đồ án môn - điện tử công suất

Đề tài thiết kế
Thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ, rotor lồng sóc phụ
tải bơm hoặc quạt gió.
Số liệu:
Công suất động cơ định mức: P = 200 kW
Dòng điện động cơ định mức: I = 380 A
Điện áp định mức:
U = 3x380 V
Tần số:
f = 50 Hz

1


đồ án môn - điện tử công suất

Lời Nói Đầu
Ngày nay động cơ không đồng bộ ba pha đã và đang đợc sử dụng rộng rãi,
trong các máy móc công nghiệp. Nó có u điểm là cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy
xong nó vãn còn có những hạn chế nhất định nh dòng điện khởi động lớn gây sụt
áp trên lới điện làm ảnh hởng tới thiết bị khác, khó điều chỉnh tốc độ, hệ số Cos
thấp. Xong ngày nay với các tiến bộ khoa học kỹ thuật, ngời ta đã nghiên cứu ra
các thiết bị nhằm hạn chế dùng mở máy cũng nh điều chỉnh tốc độ của động cơ
không đồng bộ để phục vụ cho các máy móc công nghiệp có yêu cầu khắt khe về
mặt truyền động.
Do yêu cầu của sản xuất mà động cơ điện không đồng bộ lúc làm việc phải
dừng máy và mở máy nhiều lần do vậy tùy theo tính chất của phụ tải cũng nh tình
hình của lới điện mà yêu cầu mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Chính
vì vậy những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ phải có tính năng mở máy tơng thích với

II- PHơng Trình thay thế .
U1=-1+I1(R1+ jx1)

O = 2 + I2(r2+ jX2)
2 = 1

I1+ I2 = 0
-1= i0am.
Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ.

r1

x1

r2 '

I1

I2
I0

rm

U1
xm

3

x2'



MCD

M cđm

M

- (1) Khi = 0, Mc = Mđm = const, quan hệ bậc nhất.
- (2) Khi = 1: Mô men tỷ lệ bậc nhất với tốc độ
- (3) Khi = 2: Mô men tỷ lệ bậc hai với tốc độ
- (4) Khi = 1: Mô men tỷ lệ nghịch với tốc độ.

4


đồ án môn - điện tử công suất

Chơng II
Các phơng pháp mở máy
Có hai phơng pháp mở máy trực tiếp và hạ điện áp mở máy
I- Mở máy trực tiếp động cơ điện rôto lồng sóc .

- Nguyên lý : Đóng AT trực tiếp nối động cơ điện vào lới điện .
- Ưu điểm : Phơng pháp mở máy trực tiếp đơn giản, gọn nhẹ, nhanh chóng.
- Nhợc điểm : Dòng khởi động lớn gấp năm đến bảy lần dòng định mức, thời gian
mở máy quá dài thì sinh ra phát nhiệt trên động cơ và gây sụt áp cho lới điện .
Chỉ đợc sử dụng cho động cơ có công suất nhỏ (P đm
- Nhợc điểm: Cuộn kháng cồng kềnh, nếu mở máy nhiều lần trong thời gian
ngắn thì dễ bị hỏng. Mở máy bằng phơng pháp này giảm đợc dòng điện nhng đồng thời
lại làm giảm mômen mở máy .
6


đồ án môn - điện tử công suất

2- mở máy bằng dùng biến áp tự ngẫu :

A
B
C

a t1

t

a t2

a t3

Đ

- Nguyên lý hoạt động: Biến áp tự ngẫu T phía cao áp nối vào lới điện phía
hạ áp nối với stato của động cơ. Đóng AT 1 và AT3 để mở máy động cơ, sau khi mở
máy xong ta đóng AT2 và ngắt AT3 ra lúc này động cơ đợc nối trực tiếp với lới điện
.
-Ưu điểm: Dòng điện mở máy giảm nhng mômen động cơ điện giảm không
nhiều lắm .


đồ án môn - điện tử công suất

III - Mở máy động cơ bằng bộ biến đổi dùng Thyristor:
- Mạch động lực của bộ biến đổi dùng thyristor ta sử dụng ba cặp thyristor
đấu song song ngợc. Vì mô men mở máy của động cơ không đồng bộ ba pha tỷ lệ
thuận với bình phơng điện áp, và dòng điện tỷ lệ với điện áp.

a

b

T4

T1

c

T6

T3

T2

T5

a

b



t

T1

t

T2

t

T3

t

T4

t

T5

t

T6

t

Đồ thị điện áp pha A của tải

Tuỳ thuộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có ba van dẫn hoặc hai van

10


®å ¸n m«n - ®iÖn tö c«ng suÊt

Trong ph¹m vi nµy lu«n chØ cã c¸c giai ®o¹n hai van dÉn.
Ud=
P=

U day
2
2
3U dm
πR

= 2U

3π
4

π 3

3
 + sin 2α +

cos
2
α
3 4


60°

60°

T1

t

T2

θ

T3

θ

T4

θ

T5

θ

T6

θ

α = 750 gãc dÉn van kh«ng ®æi vµ b»ng λ − 1200


2 3


3U 2  5π α
3
1
P= dm  − + cos 2α + sin 2α  (3)
πR  24 4 16
16


U day

α =105°

a

c

b

θ

45°

T1

Ud =

2U

3 sin 2α 


−
3
α
+
cos
2
α
+
π  2
4
4 

12


đồ án môn - điện tử công suất

Theo các biểu thức (1),(2),(3) và cho các giá trị khác nhau và lấy P ở =0 là
100% ta có các bảng giá trị và đồ thị .



P%



P%

4,3
1,3
0,1
0

P%
100
80
60
40
20

0

40

80

120

160

13


®å ¸n m«n - ®iÖn tö c«ng suÊt

Ch¬ng iii:
thiÕt kÕ-tÝnh to¸n m¹ch lùc
Qua ph©n tÝch c¸c ph¬ng ph¸p khëi ®éng víi nh÷ng yªu cÇu ®Çu bµi ®ßi hái,

C4

BOX
BBD

R
C

A5

B5

BD3

AT3

C5

C6
B6
A6

D TEST

A
Ri

AT2

d

quá dòng, quá áp cho động cơ.
2- Nguyên lý hoạt động:
Để đảm bảo độ an toàn cho động cơ ta thiết kế mạch hoạt động ở hai chế độ
a- Chế độ chạy TET:
Ta đóng AT1 nối mạch động lực với nguồn đồng thời đóng AT4 và đóng nút
thờng mở M để cấp các tín hiện xung kích mở ba cặp thyristor sau đó ta đóng AT3
nối mạch với ba bóng đèn D1,D2,D3, lúc này các bóng đèn sẽ từ từ sáng lên,nếu cả
ba bóng cùng sáng lên đều nhau cho đến lúc chúng cùng sáng hẳn đó là khi cả ba
pha đều có điện chế độ chạy tet đã hoàn thành.Còn nếu các bóng sáng không đều
nhau hoặc ít nhất một bóng không sáng là điện ở các pha lệch pha nhau ta cần điều
chỉnh lại dòng điện các pha bằng cách điều chỉnh lại góc mở để cấp xung cho các
thyristor điều chỉnh dòng ở ba pha đều nhau.
b-Chế độ chạy có tải :
15


đồ án môn - điện tử công suất

Khi đèn ở các pha đã bừng sáng và sáng đều nhau ta theo dõi ampemet khi nào
chỉ đúng dòng điện ta cần sử dụng là lúc dòng điện ở các pha ổn định, thì ta đóng
AT2 để cấp điện từ mạch điện cho động cơ, lúc này động cơ bắt đàu hoạt động.
II- Tính chọn van và bảo vệ van :
1-Tính chọn van :
Có rất nhiều điều kiện để dựa vào đó ta chọn van, nhng do dữ liệu của đầu
bài cũng nh thời gian có hạn nên em chỉ dựa vào những điều kiện sau để chọn van.
- Điện áp ngợc cực đại.
- Dòng điện định mức.
- Điều kiện làm mát cho van và hiệu suất sử dụng van.
- Hệ số dự trữ dòng điện, hệ số dự trữ điện áp .
a/ Các phơng pháp làm mát cho van:

®å ¸n m«n - ®iÖn tö c«ng suÊt

Ic = 190. 1,5 .

100
= 1140 ( A )
25

c/ Chän van:
Víi

Ucv = 806 ( V )
Icv = 1140( A )

Tõ ®ã ta chän van lo¹i

TΛ1200 - 10

Th«ng sè cña van :
§iÖn ¸p

Ucv= 1000 V

Dßng ®iÖn

Icv = 1200A

§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn

UG= 7V

- Ngời ta chia ra làm hai loại nguyên nhân gây nên quá điện áp .
a/ Nguyên nhân nội tại :
Khi khoá Thyristor bằng điện áp ngợc, các điện tích tích tụ trong các lớp bán
dẫn đổi ngợc lại hành trình, tạo ra dòng điện ngợc tronh khoảng thời gian rất ngắn.
Sự bíên thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất
lớn trong các điện cảm luôn luôn có của dây nguồn dẫn đến các thyristor. Vì vậy,
giữa Anốt và Catốt của Thyristor xuất hiện quá điện áp.
b/Nguyên nhân bên ngoài :
Những nguyên nhân này thờng xảy ra ngẫu nhiên nh khi cắt không tải một
máy biến áp trên đờng dây, khi cầu chì bảo vệ nhẩy khi có sấm sét vv..
- Mạch R C đấu song song với các thyristor nhằm bảo vệ quá điện áp cho tích tụ
điện tích khi chuyển mạch gây lên.

R

C

Thông số RC phụ thuộc vào mức độ quá điện áp, tốc độ biến t hiên của dòng
điện chuyển mạch, điện cảm trên đờng dây.v .v
Tài liệu này chỉ giới thiệu phơng pháp xác định thông số RC bằng cách đồ thj giải
thích, sử dụng những đờng cong đã chuẩn bị sẵn.
- R,C bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích gây lên.
Ta sử dụng các chữ viết sau đây:
Ud m p, Ui m p

-

giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngợc đặt lên

thyristor một cách chu kỳ, cho trong sổ tay tra cứu.

im

*
; Rmin

L.U im
L.U im
*
R Rmax
2.Q
2Q

Trong đó : L là điện cảm của mạch RLC.
Kết luận :
Căn cứ vào điều kiện thực tế của đầu bài và các dữ liệu của thyristor thì ta
chọn áptômát để bảo vệ quá tải và ngắn mạch với thông số Idm=150A.
Chọn mạch R- C mắc song song với các cặp thyristor để bảo vệ quá áp và bảo vệ
tốc độ tăng trởng điện áp với các thông số.
R=100 và C =0,5F.

19


®å ¸n m«n - ®iÖn tö c«ng suÊt

40
30

C* R*


đồ án môn - điện tử công suất

Chơng IV
Mạch điều khiển
I- sơ đồ khối :
- Trong bộ khởi động mềm các thyristor chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi
có điện áp dơng đặt trên Anốt và có xụng áp dơng đặt vào cực điều khiển G. Sau
khi thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng điện chẩy
qua thyristor do thông số của mạch động lực quyết định .
Mạch điều khiển có các chức năng sau.
- Điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dơng của
điên áp đặt trên anốt - ca tốt của thyristor.
- Tạo ra đợc các xung điều khiển mở đợc các thyristor (Xung điều khiển thờng cóbiên độ từ 2 ữ 10 v, độ rộng của xung
tx=20 ữ 100 s đối với thiết bị chỉnh lu
tx 10 s đối với thiết bị biến đổi tần số cao.
Độ rộng xung đợc xác định bằng biểu thức.
t x=

I dt
di / dt

Trong đó : Idt - Dòng duy trì của thyristor.
Di/dt- Tốc độ tăng trởng của dòng tải .
- Cấu trúc của mạch điều khiển một thyristor đợc thể hiện nh sau:
Ur
Uc

1

2

độ.
Ur
Uc
Ur
2

0
(U c + U r)

t

Uc



Tổng đại số của Ur + Uc đợc đa đến đầu vào của một khâu so sánh.
Nh vậy, bằng cách biến đổi Uc ngời ta có thể điều chỉnh đợc thời điểm xuất
hiện xung ra, tức là điều chỉnh đợc góc mở .
Khi Uc =0 ta có =0.
Khi Uc < 0 ta có >0.
Giữa và Uc có quan hệ nh sau .
Uc

= . U

r max

ngời ta lấy Uc max = Ur max
22


R1= R2
R3 =

1
c

R6 = 2R8
Rg = 2R7
Uc =UmSinwt.
3-Các yếu tố cơ bản đối với hệ thống điều khiển.
-Đảm bảo phát xung với đủ các yêu cầu để mở van.
-Đủ biên độ Ux.
-Đủ độ rộng tx
23


đồ án môn - điện tử công suất

-Sờn xung ngắn ( t3 =0,5 ữ 1s).
Ux

U
tx

Ts

-Đảm bảo tính đối xứng đối với các kênh điều khiển.
-Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực.
-Đảm bảo đúng quy luật thay đổi về pha của xung điều khiển.
Đây là yêu cầu để đảm bảo phạm vi điều chỉnh của góc điều khiển . Thông

(Up+ , U-p là nguồn nuôi OA.
Up+

EE+

Ud

s

OA

E-

OA

E+

U1-

Up-

U2

U1+
M

M

U2
U sat

Khuyếch đại thuật toán có rất nhiều ứng dụng nh tạo hàm số, tạo bộ điều
chỉnh P,PI, PID, tạo các đa hài, tri gơ, các khâu so sánh v.v.
a/So sánh hai tín hiệu cùng dấu:
25