Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng thyristor
Mục lục 1 Lời nói đầu Trong thời đại ngày nay, truyền động điện đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống nhờ những ưu thế của nó như kết cấu gọn nhẹ, độ bền và độ tin cậy cao, tương đối sạch nên không gây ra các vấn đề về môi trường. Bên cạnh đó truyền động điện còn có một ưu thế rất nổi bật, đặc biệt với truyền động điện một chiều, là khả năng điều khiển rễ ràng. Chính vì vậy mà truyền động điện một chiều có vai trò quan trọng trong các dạng truyền động hiện dang dùng, nhất là trong lĩnh vực đòi hỏi khả năng điều khiển cao như trong các máy sản xuất. Tuy nhiên, truyền động điện một chiều đòi hỏi phải có nguồn điện một chiều với các cấp điện áp khác nhau là loại nguồn điện phi tuyến tiêu chuẩn trong sản xuất điện năng. Vì vậy, việc tạo ra những bộ nguồn một chiều thích hợp đã và đang là vấn đề được tạo ra.Trong một số trường hợp, người ta dùng các nguồn điện hóa như pin, acquy. Nhược điểm cuả loại nguồn này là giá thành thường khá cao và tăng nhanh theo công xuất. Trong một số trường hợp khác, người ta dùng nguồn máy phát một chiều có khả năng cho công suất lớn nhưng giá thành vẫn khá cao và kết cấu lai cồng kềnh. Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành kỹ thuật bán dẫn, các bộ nguồn dùng chỉnh lưu bán dẫn ngày càng chiếm ưu thế nhờ kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất và độ tin cậy cao, giá thành hạ, không có tiếng ồn. Cũng chính nhờ có loại nguồn này mà truyền động điện một chiều ngày càng trở lên tiện lợi và được ứng dụng rộng rãi hơn. Với đề tài em được giao là: “Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng Thyristor”. Đây là đề tài có tính thực tiễn cao vì máy điện một chiều được sử dụng rất nhiều trong thực tế cuộc sống. Trong quá trình làm đồ án em được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong Bộ môn Tự động hóa, Trường Đại Học Sao Đỏ. Đặc biệt là cô giáo hướng dẫn Phạm Thị Diễm Hương. Cô đã giúp cho chúng em hiểu và nắm vững hơn về động cơ điện một chiều. Và đã giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. 2 Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.Đặt vấn đề Cùng với sự tiến bộ của văn minh nhân loại chúng ta có thể chứng kiến phát triển rầm rộ kể cả về quy mô lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại.Trong sự phát triển đó,ta cũng có thể dễ dàng nhận ra và khẳng định rằng điện năng và máy tiêu thụ điện năng đóng vai trò quan trọng không thể thiếu được nếu không muốn nói là chủ chốt. Nó luôn đi trước một bước làm tiền đề,nhưng cũng là mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không một quốc gia nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện. Động cơ điện một chiều cũng được coi là một loại máy quan trọng có khả năng điều chỉnh tốc độ tốt, mở máy lớn và quá tải. Động điện xoay chiều không thể thay thế hoàn toàn động cơ điện một chiều đặc biệt trong ngành công nghiệp, giao thông vận tải, các thiết bị điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện. Cũng vì vậy mà động cơ điện có giá thành cao, chế tạo bảo dưỡng phức tạp. a. Khái niệm Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay,làm theo nguyên lý điện từ,khi đặt trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động. Động cơ biến đổi điện năng thành cơ năng. b. Cấu tạo Gồm hai phần: - Phần tĩnh hay Stato (phần cảm) - Phần quay hay Roto (phần ứng) c. Ưu điểm của động cơ một chiều 3 Động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điề khiển tốc độ quay lien tục trong phạm vi rộng ( như trong máy cán thép , máy công cụ lớn, đầu máy điện…). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn… nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. Ưu điểm của động cơ một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản than động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần…) rất đắt tiền thì động cơ một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. Ngày nay, hiệu suất của động cơ một chiều công suất nhỏ khoảng 70% ÷ 85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn hơn khoảng 85% ÷ 94%. Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 10000kW điện áp vào khoảng vài tăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tao những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ đọc lập. Phương pháp được chọn là bộ băm xung… đây có thể chưa là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất nhưng nó được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm mà ta sẽ phân tích và đề cập sau này. 1.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ một chiều có thể phân tích thành hai thành phần chính: phần tĩnh và phần động. 4 1.2.1. Phần tĩnh (stato) Hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường. Gồm có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện). - Mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc) - Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ (êmay). Các cuộn dây điện từ này được nối tiếp với nhau. a. Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm cơ lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kĩ thuật điện hay thép cacbon dày từ 0,5mm đến 1mm Đp lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được làm bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây được bọc cách điện kĩ thành một khối tầm sơn cách điện trước khi đặt trên cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ. Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên than cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c. Gông từ Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. d. Các bộ phận khác. 5 Bao gồm: - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho nguồi khỏi chạm điện. Trong máy điện nhỏ và vừ nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thườn làm bằng gang. - Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sauk hi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. 1.2.2. Phần quay (Rôto) Bao gồm những bộ phận chính sau: Là phần sinh ra suất điện động. Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (là thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng (làm bằng dây điện từ). Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối nhau theo một quy luật nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng goi là phiến góp. 6 Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục goi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp chổi than lamg bằng graphit và được ghép sát vào thành cố góp nhờ lò xo. a. Lõ sắt phần ứng Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi Đp chặt lại để giảm tổn hao do dòng xoáy gây nên. Trên là thép có dập hình dạng rãnh để sau khi Đp lại thì chặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những thông gió để khi Đp lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn Êy có để một khe hở thông gió, khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lỡi sắt phần ứng được Đp trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thep kĩ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. b. Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Day quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit. c. Cổ góp 7 Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mika dày từ 0,4mm đến 1,2mm và hợp thành một hình trụ tròn, hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp chữ V Đp chặt lại. Giữa vành cổ góp có cao lêm một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng. 1.3. Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng: - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ - Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phẩn ứng. Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng cơ điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực dụng làm rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái . Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.Do có phiến góp nhiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động E ư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiều suất điện động E ư ngược chiều dòng điện I ư nên E ư được gọi là sức phản điện động. Phương trình cân bằng điện áp: U= E ư +R ư .I ư + I ư .di/dt 8 Mạch rôto Chổi than Chổi than fhdsgfbffffsddbdttthan tthan Lõi thép Trục Trục Cổ góp M M ω ω ω0 ω0 Mđm Mđm ωđm1 Đặc tính cơ tự nhiên b. Đặc tính cơ nhân tạo ωđm2 Hình 1.2. Cấu tạo của động cơ 1.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Đặc tính cơ của động cơ một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay của động cơ: ω=f (M) hoặc n=f(M) Trong đó: ω – tốc độ góc (rad/s) n – tốc độ quay (v/ph) M – mômen(Nm) Có hai loại đặc tính cơ: đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo: Hình 1.3. Các đặc tính cơ động cơ điện 1 chiều 9 ω đm 1.5. Phân loại Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ra có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. 1.5.1. Kích từ độc lập Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn. mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên: I= I ư 1.5.2. Kích từ song song Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi. mạch kích từ đươc mắc song song với mạch phần ứng nên: I =I ư + I t 1.5.3. Kích từ nối tiếp Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiêt diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít. Chế tạo dễ dàng nên ta có: I =I ư = I t . 1.5.4. Kích từ hỗn hợp Ta có : I=I ư + I t Với mỗi loại động cơ trên là tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề tài này ta chỉ xét đến động cơ một chiều kích từ động lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này. 10 [...]... const Ta cú : = U K e 0 = U Ke R + Rf KeKM 2 M Khi tng in tr ph thỡ : = = const R + Rf KeKM 2 Ta c h cỏc ng c tớnh c nh sau : TN 0 R f1 R f2 0 M Hình1.8: Họ đặc tính cơ động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ * Nhn xột : Khi tng in tr ph trong mch phn ng ng c thỡ dc c tớnh c cng ln ,c tớnh c mm v n nh tc cng kộm 16 sai s tc cng ln Tc khụng ti khụng i v = 0, cũn xt tc tng... = U - I R = U Ke R I Ke M mụ men ng c l: M = K M I I = M KM = U Ke = 0 R M KeKM - vi : 0- gi l tc khụng ti lý tng - st tc 12 1.6.3. th c tớnh c 0 M 0 Hình1.5: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Ta cú phng trỡnh c tớnh Trong ú: c gi l st tc ng vi giỏ tr M 13 1.7 Cỏc phng phỏp iu chnh tc ng c in mt chiu kớch t c lp T phng trỡnh c tớnh c : = U Ke R M KeKM Ta cú ba phng phỏp...1.6 c tớnh c v iu chnh tc ca ng c in mt chiu kớch t c lp 1.6.1 S v nguyờn lý hot ụng - U + Iđc E Ikt Ck + Rkt U - kt Hình1.4: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập tin hnh m mỏy,t mch kớch t vo ngun U kt,dõy cun kớch t sinh ra t thụng .Trong tt c cỏc trng hp,khi m mỏy cng phi m bo cú max tc l phi gim in tr ca mch kớch t R kt n nh nht cú... Um , in tr R = R v cng khụng c gim t thụng gn v 0 Khi t thụng gim thỡ : 0 = U Ke = R KeKM 2 M Do ú ta thu c h cỏc ng c tớnh c sau : 02 2 01 1 0 đm 0 M Hình1.7: Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ * Nhn xột : Nh vy khi gim t thụng thỡ tc khụng ti tng lờn nhng xt tc tng gp 2 ln Do ú ta thu c h cỏc ng c tớnh c cú dc hn v cú tc khụng ti ln hn Vỡ vy cng gim t thụng thỡ... nguyờn lý MBA a S nguyờn lý b. th in ỏp Hỡnh 2.1 S nguyờn lý v gin in ỏp chnh lu 1 pha mt na chu k Trong mch ny thyristor T c iu khin bng cỏc xung dũng in I G xut hin chm sau in ỏp u mt gúc no ú trong hỡnh 3 1a Khi cú tớn hiu iG ,thyristor s m,nờn gúc c gi l gúc m chm ca thyristor Khi thyristor m thỡ in ỏp 2 u ph ti: 19 = sint Cũn dũng in id qua ph ti c xỏc nh bng phng trỡnh L + = sint Nghim ca... gúc tt dũng vi = + 23 Khi = v = thỡ gia tr dũng cú giỏ tr cựng vi c Cỏc biu thc tớnh toỏn + Giỏ tr trung bỡnh ca ti: = sint.dt cos Vi gúc l gúc m ca thyristor + Giỏ tr in ỏp ngc t trờn thyristor: = 2 + Giỏ tr trung bỡnh ca dũng in chy qua thyristor: = + Giỏ tr trung bỡnh ca dũng in chy qua ti: = Nhn xột: + u im: Cú cht lng tt hn chnh lu 1 pha mt na chu kỡ Dũng in qua van khụng ln, in ỏp ri... khn khi ch to, vn hnh v sa cha 2.3 Chn s chnh lu Trong cỏc s chnh lu ó nờu trờn, chnh lu cu 1 pha dựng thyristor cú cht lng in ỏp mt chiu tt hn chnh lu 3 pha dựng thyristor, biờn p mch tt v iu khin n gin nờn em chn s chinh lu cu 1 pha hp lý hn c Kt lun: Da vo s liu Chn s chnh lu cu 1 pha dựng thyristor S : 36 ... U2 0 Ud R + Dũng in trung bỡnh qua ti: I IT = d 2 + Dũng in trung bỡnh qua van: Id = 2.2.3.2 Ti R +L a.S nguyờn lý 26 Hỡnh 2.8 S nguyờn lý chnh lu cu 1 pha dựng thyristor ti R+L b.Nguyờn lý hot ng Hỡnh 2.9 th in ỏp chnh lu cu 1 pha dựng thyristor ti R+L Gi s trc thi im (=1) T2, T4 ang m, T1,T3 khúa + Ti thi im (=1), cp xung cho T1, T3=> T1 ,T3 m; T2,T4 khúa Dũng in i t A T1LRT3 B ; in ỏp trờn ti... in ỏp phn ng ng c v gi t thụng = m = const , in tr R = R Khi gim in ỏp thỡ : 0 = U Ke = R M = const KeKM 2 Do ú ta thu c h cỏc ng c tớnh c sau : 0 1 Uđm 2 U1 U2 0 M Hình1.6: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp * Nhn xột : Khi ta gim in ỏp t vo phn ng ng c thỡ tc khụng ti gim xung,cũn xt tc khụng i in ỏp phn ng cng gim ,tc ng c cng nh Do ú ta thu c h cỏc ng c tớnh c song song vi ng c tớnh... v dn chuyn xung õm, nhng do sut in ng t cm sinh ra trong L lm cho van T2 ,T4 tip tc dn n ( = 3) c Cỏc biu thc tỡnh toỏn + Giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ti: = sint.dt cos + Giỏ tr in ỏp ngc t trờn mi van thyristor: = 2 + Giỏ tr dũng in qua ti: + Giỏ tr trung bỡnh ca dũng in chy qua mi van: = Nhn xột: 27 + u im: Cú cht lng tt hn chnh lu 1 pha mt na chu kỡ Dũng in qua van khụng ln, in ỏp ri trờn van nh . có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng: - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích. này mà truyền động điện một chiều ngày càng trở lên tiện lợi và được ứng dụng rộng rãi hơn. Với đề tài em được giao là: Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều sử dụng Thyristor phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập Từ phương trình đặc tính cơ : φφ − U R K e K M K e ω = M Ta có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều :