Đồ án điện tử công suất

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 1

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất nhiều loại máy

móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt. Tuy nhiên, có những máy mà

chưa thể thay thế hoàn toàn, chẳng hạn như động cơ đồng bộ. Mặc dù động cơ đồng bộ có cấu

tạo phức tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có những đặc tính quí giá như như hệ số công

suất cosϕ rất cao, không cần lấy công suất phản kháng từ lưới và khả năng tải lớn hơn do

momen chỉ tỉ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy người ta thường cố gắng khắc phục những nhược

điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm ra phương pháp khởi động động cơ một cách

hiệu quả nhất được quan tâm thường là khởi động theo phương pháp không đồng bộ.

Trên cơ sở đó bản đồ án này có nhiệm vụ thiết kế mạch tự động cấp kích từ cho động cơ

đồng bộ. Mạch đảm bảo quá trình khời động cho động cơ theo chế độ khởi động không đồng

bộ. Trong quá trình làm việc phải cho phép chế độ quá kích thích trong thời gian đến vài chục

giây và điều chỉnh được.

Các số liệu:

Điện áp kích từ định mức: 75V DC.

Công suất kích từ định mức: 24KV.

Điện áp kích từ cực đại (quá kích từ): 130 V.

Điện trở khởi động: 0,8Ω.

Điện áp lưới điện: 3. 380V.

Trong quá trình hoàn thành bản đồ án này, do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm,

nên không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự nhận xét, chỉ bảo của các thầy

cô trong bộ môn qua đó, em có kiến thức sâu hơn về mạch tự động cấp kích từ cho động cơ

đồng bộ.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Quốc Hải và các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt

tình giúp đỡ và động viên em hoàn thành bản đồ án này.

Sinh Viên:

Vũ Thị Bích

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 2

CHƯƠNG 1:

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KĨ THUẬT CỦA THIẾT BỊ

I. Động cơ đồng bộ

1. Khái niệm chung:

Máy đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quấn, một dây quấn nối với lưới điện

có tần số W1, không đổi còn dây quấn thứ hai được kích thích bằng dòng một chiều(W2=0)

Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi trong những công suất trung bình và lớn, có yêu

cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường dùng cho máy bơm ,quạt gió, các hệ truyền

động của các nhà máy luyện kim và cũng thường được sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các

tổ máy phát - động cơ công suất lớn.

Ưu điểm: có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosϕ và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy

cao.

Sơ đồ nguyên lý:

+ -

~ U

Mạch stato của nó tương tự như động cơ không đồng bộ, mạch roto có cuộn kích từ để

sinh ra từ trường trong máy và các cuộn dây khởi động( kiểu lồng sóc và dây quấn)

2. Nguyên lý làm việc:

Tác dụng của từ trường do dòng kích từ gây ra lên từ trường quay của stato tạo nên

momen và momen quay với tốc độ đồng bộ xác định bởi biểu thức:

NDB =f: p (vòng/phút)

Tốc độ góc đồng bộ là: WDB = 2Πf (rad/s)

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 3

Trong đó f: tần số(Hz)

p: Số đôi cực

Từ trường quay trong khe hở không khí kéo theo roto quay với tốc độ đồng bộ.

Xem xét đơn giản các đặc tính của động cơ đồng bộ: nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato

và điện kháng tản, biểu thức của từ trường trong khe hở không khí luôn liên hệ với điện áp đặt

vào stato, biên độ của từ trường này là không đổi. Xét thời điểm pha A cực đại, từ thông trong

dây quấn stato là đối xứng ở lân cận dây quấn pha A.

Trong trường hợp hệ số công suất của dòng điện stato =1, momen của tải làm cho roto

chậm sau so với từ thông stato.Vì lý do đường sức khép kín, các dòng điện stato tạo nên sức

từ động tổng.

Nếu dòng kích từ tăng đột ngột, biên độ của từ thông tăng tức thời , momen tăng làm

cho roto tăng tốc về phía trước cho đến khi đạt tới cân bằng ở góc lệch rất nhỏ .Vì từ thông

tổng không đổi, tăng sức từ động làm phần cảm được bù băng dòng điện stato (do đó dòng

điện vượt trước) sao cho sự phân bố của sức từ động stato trong một đường sức khép kín

ngược với sự thay đổi của kích từ. Kết quả rõ ràng là khi tăng kích từ sẽ làm giảm góc lệch

của cực từ và hệ số công suất của dòng stato sẽ vượt trước dòng điện lưới.

Giảm dòng kích từ tạo ra hiệu quả ngược lại. Góc lệch cực từ tăng lên và hệ số công

suất của dòng stato chậm sau điện áp lưới.

3.Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ:

0 Mmax

M

W1

W

Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động

cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ :

W1 = 2Πf1/p.

Trong phạm vi momen cho phép M ⊆ Mmax , đặc tính cơ là tuyệt đối cứng, nghĩa là độ

cứng đặc tính cơ β = vô cùng. Khi momen vượt quá trị số Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất

đồng bộ.

4. Mở máy động cơ đồng bộ:

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 4

Quá trình khởi động của động cơ đồng bộ gồm 2 giai đoạn:

* Giai đoạn 1:

Stato của động cơ được đấu vào nguồn điện xoay chiều còn cuộn kích từ đóng kín qua

điện trở hạn chế Rhc để cuộn kích từ khỏi bị quá áp do sức điện động cảm ứng sinh ra trong nó

(Rhc = (8 - 10)Rkt ). Trong giai đoạn này động cơ đồng bộ được khởi động như một động cơ

không đồng bộ.

Khi mở máy không đồng bộ, động cơ đồng bộ lấy đà đến tốc độ gần đồng bộ nhờ

momen không đồng bộ MKD của bản thân xuất hiện khi đóng mạch dây quấn phần ứng vào

lưới. Sau khi được nối vào lưới có điện áp là UL và tần số lưới fl , dòng điện trong dây quấn

phần ứng tạo nên từ trường quay với tốc độ ΩDB. Khi có sự xê dịch giữa từ trường quay so với

roto với tốc độ ΩDB - Ω = sΩDB thì trong dây quấn kích thích nối kín mạch qua RHC và trong

dây quấn cảm kiểu dây quấn ngắn mạch có bước không đều sẽ có dòng điện cảm ứng, tần số

là sfL (Ω: tốc độ góc của roto, s: hệ số trượt ).

Do tương tác của dòng điện cảm ứng trong các mạch vòng bị nối tắt của roto với từ

trường quay có momen điện từ không đồng bộ MKD như trong động cơ không đồng bộ được

hình thành chủ yếu do các dòng điện cảm ứng trong dây cuốn cản. Vì vậy các tham số dây

cuốn cản (điện trở, điện kháng) thuộc vào số lượng, kích thước và vật liệu các thanh dẫn

được chọn xuất phát từ các điều kiện mở máy sao cho đảm bảo đầy đủ momen không đồng

bộ trong tất cả các giai đoạn khởi động. Do đó dây cuốn cản dùng cho khởi động không đồng

bộ còn gọi là dây cuốn mở máy.

Quan hệ giữa momen không đồng bộ của động cơ đồng bộ với hệ số trượt M=f(s):

Mkd

Mkdmax

Ms=0,05

Mkd =0

Rtt ≠ 0

Rtt = 0 Mm

0 s0 0,05 smax 0,5 1

s