Thiet ke bo bam xung mot chieu co dao chieu theo 72566

Đề bài: Thiết kế băm xung chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng) để điều chỉnh tốc độ động chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) với số liệu cho trước: Phương án Điện áp Dòng điện định Điện áp phần Phạm vi điều lưới (VAC) mức ứng chỉnh tốc độ 110 220 380 20 15 120 220 100 10:1 15:1 20:1 127 V 6A 400 V 25:1 300 10 600 15:1 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Huyền Nhóm đồ án ĐTCS Lớp TĐH2 K48 Phơng án Mục lục Chơng I Đề Lời nói đầu Giới thiệu động điện chiều I.1 Đặt vấn đề I.2 Tổng quan động ®iƯn mét chiỊu I.2.1 Giíi thiƯu mét sè lo¹i ®éng điện chiều I.2.2 Động điện kích thích ®éc lËp I.3 C¸c vÊn ®Ị kh¸c ®iỊu khiĨn ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu Ch¬ng II I.3.1 Các góc phần t làm việc I.3.2 Các chế độ làm việc ĐCĐ chiều kích từ độc lập I.3.3 Vấn dề phụ tải I.4 Các phơng án tổng thể Mạch băm xung II.1 Gii thiu v bm xung mt chiu (BXDC) II.1.1 Phơng pháp thay đổi độ rộng xung II.1.2 Phơng pháp thay đổi tần số xung II.1.3 Nhận xÐt II.2 C¸c sơ đồ băm xung II.2.1 S gim áp (Step-down (Buck)) II.2.2 Biến đổi tăng ¸p (step-up (boost)) II.2.3 Sơ đồ băm đảo cưc (Step-down/up (buck-boost)) II.2.4 B o dòng II.2.5 B o áp II.2.6 Bộ Chopper lớp E Sơ đồ nguyªn lý C¸c phương ph¸p điều khiển II.3 Kết luận II.3.1 Chọn mạch lực II.3.2 Chọn phương ph¸p điều khiển II.3.3 Chọn van bán dn Chơng III Thiết kế mạch lực III.1 TÝnh to¸n chọn van III.1.1 Chọn Diode cơng suất III.1.2 Chn van bán dn Chơng IV Thiết kế mạch điều khiển IV.1 Yêu cầu chung mạch điều khiển IV.2 Nguyên lý mạch điều khiển 18 42 54 Lời nói đầu ng dng in t cụng sut truyền động điện – điều khiển tốc độ 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 kèm Do thực đồ án chúng em cố gắng cập nhật kiến thức nhất, công nghệ lĩnh vực điều khiển phần tử bán dẫn công suất Với yêu cầu thiết kế mạch băm xung chiều để điều khiển động điện chiều kích từ độc lập có yêu cầu đảo chiều quay theo nguyên tắc đối xứng , chúng em cố gắng tìm hiểu kĩ phương án công nghệ cho thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế Với hy vọng đồ án điện tử công suất thiết kế kĩ thuật áp dụng thực tế nên chúng em cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ tính tốn cụ thể thơng số sơ đồ mạch Mặc dù chúng em nỗ lực cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi tâm cao nhiên lần chúng em làm đồ án, đặc biệt trình độ hiểu biết chúng em cịn nhiều hạn chế nên chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận phê bình góp ý thầy để giúp chúng em hiểu rõ vấn đề đồ án ứng dụng thực tế để đồ án chúng em hoàn thiện Và chúng em hi vọng tương lai không xa, chúng em áp dụng kiến thức hiểu biết thu từ đồ án đời sinh viên chúng em vào thực tế phát triển đồ án sau Trong trình làm đồ án chúng em nhận giúp đỡ ch bo rt tn tỡnh ca thy giỏo Dơng Văn Nghi Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy hi vọng thầy giúp đỡ chúng em nhiều việc học tập chúng em sau Nhóm sinh viên thực Ch¬ng I Giíi thiƯu vỊ động điện chiều I.1 Đặt vấn đề Cùng với phát triển ngày mạnh mẽ ngành công nghiệp chiều rộng lẫn chiều sâu,điện máy điện đóng vai trò quan trọng , thiếu đợc phần lớn ngành công nghiệp đời sống sinh hoạt ngời Nó trớc bớc làm tiền đề nhng mũi nhọn định thành công hệ thống sản xuất công nghiệp Không quốc gia nào, sản xuất không sử dụng điện máy điện Do tính u việt hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải , máy phát động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản công suất lớn, dễ vận hành mà máy điện (động điện) xoay chiều ngày đợc sử dụng rộng rÃi phổ biến Tuy nhiên động điện chiều giữ vị trí định nh công nghiệp giao thông vận tải, nói chung thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (nh máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp nhng u điểm mà máy điện chiều thiếu sản xuất đại Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song u điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải Nếu nh thân động không đồng đáp ứng đợc đáp ứng đợc phí thiết bị biến đổi kèm (nh biến tần ) đắt tiền động điện chiều điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lợng cao Ngày hiệu suất động điện chiều công suất nhỏ khoảng 75% 85%, động điện công suất trung bình lớn khoảng 85% 94% Công suất lớn động điện chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm 1000v Hớng phát triển cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo máy công suất lớn vấn đề rộng lớn phức tạp với vốn kiến thức hạn hẹp phạm vi đề tài em đề cập nhiều vấn ®Ị lín mµ chØ ®Ị cËp tíi vÊn ®Ị thiÕt kế băm xung chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều động chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng Đây phơng pháp đợc dùng phổ biến để điều chỉnh động điện chiều kích từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động theo phơng pháp đối xứng Đây phơng pháp mang lại hiệu kinh tế cao đợc sử dụng rộng rÃi tính đặc điểm bật mà chúng em phân tích đề cập sau I.2 Tổng quan động điện chiều I.2.1) Giới thiệu số loại động điện chiều Khi xem xét động điện chiều nh máy phát điện chiều ngời ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ứng với cách ta có loại động điện loại: - Kích thích độc lập: nguồn chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nªn :I = I - KÝch thÝch song song: ngn mét chiỊu cã c«ng st v« cïng lín điện áp ko đổi, mạch kích từ đợc mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It - KÝch thÝch nèi tiÕp: cuén kÝch tõ m¾c nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = I =It - Kích thích hỗn hợp ta có: I = Iu +It Với loại động tơng ứng với đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển ứng dụng tơng đối khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Trong đề tài ta xét đên động điện chiều kích từ độc lập biện pháp hữu hiệu để điều khiển loại động I.2.2 Động điện chiều kích từ độc lập +Phơng trình đặc tính cơ: phơng trình biểu thị mối quan hệ tốc độ (n) mômen (M) động có dạng chung Ru  R f U  u  M K ( K ) Thông qua phơng trình này, ta thấy đợc phụ thuộc tốc độ động vào mômen động thông số khác (mômen, từ thông ), từ đa phơng án để điều chỉnh động (tốc độ) với phơng án tối u Với điều kiện U = const, It = const từ thông động hầu nh không đổi, quan hệ tuyến tính đờng đặc tính động đờng thẳng Thờng dạng đặc tính đờng thẳng mà giao điểm với trục tung ứng với mômen ngắn mạch giao điểm với trục tung ứng với tốc độ không tải động = MM M Ngời ta đa thêm đại lợng để đánh giá độ cứng Đặc tính dốc cứng ( lớn) tức mômen biến đổi nhiều nhng tốc độ biến đổi ngợc lại Đặc tính dốc mềm tức mômen biến đổi Ýt nhng tèc ®é biÕn ®ỉi nhiỊu thay ®ỉi ω o t Để hiểu đợc nguyên lý lựa chọn phơng pháp điều chỉnh tối u, trớc hết ta xét đặc tính động điện Đó dòng quanMthệ tốc độ quay Mnmvới mômen (hoặc M điện) động +Đặc tính tự nhiên động cơ: động vận hành chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức không nối thêm điện kháng, điện trở vào động cơ) Trên đặc tính tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, đm +Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi tham số nguồn hoạc nối thêm đIện trở, điện kháng Để so sánh đặc tính với nhau, ngời ta đa khái niệm độ cứng đặc tính cơ: / (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc) a) Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ kích từ độc lập đợc thể nh dới đây: Khi nguồn chiều có công suất không đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau: gọi động điện kích từ độc lập Phơng trình đặc tính xuất ph¸t: U u  Eu  ( Ru  R f ) I u +U: điện áp phần ứng +E: sức điện động phần ứng +R: điện trở mạch phần øng : R=r +rcf +rb +rct +r: ®iƯn trë cn dây phần ứng +rcf: điện trở cuộn cực từ phụ +ri: ®iƯn trë cn bï +rct: ®iƯn trë tiÕp xóc chổi điện +Rf: điện trở phụ mạch phần ứng +I: dòng điện mạch phần ứng +E đợc xác ®Þnh theo biĨu thøc sau: pN Eu    2a + p: số đôi cực từ + N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng + A: số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng + : từ thông kích từ díi mét cùc tõ +: tèc ®é gãc pN K 2a Trong K hệ số cấu tạo ®éng c¬ E u  K e n  2n / 60 n / 9,55 V× vËy Eu  pN n 60a Ke  K 0,105 K 9,55 Suy U u Ru  R f  Iu K K Biểu thức (*) phơng trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ động đợc xác định M dt =K I u Suy I u  M dt / K Thay vào (*) ta đợc Ru R f U  u  M dt K ( K ) Nếu bỏ qua tổn thất thép mômen trục động mômen điện tõ b»ng M Ta cã Ru  R f U u M K ( K ) Đây phơng trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Đồ thị hình vẽ:  ω ωo ωt NhËn xÐt : + I=0 hc M=O ta cã Uu   Mt Mnm Ru R f Đây tốc độ không tải lý tởng động Iu= U Ru + R f : + = th× M=K Φ I nm=M nm : M Dòng điện ngắn mạch Mômen ngắn m¹ch Uu  K U  u  K  RI    K Ru  R f M    ( K ) R  Ru  R f 0  Uu K R R Iu  M K ( K ) Từ tốc độ đông điện chiều phụ thuộc vào đại lợng là: U, R, I Nh thông qua đại lợng biến thiên mà ta điều khiển đợc tốc độ động điện chiều b) Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Điều chỉnh tốc độ động điện chiều nội dung truyền động điện nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất.Điều chỉnh tốc độ dùng phơng pháp tuý điện tác động lên thân hƯ thèng trun ®éng ®iƯn ®Ĩ thay ®ỉi tèc ®é quay động điện Tốc độ quay động điện thờng bị thay đổi biến thiên tải ,của nguồn hay chế độ làm việc nh mở máy ,hÃm máy gây sai sè so víi tèc ®é ,kÜ tht mong mn Trong hệ thống truyền động điện thờng vào số tiêu kinh tế ,kĩ thuật ,các tiêu đợc tính thiết kế điều chỉnh động điện Trong thực tế có phơng pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều + Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động + Điều chỉnh cách thay đổi từ thông phần ứng hay thay đổi điện áp phần ứng cấp cho mạch kích từ + Điều chỉnh thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng b.1) Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng Chỉ áp dụng đợc với động điện chiều kích thích độc lập song làm việc chế độ kích thích độc lâp Loại cần có thiết bị nguồn nh: máy phát điện chiều kích từ độc lập, chỉnh lu điều khiển có chức biến lợng điện xoay chiều thành chiều có sđđ Eb ®iỊu chØnh nhê tÝn hiƯu ®iỊu khiĨn U®k Ta có phơng trình E b E u I u ( Rb  Rud )  Eb R  Rud  b Rud K dm I u K dm K Km M Vì từ thông động đợc giữ không đổi nên đặc tính không đổi Tốc độ không tải lí tởng tuỳ thuộc giá trị Uđk hệ thống Đồ thị tuyến tính nói phơng pháp triệt để Để xác định dải điều chỉnh tốc độ Chú ý: + Phơng pháp có từ thông không đổi nên đặc tính có độ cứng không đổi + Tốc độ không tải lý tởng tuỳ thuộc vào giá trị ®iƯn ¸p U ®k cđa hƯ thèng ®ã cã thể nói phơng pháp điều khiển triệt để + Giải điều chỉnh tốc độ hệ tthống bị chặn đặc tính đặc tính ứng với điện áp định mức từ thông định mức Tốc độ nhỏ dải điều khiển bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mô men khởi động +Với cấu máy cụ thĨ cã ω0max , K M , M dm x¸c định phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng M max  max  dm   (U dk )     M dm   M nm  M c max  K M M dm Để thoả mÃn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có môn men ngắn mạch M nmmin =M c max =K M M dm (KM: lµ hÕ số mômen tải) Họ đặc tính đờng thẳng song song nên ta có M dm  ( K M  1)    max  M 1  max  dm M dm  D  ( K M  1) M dm /  KM  Víi ω0max , K M , M dm xác định máy D phụ thuộc tuyến tính vào Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động điện chiều thiết bị nguồn điều chỉnh điện trở mạch phần ứng gấp khoảng lần điện trở phần ứng động tính sơ đợc:  ( M nm  M dm )  max  / M dm 10 Do phạm vi điều chỉnh tốc độ không vợt 10, Vậy với yêu cầu để ta điều chỉnh dải điện áp dải điều chỉnh đà cho Điều chỉnh tốc độ phơng pháp thích hợp trờng hợp Mt=const toàn dải điều chỉnh b.2) Điều chỉnh từ thông động Điều chỉnh từ thông kích thích động điện chiều điều khiển mômen điện từ động điện M=K I u Do mạch kích từ động điện chiều phi tuyến hệ điều chỉnh từ thông phi tuyến Từ sơ đồ ta đợc iu ek d  k rb  rk dt rk: ®iƯn trë dây quấn phần ứng rb : điện trở nguồn đIện áp kích thích k : số vòng dây cuộn kích từ Thờng điều chỉnh từ thông điện áp phần ứng Uđm đặc tính thấp vùng điều khiển từ thông đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức gọi đặc tính (đôi đặc tính tự nhiên)