Đồ án môn học điện tử công suất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (663.1 KB, 60 trang )
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
TÊN ĐỀ TÀI
(ĐỀ SỐ 12- PHƯƠNG ÁN 3)
Thiết kế bộ điều chỉnh và ổn định tốc độ quạt thông gió dùng động cơ
không đồng bộ rôto ngắn mạch. Mạch có bảo vệ mất pha và chống quá tải
lâu dài.
* Thông số động cơ:
-
Công suất: P = 50 kW.
Điện áp định mức: Uđm = 380/220 kV.
Cosϕ = 0,82.
Hiệu suất: η = 0,85.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D= ωmax/ωmin = 2,5/1.
- Tần số f = 50 Hz.
*Yêu cầu:
1. Tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của thiết bị cần thiết kế.
2. Đề xuất các phương án tổng thể, phân tích ưu nhược điểm của từng
phương án để đi đến lựa chọn phương án phù hợp thoả mãn các yêu cầu kỹ
thuật.
3. Xây dựng chi tiết toàn bộ sơ đồ nguyên lý mạch thiết kế (cả mạch lực và
mạch điều khiển), thuyết minh sự hoạt động của sơ đồ với đồ thị minh hoạ.
4. Tính toán mạch lực.
5. Tính toán mạch điều khiển.
6. Lập bảng trị số toàn bộ các phần tử và linh kiện tính toán được trong mục
4 và 5.
7. Tài liệu tham khảo.
SV: Đoàn Thế Thuận
2
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
Nội dung đồ án gồm 04 phần:
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC
VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
Trang 6
1. Quá trình áp dụng động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc:
1.1. Động cơ điện rôto lồng sóc rãnh sâu:
1.2. Động cơ điện rôto lồng sóc kép:
2. Đặc tính mở máy và điều chỉnh tốc độ bằng p/pháp thay đổi điện áp:
2.1. Đặc tính mở máy:
2.1.a Mở máy trực tiếp:
2.1.b Mở máy bằng cách dùng điện kháng nối tiếp và mạch stato:
2.1.c Mở máy bằng cách dùng máy biến áp tự ngẫu nối tiếp và
mạch stato:
2.1.d Mở máy bằng cách chuyển đổi nối sao - tam giác:
2.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc bằng cách
thay đổi điện áp:
3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc tải quạt gió:
PHẦN 2: GIỚI THIỆU, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH LỰC
Trang 13
1. Giới thiệu các van điện tử công suất:
1.1. Thyristor:
1.2. Triac (Tridiode alternative current):
2. Giới thiệu các sơ đồ cơ bản để ĐAXC 3 pha và chọn sơ đồ thiết kế:
2.1. Sơ đồ số 1 dùng Triac:
2.3. Sơ đồ số 2 dùng Diôt và Thyristor:
2.4. Sơ đồ số 3 dùng Thyristor:
2.2. Sơ đồ số 4 dùng Thyristor:
2.5. Sơ đồ số 5 dùng Thyristor:
2.6. Sơ đồ số 6 dùng Thyristor:
2.7. Sơ đồ số 7 dùng Thyristor:
2.8. Chọn sơ đồ thiết kế:
SV: Đoàn Thế Thuận
3
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
3. Nguyến lý hoạt động của mạch động lực – sơ đồ ĐAXC 3 pha dùng 06
Thyristor dấu song song ngựơc cấp nguồn cho động cơ 3 pha rôto lồng sóc:
4. Phương pháp tính toán các thông số khi thay đổi điện áp:
PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC
Trang 25
1. Tính toán các thông số của động cơ không động bộ 3 pha rôto lồng sóc:
2. Tính chọn Thyristor và các thiết bị bảo vệ:
2.1. Tính chọn Thyristor:
2.2. Tính chọn các thiết bị bảo vệ:
PHẦN 4: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. Mục đích:
Trang 30
II. Yêu cầu:
III. Thiết kế mạch điều khiển:
1. Nguyên lý thiết kế mach điều khiển:
2. Cấu trúc mạch điều khiển Thyristor:
2.1. Khâu đồng pha:
2.2. Khâu so sánh:
2.3. Khâu khuếch đại tạo xung:
2.4. Mạch tạo xung chùm:
3. Lựa chọn sơ đồ mạch điều khiển:
4. Thiết kế mạch khởi động và có chức năng hạn chế dòng điện trong quá
trình khởi động bằng cách tăng dần điện áp:
5. Thiết kế mạch bảo vệ chống quá tải lâu dài:
6. Thiết kế mạch bảo vệ chống mất pha:
7. Tính toán các thông số linh kiện của sơ đồ mạch điều khiển:
7.1. Tính chọn biến áp xung:
7.2. Tính tầng khuếch đại cuối cùng:
7.3. Chọn cổng AND và OR:
SV: Đoàn Thế Thuận
4
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
7.4. Chọn IC khuếch đại thuật toán:
7.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm:
7.6. Tính chọn tầng so sánh:
7.7. Tính chọn khâu đồng pha:
7.8. Tính chọn mạch khởi động và có chức năng hạn chế dòng điện
trong quá trình khởi động bằng cách tăng dần điện áp:
7.9. Tính chọn mạch bảo vệ chống quá tải lâu dài:
7.10. Tính chọn mạch bảo vệ chống mất pha:
7.11. Tạo nguồn nuôi:
7.12. Tính toán máy biến áp đồng pha làm nguồn nuôi cho mạch điều
khiển:
5. Bảng trị số toàn bộ các phần tử và linh kiện tính toán được ở trên:
SINH VIÊN ĐÃ HOÀN THÀNH
VÀ NỘP ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Ngày……….Tháng………….Năm 2007.
(ký và họ tên)
Đoàn Thế Thuận
KẾT QUẢ ĐIỂM ĐÁNH GIÁ
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
- Quá trình thiết kế:…………….
- Điểm duyệt:…………………..
- Điểm bảo vệ:…………………
Phạm Quốc Hải
SV: Đoàn Thế Thuận
5
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
LỜI NÓI ĐẦU
Tự Động Hoá là một trong những ngành quan trọng hàng đầu trong công
cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Sự giáo dục đóng vai trò quan
trọng trong công cuộc này đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ cán bộ có tay nghề cao
biết kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn lao động sản xuất.
Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện, điện tử, công nghệ
thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều
tiến bộ mới. Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong
các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Tự
động hoá không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp
phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản
phẩm.
Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, ngày càng có thêm
nhiều xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện
phải nắm vững những kiến thức về Điện tử công suất, Truyền động điện, Vi
mạch để xứng đáng trong vai trò kỹ thuật hiện tại.
Qua môn học điện tử công suất này để liên hệ giữa lý thuyết đã được học
với ứng dụng vào thực tiễn Thầy giáo Phạm Quốc Hải đã giao nhiệm vụ cho tôi
"Thiết kế bộ điều chỉnh và ổn định tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không
đồng bộ rôto ngắn mạch, có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dài".
Việc làm đồ án môn học Điện tử công suất đã giúp tôi ôn lại phần lý thuyết
đã được học ở trường, đem kiến thức trong sách vở đi liên hệ tới thực tiễn lao
động sản xuất thật là bổ ích cho bản thân.
Sau một thời gian được sự hướng dẫn của thầy giáo Phạm Quốc Hải, đồ
án của tôi đã hoàn thành nhưng vì khả năng và thời gian còn hạn chế nên chắc
chắn vẫn có nhiều sai sót. Bản thân tôi rất mong được sự chỉ bảo và tạo điều
kiện thuận lợi của Thầy giáo. Tôi xin chân thành cảm ơn.
Tác giả
SV: Đoàn Thế Thuận
6
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC
VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
1. Quá trình áp dụng động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc:
Ðộng cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc là loại máy
điện được dùng rộng rãi nhất trong thực tế. Ưu điểm nổi bậc của động cơ này là:
cấu tạo đơn giản, so với động cơ một chiều thì động cơ không đồng bộ 3 pha
rôto lồng sóc có giá thành hạ, vận hành tin cậy, làm việc chắc chắn, hiệu suất
cao, ngoài ra động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc còn dùng trực tiếp với
lưới điện xoay chiều 3 pha nên không cần trang bị thêm các trang thiết bị biến
đổi.
là một loại thiết bị huyết mạch không thể thiếu được trong các nghành công
nghiệp, tiểu thủ công nghiệp cụ thể : 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 gia công cơ khí...vv.Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió.
Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm, máy chế biến nông sản. Trong đời sống
hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng
như quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh...
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 các máy điện không đồng bộ rôto lồng sóc
ngày càng rộng rãi, Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc có đặc tính làm việc
tốt, nhưng do đặc tính mở máy không được như động cơ điện rôto dây quấn,
dòng điện mở máy lớn mà mômen mở máy lại không lớn lắm. Để cải thiện được
đặc tính mở máy động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, nguời 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 chúng có đặc tính mở máy tương đối
tốt.
1.1. Động cơ điện rôto lồng sóc rãnh sâu:
Loại động cơ này rãnh rôto hẹp và sâu (chiều sâu
bằng 10÷12 lần chiều rộng rãnh). Khi có dòng điện cảm
ứng trong thanh dẫn rôto, từ thông tản Φt2 phân bố như
trên hình vẽ bên, từ thông tản móc vòng dưới thanh dẫn
nhiều hơn đoạn trên. Khi mở máy rôto chưa quay, dòng
điện rôto có tần số lớn bằng tần số Stato f. Điện kháng
tản của rôto sẽ lớn hơn điện trở và có tác dụng quyết
định đến sự phân bố dòng điện rôto. Lúc mở máy điện
kháng tản phía dưới lớn, dòng điện tập trung phía trên
thanh dẫn gần miệng rãnh. Do sự phân bố dòng điện tập
trung nhiều ở phía miệng rãnh, tiết diện dẫn điện của
thanh coi như bị nhỏ đi, điện trở rôto R2 tăng lên sẽ làm
tăng mômem mở máy. Khi mở máy xong, tần số, dòng
điện rôto nhỏ, tác dụng trên bị yếu đi, điện trở rôto bị
giảm xuống như lúc bình thường.
SV: Đoàn Thế Thuận
7
Φt2
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
1.2. Động cơ điện rôto lồng sóc kép :
Rôto của động cơ có hai lồng sóc như hình bên
các thanh dẫn của lồng sóc ngoài (còn gọi là lồng
sóc mở máy) có tiết diện nhỏ và điện trỏ suất lớn.
Lồng sóc trong có tiết diện lớn, điện trở nhỏ.
Như ở trên, khi mở máy dòng điện tập trung ở
lồng sóc ngoài có điện trở R2 lớn, mômem mở máy
lớn. Khi làm việc bình thường, dòng điện lại phân
bố đều ở cả hai lồng sóc, điện trở R2 nhỏ xuống.
Động cơ điện không đồng bộ rôto rãnh sâu và lồng sóc kép có đặc tính mở
máy tốt, nhưng vì từ thông tản lớn, nên cosφ thấp hơn lồng sóc thường.
2. Đặc tính mở máy và điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện
áp:
2.1. Đặc tính mở máy:
Trong quá trình mở máy của động cơ điện không đồng bộ, 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 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 lúc làm
việc thường phải mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và
tình hình của lưới điện mà yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác
nhau. Có khi chỉ mở máy trực tiếp với công suất máy nhỏ, có khi yêu cầu mở
máy với công suất lớn thì phải dùng kháng điện hay máy biến áp tự ngẫu nối
tiếp vào mạch stato, có khi dùng phương pháp chuyển đổi sao - tam giác để mở
máy.
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 làm hỏng máy. Nói
chung khi mở máy một động cơ cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau:
Ø Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
Ø Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
Ø Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẽ tiền, chắc chắn.
Ø Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng nhỏ càng tốt.
SV: Đoàn Thế Thuận
8
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
2.1.a Mở máy trực tiếp:
Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ vào lưới
điện. Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, làm sụt điện
áp lưới điện rất nhiều, nếu quán tính của máy lớn thời gian mở máy lâu, có thể
làm chảy cầu chì bảo vệ, vì vậy phương pháp này chỉ dùng được khi công suất
mạng điện lớn hơn động cơ rất nhiều.
Dòng điện mở máy trực tiếp của động cơ lồng sóc lấy nguồn từ mạng điện
vào khoảng 6 lần dòng điện định mức: Imở=6*Iđịnhmức.
2.1.b Mở máy bằng cách dùng điện kháng nối tiếp và mạch stato:
Điện áp mạng điện đặt vào động cơ qua kháng
điện lúc mở khởi động từ K2 mở khởi động từ K1
đóng khi động cơ đã quay ổn định thì đóng khởi
động từ K2 đồng thời cắt khởi động từ K1, nhờ có
điện áp rơi trên kháng điện, điện áp đặt vào động
cơ giảm đi K lần, dòng điện sẽ giảm đi K lần, song
mômem giảm đi K2 lần vì mômem tỉ lệ với bình
phương điện áp.
2.1.c Mở máy bằng cách dùng máy biến áp tự ngẫu nối tiếp và mạch
stato:
Điện áp mạng điện đặt vào sơ cấp máy biến áp tự
ngẫu như hình bên, điện áp thứ cấp máy biến áp tự
ngẫu đặt vào động cơ, thay đổi vị trí con chạy để cho
lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ sau đó tăng
lên dần bằng điện áp định mức. Gọi K là hệ số biến áp
của máy biến áp tự ngẫu, U1 là điện áp pha lưới điện,
Z là tổng trở lúc mở máy.
- Điện áp đặt vào động cơ lúc mở máy là: U
dc
=U1
K
- Dòng điện đặt vào động cơ lúc mở máy là:
= U dc =
U
Z K *Z
- Dòng điện I1 của mạng điện cung cấp cho động cơ
lúc có máy biến áp tự ngẫu là dòng điện sơ cấp máy
biến áp tự ngẫu:
I
dc
n
SV: Đoàn Thế Thuận
1
n
9
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
I
1
=
I
K
dc
=
U
K 2*Z
Tr ường ĐHBK Hà Nội
(2.1.c1)
1
n
- Khi mở máy trực tiếp thì dòng điện I1 là:
I
1
= U1
(2.1.c2)
Z
So sánh (2.1.c1) và (2.1.c2) ta th ấy lúc có máy
biến áp tự ngẫu, dòng điện của lưới điện giảm đi K2
lần, đây là một ưu điểm so với phương pháp dùng điện
kháng (dòng điện chỉ giảm đi K lần). Vì thế phương
pháp dùng máy biến áp tự ngẫu được dùng nhiều đối
với động cơ công suất lớn. Điện áp đặt vào động cơ
giảm đi K lần, nên mômem giảm đi K2 lần.
n
2.1.d Mở máy bằng cách chuyển đổi nối sao - tam giác:
Phương pháp này chỉ dùng được với những
động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato
nối hình tam giác.
Khi mở máy ta nối sao K1 đóng lúc này điện áp
đặt vào mỗi pha giảm đi 3 lần, sau khi mở máy
xong ta đổi nối lại thành tam giác K 2 đóng đồng
thời K1 mở ra.
Stato-ĐC
- Dòng điện dây khi nối tam giác:
3*U
Z
- Dòng điện dây khi nối sao:
I
d∆
=
(2.1.d1)
1
n
I
dΥ
=
U
3*Z
(2.1.d2)
1
n
So sánh (2.1.d1) và (2.1.d2) ta th ấy lúc mở
máy kiểu đổi nối sao-tam giác dòng điện dây mạng
điện giảm đi 3 lần, mômem giảm đi ( 3 )2 = 3 lần.
Qua các nghiên cứu trên ta thấy rằng mômem mở máy giảm nhiều, để khắc
phục hiện tượng này người ta đã chế tạo ra: động cơ không đồng bộ rôto lồng
sóc kép và động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc rãnh sâu, hai loại này có đặc
tính mở máy tốt hơn nhiều so với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc thường.
SV: Đoàn Thế Thuận
10
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
2.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc bằng cách
thay đổi điện áp.
Đối với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, để tạo nên từ trường trong
khe hở không khí phải có dòng điện từ hoá, dòng điện chậm sau điện áp 900. Từ
trường quay quét quanh các thanh dẫn làm cảm ứng trong dây quấn rôto lồng
sóc khép kín (ngắn mạch), một sức điện động và tạo nên dòng điện. Vì tính chất
điện cảm của dây quấn nên dòng điện sẽ chậm sau điện áp, dòng điện Stato phải
chịu một biến đổi để cân bằng với ảnh hưởng từ của dòng điện rôto. Tương tác
giữa dòng điện rôto và từ thông tạo nên mômem cùng chiều với từ trường quay.
Tốc độ quay của rôto phải luôn khác với tốc độ đồng bộ vì cần có dòng điện cần
được cảm ứng trong rôto. Dòng điện đó tạo nên mômem quay. Độ lệch tương
ứng giữa tốc độ của từ trường quay (từ trường stato) và tốc độ rôto gọi là hệ số
trượt S.
- Khi thay đổi điện áp thì đường đặc
tính mômem M=f*S sẽ thay đổi (hình
M
bên) do đó hệ số trượt thay đổi, tốc
độ động cơ thay đổi, hệ số trượt S1,
S2, S3 tương ứng với điện áp U1đm,
0.85U1đm, 0.7U1đm.
- Nhược điểm của phương pháp điều
U1=U1đm
chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp
U2=0.85*U1đm
là làm giảm khả năng quá tải của
U3=0.7*U1đm
động cơ, dải điều chỉnh hẹp, tăng tổn
Mc
hao ở dây quấn rôto:
S
∆Pđt=S*Pđt=S*M*ω1
- Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi điện áp được dùng chủ yếu
với các động cơ công suất nhỏ có hệ
số trượt tới hạn lớn, phù hợp với tải
quạt gió.
0
S1,S2,S3
3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc tải quạt gió.
Để thành lập đặc tính của động cơ
không đồng bộ rôto lồng sóc ta sử dụng
sơ đồ thay thế:
Khi nghiên cứu ta phải giả thiết:
- 3 pha của động cơ là đối xứng.
- Các thông số của động cơ không đổi nghĩa là phụ thuộc vào nhiệt độ, điện
trở của rôto không phụ thuộc vào tần số của dòng điện rôto, mạch từ
không bảo hoà nên điện kháng X1, X2 không đổi.
SV: Đoàn Thế Thuận
11
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
- Tổng dẫn của mạch từ không đổi, dòng điện từ hoá không phụ thuộc vào
vào tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato của động cơ.
- Bỏ qua các tổn thất ma sát và tổn thất thép.
- Điện áp lưới hoàn toàn sin.
- U1 trị số hiệu dụng của của điện áp pha stato.
- Iµ, I1, I2 dòng điện từ hoá, dòng điện stato, dòng điện rôto qui đổi về stato.
- Xµ, X1, X2 điện kháng từ hoá, điện kháng stato, điện kháng rôto qui đổi về
stato.
- Rµ, R1, R2 điện trở tác dụng lên mạch từ hoá của cuộn dây stato và rôto
đã qui đổi về stato.
- S là độ trượt của động cơ: S = ω _ ω
ω
- ϖ 1 tốc độ góc của từ trường quay còn gọi là tốc độ đồng bộ. ω = 2*π * f
1
P
+ f 1 tần số của điện áp lưới.
+ P số đôi cựu từ của động cơ.
+ ω tốc độ góc của động cơ.
Dựa vào sơ đồ thay thế ta xác định được dòng điện stato:
1
1
1
I
1
=
1
U
1
R
2
µ
+
X
1
+
2
µ
R
1
+
R
S
2
2
+
X
2
nm
(3.1)
Trong đó: Xnm = X1 + X2
Từ (3.1) ta thấy:
Khi ω = 0 thì S = 1, I1 = I1nm (dòng ngắn mạch stato)
Khi ω = ω1 thì S = 0 ta có:
I
1
=U
1
1
R
2
µ
+
X
2
nm
=
I
(3.2)
µ
- I m là dòng từ hóa có tác dụng tạo ra từ trường quay khi động cơ quay
với vận tốc đồng bộ.
Ta cũng có thể tính được dòng điện rôto khi quy đổi về stato:
I
'
2
=
R
1
+
U
R
S
1
2
2
+
X
2
nm
(3.3)
- Khi ω = ω1 thì S = 0, I 2' = 0
'
- Khi ω = 0 thì S = 1 ⇒ I 2 = I 2 nm =
SV: Đoàn Thế Thuận
U1
2
( R1 + R2 ) 2 + X nm
'
12
(3.4)
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
Để tìm phương trình đặc tính cơ của động cơ ta dựa vào điều kiện cân
bằng công suất trong động cơ. Công suất điện chuyển từ stato sang rôto:
P12 = M ñt .ω 1
Trong đó:
Mñt
là momen điện từ của động cơ, nếu bỏ qua các tổn thất
phụ thì: M dt = M co = M (3.5)
Công suất P12 chia thành hai thành phần: P12 = Pcô + ∆P2
-
Pcô : công suất cơ đưa ra trên trục động cơ
-
∆P2 : công suất tổn hao đồng trong rôto
hay:
Mω1 = Mω1 + ∆P2 ⇒ ∆P2 = M * (ω1 − ω) = M *ω * S
∆ P2 = 3 I
Mặt khác:
Thay giá trị
'2
2
'
2
.R ⇒ M =
2I
'2
2
ω
(3.6)
R 2'
.
s
(3.7)
1
I 2' đã tính được ở trên và biến đổi ta có mômem của động cơ:
M =
3 .U 12 .R2'
2
R2'
2
+ X nm
.S
ω1 R1 +
s
Khi điện áp lưới giảm mômem sẽ giảm bình phương lần so với độ suy phải
của điện áp. Trong khi tốc độ đồng bộ ω1 vẫn giữ nguyên.
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc tải quạt gió
SV: Đoàn Thế Thuận
13
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
PHẦN 2: GIỚI THIỆU, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH LỰC
1. Giới thiệu các van điện tử công suất:
Điều áp nhờ các thiết bị bán dẫn hiện nay được sử dụng rộng rãi do có nhiều
ưu điểm vượt trội so với các phương pháp điều áp trên. Sử dụng phương pháp
này cho phép hệ thống có thể tự động hóa một cách dễ dàng và cải thiện được
các đặc tính điều chỉnh.
Để nghiên cứu về nguyên lý làm việc của các Thyristor, Triac... ta phải tìm
hiểu về mặt ghép P-N:
Gọi P là vật liệu bán dẫn, dẫn điện theo lỗ, gọi N là vật liệu bán dẫn, dẫn
điện theo điện tử. Đem vật liệu P hàn vào vật liệu N, ta có mặt ghép P-N, là nơi
xảy ra các hiện tượng cực kỳ quan trọng:
- Các lỗ của vùng P tràn sang vùng N là nơi có ít lỗ.
- Các điện tử của vùng N chạy sang vùng P là nơi có ít điện tử.
Đó là hiện tượng khuếch tán. Kết quả là miền -
người ta nói trong vùng này xuất hiện một điện tích
không gian âm. Miền 0
tích không gian dương.
Ta gọi p là mật độ lỗ, n là mật độ điện tử, vùng
-
chuyển tiếp dẫn điện kém, người ta nói nó mất tính cơ
động và trở thành vùng cách điện.
Trong vùng chuyển tiếp hình thành một điện trường nội tại i có chiều từ
vùng N hướng về vùng P. Người ta cũng gọi điện trường nội tại này là barie điện
thế. Đối với vật liệu bán dẫn là Si thì điện thế này vào khoảng 0,6 ÷ 0,7V. Điện
trường nội tại i ngăn cản sự di động của các điện tích đa số, và dễ dàng cho sự di
động của các điện tích thiểu số. Sự di chuyển của các điện tích thiểu số hình
thành dòng điện ngược, còn gọi là dòng điện rò.
Sự phân cực của mặt ghép P-N:
- Phân cực thuận:
Khi thiết bị bán dẫn, gồm hai mẫu P và N, được đặt dưới
điện áp nguồn có tính cực như sau: (điện trường ngoài
ngược với điện trường nội tại i) thì dòng điện i chảy rất dễ
dàng trong mạch. Trong trường hợp này điện trường tổng
có chiều của điện trường ngoài. Điện trường tổng làm dễ
dàng cho sự di chuyển của các điện tích đa số. Các điện tử
tái chiếm vùng chuyển tiếp, khiến nó trở thành dẫn điện. Ta
nói mặt ghép P-N phân cực thuận. Vậy sự phân cực thuận
hạ thấp barie điện thế.
SV: Đoàn Thế Thuận
14
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
- Phân cực ngược:
Mặt ghép P-N phân cực ngược khi ta đặt điện áp nguồn
vào mạch theo sơ đồ: Điện trường ngoài tác động cùng
chiều với điện trường nội tại i. Điện trường tổng hợp cản
trở sự di chuyển của các điện tích đa số. Các điện tử của
vùng N chạy thẳng về cực dương của nguồn, khiến cho
vùng N có điện thế càng lớn hơn vùng P. Vùng chuyển tiếp
lại càng rộng ra. Kết quả là không có dòng điện nào chảy
qua mặt ghép P-N. Khi đó người ta nói mặt ghép bị phân
cực ngược.
1.1 Thyristor:
Thyristor là một thiết bị gồm 4 lớp bán dẫn P1,N1,P2,N2
tạo thành:
v Nguyên lý làm việc:
Khi đặt Thyristor dưới điện áp một chiều, anôt nối vào
cực dương, catôt nối vào cực âm của nguồn điện áp, nên J1
và J3 phân cực thuận, J2 bị phân cực ngược. Gần như toàn
bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2. Điện trường nội tại
của J2: Ei2 có chiều hướng từ N1 về P2, điện trường ngoài
tác động cùng chiều với Ei2, vùng chuyển tiếp càng mở
rộng ra, không có dòng điện chảy qua mạch mặc dù nó bị
đặt dưới điện áp.
v Mở Thyristor:
Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K),
các điện tử từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy vào nguồn
Ug và hình thành dòng điều khiển Ug chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần lớn
điện tử chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng
chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên bẻ gãy các liên kết
giữa các nguyên tử Si, tạo lên những điện tử tự do mới. Số điện tử mới được giải
phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp. Kết
quả của phản ứng dây chuyền này là làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy
vào N1 qua P1 đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn
điện ào ạt, J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó xung
quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1cm/100µs.
Điện trở thuần của Thyristor khoảng 100kΩ khi còn ở trạng thái khoá, trở thành
0,01Ω khi Thyristor mở cho dòng chảy qua.
Như vậy khi đặt Thyristor dưới điện áp UAK>0, Thyristor ở tình trạng sẵn
sàng mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi lệnh, tín hiệu Ig từ cực điều
khiển:
⇔ UAK> 0 và Ig > Igst →Thyristor mở.
- Igst là giá trị dòng điện điều khiển ghi trong sổ tay tra cứu Thyristor .
SV: Đoàn Thế Thuận
15
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
- Thời gian mở Thyristor ton là thời gian cần thiết để thiết lập dòng điện chính
chảy trong Thyristor, tính từ thời điểm phóng dòng Ig vào cực điều khiển. Thời
gian mở Thyristor kéo dài khoảng 10µs.
v Khóa Thyristor:
Một Thyristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn cần
thiết nữa. Để khoá Thyristor có hai cách:
+ Giảm dòng điện làm việc xuống dưới giá trị dòng duy trì H ở trên.
+ Đặt một điện áp ngược lên Thyristor.
Khi đặt điện áp ngược lên
Thyristor: UAK<0, hai mặt ghép J1,J3
bị phân cực ngược, J2 phân cực thuận.
Những điện tử trước thời điểm đảo
tính cực UAK đang có mặt tại P1,N1,P2
bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên
dòng điện ngược chảy từ catôt về
anôt, về cực âm của nguồn điện áp
ngoài.
Lúc đầu của quá trình, từ t0→t1,
dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1,
rồi J3 trở nên cách điện. Còn lại một ít
điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J1
và J3, hiện tượng khuếch tán sẽ làm
chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi
phục lại tính chất của mặt ghép điều
khiển.
Thời gian khoá toff tính từ khi bắt đầu xuất hiện dòng điện ngược I0 cho đến
khi dòng điện ngược bằng 0 (t2). Đấy là khoảng thời gian mà ngay sau đó nếu
đặt điện áp thuận lên Thyristor, Thyristor cũng không mở, toff kéo dài khoảng vài
chục µs. Trong bất cứ trường hợp nào cũng không được đặt Thyristor dưới điện
áp thuận khi Thyristor chưa bị khoá, nếu không có thể có nguy cơ gây ngắn
mạch nguồn.
Đặc tính Vôn-Ampe của Thyristor gồm bốn đoạn:
SV: Đoàn Thế Thuận
16
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
v
Đoạn 1 ứng với trạng thái khoá của Thyristor, chỉ có dòng điện rò chảy
qua Thyristor. Khi tăng điện áp đến Uch (điện áp chuyển trạng thái), bắt đầu
quá trình tăng nhanh chóng của dòng điện, Thyristor chuyển trạng thái mở.
v
Đoạn 2 ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2, trong giai đoạn này mỗi
một lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp
đặt lên Thyristor. Đoạn 2 còn được gọi là đoạn điện trở âm.
v
Đoạn 3 ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã
trở thành dẫn điện. Dòng điện chạy qua Thyristor chỉ còn hạn chế bởi điện
trở mạch ngoài. Điện áp rơi trên Thyristor rất nhỏ, khoảng 1Volt. Thyristor
được giữ ở trạng thái mở chừng nào dòng điện còn lớn hơn dòng điện duy
trì H.
v
Đoạn 4 ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược, dòng điện
ngược rất nhỏ, khoảng vài chục mA. Nếu tăng điện áp đến UZ thì dòng điện
ngược tăng lên mãnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng- Thyristor hỏng. Bằng
cách cho chững Ig>0, sẽ nhận được một họ đặc tính Vôn-Ampe với các Uch
nhỏ dần đi như hình vẽ trên.
1.2 Triac (Tridiode alternative current):
Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn
lớp, có đường đặc tính Vôn-Ampe đối
xứng, nhận góc mở α trong cả hai
Cấu trúc và ký hiệu:
chiều. Như vậy Triac được chế tạo để
làm việc trong mạch điện xoay chiều,
có tác dụng như hai Thyristor đấu song
song ngược.
Đối với triac người ta không dùng
thuật ngữ anôt và catôt như ở Thyristor
mà dùng thuật ngữ “đầu nối” B1 và B2.
Về hình dáng bề ngoài Triac giống như
một Thyristor, vậy phải căn cứ vào mã
hiệu để phân biệt.
Có bốn tổ hợp điện thế có thể mở
Đặc tính Vôn-Ampe của Triac có
Triac cho dòng chảy qua:
dạng đối xứng qua trục:
B2
+
+
-
SV: Đoàn Thế Thuận
G
+
+
17
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
* Nguyên lý làm việc của Triac:
Trường hợp B2(+), G(+), Triac T mở cho dòng chảy qua như một Thyristor
thông thường.
Trường hợp B2(-), G(-), các điện tử từ N3 phóng vào P2, chúng phần lớn bị
trường nội tại Ei1 hút vào khiến cho barie này giảm thấp, gần như toàn bộ điện
áp ngoài được đặt lên J2 khiến cho barie này cao lên. Nếu điện áp ngoài đủ lớn
làm cho barie này cao đến mức hút vào những điện tích thiểu số (các điện tử của
P1) và làm động năng của chúng đủ lớn để bẻ gẫy các nguyên tử của Si trong
vùng, kết quả là một phản ứng dây chuyền thì T’mở cho dòng chảy qua.
2. Giới thiệu các sơ đồ cơ bản để ĐAXC 3 pha và chọn sơ đồ thiết kế:
2.1. Sơ đồ số 1 dùng Triac:
Điều khiển đơn giản có 3 van.
Tải có thể đấu Υ hoặc ∆.
2.2. Sơ đồ số 2 dùng Thyristor:
-Sơ đồ dùng 06 Thyristor đấu song
song ngược- (hình 2.2)
-Thuận lợi cho những phụ tải có thể
đấu Υ hoặc ∆.
2.3. Sơ đồ số 3 dùng Diôt và Thyristor:
-Sơ đồ dùng 03 Diôt và 03 Thyristor
đấu song song ngược.
-Mạch điều khiển đơn giản hơn, nhưng
điện áp đầu ra không đạt được đối
xứng cần thiết.
SV: Đoàn Thế Thuận
18
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
2.4. Sơ đồ số 4 dùng Thyristor:
-Sơ đồ dùng 01 trong 03 ba pha có
điều khiển các pha còn lại nối
trực tiếp với nguồn nên điện áp
đầu ra mất đối xứng mạnh.
Thường dùng điều khiển trong
thời gian ngắn như dùng ở chế độ
khởi động hoặc dùng để điều áp
trong các máy hàn xung (hàn
điểm).
2.5. Sơ đồ số 5 dùng Thyristor:
-Sơ đồ dùng 06 Thyristor, chỉ ứng
dụng cho tải đấu sao, trường hợp
thiết bị loại này 06 đầu dây tải
phải được đưa ra ngoài để đấu
mạch điều chỉnh ở điểm trung
tính của tải.
2.6. Sơ đồ số 6 dùng Thyristor:
-Sơ đồ dùng 03 Thyristor, đơn giản
hơn, số lượng van giảm đi phân
nửa nên các van làm việc nặng nề
hơn.
SV: Đoàn Thế Thuận
19
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
2.7. Sơ đồ số 7 dùng Thyristor:
-Sơ đồ dùng 06 Thyristor, tải nối tam
giác.
-Các van điều chỉnh được đưa vào từng
pha của tải do vậy các pha độc lập
nhau, không ảnh hưởng với nhau.
2.8. Chọn sơ đồ thiết kế
Qua nghiên cứu cụ thể tính ưu việc của các sơ đồ trên ta nhận thấy: sơ đồ
hình 2.2 (dùng 06 Thyristor đấu song song ngược) là sơ đồ có đặc tính làm việc
tốt nhất, đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật, nên chọn thiết kế cho đồ án này.
3. Nguyên lý hoạt động của mạch động lực - sơ đồ ĐAXC 3 pha dùng 06
Thyristor đấu song song ngựơc cấp nguồn cho động cơ 3 pha rôto lồng sóc:
Ngày nay nhờ sự phát triển nhanh của thiết bị điện tử công suất nên dùng
van điện tử như Thyristor, Triac…để điều chỉnh tốc độ động cơ nói chung và
động cơ không đồng bộ rôto rồng sóc nói riêng bằng cách giảm trị số hiệu dụng
của điện áp nguồn một cách đơn giản.
Nhờ các xung điều khiển các Thyristor làm cắt từng đoạn điện áp nguồn
hình sin do đó trị số hiệu dụng của điện áp đặt vào stato sẽ giảm đi. Việc điều
chỉnh tốc độ bằng di pha có nhiều khuyết điểm, nhất là giảm hiệu suất khi hệ số
trượt lớn, vì rằng khi tốc độ giảm các tổn hao tăng lên do đó cần phải giảm
mômem để tránh cho rôto bị phát nóng, phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ
dùng cho một số tải có mômem giảm theo tốc độ như quạt gió. Ở các góc mở
đặc biệt các sóng hài điều hoà bậc (3m-1) ngược với sóng cơ bản, như sóng điều
hoà bậc 5 (m=2) tạo ra mômem cản nếu nguồn đầu vào có chứa thành phần này.
Mặc dù biến đổi điện áp là phương pháp điều chỉnh tốc độ trong giới hạn
hẹp nhưng nó cho phép mở máy động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc dễ dàng,
thường dòng điện mở máy trực tiếp ban đầu bằng 6 lần dòng điện định mức. Bộ
biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha trình bày sau được điều chỉnh với góc mở α
lớn để hạn chế dòng điện mở máy, sau đó góc mở được giảm dần để tăng tốc độ
động cơ, do đó hạn chế được biên độ dòng điện, việc tăng dần điện áp để mở
máy có hai ưu điểm: một là duy trì dòng điện trong giới hạn cho phép, hai là cho
SV: Đoàn Thế Thuận
20
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
phép điều chỉnh được mômem tăng tốc tránh cho trục phải chịu được các ứng
suất cơ học lớn giữa các phần quay.
Ưu điểm khác nữa là điều chỉnh điện áp là khi động cơ làm việc với tải nhỏ
thì hiệu suất cao.
Sơ đồ điều chỉnh tốc
độ động cơ 3 pha rôto
lồng sóc bằng bộ biến đổi
điện áp xoay chiều dùng
06 Thyristor dấu song
song ngựơc.
Động cơ không đồng
bộ 3 pha rô to lồng sóc là
tải mang tính chất trở
kháng nên sơ đồ bên có 3
chế độ làm việc:
Phạm vi thay đổi góc điều khiển phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh tốc độ.
Góc điều khiển nhỏ nhất αmin góc này tương ứng với tốc độ cao nhất, do đó bằng
tốc độ định mức, nên điện áp đặt vào động cơ lúc này là Uđm và bằng điện áp
nguồn, điện áp và dòng điện tải là hình sin hoàn chỉnh. Lý thuyết đã chứng minh
rằng trong trường hợp này góc điều khiển phải bằng góc pha tải φ (tức là αmin
=φ). Như vậy theo đề bài phạm vi điều chỉnh tốc độ là 2,5:1 tức là tốc độ thấp
nhất là:
n =
ndm
min
2,5
a. Nếu α<φ dòng tải là điện áp trên tải sẽ là hình sin vì lúc này cán van đều
dẫn điện trong một nửa chu kỳ (λ=π) và ở bất cứ thời điểm nào cũng có 3 van
của 3 pha dẫn điện.
U ZA = U a =U m * Sin θ
; i ZA
= U m * Sin θ
Za
Ta có giản đồ điện áp:
SV: Đoàn Thế Thuận
21
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
b. Nếu α<φ<αgh, αgh mà giá trị vẫn còn tồn tại chế độ cả 3 van thuộc về 3
pha vẫn dẫn điện, lúc này đường cong điện áp trên tải sẽ có dạng như sau,
trong mỗi nửa chu kỳ sẽ có 3 đoạn mà UZA=Uac/2 hoặc UZA=Uab/2 và một đoạn
UZA=0.
Như vậy cả 3 pha dẫn điện thì:
d
u ZA = U * Sin θ = ω * L t d
i1
m
θ
+ ia * R t
Khi 02 Thyristor của pha a và pha b dẫn ta có:
u
u ZA = ab
2
=
d
U * Sin (θ − 30 0 )= ω * L t
d
2
3
i1
m
θ
+ ia * Rt
Khi 02 Thyristor của pha a và pha c dẫn ta có:
u
u ZA = ac
2
=
3
2
d
U * Sin (θ − 30 0 )= ω * L t
d
i1
m
Khi Thyristor của pha a khoá ta có:
θ
+ ia * R t
u ZA = 0
Giải phương trình trên ta sẽ tìm được biểu thức của dòng điện ứng với từng
đoạn nêu trên (trong nửa chu kỳ có 6 đoạn), biểu thức tổng quát sẽ là :
SV: Đoàn Thế Thuận
22
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
im =
K 'n *U
Z
Tr ường ĐHBK Hà Nội
* Sin (θ − ϕ − β )+ A * e −
0 −α n
tg ϕ
n
n: Số thứ tự của các đoạn trong mỗi chu kỳ;
K’n=
2 nếu điện áp là điện áp pha;
K’n=
3
2
nếu điện áp là điện áp dây uab/2, uac/2;
β=(0, ÷π/6) tuỳ thuộc vào số đoạn.
αn : giá trị ban đầu của góc θ.
A : hằng số tích phân.
Góc giới hạn được tính bỡi αgiới hạn=arctg
2 * (e
3
−
π
3 * tg ϕ
−
1
2
) +ϕ
Ta có giản đồ điện áp:
c. Khi αgh<α<1500 đường cong điện áp như hình sau, mỗi chu kỳ sẽ có hai
đoạn mà UZA=Uab/2, UZA=Uac/2 đối với các đoạn còn lại UZA=0, chế độ này
tương ứng với trạng thái chỉ có hai van của 2 pha dẫn điện và góc điều khiển lớn
nhất là αmax=1500 .
Ta có giản đồ điện áp:
SV: Đoàn Thế Thuận
23
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
4. Phương pháp tính toán các thông số khi thay đổi điện áp:
a. Xác định điện áp cấp vào stator của động cơ từ bộ điều áp: U1=f(Uđk).
Để xác định điện áp cấp vào stator của động cơ thông qua bộ điều áp, ta sử
dụng quan hệ ν2 = f(α,ϕ).
Trong đó: α - góc mở của Thyristor
ϕ - xác định từ hệ số công suất cosϕ
ν=
U 1(1)
Ul
Từ các thông số của động cơ đã có như cosϕđm, cosϕkđ, cosϕ0 ta xác định
các góc ϕ ứng với các chế độ của động cơ. Dựa vào bảng quan hệ ν2 = f(α,ϕ) ta
sẽ xác định được điện áp cấp vào stator của động cơ U1(1) theo góc mở α.
Từ α và ϕ ta tra được ν2, từ đó suy ra ν và xác định được: U1(1) = ν.Ul
Đối với bộ điều áp ba pha tải đấu sao không có dây trung tính ta có bảng
quan hệ ν2 = f(α,ϕ) như hình vẽ sau:
SV: Đoàn Thế Thuận
24
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
b. Xác định các thông số khi thay đổi điện áp:
Như ta đã biết, khi thay đổi điện áp thì momen cũng sẽ thay đổi theo tỷ lệ với
bình phương lần sự thay đổi của điện áp. Do đó ta có thể xây dựng được các
công thức xác định momen tới hạn và momen ngắn mạch của đường đặc tính
nhân tạo thứ i nào đó.
Ta đã có các số liệu của đường đặc tính tự nhiên: Uđm ; Mthđm ; Mnmđm
Với đường đặc tính thứ i có điện áp là Ui ta sẽ tính được:
M thy
U i2
U i2
= ( 2 ) M thdm ; M nmi = ( 2 ) M nmdm .
U dm
U dm
Tương tự như vậy, khi có yêu cầu về momen cần xác định điện áp đặt vào
động cơ:
U
SV: Đoàn Thế Thuận
i
=U
dm
Hoặc U i = U dm
M i
M dm
25
M thy
M thdm
L ớp Tự Động Hoá K39-09
Đồ án môn học điện tử công suất.
Tr ường ĐHBK Hà Nội
PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC
1. Tính toán các thông số của động cơ không động bộ 3 pha rôto lồng sóc:
Theo số liệu trong phương án 3 đã cho:
Công suất: Pđm = 50 kW.
Điện áp định mức: Uđm = 380/220 kV.
Cosϕđm = 0.82.
Hiệu suất: η đm = 0.85
Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D= ωmax/ωmin = 2,5÷1.
Tần số 50 Hz.
P = 2.
a. Tốc độ động cơ:
- Ta có số đôi cực p = 2.
- Từ công thức: P =
60 * f
⇒
ndm
n
dm
=
60 * f
2
=
60 * 50
= 1500 (v/ph )
2
- Cosϕđm = 0.82 ⇒ ϕ =35 . Vì vậy ở tốc độ định mức theo lý thuyết đã
chứng minh rằng trong trường hợp này góc điều khiển phải bằng góc pha tải φ
(tức là αmin =φ=350 )
- Với dải điều chỉnh 2,5 :1 thì tốc độ lúc này là :
0
n
min
=
ndm 1500
= 600 (v/ph )
=
2,5
2,5
Pdm
P =η
b. Công suất tính toán:
tt
dm
=
50
= 58.8 (kVA)
0,85
c. Mômen định mức của động cơ:
M dm =
Pdm
ω
dm
=
9,55 ∗ 50 ∗103
= 318( Nm)
1500
P
dm
2 ∗ Π ∗ ndm
60
d. Dòng điện pha định mức:
I dmdc = I
1
=
Pdm
50.103
=
= 109 (A)
3 ∗ U1 ∗η ∗ cosϕ
3 ∗380 ∗ 0,85 ∗ 0,82
2. Tính, chọn Thyristor và các thiết bị bảo vệ.
2.1. Tính chọn Thyristor.
Để thay đổi điện áp đặt vào stato của động cơ, ta có nhiều cách: dùng Triac
hoặc với Thyristor nhiều cách mắc khác nhau như đã trình bày. Với động cơ
50kW, dòng điện của động cơ khá lớn, nếu chọn Triac để điều khiển sẽ phải
tăng cấp điều kiện làm mát. Vì vậy ở đây ta dùng sơ đồ điều khiển dùng các cặp
SV: Đoàn Thế Thuận
26
L ớp Tự Động Hoá K39-09
