Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển và ổn định tốc độ động cơ DC

Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển và ổn định tốc độ động cơ DC

Trường ĐHSP Kỹ thuật Hưng Yên

Khoa điện - điện tử

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam

v Số liệu cho trước:

- Các trang thiết bị đo, kiểm tra, biến tần, nguồn công suất tại xưởng thực tập, thí nghiệm điện

- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn

3 Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch điều chỉnh và ổn định tốc độ động cơ DC đảm bảo yêu cầu:

- P = 300-370W; U = 220V ( Các thồng tin khác được khảo sát trên động cơ tại phòng TNMĐ)

- Dải điều chỉnh D = 1/8

- Sai lệch tĩnh 10%

- Kiểm tra chạy thử sản phẩm

4 Sản phẩm của đề tài đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật Quyển thuyết minh

và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

5 Trình bày quyển thuyết minh theo yêu cầu: font – times new roman; lề phải 2.5cm; lề trái 3cm; cách trên 2cm, cách dưới 2cm; đề mục các chương (phần) chữ viết hoa cỡ 13, các đề mục chính chữ thường in đậm, nội dung chính chữ 14 Cấu trúc thuyết minh theo yêu cầu hiện hành của bộ môn

Giáo viên hướng dẫn:

1 Nguyễn Đình Hùng

Ngày giao đề tài: 18-10-2010 Ngày hoàn thành: 18-12-2010

YÊU CẦU THỰC HIỆN

1 SV TỰ LẬP KẾ HOẠCH THỰC HIỆN VÀ THÔNG QUA GVHD NGAY TUẦN ĐẦU TIÊN.

2 MỖI TUẦN 1 LẦN SV PHẢI CHỦ ĐỘNG THÔNG QUA NỘI DUNG ĐỒ ÁN (NHỮNG NỘI DUNG ĐƠN GIẢN NGẮN GỌN CÓ THỂ THÔNG QUA MAIL KHI ĐƯỢC SỰ THỐNG NHẤT CỦA GV).

3 CHẾ TẠO SẢN PHẨM CẦN ĐƯỢC THỰC HIỆN NGAY SAU TUẦN THỨ 2

VÀ CẦN THƯỜNG XUYÊN THÔNG QUA GVHD, KẾ HOẠCH THÔNG QUA ĐỘT XUẤT ĐƯỢC BÁO TRƯỚC CHO GVHD 01 NGÀY.

4 KHI THÔNG QUA ĐỀ TÀI SV PHẢI MANG ĐẦY ĐỦ CÁC HỌC LIỆU CÓ LIÊN QUAN (VD: TÀI LIỆU THAM KHẢO, BẢN VẼ NGUYÊN LÝ, SƠ ĐỒ BOARD, CATALOG….)

5 TRONG THỜI GIAN THỰC HIỆN NẾU SV KHÔNG THỰC HIỆN ĐÚNG THè

GV SẼ NHẮC NHỞ NẾU TIẾP TỤC TÁI PHẠM GVHD SẼ PHẢN HỒI GỬI THÔNG TIN VỀ BỘ MÔN, KHOA VÀ NHÀ TRƯỜNG

6.

7 SAU KHI HOÀN THÀNH SẢN PHẨM VÀ THUYẾT MINH GVHD SẼ CÓ MỘT BÀI KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ XEM CÁC SV CÓ ĐỦ ĐIỀU KIỆN THAM GIA BẢO VỆ HAY KHÔNG.

8 TRONG THỜI GIAN THỰC HIỆN SV CÓ THỂ LIÊN HỆ VỚI (GVHD)

THẦY NGUYỄN ĐÌNH HÙNG.

I Thyristor

1.1 Cấu tạo

Thyristor là linh kiện gồm 4 lớp bán dẫn PNPN liên tiếp tạo nên anốt, catôt

và cực điều khiển

Thyristor gồm một đĩa Silic từ đơn thể loại N, trên lớp đệm loại bán dẫn P

có cực điều khiển bằng dây nhôm, các lớp chuyển tiếp được tạo nên bằng kỹ thuật bay hơi của Gali

1.2 Nguyên lý hoạt động.

Đặt thyristor dưới một điện áp một chiều , anốt nối vào cực dương, catốt nối vào cực âm của nguồn điện áp, J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt trên mặt ghép J2 Điện trường nội tại Ei của J2 có chiều

từ N1 hướng về P2 Điện trường ngoài tác động cùng chiều với Ei vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra không có dòng điện chạy qua thyristor mặc dù nó bị đặt dưới điện áp thuận

Đặc tính volt-ampe của thyristor.

+) Mở thyristor:

Cho một xung điện áp dương Us tác động vào cực G (dương so với K), Các điện tử từ N2 sang P2 Đến đây một số ít điện tử chảy vào cực G và hình thành dòng điều khiển Is chạy theo mạch G- J3- K-G còn phần lớn điện tử chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, tăng tốc, động năng lớn bẻ gãy các liên kết nguyên tử silíc tạo nên các nguyên tử tự do mới

Số nguyên tử mới được giải phóng tham gia bắn phá trong vùng kế tiếp Kết quả là phản ứng dây truyền xuất hiện nhiều điện tử chạy vào N1 qua P1 và đến cực dương của nguồnđiện ngoài gây nên hiện tượng dẫn ào ạt, J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm ở xung quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép

Thyristor khi + UAK> 1V hoặc IG> IGst thì thyristor sẽ mở Trong đó IGst là dòng điều khiển được tra ở sổ tay tra cứu

+) Khoá Thyristor có 2 cách :

Làm giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dòng duy trì IH

Đặt một điện áp ngược lên thyristor, khi đó UAK < 0, J1 và J3 bị phân cực ngược, J2phân cực thuận, điện tử đảo chiều hành trình tạo nên dòng điện ngược chảy từ catốt

Từ t0 đến t1 dòng điện lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện Do hiện tượng khuếch tán một ít điện tử giữa hai mặt J1 và J3 ít dần cho đến hết, đồng thời J2 khôi phục tính chất của mặt ghép điều khiển

1.3 Ứng dụng:

Thyristor được sử dụng trong các bộ nguồn đặc biệt trong mạch chỉnh lưu,

bộ băm và bộ biến tần trực tiếp hoặc các bộ biến tần có khâu trung gian một chiều

Ứng dụng của thyristor trong mạch điều khiển động cơ

Chuyển mạch tĩnh

Khống chế pha

Nạp ăcquy

Khống chế nhiệt

II KHUYẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP – AM)

1 Giới thiệu chung về khuếch đai thuật toán

Sơ đồ cấu trúc của OP – AmMặc dù các thiết kế có thể khác nhau giữa các sản phẩm và các nhà chế tạo, nhưng tất cảcác mạch khuếch đại thuật toán đều có chung những cấu trúc bên trong, bao gồm 3 tầng:

a)Mạch khuếch đại vi sai

- Tầng khuếch đại đầu vào — tạo ra độ khuếch đại tạp âm thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai

b)Mạch khuếch đại điện áp

- Tầng khuếch đại đầu ra, tạo ra khả năng tải dòng lớn, tổng trở đầu ra thấp, có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch

1.1 Gương dòng điện

Các phần mạch điện được tô màu đỏ cam là các gương dòng điện Dòng điện ban đầu để có thể sinh ra các dòng điện khác được xác định bởi điện áp cấp nguồn và điện trở 39 kΩ cùng với 2 mối nối pn tạo ra Dòng điện được tính gần đúng bằng:

sẽ cố bám theo độ lớn của dòng cực thu Q3 và Q4 Dòng nay cũng bằng với dòng điện yêu cầu cho đầu vào, và sẽ là một tỷ lệ nhỏ của dòng điện Q10 vốn đã nhỏ.Một cách khác để nhìn nhận vấn đề là nếu dòng điện của đầu vào có khuynh hướng tăng cao hơn dòng điện Q10, thì gương dòng điện Q8, Q9 sẽ tháo bớt dòng điện ra khỏi chực nền chung của Q3 và Q4, hạn chế dòng đầu vào, và ngược lại Như vậy, điều kiện về một chiều của tầng đầu vào sẽ được ổn định nhờ một hệ thống hồi tiếp

âm có độ lợi cao Vòng hồi tiếp này cũng loại trừ những thay đổi theo hướn đồng pha của các thành phần khác trong mạch bằng cách làm cho điện áp cực nền của

Q3/Q4 bám theo 2Vbe thấp hơn trị số của điện áp đầu vào

Gương dòng điện ở góc trái trên Q12/Q13 tạo ra dòng điện cố định cho tầng khuếch đại điện áp lớp A qua cực thu của Q13, và độc lập với điện áp ngõ ra.

1.2 Tầng khuếch đại vi sai đầu vào

Phần mạch điện tô màu xanh dương đậm là một tầng khuếch đại vi sai Q1 và Q2

là transistor đầu vào, lắp theo kiểu theo cực phát (hay kiểu cực thu chung) phối hôp bới đôi transistor Q3 và Q4 nối cực gốc chung thành mạch vi sai đầu vào Ngoài ra, Q3 và Q4 cũng tác động như một bộ dời mức điện áp và tạo ra một độ lợi để kéo tầng khuếch đại lớp A Chúng cũng tăng cường khả năng chịu điện áp ngược của

Vbe rating cho các transistor đầu vào

Mạch khuếch đại vi sai Q1 - Q4 sẽ kéo một tải tích cực là gương dòng điện Q5 - Q7 Q7 làm tăng độ chính xác của gương dòng điện bằng cách giảm trị số dòng điện tín hiệu cần thiết đi từ Q3 để kéo cực nền của Q5 và Q6 Gương dòng điện này sẽ biến đổi tín hiệu vi sai thành tín hiệu đơn theo cách sau:

Dòng điện tín hiệu của Q3 sẽ là đầu vào của gương dòng điện trong khi đầu ra của gương dòng điện (cực thu của Q6) được nối đến cực thu của Q4 Ở đây, dòng tín hiệu của Q3 và Q4 sẽ được cộng lại với nhau Đối với nguồn vi sai đầu vào, tín hiệu của Q3 và Q4 bằng và ngược dấu với nhau Như thế, tổng này sẽ bằng hai lần dòng điện tín hiệu Mạch này đã hoàn tất quá trình biến từ tín hiệu vào vi sai thành tín hiệu ra đơn

Điện áp tín hiệu hở mạch xuất hiện ở điểm này do tổng dòng điện trên và các điện trở cực thu của Q4 và Q6 nối song song Do điện trở cực thu của Q4 và Q6 đối với

sai của 741 sẽ xấp xỉ 2 MΩ Chân "offset null" có thể được dùng để lắp các điện trở ngoài song song với điện trở 1 kΩ (thông thường đó sẽ là 2 đầu cuối của 1 biến trở tinh chỉnh) để điều chỉnh cân bằng cho gương dòng điện Q5, Q6, và như thế sẽ gián tiếp điều chỉnh điện áp ra khi tín hiệu đầu vào = 0.

1.3 Tầng khuếch đại điện áp lớp A

Phần nằm trong khối màu tím là một mạch khuếcvh đại lớp A Nó bao gồm 2 transistor NPN nối Darling ton và sử dụng đầu ra của một gương dòng điện làm tải cực thu nhằm có hđộ lợi lớn Tụ điện 30 pF tạo ra hồi tiếp âm chọn lọc tần số cho tầng khuếch đại này, hình thành một bộ bù tần số để tạo sự ổn định Kỹ thuật này gọi là bù kiểu Miller và chức năng của nó giống như một mạch tích phân dùng mạch khuếch đại thuật toán Đặc tuyến biên độ tần số của nó có độ dốc bắt đầu từ

10 Hz và giảm 3 dB / bát độ theo tần số Nó sẽ kết thúc khi độ lợi giàm xuống một

1.4 Mạch định thiên đầu ra

Khối màu xanh lá cây (Q16) là một mạch dời mức điện áp, hoặc một mạch nhân

Vbe ,một dạng của nguồn điện áp Trong mạch điện như hình vẽ, Q16 tạo ra một sụt

áp không đổi giữa cực thu và cực phát bất kể dòng điện qua mạch Nếu dòng điện cực nền gần bằng không, điện áp giữa hai cực phát và cực nền là 0.625 V (trị số tiêu chuẩn của BJT trong miền tích cực), Do đó dòng điện đi qua điện trở 4.5 kΩ sẽ bằng với dòng đi qua điện trở 7.5 kΩ, và sẽ gây ra giảm áp trên đó là 0.375 V Do

đó nó sẽ duy trì điện áp trên 2 đầu transistor và 2 điện trở là 0.625 + 0.375 = 1 V

Nó sẽ định thiên cho 2 transistor đầu ra ở vùng dẫn gần và giảm méo xuyên tâm Trong một số mạch khuếch đại linh kiện rời, chức năng này được thực hiện với chỉ

2 diode

1.5 Tầng xuất

Tầng xuất (khối màu xanh lạt) là một mạch khuếch đại đầy kéo lớp AB (Q14,

Q20) được định thiên bằng bộ nhân điện áp Vbe Q16 và các điện trở cực thu của nó Tầng này đucợ kéo bằng cực thu của Q13 và Q19 Dải điện áp ra khoảng thấp hơn

1 volt so với nguồn cấp ứng bao gồm phần điện áp của Vbe transistors Q14 và Q20.Điện trở 25 Ω trong mạch ra tác động như một mạch nhạy dòng, để tạo chức năng giới hạn dòng ra của transistor Q14 đến trị số khoảng 25 mA đối với 741 Giới hạn cho dòng điện ra âm bằng cách sử dụng điện áp ngang qua điện trở cực phát của Q19 và dùng điện áp này để giảm bớt dòng điện kéo cực nền của Q15 Với các phiên bản mới hơn có thể thấy những sai biệt nhỏ trong mạch giới hạn dòng ra này

Điện trở ra không bằng 0 nhưng nếu sử dụng hồi tiếp thì có thể tiến đến gần

0 nếu có sử dụng hồi tiếp âm

Ghi chú: Vì mạch 741 đã từng được dùng trong các thiết bị âm thanh và các thiết bị nhạy cảm khác, nhưng giờ đây nó ít được dùng hơn, vì những mạch khuếch đại đời mới hiện đại đã có nhiều tiến bộ trong việc loại trừ tạp

âm Bên cạnh những tạp âm phát sinh, 741 và các mạch cũ hơn cũng có tỷ

số nén tín hiệu đồng pha không tốt lắm nên chúng cũng sinh ra tiếng hù và những tương tác đồng pha khác thí dụ như tiếng "click" khi đóng ngắt nguồn trong những thiết bị nhạy cảm.

LM324 là IC khuếch đại thuật toán gồm 4 khối khuếch đại thuật toán giống nhau

và được sử dụng như nhau

Hình ảnh thực của LM324

Cấu tạo và sơ đồ chân LM324

III Giới thiệu động cơ một chiều và cỏc phương phỏp điều chỉnh tốc độ động

b Phần ứng: là cuộn dây 7 có dòng điện một chiều chạy qua, đặt trong

từ trường của phần cảm Khi đó các dây dẫn phần ứng bị một lực từ tác dụng, roto sẽ quay

Do roto quay nên dòng một chiều cấp cho phần ứng phải đưa vào qua hệ chổi than - cổ góp

Cấu tạo của động cơ điện một chiều

điện một chiều được chia ra :

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (hình a)

- Động cơ điện một chiều kích từ song song (hình b)

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (hình c)

Hình dưới đõy mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong

từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ Fđt tác dụng làm rôto quay

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí ab, cd đổi chỗ cho nhau

do có phiến góp đổi chiều dòng diện, giữ cho chiều lực tác dụng không

đổi đảm bảo cho động cơ có chiều quay không đổi

R

K

U

Φ

− Φ

b) Đặc tớnh cơ: ω = ( K ) .M

R

2 Cỏc phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

a) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

Sơ đồ nguyên lý nối dây như hình dưới đây Từ thông động cơ được giữ không đổi, điện áp phần ứng được cấp từ một bộ biến đổi Khi thay

đổi điện áp U cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có họ các đặc tính cơ ứng với các tốc độ khác nhau, song song nhau (cùng độ cứng) Điện áp U chỉ có thay đổi về phía giảm (U Uđm) nên phư ơng pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ.

->

_ Ikt Ck t

+

->

DC BBD

Iu

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng phương pháp thay

đổi điện áp phần ứng Quá trình điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện

áp phần ứng được giải thích trên hình vẽ

Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên độc tính cơ 1 ứng với

điện áp U1 trên phần ứng Khi giảm điện áp từ U1 xuống U2 động cơ thay

đổi từ điểm A có tốc độ A trên đường 1 xuống điểm 0 có tốc độ nhỏ hơn ( D < A) trên đường 2 (ứng với điện áp U2)

Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện áp nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc độ có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh Đồng thời với quá trình tăng tốc mô men động cơ bị giảm và quá trình tăng tốc chậm dần Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm:

ỹ Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ

ỹ Điều chỉnh trơn toàn bộ dải điều chỉnh

ỹ Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn giải điều chỉnh

Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mô men

là như nhau Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh Do vậy sai số tốc độ tư ơng đối (sai số tỉnh) của đặc tính cơ thấp nhất không được vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh

Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể: D ~ 10 : 1

ỹ Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (vì có thể thay đổi Uư

Uđm )

ỹ Phư ơng pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trên điện áp ra

b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Muốn thay đổi từ thông ta tiến hành thay đổi dòng kích từ của

động cơ qua một cấp điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ Phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nghĩa là chỉ

có thể giảm dòng kích từ (IKT IKTđm) Do đó chỉ có thể thay đổi về phái giảm từ thông, khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có các đặc điểm:

ỹ Từ thông càng giảm thì tốc độ không tới lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn

ỹ Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông

DC

_ +

Iu

Ikt Ck t Rkt

->

>

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi từ thông kích từ có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh:

D ≈ 3:1Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ nên tổn hao điều chỉnh thấp

c) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng

Khi tăng điện trở mạch phần ứng đặc tính cơ dốc hơn như ng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng:

DC

_+

_+

ỹ Điện trở mạch phần ứng tăng tốc độ đặc tính cơ càng lớn Đặc tính cơ càng mềm và ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.

ỹ Phương pháp chủ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ

có thể tăng thêm điện trở)

ỹ Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng nên tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở khi điều chỉnh khá lớn

ỹ Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mô men tải Tải càng nhỏ (M1) thì dải điều chỉnh càng nhỏ

D ≈5:10

ỹ Về nguyên tắc phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi

đều điện trở, nhưng vì dòng điện Rôto lớn nên việc chuyển đổi

điện trở sẽ khó khăn phức tạp Thực tế thường sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở

CHƯƠNG II : Thiết kế hệ thống truyền động điện điều chỉnh và ổn

định tốc độ động cơ điện một chiều dùng chỉnh l-u - động cơ

Với thông số của động cơ như sau:

1 Khảo sát chất lượng tĩnh của hệ hở

Từ thông số của động cơ đa cho U= 220 V Rư= 14.462Ω nđm=2390vg/

ph

Lư= 0.1 H; η= 67 %

Eưđm = Uđm-Rư.Iđm= 220 – 14.462 2.51= 183.7 (V)

ωđm=

) / ( 26 250 55 , 9

2390 55

7

183 =

=

dm udm

E

ωLượng giảm tốc độ ở phụ tải định mức là

∆ωđm=

) / ( 454 49 734

0

462 14 51 2

.

s rad K

2390 8

Đặc tính cơ của động cơ khi chưa có khâu phản hồi

Sai lệch tĩnh lớn nhất (ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất)

Stmax=

142 0 ) 454 49 75 298 (

454 49

min

= +

∆ +

∆

dm

dm

ω ω

+ Khả năng quá tải: KM

KM=

8 , 9 10

98

min

max = =

M M

KMmin =

3 , 1 10

13

min = =

dm

M M

Như vậy: khi thoả mãn dải điêu chỉnh D thì khả năng quá tải của hệ thống

bị suy giảm mạnh

+Dòng khởi động Imm=

) ( 21 15 464 14

220

A R

∗ Tóm lại khi hệ thống hở thì chất lư ợng tĩnh của hệ rất kém.Vì vậy, chúng ta cần thực hiện điều khiển hệ thống bằng hệ kín có phẩn hồi

âm tốc độ và phản hồi âm dòng có ngắt nhằm thoả mãn hai yêu cầu: Chất lượng tĩnh của hệ và bảo vệ dòng điện

+Hệ số truyền của máy phát tốc:

+ Tỷ số truyền của bộ truyền : i =

1 1500

+Hệ số truyền của máy phát tốc với trục động cơ:

K2= 1 0,067

067 , 0

067 , 0 12

∗ Tính hệ số khuếch đại của bộ khuyếch đại trung gian

Để tính được hệ số khuyếch đại trung gian ta phải xác định được hệ số của chúng

Sơ đồ của hệ thống với các khâu phản hồi tốc độ phản hồi âm dòng có ngắt

Sơ đồ khối của hệ thống với các khâu phản hồi Để xác định được hệ số khuyếch đại của khâu trung gian ta chỉ xét khi động cơ làm việc ổn

định (chỉ có khâu âm tôc độ tác động ) khi đó sơ đồ khối của hệ thống như hình vẽ:

Sơ đồ khối của hệ thống khi chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động Trong đó :Kω Là hệ số khuếch đại tốc độ

KI :Hệ số khuếch đại dòng điện

Kπ : Là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi

K : là hệ số khuếch đại động cơ

odm

S

n S

t

dm t

) 1 ( − (2)

Ta lại có độ sụt tốc của động cơ:

∆n= (1 K)

K R

I u u D

γ +

∑

(3)

Từ (2) và (3) suy ra :

) 1 (

)

1

K R I D S

n

S u u D

t

dm t

γ +

) 1 ( (

t D u u

n S

D S K R I

Với hệ số động cơ KĐ:

1 , 0

8 ) 1 0 1 ( 362 1 464 14 51

từ biểu thức (5) và (6) ta có quan hệ Uđk và Ud (đồ thị hình dưới)

chọn Urc= 12 (V) thì điện áp răng cưa cực đại phụ thuộc vào dung lượng tụ

C (Trong mạch phát xung răng cưa).từ đó ta có bảng sau

2 61

Π K D

K K

Từ sơ đồ nguyên lý ta sẽ xây dựng phư ơng trình đặc tính cơ của hệ thống khi có các khâu phản hồi:

∗) Thành lập phư ơng trình đặc tính cơ điện khi âm dòng có ngắt chư a tác

động

U cd u u D

γ +

1

)

K K K K

U cd i D ng u u D

γ

α +

(

Trong đó ∆Ι = IƯ − Ing

Ing giá trị dòng điện ngắt với khâu phản hồi âm dòng

∗ ) Thành lập phương trình đặc tính cơ khi chỉ có khâu âm dòng tác động

n = [(Ubh −β.∆Ι).K1.Kπ − IƯ.RƯ ].Kđ.

b) Xây dựng đặc tính cơ điện của hệ thống

∗) Xây dựng đường đặc tính cơ cao nhất

Đảm bảo tính an toàn cho hệ thống thì tốc độ lớn nhất của động cơ ứng

với tốc độ định mức nmax = nđm = 2390 (v/ph ) và điện áp chủ đạo đầu

vào bộ khuyếch đại là lớn nhất Ucđ = Ucđmax

Vì phương trình đặc tính cơ là tuyến tính bậc nhất nên ta chỉ cần xác

định hai điểm

+ Xây dựng đư ờng đặc tính cơ khi khâu phản hồi âm dòng chư a tác

động

ở vùng này gọi là điểm việc của hệ thống là điểm B Ta có B (Iđm;nđm )

⇒B (2.51 ;2390 ) Điểm thứ hai là điểm không tải lý tưởng từ phương trình

đặc tính cơ ta có : n= K

K R I K

U cd u u D

+

− 1

.

( )V K

K I R K n

2 61

362 1 51 2 464 14 ) 2 61 008 , 0 1 ( 2390

) 1 (

= +

+

= +

+

n0max

) ( 18 2423 2

61 008 , 0 1

2 61 98 58 1

.

p

v K

K

U cd

= +

= + γ

Ta có : A (0; 2423.18) ,B ( 2.51 ; 2390 )

+) Xây dựng phương trình đặc tính cơ khi cả hai khâu cùng tác động

Ta chọn giá trị dòng điện mà tại đó khâu ngắt tác động là:

nng=

) ( 98 2389 2

61 008 , 0 1

362 1 51 2 464 14 2 61 98 58

1

.

p

v K

K I R K

U cd u ng D

= +

−

= +

+ Xây dựng đường đặc tính cơ ở vùng chỉ có khâu âm dòng tác động

362 1 5 , 18 7 , 86

362 1 ).

464 14 51 2 5 , 18 7 , 86 12 ( ) (

.

).

.

(

D u dm i

bh ng

I I K K K

K R I K K U

1

ng

I U

Hệ số khuếch đại dược tính K ,

901 1

=

= α

αng

Gọi E là điểm tại đó tốc độ bằng 0 do đó điểm E có toạ độ là E (Inm ; nđ ) Nên E (6.275 ;0 )

Giá trị dòng điện ngắt với khâu phản hồi âm dòng

Khi dòng điện tăng đến giá trị I=Ingthì khau phản hồi bắt đầu tác động

∗) Xây dựng đường đặc tính cơ thấp nhất