Đồ án xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha chiều khiển động cơ xoay chiều một pha

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha chiều khiển động cơ xoay chiều một pha Nghàn[.]

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN:

Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha chiều

khiển động cơ xoay chiều một pha

Nghành đào tạo: Ngành CNKT điều khiển và tự động hoá

Mã số nghành: 7510303

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Duy Minh

Người hướng dẫn đồ án

Ths.Nguyễn Đức Điển

Hà Nội – 2023 LỜI NÓI ĐẦU

Trong một thế giới hội nhập có rất nhiều cơ hội và không ít thách thức đặt ra đề đất nước ta phát triển sâu rộng Quá trình công nghiệp hóa đất nước phải đi tắt đón dầu để bắt kịp xu thế phát triển của thể giới Trong đó nghành công nghiệp

cơ khí nói chung và nghành cơ khí tự động nói riêng có vai trò rất quan trọng nhằm đưa đất nước thoát khỏi nền sản xuất lạc hậu, thủ công đê tiền nền sản xuất tự động, nâng cao năng suất và giải phóng sức lao động cho con người Với một thế giới đang phát triển mạnh trong nhiều lĩnh vực với nhiều thành tựu mà khoa học đạt được thúc đầy phát triển nền công nghiệp hiện đại hơn Song cũng không ít thách thức và khó khăn đặt ra Đứng trước thực tê của nên sản xuât đang đôi mới từng ngày đòi hỏi những kỹ sư, các cán bộ khoa học kỹ thuật phải nghiên cứu đề có kiến thức sâu rộng, tiêp thu nhanh các tiên bộ của khoa học kỹ thuật và đôi mới công nghệ bặt nhịp cùng nên sản xuât hiện đại

Đối với sinh viên thì việc tiếp xúc với thực tế sản xuất còn nhiều hạn chế vẫn còn là mới mẽ và gặp nhiêu bỡ ngỡ khi ra trường Vì vậy đô án môn học điều khiêntự động sẽ là cơ hội tôt đề sinh viên năm bắt và vận dụng kiên thức vào thực tế đồng thời giúp sinh viên sáng tạo, giải quyết mọi vấn đề kỹ thuật trong từng trường hợp cụ thể Khả năng sáng tạo phát triển tư duy về kỹ thuật sẽ được giải quyết triệt đề nhờ vào kiến thức, hiểu biết của từng sinh viên Với đề tài “

Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha chiều khiển động cơ xoay chiều một pha ” không những là nhiệm vụ còn củng cố

kiến thức toàn diện của em trước khi ra trường

Trong quá trình hoàn thành đồ án thiết kế với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình

của thầy “ Nguyễn Đức Điển ”, cùng với sự nỗ thực của các thành viên trong

nhóm đã hoàn thành đồ án này Do kiến thức vẫn còn hạn chế và thời gian tìm hiểu có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy em rất mong được nhận sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn

Hà Nội Ngày 16 tháng 2 năm 2023

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Duy Minh

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

Chương 1: Tổng quan đối tượng nghiên cứu 5

1.1 Tổng quan động cơ xoay chiều một pha 5

1.1.1 Tổng quan nguyên lý 6

1.1.2 Các phương pháp điều khiển động cơ 6

1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha 7

1.1.2 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi 7

1.2.2 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi 13

Chương 2: Tính toán, thiết kế mạch lực 15

2.1 Tính toán thiết kế mạch lực 15

2.1.1 Tính toán thiết kế sơ đồ mạch lực 15

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG

Đề số 6: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha điều khiển động cơ xoay chiều một pha.

Thông số động cơ một pha

Chương 1: Tổng quan đối tượng

nghiên cứu

1.1 Tổng quan động cơ xoay chiều một pha

Động cơ điện xoay chiều một pha được sử dụng rất nhiều trong dân dụng như

quạt điện, mô tơ bơm nước, các loại đồ điện gia dụng Hôm nay chúng tôi xin chia sẻ đến các bạn định nghĩa động cơ điện xoay chiều một pha là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao, công dụng của động cơ điện xoay chiều một pha này

Động cơ điện xoay chiều một pha là gì?

Động cơ điện xoay chiều một pha là loại động cơ thường có công suất nhỏ không quá vài kW trở xuống sử dụng điện xoay chiều 1 pha, được dùng phổ biến trong sản xuất nhỏ (máy dụng cụ cầm tay) và trong đời sống (các loại quạt điện, đồ điện gia dụng), vì máy có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ nên chỉ cần sử dụng nguồn điện có hai dây Thường có một số loại như:

 Động cơ điện không đồng bộ một pha có vòng ngắn mạch (công suất dưới 150w)

 Động cơ không đồng bộ một phat dùng tụ điện hoặc có vòng dây chập ngược

 Các kiểu động cơ này đều dùng rôto lồng sóc để chạy các máy gia dụng

 Động cơ điện vạn năng: cả stato và rôto đều có dây quấn

Cấu tạo

Động cơ điện vạn năng chạy điện một pha có cấu tạo tương tự như động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

 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 (hình 2-1a)

(Hình 2-1 : Động cơ điện vạn năng; a: Cấu tạo; b: Sơ đồ nối dây)

1.1.1 Tổng quan nguyên lý

Nguyên lý làm việc

Nguyên lý làm việc của động cơ điện vạn năng tương tự như

ở máy điện một chiều kích từ nối tiếp

Từ trường của cực từ chính φc tác dụng với dòng điện ở cuộnc tác dụng với dòng điện ở cuộn dây phần ứng Iư tạo thành mômen quay Vì mạch điện vào động

cơ qua rôto và stato nối tiếp nhau, do đó có thể coi φc tác dụng với dòng điện ở cuộnc và Iư cùng pha và mô men do chúng sinh ra có chiều tác dụng không đổi làm cho động cơ quay

1.1.2. Các phương pháp điều khiển động cơ

Điều chỉnh R phần ứng bằng cách mắc nối tiếp điện trở R*

Khi mắc nối tiếp điện trả phụ R" vào phản ứng từ công thức ta thấy tốc độ quay của đồng cơ điện 1 chiều tăng lên, nhưng khi mắc thêm Ra thì to lên, không kinh tế

= Phương pháp này ít được sử dụng

Điều chỉnh từ thông

Khi từ thống giảm thị tốc độ quay của động cơ 1 chiều tăng lên trong phạm vi giới hạn Nhưng khi từ thông thay đổi thì Momen, dòng điện cũng nên khó tính toán chính xác được dòng động cơ

và Momen tài,

→ Phương pháp này ít được sử dụng

Điều khiển điện áp phần ứng

Thực tế có 2 phương pháp điều khiển động cơ điện 1 chiều bằng điện áp:

Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phản ứng của động cơ -Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ

Khi điện áp Vụ cấp vào phản ứng tăng thì tốc độ quay của động

cơ điện 1 chiều tăng theo, phương pháp điều khiển này là triệt

để và được sử dụng phổ tiến để điều khiển tốc độ của động cơ D6

1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều một pha

1.1.2 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều 1 pha

Trường hợp tải thuần trở R

Sơ đồ mạch điện

Nguồn xoay chiều có biểu thức: vs = 220sin100πt nối tiếp với tảit 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

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

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

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 πt nối tiếp với tải → (πt nối tiếp với tải + 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

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

Dạng sóng

Điện áp trên tải (V t ) và dòng điện chạy qua tải (I t )

Trường hợp tải R + L

Sơ đồ mạch điện

Nguyên lý hoạt động

Ta sẽ xét hai trường hợp với góc tới hạn φc tác dụng với dòng điện ở cuộn = arctg(ωL/R) Đây là L/R) Đây là góc điều khiển mà dòng điện tải ở ranh giới giữa chế độ dòng điện gián đoạn và liên tục

a Trường hợp góc kích 0 < α < φ: dòng tải liên tục

Điện áp trên tải không điều khiển được, bộ biến đổi hoạt động như một công tắc ở trạng thái luôn đóng Trị hiệu dụng điện áp trên

b Trường hợp góc kích α > φc tác dụng với dòng điện ở cuộn: dòng điện tải bị gián đoạn

Trị hiệu dụng của điện áp trên tải thay đổi trong khoảng 0 ≤

Kết luận

Bộ biến đổi điện áp xoay chiều được đặt giữa nguồn điện xoay chiều (có trị hiệu dụng của điện áp không đổi) và tải làm nhiệm

vụ điều chỉnh trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều cấp cho tải

So với phương pháp thay đổi điện áp dùng máy biến áp, phương pháp này có ưu điểm là: Kích thước, giá thành của thiết bị biến đổi nhỏ hơn và cho phép điều chỉnh điện áp liên tục (vô cấp) Nhưng lại có nhược điểm là chất lượng điện áp ra không tốt, có chứa nhiều sóng hài, muốn khắc phục phải có thêm bộ lọc xoay chiều

ĐIỀU KHIỂN PHA

Với phương pháp điều khiển pha thông thường, xung kích đóng được đưa vào cổng điều khiển tại vị trí trễ đi một góc α vì vị trí xuất hiện áp khóa trên linh kiện

Điện áp ng ổn xoay chiều đóng vai trò điện áp chuyển mạch tác dụng giảm dòng điện vua linh kiện và ngắt nó

Điện áp ngõ chứa thành phần hài cơ bản có tần số bằng tần số

áp nguồn và các thành phần bậc cao khác Độ lớn của sóng hài phụ thuộc vào góc điều khiển và cấu hình mạch công suất

Trường hợp điều khiển pha với giá trình chuyển sách cưỡng bức điều khiển vị trí kích đóng dòng điện và đồng thời điều khiển cả

vị trí ngắt dòng điện tải Cấu hình mạch phải chửa bộ chuyển mạch hoặc linh kiện tự chuyển mạch Với phương pháp này, điện áp ngõ ra có thể có dạng đối xứng Nếu trong mỗi nửa chu

kỳ áp nguồn, ta thực hiện điều rộng xung, hệ số biến dạng và phổ các hài bậc cao sẽ được hạn chế rất nhiều

ĐIỀU KHIỂN TỈ LỆ THỜI GIAN

Thực hiện bằng cách cho xung kích đóng các linh kiện liên tục trong thời gian bằng số nguyên lần chu kỳ (m) điện áp nguồn và sau đó ngắt (khoá) xung kích liên tục trong một số nguyên lần chu kỳ (n)

Phương pháp này không sử dụng khi tôi có hằng số thời gian đáp ứng tương đương với chu kỳ áp nguồn xoay chiều, ví dụ

Phương pháp điều khiển t lệ thời gian với thời điểm kích đóng tại điểm 0 của áp nguồn (zero voltage switching ) được ứng dụng

để điều khiển là điện trở, lò hồ quang điện, là nướng gia đình

và ít ảnh hưởng lên lưới điện, đồng thời hạn chế tổn hao phát sinh do chế độ đóng ngắt linh kiện tạo nên

Bộ biến đổi làm việc như một công tác xoay chiều đóng mở tuần hoàn Hình H3,14a về điện áp và đồng điện tải khi ta áp dụng phương pháp điều khiển ở trên với tải chỉ chứa điện trở R Từ hình về H3,14a, ta suy ra trị hiệu dụng của điện áp tải là: Ut =U

√T tt Trên hình H3,14b về quá trình các đại lượng cho trường hợp tải RL

Phương pháp điều khiển nêu trên phù hợp cho các nguồn cung cấp năng lượng cho các thiết bị tiêu thụ nhiệt điện, là không nên dùng chúng làm nguồn năng lượng cho các đèn chiếu sáng cũng như trong các động cơ điện

1.3 Đặt bài toán

Chương 2: Tính toán, thiết kế mạch

lực

2.1 Tính toán thiết kế mạch lực

2.1.1 Tính toán thiết kế sơ đồ mạch lực