khoa luan tot nghiep,nghien cuu,va thiet ke,bo khoi dong mem,cho dong co,khong dong bo,3 pha,nguyen phi cuong,tran quoc viet

KHOÁ LUÂN TỐT NGHIỆP 

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

SVTH: Nguyễn Phi Cường,  Trần Quốc Việt - NHD:   Nguyễn Văn Khanh                            

Chương I: TỔNG QUÁT

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

 Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay. Đã đem đến cho chúng ta vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ điện như quạt và động cơ bơm….. Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA”. Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.

Vì vậy đề tài của chúng em là phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể làm hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện.

1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ

Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trong công nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ hoạt động và không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ vận hành. Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào chế độ tải vì khi động cơ được đóng trực tiếp vào lưới điện dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần đồng định mức. Điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến các thiết bị dùng điện khác nhất là khi công suất lưới bị giới hạn hay ở cuối đường dây có sụt áp lớn. Có thể tăng dần điện áp theo một chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức.

1. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ

Đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG 3 PHA”  có thể giải quyết được vấn đề giảm dòng khởi cho động cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn hạn chế là chưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của bộ khởi động mềm được bán trên thị trường hiện nay như: Bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, điều khiển kết hợp với contactor nối tắt khi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt, có các ngõ vào ra đa chức năng. Do thời gian thực hiện đề tài này chỉ trong 6 tuần, với kiến thức cũng còn hạn chế nên cũng gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện. Nhưng chúng em đã cố gắn để hoàn thành tốt đề tài này. Nhóm đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây:

• Thiết kế mạch điều khiển trong bộ khởi động mềm

• Lập trình bằng vi điều khiển AT89S₅2

• Thiết kế mạch động lực

1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài chúng em tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha và nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm. Mục đích thực hiện của đề tài là nghiên cứu nguyên lý và thiết kế mạch điện tử cũng như tìm hiểu về tập lệnh của vi điều khiển để lập trình điều khiển động cơ. Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy thông cảm và bỏ qua, chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1.1 Đại cương về động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.

Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nhất là loại rôto lồng sóc đúc nhôm) Nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức. Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.

Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn.

Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP₂3 và kiểu kín IP₄4. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP₂3 dùng quạt gió hướng tâm đặt ở hai đầu rôto động cơ điện. Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ điện theo cấp bảo vệ IP₄4 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP₂3 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng hơn.

Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu chuẩn. Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55-90 KW ký hiệu là K theo tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ). Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạo theo kiểu IP₄4.

Ngoài tiêu chuẩn trên còn có tiêu chuẩn TCVN 315-85, quy định dãy công suất động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc từ 110 kW-1000 kW, gồm có công suất sau: 110,160,200,250,320,400,500,630,800 và 1000 kW.

Ký hiệu của một động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc được ghi theo ký hiệu về tên gọi của dãy động cơ điện, ký hiệu về chiều cao tâm trục quay, ký hiệu về kích thước lắp đặt dọ trục và ký hiệu về số trục.

2.1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha có hai phần chính: Stato (phần tĩnh) Và rôto (phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha.

Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các dòng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:

Trong đó:

-F1: Tần số nguồn điện

-P: Số đôi cực từ của dây quấn

Phần quay, nằm trên trục quay bao gồm lõi thép rôto. Dây quấn rôto bao gồm một số thanh dẫn đặt trong các rãnh của mạch từ, hai đầu được nối bằng hai vành ngắn mạch.

Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ giữa các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ Fđt tác dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.

Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã được biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không đồng bộ là một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năng đưa ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậy phụ thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato. Tốc độ của rôto n₂ là tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trong trường hợp đó mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto. Hiệu số tốc độ quay của từ trường và rôto được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là hệ số trượt s:

Khi s=0 nghĩa là n1=n₂, tốc độ rôto bằng tốc độ từ trường, chế độ này gọi là chế độ không tải lý tưởng (không có bất cứ sức cản nào lên trục). Ở chế độ không tải thực, s0 vì có một ít sức cản gió, ma sát do ổ bi …

Khi hệ số trượt bằng s=1, lúc đó rôto đứng yên (n₂=0), momen trên trục bằng momen mở máy.

Hệ số trượt ứng với tải định mức gọi là hệ số trựơt định mức. Tương ứng với hệ số trượt này gọi tốc độ động cơ gọi là tốc độ định mức.

Tốc độ động cơ không đồng bộ bằng:

Một đăc điểm quan trọng của động cơ không đồng bộ là dây quấn stato không được nối trực tiếp với lưới điện, sức điện động và dòng điện trong rôto có được là do cảm ứng, chính vì vậy người ta cũng gọi động cơ này là động cơ cảm ứng.

Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của rôto so với từ trường:

Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu ra của nó được kích bằng các tụ điện.

Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần có các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở … Khi nam châm điện quay (tốc độ n1 vòng/ phút) Làm đường sức từ quay cắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây. Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I nằm trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lực điện từ F. Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút.

-----------------------------------------

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 [1] Trương Văn Tám, Giáo trình Mạch điện tử. Thư viện giáo trình điện tử của Bộ giáo dục và Đào tạo. Địa chỉ wed: Ebook. Moet. Gov.vn/? Page=1.12&view=286.

 [2] Nguyễn Khắc Nguyên – Giáo trình thực tập Vi Điều khiển 8051. ĐẠI HỌC CÂN THƠ, năm 2009

 [3] Phùng Kim Khánh-Giáo trình thực tập Vi Điều khiển MSC – 51. ĐẠI học Kỹ Thuật công nghệ TP. HCM

 [4] Tống Văn On – Vi điều khiển 8051. Nhà xuất bản khao học kỹ thuật, năm 2008.

 [5] Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng – Cấu trúc và lập trình họ Vi Diều Khiển.

 [6] Trần Văn Thịnh – Điện tử công suất – Đại Học Bách Khoa Hà Nội, năm 2000.

 [7] Nguyễn Xuân Phú – Thiết kế mạc điện – NXB Khoa Học và Kỹ Thuật

----------------------------------------

Keyword: download,khoa luan tot nghiep,nghien cuu,va thiet ke,bo khoi dong mem,cho dong co,khong dong bo,3 pha,nguyen phi cuong,tran quoc viet

linkdownload: KHOÁ LUÂN TỐT NGHIỆP 

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA