Tổng quan về truyền động điện một chiều, đi sâu thiết kế bộ điều khiển động cơ điện một chiều có ổn định tốc độ

LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay, truyền động điện ngày ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống nhờ ưu kết cấu gọn nhẹ, độ bền độ tin cậy cao, tương đối nên không gây vấn đề mơi trường… Bên cạnh truyền động điện cịn có ưu bật, đặc biệt truyền động điện chiều, khả điều khiển dễ dàng Chính mà truyền động điện chiều có vai trị quan trọng dạng truyền động dùng, lĩnh vực đòi hỏi khả điều khiển cao máy sản xuất Trong trình phát triển kinh tế, bước đưa ứng dụng truyền động điện chiều vào hầu hết lĩnh vực sản xuất nhà máy, ngành kinh tế nhằm tạo sản phẩm có chất lượng tốt có tính ổn định tăng khả cạnh tranh thị trường Vì vai trị điều khiển động điện chiều khâu quan trọng định ưu nhược điểm hệ truyền động điện chiều Với đề tài “ Tổng quan truyền động điện chiều, sâu thiết kế điều khiển động điện chiều có ổn định tốc độ ”, em nghiên cứu thiết kế điều khiển động điện chiều cụ thể ( động điện chiều công suất 2,5 kw – 1500 v/p ) có ổn định tốc độ Để thực mục tiêu trên, bảo thầy giáo hướng dẫn Ths Vũ Ngọc Minh, với nỗ lực thân, em hồn thành đồ án với ba chương có nội dung sau: Chương 1: Tổng quan truyền động điện chiều Chương 2: Các phương pháp để điều chỉnh tốc độ động điện chiều Chương 3: thiết kế điều khiển động điện chiều có ổn định tốc độ Dù có nhiều cố gắng kiến thức em cịn nhiều mặt hạn chế nội dung đồ án cịn nhiều thiếu sót Rất mong giúp đỡ, bảo thầy để em hồn thiện đồ án kiến thức tốt Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Đào Trọng Toàn CHƯƠNG TổNG QUAN Về TRUYềN ĐộNG ĐIệN MộT CHIềU 1.1 CấU TRúC Và PHÂN LOạI TRUYềN ĐộNG ĐIệN 1.1.1 Cấu trúc chung hệ truyền động điện Truyền động cho máy, dây chuyền sản xuất mà dùng lượng điện gọi truyền động điện (TĐĐ) Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất, đồng thời điều khiển dịng lượng theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất Về cấu trúc, hệ thống TĐĐ nói chung bao gồm khâu: Hình 1-1.Cấu trúc hệ thống truyền động điện BBĐ: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số Các BBĐ thường dùng máy phát điện, hệ máy phát - động (hệ F-Đ), chỉnh lưu không điều khiển có điều khiển, biến tần Đ: Động điện, dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Các động điện thường dùng là: động xoay chiều KĐB ba pha rôto dây quấn hay lồng sóc, động điện chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ nam châm vĩnh cửu, động xoay chiều đồng TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động điện đến cấu sản xuất dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) làm phù hợp tốc độ, mômen, lực Để truyền lực, dùng bánh răng, răng, trục vít, xích, đai truyền, ly hợp điện từ CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cấu làm việc, thực thao tác sản xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển ) ĐK: Khối điều khiển, thiết bị dùng để điều khiển biến đổi BBĐ, động điện Đ, cấu truyền lực Khối điều khiển bao gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số cơng nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơle, cơng tắc tơ) hay khơng có tiếp điểm (điện tử,bán dẫn) Một số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác máy tính điều khiển, vi xử lý, PLC Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang Một hệ thống TĐĐ không thiết phải có đầy đủ khâu nêu Tuy nhiên, hệ thống TĐĐ bao gồm hai phần chính: - Phần lực: Bao gồm biến đổi động điện - Phần điều khiển Một hệ thống truyền động điện gọi hệ hở khơng có phản hồi, gọi hệ kín có phản hồi, nghĩa giá trị đại lượng đầu đưa trở lại đầu vào dạng tín hiệu để điều chỉnh lại việc điều khiển cho đại lượng đầu đạt giá trị mong muốn 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện a Theo đặc điểm động điện: - Truyền động điện chiều: Dùng động điện chiều Truyền động điện chiều sử dụng cho máy có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ mơmen, có chất lượng điều chỉnh tốt Tuy nhiên, động điện chiều có cấu tạo phức tạp giá thành cao, địi hỏi phải có nguồn chiều, trường hợp khơng có u cầu cao điều chỉnh, người ta thường chọn động KĐB để thay - Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều không đồng Động KĐB ba pha có ưu điểm có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên, trước hệ truyền động động KĐB lại chiếm tỷ lệ nhỏ việc điều chỉnh tốc độ động KĐB có khó khăn động điện chiều Trong năm gần đây, phát triển mạnh mẽ công nghiệp chế tạo thiết bị bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng phát triển mạnh mẽ khai thác ưu điểm mình, đặc biệt hệ có điều khiển tần số Những hệ đạt chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động chiều - Truyền động điện đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều đồng ba pha Động điện đồng ba pha trước thường dùng cho loại truyền động không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v ) Ngày phát triển mạnh mẽ công nghiệp điện tử, động đồng nghiên cứu ứng dụng nhiều công nghiệp, loại giải công suất từ vài trăm W (cho cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cấu chuyển động tay máy, người máy) đến hàng MW (cho truyền động máy cán, kéo tàu tốc độ cao ) b Theo tính điều chỉnh: - Truyền động không điều chỉnh: Động quay máy sản xuất với tốc độ định - Truyền có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo truyền động điều chỉnh vị trí c Theo thiết bị biến đổi - Hệ máy phát - động (F-Đ): Động điện chiều cấp điện từ máy phát điện chiều (bộ biến đổi máy điện) Thuộc hệ có hệ máy điện khuếch đại động (MĐKĐ - Đ), hệ có BBĐ máy điện khuếch đại từ trường ngang - Hệ chỉnh lưu - động (CL - Đ): Động chiều cấp điện từ chỉnh lưu (BCL) Chỉnh lưu khơng điều khiển (Điơt) hay có điều khiển (Thyristor) 1.2 cấu tạo nguyên lý làm việc ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu 1.2.1 Cấu tạo Những phần động điện chiều gồm: vỏ, trục, ổ bi, phần cảm (stato), phần ứng (rơto), cổ góp chổi điện Hình 1-2 Cấu tạo động điện chiều a Phần tĩnh: Stato luôn phần cảm Phần cảm phần nhận lượng điện chiều để tạo từ trường kích từ máy Trên hình vẽ 1.2 cắt ngang máy điện chiều, xét phần cảm ta có: - Vỏ máy (1): Là mạch từ, dùng để dẫn từ gá lắp cực từ, vỏ máy làm nhiệm vụ bảo vệ máy Vỏ làm thép đúc - Cực từ (2) thực tế gồm phần : thân cực,và mặt cực Thân cực làm thép đúc, mặt cực làm thép KTĐ Cực từ có nhiệm vụ dùng để quấn dây kích từ để tạo từ trường phần cảm gọi từ trường kích từ Trên cực từ người ta quấn dây kích từ Wkt - Cực từ phụ (3): Làm thép đúc, mặt cực có khe khí với rơto rộng so với cực từ Trên cực từ phụ, quấn dây kích từ phụ Wp Nó tạo từ trường phụ - Dây quấn: Là mạch điện dùng để dẫn điện, làm dây đồng bọc cách điện, dây êmay Dây quấn gồm loại sau: + Dây quấn kích từ song song (5), hay dây quấn kích từ độc lập :Wss: có nội trở lớn, số vịng dây lớn, thiết diện dây bé Wss đấu song song hay độc lập với phần ứng (rôto) + Dây quấn kích từ nối tiếp (4): Wnt có nội trở bé W nhỏ S lớn, Wnt đấu nối tiếp với phần ứng qua chổi than cổ góp điện, dịng điện qua Wnt dịng điện qua rôto Tuỳ theo quan điểm phát nhiệt hay quan điểm cách điện mà Wss hay Wnt quấn gần xa lõi thép Stato + Dây quấn phụ Wp: Tương tự Wnt khác quấn thân cực từ phụ Tín hiệu dịng qua dòng qua cuộn nối tiếp 7 Hình 1-3 Stato rơto động điện chiều Ngồi ra, phần tĩnh cịn có hai nắp máy hai đầu để đỡ rơto Hai đầu trục có hai vịng bi, thân máy có trụ đấu dây, đế máy, giá chổi than, chổi than, biển máy, móc vận chuyển b Phần quay : Là rôto,và luôn phần ứng Phần ứng phần cảm ứng sức điện động xoay chiều Phần ứng bao gồm: - Lõi thép (7) mạch từ rôto, cấu tạo từ thép KTĐ có độ dày (0,35 0,5) mm ghép lại với tương tự lõi thép rôto dị dây quấn ba pha Chu vi mặt rôto xẻ rãnh đặn để đặt dây - Dây quấn (8) mạch điện rôto, dây quấn dây đồng bọc cách điện hay dây êmay Kiểu quấn rải chu vi mặt rôto (sẽ học cấu tạo dây quấn chương sau) - Trục rôto (9) làm thép hợp kim có độ bền khí cao Trục dùng để đỡ rơto quay tự hai đầu có hai vịng bi - Ngồi phần quay cịn có cổ góp, cánh quạt làm mát c Cổ góp chổi than: Là phận để chỉnh lưu hay nghịch lưu dịng điện rơ to Đây coi chỉnh lưu hay nghịch lưu khí - Cổ góp: hay cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều có cấu tạo nhiều phiến góp đồng (1) Các phiến góp cách điện với Các đầu dây mô bin dây nối đến phiến góp - Chổi than: thiết bị đưa dịng điện vào khỏi rơto Chổi than có cấu tạo than granit vừa có độ bền cơ, vừa chống mài mịn vừa có độ dẫn điện cao.Chổi than đặt hộp chổi than phận giữ chổi than Hộp chổi than đặt giá đỡ chổi than bặt chặt ống vít Giá chổi than, hộp chổi than, chổi than cách điện với vỏ máy.Giá chổi than điều chỉnh vị trí ốc vít Để tăng tiếp xúc giữ chặt chổi có lị xo tỳ lên chổi, lị xo điều chỉnh độ căng Việc chổi than tỳ lên bề mặt cổ góp gây tia lửa điện.Tia lửa lớn gây nên vành lửa xung quanh cổ góp, phá hỏng chổi than cổ góp, gây tổn hao lợng, ảnh hởng xấu đến môi trường gây nhiễu đến làm việc thiết bị điện tử Vì vậy, ứng dụng cơng nghiệp đòi hỏi phải bảo vệ bảo dưỡng định kỳ động 1.2.2 Nguyên lý hoạt động động điện chiều Khi đặt điện áp chiều vào phần cảm (Stato) phần cảm xuất từ trường kt Đồng thời đặt điện áp chiều vào phần ứng dây quấn phần ứng (Roto) xuất dịng điện iư Do dẫn phần ứng chịu lực tác động F, có chiều xác định quy tắc bàn tay trái F=BLI lực F tạo mômen quay làm quay rô to Để chứng minh nguyên lý làm việc trên, đơn giản ta xét cho máy điện có rơto khung dây, Stato nam châm điện hai cực Bắc – Nam (N-S) sau đây: B C F F IC A v1 c1 U v2 c1 D kt - (h.1) F I- + c2 v2 B D F I- + - I- U A c2 v1 (h.2) Hình 1-4 Nguyên lý làm việc động điện chiều kt Trên hình mặt phẳng khung dây ABCD trùng với đường sức từ trường kt, điện áp U mạch ngồi có dương chổi C1 âm chổi C2 chiều dịng điện chạy rơto có chiều là: (+) C1V1 ABCDV1C2(-) Dùng quy tắc bàn tay trái, ta xác định chiều lực F từ suy chiều momen M Trên hình tương tự mặt phẳng ABCD quay 180o so với hình ta thấy chiều dịng điện chạy phần ứng là: (+)C1.V2DCBAV1.C2(-) tương tự ta xác định chiều F chiều momen M có chiều tương tự hình Kết luận: Điện áp mạch chiều dịng phần ứng xoay chiều, thời điểm chiều lực mômen không đổi Chổi than cổ góp đóng vai trị nghịch lu c khớ 1.3 đặc tính trạng tháI làm việc động điện chiều 1.3.1 ng điện chiều kích từ độc lập kích từ song song a Phương trình đặc tính Động điện chiều kích từ độc lập: Cuộn kích từ cấp điện từ nguồn chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rơto Hình 1-5 Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập song song Nếu cuộn kích từ cuộn dây phần ứng cấp điện nguồn điện động loại kích từ song song Trường hợp nguồn điện có 10 e Tính biến áp xung + Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hố có: B = 0,3 (T), H = 30 ( A/m ) [1], khơng có khe hở khơng khí + Tỷ số biến áp xung : thường m = 3, chọn m = + Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Udk = 3,0 (v) + Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung: U1 = m U2 = 3.3 = (v) + Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I2 = Idk = 0,1 (A) + Dòng điện sơ cấp biến áp xung: I1 = I2 / m = 0,1/ = 0,033(A) + Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: tb = B/ H = 8.103 : = 1,25 10-6 (H/ m) - độ từ thẩm khơng khí Thể tích lõi thép cần có: V = Q.L = ( Thay số tb tx sx Ul Il )/ B2 V = 0,834 10-6 (m3 ) = 0,834 ( cm3 ) Chọn mạch từ tích V= 1,4 (cm3 ) Với thể tích ta có kích thước mạch từ sau: [1] a = 4,5 mm b = mm Q = 0,27 cm2 = 27 mm2 d = 12 mm D = 21 mm Chiều dài trung bình mạch từ : l = 5,2 (cm) + Số vòng quấn dây sơ cấp biến áp xung: Theo định luật cảm ứng điện từ : 79 U1 = w1 Q dB/ dt = w1 Q B/tx w1 = U1 tx / B.Q = 186 ( vòng ) + Số vòng dây thứ cấp W2 = w1 / m = 186/ = 62 (vòng ) + Tiết diện dây quấn thứ cấp: S1 = I1 /J1 = 33,3.10-3 / 0.5 = 0,066 (mm2 ) j1 = 0.5 ( A/mm2 ) Chọn mật độ dịng điện: + Đường kính dây quấn sơ cấp : 4S1 d1 = Chọn: = 0,084 (mm) d = 0,1 (mm) + Tiết diện dây quấn thứ cấp: S2 = I2 / J2 = 0,1/ = 0,05 (mm2 ) Chọn mật độ dòng điện J2 = (A/ mm2 ) + Đường kính dây quấn thứ cấp: 4S d1 = = 0,178 (mm) Chọn dây có đường kính: d2 = 0,18 (mm) + Kiểm tra hệ số lấp đầy: 2 Kld = S1.W1 S22 W2 = d1 W1 d2 W2 = 0,03 ( d d ) Như vậy, cửa sổ đủ diện tích cần thiết f Tính tầng khuếch đại cuối Chọn Tranzitor công suất loại Tr3 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số: Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si Điện áp Colecto Bazơ hở mạch Emito : UCBO = 40(v) Điện áp Emito Bazơ hở mạch Colecto : UEBO = 4(v) 80 Dòng điện lớn Colecto chịu đựng : Icmax = 500 (mA) Công suất tiêu tán Colecto : Pc Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : T1 = 1750 C Hệ số khuếch đại : Dòng làm việc Colecto: Ic3 = I1 = 33,3 (mA) Dòng làm việc Bazơ : IB3 = Ic3 / = 1,7 (w) = 50 = 33,3/50 = 0,66(A) Ta thấy với loại Tiristo chọn có cơng suất điều khiển bé Udk = 3,0 (v), Idk = 0,1 (A), nên dòng Colecto – Bazơ Tranzito Ir3 bé, trường hợp này, ta khơng cần Tranzito I2 mà có đủ cơng suất điều khiển Tranzito Chọn nguồn cấp cho biến áp xung: E = +12 ( V) ta phải mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực Emitor Ir3, R1 R10 = ( E - U1 ) / I1 = 90 ( ) Tất điôt mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: + Dịng điện định mức : Idm = 10 (A) + Điện áp ngược lớn : UN = 25 (v), + Điện áp điôt mở thông : Um = (v) g Tính chọn tạo xung chùm Mỗi kênh điều khiển phải dùng khuếch đại thuật tốn, ta chọn IC loại TL 084 hãng TexasInstruments chế tạo, IC có khuếch đại thuật tốn Thông số TL084 : Điện áp nguồn nuôi : Vcc = Hiệu điện hai đầu vào : Nhiệt độ làm việc : T = -25 Công suất tiêu thụ : P = 680 (mW) = 0,68 (W) Tổng trở đầu vào : Rin = 106 ( M ) 18 (V) chọn Vcc = 12 (V) 30 (V) 850 C Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : du/dt = 13 (V/ s) 81 Mạch tạo chùm xung có tần số f = 1/2fx = ( kHz) hay chu kỳ xung chùm T = 1/f = 334 ( s) ta có : T = R8 C2 ln(1 + R6 / R7) Chọn R6 = R7 = 33( s) : R8 C2 = 151,8 ( s) T = 2,2 R8 C2 = 334 ( s) Chọn tụ C2 = 0,1 s có điện áp U = 16 (V) ; R8 = 1,518 ( ) Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch ta chọn R8 biến trở K h Tính chọn tầng so sánh Khuếch đại thuật toán chọn loại TL 084 Chọn : R4 = R5 > Uv/ I v = 12/ 1.10-3 = 12 (K ) Trong nguồn ni Vcc = 12 (V) Thì điện áp vào A3 Uv 12 (v) Dòng điện vào hạn chế để Ilv < (m A) Do ta chọn R4 = R5 = 15 (K ) dòng vào A3 : Ivmax = 12/ (15 103) = 0,8 ( m A) i Tạo nguồn nuôi 7812 C1 +12 C2 Hình 3-27 Sơ đồ nguyên lí tạo nguån nu«i 12V Ta cần tạo nguồn điện áp 12 (V) để cấp cho biến áp xung, nuôi IC , điều chỉnh dòng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Nếu dùng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng Điốt, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi: U2 = 12 / 2,34 = 5,1(v) ta chọn U2 = 9(v) 82 Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812, thông số chung vi mạch này: Điện áp đầu vào : UV = Điện áp đầu : Ura = +12 (V) với IC 7812 Dòng điện đầu : Ira = 35 (V) (A) Tụ điện C1, C2 dùng để lọc thành phần sóng dài bậc cao Chọn : C1 = C2 = 470 ( F) ; U = 35 V j Tính tốn máy biến áp nguồn ni đồng pha 1- Ta thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp pha trụ, trụ có cuộn dây, cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp 2- Điện áp lấy thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha lấy thứ cấp làm nguồn nuôi: U2 = U2dph = UN = (V) 3- Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2dph = 1( m A) 4- Công suất nguồn nuôi cấp cho biến áp xung: Pdph = U2dph I2dph = 10-3 = 0,054 (w) 5- Công suất tiêu thụ IC TL 084 sử dụng làm khuếch thuật toán ta chọn hai IC TL 084 P81c = PIC = 0,68 = 4,08 (w) 6- Công suất BAX cấp cho cực điều khiển Tiristo Px = Udk Idk = 0,1 = 1,8 = 6,976 (W) 7- Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = Pdph + P81c + Px PN = 0,056 + 4,08 + 6,976 = 11,112 ( W) 8- Cơng suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy: S= 1,05 (Pdph + PN ) = 1,05 ( 0,054 + 11,112) = 11,72 ( VA) 83 9- Dòng điện thứ cấp máy biến áp: I2 = S : U2 = 11,72 : ( ) = 0,217 (A) 10- Dòng điện sơ cấp máy biến áp : I1 = S/ 3.U2 = 11,72/3 220 = 0,0177(A) 11- Tiết diện trụ máy biến áp tính theo công thức kinh nghiệm : Qt = kQ Trong đó: S m f = 1,6( cm2) kQ = - hệ số phụ thuộc phương thức làm mát m = - số trụ biến áp f = 50 - tần số điện áp lưới Chuẩn hoá tiết diện trụ theo bảng [7] Qt = 1,63 (cm2) kích thước mạch từ thép dày Số lượng thép : = 0,5 (mm) 68 a=12mm b=16mm h=30mm hệ số ép chặt kc= 0,85 12- Chọn mật độ từ cảm B =1T tụ ta có số vịng dây sơ cấp : w1 = U1 = 6080 ( vòng) 4,44.f B.Qt 13- Chọn mật độ dòng điện : J1 = J2 = 0,5 (A/mm2) Tiết diện dây quấn sơ cấp: S1 = S 3.U J = 0,08 (mm2) đường kính dây quấn sơ cấp : d1 = 4.S1 = 0,074 (mm) Chọn d1= 0,1 mm để đảm bảo độ bền Đường kính có kể cách điện: 84 dlcd = 0,12 (mm) 14- Số vòng dây quấn thứ cấp : W2 = W1 U2/ U1 = 249 ( vòng) 15- Tiết diện dây quấn thứ cấp : S2 = S / (6 U2 J2) = 0,1 (mm2) 16- Đường kính dây quấn thứ cấp : 4.S d2 = = 0,3 (mm) Chuẩn hố đường kính : d2 = 0,3 (mm) đường kính có kể đến cách điện : d2cd = 0,31 (mm) 17- Chọn hệ số lấp đầy : kld = 0,7 w1) = 8,3 (mm) với chọn: kld = (dlcd w1 d 2 cd k ld h c = 12mm 18- Chiều dài mạch từ : L = c + a =2 12 + 12 = 60 (mm) 19- Chiều cao mạch từ: H = h + a = 30 + 12 = 54(mm) 20- Tính chọn điơt cho chỉnh lưu nguồn ni : + Dịng điện hiệu dụng qua điôt : ID.HD = I2 = 0,099 (A) + Điện áp ngược lớn mà điơt phải chịu : UNmax = + Chọn điơt có dòng định mức: Idm Ki IDMD = 10 0,1 = 1,1 (A) Chọn điơt có điện áp ngược lớn : Un = ku UNmax = 22 = 44 (V) Chọn điơt loại KII208A có thơng số: + Dịng điện định mức : 85 Idm = 1,5 (A) U2 = 22 (v) + Điện áp ngược cực đại điôt : UN = 100 (V) Dựa nguyên tắc điều khiển yêu cầu mạch điều khiển, ta thiết kế sơ đồ mạch điều khiển sau: 3.3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 86 87 tÝn hiệu phản hồi tốc độ ~ +E VR1 VR4 VR3 R21 D2 D1 C2 + - R22 R2 R1 C3 R24 + A5 C4 R5 VR2 A4 R11 + - R8 VR4 D4 R4 +E D5 R22 R3 A1 +E R10 R9 D3 +E R24 R6 R12 + - VR5 D14 A2 C1 Dz1 D7 D6 A3 R25 + - -E R26 D15 VR6 R7 R27 R16 T1 D8 + A6 C5 Dz2 R19 R18 R17 R15 R14 R13 R20 T3 D11 +E T2 VR7 T4 +E ~ D13 D12 K1 G1 K2 G2 Xen xơ cảm biến dòng Hình 3-28 Sơ đồ mạch điều khiển D10 D9 a Nguyờn lý làm việc Giả sử nửa chu kỳ đầu điốt D1 thơng, điốt D2 khố, nửa chu kỳ sau điốt D1 khố điốt D2 thơng Điện áp chỉnh lưu hai nửa chu kỳ lấy điện áp âm qua điện trở R1 đưa vào đầu đảo khuếch đại thuật toán A1 để so sánh với điện áp đặt Uo lấy từ đất – R3 – R2 đưa vào cửa không đảo khuếch đại thuật toán A1 Khi: + Uo > U1 => điện áp U2 dương + Uo < U1 => điện áp U2 âm Khi tín hiệu U2 dương điốt D3 bị khố tụ C nạp ngược từ +E – R7 – VR1 - C - đất Điện áp tụ C giảm dần 0, Dz thơng Khi tín hiệu U2 âm điốt D3 thông tụ C nạp đầu A2 – C – R5 – D3 - đất Điện áp tụ C tăng dần Dz Khi tụ C phóng, nạp đầu có điện áp cưa đưa vào đầu đảo khếch đại thuật toán A3 để so sánh với điện áp điều khiển lấy từ +E – R9 – VR2 - đất đưa vào cửa khơng đảo khếch đại thuật tốn A3 Khi: + Uđk < U3 => điện áp U4 âm + Uđk > U3 => điện áp U4 dương Vậy đầu khếch đại thuật toán A3 xung hình chữ nhật có giá trị âm dương Xung vng trộn với xung chùm có tần số 10KHz lấy từ dao động dùng khếch đại thuật toán A4 Xét nưa chu kỳ đầu điốt D11 thơng, cịn điốt D12 khố bóng T1 mở, T3 khố Lúc có dịng từ +E – R20 – BAX – ECT1 – R16 - đất Trên R16 có biến áp đặt vào bazơ T2 làm cho T2 mở Trong nửa chu kỳ sau điốt D11 khoá cịn điốt D12 thơng, bóng T1 khố, T3 mở lúc có dịng từ +E – R21 – BAX – ECT3 – R22 - đất Trên R22 có biến áp đặt vào bazơ T4 làm cho T4 mở Khi bóng mở tín hiệu móc vịng qua biến áp xung, bên cuộn thứ cấp ta nhận xung điều khiển để mở Thyristor 88 U§F Udf o t U1 o t U0 U2 o t U3 U®k o t U4 o t U5 o t U6 t U7 o U8 t o t 89 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu truyền động điện chiều điều khiển động điện chiều, với giúp đỡ hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo khoa, đặc biệt thầy giáo Th.S Vũ Ngọc Minh, em hoàn thành yêu cầu nội dung đồ án:  Nghiên cứu tổng quan truyền động điện chiều  Thiết kế điều khiển động điện chiều có ổn định tốc độ Do thời gian thực tế khơng nhiều khả hiểu biết hạn chế, nên nhiều vấn đề em chưa đưa vào thiết kế đồ án Em mong bảo góp ý thầy cô bạn để đồ án em hoàn thiện Hoàn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn Th.S Vũ Ngọc Minh thầy giáo trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng, đặc biệt thầy cô giáo khoa Điện dân dụng Công Nghiệp, dạy bảo em suốt trình học tập trường Sau em gửi lời cảm ơn đến gia đình , bạn bè, người tạo điều kiện giúp đỡ để em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày tháng năm Sinh viên thực Đào Trọng Toàn 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền (2001) Truyền động điện - Nhà xuất khoa học kỹ thuật – Hà Nội Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ – Nguyễn Văn Sáu (1998) Máy điện I, II - Nhà xuất khoa học kỹ thuật – Hà Nội Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Phạm Quốc Hải – Dương Văn Nghi (2006) Điều chỉnh tự động truyền động điện - Nhà xuất khoa học kỹ thuật Võ Minh Chính – Phạm Quốc Hải – Trần Trọng Minh (2004) Điện tử công suất - Nhà xuất khoa học kỹ thuật – Hà Nội Nguyễn Bính (1993) Điện tử cơng suất – Hà Nội GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005) Máy điện – Nhà xuất xây dựng Trang web; http://hoiquandientu.com http://tailieu.vn 91 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG : TổNG QUAN Về TRUYềN ĐộNG ĐIệN MộT CHIềU 1.1 CấU TRúC Và PHÂN LOạI TRUYềN §éNG §IÖN 1.1.1 Cấu trúc chung hệ truyền động điện 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện 1.2 cÊu tạo nguyên lý làm việc động điện mét chiÒu 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Nguyên lý hoạt động động điện chiều 1.3 đặc tính trạng tháI làm việc động điện chiều 10 1.3.1 Động điện chiều kích từ độc lập kích từ song song 10 1.3.2 Động điện chiều kích từ nối tiếp 19 Ch-ơng : Các ph-ơng pháp để điều chỉnh tốc độ động điện mét chiÒu 23 2.1 kh¸i niƯm chung 23 2.2 ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp cấp cho động 24 2.3 ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động 28 2.4 hệ truyền động máy phát - động chiều (f-®) 30 2.4.1 Cấu trúc hệ F- Đ đặc tính 30 2.4.2 Các chế độ làm việc hệ F – Đ 32 2.4.3 Đặc điểm hệ F- Đ 36 2.5 hÖ thống chỉnh l-u - động chiều 36 2.5.1 Chỉnh lưu bán dẫn làm việc với động điện 36 2.5.2 Khảo sát đồ thị điện áp dòng điện đầu chỉnh lưu với góc mở khác với tải động 38 Ch-¬ng : ThiÕt kế điều khiển động điện chiều có ổn định tốc độ 40 3.1 tỉng hỵp hƯ thèng trun ®éng ®iƯn mét chiỊu 40 3.1.1 Đặt vấn đề 40 3.1.2 Lập mơ tả tốn học khâu phần tử có sơ đồ 44 3.1.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 46 3.1.4 Tổng hợp hệ mạch vòng tốc độ 51 3.2 thiÕt kÕ m¹ch lùc 54 3.2.1 Lựa chọn sơ đồ thiết kế 54 3.2.2 Tính chọn thyristor 54 3.2.3 Thiết kế cuộn kháng san lD 56 92 3.2.4 Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 60 3.2.5 Tính chọn sơ đồ cho mạch kích từ động 64 3.3 thiÕt kÕ tính toán mạch điều khiển 67 3.3.1 Khái niệm mạch điều khiển 67 3.3.2 Một số yêu cầu mạch điều khiển 68 3.3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển 70 3.3.4 Tính tốn khối mạch điều khiển 73 3.3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 73 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 93