Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.

Bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam
Trờng đại học bách khoa Độc lập-Tự do-Hạnh phúc
Hà nội ====0====
--------

Họ và tên: Nguyễn Thanh Lịch
Khoá : 43
Nghành học: Tự động hoá.
I. Các số liệu ban đầu.
U
d
= 75V ; U
dmax
= 130V ; P
đm
= 24KW ; R
kđ
= 0,8
Điện áp nguồn: U = 3x380V.
II. Nội dung thiết kế
1. Giới thiệu chung về công nghệ của động cơ đồng bộ ba pha và phơng pháp điều
khiển kích từ của động cơ đồng bộ ba pha.
2. Giới thiệu chung về chủng loại thiết bị đợc giao thực hiện thiết kế, công nghệ kích
từ.
3. giới thiệu và thiết kế mạch lực:
3.1. Tính toán khối biến áp lực
3.2. Tính toán khối chỉnh lu điều khiển
3.3. Tính toán khối khâu lọc
3.4. Tính toán khối khâu phản hồi điện áp

1. Tính toán chọn van ................................................................................................. 18
2. Tính toán các thông số điện áp, dòng điện và công suất máy biến áp .................... 19
3. Tính toán mạch từ MBA ......................................................................................... 19
Ch ơng III : Thiết kế mạch điều khiển .................................................................. 22
1.Tính toán khâu đồng pha và nguyên lý hoạt động của mạch. ........................ ......... 22
2.Khâu tạo điện áp răng ca ....................................................................................... 24
3. Khâu so sánh........................................................................................................... 25
4. Khâu phát xung chùm ............................................................................................ 27
5. Khâu khuyếch đại xung và biến áp xung................................................................. 29
6- Tính toán khối nguồn và MBA đồng pha ............................................................... 32
7. Tính toán khâu phản hồi ......................................................................................... 33
Kết luận...........................................................................................................................
35
2- 2 -
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
Tài liệu tham khảo............................................................................................................ 36

lời giới thiệu
- Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công
nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng đ-
ợc chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân
và đời sống hàng ngày đã và đang đợc phát triển hết sức mạnh mẽ.
- Tuy nhiên để đáp ứng đợc nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì ngành
điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối u nhất. Đặc biệt với chủ trơng
công nghiệp hoá-hiện đại hoá của Nhà nớc, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng
cao để đa công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và
phơng pháp điều khiển an toàn, chính xác. Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần
phải giải quyết.
Để giải quyết đợc vấn đề này thì Nhà nớc ta cần phải có đội ngũ thiết kế đông đảo và tài
năng. Sinh viên ngành TĐH tơng lai không xa sẽ đứng trong độ ngũ này, do đó mà cần phải tự

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 nh trong mạch roto.
Để hạn chế dòng điện, có thể dùng cách giảm điện áp bằng biến áp tự ngẫu hoặc dùng
cuộn kháng. Ngời ta rất ít dùng điện trở phụ để hạn chế dòng điện vì tổn thất năng lợng lớn
và chỉ tiêu chất lợng khởi động không tôt. Với động cơ 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 đợc hở mạch
vì sức điện động cảm ứng tạo thành có thể chọc thủng cách điện.
4- 4 -
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
Không phụ thuộc vào cách nối mạch stato, mạch điện roto có thể có ba cách nối.
a/ Cách nối thứ nhất: Roto đợc nối trực tiếp vào máy kích thích ngay từ đầu. Sơ đồ này 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 đợc.
b/ Cách nối thứ hai :
Dây quấn kích thích đợc nối vào máy kích thích qua một điện trở phụ.
Khi không thoả mãn điều kiện t
kđ1
t
kt
, nghĩa là kích thích hình thành sớm quá ảnh hởng đến
dòng điện stato làm khó khăn cho quá trình kéo vào đồng bộ. Để hạn chế ảnh hởng của dòng
điện kích thích trong qúa trình khởi động không đồng bộ ngời 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

Những thay đổi lớn của tải mà kích thích vẫn không đợc điều chỉnh theo có thể gây nên
dao động lớn về tốc độ và có khả năng đa động cơ ra khỏi chế độ đồng bộ. Lúc này phải cắt
động cơ ra khỏi nguồn bằng rơle bảo vệ dòng điện cực đại.
5- 5 -
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
Nếu quá trình công nghệ không cho phép dù chi là tạm thời thì khi đó phải áp dụng sơ đồ
tự động hoá đồng bộ. Và đây chính là nhiệm vụ thiết kế của đồ án Điện tử công suất đợc
giao.
I.2. Đề xuất các phơng án tổng thể, phân tích u, nhợc điểm của
từng phơng án để đi đến lựa chọn một phơng án thực thi thiết kế
mạch lực và mạch điều khiển.
1. Giới thiệu về mạch lực
Mạch lực bao gồm các khối cơ bản sau:
a/ Biến áp lực (BAL):
- Biến điện áp xoay chiều có biên độ cần thiết với điện áp phù hợp của tải.
- Ngoài ra còn làm nhiệm vụ cách ly giữa nguồn chỉnh lu (CL) với lới điện xoay chiều.
b/ Chỉnh lu điều khiển (CLĐK): có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha thành
điện áp một chiều có biên độ phù hợp với tải.
c/ Khâu lọc: gồm điện kháng L và tụ điện C tác dụng san phẳng điện áp ra của khâu CLĐK
(vốn có biên độ điện áp nhấp nhô) thành điện áp một chiều phẳng phù hợp với yêu cầu của
tải. Khâu lọc phải thiết kế sao cho tiêu thụ công suất nhỏ nhất.
d/ Khâu phản hồi điện áp: Lấy một phần nhỏ điện áp tải đa trở về mạch điều khiển để ổn
áp. Muốn vậy thì điện áp phản hồi về phải là phản hồi âm.
e/Khâu phản hồi dòng: Lấy tín hiệu điện áp tỷ lệ với dòng tải phản hồi trở về mạch điều
khiển để bảo vệ dòng hay ngắn mạch.
Ngoài ra còn có khâu đóng ngắt bằng cầu dao điện bảo vệ đặt phía trớc biến áp lực.
2. Chọn phơng án chỉnh lu
Trớc hết, chúng ta phân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau và xét u nhợc điểm của
chúng:
Các phơng án thiết kế mạch lực:

BAL
( Lkt>>Rkt )

* Nguyên lý hoạt động:
Khi điện áp trên một van nào đó trong ba van mà dơng hơn van còn lại thì van đó sẽ dẫn
khi có xung điều khiển mở van đó.
Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dãn sẽ vẫn dãn khi điện
áp âm và van còn lại cha mở.
Giá trị trung bình của điện áp trên tải:
7- 7 -
I2a
t
u
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
- Giá trị điện áp ngợc trên van:

2
.6 UU
ng
=
- Dòng điện trung bình chảy qua thiristor:
I
T
= I
d
/3
- Công suất của máy biến áp:

Lkt
( Lkt>>Rkt )
La
Lb
Lc
Ua
Ub
Uc
Đồ thị điện áp và dòng điện:
8- 8 -


cos.17,1cos
2
63
22
UUU
d
==
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất. - Thực ra sơ đồ cầu pha ba đối xứng là hai sơ đồ hình trên 3 pha ghép lại. Mỗi sơ đồ hình từ
ba pha hoạt động ở một nửa chu kỳ điện áp
- Sơ đồ hình từ ba pha thứ nhất gồm T
1
, T
3
, T
5

9- 9 -
IT4
IT1
IT4
i
d
i
T1
i
T4
I
2a




u
a
u
b
u
c
t
u
i
d
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
- Công suất của máy biến áp :
S
ba

Sơ đồ gồm hai nhóm:
- Nhóm mắc Katot chung gồm (T
1
, T
3
, T
5
)
- Nhóm mắc Anot chung gồm (P
2
, P
4
, P
6
)
Do L >> R -> dòng tải là liên tục.
- Giá trị điện áp trung bình trên tải:
)cos1(
2
63
2


+=
UU
d
- Giá trị trung bình của dòng chảy trong tiristor vadiot:
I
T
= I

c
T
1
T
3
T
5
T
1
D
6
D
2
D
4
D
6
t
u

Id

T1
i
T1
I
d
i
D4
I

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 đợc biểu diễn trên hình vẽ sau:
- Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc làm cho tiristor mặc dù cùng loại
cũng cõ 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.
12- 12 -
t
x
=1000 às
t
x
=100 às
(2)
(1)
I
II
đường giới hạn
công suất điều khiển
0
U
đk
I
đk
Đồng pha TXRC SS Tạo dạng

: dòng duy trì của tiristor.
di/dt: tốc độ tăng của dòng tải.
Yêu cầu về độ dốc sờn trớc của xung:
- Độ dốc sờn trớc của xung càng cao thì việc mở tiristor càng dễ. Thông thờng yêu cầu độ
dốc sờn trớc của xung điều khiển là:

1,0

dt
dI
dk
A/às.
- Độ dốc sờn trớc của xung càng tăng thì đốt nóng cục bộ tiristor càng giảm.
Yêu cầu về tính đối xứng của xung trong kênh điều khiển:
13- 13 -
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
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 anode 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.
4. Lựa chọn phơng án thiết kế 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 đợc tín
hiệu điều khiển cần thiết:
a/ Khâu đồng pha
Đây là khâu có nhiệm vụ xác định thời điểm mốc để tính góc mở . Nó liên hệ chặt
chẽ về pha với điện áp lực. Bên cạch đó nó còn để cách li mạch điều khiển và mạch lực ở đầu
vào hệ điều khiển. Do vậy mà khối đồng pha có thể dùng biến áp để cách li hoặc dùng phần
tử otocupler (phototransistor).
- Trong khâu này ta chọn biến áp để cách li kết hợp với bộ khuếch đại thuật toán và diode