BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC Thông số động cơ: P=120kw n=1490v/phú cos=0.93 M kđ /M đm =1.1 M max /M đm =2 I kđ /I dm =6 J=1.6kg/m 2 U 1 =220/380V Yêu cầu nội dung hiế kế đồ án : - Giới hiệu chung về chủng loại hiế bị được giao nhiệm vụ hiế kế - Đề xuấ các phương án ổng hể, phân ích ưu nhược điểm của ừng phương án, để đi đến phương án chọn lựa phù hợp để hiế kế mạch lực và mạch điều khiển - Thuyế minh sự hoạ động của sơ đồ kèm heo hình vẽ minh họa - Tính oán mô phỏng mạch lực bằng phần mềm PSim - Tính oán mô phỏng mạch điều khiển - Kế luận - Tài liệu ham khảo 1

Phần I GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG I : LỜI MỞ ĐẦU Do yêu cầu của công việc cũng như khả năng làm việc của mạch điện không đồng bộ nên cho đến nay nó được sử dụng rộng rãi nhấ rong các ngành kinh ế quốc dân với công suấ ừ vài chục đến hàng nghìn kilôoa. Trong công nghiệp hường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho máy cán hép loại vừa và nhỏ, động lực cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ Trong hầm mỏ dùng làm máy ời hay quạ gió. Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng bộ cũng dần chiếm mộ vị rí quan rọng :quạ gió, máy quay đĩa, động cơ rong ủ lạnh. Bởi nó có những ưu điểm nổi bậ hơn hẳn so với máy điện mộ chiều cũng như máy điện đồng bộ, đó là : Có kế cấu đơn giản, dễ chế ạo, làm việc chắc chắn, vận hành in cậy. Chi phí vận hành và bảo rì sửa chữa hấp, hiệu suấ cao, giá hành hạ. Máy điện không đồng bộ sử dụng rực iếp lưới điện xoay chiều do đó không cần phải ốn kếm hêm chi phí cho các hiế bị biến đổi. Tuy nhiên, máy điện không đồng bộ chủ yếu được sử dụng ở chế độ động cơ, nên nó cũng có mộ số nhược điểm là dòng khởi động của động cơ không đồng bộ hường lớn (ừ 4 đến 7 lần dòng định mức). Dòng điện mở máy quá lớn không những làm cho bản hân máy bị nóng mà còn làm cho điện áp lưới giảm sú nhiều (hiện ượng sụ áp lưới điên), nhấ là đối với lưới điện công suấ nhỏ. Do đó vấn đề đặ ra là a cần phải giảm được dòng điện mở máy của động cơ không đồng bộ, đặc biệ là với động cơ không đồng bộ rôo lồng sóc. Bởi vì việc ác động vào động cơ rôo lồng sóc khó khăn hơn so với động cơ không đồng bộ rôo dây quấn. Tuy nhiên, hiện nay với việc áp dụng những ứng dụng của điện ử hì công việc đó đã rở nên dễ dàng hơn. 2

ChươngII Các phương pháp mở máy 2.1-Mở máy động cơ điện không đồng bộ: Khi bắ đầu mở máy hì roo đang đứng yên, hệ số rượ s=1 nên rị số dòng điện mở máy ính heo mạch điện hay hế bằng : I k U 1 (r C r ) ( x C x ) 2 1 1 2 1 1 2 Từ công hức rên a hấy, dòng điện khởi động động cơ không đồng bộ phụ huộc vào bản hân cấu ạo của động cơ và phụ huộc nhiều vào điện áp lưới. Trên hực ế, do mạch ừ ản bão hòa rấ nhanh, điện kháng giảm xuống nên dòng điện mở máy còn lớn hơn so với rị số ính heo công hức rên,ở điện áp định mức.hường dòng mở máy bằng 4 đến 7 lần dòng định mức.điều đó không những làm cho động cơ nhanh bị hỏng mà còn làm cho điện áp lưới mỗi khi khi khởi động giảm nhiều.do đó nhấ hiế a phải làm giảm dòng điện mở máy. 2.2-Các phương pháp mở máy : Các yêu cầu mở máy cơ bản : - Phải có mômen mở máy đủ lớn để hích ứng với đặc ính cơ của ải. - Dòng điện mở máy càng nhỏ càng ố. - Phương pháp mở máy và hiế bị cần dùng đơn giản, rẻ iền, chắc chắn - Tổn hao công suấ rong quá rình mở máy càng nhỏ càng ố 2.2.1-Mở máy rực iếp động cơ điện rôo lồng sóc : Đây là phương pháp đơn giản nhấ, a đóng rực iếp động cơ điện vào lưới điện.khi đó điện áp U 1 đặ vào dây quấn sao bằng điện áp lưới (như hình vẽ).do đó dòng điện mở máy lớn, nếu quán ính của ải lớn hời gian mở máy dài hì sẽ có hể làm cho máy sinh nhiệ và ảnh hưởng điện áp lưới. 3

. u 2.2.2-Hạ điện áp mở máy: Từ công hức của dòng điện mở máy a hấy, nếu giảm điện áp đặ vào sao khi mở máy hì sẽ giảm được dòng điện mở máy. Nhưng hạ điện áp mở máy hì cũng sẽ làm cho mômen khởi động giảm xuống. 2 m1pu1 r 2 Mk 2 f [(r +C r ) 2 (x C x ) 2 ] 1 1 1 2 1 1 2 Do đó a chỉ dùng phương pháp này cho những hiế bị mở máy cỡ nhỏ. 2.3-Các phương án: -Nối điện kháng rực iếp vào mạch điện sao: Khi mở máy rong mạch điện sao đặ nối iếp mộ điện kháng, sau khi mở máy song hì điện kháng này bị nối ngắn mạch. -Dùng biện pháp ự ngẫu: Ta sử dụng mộ máy biến áp ự ngẫu, bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi mở máy song hì biến áp ự ngẫu được ngắ ra khỏi mạch động lực(động cơ ) -Mở máy bằng phương pháp hay đổi nối Υ- : phương pháp này hích ứng với những máy khi làm việc bình hường ở chế độ đấu am giác, khi mở máy a đổi hành sao. -Dùng bộ điều áp xoay chiều ba pha dùng ba riac đấu song song với nhau. * Phân ích ƣu nhƣợc điểm của ƣng phƣơng pháp mở máy: + Cả bốn phương pháp rên đều có ác dụng hạ dòng mở máy nhưng rong qua rình hoạ động của động cơ khi dòng ăng độ ngộ vì mộ lý do nào đó hì 4 phương pháp rên không đáp ứng được(không hạn chế được dòng đó) vì vậy a dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha. Ưu điểm của bộ điều áo xoay chiều 3 pha khi điều chỉnh góc α hích hợp của các xung điều khiển đặ vào các hyrisor là có hể hạ được điện áp đặ vào saso và do đó có hể hạn chế được dòng qua động cơ. Và vẫn còn ham gia vào mạch rong quá rình hoạ động của động cơ. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là dòng điện và điện áp đều không sin. Nhưng do hời gian mở máy rấ nhỏ (ừ 1-3 giây) nên vẫn có hể sử dụng được. 4

T4 Vì vậy a quyế định chọn phƣơng án dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha để làm bộ khởi động cho động cơ không đồng bộ 3 pha rôo lồng sóc. 2.4- Phương pháp dùng bộ điều áp xoay chiều 3 pha: Ta sử dụng 6 hyrisor đấu song song ngược heo sơ đồ như hình vẽ. Khi a cấp điện áp xoay chiều vào ba đầu A, B, C, do còn phụ huộc vào góc mở van của các hyrisor nên a sẽ có 3 dạng điện áp đặ vào động cơ ứng với 3 vùng của góc mở van. Các điện áp này đều nhỏ hơn so với điện áp vào. A B C T1 T4 T6 T3 T5 T2 ĐC 2.5- Phân ích hoạ động của bộ điều áp xoay chiều 3 pha: -Vì động cơ không động cơ không đồng bộ có hể coi như là mộ phụ ải gồm có điện áp rở và cuộn cảm nối iếp nhau, rong đo: +Điện rở rôo biến hiên heo ốc độ quay. +Điện cảm phụ huộc vào vị rí ương đối giữa dây quấn rôo và sao. + Góc pha giữa dòng điện và điện áp cũng biến hiên heo ốc đọ quay ω= ω(s). -Do ính chấ ự nhiên của mạch điện (có điện cảm)nên nếu rong khoảng v < ω mà đặ xung điều khiển vào các van bán dẫn hì các van này chỉ dẫn dòng ở hời điểm v= ω rở đi.do đó điện áp động cơ không phụ huộc vào góc mở.nếu như vậy hì a không điều chỉnh vào điện áp, vì vậy a chỉ đặ xung điều khiển với góc mở > ω. -Khi v> ω hì ùy huộc vào giá rị ức hời của các điện áp dây mà có lúc có 3 van ở 3 pha khác nhau dẫn dòng, hay 2 van ở 2 van khác nhau dẫn dòng: +Nếu có 3 van ở 3 pha khác nhau dẫn dòng. 5

a b c. a' Za. b'. Zb c' Zc Khi đó dòng điện ải : U dm i= sin( ) 3Z U đm :biên độ điện áp dây Ω :Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở giai đoạn đang xé +Nếu chỉ có 2 pha có van dẫn: a b c. a' Za. b'. Zb c' Zc Khi đó a có dòng điện ải : U dm i= sin( ) 2Z Tùy huộc vào góc điều khiển mà các giai đoạn có 3 van dẫn hoặc 2 van dẫn cũng hay đổi heo. 6

*Khoảng dẫn của van ứng với α= 0 60 0 : Trong phạm vi này sẽ có các giai đoạn 3 van và 2 van dẫn xen kẽ nhau như đồ hị dưới đây: Ua a b c T1 T2 T3 T4 T5 T6 Khoảng van dẫn ứng với α = 60 90 0 u T1 T2 T3 T4 T5 T6 7

CHƯƠNG III : CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ VAN 3.1 Bảo vệ quá nhiệ cho van Khi làm việc với dòng điện có dòng chạy qua rên van có sụ áp, do đó có ổn hao công suấ P ổn hao này sinh ra nhiệ đố nóng van bán dẫn. mặ khác van bán dẫn chỉ cho phép làm việc dưới nhiệ độ cho phép T cp cho phép nào đó, nếu quá nhiệ độ cho phép hì các van bán dẫn dễ bị phá hủy. để van bán dẫn làm việc an oàn không bị chọc hủng vì nhiệ a phải chọn và hiế kế hệ hống ản nhiệ hợp lí. Tính oán cánh ản nhiệ Tổn hao công suấ rên mộ irisor: P = U.I lv =1,6.104,3 =166,88 W P Diện ích bề mặ ản nhiệ: Sm K. Trong đó: P ổn hao công suấ - độ chênh lệch so với môi rường. Chọn nhiệ đọ môi rường là : Tm = 40 0 C, Nhiệ độ làm việc cho phép của irisor là T cp = 125 0 C Chọn nhiệ độ rên cánh ản nhiệ T lv = 80 0 C = T lv T m = 80-40 = 40 0 C m k m : hệ số ỏa nhiệ bằng đối lưu và bức xạ. chọn k m = 8 (w/m 2 0 C) Vậy a có diện ích của mỗi cánh ản nhiệ: 166,9 Sm 5215 (cm 2 ) 4 10 8.40 Chọn loại cánh ản nhiệ có36 cánh kích hước mỗi cánh: a x b = 10 x 10 (cm x cm) Vậy ổng diện ích cánh ản nhiệ của cánh ản nhiệ: S = 26.5.10.10 = 13000(cm 2 ) 8

3.2 Bảo vệ quá dòng cho van Trong quá rình hoạ động và làm việc a phải sửa chữa và bảo dưỡng mạch động lực cũng như mạch điều khiển do vậy rong mạch còn có hêm các hiế bị bảo vệ đóng ngắ như: apoma, cầu chì, cầu dao. Như a đã biế I đc =208.6A Ta chọn apoma có hông số và rị số như sau: I =k mm.i đc = 6. 208.6 =1251.6A(k mm = 5 7) Ta lựa chọn mạng apoma loại 4 cực 415V loại S với I Nđm =55 (KA), I đm = 1600A do Clipson chế ạo Ta có I của cầu chì là : k mm = 5 7, C = 2.5 I I K mm.i C dc 6.208, 6 500, 64(A) 2,5 Ta chọn I cc = 1.1 1.3 I =>I cc = 1,2. 500.64 =600.768A Với I cc = 600.768A a lựa chọn loại cầu chì có U=400V với I đm =630A loại hạ áp do ABB chế ạo. Lựa chọn dao cách ly Ta có : I dc =208,6 (A) Ta có I > I đc Ta lựa chọn loại cầu dao cách ly với U= 1000V với I đm = 250A khối lượng của cầu dao là 6.9 kg do ABB sản xuấ với kí hiệu là OESA 3.3 Bảo vệ quá áp Trong quá rình làm việc van phải chịu điện áp ngược ương đối lớn do vậy người a phân ra làm 2 loại nguyên nhân gây quá áp: 1, Nguyên nhân nội ại: là do sự ích ụ điện ích rong các lớp bán dẫn. khi khóa van isior bằng điện áp ngược, các điện ích nói rên đổi ngược lại hành rình ạo ra dòng điện ngược rong hời gian rấ ngắn.sự biến hiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây nên suấ điện 9

động cảm ứng rấ lớn rong các điện cảm, vốn luôn luôn có của đường dây nguồn dẫn ới irisor. Vì vậy giữa anô va cao của irisor xuấ hiện quá điện áp. Ta có đồ hị hể hiện quá rình biến hiên của điện áp và dòng điện rên i u 2, nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này hường xảy ra ngẫu nhiên đôi khi đóng cắ không aỉ mộ biến áp rên đường dây, khi mộ cầu chì nhảy khi có sấm sé Để bảo vệ quá áp do ích ụ điện ích khi chuyển mạch gây nên người a dùng mạch RC đấu song song với irisor như hình dưới: c R Thông số của R,C phụ huộc vào mức độ quá điện áp có hể xảy ra, ốc độ biến hiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm rên đường dây, dòng điện ừ hóa máy biến áp. Việc ính oán hông số của mạch R,C rấ phức ạp, đòi hỏi nhiều hời gian nên a sử dụng phương pháp xác định hông số R,C bằng đồ hị giải ích, sử dụng đường cong đã có sẵn 10

Do vậy quá rình ính oán các hông số R,C rấ phức ạp vì vậy chúng a áp dung phương pháp chọn giá rị R,C heo kinh nghiệm: Theo kinh nghiệm người a chọn R = (5 30),C = (0.25 4) µf Theo ính oán dòng qua van bằng 208.6 A là lớn nên a chọn giá rị R,C như sau R = 25, C = 0.8 µf Ta có mạch hoàn chỉnh: C1 R1 C1 C1 R1 R1 R2 R2 R2 C2 C2 C2 ĐC Do xung áp của lưới điện nên chúng a phải mắc các ụ, điện rở song song với ải ỏ đầu vào nhằm lọc xung. khi xuấ hiện xung điện áp rên đường dây nhờ có mạch này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn oàn rên điện rở đường dây. Do vậy rị số R 2,C 2 phụ huộc nhiều vào ải. nhưng do quá rình ính oán rấ phức ạp đồng hời heo kinh nghiệm R 2 = (5 20 ) C 2 = 4 m F Vì dòng của động cơ ương đối lớn nên a chọn C 2 = 4 m F và R 2 = 8 11

PHẦN II : THIẾT KẾ MẠCH CHƯƠNG I : THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 1.1 TÍNH TOÁN CHỌN VAN Dựa vào đồ hị dạng điện áp của bộ điều áp xoay chiều ba pha a có hể ính oán dòng điện qua van, điện áp ngược qua van do hời gian mở máy của động cơ không được quá lớn : kđ = 3s. Mặ khác dòng điện ở đây cũng ương đối đáng kể do vậy chúng a không hể chọn điều khiển dòng riac do quá rình hoạ động riac phá nóng cao do dòng điện quá lớn. Do vậy chúng a lựa chọn sơ đồ irisor Ta có dòng điện động cơ : I P 120.10 3 dm dc 3U. cos 3.380.0,94.0,93 dm 208, 6A Dòng điện chạy qua mỗi irisor : I lv I 2 dc 104,3(A) Dòng điện làm việc của irisor là 104.3 A là ương đối lớn, do đó ổn hao năng lượng rên irisor cũng khá lớn vì vậy a phải lựa chọn làm má cho phù hợp để đảm bảo cho irisor hoạ động bình hường và hế công suấ. 12

T4 Từ các phương pháp làm má a lựa chọn phương pháp làm má bằng cánh ản nhiệ có quạ gió cưỡng bức với ốc độ gió 12m/s với điều kiện làm má này irisor có hể làm việc với 50% dòng định mức. Dòng điện irisor cần chọn là: I I.100 50 Tlv Tdm Điện áp irisor khi ở rạng hái khóa là: Tlv d 208, 6(A) U 2U 2.380 537(V) Điện áp định mức của irisor là: U Tđm = k đ U Tlv =1,8.537 =996(V) Tirisor mắc vào lưới điện xoay chiều với ần số 50Hz nên hời gian chuyển mạch của irisor không ảnh hưởng lớn đến việc chọn irisor: A B C T1 T4 T6 T3 T5 T2 ĐC Từ các hông số rên a lựa chọn loại irisor 303RB100 có hông số sau: với các hông số : 13

- Điện áp ngược cực đại của van:u n =1000 V - Dòng điện định mức của van : I đm =300 A -Dòng điện đỉnh cực đại: I pik = 8000 A - Điện áp của xung điều khiển :U đk =3V - Sự sụ áp lớn nhấ của irisor ở rạng hái dẫnlà: U =1.6 V - Dòng điện dò : Ir=30 ma - Dòng điện ự giữ:i h =500 ma - Dòng điện xung điều khiển : I đk = 0.15 A - Nhiệ độ làm việc cực đại cho phép : T cp = 125 0C - Tốc độ biến hiên điện áp : du/d =200 V/µs - Tốc độ biến hiên dòng điện : di/d =180 A/µs - Thời gian chuyển mạch : cm =75 µs 14

ChươngII CÁC ĐIỀU KIỆN ĐỂ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1-giới hiệu chung về mạch điều khiển oàn hệ hống 1.Các yêu cầu chung đối với hệ hống điều khiển a-đảm bảo phá xung với đủ các yêu cầu để mở van: -Đủ biên độ, U X -Đủ độ rộng, x -Sườn xung ngắn ( x =0.5 1µs) ( xung điều khiển hường có biện độ 2v đến 10v, độ rộng xung hường ừ 20µs đến 200 µs) b-đảm bảo ính đối xứng đối với các kênh điều khiển Trong sơ đồ điều khiển các hyrisor ở đây hì độ lệch cho phép của các xung ở các kênh khác nhau phải ở rong mộ phạm vi cho phép với cùng mộ giá rị điện áp điều khiển c- Đảm bảo cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực Đối với khâu biến áp xung hường được sử dụng như mộ khâu ruyền khâu cuối cùng ở ầng khuếch đại xung, điện áp chụi đựng giữa sơ cấp và hứ cấp phải đạ 1500v 2000v khi sơ đồ làm việc với điện áp lưới 380v d- Đảm bảo đúng quy luậ hay đổi về pha của các xung điều khiển Đây là yêu cầu để đảm bảo phạm vi điều chỉnh của góc điều khiển α Thông hường đối với sơ đồ biến đổi xung áp xoay chiều góc α phải hay đổi rong phạm vi 0 0 210 0 e- Có hể điều chỉnh được góc điều khiển α, không phạu huộc vào sự hay đổi điện áp lưới. f- Không gây nhiễu với các hệ hống điện ử khác ở xung quanh. g-có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng mấ pha.và báo hiệu khi có sự cố Đối với các yêu cầu cụ hể của sơ đồ bộ biến đổi xung áp xoay chiều 3 pha cho mạch điều khiển mở máy động cơ không đồng bộ roo lồng sóc hì có 2 yêu cầu chính mà mạch điều khiển phải hực hiện đƣợc là : 1-Khi mở máy hì dòng mở máy qua động cơ phải được hạn chế vì lúc này dòng mở máy ăng độ ngộ với giá rị lớn làm hỏng động cơ 2-Để hạn chế dòng mở máy hì a dùng bộ biến đổi xung áp xoay chiều 3 pha để hạ điện áp đặ vào dây quấn sao động cơ và do đó dòng mở máy sẽ hạn chế.vậy ại lúc mở máy a hường điều chỉnh U đk để cho điện áp sao bằng khoảnh 65%U đm nên sau khi khởi động hì a phải cho điện áp sao phải ăng rở lại. Sau khi khởi động hì U đc phải ăng rở lại heo như đồ hị dưới đây và nhờ điều chỉnh U đc hì a sẽ điều chỉnh được hời gian khởi động kđ =1s 3s 15

U Udc 65%Udm=Udc o 0 kd=(1-3s) Để hực hiện điều này a phải dùng mộ khâu sau: Khâu có ác dụng ạo ra ín hiệu U đk để mở các van T. do vậy để hực hiện được diều này a có sơ đồ U đk như bên 16

+E R1 R3 -E K Ud R2 C1 B RX C D R4 Udk D1 D2 Mục đích : Khi khởi động hì sẽ có mộ giá rị nhấ định là a điều chỉnh điện áp điều khiển này để lúc khởi động động cơ sẽ có :U đc = 65%U đm để dòng qua động cơ được hạn chế. Sau đó công ắc sar đóng vào mạch ích phân hoạ động U đk sẽ làm mộ hàm uyến ính của U d có dạng như sau: 17

U Udko o Chính nhờ U đk ăng hì gócα sẽ giảm dần và U đc sẽ ăng dần đạ heo đúng yêu cầu. Phân ích hoạ động Khi chưa đóng công ắc hì U đk = U đk0, rong đó U đk0 là điện áp điều khiển ứng với U đc = 65% U đm Khi đóng công ắc hì U d = -E 1 1 Ud Ud E Ta có : -U đk = I C C C d C d R R C(R R ) C(R R ) 2 x 2 x 2 X Từ đó : U đk = E U C(R R ) 2 X dk0 Vậy sau đó U đk sẽ ăng dần và α giảm dần hì U đc sẽ ăng dần. Vậy nhờ khâu rên a đã hực hiện được yêu cầu đề ra cho công việc khởi động. *Cấu rúc của mộ mạch điều khiển sau: 18

U X 1 SS 2 3 4 DF M Uc Trong đó : -ĐF : khâu ạo điện áp đồng pha -U rc : điện áp răng cưa - Uc : là điện áp điều khiển - khâu 2:khâu so sánh điện áp giữa U c và U rc, khi U c - U rc =0 hì rigow lậ rạng hái - khâu 2 : khâu ạo xung chum. - khâu 3 : là khâu khuếch đại xung - khâu 4: khâu biến áp xung. Bằng cách điều hỉnh U c a có hể điều chỉnh được vị rí xung điều khiển ức là điều chỉnh được góc α. 2.2 Khâu ạo điện áp đồng bộ Khâu ạo điện áp đồng bộ cho bộ điều áo xoay chiều ba oha để điều chỉnh sáu hyrisror hường cần mộ hệ điện áp 6 pha làm diện áp đồng bộ.góc α được ính ừ gốc O.Hệ điện áp pha này bao gồm sáu điện áp đồng bộ hình sin lệch nhau mộ góc Π/3.Yêu cầu này sẽ được hỏa mãn dễ dàng nếu dùng mộ máy biến áp 3 pha sơ cấp có ba cuộn dây đấu sao lấy điện áp ừ lưới.máy biến áp này có hể được bố rí như sau" 19

A Ua U'a B Ub C U'b Uc U'c Cách sau : Điểm rung ính kí hiệu là O nối với điểm O của mạch điều khiển u s1,u s3, u s5 dùng làm điện áp đồng bộ của pha a, b, c ương ứng : u s1 =U sm sin (θ + Л/3 ) ; u s3 =U sm. sin (θ - Л/3 ); u s5 = U sm. sin (θ Л ) ; u s2 = U sm. sin θ ; u s4 =U sm. sin (θ 2 Л/3); u s6 =U sm. sin (θ 4 Л/3); 20

Nguyên lý hoạ động : Theo sơ đồ cấu rúc khâu này phải ạo ra mộ điện áp có góc lệch pha cố định vơi điện áp lực đặ lên van lực, phù hợp nhấ cho mục đích này là biến áp. Ỏ đây a sử dụng biến áp mộ pha có điểm giữa. Điện áp hình sin của lưới điện được chỉnh lưa qua bộ chỉnh lưu 1pha 2 nửa chu kỳ để ao ra U DF. Điện áp U DF được so sánh với điện áp đặ U o qua bộ so sánh là 1 OPAM, cho đầu ra U db là điện áp ở 2 rạng hái bão hòa âm và bão hòa dương của OPAM. Điện áp U o được ạo ra qua bộ chia áp gồm nguồn E và các điện rở R 2 và biến rở VR 3.Việc điều chỉnh U 0 a để điều chỉnh độ nghiêng của điện áp ở đầu ra của khâu răng cưa và có hể điều chỉnh được dải điều chỉnh của góc điều khiển 21

ua ub uc u'a u'b u'c 3 u xung dieu khien 1 2 3 4 5 6 2.3Khâu biến áp xung và khuếch đại xung: a) Tác dụng : Khâu khuếch đại xung là khâu cuối cùng quan rọng rong hệ hống điều khiển Khâu KĐX có nhiệm vụ là khuếch đại ín hiệu điều khiển đưa đến để điều khiển van bán dẫn công suấ để đảm bảo các ham số cơ bản như biên độ, độ rộng và công suấ Mộ rong những nhiệm vụ cơ bản của KĐX là cách ly giữa mạch động lực và hệ hống điều khiển. Khối KĐX có ác dụng ăng cường dòng ừ cổng AND đi ra (dòng ừ cổng AND đi ra hường nhỏ) sau đó qua BAX để ạo được dòng điện điều khiển I g, áp điều khiển Ug có biên độ hích hợp để mở Thyrisor. Máy biến áp xung là loại biến áp đặc biệ rong đó điện áp đặ lên phía sơ cấp có dạng cung chũ nhậ mà không phải là mộ điện áp hình sin.điều này dẫn đến chế độ làm việc và ính oán BAX rấ khác so với các biến áp hông hường. b)hoạ động Sơ đồ gồm mô khóa Transisor T 1 được điều khiển bởi mộ xung có độ rộng x, Khi T 1 mở bão hòa gần như oàn bộ điện áp nguồn U n được đặ lên cuộn sơ cấp của máy biens áp xung.điện áp cảm ứng bên phía hứ cấp có cực ính dương mở điô D 2 đưa dòng điện điều khiển vào giữa cực điều khiển và caô của hyrsisor T. Đio D4 có ác dụng làm giảm điện áp ngược đặ lên giữa cao và cực điều khiển của hyrisort khi điện áp dương hơn điện áp anô. Điều này đảm bảo an oàn cho iếp giáp G K của hyrisor khi T ở chế độ khóa. 22

Khi ransior T1 khóa lại dòng collecor-emier của nó sẽ về bằng 0.Tuy nhiên dòng qua cuộn dây sơ cấp BAX không hể bị dập ắ độ ngộ được.sức điện động ự cảm rên cuộn dây khi đó sẽ đảo chiều heo hướng muốn duy rì dòng này,nghĩa là sức điện động có dấu(-) ở phía rên và (+) ở phía dưới.sức điện động này có hể rấ lớn vì nó ỷ lệ với ốc độ giảm của dòng điện sơ cấp i 1: di 1 /d.tuy nhiên khi điô D 1 và điô ổn áp DZ sẽ mở ạo ra đường khép kín cho dòng i 1.Dòng i 1 sẽ suy giảm dần về không do ổn hao công suấ rên điện rở huần của cuộn dây và chủ yếu do iêu án sụ áp rên điô D1 và điô D2.Nhờ đó điện áp rên collecor của ransior T1 được giữ ở mức U n + (U D1 + U DZ ). Điện rở R mắc nối iếp giữa nguồn và biến áp xung có ác dụng hạn chế dòng ừ hóa BAX. Điện rở R được ính để đảm bảo dòng qua ransior T1 không bao giờ vượ quá dòng collecor lớn nhấ cho phép. 2.4 Khâ ạo điện áp ng cư Nguyên lý hoạ động : Điện áp đồng bộ ở 2 rạng hái bão hòa âm và bão hòa dương được đưa vào bộ ạo xung răng cưa. Bộ ạo xung răng cưa hực chấ là 1 mạch ích phân hoạ đọng ở 2 rạng hái ương ứng với 2 rạng hái phóng nạp của ụ C. Sử dụng đặc điểm của OPAM a có điện áp đặ lên 2 đầu ụ C bằng điện áp đầu ra của OPAM 2. 23

2.5 Khâ o ánh Khâu này có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp ựa để định hời điểm phá xung điều khiển hông hường đó là hời điểm khi 2 điện áp này bằng nhau. Nói cách khác đây là khâu xác đinh góc điều khiển Điện áp răng cưa được so sánh với ín hiều điều khiển U dk qua mộ OPAM ạo nên ín hiệu đàu ra mang hông in về góc. Tín hiệu điều khiển U dk được diều chỉnh nhớ khâu phản hỗi và đảm bảo : 0 Udk VZ 24

Chương III : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Tạo nguồn nuôi mộ chiều : Khối ạo nguồn nuôi mộ chiều cung cấp điện áp mô chiều cho khuyếch huậ oán hoạ động và cho các điện áp đặ ở đầu vào các IC hực hiện nhiệm vụ so sánh. Chọn IC ổn áp loại : - UA7815 có điện áp ngưỡng là 35V Dòng điện ra I 0 = 1.5A, điện áp ra : E =15V - UA7915 có điện áp ngưỡng là -40V Dòng điện ra I 0 = 1.5 A Điện áp ra : E = -15V Tụ C 4,C 5 dùng để lọc sóng hài bậc cao và R =1 k 25

Chọn C 4 = C 5 =470µF,U = 35V 7815 +E C4 R C4 0 C5 R C5 7915 -E 3.2 Tính ầng khuyếch đại cuối cùng - Chọn ransisor công suấ 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các hông số : - Transisor loại NPN,vậ liệu bán dẫn là Si - Điện áp giữa coleco va bazơ khi hở mạch emior :U CBO = 40V - Điện áp giữa emior va bazơ khi hở mạch coleco :U EBO = 4V - Dòng điện lớn nhấ ở coleco có hể chụi đựng Ic max = 500 ma - Công suấ iêu án ở coleco Pc = 1.7W - Nhiệ độ lớn nhấ ở mặ iếp giáp : = 175 0 C - Hệ số khuyếch đại: =50 - Dòng làm việc của coleco : Ic 3 = I 1 = 33.3mA - Dòng làm việc của bazơ :I B3 = I C3 Ta hấy loại ransisor là van dẫn có công suấ điều khiển khá bé : U đk = 3V, I đk = 0.15A. Nên dòng coleco-bazơ của ransisor Ir 3 khá bé, rong rường hợp này a có hể không cần ransisor T 2 mà vẫn đủ công suấ điều khiển ransisor. Chọn nguồn cho biến áp xung E = 15V, a phải mắc hêm điện rở R 10 nối iếp với cực emior của Ir 3,R 1 E-U1 15 4 R 10 = 60( ) I 0.15 1 Tấ cả các diode rong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có ham số: 26

-Dòng điện định mức:i đm =10A - Điện áp để cho diode mở hông :U m = 1V - Điện áp ngược lớn nhấ U N = 25V 3.3 Chọn cổng AND Ta hấy rong mạch điều khiển dùng 6 cổng AND nên a lựa chọn 2 IC4081 họ CMOS. Mỗi IC4081 có 4 cổng AND với các hông số: Chọn ụ C 3 và R 9 -Nguồn nuôi IC: V CC = 3 9V. a lựa chọn V cc =12V -Nhiệ độ làm việc: T = -40 0 C 80 0 C -Điện áp ứng với mức logic 1 : 2 4.5V -Dòng điện nhỏ hơn 1mA -Công suấ iêu hụ P = 2.5(nW/1cổng) Điện rở R 9 dùng đê hạn chế dòng điện vào bazơ cua ransisơ I r3 Chọn R 6 hỏa mãn điều kiện: với I rò =0,001(A) R 6 U I r3 = 4,5 4,5k 0,001 Chọn C 3. R 6 = x mà R 6 = 4,5 x 167 => C 3 = 0,037( F) R 4,5 6 3.4 Tính bộ ạo xung chùm Ta có mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 kênh khuyếch đại huậ oán, do đó a chọn 6 IC loại TL084 do hãng Texas Insrumens chế ạo, mỗi IC này có 4 khuyếch đại huậ oán. Ta có hông số của IC TL084 : -Điện áp nuôi V cc = ±18V, chọn V cc = ±12V -Hiệu điện hế giữa hai đầu vào: U= ±30V -Nhiệ độ làm việc : T= -25 85 0 C, -Công suấ : P=0,68 (W) -Tổng rở vào : R in = 10 6 M -Dòng điện ra: I ra = 30 (pa) -Tốc độ biến hiên điện áp: d u /d = 13(V/µs) 27

1 Mạch ạo chùm xung có ần số: f= 2f x 10(HZ), hay chu kì của chum xung: T= 1 1 ( s) f 10 Ta có T= 2R 9.C 2.ln(1+2R 8 /R 7 ), chọn R 8 =R 7 =33() Thì a có T= 2,2R 9.C 2 =1000 vậy R 9.C 2 = 454,5(µs) Chọn C 2 = 0,1µs, có điện áp ra U=16(V), R 9 = 454,5 () Và để huận iện cho việc lắp mạch a lựa chọn R 9 =5(k) f đk = 10 khz U đk = 3 V I đk = 0,15 A Thời gian chuyển mạch: cm = 120 µs Độ rộng xung x = 167 3.5 Tính bộ ạo xung áp Chọn vậ liệu làm lõi là sắ Feri HM. Lõi có dạng hình xuyến làm việc rên mộ phần của đặc ính ừ hóa có: B= 0,8 (T), H= 20(A/m), và không có khe hở không khí. Tỷ số biến áp hường là m=2 3 nên chọn m=3. Điện áp cuộn hứ cấp la: U 2 = U đk =3V Điện áp đặ lên cuộn sơ cấp: U 1 = m.u 2 = 3.3= 9V Dòng điện hứ cấp: I 2 = I đk =0,15A I 0,15 Dòng điện sơ cấp I 1 = 2 0,05 (A) m 3 Độ ừ hẩm rung bình ương đối của lõi sắ: Với :µ 0 = 1,26.10-6 B 0,8 21.10. H 1, 26.10.30 TB 6 0 Vậy a có hể ích lõi hép cần có là : 3 6 TB. 0. x.s x.u.i 2 21.10.4.10.167.0,15.15.0,15 V= 2,34 (cm 3 ) 2 2 B 0,8 Với V= 2,34 cm 3, a chọn được biến áp xung với các hông số a=6mm, b=8mm,d=25mm,d=40mm Q=0.49cm 2 Chiều dài mach ừ:l=10.2 (cm) 3 28

Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung Theo luậ cảm ứng điện ừ: db B U 12.167 x U W1 Q W1 Q W1 532 d x BQ 0,8.4, 7 (vòng) Số vòng dây hứ cấp: Tiế diện dây quấn sơ cấp: W Đường kính dây quấn sơ cấp: Tiế diện dây quấn hứ cấp là: S W 532 1 2 m1 3 I 0.5 1 1 J1 6 d 177 vòng 0.0083 mm 4s 4.0, 0083 3.14 1 1 2 S2 0.0375 J2 4 2 0.1 mm I 0.15 (mm 2 ) Với J2 4 Vậ đường kính dây quấn hứ cấp là: Kiểm hệ số lấp đầy: 4S 4.0, 0375 (mm) 2 d2 0.2 S1W 1 S2W2 0, 0083532 0, 0375177 Kld 0.11 2 2 d 25 + 3.14 4 4 Vời K lđ = 0,11 hì cửa sổ đủ diện ích cần hiế Tầng so sánh khuyếch đại huậ oán loại TL084 Chọn R 4 = R 5 > U V /I đk = 12/0,1.10 3 = 12k Trong đó nếu nguồn nuôi Vcc = ±12V hì điện áp A 3 là Uv ; 12V dòng điện vào được hạn chế để I lv < 1mA Do đó a lựa chọn R 4 = R 5 = 15 k khi đó dòng vào A 3 là : 29

Tính chọn khâu đồng pha 12 I v = 0,8 3 15.10 ma Điện áp ụ được hình hành do sự nạp của ụ C 1. mặ khác để đảm bảo điện áp ụ có rong mộ nửa chu kì điện áp lưới là uyến ính hì hằng số hời gian nạp ụ :T = R 1.C 1 = 0.005s (hời gian nạp của ụ T = 0.005s) T 0, 005 Chọn ụ C 1 = 0.1µF hì điện rở R 1 = 50k 6 C 0,1.10 1 Thông hường R 3 được chọn làm là mộ biến rở để huận iện cho việc điều chỉnh. Ta chọn ransisor loại AS64 với các hông số ransisor loại PNP làm bằng Si. Điện áp giữa colecor và bazơ khi hở mạch emior :U CBO = 25V Điện áp giữa emior và bazơ khi hở mạch collecor : U EBO = 7V Dòng điện lớn nhấ của colecor có hể chụi đựng I Cmax = 100mA Nhiệ độ lớn nhấ ở mặ iếp giáp : T cp = 150 0 C Hệ số khuyếch đại = 250 C Dòng điện cực đại của bazơ : I B = I 100 0,4 250 A Điện rở R 2 để hạn chế dòng điện đi vào cực bazơ của ransisor được ính như sau:r 2 hỏa mãn điều kiện R 2 U 12 Nmax 30k 3 I V 0,4.10 Chọn điện áp xoay chiều đồng pha U A = 9V Điện rở R 3 để hạn chế dòng điện qua khuyếch đại huậ oán A 1 do vậy R 3 được chọn sao cho dòng điện vào khuyếch đại huậ oán với I V < 1mA.Do đó R 3 Chọn R =10k U 9 A 3 I V 10 9(k ) 3.6 Tính oán biến áp nguồn n ôi và đồng pha Ta hiế kế máy biến áp dùng cho cả việc ạo điện áp đồng pha và ạo nguồn nuôi, chọn kiểu biến áp 3 pha 3 rụ rên mỗi rụ có 3 cuộn dây 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn hứ cấp Điện áp lấy ra ở hứ cấp máy biến áp làm biến áp đồng pha lấy ra làm nguồn nuôi: U 2 = U 2đpđm = U N = 15V Dòng điện hứ cấp máy biến áp đồng pha : I 2đp = 1mA 30

Công suấ nguồn nuôi cho biến áp xung : U đp = 6.U 2đpđm.I 2đp = 6.15.10-3 = 0.09W Công suấ iêu hụ ở 6ICTL084 sử dụng làm khuyếch đại huậ oán a chọn IC4081 để ạo cổng AND: P IC = 8.P ic 8.0,68=5,12W Công suấ máy biến áp xung cấp cho cực điều khiển irisor: P X = 6.U đk.i đk = 6.3.0,15 = 2,7W Công suấ sử dụng cho việc ạo nguồn nuôi: P N = U đp + P IC + P X = 0.09 + 5.12 + 2.7 = 7.91W Công suấ của máy biến áp có hể ổn hấ 5% do rong máy gây ra: P TT = 0,05.(0,09+P N ) = 0,4W Vậy ổn hấ công suấ do máy biến áp gây ra: S = P TT + P N = 0,4 + 7,91 = 8,3 VA Dòng điện hứ cấp máy biến áp Dòng điện sơ cấp I 2 S 8,31 0, 09(A) 6.U 6.15 2 S 8,31 I1 0,0125( A) 3.U 3.220 2 Tiế diện rụ của máy biến áp được ính heo công hức kinh nghiệm S 8,31 m.f 3.50 2 Q k q. 6. 1,4( cm ) Nên a có iêu chuẩn hóa iế diện rụ Q = 1,63 cm 2, kích hước mạch ừ là a = 12 mm h = 30 mm b = 16 mm hệ số ép chặ = 0,85 Trong đó k Q = 6 dựa vào hệ số phương pháp làm má Số rụ của máy biến áp: m = 3 Tần số của lưới điện f = 50 Hz Ta có số vòng dây của cuộn sơ cấp: 4 220.10 W1 7071(vòng) 4,4.50.1,4 31

Dây cuộn hứ cấp : 4 15.10 W2 482 (vòng) 4, 44.50.1, 4 Chọn mậ độ dòng điện : J 1 = J 2 = 2,75(A/mm 2 ) 4. S1 4.0, 00457 Đường kính dây cuốn : d 1 = 0,076( mm) 3,14 Vậy chọn d 1 = 0,1mm để đảm bảo độ bền và cách điện ố a chọn d 1 = 0,12mm Số vòng dây cuộn hứ cấp: W 2 = 482 vòng Tiế diện dây: S 2 = S 8,31 6.U.J 6.15.2, 75 2 2 2 0,0335( mm ) 4.S2 0,03355.4 Đường kính dây cuộn hứ cấp : d 2 = 3,14 Chọn d 2 =0,31mm 0,2( mm) Hệ số lấp đầy k lđ = 0,9 với k lđ = 2 2 (d 1.W1 d2w 1) 4 C.h Cửa sổ máy biến áp : 2 2 (d 1.W1 d 2.W 1) C= 4 5,5( mm) h.k ld Chọn C = 10mm Chiều dài mạch ừ: C 0 =2C+3a=2.10+3.12=56(mm) Chiều cao mạch ừ: H = h + 2a = 30 + 2.12 =54(mm) 32

3.7 Tính oán chọn diode cho bộ chỉnh lư nguồn nuôi : I2 0,09 Dòng điện HD qua I DHD = 0,06( A) 2 2 Điện áp ngược lớn nhấ mà diode phải chịu: U Nmax = 6.U 2 = 6.15 36,7( V ) Chọn diode có I đm I đm k i.i DHD = 10.0,06 = 0,6(A) Chọn I đm = 1A Chọn diode có điện áp ngược lớn nhấ U n = k n.u Nmax = 2.36,7 =73,4(V) Với I đm = 1(A), U n= 73,4(V) a chọn diode loại KH 208A có các hông số :I đm =1.5A,U N =100V 33

Phần III : Mô phỏng Mô phỏng mạch động lực bằng phần mềm Psim Mạch mô phỏng và kế quả như hình vẽ bên như hình vẽ bên : 34

35

Kế luận Học kì vừa qua với sự giúp đỡ ận ình của hầy Bùi Văn Huy. Chúng em dã cố gắng hoàn hành đồ án môn điện ử công suấ với đề ài hiế kế bộ điều khiển động cơ không đồng bộ roo lồng sóc mặc dù lúc đầu còn bỡ ngỡ, nhưng được sự chỉ bảo ận ình của hầy Bùi Văn Huy, chúng em đã hoàn hành đồ án, có hêm được nhiều kinh nghiệm quý báu rong hực ế, kiến hức về điện ử công suấ và các môn học khác để sau này có đủ ự in làm các đồ án khác và giúp chúng em : vào hực ế Hiểu được cấu ạo, nguyên lí hoạ động của bộ điều áp xoay chiều 3 pha và ứng dụng Biế cách hiế kế và ính oán mạch động lực Biế cạch hiế kế và ính oán mạch điều khiển Kế quả mô phỏng cho hấy mạch động lực cho hấy hoạ động ố và đạ những yêu cầu hực ế đặ ra. Điều đó chứng ỏ ính đúng đắn của mạch đã hiế kế, kế quả là là cơ sở cho việc ứng dụng để hiế kế mạch hực ế. Tuy nhiên, do hời gian có hạn và kiến hức còn non kém nên đồ án không hể ránh khỏi những hiếu só Chúng em xin chân hành cảm ơn hầy Bùi Văn Huy đã ận ình hướng dẫn, giúp đỡ em rong suố hời gian làm đồ án để em hoàn hành đồ án này 36