P a g e | 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI : Đề số 15 Thiết kế bộ kích từ cho động cơ đồng bộ Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế mạch chỉnh lưu có điều khiển Động cơ 1850HP Kích từ : 125 VDC, 15 KW Giáo viên hướng dẫn: Đoàn Văn Tuân Sinh viên: Đinh Khắc Dương Hải Phòng, năm 2012 1 P a g e | 2 ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ Mục lục: … Lời mở đầu: … Chương 1: Tổng quan về công nghệ kích từ cho động cơ đồng bộ 1.1. Giới thiệu chung về công nghệ kích từ. 1.1.1. Nguyên tắc điều khiển mở máy. 1.1.2. Nguyên tắc điều chỉnh kích thích. 1.2. Giới thiệu chung về mạch điều khiển. 1.2.1. Chức năng của mạch điều khiển. 1.2.2. Các yêu cầu đối với mạch điều khiển. 1.3. Lựa chọn phương án thiết kế mạch điều khiển. 1.3.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển. 1.3.2. Khâu đồng pha. 1.3.3. Khâu tạo U tựa 1.3.4. Khâu so sánh . 1.3.5. Khâu phát xung chùm. 1.4. Yêu cầu của công nghệ. 1.5. Phạm vi ứng dụng. Chương 2: Tính chọn mạch công suất 2.1. Giới thiệu về mạch lực. 2.1.1. Biến áp lực. 2.1.2. Chỉnh lưu điều khiển. 2.1.3. Khâu phản hồi điện áp. 2 P a g e | 3 2.1.4. Khâu phản hồi dòng. 2.2. Chọn phương án chỉnh lưu 2.2.1. Chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển. 2.2.2. Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng. 2.2.3. Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng. 2.3. Phân tích ưu, nhược điểm của các mạch công suất trên. 2.4. Chọn mạch công suất phù hợp. 2.5. Tính chọn các van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch. 2.6. Tính toán các thông số điện áp, dòng điện, công suất máy biến áp. 2.7. Tính chọn các phần tử bảo vệ ( Mạch bảo vệ Tiristor ) 2.8. Tính toán mạch từ máy biến áp. 2.8.1. Tính toán chiều cao sơ bộ của trụ. 2.8.2. Tính trọng lượng của trụ. 2.8.3. Tính gông. 2.8.4. Tính số lá tôn. Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển 3.1. Tính toán khâu đồng pha và nguyên lý hoạt động của mạch. 3.2. Giới thiệu các khâu điều khiển cần thiết. 3.2.1. Khâu tạo điện áp răng cưa. 3.2.2. Khâu so sánh. 3.2.3. Khâu phát xung chùm. 3.2.4. Khâu khuyếch đại xung và biến áp xung. 3.2.5. Khâu phản hồi. 3.3. Tính toán các khâu điều khiển trình bày ở trên. 3.4. Tính toán khối nguồn và máy biến áp đồng pha. 3 P a g e | 4 3.5. Ghép nối thành sơ đồ hoàn chỉnh ( có bản vẽ A3 ) Kết luận : … Tài liệu tham khảo: … Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên: Đoàn Văn Tuân Đinh Khắc Dương 4 P a g e | 5 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: 5 P a g e | 6 Chương 1: Tổng quan về công nghệ kích từ cho động cơ đồng bộ 1.1. Giới thiệu chung về công nghệ kích từ. Động cơ đồng bộ được dùng rộng rãi trong các hệ truyền động điện công suất lớn, không cần điều chỉnh tốc độ, làm việc ở chế độ dài hạn. Ví dụ: Để truyền động cho các máy bơm, quạt gió, máy nén khí và một số máy cán lớn. Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ được nghiên cứu, ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại dải công suất. Động cơ đồng bộ có những nguyên tắc sau đây: 1.1.1. Nguyên tắc điều khiển mở máy Quá trình mở máy chia làm 2 giai đoạn: Khởi động không đồng bộ và đưa vào đồng bộ. +) Trong giai đoạn thứ nhất, sau khi dây quấn stato được đưa vào lưới điện 3 pha, từ trường quay được tạo ra sẽ tác động lên dây quấn khởi động( hay là lồng sóc khởi động đạt trong roto của máy) gây nên momen quay đưa động cơ lên gần tốc độ đồng bộ . +) Trong giai đoạn thứ hai, dòng kích từ sẽ được đưa vào roto, động cơ sẽ tự kéo vào đồng bộ và lồng sóc khởi động hết tác dụng. Trong giai đoạn đầu, ở trong dây quấn kích thích cũng sẽ có sức điện động cảm ứng lớn. Điều đó làm cho sơ đồ mạch roto thêm phức tạp. Điều khiển quá trình khởi động là phải điều khiển cả hai giai đoạn đó trong mạch stato cũng như mạch roto. Để hạn chế dòng điện, có thể dùng cách giảm điện áp bằng biến áp tự ngẫu hoặc dùng cuộn kháng. Người ta rất ít dùng điện trở phụ để hạn chế dòng điện vì tổn thất năng lượng lớn và chỉ tiêu chất lượng khởi động không tốt. Với động cơ 6 P a g e | 7 công suất nhỏ và ở điện áp thấp thì có thể cho phép sử dụng điện trở phụ để hạn chế dòng điện. Trong giai đoạn khởi động không đồng bộ, dây quấn kích thích ở roto không được hở mạch vì sức điện động cảm ứng tạo thành có thể chọc thủng cách điện. Không phụ thuộc vào cách nối mạch stato, mạch điện roto có thể có 3 cách nối: a/ Cách nối thứ nhất: Roto được nối trực tiếp vào máy kích thích ngay từ đầu. Sơ đồ này được gọi là sơ đồ kích thích trực tiếp. Sơ đồ này đơn giản, làm việc chắc chắn và kinh tế. Tuy vậy không phải bao giờ cũng áp dụng được. b/ Cách nối thứ hai: Dây quấn kích thích được nối vào máy kích thích qua một điện trở phụ. Khi không thỏa mãn điều kiện t kđ1 ≤ t kđ , nghĩa là kích thích hình thành quá sớm ảnh hưởng đến dòng điện stato làm khó khăn cho quá trình kéo vào đồng bộ. Để hạn chế ảnh hưởng của dòng điện kích thích trong quá trình khởi động không đồng bộ người ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch kích thích của động cơ không đồng bộ. Điều kiện để áp dụng sơ đồ này là: M c ≤ 40% M dd . Ngược lại nếu kích thích hình thành quá chậm thì quá trình khởi động không đồng bộ kéo dài sẽ gây quá tải ở dây quấn khởi động. c/ Cách nối thứ ba: Dây quấn kích thích được nối vào điện trở phóng điện. Khi đạt tốc độ vào đồng bộ thì loại bỏ điện trở phóng điện và đóng vào máy kích từ. Về mặt khởi động và kéo vào đồng bộ thì đây là sơ đồ tốt nhất và được gọi là sơ đồ gián tiếp. Khi không thỏa mãn các điều kiện: M c ≤ 40% M dd và t kđ1 ≤ t kđ thì ta phải sử dụng sơ đồ này: Điện trở phóng điện ở sơ đồ này có những nhiệm vụ sau: 7 P a g e | 8 - Hạn chế điện áp trên dây quấn kích thích. - Làm tốt đặc tính khởi động của động cơ. - Tiêu tán nhanh năng lượng từ trường khi ngắn mạch phía stato hoặc khi cắt động cơ khỏi lưới. 1.1.2. Nguyên tắc điều chỉnh kích thích. Động cơ điện đồng bộ cũng được dùng để truyền động các máy sản xuất có momen phụ tải biến đổi lớn ( ví dụ như các máy cán lớn, máy nâng ở hầm mỏ, …). Lúc này nếu phụ tải tăng mà kích thích vẫn giữ không đổi thì sẽ dẫn đến làm giảm công suất phản kháng phát vào lưới điện, tăng công suất tiêu thụ từ lưới điện, giảm khả năng tải của động cơ. Hệ thống điều khiển có thế có bộ phận tự động điều chỉnh kích thích. Khi phụ tải tăng lên, dòng điện qua cuộn dòng điện của biến áp cũng tăng lên, còn điện áp ở cuộn điện áp có thể giảm xuống. Kết quả điện áp ở cuộn ra của biến áp cũng tăng lên, do đó điện áp một chiều sau cầu chỉnh lưu cũng tăng lên, kích của động cơ được tăng lên. Những thay đổi lớn của tải mà kích thích vẫn không được điều chỉnh theo có thể gây nên dao động lớn về tốc độ và có khả năng đưa động cơ ra khỏi chế độ đồng bộ. Lúc này phải cắt động cơ ra khỏi nguồn bằng rơle bảo vệ dòng cực đại. 1.2. Giới thiệu chung về mạch điều khiển. Muốn Tiristor mở cho dòng điện chạy qua thì ta phải đặt lên Anot của Tiristor điện áp dương, đồng thời đưa xung điều khiển vào cực điều khiển. Khi mà Tiristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng và dòng điện chạy qua Tiristor do tải quyết định. 1.2.1. Chức năng của mạch điều khiển. 8 P a g e | 9 - Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ riêng của điện áp đặt trên Anot- Katot của Tiristor. - Tạo được các xung đủ để điều khiển mở được Tiristor ( Độ lớn của xung đủ lớn và độ rộng xung vừa đủ để mở -> Giảm công suất điều khiển ). Cấu trúc mạch điều khiển một Tiristor được thể hiện ở hình dưới đây: Đồng pha TXRC SS Tạo dạng xung KĐX & BAX & BAX Trong đó : - TXRC: Tạo xung răng cưa. - SS: Khâu so sánh. - KĐX & BAX: Khâu khuếch đại xung + Biến áp xung. 1.2.2. Các yêu cầu đối với mạch điều khiển. Mạch điều khiển là một khâu quan trọng trong các bộ biến đổi vì nó quyết định đến chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi. Do vậy để đạt được chất lượng và độ tin cậy cao của bộ biến đổi, nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau: • Yêu cầu về độ lớn của xung điều khiển: - Mỗi Tiristor đều có một đặc tính là quan hệ giữa điện áp đặt trên cực điều khiển và dòng điện chảy vào cực điều khiển. Quan hệ đó được biểu diển trên hình vẽ sau: 9 P a g e | 10 - Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc làm cho Tiristor mặc dù cùng loại cũng có đặc tính U đk = f(I đk ) khác nhau. - Với mỗi loại Tiristor các đặc tính này dao động giữa hai đặc tính (1) và (2) về yêu cầu độ lớn của điện áp và dòng điện điều khiển. t x =1000µs t x =100µs (2) (1) I II Đưng giới hạn công suất điều khiển c«ng suÊt ®iÒu khiÓn 0 U đk I đk 10 [...]... timer 555 Ở đây ta chọn khuếch đại thuật toán kết hợp với các linh kiện khác tạo ra khối phát xung chùm với dạng xung mong muốn mà giá rẻ và chất lượng cao 1.4 Yêu cầu của công nghệ Mạch phải tự động cấp kích từ cho động cơ không đồng bộ, đảm bảo quá trình khởi động cho động cơ theo chế độ không đồng bộ Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trong thời gian đến vài chục giây để... và trong đời sống hằng ngày và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ Động cơ đồng bộ do có ưu điểm độ ổn định tốc độ cao, công suất và hiệu suất lớn và vận hành có độ tin cậy cao, vì thế nó được sử dụng hầu hết trong mọi lĩnh vực đời sống hằng ngày: từ những động cơ có công suất lớn ở trong các nhà máy xí nghiệp cho đến những động cơ có công suất trung bình và nhỏ trong các hộ gia đình 15 P a g e |... quả là ở đầu ra của khuếch đại thuật toán OP3 có một dãy xung vuông liên tiếp -Uph là tín hiệu lấy về từ chiết áp (được nối song song với điện trở và điện kháng kích từ) .nó có tác dụng ổn định chế độ làm việc của động cơ: cụ thể khi điện áp 23 P a g e | 24 kích từ vào động cơ giảm dẫn đến U ph giảm làm cho Ung2 tăng → cos( α α giảm → ) tăng → Ud tăng và ngược lại Và chọn Uph=2(V) - Vì dòng vào khuếch... phương án thiết kế mạch điều khiển 1.3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển Từ mạch lực và yêu cầu của xung điều khiển ta đi đến thiết lập sơ đồ khối cho mạch điều khiển Ta phải lựa chọn các mạch phù hợp cho từng khâu trong khối sao cho đạt được tín hiệu điều khiển cần thiết : Đồng pha Utựa So sánh KĐX BAX Máy phát xung Uđk 12 P a g e | 13 1.3.2 Khâu đồng pha Đây là khâu có nhiệm vụ xác định thời điểm mốc để tính... 3: Thiết kế mạch điều khiển 3.1 Tính toán khâu đồng pha và nguyên lý hoạt động của mạch Sơ đồ : a/ Nguyên lý hoạt động: Khi sơ cấp của MBA đồng pha được nối vào lưới điện (hình trên chỉ vẽ 1 pha của MBA đồng pha) Lúc này thứ cấp của MBA xuất hiện hai điện áp U a0 và -Ua0 có độ lớn bằng nhau nhưng ngược dấu Khi trong nửa chu kì đàu tiên điện áp đặt lên D1 dương ( >0,7 V) và điện áp đặt trên D2 âm Kết... ra tín hiệu đồng bộ a/ Khối nguồn Ta chọn tụ C1, C2 : C1=C2=1000µF (để san bằng điện áp chỉnh lưu) Còn C3=C4=C5=C6=100nF Điod chọn loại Π 204 có Itb=800(mA), Ung=100(V) b/ Biến áp đồng pha Như đã nêu ở trên, mạch tạo xung răng cưa dùng khuyếch đại thuật toán cần điện áp đồng pha và điện áp nguồn Biến áp đồng pha cung cấp cho nguồn nuôi OP (có công suất nhỏ dưới 1W vì vậy kích thước của MBA đồng pha rất... hệ điều khiển Do vậy mà khối đồng pha có thể dung biến áp để cách li hoặc dùng phần tử phototransistor - Trong khâu này ta chọn biến áp để cách li kết hợp với bộ khuếch đại thuật toán và điôt chỉnh lưu để tạo ra xung đồng bộ Sơ đồ mạch : D1 R1 E+ OP1 E- D2 R2 Rx1 - Udk1 Sở dĩ ta chọn sơ đồ trên là vì khi thay đổi giá trị của U đk1 ta sẽ thay đổi được độ rộng của xung đồng bộ 1.3.3 Khâu tạo Utựa Trong... là giá trị để động cơ đồng bộ làm việc được ổn định Chọn Rph=10(KΩ) điện trở công suất Dòng qua Rph: Iph = U d 125 = R ph 10 4 =12,5(mA) Ta có : r2 r × U d = U ph ⇔ 2 × 125 = 2 → r2 = 160(Ω) R ph 10 Điều chỉnh Rph để được r2=160 (Ω) 3.3 Tính toán khối nguồn và máy biến áp đồng pha Sơ đồ: 33 P a g e | 34 Hình trên là sơ đồ nguyên lý nguồn cung cấp cho mạch điều khiển và là nguồn tín hiệu đồng pha + Mạch... cục bộ Tiristor càng giảm • Yêu cầu về tính đổi xứng của khung trong kênh điều khiển: Trong các bộ biến đổi có nhiều pha, tính đối xứng của xung điều khiển rất quan trọng Nếu xung điều khiển mất đối xứng sẽ làm cho dòng Anot ở các pha có hình dạng khác nhau và giá trị khác nhau làm mất cân bằng sức từ động của máy biến áp Do vậy giảm hiệu suất sử dụng của máy biến áp 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế. .. cung cấp từ một biến áp nguồn 3 pha có chung lõi với biến áp đồng pha: Trong đó W1 là cuộn sơ cấp được nối với nguồn xoay chiều 3 pha 220/380 (V) Thứ cấp MBA gồm có các cuộn dây W2 và W3 34 P a g e | 35 - W2 cung cấp cho bộ chỉnh lưu (CL1) Đầu ra của bộ chỉnh lưu này là các vi mạch ổn áp 7815 lấy ra điện áp +E=+15 (V) và vi mạch ổn áp 7815 lấy ra điện áp là -E=-15 (V) Nguồn ±E được cung cấp cho khuyếch . BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI : Đề số 15 Thiết kế bộ kích từ cho động cơ đồng bộ Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế mạch chỉnh lưu có điều khiển Động cơ 1850HP Kích. 6 Chương 1: Tổng quan về công nghệ kích từ cho động cơ đồng bộ 1.1. Giới thiệu chung về công nghệ kích từ. Động cơ đồng bộ được dùng rộng rãi trong các hệ truyền động điện công suất lớn, không. Tổng quan về công nghệ kích từ cho động cơ đồng bộ 1.1. Giới thiệu chung về công nghệ kích từ. 1.1.1. Nguyên tắc điều khiển mở máy. 1.1.2. Nguyên tắc điều chỉnh kích thích. 1.2. Giới thiệu