›
›

Đồ án Dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ

doc 39 trang ngocly 1410
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • docdo_an_dong_dien_mo_may_cua_dong_co_khong_dong_bo.doc

Nội dung text: Đồ án Dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ

  1. Đồ án điện tử công suất ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện : Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 1
  2. Đồ án điện tử công suất MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG I: 4 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ 4 A. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 4 I.CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM 4 II.ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: 5 B.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC 6 C.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 7 CHƯƠNG II: 8 CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ,ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN.8 A.CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ: 8 I.MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC 8 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY 8 B.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA TỪNG PHƯƠNG ÁN 9 C.PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN 10 I.PHƯƠNG PHÁP DÙNG BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA 10 II. PT HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG ĐCKĐB XOAY CHIỀU 3 PHA 10 CHƯƠNG III: 14 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 14 I. TÍNH TOÁN CHO VAN 15 II.TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO VAN DẪN 17 CHƯƠNG IV: 21 TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 21 I.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21 III.YÊU CẦU VÀ MỤC ĐÍCH 23 CHƯƠNG V 36 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BẰNG PSIM 36 I.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 36 II.CẤU TRÚC CỦA KHỐI THYRISTOR SONG SONG NGƯỢC 37 KẾT LUẬN 39 Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 2
  3. Đồ án điện tử công suất LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất nhiều loại máy móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, nguồn 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 máy gia công sản phẩm,trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm được một vị trí quan trọng: Quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, Bởi nó có những ưu điểm nổi bật hơn so với máy điện một chiều cũng như máy điện đồng bộ, đó là:Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,làm việc chắc chắn, vận hành tin cậy, chi phí vận hành, bảo trì sửa chữa thấp, hiệu suất cao, giá thành hạ. Tuy nhiên, máy điện không đồng bộ chủ yếu được sử dụng ở chế độ động cơ và động cơ điện. Chúng có một số nhược điểm đó là dòng điện khởi động động cơ không đồng bộ thường lớn(từ 4 đến 7 lần dòng điện định mức). Dòng điện mở máy quá lớn không những làm cho máy bị nóng mà còn làm cho điện áp lưới giảm sút nhiều, nhất là đối với những lưới điện công suất nhỏ. Do đó vấn đề đặt ra là ta phải giảm được dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ , đặc biệt là đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Bởi vì việc tác động vào động cơ rôto lồng sóc khó khăn so với động cơ không đồng bộ rôto dây quấn. Đối với động cơ đồng bộ mặc dù có cấu tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có những đặc tính quí giá như hệ số công suất cosφ rất cao, không cần lấy công suất phản kháng từ lưới và khả năng tải lớn hơn do mômen chỉ tỷ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy người ta cố gắng khắc phục những nhược điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm ra phương pháp khởi động động cơ một cách hiệu quả nhất được quan tâm thường là khởi động động cơ theo phương pháp không đồng bộ. Trong quá trình hoàn thành bản đồ án này, do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm, nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Nhóm chúng em rất mong được sự nhận xét, chỉ bảo của thầy qua đó, chúng em có kiến thức sâu hơn về thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển cho bộ khởi động mềm động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 3
  4. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ A. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ I.CẤU TẠO VÀ ĐẶC ĐIỂM 1. Cấu tạo: 1.1 Cấu tạo phần tĩnh (Stato): Gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn. 1.1.a Vỏ máy: Vỏ máy thường làm bằng gang. Đối với máy có công suất lớn (1000 kw), thường dung thép tấm hàn lại thành vỏ. Vỏ máy có tác dụng cố định và không dùng để dẫn từ. 1.1.b Lõi sắt: Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại. Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi thép có xể rãnh để đặt dây quấn. 1.1.c Dây quấn: Dây quấn được đặt vào các rãnh của lõi sắt và cách điện tốt với lõi sắt. Dây quấn stato gồm ba cuộn dây đặt lệch nhau 120º. 1.2 Cấu tạo phần quay (Rôto): 1.2.a Trục: Làm bằng sắt, dùng để đỡ lõi sắt rôto. 1.2.b Lõi sắt: Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn. 1.2.c Dây quấn stato: Gồm hai loại: Loại rôto dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc. * Loại rôto kiểu dây quấn: Dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng số cực stato. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao (Y). Ba đầu kia nối vào ba vòng trượt bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa điện trở phụ vào mạch rôto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ. * Loại rôto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với loại dây quấn stato. Mỗi rảnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch đông hoặc nhôm, làm thành một cái lồng người ta gọi đó là lồng sóc. 1.3 Khe hở: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 4
  5. Đồ án điện tử công suất Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2mm ÷1mm). Do đó rôto là một khối tròn nên rôto rất đều. 2. Đặc điểm của động cơ không đồng bộ: - Cấu tạo đơn giản. - Đấu trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha. - Tốc độ quay của rôto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n1. Trong đó: n tốc độ quay của rôto. n1 tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của đông cơ). II.ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: Ngày nay, các hệ thống điện được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị hoặc dây truyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong các thiết bị điện dân dụng Ước tính có khoảng 50% điện năng sản ra xuất được tiêu thụ bơi các hệ thống truyền động điện. Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc tố độ thay đổi được. Hiện nay khoảng 75 – 80% các hheej truyền động là loại hoạt động với tốc độ không đổi. Với các hheej thống này, tố độ của động cơ hầu như không cần phải điều khiển trừ các quá trình khởi động và hãm. Phần còn laị, các hệ thống có thể điều khiển được tốc độ để phối hợp đặc tính cơ và đặc tính tải theo yêu cầu. Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn và kỹ thuật vi xử lý, các hệ điều tốc sử dụng kỹ thuật điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi và là công cụ không thể thiếu trong quá trình tự động hóa. Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điiểm như: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trường độc hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao. Vì những ưu điểm này nên động cơ không đồng bộ được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất tư vài chục trới hàng trăm nghìn kW. Trong công nghiệp động cơ không đồng bộ thường được làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhỏ Trong công nghiệp được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phảm. Trong đời sống hàng ngày động cơ không động bộ ngày càng chiếm vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, máy quay đĩa Tóm lại, cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa, tự động hóa phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 5
  6. Đồ án điện tử công suất B.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ RÔTO LỒNG SÓC Kết cấu động cơ điện rôto Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc là loại máy được dùng rộng rãi nhất trong nghành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở nhà máy công nghiệp nhẹ v v trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, v.v Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa, tự động hóa và sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi lồng sóc đơn giản, làm việc chắc chắn, có đặc tính làm việc tốt nhưng đặc tính mở máy của nó không được như của động cơ điện rôto dây quấn. Dòng điện mở máy thường lớn mà mômen mở máy lại không lớn lắm. Để cải thiện đặc tính mở máy của động cơ điện rôto lồng sóc, người ta đã chế tạo ra nhiều kiểu đặc biệt trong đó hiện nay dùng nhiều nhất là động cơ điện rôto rãnh sâu và rôto hai lòng sóc hay lồng sóc kép. Động cơ điện rôto rãnh sâu lợi dụng hiện tượng từ thông tản trong rãnh rôto gây nên hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện để cải thiện đặc tính mở máy. Để tăng hiệu ứng mặt ngoài rãnh rôto có hình dáng vừa hẹp, vừa sâu, thường tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng rãnh vào khoảng 10 đến 12. Thanh dẫn đặt trong dãnh có thể coi như gồm nhiều thanh nhỏ đặt xếp lên nhau theo chiều cao và hai đầu được nối ngắn mạch lại bởi hai vành ngắn mạch, vì vậy điện áp hai đầu các mạch song song đó bằng nhau, do đó sự phân phối dòng điện trong các mạch phụ thuộc vào điện kháng tản của chúng. Khi mở máy lúc đầu dòng điện dây quấn rôto có tần số lớn nhất bằng tần số lưới f 1 từ thông tản cũng biến thiên theo tần số đó. Kết quả việc dòng điện tập trung lên trên, tiết diện tác dụng của dây dẫn coi như bị nhỏ đi điện trở rôto tăng lên và như vậy làm cho mômen mở máy tăng lên. Mặt khác dòng điện tập chung lên trên cũng làm giảm tổng từ thông móc vòng đi một ít, nghĩa là x2 sẽ nhỏ đi. Hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện phụ thuộc vào tần số và hình dáng của rãnh, vì vậy khi mở máy tần số cao, hiệu ứng mặt ngoài mạnh. Khi tốc độ máy tăng lên, tần số dòng điện rôto giảm xuống nên hiệu ứng mặt ngoài giảm đi, dòng điện dần dần phân bố lại đều đặn vì vậy dòng điện trở rôto r 2 coi như nhỏ trở lại, điện kháng tản quy đổicủa rôto do tần số lưới x 2 tăng lên, đến khi máy làm việc bình thường thì do tần số dòng điện rôto thấp khoảng 2 đến 3 Hz hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài hầu như không có. Do đó động cơ điện rãnh sâu trên thực tế có đặc tính làm việc như các máy loại thường.Trong quá trình mở máy động cơ điện, mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất trong những đặc tính mở máy của động cơ điện. Muốn cho máy quay được thì mômen Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 6
  7. Đồ án điện tử công suất mở máy của động cơ điện phải lớn hơn mômen tải tĩnh. Theo yêu cầu của nhà sản xuất, động cơ điện không đồng bộ lúclàm việc thường phải mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưói điện mà yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai. Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có tính năng mở máy thích ứng. Trong nhiều trường hợp, do phương pháp mở máy hay do chọn động cơ điện có tính năng mở máy không thích đáng nên thường hỏng máy. Nói chung khi mở máy một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau: + Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải. + Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt. + Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn. + Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt. C.YÊU CẦU CÔNG NGHỆ P = 90 kw; n = 1430v/phút; = 0,9; cos Mkd/Mdm = 1,15; Mmax/Mdm = 2; 2 Ikd/Idm = 6; J = 1,6kg/m ; U1 = 220/380v. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 7
  8. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ,ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN A.CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ: I.MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC Khi bắt đầu mở máy thì rôto đang đứng yên, hệ số trượt S=1 nên trị số dòng điện mở máy tính theo mạch điện thay thế bằng: U1 Ik 2 2 (r1 C1r2 ') (x1 C1x 2 ') Từ công thức trên ta thấy, dòng điện khởi động động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào bản thân cấu tạo của động cơ và phụ thuộc nhiều vào điện áp lưới. Trên thực tế, do mạch từ tản rất nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện mở máy còn lớn hơn so với trị số tính theo công thức trên. Ở điện áp định mức, thường dòng điện mở máy bằng 4 đến 7 lần dòng điện định mức. Điều đó làm cho không những động cơ nhanh chóng bị hỏng mà còn làm cho điện áp lưới mỗi khi khởi động giảm nhiều. Do đó nhất thiết ta phải giảm dòng điện mở máy. II. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY Các yêu cầu mở máy căn bản: - Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải. - Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt. - Phương pháp mở máy và thiết bị dùng cần dùng đơn giản, giá thành thấp, chất lượng đảm bảo. - Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt. Mở máy trực tiếp bằng động cơ điện rôto lồng sóc: Đây là phương pháp đơn giản nhất, ta đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện. Khi đó điện áp U1 đặt vào stato bằng điện áp lưới (như hình vẽ). Do đó dòng điện mở máy lớn. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 8
  9. Đồ án điện tử công suất 1.1 Hạ điện áp mở máy: Từ công thức tính dòng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện áp đặt vào stato khi mở máy thì sẽ giảm được dòng điện mở máy. Nhưng giảm điện áp mở máy thì cũng sẽ làm cho mômen mở máy giảm xuống: 2 m 1 . p .U 1 .r2 ' M k 2 2 2 f 1 [( r1 C 1 r2 ' ) ( x1 C 1 x ' 2 ) ] Do đó ta chỉ dùng phương pháp này cho các thiết bị mở máy cỡ nhỏ. 1.2 Các phương pháp: - Nối điện áp kháng trực tiếp vào mạch điện stato: khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp với một điện kháng, sau khi mở máy xong thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. - Dùng biến áp tự ngẫu: Ta sử dụng một biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi mở máy xong thì biến áp tự ngẫu được loại ra khỏi mạch. 6- Mở máy bằng phương pháp Y-∆: Phương pháp này thích ứng với những máy khi làm việc bình thường thì đấu ∆, khi máy thay đổi thì đấu Y. - Dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha sơ đồ gồm 6 thyristor đấu song song ngược. B.ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA TỪNG PHƯƠNG ÁN + Cả ba phương pháp trên đều có tác dụng giảm dòng điện mở máy nhưng trong quá trình hoạt động của động cơ khi dòng điện tăng đột ngột vì một lý do nào đó thì ba phương pháp trên không đáp ứng được (không hạn chế được dòng điện đó). Vì vậy ta dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha. Ưu điểm của phương pháp dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha là khi điều chỉnh góc thích hợp của các xung điều khiển đặt vào các thyristor có thể giảm được điện áp đặt vào stato và do đó hạn chế được dòng qua động cơ, và vẫn còn tham gia vào mạch trong quá trình hoạt động của động cơ. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là dòng điện và điện áp đều không có dạng hình Sin. Nhưng do thời gian mở máy rất nhỏ (từ 1÷3 giây) nên ta vẫn có thể sử dụng được. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 9
  10. Đồ án điện tử công suất C.PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN = Vì vậy ta quyết định chọn phương án dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha để làm bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc I.PHƯƠNG PHÁP DÙNG BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU BA PHA Ta sử dụng 6 thyristor đấu song song ngược theo sơ đồ như hình vẽ. Khi ta cấp điện áp xoay chiều vào ba đầu A, B, C, do còn phụ thuộc vào góc mở van của các thyristor nên ta sẽ có ba dạng điện áp đặt vào động cơ ứng với ba vùng của góc mở van. Các điện áp này đều nhỏ hơn điện áp đầu vào. II. PT HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG ĐCKĐB XOAY CHIỀU 3 PHA - Vì động cơ không đồng bộ nên có thể coi như là một phụ tải gồm có điện trở và cuộn cảm nối tiếp nhau, trong đó: + Điện trở rôto biến thiên theo tốc độ quay. + Điện cảm phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa dây quấn rôto va stato. + Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến thiên theo tốc độ quay (s). - Do tính chất tự nhiên của mạch có điện cảm, nên nếu trong khoảng  . - Khi góc mở lớn hơn thì tùy thuộc vào giá trị tức thời của điện áp dây mà có lúc có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng, hay hai van ở hai pha khác nhau dẫn dòng. + Nếu có ba van ở ba pha khác nhau dẫn dòng: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 10
  11. Đồ án điện tử công suất Khi đó dòng điện tải: U i dm sin( ) 3Z Udm: Biên độ điện áp dây : Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp ở giai đoạn đang xét. + Nếu chỉ có hai pha có van dẫn: a b c , , , c a b Z a Z b Z c Khi đó dòng điện tải: U i dm sin( ) 2Z Tùy thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có ba van dẫn hay hai van dẫn cũng thay đổi theo. * Khoảng dẫn của van ứng với = 0÷60: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 11
  12. Đồ án điện tử công suất Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn ba van hay hai van dẫn xen kẽ nhau như sơ đồ hình vẽ 3.4a. * Khoảng van dẫn ứng với = (60÷90): Trong phạm vi này luôn chỉ có các giai đoạn hai van dẫn. Ta có đồ thị điện áp ra như hình vẽ 3.4b. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 12
  13. Đồ án điện tử công suất Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 13
  14. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC Thời gian mở máy của động cơ không quá lớn t kd= 3s. Mặt khác dòng điện ở đây đáng kể, nên việc chọn Triac để điều khiển sẽ phải tăng cấp điều kiện làm mát. Vì vậy ở đây chúng ta chọn sơ đồ với các cặp Tiristor nối song song và ngược chiều như hình vẽ: C A B R1 C1 C1 C1 R1 R R2 R2 2 C2 C2 C2 A C 1 B1 1 Sơ đồ động lực điều khiển khởi động động cơ không đồng bộ Dòng điện động cơ: Iđ/c = = = 159,9 (A) Dòng điện chạy qua mỗi Tiristor: IT lv = = = 79,95 (A) Dòng điện làm việc của Tiristor 79,95 A là đáng kể, do đó tổn hao trên Tiristor khá lớn, nên chọn điều kiện làm mát cho Tiristor là có cánh tỏa nhiệt, có quạt đối lưu Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 14
  15. Đồ án điện tử công suất không khí. Với điều kiện náy Tiristor làm việc với dòng điện đến 50% dòng điện định mức. Dòng điện của Tiristor cần chọn: IT dm = 159,9 (A) Điện áp Tiristor ở trạng thái khóa: UT lv = .Ud = .380 = 537,4 (V) Điện áp định mức của Tiristor cần chọn: UT dm = Kdt.UT lv = 1,8.537,4 = 967,3 (V) Tiristor mắc vào lưới điện xoay chiều 50Hz nên thời gian chuyển mạch của Tiristor không ảnh hưởng đến việc chọn Tiristor. Từ các thông số trên ta chọn Tiristor loại SH200N.21D có thông số: Udm = 1000 V Udk = 3V tcm = 80 Idm = 200 A ITG = 200 mA Tcp = 125 Ix = 4 KA Idò = 20 mA Idk = 0,15 A U = 1,7 A I. TÍNH TOÁN CHO VAN Dựa trên đồ thị dạng điện áp ra của bộ điện áp xoay chiều ba pha, ta có thể tính toán được dòng điện qua van max, điện áp ngược qua van max là bao nhiêu. Ta tính toán chọn van theo thông số sau: + Tính được Ungmax qua van. + Tính được Itb qua van. Từ đó chọn điều kiện làm mát thích hợp cho van: Ungmax =2 Ud=6 Up Với điện áp dây: Ud=380V Ungmax=2 Ud=2 380=537.4(V) Dòng điện trung bình lớn nhất qua van: Do dòng điện qua van không phải là dạng hình Sin nên ta phải phân tích chuỗi Fourier sau đó lấy thành phần bậc nhất, do động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc có thể coi là tải cảm và trở đấu theo hình sao nên ta phải có được U d, Id, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp: Ta có thông số của động cơ như sau: Pdc= 90KW U=380V/50Hz cos =0.95 n=1430v/phút Hiệu suất  =0.95 Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 15
  16. Đồ án điện tử công suất Nhận xét: Khi góc điều khiển = 0 điện áp ra tải là hình Sin và như vậy, dòng điện trung bình qua van lúc này là lớn nhất. Từ đây ta có thể xác định dòng điện trùn bình qua van. 1 1 I tb max Imax sin d 2 1 0 Từ cos =0.95 ta có dòng điện chậm pha so với điện áp một góc 1 =34 1 I I [ cos(  ) ( cos )] tb max 2 max 1 1 P P I = 1 = 2 = = 159,93 (A) 3U dm cos  3U dm cos Imax=I2 = 159,93.2 = 226.17 (A) 1 I .226,17 .0,95 = 68,4 (A) tb max Khi chọn van ta phải chú ý đến điều kiện làm mát cho van vì khi hoạt động van tỏa nhiệt rất lớn, nên điều kiện làm mát cho van ảnh hưởng đến hiệu quả cũng như tuổi thọ của van. Nếu như van hoạt động trong điều kiện được làm bằng không khí nhờ cánh tản nhiệt thì van có thể hoạt động tốt với 25% dòng điện định mức. Nếu van hoạt động trong điều kiện được làm mát bằng quạt gió cưỡng bức thì van có thể chịu được đến 30%÷60% dòng điện định mức. Nếu làm mát bằng nước thì van có thể chịu được đến 80% dòng điện định mức. Thông thường trong công nghiệp thì van phải được làm mát tốt nhất là bằng không khí có quạt gió cưỡng bức. Trong bản thiết kế này do dòng điện qua van không quá lớn nên ta có thể chọn chế độ làm mát cho van bằng không khí có quạt gió cưỡng bức. Ta chọn các điều kiện thích hợp để van có thể chịu được dòng điện đến 40% dòng điện định mức của van. Khi đó: I tb max 68,4 I maxthuc= = tb 40% 40% = 171 (A) Để chọn giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van, ta sẽ chọn thêm hệ số dự trữ điện áp Ku= 1,6÷2. Ta chọn: Ku = 1,6 U ng = k u .U ng max = 1,6 . 537,4 = 860 (V) Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 16
  17. Đồ án điện tử công suất Từ các giá trị của I tb và U ng , tra trong sổ tay ta chọn được van C501 Do hãng G.E của Mỹ chế tạo với các thông số: U ng = 700  1700 ( V ) I tb =550( A ) di 1000 dt max II.TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO VAN DẪN Trong quá trình van hoạt động thì van phải được làm mát để van không bị phá hỏng về nhiệt vì vậy ta đã tính toán chế độ làm mát cụ thể cho van ở phần I. Tuy nhiên, van có thể bị hỏng khi van phải chịu tốc đô tăng dòng điện, tăng điện áp quá lớn. Nhưng dòng điện chỉ tăng khi qua Tristor trong thơi gian rất ngắn từ 1÷ 3 giây nên van có thể chịu được. Để tránh hiện tượng quá áp trên van dẫn đến hỏng van, ta phải có những biện pháp bảo vệ cho van. Biện pháp bảo vệ van thường dùng nhất là mắc R,C song song van để bảo vệ quá áp va mắc nối tiếp cuộn kháng để hạn chế tốc độ tăng dòng. Do động cơ không đồng bộ có thể coi là tải trở cảm nên hạn chế tốc đọ tăng dòng. Cuộn dây được dùng làm một cuộn kháng bão hòa có đặc tính là: Khi dòng qua cuộn kháng ổn định thì điện cảm của cuộn kháng hầu như bằng không và lúc này cuộn dây dẫn điện như một cuộn dây dẫn bình thường. Ta có mạch như hình vẽ: Để tính toán giá trị của cuộn kháng ta xét quá trình quá độ trong mạch: di U = i.R + L. f dt Ta thấy rằng tốc độ tăng dòng lớn nhất là: di U max = f dt L Để bảo vệ an toàn cho van ta phải lựa chọn L sao cho di/dt max phải nhỏ hơn tốc độ tăng dòng chịu được của van hay là: di max < 1000 A/s dt U f < 1000A/s L Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 17
  18. Đồ án điện tử công suất U 220. 2 L > f = = 0.31 H 90.10 6 1000.106 Ta chọn cuộn kháng bão hòa có giá trị để tổng trở của điện cảm của động cơ và cuộn kháng nối tiếp phải có giá trị lớn hơn 0.31 H. Sau khi tính toán bảo vệ chống tốc độ tăng dòng ta tính toán bảo vệ quá áp cho van. Người ta chia ra hai loại nguyên nhân gây ra quá áp: 1-Nguyên nhân nội tại: là do sụ tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn. Khi khóa van Tristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược lại hành trình. Tạo ra dòng điện ngược trong thời gian rất ngắn.Sự tạo ra biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, vốn luôn luôn có của đường dây nguồn dẫn đến các Tristor. Vì vậy, giữa canốt và anốt của Tristor xuất hiện qua điện áp. Ta có đồ thị thể hiện quá trình biến thiên của điện áp và dòng điện trên van: 2- Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi đóng cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ nhảy. khi có sấm sét Để bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên người ta dùng mạch RC đấu song song voi Tristor như hình dưới: Thông số của R,C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp xảy ra, tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hóa máy biến áp .Việc tính toán thông số của mạch R,C rất phức tạp, đòi hỏi nhiều thời gian nên ta sẽ sử dụng phương pháp xác định thông số R,C bằng đồ thị giải tích, sử dụng đường cong đã có sẵn. Các bước tính toán như sau: Xác định hệ số quá áp theo công thức: U k = imp b.Uim Với Uimp là giá trị cực đại cho phép của điện áp ngược đặt trên diot hoặc Tristor một cách không chu kỳ, tra trong sổ tay tra cứu. Uim là giá trị cực đại của điện áp ngược thực tế đặt trên diot hoặc Tristor. b- là hệ số dự trữ an toàn về điện áp, b = 1÷2 Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 18
  19. Đồ án điện tử công suất - Xác định các thông số trung gian: * * * Cmin (k) , R max (k) , R min (k) Bằng cách tra trong đồ thị của sổ tay tra cứu. di - Tính max khi chuyển mạch như ở phần tính toán cuộn kháng bão hòa. dt di - Xác định điện lượng tích tụ Q = f( ), sử dụng các đường cong trong sổ tay để dt tra cứu để xác định. - Tính toán các giá trị của R, C theo công thức: * 2.Q C = Cmin . Uim LU LU R * im R R * im min 2Q max 2Q Trong đó L là điện cảm của mạch RLC. Tuy nhiên , trong thực tế khi tính toán thiết kế bảo vệ van thì rất có thể tcos đầy đủ tất cả các đường cong đặc tính cần thiết nên người ta thường chọn giá trị của R, C theo kinh nghiệm : R = 20  100 (  ) ; C = 0,4  1 ( F ) Với dòng qua van nhỏ, ta chọn giá trị của R lớn, C nhỏ. Với dòng qua van lớn, ta chọn giá trị của R nhỏ, C lớn. Theo tính toán, dòng qua van bằng 161 A là lớn nên ta chọn giá trị của R, C như sau: R = 20  C = 0,8 F ( các giá trị chuẩn). Ngoài ra, trong mạch lực cần có thêm các thiết bị bảo vệ ngắn mạch, quá tải như áptômát, cầu chì, ở mỗi pha và cầu chì ở trước mỗi van đẻ tăng cao tính an toàn cho mạch. Ta có sơ đồ mạch hoàn chỉnh như ở dưới: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 19
  20. Đồ án điện tử công suất Trên đây là toàn bộ quá trình thiết kế mạch động lực cho bộ khởi động mềm động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 20
  21. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN A. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN: I.CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN a.Đảm bảo phát xung với đủ các yêu cầu để mở van: - Đủ biên độ, Ux - Đủ độ rộng, tx - Sườn xung ngắn (ts=0,5 ) (xung điều khiển thường có biên độ từ 2V đến 10V, độ rộng xung thường tu 20s đến 100 s) Các thông số liên quan đến hình dạng một xung điều khiển được minh họa trên hình vẽ: b). Đảm bảo tính đối xứng đối với các kênh điều khiển Trong sơ đồ điều khiển các Tristor ở đây thì độ cho phép của các xung ở các kênh khác nhau phải trong phạm vi cho phép với cùng một giá trị điện áp điều khiển. c). Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển va mạch lực với khâu biến áp xung, thường được sử dụng như một khâu truyền xung cuối cùng ở tầng khuếch đại xung, điện áp chịu đựng giữa sơ cấp và thứ cấp phải đạt 1500V2000V khi sơ đồ làm việc với điện áp lưới 3 380VA. d). Đảm bảo đúng quy luật thay đổi về pha của các xung điều khiển. Đây là yêu cầu để đảm bảo phạm vi điều chỉnh của góc điều khiển . Thông thường đối với sơ đồ biến đổ xung áp xoay chiều góc phải thay đổi trong phạm vi 002100. e). Có thể điều chỉnh được góc , không phụ thuộc sự thay đổi điện áp lưới. f). Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử khác ở xung quanh. g). Có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng, mất pha Và báo hiệu khi có sự cố. II.CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Khi khởi động động cơ không đồng bộ hệ số công suất cos luôn thay đổi, góc trễ pha giữa điện áp và dòng điện động cơ thay đổi. Do đó có sơ đồ mạch điều khiển hợp lý là sơ đồ không bị ảnh hưởng của góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp. Với sơ đồ đã chọn 6 Tristor, sơ đồ mạch điều khiển chọn bằng xung điều khiển không cần gửi xung điều khiển (Hình vẽ 4.1). Vì động cơ không đòng bộ khi mở máy góc mở Tristor ban đầu đảm bảo cho Umm= 65% Uđm thì góc mở Tristor không lớn hơn do đó việc đệm xung là không cần thiết. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 21
  22. Đồ án điện tử công suất D4 -12V R 3 R R5 VR1 R1 4 - D T1 +12V R + VA V A R C 6 A 1 D1 B D3 4 - U 3 + + đk H1 R2 - A2 A1 U UA df1 Udf2 D2 A5 V T2 - A6 CX 2 H2 + A4 R +15V -12V R3 2 R5 R VR1 R4 D 3 +12V - R6 + VB V A R C A 3 B D3 4 - U 3 H3 T3 D +- + đk 1 A1 A2 U UB df1 Udf2 D2 T V4 H4 4 A5 A4 R5 R +15V -12V 3 R VR R 5 D 1 4 - +12V R + V C 6 A VC 5 A B D R4 - 3 3 + Uđk H5 T D1 - 5 A1 A2 Ud f1 UC Udf2 D2 A5 -12V V 6 H6 T6 Uđk A4 Hình 4.1: Mạch Điều khiển khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc Nguyên lý điều khiển một mạch điều khiển điều áp xoay chiều một pha trên Hình 4.1 có thể được giải thích theo các đường cong trên Hình 4.2a và 4.2b như sau: Điện áp đồng pha với điện áp xoay chiều hình sin U v được chỉnh lưu cả chu kỳ UA đưa vào A1 qua R1 dịch đi một trị số lấy qua VR 1. Hai điện áp này đưa qua khuếch đại A1 có điện áp ra của A 1 là UB. Phần dương của U B tích phân qua khuếch đại A 2 cho ta điện áp tựa U C. Điện áp tựa U C được kéo lên trên trục hoành bằng điện áp lấy ra từ VR2. Việc kéo điện áp tựa lên trên trục hoành này chỉ nhằm mục đích để điện áp điều khiển Uđk đồng biến với điện áp ra, nếu không cần làm điều này thì chúng ta có thể bỏ qua điện áp lấy từ VR2. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 22
  23. Đồ án điện tử công suất Điện áp điều khiển Uđk so sánh với điện áp tựa Urc tìm thời Uđk = Urc.Tại các thời điểm Uđk = Urc khuếch đại A3 lật dấu điện áp ra ta có Ud như hình vẽ. Điện áp Ud đưa tới cổng và V 11 cùng với tín hiệu xung chùm liên tục lấy từ A 6, đầu ra của V11 sẽ có chùm xung khi Ud > 0. Cổng và V1 sẽ có tín hiệu ra khi đồng thời V 11 có cổng xung và V F >0. Lúc đó biến áp xung BA1 có xung điều khiển T1. Cổng và V2 sẽ có tín hiệu ra khi đồng thời V 11 có cổng xung và VE >0. Lúc đó biến áp xung BA2 có xung điều khiển T2. Kết quả là T1 được cấp xung điều khiển khi UF >0 trùng với Uv >0 và T2 được cấp xung điều khiển khi UE <0 trùng với Uv <0. 0 Nếu như các xung điều khiển T 1 và T2 dịch pha 180 thì có thể đảo đầu điện áp vào của biến áp đồng pha hoặc đổi đầu cáp vào của khuếch đại A4. III.YÊU CẦU VÀ MỤC ĐÍCH Có hai yêu cầu chính mà mạch điều khiển phải thực hiện được đó là: + Khi mở máy thì dòng mở máy qua động cơ phải hạn chế vì lúc này dòng mở máy tăng đột ngột với giá trị lớn làm hại động cơ. + Để hạn chế dòng mở máy thì ta dùng bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha để hạ điện áp đặ vào stato động cơ và do đó lúc này dòng điện mở máy sẽ được hạn chế. Vậy tại lúc mở máy ta thường điều chỉnh U đk để cho điện áp stato bằng khoảng 60% U đm nên sau khi khởi động thì ta phải cho điện áp stato phải tăng trở lại. Sau khi mở máy thì Uđc phải tăng trở lại theo như đồ thị dưới đây nhờ điều chỉnh Uđc thì ta sẽ điều chỉnh được thời gian khơi động tkd = 1s÷3s. U Uđc 60%U đm =Uđc,to t 0 _ t kđ (1 : 3s) Để thực hiện được khâu này ta phải dùng một khâu sau: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 23
  24. Đồ án điện tử công suất +E R1 R3 -E U - Start đ R A C E 2 - R4 B R + Uđk x +E D D 1 D2 Mục đích: Khi khởi động thì sẽ có một giá trị nhất định và ta điều chỉnh điện áp điều khiển này để lúc khởi động sẽ có: Uđc = 60% Uđm để dòng đi qua động cơ được hanjchees. Sau đó công tắc srart đóng và mạch phân tích hoạt động U đk sẽ là một hàm tuyến tính của Ud có dạng như sau: U Uđk0 0 t Chính nhờ Uđk tăng thì góc sẽ giảm dần và U đc sẽ tăng dần đạt theo đúng yêu cầu. 4.Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch: Khi chưa đóng công tắc.Udk=Udk0,trong đó Udk0là điện áp điều khiển ứng với Udc=60%Udm. Khi đóng công tắc thì Ud=-E : Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 24
  25. Đồ án điện tử công suất 1 1 U U E Ta có: -U = dt=d dt=d = +C dk IC t t C C R 2 R x C(R 2 R x ) C(R 2 R x ) Từ đó: E Udk=t +Udk0. C(R 2 R x ) Vậy sau đó Udk sẽ tăng dần và giảm dần thì Udc sẽ tăng dần. Vậy nhờ khâu trên ta đã thực hiện được yêu cầu đề ra cho việc khởi động. * Cấu trúc của một mạch điều khiển như sau : 4 1 2 3 X ss UF UC Trong đó : ĐF : khâu tạo điện áp đồng fa - Urc : điện áp răng cưa - Uc : là điện áp điều khiển -khâu 1 : khâu so sánh điện áp giữa Uc và Urc , khi Uc – Urc = 0 thì trigơ lật trạng thái -khâu 2 : khâu tạo xung chùm -khâu 3 : là khâu khuyếch đại xung -khâu 4 : khâu biến áp xung. Bằng cách điều chỉnh Uc ta có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển tức là điều chỉnh được góc . 1.Khâu tạo điện áp đồng bộ. Khâu tạo điện áp đồng bộ cho bộ điều áp xoay chiều ba pha để điều chỉnh sáu thyristor thường cần một hệ điện áp sáu pha làm điện áp đồng bộ. Góc được tính từ gốc O. Hệ điện áp pha này bao gồm sáu điện áp đồng bộ hình sin lệch nhau một góc .Yêu cầu 3 này sẽ được thoả mãn dễ dàng nếu dùng một máy biến áp ba pha sơ cấp có ba cuộn dây Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 25
  26. Đồ án điện tử công suất đấu sao lấy điện áp từ lưới. Máy biến áp này có thể được bố trí bằng cách sau: A Ua , U B a Ub , U C b Uc , Uc Điểm trung tính kí hiệu là O nối với điểm O của mạch đIều khiển u s1,us3,us5 dùng làm điện áp đồng bộ của pha a,b,c tương ứng: us1=Usm.sin( + );us3= Usm.sin( - ); us5=Usm.sin( - ); 3 3 2 4 us2= Usm.sin ; us4=Usm.sin( - );Usm.sin( - ); 3 3 2. Khâu biến áp xung và khuyếch đại xung: a) Tác dụng Khâu khuếch đại xung là khâu cuối cùng quan trọng tron hệ thống điều khiển .Khâu KĐX có nhiệm vụ là khuếch đại tín hiệu điều khiển đưa đến để điều khiển van bán dẫn Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 26
  27. Đồ án điện tử công suất công suất để đảm bảo các tham số cơ bản như biên độ,độ rộng và công suất.Một trong những nhiệm vụ cơ bản của KĐX là cách ly giữa mạch động lực và hệ thống điều khiển. Khối KĐXcó tác dụng tăng dòng từ cổng AND đi ra (dòng từ cổng AND đi ra thường nhỏ) sau đó đi qua BAX để tạo được dòng điều khiển I g ,áp điều khiển U g có biên độ thích hợp để mở Tiristor. Khâu biến áp xung bao gồm khối khuyếch đại T 1 và máy biến áp xung tạo ra các xung điều khiển có công suất theo yêu cầu của van . Máy biến áp xung là loại biến áp đặc biệt trong đó điện áp đặt lên phía sơ cấp có dạng cung chữ nhật mà không phải là một điện áp hình sin.Điều này dẫn đến chế độ làm việc và tính toán BAX rất khác so với các biến áp thông thường. Th Un R BAX G Dz D2 D D1 4 T1 K R1 b)Hoạt động: Sơ đồ gồm một khoá Transistor T1 được điều khiển bởi một xung có độ rộng t x .Khi T1 mở bão hoà gần như toàn bộ điện áp nguồn U n được đặt lên cuộn sơ cấp của máy biến áp xung.Điện áp cảm ứng bên phía thứ cấp có cực tính dương mở điôt D2 đưa dòng điều khiển vào giữa cực điều khiển và catôt của thyristor T . Điôt D4 có tác dụng làm giảm điện áp ngược đặt lên giữa catôt và cực điều khiển của thyistor T khi điện áp dương hơn hơn điện áp anôt.Điều này đảm bảo an toàn cho tiếp giáp G-K của thyistor khi T ở chế độ khoá. Khi transistor T1 khoá lại dòmg collector-emitter của nó sẽ về bằng 0.Tuy nhiên dòng qua cuộn dây sơ cấp BAX không thể bị dập tắt đột ngột được.Sức điện động tự cảm trên cuộn dây khi đó sẽ đảo chiều theo hướng muốn duy trì dòng này,nghĩa là cực tính sức điện đọng có dấu (-) ở phía trên và (+) ở phía dưới.Sức điện động này có thể rất lớn vì nó di1 tỷ lệ với tốc độ giảm của dòng điện sơ cấp i 1: .Tuy nhiên khi đó điôt D1 và điôt ổn dt áp DZ sẽ mở tạo ra đường khép kín cho dòng điện i 1.Dòng điện i 1 sẽ suy giảm dần về không do tổn hao công suất trên điện trở thuần của cuộn dây và chủ yếu do tiêu tán sụt áp trên điôt D1 và điôt DZ.Nhờ đó điện áp trên collector của transistor T1 được giữ ở mức Un+(UD1+UDZ). Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 27
  28. Đồ án điện tử công suất Điện trở R mắc nối tiếp giữa nguồn và biến áp xung có tác dụng hạn chế dòng từ hoá BAX.Điện trở R được tính để đảm bảo dòng qua transistor T1 không bao giờ vượt qúa dòng collector lớn nhất cho phép. c) Tính toán cụ thể cho sơ đồ: Với thông số: IG=0.2A; UGK=5V; tx=100 s; Ta có: Diện tích xung điều khiển U.tx=5.100=500(V.  s).Với dòng điều khiển yêu cấu I G=0.2 A theo bảng tra ta có thể chọn BAX loại IT235 với 2 cuộn dây có tỉ số máy biến áp 1:1,Điện cảm Lp=3mH. Dòng sơ cấp BAX:I1=IG+I .Trong đó I là dòng điện từ hoá của BAX. Vì điện áp đặt lên cuộn dây BAX không đổi nên dòng từ hoá thay đổi tỷ lệ bậc nhất với thời gian. I =(U1.t)/Lp Như vậy:I  max =(U1.tx)/Lp Ta phải có U1=UGK+ UD=5+1=6V 6 3 3 Vậy: I max =(6.100.10 )/(3.10 )=200.10 =0.2A ILmax=(30-6)/0.4=60 . Theo sơ đồ thi transistor phải chọn loại có dòng I Cmax>0.4A và hệ số khuyếch đại dòng  =100.Khi đó dòng điều khiển bazơ sẽ là 4mA là phù hợp. Chọn điôt ổn áp DZ với Uon=12V khi đó UCemax=30+12+1=43V Chọn tranzito T loại ST603 có các thông số cơ bản : Uce =30V ; Ice =800mV  = 30100 3. Khối tạo nguồn một chiều : Khối tạo nguồn một chiều cung cấp điện áp một chiều cho các khuyếch đại thuật toán hoạt động và cho các điện áp đặt đặt ở đầu vào các IC thực hiện nhiệm vụ so sánh điện áp . Chọn IC ổn áp loại : E . UA7815 có điện áp ngưỡng = 35V 7815 Dòng điện ra Io = 1,5A D21 C5 điện áp ra : E = 15V D22 C1 C3 . UA7915 có điện áp ngưỡng = -40V dòng điện ra Io = 1,5A Điện áp ra : - E = -15V C2 C4  Chọn tụ lọc fẳng C1 = 1000F ; C2 = 500F ; D23 C6 C 3 = C4 = 100F D24 chọn 2 tụ lọc nhiễu C5 = C6 = 0,1F 7915  Chọn các diode loại D-1001 có các thông số : Itb -E = 800mA ; Ung = 100 Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 28
  29. Đồ án điện tử công suất 4.Khâu tạo điện áp răng cưa Do yêu cầu của bộ điều áp xoay chiều ba pha trong mạch để khởi động động cơ không đồng bộ ba pha thì mạch phải có chất lượng càng cao càng tốt,vì tính đồng bộ của các điện áp điều khiển rất cao. Mạch tạo tín hệu răng cưa dùng khuếch đại thuật toán sẽ cho độ tuyến tính của sườn răng cưa tốt hơn.Độ ổn định của sơ đồ này rất cao tốt nhất so với các sơ đồ khác dùng transistor. Cho nên ta phải sử dụng mạch tạo xung như dưới đây: C1 R4 +E RX2 DZ ( II ) R5 -E D3 OP2 ( III ) +E R6 Nguyên lý hoạt động: Điện áp của bộ phát xung chủ đạo được đưa vào cửa đảo của khâu tạo điện áp răng cưa. Khi UII<0 thì điôt D thông thì C1 được nạp thông qua R5 và D3 về II với dòng nạp: U II IR2= R 5 Chọn UDZ=6V,ta chọn điện trở R 2 sao cho dòng qua tụ C trong khoảng 1ms đạt đến giá trị UDZ của điôt ổn áp. Nếu dòng qua tụ có giá trị không đổi điện áp trên tụ thay đổi theo quy luạt tuyến tính UC= I I U 6 C t,do đó C =C = =6.103 . C C t 10 3 Từ đó dòng qua tụ có giá trị : Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 29
  30. Đồ án điện tử công suất 3 IC=6.10 .C Chọn tụ: C=0.22F 6 3 IC=0,22.10 .6.10 =1.32mA U 12 R = II = =9.05.103 5 3  IC 1,32.10 Chọn R5=8.2k Khi UII >0 D3 khoá Ura = 0 tụ C sẽ phóng điện về âm nguồn của OP 2.Dòng qua tụ bằng dòng qua điện trở R x2 và R4,thời gian phóng còn lại sẽ là 9ms nên ta phải chọn giá trị dòng điện sao cho tụ C phóng điện về đến 0V sau đúng 10.67ms. Trong khoảng thời gian này điện áp trên tụ C thay đổi theo quy luật: IC UC=UCo- .t,với UCo=UDZ=6V. C 6 IC 3 6.C 0.22.10 .6 3 Vậy : 0=6- .10,67.10 IC= = =0,124.10 (A). C 10,67.10 3 10,67.10 3 U U 12 Vì : I = R II +R =II = =96.77k C x2 4 3 R x 2 R 4 R x 2 R 4 0,124.10 Để hiệu chỉnh được điện áp trên tụ C đúng bằng 0V sau 10.67ms và có khả năng điều chỉnh điện áp rắng cưa ở nhiều kênh khác nhau ta chọn : R4=60k là điện trở cố định, Rx2=60k là biến trở điều chỉnh. Chọn linh kiện : OP2 : A741 có các thông số: 6 Ung= 322V; UnF= 15 V; UdF= 30 V; Ko=5.10 ; P1=100 mW; 0 t=55125 C; Ira= 25 mA; En= 15 V; Zra=60 ; Zvào=300 K; du 0,5 . dt D3 : D-1001 có các thông số : I = 1A ; Ung = 200V ; U = 0,5V 5.Khâu so sánh Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 30
  31. Đồ án điện tử công suất +Un R1 U R vao 1 D -A + 4 Ura R1 R1 Điện áp vào: Uvào được đưa vào cổng âm khối A4 . Khi | Uvào – Up | = 0 thì trigơ lật trạng thái và có đầu ra Ura là chuỗi xung chữ nhật. +Nếu (Uvào – Up ) >0 thì Ura = -0,8 Uvào +Nếu (Uvào – Up ) <0 thì Ura = 0,8 Uvào 6.Khâu tạo điện áp chuẩn: +Un Rx R C R8 10 2 R1 C R E - 1 D1 7 D2 R9 A A1 - + B C A2 -A + D + 3 R6 R2 R4 R5 Khâu này với đầu vào là điện áp đồng bộ sẽ cho ở đầu ra là xung điện áp chuẩn ( có dạng như hình vẽ) để đưa vào đầu của mạch tạo xung răng cưa.Bởi vì, để tạo ra được xung răng cưa có dạng sau ,ta cần phải có thời gian nạp của tụ phải thật ngắn và thời gian phóng của tụ dài. Hoạt động: Khâu này gồm có hai khối so sánh kết hợp với một khối vi phân như hình vẽ: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 31
  32. Đồ án điện tử công suất Điện áp đồng bộ được so sánh với 0(V) sẽ tạo thành xung vuông . Sau đó qua mạch vi phân áp ra có dạng như trên đồ thị sau đó sẽ qua bộ bộ so sánh với U ref để tạo được xung áp mong muốn đưa vào bộ tạo xung răng cưa. 7.Khâu tạo Độ rộng xung theo yêu cầu: Mục đích: Sau khi tạo được điện áp răng cưa và cho qua bộ so sánh để tạo được xung vuông cho việc điều khiển thyristor nhưng độ rộng xung quá lớn so với xung cần thiết để điều khiển thì ta phải dùng cách này để tạo được xung có độ rộng yêu cầu. Hoạt động Góc được tạo ra do sự tăng giảm điện áp điều khiển U dk nên dải điều chỉnh rộng nhất của góc là 0o210o Giả sử ta có điện áp răng cưa như hình vẽ : Sau khi so sánh ta có xưng vuông dương rộng quá ta muốn điều chỉnh độ rộng để xung điều khiển chỉ rộng ở một mức nào đó thôi ta làm như sau: Cho Udk=Udkmin thì ta sẽ xấc định được maxvà ta cho Udk và điện áp răng cưa qua bộ so sánh ta sẽ tách được phần xung cần cắt bỏ. Tiếp đó ta sẽ cho phần xung điều khiển cần cắt bỏ và xung điều khiển có độ rộng trên qua một phần tử logic XOR thì ta sẽ có xung điều khiển với độ rộng yêu cầu. Đồ thị quá trình: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 32
  33. Đồ án điện tử công suất Vậy ta đã tạo được xung có độ rộng đủ lớn để mở các thyristor. 8.Khâu phát xung cao tần: a) Tác dụng Tạo ra chùm xung có tần số rất cao(ở đây ta chọn tần số bằng 10 Khz).Chùm xung này được đưa vào cổng AND để tạo ra xung điều khiển mở các Tiristor Ta dùng vi mạch CD4093 của hãng FAIRCHILD với các thông số sau đây để có thể tạo đươc xung chùm có tần số khoảng 10kHz. Tần số xung ra có thể được điều chỉnh nhờ thay đổi giá trị của R,C b) Sơ đồ nối của CD4093: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 33
  34. Đồ án điện tử công suất Vi mạch này bao gồm 4 Trigơ Schmitt. Ta dùng nó để tạo ra xung chữ nhật có tần số 10kHZ.Mạch tạo xung đó như sau: Đồ thị quan hệ giữa VDD, VT+, VT-: Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 34
  35. Đồ án điện tử công suất Trong đó VT+, VT- là hai ngưỡng lật của trigơ. Theo đó tần số xung sẽ quyết định bởi tích R.C. Tra bảng các thông số của CD4093 ta có VDD=5V,VT+=3.3V,VT-=1.8V Ta sẽ đặt điện áp VDD vào đầu điều khiển(CONTROL) của trigơ. 1 1 Vậy f= t t (V )(V V ) 1 2 RCln T DD T (VT )(VDD VT ) 1 1 = = =10000Hz (3.3)(5 1.8) RCln R.C.1,238 (1.8)(5 3.3) 1 Từ đó :R.C= =8,08.10 5 10000.1,238 Chọn R=100 và C=0.808 F. *Trong sơ đồ ta chập hai đầu control và đầu còn lại như hình vẽ để tạo mạch dao động.Để mạch này dao động được thì ta phải cấp nguồn cho mạch vào chân V DD , VSS và như vậy với các thông số thích hợp ta sẽ có mạch dao động tạo xung có tần số 10kHz. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 35
  36. Đồ án điện tử công suất CHƯƠNG V MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BẰNG PSIM I.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 36
  37. Đồ án điện tử công suất II.CẤU TRÚC CỦA KHỐI THYRISTOR SONG SONG NGƯỢC III.KẾT QUẢ MỞ RỘNG a.Đồ thị điện áp điều khiển và dòng điện pha A,điện áp pha A: Đồ thị trên là góc điều khiển : Dạng góc điều khiển như hình vẽ,lúc khởi động cho góc này tăng để giảm điện áp và do đó giảm dòng điện qua động cơ sau đó giảm góc này để tăng điện áp đặt vào pha A sau khi khởi động. Đồ thị dưới bao gồm đồ thị dòng qua van và điện áp pha lúc khởi động và sau khởi động.Ta thấy khi khởi động dòng này tăng rất lớn nhưng nhờ điều chỉnh góc điều khiển mà ta đã hạn chế dòng qua van theo sự biến đổi của góc này.Và sau khi khởi động khi điện áp pha tăng trở lại thì dòng qua van đã giảm và ổn định dần. Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 37
  38. Đồ án điện tử công suất Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 38
  39. Đồ án điện tử công suất KẾT LUẬN Học kỳ vừa qua với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Bùi Văn Huy và các thầy cô giáo trong khoa tự động hoá ĐH Thành Đô đã giúp chúng em hoàn thành đồ án môn học điện tử công suất với đề tài “Thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển cho bộ khởi động mềm động cơ không đồng bộ roto lồng sóc”.Mặc dù lúc đầu còn bỡ ngỡ ,nhưng được sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo: Bùi Văn Huy chúng em đã hoàn thành đồ án ,có thêm đươc nhiều kinh nghiệm quý báu trong thực tế , kiến thức về điện tử công suât và các môn học khác để sau này có đủ tự tin làm các đồ án khác. Tuy nhiên, do thời gian có hạn và kiến thức của em còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bùi Văn Huy đã tận tình hướng dẫn , giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian làm đồ án để chúng em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, Ngày 10 Tháng 4 Năm 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 1. Hướng dẫn thiết kế đồ án điện tử công suất (Nhà xuất bản ĐHBK) 2. Giáo trình Điện tử công suất (Võ Minh Chính) 3. 4. . Sinh viên thực hiện: 1. Đặng Đề Cương 2. Vũ Văn Hiệp 3. Lê Thanh Tùng 4. Nguyễn SơnTùng Sinh Viên Lớp: CĐ TĐH1-K5 THANH DO UNIVERSITY 39