“Thiết kế mạch điều khiển dùng thyristor để vận hành động cơ điện một chiều công suất nhỏ”. Đây là đề tài có tính thực tiễn cao vì máy điện một chiều được sử dụng rất nhiều trong sản xuất và cuộc sống.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ VẬN HÀNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÔNG SUẤT NHỎ Chủ nhiệm khoa : Gs.Dương Văn Nghi Cán hướng dẫn : Vũ Quang Hồi Sinh viên thực : Nguyễn Văn Cường Lớp : ĐĐ16.01 Ngành : Tự Động Hóa Hà Nội - 2015 Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Qua bốn năm học trường, em giúp đỡ dìu dắt tận tình q Thầy Cơ, đến khóa học kết thúc chúng em hồn hành Đồ Án Tốt Nghiệp Đó nhờ vào giúp đỡ quý Thầy Cô, đặc biệt thầy Vũ Quang Hồi hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp sau thời gian tháng Do kiến thức thời gian có hạn nên Đồ Án Tốt Nghiệp tránh nhiều thiếu sót Mong q Thầy Cơ, bạn góp ý để Đồ Án em hoàn chỉnh Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội, tồn thể q Thầy, Cơ giảng dạy khoa Điện – Điện Tử Em xin chân thành cảm ơn SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan phần nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp riêng em, không chép đồ án khác, sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, kỷ luật khoa nhà trường Hà Nội, ngày 20 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Văn Cường SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 1.3 CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .6 1.3.1 Phần cảm .6 1.3.1.1 Cực từ 1.3.1.2 Cực từ phụ .6 1.3.1.3 Gông từ 1.3.1.4 Các phận khác 1.3.2 Phần ứng .7 1.3.2.1 Lõi sắt phần ứng 1.3.2.2 Dây quấn phần ứng .8 1.3.2.3 Cổ góp 1.3.2.4 Các phận khác 1.4 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.4.1 Động điện chiều kích từ độc lập .9 1.4.2 Động chiều kích từ song song .10 1.4.3 Động chiều kích từ nối tiếp 10 1.4.4 Động chiều kích từ hỗn hợp 10 1.5 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 11 1.5.1 Phương trình đặc tính 11 1.5.2 Đường đặc tính .13 CHƯƠNG VẬN HÀNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 16 2.1 MỞ MÁY 16 2.1.1 Tăng điện trở mở máy 17 2.1.2 Giảm điện áp phần ứng .20 2.2 ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 21 2.2.1 Đảo chiều từ thông (bằng cách đảo chiều dịng điện kích từ) 22 2.2.2 Đảo chiều cách đảo chiều dòng điện phần ứng .23 SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 23 2.3.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng 23 2.3.2 Điều chỉnh tốc độ thay đổi từ thông 26 2.3.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch phần ứng 27 2.4 HÃM ĐIỆN .28 2.4.1 Hãm tái sinh 29 2.4.2 Hãm ngược 30 2.4.2.1 Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng .31 2.4.2.2 Hãm ngược đảo chiều điện áp phần ứng 32 2.4.3 Hãm động 33 2.4.3.1 Hãm động kích từ độc lập 33 2.4.3.2 Hãm động tự kích từ 35 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU CĨ ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 37 3.1 CÁC LOẠI MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN 37 3.1.1 Chỉnh lưu có điều khiển pha nửa chu kỳ 37 a Trường hợp tải trở R 37 b Trường hợp tải có cảm kháng (R + L) 37 c Trường hợp tải R + L + E .37 3.1.2 Chỉnh lưu có điều khiển pha hai nửa chu kỳ 38 a Trường hợp phụ tải R + L 38 b Trường hợp phụ tải R + L + E .38 3.1.3 Sơ đồ cầu Graetz .38 3.1.4 Chỉnh lưu ba pha có điều khiển 39 3.1.4.1 Chỉnh lưu ba pha hình tia (chỉnh lưu ba pha nửa chu kỳ) 39 a Trường hợp tải trở R 39 b Trường hợp tải cảm kháng 39 c Trường hợp tải có s.f.đ 39 3.1.4.2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu (chỉnh lưu ba pha hai nửa chu kỳ) 40 a Sơ đồ cầu đối xứng .40 b Sơ đồ cầu không đối xứng 40 3.1.5 Một số sơ đồ khác .40 a Cầu đối xứng .40 b Không đối xứng 41 3.2 CHỌN MẠCH LỰC CHỈNH LƯU 41 3.2.1 Chỉnh lưu có điều khiển không đối xứng cầu pha 41 3.2.2 Một số sơ đồ cầu khác .45 3.2.3 Chọn mạch 46 SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2.4 Tính chọn mạch lực 46 3.3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR 48 3.3.1 Khối đồng pha 50 3.3.1.1 Mạch đồng pha dùng tụ diode 50 3.3.1.2 Mạch đồng pha dùng tụ transistor 51 3.3.1.3 Mạch đồng pha kiểu cộng điện áp 53 3.3.2 Khối phát xung chủ đạo 53 3.3.2.1 Mạch phát xung vuông 53 3.3.2.2 Mạch phát xung tam giác 54 3.3.3 Khối so sánh 55 3.3.4 Khối sửa xung khuếch đại xung 56 3.3.5 Khối đa hài 57 3.3.6 Biến áp xung 58 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU DÙNG IC TCA 785 59 4.1 GIỚI THIỆU VI MẠCH TCA 785 59 4.1.1 Giới thiệu chung 59 4.1.2 Nguyên lý điều khiển IC tạo xung TCA 785 .61 4.2 MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÙNG IC TCA 785 63 4.3 LỰA CHỌN LINH KIỆN.(THEO MẪU CỦA HÃNG SIEMENS) 64 4.4 THIẾT KẾ MẠCH IN 67 4.4.1 Mạch điều khiển 67 4.4.2 Mạch lực (cầu chỉnh lưu pha thyristor diode) .68 CHƯƠNG LẮP RÁP VÀ THỬ 69 5.1 PHẦN CHUẨN BỊ 69 5.2 QUY TRÌNH LẮP RÁP 69 5.3 ĐIỀU CHỈNH MẠCH 70 5.3.1 Hiện tượng sụt áp IC TCA – 785 70 5.3.2 Mất điều chỉnh chiết áp VR1, VR2 70 5.3.3 Ngắn mạch tức thời nguồn xoay chiều 71 5.4 MẠCH TỔNG THỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 73 5.5 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 73 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1 CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU HÌNH 1.2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU CÓ ĐÔI CỰC (P=2) HÌNH 1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CUỘN BÙ TRONG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU HÌNH 1.4 SƠ ĐỒ CẤU TẠO CỦA CỰC TỪ CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .6 HÌNH 1.5 SƠ ĐỒ CẤU TẠO LÕI SẮT PHẦN ỨNG HÌNH 1.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ NỐI DÂY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP HÌNH 1.7 SƠ ĐỒ NỐI DÂY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 10 HÌNH 1.8 SƠ ĐỒ NỐI DÂY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP 10 HÌNH 1.9 SƠ ĐỒ NỐI DÂY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ HỖN HỢP 11 HÌNH 1.10 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG .11 HÌNH 1.11 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG .11 HÌNH 1.12 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 13 HÌNH 1.13 ĐẶC TÍNH CƠ TỰ NHIÊN CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 14 HÌNH 2.1 SƠ ĐỒ MỞ MÁY ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP QUA MỘT CẤP ĐIỆN TRỞ 17 HÌNH 2.2 ĐẶC TÍNH LÚC MỞ MÁY 18 HÌNH 2.3 SƠ ĐỒ MỞ MÁY ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP QUA CẤP ĐIỆN TRỞ 19 HÌNH 2.5 HỌ ĐẶC TÍNH CƠ NHÂN TẠO CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHI GIẢM ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG 21 HÌNH 2.6 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY ĐỘNG CƠ QUAY THUẬN 22 HÌNH 2.7 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY ĐỘNG CƠ QUAY NGHỊCH KHI ĐẢO CHIỀU TỪ THÔNG .22 SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HÌNH 2.8 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHI ĐẢO CHIỀU 22 HÌNH 2.9 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY ĐỘNG CƠ ĐẢO CHIỀU DÒNG ĐIỆN PHẦN ỨNG 23 HÌNH 2.10 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG 24 HÌNH 2.11 QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ KHI ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 25 HÌNH 2.12 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI TỪ THƠNG KÍCH TỪ 26 HÌNH 2.13 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ MẠCH PHẦN ỨNG 27 HÌNH 2.14 ĐẶC TÍNH CƠ HÃM TÁI SINH ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP .30 HÌNH 2.15 ĐẶC TÍNH CƠ KHI HÃM NGƯỢC NHỜ ĐƯA RP VÀO MẠCH PHẦN ỨNG VỚI TẢI THẾ NĂNG 32 HÌNH 2.16 HÃM NGƯỢC DO ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KÍCH TỪ SONG SONG 33 HÌNH 2.17 SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ KHI HÃM ĐỘNG NĂNG KÍCH TỪ ĐỘC LẬP .34 HÌNH 2.18 SƠ ĐỒ NỐI DÂY VÀ ĐẶC TÍNH KHI HÃM ĐỘNG NĂNG TỰ KÍCH TỪ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 36 HÌNH 3.1 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA NỬA CHU KỲ .37 HÌNH 3.2 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA NỬA CHU KỲ TẢI R + L CÓ DIODE ĐỆM 37 HÌNH 3.3 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA NỬA CHU KỲ TẢI R + L + E 37 HÌNH 3.4 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA HAI NỬA CHY KỲ TẢI R + L 38 HÌNH 3.5 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU CĨ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA HAI NỬA CHU KỲ TẢI R + L + E 38 SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HÌNH 3.6 CHỈNH LƯU CĨ ĐIỀU KHIỂN MỘT PHA HAI NỬA CHU KỲ THEO SƠ ĐỒ CẦU GRAETZ .38 HÌNH 3.7 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU BA PHA HÌNH TIA VỚI TẢI THUẦN TRỞ R .39 HÌNH 3.8 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU BA PHA HÌNH TIA VỚI TẢI CẢM KHÁNG 39 HÌNH 3.9 SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU BA PHA HÌNH TIA VỚI TẢI CĨ S.F.Đ.39 HÌNH 3.10 SƠ ĐỒ NGUN LÝ CẦU CHỈNH LƯU CĨ ĐIỀU KHIỂN BA PHA CẦU ĐỐI XỨNG .40 HÌNH 3.11 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHỈNH LƯU PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN CẦU KHÔNG ĐỐI XỨNG 40 HÌNH 3.12 CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ĐỐI XỨNG .40 HÌNH 3.13 SƠ ĐỒ CẦU MỘT PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG .41 HÌNH 3.14 SƠ ĐỒ NỐI DÂY NGUYÊN LÝ (A) VÀ GIẢN ĐỒ THƠNG KHĨA CÁC VAN (B) CỦA CHỈNH LƯU CẦU ĐỐI XỨNG PHA SỬ DỤNG THYRISTOR VÀ DIODE 42 HÌNH 3.15 SƠ ĐỒ CẦU PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN KHÔNG ĐỐI XỨNG 45 HÌNH 3.16 SƠ ĐỒ NỐI MẠCH CHỈNH CĨ LƯU ĐIỀU KHIỂN DÙNG CHO ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU CÔNG SUẤT NHỎ 46 HÌNH 3.17 TẠO XUNG THEO PHƯƠNG PHÁP KHỐNG CHẾ ĐỨNG 49 HÌNH 3.18 MẠCH ĐỒNG PHA DÙNG TỤ VÀ ĐIỐT .50 HÌNH 3.19 MẠCH ĐỒNG PHA DÙNG TỤ VÀ TRANSISTOR .51 HÌNH 3.20 MẠCH ĐỒNG PHA DÙNG UJT .52 HÌNH 3.21 MẠCH ĐỒNG PHA KIỂU CỘNG ĐIỆN ÁP 53 HÌNH 3.22 SƠ ĐỒ MÁY PHÁT XUNG VUÔNG 54 HÌNH 3.23 SƠ ĐỒ DÙNG UJT TẠO XUNG RĂNG CƯA 54 HÌNH 3.24 MẠCH SO SÁNH TÍN HIỆU RĂNG CƯA VÀ TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN 55 HÌNH 3.25 MẠCH KHUẾCH ĐẠI XUNG NỐI TẢI QUA BIẾN ÁP XUNG .56 HÌNH 3.26 MẠCH TẠO XUNG VUÔNG NHỜ ĐA HÀI DÙNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 58 SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N Đại Học Kinh Doanh Và Công Nghệ Hà Nội ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HÌNH 4.1 IC TCA 785 CỦA HÃNG SIEMEN .60 HÌNH 4.2 GIẢN ĐỒ KHỐI 62 HÌNH 4.3 GIẢN ĐỒ XUNG 62 HÌNH 4.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÙNG IC TCA 785 63 HÌNH 4.5 SƠ ĐỒ LẮP RÁP THỰC HÀNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN 67 HÌNH 4.6 SƠ ĐỒ LẮP RÁP THỰC HÀNH MẠCH LỰC 68 HÌNH 5.1 SƠ ĐỒ MẮC THÊM DIODE ĐỆM VÀO ĐẦU PHỤ TẢI .72 HÌNH 5.2 MẠCH TỔNG THỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 73 SVTH: Nguyễn Văn Cường - MSV: 11A08042N