Đồ án điều chỉnh tốc độ động cơ dc kích từ độc lập sử dụng vi điều khiển at89c52

Chương I: SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I KHÁI NIỆM CHUNG: I Định nghóa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:  Biến đổi thông số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất  Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Không có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng I Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: I a Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên I b Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn nmax tốc độ bé n mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = n max/nmin SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh I c Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng:  = M/n Khi  lớn tức M lớn n nhỏ nghóa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác  lớn tốt I d Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ  đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau:  = ni/ni+1 Trong đó: - ni: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i - ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment  tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, nhảy cấp hay gọi điều chỉnh tốc độ vô cấp   : Hệ thống điều chỉnh có cấp I e Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động  cao tổn hao lượng Pphụ mức thấp I f độ: Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông thiết bị máy móc lắp ráp lẫn cho SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG II ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP ĐẶT VÀO PHẦN ỨNG ĐỘNG CƠ: Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dòng điện, moment không thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều, biến đổi van khuếch đại từ… Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo yêu cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n = m/KEđm Độ cứng đường đặc tính cơ: Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động tốc độ không tải lý tưởng thay đổi độ cứng đường đặc tính không thay đổi Như vậy, ta thay đổi điện áp độ cứng đường đặc tính không thay đổi Họ đặc tính đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên: n n0 ncb n1 n2 n3 TN ( Uñm ) U U Uñm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3 M MC U Hình I Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất giảm áp cho tốc SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG độ nhỏ tốc độ ncb Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào nguồn có điện áp thay đổi cách liên tục ngược lại Theo lý thuyết phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng thực tế động điện chiều kích từ độc lập biện pháp đặc biệt làm việc phạm vi cho phép: Umincp = m/10, nghóa phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < U mincp phản ứng phần ứng làm cho tốc độ động không ổn định  Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ n cb  Ưu điểm: Đây phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghóa điều chỉnh tốc độ vùng tải kể không tải lý tưởng  Nhược điểm: Phải cần có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao III ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TỪ THÔNG:  + U  - Iư Đ +  CKĐ RKĐ UKT   - Hình I Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thông kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = K MIư sức điện động quay động = KEn Thông thường, thay đổi từ thông điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ máy điện công suất trung bình, người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đổi từ thông tổn hao công suất nhỏ Đối với máy điện công suất lớn dùng biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, biến đổi van… SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG Thực chất phương pháp giảm từ thông Nếu tăng từ thông dòng điện kích từ I KT tăng dần đến hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ giảm dòng kích từ tức giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc tốc độ tăng lên từ thông giảm: n = U/KE Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M n = KMIn nên  giảm làm cho Mn giảm theo Độ cứng đường đặc tính cơ: Khi  giảm độ cứng  giảm, đặc tính dốc Nên ta có họ đường đặc tính thay đổi từ thông sau: n 1 n n nc b 2 ñm MC M2 ñm > 1 > 2 ncb < n1 < n2 M M1 Mn Hình I Họ đặc tính thay đổi Phương pháp từ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông thông điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn tốc độ Theo lý thuyết từ thông giảm gần 0, nghóa tốc độ tăng đến vô Nhưng thực tế động làm việc với tốc độ lớn nhất: nmax = 3ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = nmax/ncb = 3/1 Bởi ứng với động ta có tốc độ lớn cho phép Khi điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện khí, điều kiện cổ góp động đổi chiều dòng điện chịu hồ quang điện Do đó, động không làm việc tốc độ cho phép Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn n cb Phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ cho máy mài vạn máy bào giường Do trình điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ nên tổn thất lượng ít, mang tính kinh tế Thiết bị đơn giản IV ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ TRÊN MẠCH PHẦN ỨNG: SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng dùng cho tất động điện chiều Trong phương pháp điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch phần ứng động theo sơ đồ nguyên lý sau: +  U  Iư Rf E  CKĐ +  RKĐU   KT - Hình I Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Ta có phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Khi thay đổi giá trị điện trở phụ R f ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: độ cứng đường đặc tính cô: n0  U dm const K E  dm ;   K E K M  dm Ru  R f thay đổi giá trị R f thay đổi Khi Rf lớn,  nhỏ nghóa đường đặc tính dốc Ứng với giá trị R f = ta có độ cứng đường đặc tính tự nhiên tính theo công thức sau: Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nên đường đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có đóng điện trở phụ mạch phần ứng Vậy thay đổi giá trị Rf ta họ đặc tính sau: n n0 nc b n1 TN Rf1 n2 Rf2 n3 MC M, I < Rf1 < Rf2 < Rf3 ncb > n1 > n2 > n3 Rf3 Hình I Họ đặc tính thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG Nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng giải thích sau: Giả sử động làm việc xác lập với tốc độ n ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi dòng điện phần ứng I đột ngột giảm xuống, tốc độ động quán tính nên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho moment động giảm theo tốc độ giảm xuống, sau làm việc xác lập tốc độ n2 với n2 > n1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ điều chỉnh tốc độ n < ncb Trên thực tế dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp cho tốc độ nhảy cấp tức độ phẳng  xa tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3… Khi giá trị nmin tiến gần đến phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin   Trong thực tế, Rf lớn tổn thất lượng phụ tăng Khi động làm việc tốc độ n = n cb/2 tổn thất chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta điều chỉnh cho phạm vi điều chỉnh: D = (  )/1 Khi giá trị Rf lớn tốc độ động giảm Đồng thời dòng điện ngắn mạch I n moment ngắn mạch Mn giảm Do đó, phương pháp dùng để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ tốc độ Và tuyệt đối không dùng cho động máy cắt kim loại  Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng cho tốc độ nhảy cấp nhỏ ncb  Ưu điểm: Thiết bị thay đổi đơn giản, thường dùng cho động cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép  Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh thấp giá trị điện trở phụ đóng vào lớn, đặc tính mềm, độ cứng giảm làm cho ổn định tốc độ phụ tải thay đổi Tổn hao phụ điều chỉnh lớn, tốc độ thấp tổn hao phụ tăng V ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH RẼ MẠCH PHẦN ỨNG: U từ độc Động điện một+chiều kích lập điều chỉnh   tốc độ cách rẽ mạch Iphần ứng có sơ đồ nguyên lý R n S RS sau:     E Iư In SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG CKĐ  RKĐ Hình I Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ cách rẽ mạch phần ứng Một hệ thống điều chỉnh cần tốc độ nhỏ n cb điều chỉnh nhảy cấp Hệ thống có độ cứng tương đối lớn thiết bị vận hành đơn giản người ta dùng phương pháp rẽ mạch phần ứng hay gọi phân mạch Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng phần ứng động nối song song với điện trở nối nối tiếp với điện trở khác Phương pháp giống với phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng điện áp phần ứng lại không thay đổi Do đó, phương pháp đòi hỏi phải: - Điện áp đặt vào phần ứng động không thay đổi - Vì dòng kích từ không thay đổi nên điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổi làm cho moment phụ tải cho phép giữ không đổi trị số định mức Ta có phương trình đặc tính cơ: R S Rn RS R S  Rn U n  M K E  R S  Rn KE KM 2 R S Rn Ru  RS RS  Rn n n  M R S  Rn KE K M2 Ru  RS  n' n0  n0 R S  Rn Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động n Đ < ncb Mặt khác ta có: Ru  Rn  Ru  RS  Ru R S  Rn  R f   Rn   PM   TN Độ cứng đường đặc tính rẽ mạch phần ứng PM nhỏ độ cứng đặc tính tự nhiên TN lại lớn độ cứng đặc tính có điện trở phụ Rf với điện trở phụ Rn Để điều chỉnh tốc độ động trường hợp ta tiến hành sau:  Giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS: SVTH : HOÀNG TRỌNG LINH TRANG - Khi RS = 0: Đây trạng thái hãm động với tốc độ hãm động nHĐN = U  Khi : R S  : I A  dm Rn Ta có họ đặc tính sau sau: n n0 TN RS2 n3 RS1 n2 n1 RS1 < RS2 n1 < n2 IA MC I  RS = S =  Hình I Họ đặc R tính Rn = const, RS thay đổi Như vậy, giữ nguyên R n, thay đổi giá trị R S vùng điều chỉnh tốc độ bị hạn chế modun độ lớn đặc tính tăng dần tốc độ giảm  Giữ nguyên RS, thay đổi giá trị Rn: - Khi Rn = 0: RS không ảnh hưởng đến đường đặc tính Lúc ta xem RS tải nối song song với động Ta có đường đặc tính tự nhiên - Khi Rn = : Động điện bị hở mạch nên điện áp rơi phần ứng động Đây trạng thái hãm động với RHĐN = RS Ta có : IB = m/RS Ta có họ đặc tính sau: n0 nc b n1 n2 n TN ( RN = 0) Rn1 < Rn1 < Rn2 < Rn =  Rn2 n2 < n1 < ncb I MC Rn = Hình I.8 Họ đặc tính RS = const, Rn thay đổi IB Vậy, giữ nguyên RS thay đổi Rn phạm vi điều chỉnh không bị hạn chế trường hợp Nhưng tốc độ giảm xuống độ cứng đường đặc tính lại bị giảm xuống  Ngoài có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị RS Rn: Phương pháp thường sử dụng thực tế SVTH : HOÀNG TROÏNG LINH TRANG 10