thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là thyristor công suất

96 644 0

Kira Gửi tin nhắn Báo tài liệu vi phạm

Tải lên: 23,609 tài liệu

  • Loading ...
1/96 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 02/07/2014, 16:28

Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành ` LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, lĩnh vực Điện - Điện Tử Tin Học phát triển rất là nhanh chóng, chúng thay đổi trong từng ngày từng giờ. Hiện nay, trong các dây chuyền sản xuất hiện đại, truyền động điện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Vì vậy các hệ truyền động luôn được quan tâm nghiên cứu để đáp ứng các yêu cầu công nghệ. Và hệ truyền động động cơ không đồng bộ cũng không nằm ngoài phạm vi đó. Do có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như: + Trong công nghiệp: dùng làm nguồn lực cho máy cán thép vừa và nhỏ, động lực 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 làm máy bơm hay gia công nông sản. + Trong đời sống hàng ngày: động cơ không đồng bộ chiếm một vị trí quan trọng như: quạt gió, máy quay dĩa, máy bơm nước cỡ nhỏ,… Vì có những ứng dụng rộng rãi như vậy nên việc nghiên cứu, phát triển truyền động động cơ không đồng bộ là việc vô cùng ý nghĩa. Nhờ sự phát triển của công nghệ chế tạo bán dẩn mà các phương pháp điều chỉnh truyền động bằng cơ khí đang được thay thế bằng phương pháp điện. Điều đó mang lại nhiều lợi ích to lớn vì truyền động bằng phương pháp cơ khí đòi hỏi không gian lớn, cần có buồng dập hồ quang, không chắc chắn so với phương pháp truyền động bằng điện. Xuất phát từ vấn đề thực tế trên, đồ án này em sẽ nghiên cứu thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là Thyristor công suất, điều khiển động cơ 10 kW – 1460 v/ph. Trường Đại Học Quy Nhơn trang 1 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành Nội dung của đồ án gồm 5 chương: Chương I : Tổng quan hệ truyền động động cơ không đồng bộ. Chương II : Tổng quan phương pháp điều chỉnh điện trở phụ mạch roto. Chương III : Tính chọn mạch động lực. Chương IV : Tính chọn mạch điều khiển. Chương V : Đánh giá chất lượng của hệ. Dưới sự hướng dẩn trực tiếp của thầy Trương Minh Tấn sau một thời gian em đã hoàn thành đồ án này đúng thời hạn. Nhưng vì khả năng và thời gian có hạn nên đồ án này vẩn còn nhiều sai sót, rất mong sự góp ý và chỉ bảo của quí thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Minh tấn ,người đã trực tiếp hướng dẩn em, đã tạo điều kiện thuận lợi cũng như giúp đỡ em hoàn thành đồ án này đúng thời gian qui định. Quy nhơn, Ngày 23 tháng 06 năm 2009. Sinh viên Ngô Trung Thành Trường Đại Học Quy Nhơn trang 2 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ • Trong thời gian gần đây, lĩnh vực truyền động điện phát triển rất mạnh mẽ. Nhiều hệ truyền động mới ra đời đã đáp ứng được yêu cầu công nghệ kỹ thuật cao. • Như chúng ta đã biết động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nó chiếm tỉ lệ rất lớn so với các loại động cơ khác. Có được như vậy là vì ĐCKĐB có kết cấu đơn giản, dể chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. • Tuy nhiên vì việc điều chỉnh tốc độ khó hơn các động cơ một chiều nên hệ truyền động ĐCKĐB rất ít. Thời gian gần đây do sự phát triển công nghiệp chế tạo bán dẩn công suất và kỹ thuật điện tử tin học. ĐCKĐB mới được khai thác các ưu điểm của nó. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh với hệ truyền động thyristor - Động cơ một chiều. • Khác với động cơ một chiều, ĐCKĐB được cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông và mômen phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện ĐCKĐB là hệ điều chỉnh tham số có tính phi tuyến mạnh. Trước khi đi sâu vào nghiên cứu ta phải biết rõ các khái niệm về hệ truyền động điện. I.1. Khái niệm cơ bản về truyền động điện: I.1.1. Cấu trúc chung và phân loại: • Cấu trúc chung: Gồm 2 phần chính. Phần lực: là bộ biến đổi và động cơ truyền động. + Bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiều, xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (khếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu Thyristor, biến tần Tranzitor, Thyristor). + Động cơ điện như: động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ, …. Phần điều khiển: Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, thiết bị điều khiển và đóng cắt.Đồng thời một số hệ truyền động có khả ngăng ghép nói với các thiết bị tự động khác Trường Đại Học Quy Nhơn trang 3 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành • Phân loại: Có 2 loại như sau: + Truyền động không điều chỉnh: Thường động cơ nối trực tiếp với lưới điện quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định. + Truyền động có điều chỉnh: Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà có truyền động điều chỉnh tốc độ, mômen, lực kéo và vị trí.Trong cấu trúc hệ truyền động có điều chỉnh có thể là truyền động nhiều động cơ. Trong đó: + BBĐ: Bộ biến đổi + ĐC : Động cơ truyền động. + MSX: Máy sản xuất. + R : Các bộ điều chỉnh + K : Các bộ đóng cắt. + R T : Bộ điều chỉnh công nghệ. + K T : Bộ đóng cắt phục vụ công nghệ + VH : Người vận hành. + GN : Mạch nối ghép. I.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện: Là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ. • Đặc tính cơ tự nhiên: biểu hiện động cơ vận hành ở chế độ định mức trên đặc tính cơ tự nhiên có điểm làm việc định mức có giá trị: M đm và ω đm . • Đặc tính cơ nhân tạo: là khi tham số nguồn thay đổi hoặc nối thêm điện trở, điện kháng vào động cơ. Trường Đại Học Quy Nhơn trang 4 BBĐ ĐC MSX R R T K K T GN VH Hình1.1: Mô tả cấu trúc chung của hệ truyền động Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành • Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, khái niệm độ cứng đặc tính cơ: M β ω ∆ = ∆ + β : nhỏ - Đặc tính cơ mềm (đường 1) + β : lớn - Đặc tính cơ cứng (đường 2) + β → vô cùng: Đặc tính cơ tuyệt đối cứng (đường 3) • Truyền động có đặc tính cơ cứng tốc độ thay đổi rất ít khi mômen biến biến đổi lớn. Truyền động có đặc tính cơ mềm tộc độ giảm nhiều khi mômen tăng. Được biểu diển như hình 1.2 I.1.3. Đặc tính cơ của máy sản xuất: Có dạng: ( )( ) c co dm co dm M M M M α ω ω = + − Trong đó: + M co : Mômen ứng với tốc độ ω = 0. + M đm : Mômen ứng với tốc độ định mức ω = ω đm + M c : Mômen ứng với tốc độ ω • Khi α = 0 thì M c = M ddm = const: loại này có ở cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt (đường 1). • Khi α = 1: có ở máy phát một chiều tải thuần trở, ít gặp (đường 2). • Khi α = 2: mômen tỉ lệ bậc hai với tốc độ, là đặc tính của các máy bơm , quạt gió (đường 3). Trường Đại Học Quy Nhơn trang 5 Hình 1.2: Độ cứng đặc tính cơ. ω M ∆M ∆ω 2 ∆ω 1 0 2 1 3 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành • Khi α = -1: Mômen tỉ lệ nghịch với tốc độ, có ở các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn giấy, các truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại (đường 4). • Ngoài ra một số cơ cấu của các máy còn có đặc tính khác như: Mô men phụ thuộc vào góc quay, mô men phụ thuộc vào đường đi, mô men phụ thuộc vào số vòng quay, mô men phụ thuộc vào thời gian,… Hình dạng cụ thể được biểu diển trên hình 1.3. I.1.4.Trạng thái làm việc của truyền động điện: • Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện - cơ. Chính quá trình này quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện. • Định nghĩa: + Dòng công suất P đ có giá trị dương nếu nó truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ cho máy sản xuất. Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay. + Dòng công suất có giá trị âm nếu nó có chiều ngược lại. + Mômen của máy sản xuất gọi là mômen cản. Dấu âm, dương ngược lại với dấu mômen của động cơ. • Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động: Trường Đại Học Quy Nhơn trang 6 1 3 2 4 ω cđm 0 M CĐ M cđm ω M Hình 1.3. Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành d c P P P = + ∆ Trong đó: + P đ : Công suất điện. + P c : Công suất cơ. + ∆P : Tổn thất công suất. • Tuỳ vào biến đổi động năng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ: Có hai trạng thái. + Trạng thái động cơ: gồm chế độ có tải và không tải. + Trạng thái hãm: Gồm: - Hãm tái sinh: P đ < 0, P c < 0: Cơ năng biến thành điện năng trả về lưới. - Hãm ngược: P đ > 0, P c < 0: Điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất ∆P. - Hãm động năng: P đ = 0, P c < 0: Cơ năng biến thành tổn thất công suất ∆P. • Để dể hiểu và thuận tiện, hai trạng thái hãm và động cơ được biểu diển như hình sau. Trường Đại Học Quy Nhơn trang 7 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành I.1.5 . Phương trình động học của truyền động điện: • Phương trình cân bằng năng lượng của hệ truyền động điện. c W W W = + ∆ Trong đó: + W: Năng lượng đưa vào động cơ. + W c : năng lượng tiêu thụ của máy truyền động. + ∆W: Mức chênh năng lượng giữa năng lượng đưa vào và năng lượng tiêu thụ là động năng của hệ 2 1 2 W j ω ∆ = • Đạo hàm phương trình (1) và chia hai vế cho ω ta có: 2 1 1 1 1 ( ) 2 c dW dW d J dt dt dt ω ω ω ω = + Trường Đại Học Quy Nhơn trang 8 (I) – Trạng thái động cơ(II) – Trạng thái hãm (III) – Trạng thái động cơ (IV) – Trạng thái hãm P c = M đ .ω < 0 P c = M đ .ω > 0 P c = M đ .ω < 0 P c = M đ .ω > 0 Hình1.4.Trạng thái làm việc của truyền động điện trên các góc phần tư đặc tính cơ. (1) (2) (3) Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành Trong đó: M dt dW = ω 1 1 c dW M dt ω = 2 1 1 ( ) 2 d d J M dt ω ω = • Phương trình động học tổng quát: 1 2 c d dJ M J M dy dt ω ω = + + Thông thường dJ/dt = 0 nên (4)trở thành: c d M J M dt ω = + • Từ (5) ta thấy: M > M c thì dω/dt > 0 : Hệ tăng tốc. M < M c thì dω/dt < 0 : Hệ giảm tốc. M = M c thì dω/dt = 0 : Hệ làm việc ổn định. I.1.6.Điều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện: • Như đã biết khi M= M c thì hệ truyền động làm việc ổn định tĩnh. Điểm làm việc ổn định là giao điểm của hai đặc tính cơ của động cơ và của máy sản xuất. • Tuy nhiên không phải với bất kỳ động cơ nào cũng có thể làm việc với các loại loại tải mà nó phải có giao điểm giao nhau đó thoả mản điều kiện ổn định. • Để xác định điểm làm việc ta dựa vào phương trình (5) tại giao điểm. [( ) ( ) ]( ) c x x x M d M J dt ω ω ω ω ∂ ∂ = − − ∂ ∂ Điều kiện ổn định là: ( ) ( ) 0 c x x M M ω ω ∂ ∂ − 〈 ∂ ∂ Hay: β đc - β c < 0 I.2.Đặc tính cơ điện của động cơ không đồng bộ: I.2.1.Tổng quát: Trường Đại Học Quy Nhơn trang 9 (4) (5) Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành • Như đã biết, quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ: ω = f(M) hoặc n = f(M). • Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất: ω c = f(M c ) hoặc n c = f(M c ). • Các biểu thức trên có thể biểu diển ở dạng hàm thuận hoặc hàm ngược ví dụ như: ω = f(M) hay M = f(ω). • Trong kỹ thuật điện để đơn giản trong tính toán hoặc dể dàng so sánh, đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện người ta dùng hệ đơn vị tương đối. • Muốn tính đại lượng tương đối ta lấy đại lượng đó chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó. Đại lượng cơ bản thường được chọn là: U đm , I đm , ω đm , M đm , φ đm , R cb . Đại lượng tương đối ký hiệu có dấu ∗. Vậy: dm U U U ∗ = dm M M M ∗ = cb R R R ∗ = dm I I I ∗ = dm φ φ φ ∗ = dm ω ω ω ∗ = • Tốc độ cơ bản của động cơ không đồng bộ là tốc độ đồng bộ (ω o ). • Trị số điện trở cơ bản: R cb + Động cơ không đồng bộ: Thông thường điện kháng định mức ở mỗi pha của rôto rất nhỏ so với tổng trở định mức nên có thể coi gần đúng là: R 2cb = Z 2cb . Khi mạch rôto đấu sao tacó: 2 2 2 3 nm cb dm E R I = Trong đó:+ E 2nm : sức điện động ngắn mạch + I 2dm : dòng điện định mức ở mỗi pha Khi mạch rôto đấu tam giác thì: 2 2 1 2 cb cbY R R ∆ = I.2.2.Phương trình đặc tính cơ: Trường Đại Học Quy Nhơn trang 10 [...]... của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn khi thay đổi điện trở phụ Để điều chỉnh được điện trở mạch rôto ta có thể dùng các phương pháp sau: - Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng cách dùng con trượt - Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng cách dùng Côngtăctơ - Phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung điện trở Phương pháp này chỉ thích hợp với những động cơ điện. .. E2 Hình 1.20a Sức điện động đưa vào sơ đồ tầng là xoay chiều 1.20b Sức điện động đưa vào sơ đồ tầng là một chiều Nguyên lý điều chỉnh công suất trượt thường được áp dụng cho những truyền động công suất lớn, khi đó làm việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩa lớn I.5.6 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto dây quấn bằng cách thay đổi điện trở mạch rôto Đối với động cơ rôto dây quấn người ta thường... động cơ điện rôto dây quấn vì đặc điểm của loại động cơ này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây rôto Dùng trong động cơ rôto dây quấn có thể đạt được mômen mở máy lớn đồng thời có dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào có dòng điện mở máy nhỏ thì dùng động cơ điện loại này Nhược điểm của loại động cơ điện rôto dây quấn là rôto dây quấn chế tạo phúc tạp nên đắt, bảo quản khó khăn, hiệu suất cũng thấp... tính cơ của động cơ không đồng bộ 3U f 1'2 R2 ' M=   R2 ' 2 ω1  ( R1 + ) + X nm 2  s s   Ta thấy các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ • Ảnh hưởng điện trở , điện kháng mạch stato: bằng việc nối thêm điện trở phụ R1f và X1f vào mạch stato • Ảnh hưởng điện trở mạch rôto: đối với động cơ rô to dây quấn nối thêm điện trở phụ R2f vào mạch stato • Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới cấp cho động cơ. .. Thành Vậy điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi hệ số trượt (s) chính là thay đổi điện áp đặt vào stato, thay đổi công suốt trượt (sơ đồ tầng), thay đổi điện trở mạch rôto I.5.4 Thay đổi điện áp nguồn cấp vào stato của động cơ không đồng bộ: Có nhiều cách điều chỉnh điện áp nguồn cấp vào stato động cơ không đồng bộ • Dùng biến áp tự ngẫu: Biến áp tự ngẫu là một bộ biến đổi điện áp xoay chiều đặt... điều kiện làm viêc bình thường thì động cơ điện có hệ số trượt rất nhỏ, do đó tốc độ động cơ điện gần bằng tốc độ đồng bộ (n1) n1 = 60f p Từ đó ta thấy n1 tỷ lệ nghịch với p, khi tần số không đổi nếu ta thay đổi số đôi cực của động cơ thì ta sẽ thay đổi được tốc độ của động cơ đó Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu đôi cực thì tốc độ động cơ có bao nhiêu cấp tương ứng Ta có thể dùng phương pháp này... ly tâm, quạt gió I.5.3.Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto dây quấn bằng cách thay đổi hệ số trượt (s) Như ta đã biết, mômen của động cơ tỷ lệ thuận với bình phương điện áp đăt vào stato, phụ thuộc vào công suất trượt của động cơ, phụ thuộc vào điện trở rôto Như vậy, khi thay đổi các thông số này thì mômen cực đại của động cơ cũng thay đổi, kéo theo hệ số trượt (smax) thay đổi hay tốc độ ωmax... tự động hoá, do vậy các chỉ tiêu điều chỉnh không cao, dẫn đến ít được dùng trong thực tế Ngoài ra còn dùng cuộn kháng bão hào và dùng bộ biến đổi thysistor để thay đổi nguồn cung cấp điện áp vào stator của động cơ I.5.5.Điều chỉnh tốc độ động cơ rôto dây quấn bằng cách thay đổi công suất trượt Nói chung, các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi các thông số của động. .. động năng của ĐCKĐB trang 34 Đồ án tốt nghiệp SVTH : Ngô trung Thành • Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi hãm động năng kích từ độc lập được biểu diển như trên hình vẽ ω 3 TN 2 1 ωth2 ωt h1 Mth2 Mth1 0 Hình 1.26 Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập của ĐCKĐB I.7.Điều chỉnh tốc độ truyền động điện: • Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện tác động lên hệ. .. phù với bất kỳ loại tải nào, ứng với mọi tải nhất định sẽ có quy luật thay đổi U/f =constant thì phù hợp với loại tải đó Ngoài ra, phương pháp này còn phù hợp cho điều chỉnh động cơ rôto lồng sóc, điều chỉnh bằng phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ một cách liên tục trong phạm vi rộng Nhược điểm của của phương pháp này là giá thành cao I.5.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng . này em sẽ nghiên cứu thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là Thyristor công suất, điều khiển động cơ 10 kW – 1460 v/ph. Trường. độ cơ bản của động cơ không đồng bộ là tốc độ đồng bộ (ω o ). • Trị số điện trở cơ bản: R cb + Động cơ không đồng bộ: Thông thường điện kháng định mức ở mỗi pha của rôto rất nhỏ so với tổng trở. động cơ không đồng bộ là việc vô cùng ý nghĩa. Nhờ sự phát triển của công nghệ chế tạo bán dẩn mà các phương pháp điều chỉnh truyền động bằng cơ khí đang được thay thế bằng phương pháp điện.
- Xem thêm -

Xem thêm: thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là thyristor công suất, thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là thyristor công suất, thiết kế hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung với van bán dẩn là thyristor công suất

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn