Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung

91 983 4
  • Loading ...
1/91 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 11/04/2014, 09:56

§å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Trường Khoa………………. ………… o0o………… BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung 1 §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay động điện mặt ở khắp nơi trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong công nghiệp. Khi động điện được đưa vào ứng dụng rộng rãi thì việc thiết lập một hệ thống tự động điều chỉnh để đạt được sự tối ưu về các chỉ tiều kinh tế, kỹ thuật là một vấn đề quan trọng. Với việc ứng dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử - tin học, các hệ truyền động điện được phát triển và những thay đổi đáng kể. Đặc biệt, do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không những đáp ứng được yêu cầu tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích thước và hạ giá thành của hệ truyền động. Mặc dù là một lĩnh vực tương đối hẹp nhưng truyền động điện xoay chiều dùng động không đồng bộ ba pha rôto dây quấn luôn luôn những vấn đề hết sức hấp dẫn và cũng rất phức tạp. Vì vậy, với đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ ba pha rôto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung” em không tham vọng đi sâu vào tất cả các vấn đề của lĩnh vực này. Những kết quả được trình bày trong bản đồ án môn tốt nghiệp này mới chỉ là những kết quả bước đầu. Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này, em đã thực hiện được các nhiệm vụ sau:  Tổng quan các phương pháp điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ ba pha.  Lựa chọn và tính toán mạch động lực.  Lựa chọn và tính toán mạch điều khiển.  Tổng hợp hệ thống điều khiển hai mạch vòng. Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Trung Sơn, đã tận tình hướng dẫn và cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tới tập thể Bộ môn Thiết Bị Điện - Điện Tử trường Đại Học Bách Khoa 2 §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Hà Nội và các bạn sinh viên đã tạo những điều kiện nghiên cứu tốt nhất trong suốt thời gian thực hiện bản đồ án tốt nghiệp này. Tr ng ườ 1 Khoa……………… 1 I.Khái quát v ng c không ng b ba phaềđộ ơ đồ ộ 4 II.M ch i n thay thạ đệ ế 4 III. c tính c c a máy i n không ng bĐặ ơ ủ đệ đồ ộ 6 90 CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA A. MẠCH ĐIỆN THAY THẾ VÀ ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 3 §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi I. Khái quát về động không đồng bộ ba pha Trong quá trình khai thác sử dụng các tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho nền kinh tế quốc dân nói riêng và các hoạt động của xã hội nói chung, không thể không nói đến sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Trong đó, động điệnthiết bị biến đổi từ điện năng thành năng vai trò rất to lớn trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng và rất nhiều lĩnh vực khác. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ và kỹ thuật hiện đại. Đặc biệt trong lĩnh vực điện tử và bán dẫn công suất (transistor công suất, tiristor, triac…) đã tạo điều kiện cho việc sử dụng các động điện hiệu quả và đưa ra nhiều phương án để lựa chọn những loại động thích hợp. Hiện nay, động điện không đồng bộ được sử dụng rộng rãi chiếm tỷ lệ rất cao với mức công suất nhỏ từ vài chục W đến mức công suất trung bình hàng trăm kW. Với những ưu điểm nổi bật của nó như: giá thành hạ (chỉ bằng 1/6 động điện một chiều khi cùng công suất), làm việc tin cậy chắc chắn, hiệu suất cao… Ngoài ra động không đồng bộ còn dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm thiết bị biến đổi kèm theo, đỡ phức tạp cho hệ thống. Các lĩnh vực ứng dụng của động không đồng bộ như: Trong công nghiệp thường dùng làm nguồn lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ … Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng trong các trạm bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày, động điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí rất quan trọng như làm quạt gió, máy bơm nước, tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ… Cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá và tự động hoá thì phạm vi ứng dụng của động không đồng bộ ngày càng được cải thiện và mở rộng. Tuy nhiên, với mỗi loại động đều những nhược điểm riêng của nó. Đối với động không đồng bộ bên cạnh những ưu điểm kể trên nó một số nhược điểm sau: Đặc tính điều chỉnh không tốt, cosϕ thấp, khống chế các quá trình quá độ khó khăn. Riêng đối với động rô to lồng sóc đặc tính khởi động tương đối xấu. Chính vì những lý do đó nên ứng dụng của nó trong một số điều kiện cụ thể còn phần bị hạn chế. Nói tóm lại, với những ưu điểm nổi bật của động không đồng bộ thì việc ứng dụng nó trong những lĩnh vực của cuộc sống ngày càng được phát triển và cải tiến về mọi mặt. II. Mạch điện thay thế Nói chung, trên stato của động không đồng bộ dây quấn m 1 pha (thường m 1 = 3), trên rôto dây quấn m 2 pha (m 2 = 3 đối với động rôto dây 4 §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi quấn; còn đối với động rôto lồng sóc thì m 2 > 3). Như vậy trong động không đồng bộ hai mạch điện không nối với nhau và giữa chúng chỉ sự liên hệ về cảm ứng từ. Sau khi đã phân tích các quan hệ điện từ ta được hệ phương trình bản của động không đồng bộ lúc rôto quay như sau: Dựa vào các phương trình bản trên, ta thể thiết lập được mạch điện thay thế hình T cho động không đồng bộ khi rôto quay như sau: Thường để thuận lợi cho tính toán, người ta biến đổi mạch điện thay thế hình T thành mạch điện thay thế hình à đơn giản hơn: 5 C 1 x 1 C 1 r 1 C² 1 r' 2 /s C² 1 x' 2 x m r m U 1 I 1 -I'' 2 I 00 r 1 x 1 Hình 2. Mạch điện thay thế hình à của động không đồng bộ. ;ZI=E- ;I='I+I ;E='E );jx'+ s r' ('I-'E=0 );jx+(rI+E-=U m 0 • 1 • 0 • 2 • 1 • 1 • 2 • 2 2 2 • 2 • 11 1 • 1 • 1 • (I) Hình 1. Mạch điện thay thế hình T của động không đồng bộ. x 1 r 1 r' 2 x' 2 x m r m U 1 r' 2 (1-s)/s I 1 -I' 2 I 0 §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Trong đó: m 1 1 Z Z 1C += • ; m 1 • 1 • 00 • ZC U =I gọi là dòng điện không tải lý tưởng, nghĩa là dòng điện không tải ứng với lúc s = 0; 1 • 2 • 2 • C 'I- =''I- gọi là dòng điện thứ cấp của mạch điện hình Ã. Thực tế, 1 C • chỉ lớn hơn 1 một ít và góc phức lại rất nhỏ, nên thể coi 1=+1= 1 1 • m x x C . Như vậy: Do vậy ta thể mạch điện thay thế đơn giản hơn nữa: III. Đặc tính của máy điện không đồng bộ Từ sơ đồ mạch điện thay thế hình à đơn giản hóa, trị số hiệu dụng của dòng điện rôto đã quy đổi về stato I’ 2 là: Trong đó: X nm = x 1 + x’ 2 điện kháng ngắn mạch. ;'I=''I 2 • 2 • ;I=I-I=''I-I=''I 0 • 2 • 1 • 2 • 1 • 00 • (II) 6 Hình 3. Mạch điện thay thế hình à đơn giản hóa của động không đồng bộ. x 1 r 1 r' 2 /s x' 2 x m r m U 1 I 1 -I' 2 I 0 r 1 x 1 (1) 2 nm 2 2 1 f 2 x) s 'r r( U 'I ++ = Hình 4. Đặc tính của động không đồng bộ. ω (s=s th ) ω ω0 0 M®m Mth M §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Để tìm phương trình đặc tính ta xuất phát từ điều kiện cân bằng công suất trong động cơ: công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto: P 12 =M đt .ω 0 Trong đó: M đt – mômen điện từ của động Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì M đt = M , ta ký hiệu: M đt = M = M Công suất đó được chia làm hai phần: công suất đưa ra trục động P và công suất tổn hao trong rôto ∆P 2 nghĩa là: P 12 = P + ∆P 2 hay Mω 0 = Mω + ∆P 2 do đó ∆P 2 = M (ω 0 - ω) = Mω 0 s Mặt khác: 2 2 22 'r'I3=P∆ nên s 'r'I3 M 0 2 2 2 ω = Thay (1) vào phương trình trên ta phương trình đặc tính cơ: Kết hợp với phương trình tốc độ ω = ω 0 (1 – s) ta dạng đường cong đặc tính cơ: 7 ]x+) s 'r +r[( 'rU3 =M 2 nm 2 2 1 0 2 2 f ω (2) )xrr(2 U3 M 2 nm 2 110 2 f th ++ = ω (3) (4) 22 2 2 th nm1 2 211 2 xr 'r )'xx(r 'r s + = ++ = s s s s M2 M th th th + = nm th x 'r s 2 = nm0 2 f th x2 U3 M ω = §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Điểm cực trị của đặc tính thường được gọi là điểm tới hạn tọa độ [M th , s th ]: Ta thể viết phương trình đặc tính dưới dạng khác thuận tiện hơn bằng cách lập tỉ số giữa (2) và (4) rồi biến đổi ta được: ( ) th th th thth as2+ s s + s s as+1M2 =M Trong đó: 2 1 r r a = . Trong động không đồng bộ thường r 1 ≈ r’ 2 mà s th = 0,1 ÷ 0,2 nên ta thể coi as th ≈ 0 khi đó ta dạng biểu thức Klôx: Đối với các động công suất lớn thường r 1 << x nm nên ta có: (5) B. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG KHÔNG ĐỒNG BỘ 8 Hình 5. Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động điện điều chỉnh tần số. § var f b U b const f 1 U 1 BiÕn TÇn §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Động không đồng bộ khi mắc vào nguồn điện tần số f 1 thì ta biểu thức của tốc độ: ω = ω 0 (1 – s) (6) Trong đó: ω tốc độ quay của rôto; ω 0 p f2 = 1 0 π ω tốc độ không tải lý tưởng; s hệ số trượt của động cơ. Do đó ta có: s)-1( p f2 1 π ω = (7) Từ phương trình trên ta thấy, muốn thay đổi tốc độ động không đồng bộ ω ta thể thực hiện bằng cách thay đổi các thông số: tần số nguồn f 1 , số đôi cực p và hệ số trượt s. Tương ứng với sự điều chỉnh các thông số trên ta các phương pháp điều chỉnh động không đồng bộ: - Thay đổi tần số f 1 của nguồn cấp. - Thay đổi số cực 2p. - Điều chỉnh điện áp đặt vào stato. - Điều chỉnh điện trở mạch rôto. - Dùng sơ đồ nối tầng động không đồng bộ. I. Điều chỉnh tốc độ động không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số 1. Nguyên lý điều chỉnh Tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc độ góc của từ trường quay trong máy điện, do đó bằng cách thay đổi tần số dòng stato ta thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ. Để thực hiện phương pháp điều chỉnh này ta dùng bộ nguồn biến tần BT để cung cấp cho động cơ. Sơ đồ tổng quát của hệ như sau: 9 1 1 • 1 • 1 • 1 • ZI-U=fc=E φ §å ¸n tèt nghiÖp Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi Máy điện được chế tạo để hoạt động ở tần số định mức nên khi thay đổi tần số chế độ làm việc của máy điện cũng bị thay đổi vì tần số ảnh hưởng trực tiếp đến từ thông của máy điện. Quan hệ này thể được phân tích nhờ phương trình cân bằng điện áp đối với mạch stato của máy điện: Trong đó: • 1 E Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây stato; • φ Từ thông móc vòng qua cuộn dây stato; c Hằng số tỷ lệ; 1 U • Điện áp đặt vào stato động cơ; f 1 Tần số dòng stato. Nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở của cuộn dây stato ta : 1 1 cf U • • =φ Từ phương trình trên ta thấy nếu giữ nguyên điện áp U 1 (U 1 = const), khi tăng tần số f 1 thì từ thông trong máy sẽ giảm làm cho mômen của máy điện giảm. Nếu mômen tải không thay đổi hoặc là hàm tăng của tốc độ thì khi đó dòng điện cũng phải tăng để cho mômen cân bằng với mômen tải. Kết quả là động bị quá tải về dòng. Ngược lại khi giảm tần số để giảm tốc độ lại dẫn đến từ thông tăng lên làm tăng mức độ từ hoá lõi thép, tăng tổn hao thép và làm nóng máy điện. Như vậy khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số thì ta cũng phải thay đổi điện áp một cách tương ứng. Người ta chứng minh được rằng, khi thay đổi tần số, nếu đồng thời điều chỉnh điện áp sao cho hệ số quá tải của động không thay đổi )constM/M( cth ==λ thì chế độ làm việc của động luôn được duy trì ở mức tối ưu giống như khi làm việc ở thông số định mức. Khi đó hiệu suất và cosj của máy trong toàn dải điều chỉnh gần như không đổi. 2. Các đặc tính điều chỉnh Đặc tính của động không đồng bộ khi điều chỉnh tần số không chỉ phụ thuộc vào tần số mà còn phụ thuộc vào quy luật thay đổi điện áp, nghĩa là còn phụ thuộc đặc tính của phụ tải. - Khi M c = const 10 [...]... khong thi gian gia hai xung liờn tip m tiristor T 28 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội cú b bm tn s c nh, ta gi khụng i khong thi gian gia hai xung k tip m tiristor T, v iu chnh khong thi gian gia xung m tiristor T v xung m tiristor T1 ig1 t t t t t uc iT1 ig iT uT t t uT1 0 khởi động với ig1 dẫn khóa một chu kỳ Hỡnh 19 Gin cỏc ng cong dũng in v in ỏp khi iu khin xung in tr rụto Nh phn... khúa Giỏ tr ú quyt nh cng ca c tớnh c bin tr v tr s tc ca truyn ng in 22 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong thc t, vic dựng c ba in tr xung trong mch rụto lm cho mch iu khin phc tp v khú iu chnh Vỡ vy, ta thng dựng mt in tr xung Rx v mt b chnh lu cú s nh sau: U~ CL R K Rx Hỡnh 14 S nguyờn lý iu chnh xung in tr rụto kt hp vi b chnh lu B chnh lu CL khụng cn yờu cu cao v in ỏp,... AP K RN Đ Rf Hỡnh 12 S nguyờn lý mch ng lc h iu chnh xung in tr rụto 21 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong s trờn: AP - ỏp tụ mat; K - cụng tc t cú dp h quang; RN - rle nhit; Rf - in tr iu chnh mch rụto I iu chnh xung in tr mch rụto khc phc mt s nhc im quan trng trờn v m ra kh nng t ng húa h thng, ngi ta dựng phng phỏp iu chnh xung in tr õy l mt phng phỏp phỏt trin ca phng phỏp... i id i2.1 i2.2 i2.3 U=380V 0 ~ AP t K RN Hỡnh 17 gin cỏc ng cong dũng in T cỏc phõn tớch trờn, ta cú s Đ mch ng lc ca h iu chnh xung in tr rụto nh sau: i 2 D id L R ig T iT ig1 UT T1 uc (+) iT1 (_) C UT1 27 L D Hỡnh 18 S mch ng lc ca h iu chnh xung in tr rụto 0 1 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong s trờn, tiristor T úng vai trũ ca khúa T, nhúm cỏc phn t (T 1, C, D0, L1) dựng ... T li, ch cn cho xung iu khin m tiristor T 1 Qua T1, in ỏp trờn t uc c t lờn tiristor T to nờn mt in ỏp ngc khúa tiristor T li, in tr lỳc ny l R Vỡ T 1m dn in nờn t in C li c np in n giỏ tr u c, khi t ó no y thỡ T1khúa li, quỏ trỡnh lp li nh c rng mi xung t l khong thi gian m ca tiristor T tng ng vi khong thi gian gia xung m tiristor T v xung m tiristor T 1 Ta cú th iu chnh c rng xung t theo ý mun... ng Ta cú th xỏc nh in tr tng ng R t khi iu chnh xung mt cỏch gn ỳng trờn nguyờn tc ng tr nhit R Khi khúa K úng, in tr mch vũngmax hai pha rụto cũn l 2r2 nờn dũng K đóng I qua in rụto tng, cũn khicắtkhúa ct, giỏ tr l R+2r2 nờn dũng in rụto gim K iđ ic Iđ Imin Ic 0 tđ tc tck t 24 Hỡnh 16 Bin thiờn in tr v dũng in theo thi gian khi iu chnh xung in tr Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Do nh... I' 2 = 220 = 15,759 A 0,932 2 (1,04 + ) + 2,065 2 0,073 20 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Dũng in nh mc trong dõy qun rụto: I 2 = k i I' 2 I 2 = 1,42.15,759 = 22,377A B LA CHN V TNH TON MCH NG LC ng c trong yờu cu ca bi toỏn thit k l loi ng c ba pha s dng in ỏp U1 = 380 V vi tn s f1 = 50 Hz v iu chnh tc ng c bng cỏch iu chnh xung in tr mch rụto Do vy, ng c c mc trc tip vo li in ba pha... nhit lng ỳng bng A : 25 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội A = I 2 ( R td + 2r2 )t ck tb (12) Trong ú tck = t + tc Cõn bng hai phng trỡnh (11) v (12) ta cú : I 2 (R + 2r2 ).t c + I 2 2 r2 t đ = I 2 (R t đ + 2r2 ).t ck tb tb tb hay: ( R + 2 r2 )(t ck - t đ ) + 2r2 t đ = (R t đ + 2 r2 )t ck nờn: R t đ = R(1 - tđ ) = R(1 - ) t ck (13) Trong ú: t 1 = tc - rng ca xung in tr t ck Nh vy, in... in ỏp ra thay i tựy thuc vo tớn hiu iu khin Uk vi s nguyờn lý hỡnh 8 Uđk Biến Đổi Điện áp Ub Var Đ Hỡnh 8 S tng quỏt ca h truyn ng in khụng ng b cú iu chnh in ỏp ngun Khi thay i in ỏp li, vớ d khi gim xung cũn x ln (x < 1) in ỏp nh mc (U1 = xUm) thỡ mụmen s gim xung cũn x 2 ln M = x2Mm Nu mụmen ti khụng i thỡ tc gim xung cũn h s trt tng lờn Theo cụng thc v mụmen M = cmI2, trong ú cm l hng s, thỡ khi... lng cao do tn dng c cụng sut trt mch rụto Nhc im Mch iu khin v mch ng lc phc tp dn n chi phớ vn hnh v sa cha ln Phm vi iu chnh tc ca h thng khụng ln lm v mụmen ca ng c gim khi tc gim xung Phm vi ng dng 18 Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Phng phỏp iu chnh cụng sut trt thng ỏp dng cho cỏc truyn ng cụng sut ln vỡ khi ú tit kim in nng cú ý ngha ln Phng phỏp ny nờn ỏp dng cho cỏc truyn . các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ với động cơ trong yêu cầu của đồ án là động cơ không đồng bộ ba pha rôto dây quấn ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng điện trở xung. trúc động cơ rất phức tạp. III. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách điều chỉnh trở – kháng mạch. các hệ thống yêu cầu tốc độ không cao như cần trục, cầu trục… V. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng sơ đồ nối tầng 1. Nguyên lý điều chỉnh Điều chỉnh tốc độ của động cơ
- Xem thêm -

Xem thêm: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung, Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung, Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung, III. Đặc tính cơ của máy điện không đồng bộ

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn