ĐỒ ÁN_ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN.doc

Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
Mục lục
Lời nói đầu...................................................................................................................2
Chơng I...........................................................................................................................3
Hệ chỉnh lu điều khiển động cơ một chiều (CL-Đ)..................................................3
I. Sơ đồ nguyên lý hệ CL - Đ ..................................................................................... 3
II. Tính toán và dựng đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ............................................ 4
III. Tính toán bộ nguồn chỉnh l u ................................................................................ 5
1. Tính toán máy biến áp chỉnh lu.........................................................................5
Tính chọn van động lực........................................................................................6
Tính cuộn kháng lọc.............................................................................................8
IV. Tính toán và dựng đặc tính cơ của hệ CL - Đ ...................................................... 9
Chơng II.......................................................................................................................11
Hệ tự động hạn chế dòng điện khởi động....................................................................11
I. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................................... 11
II. Lập sơ đồ cấu trúc, xác định hàm truyền của các khâu và của hệ ...................... 12
1. Lập sơ đồ cấu trúc............................................................................................12
Xác định hàm truyền của các khâu và của hệ....................................................15
III. Xây dựng đặc tính cơ của hệ tự động ................................................................ 18
IV. Tính thời gian khởi động động cơ ..................................................................... 19
Nguyen huu duc - 1 - Lớp k40ddk
Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
Lời nói đầu
Ngày nay ,không chỉ ở các nớc phát triển ,ngay ở nớc ta các thiết bị bán dẫn đã và
đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong sinh hoat gia đình .các xí
nghiệp và nhà máy nh xi măng ,thuỷ điện giáy ,đờng ,dệt ,sợi ,đóng tàu là những
minh chứng.
Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới dây trruyền 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 và thiết bị điều khiển các thầy đã cho chúng em từng bớc tiếp xúc

với việc thiết kế thông qua đồ án môn hoc điện tử công suất và thiết bị điều khiển.
Ngày nay, nền kinh tế nớc ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng
nâng cao nhanh chóng. Nhu cầu về tự động hoá trong các lĩnh vực công nghiệp cũng
nh các lĩnh vực khác tăng trởng không ngừng. Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ s phải
nắm bắt và thiết kế ra những hệ điều khiển tự động phục vụ thiết thực cho các lĩnh
vực của cuộc sống.
Đồ án môn học là một yêu cầu cần thiết và bắt buộc với sinh viên ngành tự động
hoá. Nó kiểm tra và khảo sát trình độ thực tế của sinh viên và giúp cho sinh viên có t
duy độc lập vơí công việc. Mặc dù vậy , với sinh viên cha có nhiều kinh nghiệm thực
tế , cần có sự giúp đỡ của các thầy cô giáo nên trong đồ án này không tránh khỏi
những thiếu sót. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bùi Đình Tiếu đã h-
ớng dẫn , chỉ bảo em tận tình để em hoàn thành tốt đồ án này.
Nguyen huu duc - 2 - Lớp k40ddk
t
1
t
2
t
3
t
4
t
U
d
0
U
2a
U
2c
U

2b
U
CL
Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
Chơng I
Hệ chỉnh lu điều khiển động cơ một chiều (CL-Đ)
I. Sơ đồ nguyên lý hệ CL - Đ
Hình 1
Hình 1 là sơ đồ nguyên lý của hệ CL - Đ, gồm bộ chỉnh lu ba pha có các van
tiristo T
1
, T
2
, T
3
nối hình tia, máy biến áp nối Y/Y và cuộn kháng lọc KL cấp điện cho
phần ứng của động cơ kích từ độc lập Đ. Bộ chỉnh lu chỉ tạo ra điện áp một chiều U
d
có cực tính không đổi nh hình vẽ, dòng điện phần ứng I cũng chỉ có thể chảy theo
một chiều ( thuận chiều van bán dẫn )
Nh ta đã biết khi dặt điện áp nguồn xoay chiều vào biến áp, các điện áp pha thứ
cấp U
2a
, U
2b
, U
2c
xoay chiều hình sin đặt lên anôt của các tiristo T
1
, T

2
, T
3
. Nếu các
tiristo này nhận đợc xung điện áp dơng trên cực điều khiển vào lúc anôt của chúng d-
ơng hơn catôt thì chúng sẽ thông, và trên hai đầu phần ứng động cơ sẽ nhận đợc điện
áp u
CL
- gọi là điện áp chỉnh lu có dạng nhấp nhô theo các đỉnh hình sin của điện áp
Nguyen huu duc - 3 - Lớp k40ddk
Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
thứ cấp máy biến áp nh đồ thị trên. Nh vậy điện áp chỉnh lu có chứa thành phần một
chiều U
d
và thành phần xoay chiều U
d~
. Tuy nhiên, chỉ có thành phần một chiều U
d
tạo dòng điện thuần một chiều và momen động cơ.
II. Tính toán và dựng đặc tính cơ tự nhiên của động cơ
Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ một chiều kích từ độc lập có dạng đờng thẳng
tuyến tính do đó muốn dựng đợc thì chỉ cần xác định đợc 2 điểm bất kỳ mà đặc tính
cơ đi qua, ở đây ta sẽ xác định 2 điểm: điểm định mức [M
m
,
m
] và điểm không tải
lý tởng [M = 0, =
o
]. Các tọa độ đợc xác định nh sau:

Tốc độ định mức :
110
60
1050..2
60
n..2
m
m
=

=

=
( rad/s )
Trong đó
n
m
= 1050 ( Vg/Ph ) là tốc độ địng mức động cơ
Mômen định mức :
7,122
110
1000.5,131000.P
M
m
m
m
==

=
( Nm )

Trong đó
P
m
= 13,5 ( KW ) là công sut ca ng c
Nh vậy ta có điểm thứ nhất trên đờng đặc tính cơ cần tìm [122,7 ; 110].
Từ thông ca ng c :
92,1
110
12,0.5,73220
R.IU
.K
m
uudmudm
m
=

=


=
( Wb )
Trong ó
U
uđm
= 220 ( V ) l in áp nh mc t v o dây qu n phn ng.
I
uđm
= 73,5 ( A ) l dòng in đinh mức trong dây qun phn ng.
R
u

= 0,12 ( ) l in tr mch phn ng ng c.
Tc không ti lý tng :
6,114
92,1
220
.K
U
m
udm
0
==

=
( rad/s )
Nguyen huu duc - 4 - Lớp k40ddk
Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
Ta c im th hai ca c tính [0 ; 114,6] v d ng c ng c tính c t
nhiên nh sau
N hận xét
ụ sut tục khi co tai inh mc ( so vi tục ụ khụng tai ly tng ) :
%4%100.
6,114
1106,114
%100.
o
mo
c
=

=

=
ụ sut tục nm trong gii han di 5%, am bao ụ chinh xac duy tri tục
ụ lam viờc khi phu tai biờn thiờn.
ụ cng c tinh c t nhiờn co thờ xac inh theo cụng thc
72,30
12,0
92,1
R
)m.K(
2
u
2
tn
==

=
Võy c tinh c nay cng
III.Tính toán bộ nguồn chỉnh lu
1. Tính toán máy biến áp chỉnh lu
Điện áp pha thứ cấp định mức U
2đm
của máy biến áp đợc tính theo công thức:
Nguyen huu duc - 5 - Lớp k40ddk
( rad/s)
M (Nm)
[0 ; 114,6]
[122,7 ; 110]
0

10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
M ( N.m )
Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
201
.2
6.3
235
K
U
U
u
do
m2
=

==
( V )

Trong đó
K
u
là hệ số điện áp tải
Dòng điện pha thứ cấp định mức I
2đm
của máy biến áp đợc tính theo công thức :
63,425,73.58,0I.KI
d2m2
===
( A)
Trong đó
K
2
= 0,58 là hệ số dòng điện
I
d
= I
uđm
= 73,5 ( A ) là dòng điện tải
Điện áp pha sơ cấp định mức U
1đm
của máy biến áp là U
1đm
= 220 ( V )
Dòng điện pha sơ cấp định mức I
1đm
của máy biến áp đợc tính theo công thức :
95,3863,42.
220

201
I.
U
U
I
m2
m1
m2
m1
===
( A )
Điện kháng X
BA
của dây quấn máy biến áp
38,0
63,42
201
.
100
8
I
U
.
100
%U
X
m2
m2
nm
BA

==
( )
00121,0
50..2
38,0
f..2
X
L
BA
BA


=

=
( H )
Điện trở R
BA
của dây quấn máy biến áp
1,0
63,42
201
.
100
2
I
U
.
100
%P

R
m2
m2m
BA
=

=
( )
Công suất biểu kiến S
BA
của máy biến áp
S
BA
= K
s
.P
dmax
= K
s
.U
uđm
.I
uđm
Trong đó
K
s
= 1,34 là hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực
P
dmax
là công suất cực đại của động cơ

U
uđm
là điện áp định mức của động cơ
I
uđm
là dòng điện định mức của động cơ
S
BA
= 1,34 . 220 . 73,5 = 21,7 ( kVA )
Tính chọn van động lực
Nguyen huu duc - 6 - Lớp k40ddk
Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
Các van động lực đợc lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải I
d
= I
uđm
=
73,5 A, sơ đồ chỉnh lu tia ba pha, điều kiện tỏa nhiệt, điện áp làm việc U
do
= 235 V.
Các thông số của van động lực đợc tính nh sau:
Điện áp ngợc lớn nhất mà thyristor phải chụi:
U
nmax
= K
nv
.U
2f

Trong đó

u
do
f2
K
U
U =
. Thay vào biểu thức trên ta có
u
do
v
nmaxn
K
U
.KU =
Trong đó U
do
, U
2f
, U
nmax
: là điện áp tải, nguồn xoay chiều, ngợc lớn nhất của
van
6K
nv
=
: hệ số điện áp ngợc

=
.2
6.3

K
u
: hệ số điện áp tải

2,492
.2
63
235
.6U
maxn
=

=
( V)
Điện áp ngợc của thyristor cần chọn
U
nv
= K
dtU
. U
nmax
= 1,8 . 492,2 = 885,96( V )
Trong đó K
dtU
: hệ số dự trữ điện áp chọn K
tdU
= 1,8
Dòng điện làm việc của van đợc tính theo dòng điện dòng hiệu dụng:
I
lv

= I
hd
= K
hd
. I
d
Trong đó với sơ đồ chỉnh lu tia ba pha thì K
hd
= 0,58
I
lv
= 0,58.73,5 = 42,63( A )
Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả
nhiệt không có quạt đối lu không khi với điều khiển đó dòng điện định mức của van
I
đmv
cần chọn là
I
đmv
= K
i
. I
lv
Trong đó Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn K
i
= 3,2
I
đmv
= 3,2 . 42,63 = 136,4( A )
Từ các thông số U

nv
, I
đmv
ta chọn 3 tiristor loại 151RB100 có các thông số sau
Điện áp ngợc cực đại của van: U
n
= 1000( V )
Dòng điện định mức của van: I
đm
= 150( A )
Nguyen huu duc - 7 - Lớp k40ddk
Đồ án điện tử công suất và thiết bị điều khiển
Đỉnh xung dòng điện: I
pik
= 3300(A)
Dòng điện của xung điều khiển: I
đk
= 200( mA )
Điện áp của xung điều khiển: U
đk
= 2,5( V)
Dòng điện rò: I
r
= 15( mA)
Sụt áp lớn nhất của Thyistor ở trạng thái dẫn là: U = 2,2( V )
Tốc độ biến thiên điện áp:
200
dt
dU
=

( V/às )
Thời gian chuyển mạch: t
cm
= 40( às )
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: T
max
= 125 (
o
C )
Tính cuộn kháng lọc
Chọn dải điều chỉnh tốc độ của động cơ D = 10:1.
Tốc độ lớn nhất trong dải điều chỉnh
max
=
đm
= 110 ( rad/s ).
Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh là
11
10
110
D
max
min
==

=
( rad/s )
Sức điện động của bộ chỉnh lu tơng ứng với
min
là

E
bmin
= U
do
.cos
max
= K.
đm
.
min
+ (R
CL
+ R
u
).I
uđm
E
bmin
= 1,92.11 + ( 0,28 + 0,12 ) .73,5 = 50,52 ( V )
Trong đó
Điện trở chỉnh lu gồm các thành phần sau
R
CL
= R
BA
+ R
KL
+ R
cm
Trong đó

R
BA
: điện trở của dây quấn máy biến áp, gồm điện trở cuộn thứ cấp
và điện trở cuộn sơ cấp quy đổi về mạch thứ cấp.
R
BA
= 0,1 ( )
R
KL
: điện trở cuộn kháng lọc ( thờng rất nhỏ R
KL
0 )
R
cm
: điện trở đẳng trị xét đến phần sụt áp do hiện tợng chuyển mạch
giữa các tiristo
18,038,0.
2
3
X.
2
m
R
BAcm
=

=

=
( )

Với X
BA
= 0,38 ( ) là điện kháng của máy biến áp đã đợc tính ở
mục III.1
R
CL
= 0,1 + 0 + 0,18 = 0,28 ( )
Nguyen huu duc - 8 - Lớp k40ddk