ĐỒ ÁN_ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN.doc

ĐỒ ÁN_ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

II Tính toán và dựng đặc tính cơ tự nhiên của động cơ 4

III Tính toán bộ nguồn chỉnh l u 5

1 Tính toán máy biến áp chỉnh lu 5

Xác định hàm truyền của các khâu và của hệ 15

III Xây dựng đặc tính cơ của hệ tự động 18

IV Tính thời gian khởi động động cơ 19

Lời nói đầu

Ngày nay ,không chỉ ở các nớc phát triển ,ngay ở nớc ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong sinh hoat gia đình các xí nghiệp và nhà máy nh xi măng ,thuỷ điện giáy ,đờng ,dệt ,sợi ,đóng tàu là những minh chứng.

Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới dây trruyền sản xuất mới ,đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ s điện những kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất và thiết bị điều khiển các thầy đã cho chúng em từng bớc tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án môn hoc điện tử công suất và thiết bị điều khiển.

Ngày nay, nền kinh tế nớc ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng nâng cao nhanh chóng Nhu cầu về tự động hoá trong các lĩnh vực công nghiệp cũng nh các lĩnh vực khác tăng trởng không ngừng Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ s phải nắm bắt và thiết kế ra những hệ điều khiển tự động phục vụ thiết thực cho các lĩnh vực của cuộc sống

Đồ án môn học là một yêu cầu cần thiết và bắt buộc với sinh viên ngành tự động hoá Nó kiểm tra và khảo sát trình độ thực tế của sinh viên và giúp cho sinh viên có t duy độc lập vơí công việc Mặc dù vậy , với sinh viên cha có nhiều kinh nghiệm thực tế , cần có sự giúp đỡ của các thầy cô giáo nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bùi Đình Tiếu đã h-ớng dẫn , chỉ bảo em tận tình để em hoàn thành tốt đồ án này.

Hình 1 là sơ đồ nguyên lý của hệ CL - Đ, gồm bộ chỉnh lu ba pha có các van tiristo T1, T2, T3 nối hình tia, máy biến áp nối Y/Y và cuộn kháng lọc KL cấp điện cho phần ứng của động cơ kích từ độc lập Đ Bộ chỉnh lu chỉ tạo ra điện áp một chiều Ud

có cực tính không đổi nh hình vẽ, dòng điện phần ứng I cũng chỉ có thể chảy theo một chiều ( thuận chiều van bán dẫn )

Nh ta đã biết khi dặt điện áp nguồn xoay chiều vào biến áp, các điện áp pha thứ cấp U2a, U2b, U2c xoay chiều hình sin đặt lên anôt của các tiristo T1, T2, T3 Nếu các tiristo này nhận đợc xung điện áp dơng trên cực điều khiển vào lúc anôt của chúng d-ơng hơn catôt thì chúng sẽ thông, và trên hai đầu phần ứng động cơ sẽ nhận đợc điện áp uCL- gọi là điện áp chỉnh lu có dạng nhấp nhô theo các đỉnh hình sin của điện áp

thứ cấp máy biến áp nh đồ thị trên Nh vậy điện áp chỉnh lu có chứa thành phần một chiều Ud và thành phần xoay chiều Ud~ Tuy nhiên, chỉ có thành phần một chiều Ud

tạo dòng điện thuần một chiều và momen động cơ.

II Tính toán và dựng đặc tính cơ tự nhiên của động cơ

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ một chiều kích từ độc lập có dạng đờng thẳng tuyến tính do đó muốn dựng đợc thì chỉ cần xác định đợc 2 điểm bất kỳ mà đặc tính cơ đi qua, ở đây ta sẽ xác định 2 điểm: điểm định mức [Mđm, ωđm] và điểm không tải

Pđm = 13,5 ( KW ) là công suất của động cơ

Nh vậy ta có điểm thứ nhất trên đờng đặc tính cơ cần tìm [122,7 ; 110].

Uuđm = 220 ( V ) l à điện áp định mức đặt v o dây quà ấn phần ứng Iuđm = 73,5 ( A ) l dòng à điện đinh mức trong dây quấn phần ứng.

Ta được điểm thứ hai của đặc tính [0 ; 114,6] v dà ựng được đường đặc tính cơ tự nhiên như sau

Đụ̣ sụt tụ́c nằm trong giới hạn dưới 5%, đảm bảo đụ̣ chính xác duy trì tụ́c đụ̣ làm viợ̀c khi phụ tải biờ́n thiờn.

• Đụ̣ cứng đặc tính cơ tự nhiờn có thờ̉ xác định theo cụng thức

Vọ̃y đặc tính cơ này cứng

III.Tính toán bộ nguồn chỉnh lu

1 Tính toán máy biến áp chỉnh lu

• Điện áp pha thứ cấp định mức U2đm của máy biến áp đợc tính theo công thức:

Id = Iuđm= 73,5 ( A ) là dòng điện tải

• Điện áp pha sơ cấp định mức U1đm của máy biến áp là U1đm = 220 ( V )

• Dòng điện pha sơ cấp định mức I1đm của máy biến áp đợc tính theo công thức :

• Công suất biểu kiến SBA của máy biến áp

SBA = Ks.Pdmax = Ks.Uuđm.Iuđm

Trong đó

Ks = 1,34 là hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực Pdmax là công suất cực đại của động cơ

Uuđm là điện áp định mức của động cơ Iuđm là dòng điện định mức của động cơ

⇒ SBA = 1,34 220 73,5 = 21,7 ( kVA )

Các van động lực đợc lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải Id = Iuđm = 73,5 A, sơ đồ chỉnh lu tia ba pha, điều kiện tỏa nhiệt, điện áp làm việc Udo = 235 V Các thông số của van động lực đợc tính nh sau:

• Điện áp ngợc lớn nhất mà thyristor phải chụi: Trong đó KdtU : hệ số dự trữ điện áp chọn KtdU = 1,8

• Dòng điện làm việc của van đợc tính theo dòng điện dòng hiệu dụng: Ilv = Ihd = Khd Id

Trong đó với sơ đồ chỉnh lu tia ba pha thì Khd = 0,58

⇒ Ilv = 0,58.73,5 = 42,63( A )

Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả nhiệt không có quạt đối lu không khi với điều khiển đó dòng điện định mức của van Iđmv cần chọn là

Iđmv = Ki Ilv

Trong đó Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn Ki = 3,2

⇒ Iđmv = 3,2 42,63 = 136,4( A )

Từ các thông số Unv , Iđmv ta chọn 3 tiristor loại 151RB100 có các thông số sau Điện áp ngợc cực đại của van: Un = 1000( V )

Dòng điện định mức của van: Iđm = 150( A )

Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 3300(A)

Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 200( mA ) Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 2,5( V) Dòng điện rò: Ir = 15( mA)

Sụt áp lớn nhất của Thyistor ở trạng thái dẫn là: ∆U = 2,2( V )

Thời gian chuyển mạch: tcm = 40( às )

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 125 ( oC )

Chọn dải điều chỉnh tốc độ của động cơ D = 10:1.

Tốc độ lớn nhất trong dải điều chỉnh ωmax = ωđm = 110 ( rad/s ) Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh là

Sức điện động của bộ chỉnh lu tơng ứng với ωmin là

Ebmin = Udo.cosαmax = K.Φđm.ωmin + (RCL + Ru).Iuđm

RBA: điện trở của dây quấn máy biến áp, gồm điện trở cuộn thứ cấp và điện trở cuộn sơ cấp quy đổi về mạch thứ cấp

RBA = 0,1 ( Ω )

RKL: điện trở cuộn kháng lọc ( thờng rất nhỏ RKL≈ 0 )

Rcm: điện trở đẳng trị xét đến phần sụt áp do hiện tợng chuyển mạch

Với động cơ không có cuộn bù lấy γ = 0,5

IV Tính toán và dựng đặc tính cơ của hệ CL - Đ

Nếu biểu thị bộ chỉnh lu bằng nguồn sức điợ̀n đụ̣ng Eb, điện trở trong RCL, van một chiều V, cùng với mạch của động cơ ta đợc sơ đồ thay thế của hệ nh sau

Thay Eb = Udo.cosα vµ E = K.Φ.ω vµo biÓu thøc trªn ta cã

• Các đờng đặc tính không kéo dài sang phía trái trục tung vì các van không cho dòng điện chạy theo chiều ngợc.

Chơng II

Hệ tự động hạn chế dòng điện khởi động

I Sơ đồ nguyên lý

Với thông số đợc điều chỉnh là dòng điện khởi động của động cơ ta sử dụng nguyên lý điều chỉnh theo sai lệch, ta lấy tín hiệu phản hồi âm dòng điện trên điện trở Rđ, kết hợp với khâu “ ngắt ” dùng điot ổn áp Vo có ngỡng thông Uo = Rdo .Ing (Ing gọi là dòng ngắt, là giá trị chọn trớc để cho khâu phản hồi bắt đầu làm việc) Sơ đồ nguyên lý của hệ có dạng nh hình vẽ dới đây

Hình 3

Ta có

Uđk = Uđ – Uphngắt

Uphngắt = Rđo.Iu - Uo

Khi dòng điện Iu > Ing thì Rđo.Iu > Uo Vo sẽ thông và điện áp phản hồi ngắt Uphngắt > 0 và đợc tính theo biểu thức sau

Uphngắt = Rđo.Iu – Uo = Rđo.( Iu – Ing ) Điện áp điều khiển vào bộ biến đổi sẽ là :

Uđk = Uđ - Uphngắt = ( Uđ + Rđo.Ing ) – Rđo.Iu

Và sức điện động của bộ biến đổi sẽ phụ thuộc vào dòng I : Eb = KCL.Uđk = KCL.( Uđ + Rđo.Ing ) – KCL.Rđo.Iu

Khi dòng điện tăng ( Iu> Ing ), Eb sẽ giảm và tốc độ động cơ sẽ giảm mạnh sao cho khi ω = 0 thì Inm = Icp Ta đợc đoạn 1 trên đờng đặc tính cơ ở trên

Khi dòng điện không lớn ( Iu ≤ Ing ), điện áp rơi trên điện trở Rđo nhỏ hơn ngỡng thông của điôt ổn áp ( Rđo.Iu < Uo ), van này khóa, khâu phản hồi dòng sẽ bị ngắt ( Uphngắt = 0 ) Nh vậy trong vùng dòng điện 0 < Iu < Ing, hệ sẽ làm việc trên đặc tính cơ

Víi chØnh lu tia 3 pha th× τmax = 0,0066 ( s ) T®k = 0 : qu¸n tÝnh m¹ch t¹o xung – pha.

Cho ω = 0 ( rad/s ), Iu = Idừng = 2.73,5 = 147 ( A ), K.Φ = K.Φđm = 1,92 ( Wb ),

1.Hàm truyền của khâu động cơ

Hàm truyền của khâu động cơ là

Thay vµo biÓu thøc ( 8 ) ta cã

2.Hµm truyÒn cña kh©u chØnh lu cã ph¶n håi dßng

Hµm truyÒn cña kh©u ph¶n håi dßng cã d¹ng nh sau

3.Hµm truyÒn cña toµn hÖ thèng

Hµm truyÒn cña toµn hÖ thèng ( Mc = 0, Uo = 0 )

Khi M = 0 thay vào phơng trình ( 12 ) ta có ωo = 132,18 ( rad/s ) vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tinh cơ cần tìm là [ 0 ; 132,18 ].

Khi Iu = Ing = 1,5 Iđm khi đó M = K.Φđm.Iu = K.Φđm.1,5.Iđm = 1,92.1,5.73,5 = 211,68 ( N.m ) Thay vào ( 12 ) ta có ω = 98,31 ( rad/s ) Vậy ta có điểm thứ hai trên dặc tính

Khi ω = 0 tức Iu = Idừng = 2Iđm từ phương trình ( 13 ) ta có M = 283,64 ( N.m ) Vọ̃y ta có điờ̉m thứ ba trờn đặc tính cơ cõ̀n tìm là [ 283,64 ; 0 ].

Ta có đặc tính của hợ̀ tự đụ̣ng là

IV Tính thời gian khởi động động cơ

Ứng với Mc = 0,3.Mđm ta có theo phương trình ( 12 ) tụ́c đụ̣ làm viợ̀c của đụ̣ng

Từ phương trình ( 12 ) ta có M = 826,125 – 6,25.ω ( 14 )

Thời gian khởi động của động cơ t được tính từ biểu thức

Vậy thời gian khởi động động cơ từ tốc độ ω = 0 đến tốc độ xác lập ( sai khác khoảng 5 % ) là

t = t1 + t2

⇒ t = 0,283 + 0,14 = 0,423 ( s )