BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ Đề tài: Thiết kế hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều khi sử dụng mạch công suất băm xung áp Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng , không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt của con người. Nó luôn đi trước một bước làm tiền đề nhưng cũng là mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không một quốc gia nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện.
BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ Đề tài: Thiết kế hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động chiều sử dụng mạch công suất băm xung áp MỤC LỤC Lời nói đầu CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.1 Cấu tạo đặc tính động chiều kích từ độc lập 1.2 Các chế dộ làm việc động điện chiều kích từ độc lập 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập .5 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP 13 2.1 Cấu trúc phân loại biến đổi xung áp .13 2.1.1 Bộ biến đổi xung áp nối tiếp (xung áp giảm áp) 13 2.1.2 Bộ biến đổi xung áp tăng áp (xung áp tăng áp) 13 2.1.3 Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp 14 2.1.4 Lựa chọn biến đổi 15 2.2 Phương pháp điều khiển biến đổi xung áp 15 2.2.1 Phương pháp thay đổi độ rộng xung 16 2.2.2 Phương pháp thay đổi tần số băm xung .16 2.2.3 Phương pháp điều khiển băm xung có đảo chiều 17 CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ MƠ HÌNH HĨA .19 3.1 Sơ đồ mạch động lực 19 3.2 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển 22 3.2.1 Khâu tạo điện áp tam giác 23 3.2.2 Khâu so sánh tạo xung điều khiển van 29 3.2.3 Khâu tạo xung chùm .30 3.2.4 Khâu khuếch đại xung chùm 31 3.2.5 Biến áp xung 32 3.3 Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển .33 3.4 Mô .34 Lời cảm ơn 42 Tài liệu tham khảo 43 Lời nói đầu Cùng với phát triển ngày mạnh mẽ ngành công nghiệp chiều rộng lẫn chiều sâu,điện máy điện đóng vai trị quan trọng , khơng thể thiếu phần lớn ngành công nghiệp đời sống sinh hoạt người Nó ln trước bước làm tiền đề 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 ưu 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 sử dụng rộng rãi phổ biến Tuy nhiên động điện chiều giữ vị trí định cơng nghiệp giao thơng vận tải, nói chung thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (như 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 ưu điểm mà máy điện chiều khơng thể thiếu sản xuất đại Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải Nếu thân động không đồng đáp ứng đáp ứng phí thiết bị biến đổi kèm (như biến tần ) đắt tiền động điện chiều khơng điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao Ngày hiệu suất động điện chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷85%, động điện cơng suất trung bình lớn khoảng 85% ÷ 94% Cơng suấtlớn động điện chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảngvài trăm 1000v Hướng phát triển cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo máy cơng suất lớn vấn đề rộng lớn phức tạp với vốn kiến thức cịn hạn hẹp trongphạm vi đề tài em đề cập nhiều vấn đề lớn mà đề cập tới vấn đề thiết kế băm xung chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều động chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng Đây phương pháp dùng phổ biến để điều chỉnh động điện chiều kích từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động theo phương pháp đối xứng Đây phương pháp mang lại hiệu kinh tế cao sử dụng rộng rãi tính đặc điểm bật CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 1.1 Cấu tạo đặc tính động chiều kích từ độc lập Động chiều bao gồm phần phần cảm (phần tĩnh) phần ứng (phần quay) * Phần cảm (stator) Phần cảm gọi stator, gồm lõi thép làm thép đúc, vừa mạch từ vừa vỏ máy cực từ có dây quấn kích từ (hình 1.1), dịng điện chạy dây quấn kích từ cho cực từ tạo có cực tính liên tiếp ln phiên Cực từ gắn với vỏ máy nhờ bulơng Ngồi máy điện chiều cịn có nắp máy, cực từ phụ cấu chổi than Hình 1.1 Cực từ * Phần ứng (rotor) Rơto gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp trục máy Hình 1.2 Lá thép rơto Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện chiều Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các thép dập lỗ thơng gió rãnh để đặt dây quấn phần ứng (hình 1.2) Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt rãnh phần ứng tạo thành nhiều vịng kín Phần tử dây quấn bối dây gồm nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp vành góp (hình 1.3a) hai cạnh tác dụng phần tử đặt hai rãnh hai cực từ khác tên (hình 1.3b) Cổ góp (vành góp) hay cịn gọi vành đổi chiều gồm nhiều phiến đồng hình nhạn ghép thành khối hình trụ, cách điện với cách điện với trục máy Các phận khác trục máy, quạt làm mát máy 1.2 Các chế dộ làm việc động điện chiều kích từ độc lập Trên hình 1.4 cho điện áp chiều U vào hai chổi điện A B, dây quấn phần ứng có dịng điện Các dẫn ab cd mang dòng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng tương hỗ lên tạo nên mômen tác dụng lên rôto, làm quay rôto Chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1.4a) Hình 1.4 Mơ tả nguyên lý làm việc động điện chiều Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ (hình 1.4b), nhờ có phiến góp đổi chiều dịng điện, nên dịng điện chiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi, lực tác dụng lên rơto theo chiều định, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Chế độ làm việc định mức máy điện nói chung động điện chiều nói riêng chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo quy định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức Công suất định mức Pđm (kW hay W) Điện áp định mức Uđm (V) Dòng điện định mức Iđm (A) Tốc độ định mức nđm (vịng/ph) Ngồi cịn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dịng điện kích từ… Chú ý: Cơng suất định mức công suất đưa máy điện Đối với máy phát điện cơng suất đưa đầu cực máy phát, động cơng suất đưa đầu trục động 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập Về phương diện điều khiển tốc độ động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác, khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh tốc độ rộng Thực tế có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động điện chiều nói chung động chiều kích từ độc lập nói riêng : Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động Cấu trúc phần lực hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động điện chiều cần có biến đổi Các biến đổi cấp cho mạch phần ứng động mạch kích từ động Trong cơng nghiệp thường sử dụng bốn loại biến đổi chính: • Bộ biến đổi máy điện gồm: động sơ cấp kéo máy phát chiều máy điện khuếch đại (KĐM) • Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT) • Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu tiristo (CLT) • Bộ biến đổi xung áp chiều: tiristo tranzito (BBĐXA) Tương ứng với việc sử dụng biến đổi mà ta có hệ truyền động như: • Hệ truyền động máy phát-động (F-Đ) • Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động (MĐKĐ-Đ) • Hệ truyền động khuếch đại từ - động (KĐT-Đ) • Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor-động (T-Đ) • Hệ truyền động xung áp-động (XA-Đ) Theo cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) loại điều khiển theo mạch hở (hệ truyền động điều khiển hở) Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp, có chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh rộng so với hệ truyền động hở Ngoài hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động điện chiều phân loại theo truyền động có đảo chiều quay khơng đảo chiều quay Đồng thời tuỳ thuộc vào phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc góc phần tư, hai góc phần tư bốn góc phần tư Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng: Để điều chỉnh điện áp phần ứng động chiều cần có thiết bị nguồn máy phát điện chiều kích từ độc lập, chỉnh lưu điều khiển vv Các thiết bị nguồn có chức biến lượng điện xoay chiều thành chiều có sức điện động Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Lk Rb I Ruđ Uđk BBĐ Đ Eb(Udk) U Eu Hình II-1 Sơ đồ khối sơ đồ thay chế độ xác lập Vì nguồn có cơng suất hữu hạn so với động nên biến đổi có điện trở Rb điện cảm Lb khác khơng chế độ xác lập viết phương trình đặc tính hệ thống sau: Eb - Eư = Iư.Rb + RưđIư Eb R Rud b Iu K dm K dm (U dk ) (II-2-1) M Vì từ thơng động giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk hệ thống, nói phương pháp điều chỉnh triệt để Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý tốc độ lớn hệ thống bị chặn đặc tính bản, đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức từ thông giữ giá trị định mức Tốc độ nhỏ dải điều chỉnh bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mô men khởi động Khi mô men tải định mức giá trị lớn nhỏ tốc độ là: max max M dm M dm (II-2-2) Để thoả mãn khả khả q tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mơ men ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mdm