Đề số 5 Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động cơ một chiều không đảo chiều quay Số liệu và yêu cầu như sau 1 Phụ tải MC = hằng số mang tính chất phản kháng 2 Động cơ một chiều kích từ độc lập có Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vgph 3 BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha 4 Phạm vi điều chỉnh D = 50 1; sai lệh tĩnh s = 0,1
số 5: Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động chiều Đề không đảo chiều quay Số liệu yêu cầu sau: Phụ tải MC = số mang tính chất phản kháng Động chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vg/ph BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệh tĩnh [s] = 0,1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày tất nước giới nói chung Việt Nam nói riêng, thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp, nông nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các nhà máy, xí nghiệp ứng dụng ngày nhiều thành tự công nghiệp điện tử công suất Ứng dụng Điện Tử Công Suất Trong Truyền Động Điện - Điều Khiển Tốc Đ ộ động điện lĩnh vực quan trọng ngày phát triển Các nhà sản xuất không ngừng cho đời sản phẩm công nghệ phần tử bán dẫn công suất thiết bị điều khiển Đồng thời ngày có nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬ VÀ CHỈNH LƯU Động điện chiều kích từ độc lập Khái niệm Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào nguồn chiều độc lập nhau,lúc động gọi động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ nguyên lý Hình a: sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập • Ngun lý làm việc động điện chiều kích từ độc lập Khi cho điện áp chiều vào, dây quấn phần ứng có điện Các dẫn có dịng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều lực xác định quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp chiều dịng điện ngun làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động Eư chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải, động chiều sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Khi ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư • Ưu điểm Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ - Có nhiều phương pháp hãm tốc độ • Nhược điểm - Tốn nhiều kim loại màu - Chế tạo, bảo quản khó khăn - Giá thành cao máy điện khác Chỉnh lưu - Khái niệm Chỉnh lưu mạch điện gồm linh kiện điện tử có tác dụng biến dịng điện xoay chiều thành dòng chiều U2 U1 BAL Ud LSB MV TẢI Id MDK KHT - MBA: biến âp lực- có chức chuyền cấp điện áp số pha chuẩn lưới điện sang giá trị điện áp số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu-tải - MV: mạch van- gồm van bán dẫn đấu theo kiểu sơ đồ đó, trực tiếp thực sơ đồ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng chiều ( khâu thiếu sơ đồ mạch chỉnh lưu) - MĐK: mạch điều khiển mạch van sử dụng van bán dẫn điều khiển thyristor có mạch để thực việc cho van dẫn dòng vào thời điểm cần thiết nhằm khống chế lượng đưa tải PHẦN 2: TRÌNH BÀY VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BBĐ VAN- ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG ĐẢO CHIỀU QUAY CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG Rf 1.1.1 Thay đổi điện trở phụ phần ứng ( ) Nguyên lý điều chỉnh: Để điều chỉnh tốc độ động kích từ độc lập phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng ω = f (R f , φkt , U) Ta có: Giả thiết: U= const Φkt = const R = Var Muốn thay đổi điện trở phụ phần ứng mắc nối tiếp với điện trở phụ thay đổi mạch phần ứng, ta có: R= Rư + Rf Từ phương trình đặc tính cơ: U R + Rf ω = dm *M KΦ dm (KΦ dm ) Từ phương trình đặc tính => điện trở phụ R f tăng => tốc độ động giảm, điện trở phụ Rf giảm => tốc độ động tăng Tốc độ không tải lý tưởng: U ωo = dm = const kφdm Độ cứng đặc tính cơ: (kφdm ) β= = Var Ru + Rf Dạng đặc tính cơ: Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính hình: Hình 1.1 Giản đồ đặc tính thay đổi điện trở phụ phần ứng Nhận xét: Nếu Rf tăng tốc độ động giảm, đồng thời I nm Mnm giảm Phương pháp dùng để hạn chế dòng điện động cư khởi động Ưu điểm: + Đơn giản, dễ thực Nhược điểm: + Độ cứng đặc tính thấp + Tổn thất lượng điện trở lớn + Phạm vi điều chỉnh hẹp 1.1.2 Thay đổi điện áp phần ứng ( 1.1.2.1 Cơ sở phương pháp ω = f (R f , φkt , U) Ta có: Uu ) Giả sử : Uư = Var Φ = Const R = Const phương trình đặc tính U R + Rf ω = dm *M KΦ dm (KΦ dm ) Điện áp động giảm => tốc độ động giảm Tốc độ không tải lý tưởng: U ωo = u = var kφ Độ cứng đặc tính cơ: (kφ)2 β= =const Ru Dạng đặc tính cơ: Khi thay đổi điện áp mạch phần động ta họ đắc tính song song với hình vẽ Hình 1.2 giản đồ biểu thị thay đổi điện áp phần ứng 1.1.2.2 Phương pháp điều chỉnh Để điều chỉnh điện áp phần ứng, ta phải sử dụng thêm biến đổi điều chỉnh điện áp đầu cấp cho mạch phần ứng động Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động BBĐ dùng để biến đổi điện áp xoay chiều lưới điện thành chiều điều chỉnh giá trị điện áp đầu theo yêu cầu Điện trở BBĐ R bđ phụ thuộc vào loại thiết bị thơng thường công suất biến đổi động sấp sỉ nên Rbđ có giá trị đáng kể so với Rư động Sơ đồ nguyên lý thay thế: Hình 1.4 sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động => Nhận xét: Ưu điểm: + Không gây ồn +Không gây tổn hao phụ động D ≈ 10 : 1 + Dải điều chỉnh rộng: + Độ cứng đặc tính khơng đổi dải điều chỉnh + Dễ tự động hóa Nhược điểm: + Phương pháp điều chỉnh cần nguồn thay đổi trơn điện áp + Điều khiển phức tạp 1.1.3 Thay đổi từ thơng kích từ ( φkt ) Nguyên lý điều chỉnh: Để điều chỉnh tốc độ động kích từ độc lập phương pháp thay đổi từ thơng kích từ điều chỉnh momen điện từ động M= K.Φ.Iư điều chỉnh sức điện động quay Eư = K.Φ.ω động Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.5 Sơ đồ điều chỉnh kích từ động kích từ động lập Ta có: ω = f (R f , φkt , U) Giả sử: U = Udm = const Φ = Var R = const φkt ω Để thay đổi tốc độ ta cần thay đổi , mà từ thông kích dịng kích từ sinh ta mắc thêm biến trở Rv vào mạch kích từ Do tăng dịng kích từ φkt = φdm Ikt > Idm làm phá hỏng cuộn dây kích từ ( trạng thái bão hịa) φkt ta tăng Ikt lên không thay đổi đáng kể nên ta thay đổi từ thơng kích từ cách giảm từ thơng - Phương trình đặc tính cơ: U R + Rf ω = dm *M KΦ dm (KΦ dm ) 10 Hình 3.4 Mơ khâu tạo điện áp cưa e)Tính tốn lựa chọn Ta có: điện áp Udp=10V tần số f=10hz, chọn phạm vi góc điều khiển 1680 • • Chọn OA loại TL082 chứa OA vỏ IC Thời gian tụ phóng khoảng thời gian tương ứng phạm vi điều khiển , nên 1680 quy đổi sang thời gian là: (1) • • • Chọn diot ổn áp BZX79 có Udz với điện áp Udz=10V Chọn C-220nF Tính điện trở R4 theo (1) ( lưu ý thời gian không nủa chu kỳ (T/2) mà cịn 9,33ms) ta có: == Chọn R4=52k • Tính điện trở R2: ta có thời gian để tụ C nạp điện Điện áp bão hòa OA là: Ubh= E-1,5= 12-1,5=10,5V vậy: R2 = Chọn R2= 2k 3.2.2: Khối so sánh Hình 3.5 Sơ đồ mạch khối so sánh 45 a) b) c) Chức - So sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để định thời điểm phát xung điều khiển, thông thường thời điểm hai điện áp Nói cách khác khâu xác định góc điều khiển - Khâu so sánh thực phần tử nhưu transistor hay khuếch địa thuật toán OA Sử dụng nhiều OA cho phép đảm bảo độ xác cao Khuếch đại thuật toán OA phần tử so sánh lý tưởng - Tổng trở vào OA lớn nên khồn gây ảnh hưởng đến điện áp đưa vào so sánh, tách biệt hồn tồn chúng để không tác động sang - Tầng vào OA khuếch đại vị sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số khuếch đại lớn ( lên đến triệu) độ xác cao, độ trễ không vài micro giây - Xườn xung dốc đứng so với tần số f=50hz Khâu so sánh OA có hai kiểu đấu điện áp vào so sánh hai cửa so sánh cửa Hình 3.6 Sơ đồ khối so sánh hai cửa dùng khuếch đại thuật tốn OA d) Tính tốn lựa chọn • Chọn hai điện trở đầu vào OA: R5=6, R=6 46 Đầu OA R7=5 ( Thực điện trở đầu vào OA không cần dùng, OA cho phép chênh lệch điện áp đầu vào OA lớn chênh lệch điện áp lớn Utựa Udk Trong trường hợp Utựa - Udk vượt mức cho phép OA phải buộc có điện trở Kết hợp với diot đấu song song mắc ngược bảo vệ đầu vào cho OA thực tế OA thường có nên loại bỏ điện trở phụ đầu vào Tuy nhiên để đảm bảo an toàn người ta mắc điện trở mạch lực ) • Lấy nguồn E=5 ( thay đổi Udk để điều chỉnh góc anpha tương ứng E=10-> góc anpha 180o 3.2.3 Khối tạo xung Mạch dao động tần số cao 47 Hình 3.7 Sơ đồ mạch khâu dao động tần số cao • Gồm dạng tạo xung: xung đơn, xung kép, xung chùm a) Xung chùm - Xung chùm (XC) dạng thơng dụng cho phép mở tốt van lực với nhiều loại tải nhiều sơ đồ chỉnh lưu khác - Nguyên tắc tạo xung chùm thường dùng coi tín hiệu so sánh đưa hay cấm khâu khuếch đại xung nhận xung tần số cao phát từ tạo dao động xung tới b) Gồm loại tạo xung chùm - Loại 1: Xung chùm có độ rộng phụ thuộc vào góc điều khiển 48 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc đồ thị làm việc • Nhược điểm: thể góc điều khiển nhỏ dẫn đến độ rộng XC lớn làm ảnh hưởng rõ đến tầng khuếch đại xung Khuếch đại xung phát nhiệt mạnh transistor công suất, biên độ xung truyền qua biến áp xung suy giảm nhiều điểm làm việc bị đẩy lên vùng bão hịa không kịp phục hồi điểm làm việc ban đầu cho biến áp xung trước lần phát xung tiếp thép - Loại 2: loại xung có độ rộng hạn chế cho phép • Có thể khắc phụ nhược điểm kể độ rộng xung tối đa xấp xải 100v điện • Mạch khơng nên tạo độ rộng XC cố định tồn dải điều chỉnh , cần đảm bảo nguyên tắc ngắt xug điện áp van lực đổi sang âm, có nghĩa : + Nếu ( 1800 ) > có độ rộng xung chùm + Nếu ( 1800 ) < độ rộng xung chumg ( 1800 ) Kết luận: có hai loại mạch chứa hai mạch giống tạo dao động tần số cao mạch logic AND 49 3.2.4 Khối tổng hợp khuếch đại trung gian Hình 3.9 Sơ đồ mạch khối tổng hợp khuếch đại trung gian 3.2.5 Mạch tạo nguồn nuôi tín hiệu chủ đạo Để tạo điện áp chiều ổn định cung cấp cho mạch điều khiển mạch tạo điện áp chủ đạo Ta thiết kế mạch sau Mạch tạo nguồn nuôi ta sử dụng hai sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha điôt Điện áp sau chỉnh thành điện áp chiều lọc qua tụ C13 , C15 sau ổn áp IC ổn áp 7815 (+15V) và7915 (-15V) Tín hiệu tiếp tục lọc nhờ tụ C14 , C16 sau qua lọc ta tín hiệu điện áp nguồn ni (+15V) (-15V) Hình 3.10 sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn ni tín hiệu chủ đạo 50 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 4.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC a) Sơ đồ nguyên lý mạch động lực Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực b) Sơ đồ mơ Psim Hình 4.2 Sơ đồ mạch động lực 51 a) Sơ đồ mô Matlab Hình 4.3 sơ đồ mạch mơ matlab 4.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN - Được thiết kế theo nguyên tắc điều khiển pha dọc - Gồm khâu: + Khâu đồng (Udb) + Khâu tạo điện áp cưa (Urc) + Khâu so sánh (Uss) + Khâu dao động tần số cao (Udd) + Khâu khuếch đại xung (Uxc) - - Gồm kênh điều khiển cho thyristor: T1,T2,T3 ( pha điều khiển cho thyristor nên khơng có khâu tách xung ) Mỗi pha cách 120 Mạch điều khiển cho thyristor T1: 52 Hình 4.4 Sơ đồ mô kênh điều khiển Thyristor T1 - Mạch điều khiển cho thyristor T2: Hình 4.5 Sơ đồ mô kênh điều khiển Thyristor T2 - Mạch điều khiển cho thyristor T3: Hình 4.6 Sơ đồ mô kênh điều khiển Thyristor T3 53 4.3 SƠ ĐỒ NGUN LÝ TỒN HỆ THỚNG Hình 4.7 Sơ đồ tồn hệ thống 54 CHƯƠNG V: MƠ PHỎNG, KHẢO SÁT HỆ THỐNG 5.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT a) Điện áp tải, điện áp pha, dòng điện * Mơ Psim Hình 5.1 Kết mơ Psim Id,Ud,Ua,Ub,Uc * Mơ Matlab Hình 5.2 Kết mô Matlab Id,Ud,Ua,Ub,Uc 55 b) Mô Udb, Urc, Udk , Uss ( so sánh điện áp rc Udk) *Mơ Psim Hình 5.3 Kết mơ Psim Udb,Urc,Uss,Udk *Mơ Matlab: Hình 5.4 Kết mô Matlab Udb,Urc,Uss,Udk 56 c) Udd phát xung T1,T2,T3 *Mơ Psim Hình 5.5 Kết mô Psim Thyristor T1,T2,T3 *Mô Matlab Hình 5.6 Kết mơ Matlab Thyristor T1,T2,T3 57 5.2 ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN • Tất van phát xung • Thời gian phát xung theo u cầu • Kết mơ đáp ứng yêu cầu đề 58 59 ... LỰC 2.1 PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU ( LỰA CHỌN THEO YÊU CẦU ĐỀ BÀI ) 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha 28 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia pha 2.1.2 Nguyên lý... 220 3. 50.1,1 = 0 .32 (Ω) 14.54.50.1,1 220.14,54 Điện kháng tản cuộn dây MBA U dm L ba = K I dm.f Bm s.f Bm U dm.I dm Trong + K1=0,1.10 -3 : hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu phụ tải 32 + s =3 :... hợp chỉnh lưu với khuếch đại thuật toán OA • Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì có điểm dùng D1,D2 tải cho chỉnh lưu điện trở R0 Điện áp Ucl đưa tới cửa ( +) khuếch đại thuật toán OA1 để so sánh