TrưỜng đẠi học kinh tế-KỸ thuật công nghiệP
tải về 1.32 Mb.
|
ĐỒ ÁN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ-KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆPKHOA ĐIỆN ----- -----ĐỒ ÁN I : CƠ SỞ NGÀNH ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đề tài: xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha điều khiển cho động cơ xoay chiều một pha Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Cao Cường Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Vinh MSV: Hà Nội, năm 2023 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan động cơ xoay chiều 1 pha 1.1.1 : Tổng quan nguyên lý a. Khái niệm động cơ xoay chiều 1 pha Động cơ xoay chiều 1 pha là động cơ xoay chiều không cổ góp được chạy bằng điện 1 pha . Loại động cơ này được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống như động cơ bơm nước động cơ quạt hệ thống động cơ trong hệ tự động ... Khi sử dụng loại động cơ này người ta thường điều chỉnh tốc độ ví dụ như quạt bàn , quạt trần . b. Cấu tạo động cơ xoay chiều 1 pha Cấu tạo động cơ xoay chiều 1 pha gồm 2 thành phần chính là : . Phần tĩnh (stato): có các cực từ là những lá thép Silic ghép lại (khác với máy điện một chiều nhỏ dùng thép đúc) để giảm nhỏ tổn hao sắt cho máy khỏi nóng quá. Thường có hai cực lồi (giống quạt điện vòng chập) để quấn hai cuộn dây kích từ. Trên mặc cực không có vòng chập mạch như quạt điện xoay chiều, số vòng dây quấn thì ít hơn máy điện một chiều. . Phần quay (rôto): cũng có cổ góp điện và lõi dẫn từ bằng thép lá Silic được dập các rãnh để quấn dây dẫn ra cổ góp điện và chổi than như máy điện một chiều c. Nguyên lý điều khiển động cơ xoay chiều 1 pha: động cơ điện 1 pha làm việc, stato của động cơ cần phải được cấp 1 dòng điện xoay chiều. Dòng điện chạy qua dây quấn stato sẽ tạo nên một từ trường quay nhanh với tốc độ: n = 60f/ p (vòng/ phút). Trong đó thì f chính là tần số của nguồn điện, còn p chính là số đôi cực của phần dây quấn stato. từ trường này sẽ liên tục quét qua các thanh dẫn của rôto, làm xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Vì dây quấn rôto đang kín mạch nên sức điện động này sẽ tạo dòng điện ở trong các thanh dẫn của rôto. Các thanh dẫn có dòng điện lại nằm bên trong từ trường, nên chúng sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ được đặt vào các thanh dẫn. Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào động cơ , người ta thường sử dụng 2 cách phổ biến là mắc nối tiếp với 1 tải điện trở hay 1 điện kháng mà ta coi là Zf hoặc điều khiển điện áp bằng 1 điện áp như survolter hay các ổn áp . Hai cách này điều có nhược điểm là kích thước lớn và khó điều khiển liên tục khi dòng điện lớn Ngày nay với việc ứng dụng tritor và triac vào điề khiển , người ta có thể điều khiển đọng cơ 1 pha bằng bán dẫn d. Ứng dụng của động cơ xoay chiều 1 pha Động Cơ xoay chiều 1 pha chỉ đạt được công suất nhỏ , nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia đình như quạt điện , máy hút bụi , máy bơm nước ,... 1.1.2. Các phương pháp điều khiển tốc độ xoay chiều 1 pha Để điều khiển tốc độ của một pha người ta dùng các phương pháp sau : . Điều khiển bằng cách thay đổi số đôi cực . Điều khiển tần số dòng điện khi đưa vào động cơ . Điều khiển điện áp đưa vào động cơ Điều khiển bằng cách thay đổi số đôi cực Trường hợp thay đổi tốc độ (M=const) >>Công suất động cơ trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ cao : Pc= 2√3 (Ud.I)nc.cosφc >>Công suất động cơ trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp : Pth=3.(Ud.I).nth.cosφth Vậy: Pth/Pc = 1,15.( nth.cosφth/ nc.cosφc) >> Mô men động cơ ở tốc độ cao: Mc = Pc/2π.nc >> Mô men động cơ ở tốc độ thấp: Mc = Pth/2π.nth Với nc = 2nth Nên : Mth/Mc =2,3. nth.cosφth/ nc.cosφc Mth/Pc = ≈0.8 Mth/MC =≈1.6 >> Trường hợp thay đổi tốc độ , moment và công suất thay đổi >> Công suất động cơ trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ cao Pc= 2√3 (Ud.I)nc.cosφc >>Công suất động cơ trên trục động cơ khi vận hành tại tốc độ thấp Pth=3.(Ud.I).nth.cosφth Vậy:
Suy ra: Mth/Mc =. nth.cosφth/ nc.cosφc
Mth/Pc = ≈0.35 Mth/MC =≈0.7 Điều khiển tần số điện khi đưa vào động cơ U1’/U1= f1’/f1= √M’/M Với ; U1,M là điện áp và mô men lúc tần số f1 U1’,M’ là điện áp và mô men lúc tần số f1’ >> Khi yêu cầu mô men không đổi ( như trong máy cắt gọt kim loại) U1’/U1 = f1’/f1 >> Khi đảm bảo yêu cầu khi công suất cơ không thay đổi ( như trong máy điện) M’/M = f1/f1’ U1’/U1 = √f1’/ f1 Điều khiển điện áp khi đưa vào động cơ Nếu điện áp U1 giảm x lần (x<1) thì : n = n1(1-s/x2) 1.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha 1.2.1 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi Nguồn xoay chiều có biểu thức: vs = 220sin100πt nối tiếp với tải R thông qua bộ biến đổi điện áp. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha gồm hai thyristor mắc song song và ngược chiều với nhau. Trong trường hợp công suất nhỏ có thể thay thế bằng một triac. >>Nguyên lý hoạt động Ở bán kỳ dương: T2 bị phân cực ngược không thể dẫn điện nên chỉ xét với SCR T1 Xét trong khoảng từ 0 – α: chưa xuất hiện xung kích nên SCR T1 không dẫn điện. Do đó, dòng điện chạy qua tải và điện áp trên tải trong khoảng này bằng không: it = 0, vt = 0. Tại thời điểm xuất hiện xung kích đưa vào cực điều khiển của T1 thì T1 bắt đầu dẫn điện. Dòng điện chạy qua tải đi theo chiều từ nguồn → T1 → R → nguồn. Điện áp trên tải lúc này bằng với điện áp nguồn: vt = vs. Cuối bán kỳ dương dòng điện áp hai đầu thyristor D1 về 0 và chuyển sang điện áp ngược nên D1 ngưng dẫn. Ở bán kỳ âm: T1 bị phân cực ngược không thể dẫn điện nên chỉ xét với SCR T2 Tương tự như ở bán kỳ dương, trong khoảng từ π → (π + α) chưa có xung kích nên T2 không dẫn điện. Điện áp trên tải và dòng chạy qua tải đều bằng không. Khi có xung kích vào cổng G của T2 thì SCR T2 dẫn điện, lúc này điện áp trên tải bằng với điện áp nguồn vt = vs < 0, dòng qua tải ngược chiều so với dòng điện chạy qua tải ở bán kỳ dương. Cuối bán kỳ âm điện áp nguồn chuyển từ âm sang dương. Chu kỳ mới được lặp lại như trên. 1.2.2 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi Hình 1.4 giới thiệu 1 số mạch điện áp xoay chiều 1 pha . hình 1.4a là điện áp xoay chiều điều khiển bằng ách mắc nối tiếp với tải điện kháng hay điện trở phụ biến thiên . sơ đò mạch điều chỉnh này thường dùng đo hiệu suất thấp hay cos φ thấp Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp U2 như hình 1.4a . Điều chỉnh bằng điện áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp U2 từ 0 đến giá trị bất kì , mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào . Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh , mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào thì phương pháp phải dùng biến áp là tất yếu . Tuy nhiên , khi dòng tải lớn , sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh , khó đạt được yêu cầu như mong muốn . Hai phương pháp điều áp xoay chiều như trên hình a,b có chung ưu điển là điện áp hình sin , đơn giản . Có chung nhược điểm là quán tính điều khiển chậm và không điều chỉnh liên tục khi dòng tải lớn . Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều , có thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu . Các sơ đồ điện áp xoay chiều bán dẫn trên hình 1c sử dụng phổ biến . Lựa chọn sơ đồ nào trong trong các sơ đồ tùy thuộc vào dòng điện , điện áp tải và khả năng cung cấp các link kiện bán dẫn .Có 1 số lưu ý khi chọn các sơ đồ hình 1.4c như sau Hình 1.5 : sơ đồ điện áp xoay chiều 1 pha bằng bán dẫn a, Hai tiritor song song ngược b, Bằng triac c, Bằng một tritor một diot d, Bằng 4 diot một tritor Sơ đồ kinh điển hình 1.5a thường được sử dụng nhiều hơn , do có thể điều khiển được với mọi công suất tải , Hiện nay tritor được chế tạo có dòng điện đến 7000A , thì việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp ứng được . Tuy nhiên , việc điều khiển hai tritor song song ngược đôi khi có chất lượng điều khiển không tốt lắm , đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp . Khả năng mất đối xứng điện áp trên tải là điều khiến là do linh kiện điều khiển tritor gây nên sai số . Điện áp tải thu được gây mất đối xứng như so sánh hình 1.6b . Điện áp và dòng điện không đối xứng như hình 1.6 cung cấp cho tải , sẽ làm cho tải có thành phần dòng điện một chiều , các quận dây bị bão hòa , phát nóng và bị chảy . Vì vậy việc định kì kiểm tra , hiệu chỉnh lại mạch là việc nên làm thường xuyên đối với sơ đồ này . Tuy vậy , đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn cả việc lựa chọn . Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép sai hai tritor song song ngược , triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ 1.5b . Sơ đồ này có ưu điểm lf các đường cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 1.6a , nó còn có ưu điểm hơn khi lắp ráp . Sơ đồ này hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp . Tuy nhiên triac hiện nay được chế tạo với dòng điện không lớn ( I<400A) , nên với những dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về mặt lắp ráp và khó điều khiển song song . Những tải co dòng điện trên 400A thì sơ đồ 1.5b ít dùng . Sơ đồ 1.5d trước đây thường được dùng , khi cần điều khiển đối xứng điện áp trên tải vì ở đây chỉ có một tritor một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối xứng dễ dàng hơn . Số lượng tritor ít hơn , có thể sẽ có ưu điểm khi van điều khiển còn hiếm . Tuy nhiên , việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao trên các van dẫn lớn , làm hiệu suất hệ thống điều khiển thấp . Ngoài ra , tổn hao năng lượng nhiệt lớn làm cho hệ thông làm mát khó khăn hơn. 1.3 . Đặt bài toán Trong đồ án 1 này em nhận đề tài là : “xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều một pha điều khiển cho động cơ xoay chiều một pha” với các thông số sau: >> Công suất : 0.18(kw) >> Dòng điện định mức: 2.5(A) >> Điện áp định mức : 220(v) >> Tốc độ định mức : 1400(v/phút) >> Cặp cực : 2p=4 Sau khi tìm hiều các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều một pha em chọn phương pháp “ Đưa điện áp vào động cơ ”. Vì đây là phương pháp thông dụng và dễ làm tải về 1.32 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
|