dây quấn roto lúc đó là: Với f 2s = s.f 1 thế vào (1-19), ta được: 2. Phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha. 2.a Phương trình đặc tính tốc độ. Theo sơ đồ đẳng trò một pha như hình (1-2), ta có biểu thức dòng điện roto đã qui đổi về stato. Khi tốc độ động cơ n = 0 , theo (1-26) ta có s =1. Nếu điện áp đặt lên cuộn stato u 1 = const thì biểu thức (1 –29) chính là quan hệ giữa dòng điện roto đã qui đổi về stato i’ 2 với độ s hay với tốc độ n. Do đó biểu thức (1-29) chính là phương trình đặc tính tốc độ . 2.b Phương trình đặc tính cơ. Biểu thức (1-35) chính là phương trình đặc tính cơ. Được biểu diễn quan hệ m = f(n) như hình 1-3 Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 9 6060 )( 1 1 11 2 pn n nnpnn f Xs − = − = mKWfE ss Φ= 2222 44,4 SKWfE ms Φ= 2212 44,4 2 21 2 2 1 1 2 )'() ' ( ' xx S r r U I +++ = ( ) ++ + = 2 21 2 2 1 1 21 ' ' '3 xx s r r rU M ω (1-19) (1-20) (1-21) (1-29) (1-35) Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY Giá trò s sẽ biến thiên từ - ∞ đến + ∞ và mômen quay sẽ có hai giá trò cực đại gọi là mômen tới hạn (m t ). Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trượt và cho dm/ds = 0. Ta có hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn m t gọi là hệ số trượt tới hạn. Do đó ta được biểu thức mômen tới hạn : Giải các phương trình (1-35), (1-36), (1-37) và đặt : Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ: Hình 1-3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ . Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 10 2 21 2 2 2 )'( ' xxr r S th ++ = )(2 3 22 11 1 2 1 n th xrr pU M ++ = ω ( ) ε ε 2 12 ++ + = s s s s M M th th th (1-36) (1-37) (1-38) (1-39) s = 0 M M th M đm S th n 1 n đm +s n= 0 n xr r 22 1 2 ' + = ε [...]... độ từ trường quay ω1 thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi 3.d nh hưởng của thay đổi tần số lưới f1 cấp cho động cơ không đồng bộ : Theo (1-47) và (1-48) khi thay đổi f1 thì ω1 cũng thay đổi và do đó ω cũng thay đổi ≈ 1 f 12 - nếu f1 >f1đm , vì mth nên khi mth giảm nên u1 không đổi - nếu f1 < f1đm , với u1 không đổi thì theo (1-1) dòng i1 tăng nhanh Điều này không cho phép nên khi thay đổi... khi thay đổi f 1 thì phải thay đổi u1 theo 1 qui luật nào đó để động cơ không đồng bộ sinh ra được momen như trong chế độ đònh mức 4 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ và các luật ; 4.a Điều chỉnh điện áp động cơ : Momen của động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp stato nên có thể điều chỉnh được momen và tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp trong khi giữ nguyên tần số 4.b Điều... vào động cơ - Với số lượng các xung có độ rộng thích hợp phương pháp điều chỉnh độ rộng Xung có thể làm triệt tiêu các sóng bậc cao - Do vậy phương pháp này rất hay sử dụng - Với phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần thì Không nhận điện áp từ lưới mà nhận điện áp từ nghòch lưu của biến tần - Ta nhận thấy rằng sdd của dây quấn của stato trong động cơ không đồng bộ tỉ Lệ với... quá tải không đổi là: M th M = th M M dm (1-50) Luật điều chỉnh từ thông không đổi : Từ các quan hệ về dặc tính momen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máy hoặc từ thông của stato φ s không đổi thì momen sẽ không phụ thuộc vào tần số và mth sẽ không thay đổi trong toàn bộ quá trình điều chỉnh Luật điều chỉnh tần số không trượt 2 3 L2 m ωsIs µ= 2 Rr 1 + (ω s I s ) 2 (1-51) Nếu giữ tần số f không. .. các phần sau : - Bộ chỉnh lưu : có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f 1 thành dòng một chiều - Bộ nghòch lưu : là bộ rất quan trọng trong bộ biến tần, nó biến đổi dòng điện một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2 Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 17 Lớp 02Đ3 Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC GVHD: BÙI QUỐC HUY - Bộ lọc : là bộ phận không thể thiếu... Van Trang 18 Lớp 02Đ3 Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC GVHD: BÙI QUỐC HUY CHƯƠNG III MẠCH ĐỘNG LỰC Nghòch lưu Lọc Chỉnh Lưu Tải I BỘ NGHỊCH LƯU: Các van bán dẫn trong bộ nghòch lưu có thể là thyristo hoặc tranzito Nhưng phù hợp và ưu việt hơn ta dùng tranzito Ưu điểm dễ thấy là bỏ được chuyển mạch cưỡng, hơn nữa các tổn hao đổi chiều nhỏ hơn Bộ nghòch lưu dùng tranzito có kích thước nhỏ và nhẹ hơn bộ. .. vậy hiện nay T người ta các van điều khiển cả đóng và ngắt như tranzito bilolar II-1 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp điều chỉnh điện áp : Ud Do tải Sơ đồ mạch và dạng sóng : Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 28 Sinh Viên thực hiện: HÀ HUY LỰC Lớp 02Đ3 GVHD: BÙI QUỐC HUY Trong khoảng thời gian 0 ÷ T1 ta cho van T mở toàn bộ điện áp được đưa đến tải, còn trong khoảng thời gian, T1 ÷ T ta cắt nguồn ra... đó ta chọn được Tranzito loại BUX 47A, Với U CE = 1000 (V ) I C = 9 ( A) t on = 1 s pm = 125 ( w) II-3 Tính chọn Diod Do : Diod Do dùng để ngăn chặn điện áp tự cảm từ cuộn kháng quá lớn khi chuyển mạch Tranzito từ mở sang khoá và do đó bảo vệ Tranzito khỏi quá áp đánh thủng U CEng max Đồ thò biểu diễn quá trình dòng điện và điện áp sau bộ chỉnh lưu: Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST Trang 31 Sinh Viên... tác động liên tục vào cực gốc trong chu kỳ dẫn của tranzito, một khuyết điểm nữa là điện áp đònh mức thấp hơn của thyristo Tuy nhiên dùng tranzito công suất mở rộng được phạm vi và phát huy các ưu điểm hơn thyristo do cải thiện được đại lượng đònh mức và giá thành Vì vậy, dưới đây chủ yếu xem xét nghòch lưu điện áp sơ đồ cầu dùng van an toàn I-1 Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch: T1 D1 T3 D3... đặc tính cơ như sau: Đối với động cơ roto lồng sóc, nhất là các động cơ có công suất lớn thì ε R1