TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIÊP
___*****___
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU
KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU
Giáo viên phụ trách : Đỗ Trọng Tín
Họ và tên : Nguyễn Ngọc Thăng
Lớp : Tự động hóa 1 – K 47
Nhóm ĐAĐTCS : I
Số hiệu sinh viên : 20022615
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
H Ni 7 2005
MC LC
MC LC .......................................................................................................................................................... 2
BI : ............................................................................................................................................................ 4
LI NểI U .................................................................................................................................................... 5
CHNG 1 : ...................................................................................................................................................... 6
TèM HIU V NG C IN MT CHIU ............................................................................................ 6
I. CU TO NG C IN MT CHIU ............................................................................................. 6
1. Phn tnh hay stato ........................................................................................................................ 6
2. Phn quay hay rụto ........................................................................................................................ 7
II. CC THễNG S NH HNG: ........................................................................................................... 8
III. S NGUYấN Lí NG C IN MT CHIU ........................................................................ 9
IV. PHNG PHP IU CHNH TC NG C IN MT CHIU ....................................... 9
1. iu chnh tc bng cỏch thay i in tr phn ng .................................................................. 9
2. iu chnh tc bng cỏch thay i t thụng ................................................................................ 10
2. Khõu to in ỏp rng ca. ............................................................................................................... 40
3. Khõu so sỏnh. ..................................................................................................................................... 43
................................................................................................................................................................ 43
4 . Khõu phỏt xung chựm. ...................................................................................................................... 44
5 . Khõu khuch i xung v bin ỏp xung. ........................................................................................... 45
6. Khõu to ngun nuụi. ...................................................................................................................... 49
................................................................................................................................................................ 49
Ta cần tạo ra nguồn điện áp để cấp cho máy biến áp xung và nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng
điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ. .................................................................................................. 49
7. Tớnh bin ỏp ngun nuụi v ng pha. ............................................................................................... 50
8 .Khõu phn hi tc . ....................................................................................................................... 52
CHNG 5: ..................................................................................................................................................... 54
Mễ PHNG MCH IU KHIN .............................................................................................................. 54
........................................................................................................................................................................... 54
KT LUN ...................................................................................................................................................... 55
TI LIU THAM KHO ............................................................................................................................... 56
3
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
BI :
Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ
độc lập không đảo chiều có các thông số sau:
U
đm
( V )
I
đm
( A ) U
kích từ
( V ) I
những ứng dụng các linh kiện bán dẫn làm việc ở chế độ chuyển
mạch vào quá trinh biên đổi điện năng . Hiện nay các thiết bị
điện tử công suất chiếm hon 30% trong số các thiết bị của một
xí nghiệp hiện đại . Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm
nhiều xí nghiệp mới, dây truyền 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 các thầy cô trong bộ môn điện tử
công suất đã cho chúng em từng bớc tiếp xúc với việc thiết kế
thông qua đồ án môn học điện tử công suất .
Đối với những sinh viên năm thứ 3 ,đây là lần đàu tiên tiếp
xúc với thực tế .Chính vì vây , trong quá trình thc hiện đồ án
không thể tránh khỏi những thiếu sót nên em kính mong thây cô
thông cảm và bỏ qua cho chúng em .
5
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự
động hoá xí nghiệp công nghiệp và đăc biệt là thầy giáo Đỗ
TRọNG TíN đâ tận tinh hứơng dẫn em hoàn thành đồ án này .
Sinh viên
Dơng
Đức Anh
Chng 1 :
TèM HIU V NG C IN MT CHIU
Trong nn sn xut hin i, mỏy in mt chiu vn c coi l mt loi mỏy
quan trng. Nú cú th dựng lm ng c in, mỏy phỏt in hay dựng trong nhng
iu kin lm vic khỏc.
ng c in mt chiu cú c tớnh iu chnh tc rt tt, cú nhiu u vit
hn so vi loi ng c khỏc. Khụng nhng nú cú kh nng iu chnh tc d
d. Cỏc b phn khỏc :
- Np ng c : bo v ng c khi b nhng vt ngoi ri vo ln h hng
dõy qun hay an ton cho ngi khi chm phi in. Trong ng c in nh v
va, np ng c cũn cú tỏc dng lm giỏ bi. Trong trng hp ny np ng
c thng lm bng gang.
- C cu chi than : a dũng in t phn quay ra ngoi. C cu chi than
gm cú chi than t trong hp chi than v nh mt lũ xo tỡ cht lờn c gúp. Hp
chi than c c nh trờn giỏ chi than v cỏch in vi giỏ. Giỏ chi than cú th
quay c iu chnh v trớ chi than cho ỳng ch. Sau khi iu chnh xong thỡ
dựng vớt c nh cht li.
2. Phn quay hay rụto
Phn quay gm cú nhng b phn sau:
a. Lừi st phn ng
Lừi st phn ng dựng n t. Thng dựng nhng tm thộp k thut in
(thộp hp kim silic) dy 0,5 mm ph cỏch in mng hai mt ri ộp cht li
gim hao tn do dũng in xoỏy gõy nờn. Trờn lỏ thộp cú dp hỡnh dng rónh sau
khi ộp li thỡ t dõy qun vo.
Trong nhng ng c c trung tr lờn, ngi ta cũn dp nhng l thụng giú
khi ộp li thnh lừi st cú th to c nhng l thụng giú dc trc.
Trong nhng ng c in ln hn thỡ lừi st thng chia thnh tng on nh.
Gia cỏc on y cú mt khe h gi l khe thụng giú ngang trc. Khi ng c
lm vic, giú thi qua cỏc khe lm ngui dõy qun v lừi st.
Trong ng c in nh, lừi st phn ng c ộp cht trc tip vo trc. Trong
ng c in ln hn, gia trc v lừi st cú t giỏ rụto. Dựng giỏ rụto cú th tit
7
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc
Th¨ng
kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
b. Dây quấn phần ứng
Dây quấnphần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây
RR
fu
+
I
ư
Phương trình đặc tính cơ : ω =
φ
K
U
u
-
2
)(
φ
K
RR
fu
+
M
Từ phương trình đặc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ:
- Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm
điện trở phụ R
f
vào mạch phần ứng. R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng
thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm.
- Ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch
ư
thì dòng điện I
ư
sẽ
rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản
(M > M
c
) rôto bắt đầu quay và suất điện động E
ư
sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n.
Do sự xuất hiện và tăng lên của E
ư
, dòng điện I
ư
sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng
chậm hơn.
IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Từ biểu thức : ω =
φ
K
U
u
-
2
)(
φ
K
RR
fu
+
trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ
áp dụng ở động cơ có công suất nhỏ
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen
điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và sức điện động quay của động cơ
E
ư
= K.Φ.ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ
thông cũng là hệ phi tuyến:
i
k
=
kb
k
rr
e
+
+ ω
k
dt
d
φ
trong đó r
k
– điện trở dây quấn kích thích
r
b
– điện trở của nguồn điện áp kích thích
ω
ngắn mạch giảm và tốc
độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng
được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
Chương 2 :
CHỌN PHƯƠNG ÁN
Nguồn điện một chiều cấp cho động cơ điện một chiều có thể lấy được từ nhiều
cách khác nhau. Lấy trực tiếp từ máy phát điện một chiều hoặc có thể dùng bộ biến
đổi một chiều. Trong thực tế, bộ biến đổi một chiều có thể dễ dàng thiết kế nhờ các
mạch chỉnh lưu sử dụng các van bán dẫn. Hơn nữa, các mạch chỉnh lưu sử dụng van
điều khiển còn có thể dễ dàng điều khiển được theo yêu cầu của từng loại tải. Do
các ưu điểm đó, ta sẽ thiết kế nguồn một chiều thông qua các mạch chỉnh lưu điện
áp xoay chiều lấy từ lưới điện. Dưới đây là một số mạch chỉnh lưu cơ bản và hay
được sử dụng.
1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng
- Các van dẫn lần lượt theo từng cặp (T
1
, T
2
) và (T
3
, T
4
).
11
ω
ω
01
U
dm
(TN)
π
22
U
2
cosα = 0,9U
2
cosα
I
dα
=
Rd
U
d
α
I
v
=
2
d
I
S
ba
= 1,23P
d
U
ngmax
=
2
U
2
dẫn
θ : 150 + α – 270
0
+ α : T
2
dẫn
Các van hoạt động riêng, độc lập
R1
L1
T3
T2
T1
Công thức:
U
dα
=
π
2
63
U
2
cosα = 1,17U
2
cosα
I
dα
=
Rd
U
phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm ampe), mặt khác độ đập mạch của
điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi
nhiều.
3. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng
- Hoạt động của mạch: các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm
katốt chung U
KC
,
các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt
chung U
AC
.
- Công thức:
U
dα
= U
do
cosα =
π
63
U
2
cosα
i
d
= I
d
=
đập mạch nhỏ 5%. Nếu có sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các
loại trên. Đồng thời, công suất mạch chỉnh lưu này có thể rất lớn đến hàng trăm kW.
14
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
Nhc im ca mch ny l st ỏp trờn van gp ụi st ỏp trờn van trong mch s
hỡnh tia.
Chn mch van:
Theo yờu cu ca bi: U
m
= 220V, I
m
= 140A ta cú cụng sut ca ng c l
P
m
= U
m
. I
m
= 220*140 = 30800 W = 30,8 kW
Cụng sut ny khỏ ln nờn ta s dng mch chnh lu cu 3 pha.
Mt khỏc yờu cu ngun cung cp cho ng c phi iu chnh c in ỏp,
in ỏp iu chnh phi trn nờn ta chn van phi l van iu khin.
Nh vy ta s chn mch lc l mch chnh lu cu ba pha iu khin i xng.
Ta s dng li in ba pha cú in ỏp pha 220V, nh vy in ỏp ra ca mch
chnh lu l: U
d
=
63
d
U
= arccos
8,514
11
= 88,8
0
(
min
-
max
) nm trong khong iu chnh c ca gúc m
(khong nh hn
150
0
). Nh vy ta cú th s dng mch chnh lu ny u trc tip vo li in,
khụng cn thụng qua bin ỏp.Nhng do góc điều khiển
min
quá lớn nên
cần dùng một biến áp nhằm tăng dài điều chỉnh .
Kt lun:
Qua xem xột v tớnh toỏn trờn, ta chn mch lc l mch chnh lu cu ba
pha iu khin i xng v cn dựng bin ỏp ngun
15
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc
Th¨ng
Chương 3 :
THIẾT KẾ MẠCH LỰC
I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
C
C
C
C
T4
T3
T5
T2
T6
T1
K
RI
K
0
220V
~
~
2.Nguyờn lý hot ng
Điện áp lới sau khi qua Atômát và Rơle đợc đa tới biến áp lực
.Biến áp lực có nhiệm vụ thay đổi điện áp đến giá trị mong đợi
,từ đây điện áp đợc cung cấp cho hệ thông chỉnh lu Thyristo
17
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
cầu 3 pha đối xứng . Sau đó cung cấp động cơ làm việc với giá
trị điện áp này .Động cơ hoạt động đơc là do một hệ thống
kích từ độc lập . Khâu phát tốc dung để diều chỉnh diẹn áp làm
việc của động cơ .
II .TNH TON CHN THIT B:
Thông qua phơng án lựa chọn chỉnh lu cầu 3 pha ở chơng 2
v
: Sụt áp trên van .
U
ck
: Sụt áp trên cuộn kháng
Do theo yêu cầu của đề bài ,đối với sơ đồ cầu 3 pha ta có các
thông số sau :
k
u
=2.34 ; k
s
=1.05 ; k
=3/ ; m = 3 ;
Theo các giá trị sụt áp trên van ta tính đợc nh sau :
U
d0
=
( )
1
1 Uba
UUUU
ckvbad
++
+++
(1)
Trong đó :
U
ba
=11 (V) ; U
m
Thay vào công thức 1 ta có :
18
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
U
d0
=
( )
( )
V27574.274
05.00209.00399.01
111115.1*2220
=
++
+++
b . Xác định công suất tối đa của tải :
P
dmax
= U
d0
*I
d
=275*140 =38500 (W) =38.5(kW)
c . Công suất máy biến áp nguồn đợc tính
S
ba
=k
s
* P
220
2
1
==
dm
dm
U
U
e . Tính toán sơ bộ mạch từ :
Tiết diện trụ Q
Fe
của lõi thép biến áp đợc tính từ công thức :
Q
Fe
=k
Q
fm
S
ba
*
Trong đó : k
Q
: Hệ số phụ thuộc làm mát .
Chọn k
Q
= 5
Theo thực nghiệm sản suất thông thờng :
Q
U
D
k
U
0
( )
V52.117
34.2
275
=
- Điện áp cuộn dây sơ cấp U
1
bằng điện áp nguồn cấp .
*/ Tinh dòng điện trong các cuộn dây .
Ta có :
)(75.183
220
38500*05.1
*
1
max1
1
A
U
Pk
I
s
===
19
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
= 1.8648*220 = 410(vòng)
W
2
=(Số Vôn/ vòng)*U
2
= 1.8648*124 = 232 (vòng)
* / Tính toán tiết diện dây quấn .
S
Cu
=
J
I
Trong đó :
I : Cờng đọ òng điện trong các cuộn dây
J : Mật độ dòng điện trong các cuôn dây
Chọn J = 2.75 ( A/mm
2
)
Thay số :
S
Cu1
=
)(66
75.2
75.183
2
mm=
D
1
=
CS2
Với :
Q
CS1
= k
lđ
*W
1
*S
Cu1
; Q
CS1
= k
lđ
*W
2
*S
Cu2
Trong đó :
Q
CS1
, Q
CS2
: Phần do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ
W
1
,W
2
: Số vòng dây sơ cấp và thứ cấp
= 0.5 ; l =
a
b
= 1 ữ1.5
Tính toán ta đợc : a = 10 (cm) ; b = 12(cm) ; c = 6(cm) ; h =
25(cm)
Chiều rộng toàn bộ mạch từ là : C = 2*c +3*a = 42 (cm)
Chiều cao toàn bộ mạch từ la : H = h + 2*a = 45 (cm)
i . Tính kết cấu dây quấn .
Dây quấn đợc bố trí theo dọc trụ , mỗi quận dây quấn thành
nhiều lớp . Mỗi lớp đợc quấn liên tục, các vòng dây sát nhau, Các lớp
dây cách nhau bằng một bìa cách điện.
- Số vòng dây trên mỗi lớp:
+ Kết cấu dây quấn sơ cấp :
Khi dây quấn tiết chữ nhật :
21
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
W
1L
=
e
n
g
k
b
hh 2
=
l
W
W
1
1
=
)(45,8
49
410
lop=
Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :
Tính chiều dài của các cuộn dây đồng
Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy :
S
01
=0,1 (cm)
Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a
01
= 1,0(cm)
Đờng kính trong của ống cách điện
D
t
= d
fe
+ 2 . a
01
2 .S
01
= 10 + 2.1 - 2.0,1 = 11,8(cm)
Đờng kính trong của cuộn sơ cấp
D
tb1
= ( D
t1
+ D
n1
) / 2 = (12 + 13,78 )/2 = 12,89 (cm)
Chiều dài dây cuộn sơ cấp :
l
1
= W
1
. . D
tb = 410. . 12,89 = 16603,0 (cm) = 166,03 (m)
Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :
cd
01
= 1,0(cm)
+ Kết cấu dây quấn thứ cấp
22
)(24,24
95,0
47,0.49.
111
1
cm
k
232
12
2
12
===
w
w
n
(lớp)
(Chọn số lớp dây cuốn n
12
= 4 lớp ,).
Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :
67,14
95,0
41,0.34
k
b.w
h
e
212
2
===
(cm)
Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp là: a
12
= 1,0 (cm)
Đờng kính trong của cuộn thứ cấp :
D
t2
Đờng kính trung bình của cuộn thứ cấp :
D
tb2
= ( D
t2
+ D
n2
) / 2 = (15,78 + 17,02) / 2 = 16,4(cm)
Chiều dài dây quấn thứ cấp :
l
2
= . w
2
. D
tb2
= . 232.14,76 = 11953,13(cm)
l
2
119,53 (m)
Đờng kính trung bình các cuộn dây:
D
12
= ( D
t1
+ D
n2
) / 2 = (12 + 17,02 )/2 =
14,51(cm)
r
12
(3h+ 2c) = 115,395 (kg)
l) Khối lợng đồng:
Khối lợng đồng đợc tính tơng tự khối lợng sắt.
M
Cu
= V
Cu
. m
Cu
Trong đó:
V
Cu
: thể tích khối đồng.
V
Cu
= S
Cu
. l
S
Cu
: tiết diện dây đồng.
l : chiều dài dây đồng.
m
Cu
= 8,9 Kg/dm
3
.
Thay số :
M
Cu
, R
2
: điện trở thuận của các cuộn dây
R
1
=
Cu
s
l
1
= 0.0000172*
66
166030
=0.043 ()
R
2
=
Cu
s
l
2
= 0.000072*
66
119530
=0.031 ()
Với
Cu
= 0,0000172 mm.
+
=
BdBd
cd
h
R
W
bk
n
m
f
: số pha biến áp.
W
2
: số vòng dây thứ cấp biến áp.
R
bk
: bán kính dây thứ cấp.
l : chiều cao lá thép.
24
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc
Thăng
h : Chiều cao cửa sổ lõi thép
W
W
* R
1
R
nm
= 0. 014
o) Tổng trở ngắn mạch
Z
nm
=
22
nmnm
xr + =
22
00597.0014.0 +
=0.015()
p) Tính điện áp phần trăm ngắn mạch
U
nm
% = 100.
m
nmm
và chỉ tiêu điện áp.
*) Tính chọn van theo chỉ tiêu dòng điện:
Theo yêu cầu của đề bài:
I = 140(A), tra bảng 1.1 ta có:
I
tby
=
3
d
= 46,67(A)
Khi làm việc, dòng diện qua động cơ, các van thờng xuyên
25
Copyright: Tài liệu đại học ©