BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha . Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’ 1 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu bán dẫn, nghành điện tử đã chiếm một vị trí quan trọng trong nghành sản xuất, sinh hoạt hằng ngày. Và qua đó, môn học điện tử công suất đã trở thành một môn học bắt buộc đối với các sinh viên nghành kỹ thuật, nghành tự động hóa. Trong quá trình học tập, mỗi sinh viên được nhận một đề tài hay một bài tập lớn và một trong những đề tài đó là . ‘‘Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha . Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’’ Trong cuốn đồ án môn học này sẽ đề cập chi tiết từng bước tiến hành thiết kế chế tạo bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha công suất nhỏ . Nội dung đồ án bao gồm ba chương : -Chương I : Tổng quan về hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha -Chương II : Tính chọn các chi tiết trong mạch động lực -Chương III: Tính chọn các chi tiết trong mạch điều khiển Mặc dù vậy, do trình độ và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự giúp đỡ của thầy giáo và các bạn sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn! 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA 1.1. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA - Hệ thống truyền động điện xoay chiều 3 pha là tổ hợp các thiết bị điện, điện tử phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên máy sản xuất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ của chúng ta. Hình1.1: Cấu trúc hệ thống truyền động điện xoay chiều ba pha. Giới thiệu các đối tượng trong hệ thống truyền động điện. 1. BBĐ: Bộ biến đổi dùng để biến đổi dòng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi pha, biến đổi tần số…. Các BBĐ thường dùng là các máy phát điện, hệ máy phát động cơ (hệ F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần… 3 a) Bộ biến đổi dòng điện. - Bộ biến đổi dòng điện gồm hai loại đó là loại biến đổi dòng xoay chiều thành một chiều và loại biến đổi dòng một chiều thành xoay chiều. Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều. - Trong thực tể thì loại biến đổi từ dòng xoay chiều thành một chiều phổ biến hơn loại kia , lý do đơn giản là lưới điện quốc gia hoạt động là loại xoay chiều, vì vậy mà nguồn điện là có sẵn cho loại dạng này . Bộ biến đổi dòng xoay chiều lại chia ra nhiều loại để thích hợp với yêu cầu sử dụng thực tế, người ta chia ra : + Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều giữ nguyên điện áp +Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều hạ áp. +Bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều tăng áp. - Trên thực tế thì loại thứ hai và thứ ba là thông dụng trong sản xuất. Nguyên lý của các bộ biến đổi này đó là kết hợp sử dụng giữa máy biến áp với mạch công suất cầu diot, trisitor Một số hình ảnh về bộ biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều Hình1.2 : Bộ chuyển đổi xoay chiều sang 1 chiều 4 Bộ biến đổi dòng một chiều thành xoay chiều - Loại này thì có ít trong thực tể hơn, chủ yếu có trong các hộ gia đình và các xưởng sản xuất cỡ nhỏ. Nguồn điện chủ yếu là acquy, Nguyên lý hoạt động cũng dưạ vào sử kết hợp giữa máy biến điện áp với hệ thống công suất cầu chỉnh lưu diot, trisitor. b) Bộ biến đổi loại nguồn - Bộ biến đổi loại nguồn gồm hai loại: + Biến đổi nguồn dòng thành nguồn áp + Biến đổi nguồn áp thành nguồn dòng Cả hai loại trên thường được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển, đặc biệt trong lĩnh vực vi điều khiển. Chủ yếu điện áp hoặc dòng lấy ra từ bộ biến đổi được sử dụng để làm tín hiệu điều khiển chứ không đóng vai trò là một nguồn điện cung cấp cho sản xuất. c) Bộ biến đổi pha - Thực tế thì có loai biến đổi ba pha thành một pha, hoặc biến đổi một pha thành ba pha tùy thuộc vào yêu cầu nguồn vào của máy sản xuất. Trong các xí nghiệp hiện nay người ta sử dụng bộ biến đổi pha này khá phổ biến. Do các cơ cấu sản xuất, động cơ có thể là một pha hay ba pha vì vậy mà các bộ biến đổi pha trở lên cần thiết. Mạng điện công nghiệp là mạng điện ba pha xoay chiều, vì vậy mà bộ biến đổi ba pha thành 1 pha được sử dụng khá nhiều ở các nhà máy. d) Bộ biến đổi là máy phát. - Hệ máy phát, động cơ (Hệ F_Đ), được sử dụng khá nhiều trong các nhà máy sản xuất công nghiệp. Để đề phòng trường hợp mất điện đột ngột khi nhà máy đang thực hiện quá trình sản xuất, ( Ví dụ đang nấu thép ở nhà máysản xuất thép), thì người ta sử dụng máy phát điện là nguồn dự phòng. 5 e) Bộ biến đổi tần số - Trong các nhà máy, xí nghiệp hiện đại hiện nay, sự xuất hiện của các bộ biến tần là một bước tiến lớn trong việc điều khiển tốc độ của động cơ điện. Với các tính năng thực sự hợp lý và hữu ích trong quá trình vận hành, sản xuất Bộ biến tần đã có mặt tại các dây truyền truyền động, điều khiển tự động. Với tính năng dễ dàng điều khiển, tiết kiệm điện năng bộ biến tần đã thay thế các bộ điều chỉnh đã lỗi thời. Trong đồ án tốt nghiệp này chúng em đã sử dụng biến tần MM420 của siemens để điều khiển tốc độ của động cơ Không đồng bộ xoay chiều ba pha. Hình 1.3: Biến tần MM420 2. Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hoặc cơ năng thành điện năng (khi hãm điện). Động cơ điện Đ tạo ra tốc độ quay, động cơ này sẽ được lai với cơ cấu sản xuất thông qua khâu truyền lực TL để thực hiện các yêu cầu sản xuất cụ thể. Động cơ điện có + Động cơ 1 chiều + Động cơ xoay chiều Trong động cơ xoay chiều lại chia ra gồm hai loại động cơ là động cơ xoay chiều đồng bộ và động cơ xoay chiều không đồng bộ (hay động cơ dị bộ). Động cơ không đồng bộ gồm có: +Động cơ KĐB 1 pha + Động cơ KĐB 3 pha Động cơ sử dụng trong đồ án là loại động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha. 3. TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu sản xuất, hoặc để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc), 6 hoặc là phù hợp về tốc độ, mô men, lực. Để truyền lực có thể dùng thanh răng, bánh răng, trục vít, xích, đai truyền, các bộ ly hợp cơ hoặc điện từ… Khâu truyền lực là một khâu khá quan trọng trong hệ thống truyền động điện. Nó ảnh hưởng lớn tới năng suất sản xuất của hệ thống truyền động. Khâu truyền lực có chắc chắn, hoạt động ổn định thì công truyền từ động cơ Đ tới máy sản xuất mới đạt được hiệu quả cao. Ngược lại nếu khâu truyền lực không chắc chắn không những làm giảm năng suất sản xuất mà nó còn có thể gây nguy hiểm cho con người trong quá trình sản xuất, phá vỡ khâu truyền lực nếu như chúng không ăn khớp với nhau. Trong đồ án mô hình thì khâu truyền lực bao gồm Punis lắp trên đầu động cơ, dây cusroad, hệ thống phanh cơ, có thể phanh động cơ trong quá trình động cơ đang hoạt động. 4. CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác sản xuất và công nghệ (gia công chi tiết, nâng- hạ trọng tải, di chuyển). 5. ĐK: Khối điều khiển là các thiết bị điều khiển bộ biến đổi, động cơ điện Đ, cơ cấu truyền lực TL. Khối điều khiển bao gồm các thiết bị đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, các bộ điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các role, công tắc tơ), hay không có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn). Trong đồ án hệ truyền động điện có ghép nối thêm với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, PLC, Các thiết bị đo lường, cảm biến (senso) lấy tín hiệu phản hồi. Thiết bị đo lường sử dụng trong đồ án hai củ phát một chiều làm nhiệm vụ là hai máy phát tốc, được lai với trục động cơ Đ thông qua khớp mềm để lấy tín hiệu phản hồi đưa về bộ điều khiển 7 Cấu trúc của hệ thống truyền động điện xoay chiều ba pha gồm hai phần chính - Phần lực (mạch lực) : từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi BBĐ (biến tần) và động cơ điện truyền động Đ cho phụ tải (máy sản suất) . - Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành. Hệ truyền động điện có liên kết với máy tính điều khiển, PLC. Truyền động điện xoay chiều ba pha: Dùng động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha. Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên trước đây hệ truyền động động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha chiếm tỷ lệ rất nhỏ do khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ . Trong những năm gần đây do sự phát triển của công nghiệp chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng bộ phát triển mạnh mẽ và được khai thác các điểm mạnh của mình đặc biệt các hệ có điều khiển tần số. 8 1.2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA 1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. a) Stator Hình 1.4 : Sơ đồ cấu tạo stato động cơ đồng bộ xoay chiều ba pha 1: Lõi thép stator 6: Hộp dầu cực 2: Dây quấn stator 7:Lõi thép roto 3: Nắp máy 8: Thân máy 4: Ổ bi 9: Quạt gió làm mát 5: Trục máy 10: Hộp quạt 1- Lõi thép. Lõi thép stator có dạng hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép ép vào trong vỏ máy. 2. Dây quấn stator. - Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba pha stator sẽ tạo ra từ trường quay. 9 3. Vỏ máy. - Vỏ máy gồm có thân và nắp, thường làm bàng gang. a) b) Hình 1.5 : Kết cấu stator máy điện không đồng bộ a)Lá thép stator b) Lõi thép stator b) Rotor +Cấu tạo. - Rotor là phần quay gồm lõi thép dây quấn và trục máy. a) b) H1.5- a) Nguyên lý từ trường quay b) Cấu tạo roto lồng sóc 1. Lõi thép. - Lõi thép roto gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ bên trong lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục. 2. Trục. Trục của máy điện không đồng bộ làm bằng thép, trên đó gắn lõi thép roto. [...] .. . với hệ số là : (2ln 2 – 1) = 3. 6* phải chịu đi n áp (F) =44 6.7 ( V ) Nếu chọn hệ số về áp để tụ hoạt động an toàn là 1 .3 thì Vậy phải dùng loại tụ có đi n dung 3. 6* 600 V 30 ( F )và chịu đi n áp là 2.2 BỘ ĐI U CHỈNH XUNG ĐI N ÁP Bộ đi u chỉnh xung đi n áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn cố định mà không cần đi u chỉnh đi n áp ra tải Bộ đi u chỉnh này hoạt động theo nguyên tắc đóng cắt nguồn .. . (1-19) ( 1.6 MỘT SỐ DẠNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐI N XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA a) Hệ truyền động theo hệ hở Hình 1. 13 - Cấu trúc hệ truyền động theo hệ hở b) Hệ truyền động hệ kín Hình 1.1 4 - Cấu trúc hệ truyền động hệ kín - Trong đó: + THĐ : Tín hiệu đặt R: Bộ đi u chỉnh BĐ: Bộ biến đổi M: Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha Mx: Máy sản xuất NL: Nhiễn loạn ĐL: Thiết bị đo lường ,.. . T= = = (s) Phạm vi đi u chỉnh đi n áp của ta là : = 0.2 , = 0.8 , Nếu cho sụt áp trên cuộn dây bộ lọc không đáng kể do đó giá trị đi n áp phía sau bộ biến đổi tại thời đi m cực đại của đi n áp chính là : U= = = 5 8 3. 4 ( V ) 32 Chọn hệ số quá áp = 1.6 Vậy phải chọn Tranzisto chịu đi n áp là : = = 1.6 * 5 8 3. 4 = 933 .5 ( V ) Một cách tương đối ta xem hiệu suất của bộ nghịch lưu là η = 0.9 Theo định luật .. . mạch nghịch lƣu : Ta cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc : Công suất định mức: = 1 kW, Tốc độ định mức n = 1450 ( v/p) Hệ số góc cos φ = 0.9 5 Đi n áp lưới : 220 /38 0 v Hiệu suất : = 0.9 Hệ số quá tải : = = = 1.8 = 111 1.1 (W) 27 cos φ = = = 1.7 7 (A) * 0.9 5=11 7.9 (Ω) = a Tính chọn tranzisto : Đi n áp pha cực đại của động cơ : = 220* = 31 1.1 (V) Đi n áp đầu vào bộ nghịch lưu: = nên = *31 1.1 = 46 6.7 (V ).. . không đổi tần số Đi n áp cấp cho động cơ lấy từ bộ biến đổi đi n áp xoay chiều BBĐ đi n áp có thể là biến áp tự ngẫu hoặc một bộ biến đổi đi n áp Hình dưới đây là sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi đi n áp phần cảm Hình 1.1 2 – Phương pháp đi u chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng cách thay đổi đi n áp đặt vào mạch stator 18 Nhận xét: - Thay đổi đi n áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới gi .. . = = *2 .3 8 = 1.1 9 ( A ) Ta cần chọn Diode chịu dòng cực là : = = 1.6 *46 6.7 = 74 6.7 2 ( V) Tra theo bảng diode ta chọn được loại B10 của Liên Xô với các thông số : = 10 A : Dòng trung bình = 100 ÷ 1000 (V) : Đi n áp ngược : Sụt áp trên Diode 34 2 .3 BỘ LỌC SAU ĐI U CHỈNH ĐI N ÁP Sơ đồ mạch lọc : 2 .3 . 1 Chọn đi n cảm L : Giả sử rằng quá trình chuyển mạch đi n áp là không đổi ( quá trình quá độ đi n áp trên .. . tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành đi n năng trả về lưới - Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, đi n năng P và cơ năng chuyển thành tổn thất - Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng P biến thành công suất tổn thất 1.5 ĐI U KIỆN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐI N TỰ ĐỘNG - Khi M = Mc thì hệ TĐĐ làm việc xác lập Đi m làm việc xác lập là giao đi m của đặc tính cơ của động cơ đi n (Mc ).. . hợp này, máy vừa lấy đi n năng từ lưới đi n vào, vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp Chế độ làm việc như vậy gội là chế độ hãm đi n từ 1.2 .3 Phƣơng trình đặc tính cơ động cơ KĐB - Khi coi ba pha động cơ là đối xứng, được cấp nguồn bởi nguồn xoay chiều hình sin 3 pha đối xứng và mạch từ động cơ không bão hòa thì có thể xem xét động cơ qua sơ đồ thay thế 1 pha đó là sơ đồ đi n phía 1 pha stator với các đại .. . Với các hệ số quy đổi này, các đại lượng đi n ở mạch roto có thể quy đổi về mạch stator theo cách sau: - Dòng đi n: I2’=k I I2 - Đi n kháng: X2’=k X X2 - Đi n trở: R2’=k R R2 Trên sơ đồ thay thế ở (hình 1.4 ) các đại lượng khác là: Io – Dòng đi n từ hóa của động cơ R m ,X m - Đi n trở, đi n kháng mạch từ hóa 13 I 1 - Dòng đi n cuộn dây stator R 1 ,X 1 - Đi n trở, đi n kháng cuộn dây stator Dòng đi n roto .. . trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất đi n Pđiện có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất đi n thành công suất cơ: Pcơ = M cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay - Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm . đề tài đó là . ‘ Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động đi n xoay chiều 3 pha . Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’ Trong cuốn. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động đi n xoay chiều 3 pha . Đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn