Thiết kế hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HOÁ ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Thiết kế hệ truyền động xung áp – động cơ một ch

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HOÁ

====o0o====

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Thiết kế hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay

Giáo viên hướng dẫn:

Nhóm số: 14

Hà nội 2024

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀNỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN

I THÔNG TIN CHUNG

1 Họ và tên GV1:

Tên sản phẩm: Báo cáo đồ án môn học

II ĐÁNH GIÁ1 (Điểm từng tiêu chí và điểm cuối cùng làm tròn đến 0,5 điểm)

TT

Mục

tiêu/Ch

uẩn

đầu ra

học

phần

Tiêu chí đánh giá sản phẩm tối đa Điểm

Điểm đánh giá

1

L1.1 Vận dụng được các kiến thức về thiết

kế mạch lực, mạch điều khiển bộ biến đổi công suất, hệ truyền động điện ứng dụng trong các công nghệ sản suất

5

2 L1.2 Thiết kế, tính chọn được thiết bị cho

mạch lực và mạch điều khiển 5

Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

GIẢNG VIÊN 1 GIẢNG VIÊN 2

1 Trên cơ sở mục tiêu/chuẩn đầu ra của học phần và sản phẩm của chủ đề nghiên cứu, giảng viên xây dựng tiêu

chí đánh giá và điểm tối đa của từng tiêu chí

.

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

Nhóm sinh viên gồm:

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề : Thiết kế hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều kích từ độc

lập có đảo chiều quay, dải điều chỉnh tốc độ 300-1600v/p

Động cơ một chiều có thông số: P đm = 1,0Kw; U ưđm = 2200V; I đm = 5,9A;

n đm = 1800v/p

PHẦN THUYẾT MINH

Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều

Chương 2: Tính toán, thiết kế mạch động lực, mạch điều khiển

Chương 3: Tính chọn thiết bị

Chương 4: Xây dựng hệ điều khiển sử dụng cấu trúc hai mạch vòng phản hồi

2 Hoạt động của sinh viên

Sau khi học xong học phần này, sinh viên có khả năng đáp ứng chuẩn đầu ra:

- Vận dụng được các kiến thức về thiết kế mạch lực, mạch điều khiển bộ biến đổi công suất, hệ truyền động điện ứng dụng trong các công nghệ sản suất

- Thiết kế, tính chọn được thiết bị cho mạch lực và mạch điều khiển

3 Sản phẩm nghiên cứu

- Bản báo cáo đồ án đóng bìa mềm (xanh lá cây- không bóng kính), hai mặt (giấy

thường)- Đánh máy.

III Nhiệm vụ học tập

1 Hoàn thành Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án theo đúng thời gian quy định

2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước giảng viên và những sinh viên khác

IV Học liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án /Dự án

[1] Trần Văn Thịnh, “Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất”, Nhà xuất bản

Giáo dục, 2008

- Sách, tài liệu tham khảo: Ghi rõ những sách, tạp chí và tư liệu thông tin liên

quan đến học phần (Tài liệu kê theo thứ tự ưu tiên sử dụng, kê tối thiểu 3 tài liệu).

[1] Quách Đức Cường, Nguyễn Đăng Toàn, Tổng hợp hệ thống điện cơ, NXB

Khoa học kỹ thuật, 2019

[2] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi, “Điều chỉnh tự động truyền động điện”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005

[3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, “Điện tử công suất”, Nhà

xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005

[4] Nguyễn Phùng Quang, “Matlab&Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2008

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện Tiểu luận, Bài tập lớn, Đồ án/Dự án (nếu có):

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN TIỂU LUẬN, BÀI TẬP LỚN, ĐỒ ÁN/DỰ ÁN

Tên chủ đề: Thiết kế hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay

Ngày….tháng… năm…

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

BÁO CÁO HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

Tên nhóm (nếu báo cáo học tập nhóm): 14

Tên chủ đề: Thiết kế hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay

Ngày….tháng… năm…

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

Mục lục

Chương 1 Tổng quan về hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều 1

1.1 Động cơ điện một chiều 1

1.1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều 1

1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều 1

1.1.3 Phân loại 2

1.2 Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 3

1.2.1 Phương trình đặc tính cơ 3

1.2.2 Ảnh hưởng của các thông số diện đối với đặc tính cơ 7

1.3 Tổng quan về hệ điều chỉnh xung áp động cơ điện một chiều 9

1.2.3 Khái quát 9

1.2.4 Các phương pháp điều chỉnh điện áp ra 10

1.2.5 Phân loại 11

Chương 2 THIẾT KẾ MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN 13

2.1 Lựa chọn mạch lực 13

2.2 Lựa chọn mạch lực 14

2.3 Lựa chọn mạch điều khiển 15

2.3.1 Khâu phát xung chủ đạo và tạo điện áp răng cưa 16

2.3.2 Khâu so sánh 18

2.3.3 Khâu tạo tín hiệu đảo: 18

2.3.4 Khâu tạo trễ 2 19

2.3.5 Khâu cách ly, tạo điện áp điều khiển 20

2.3.6 Khâu tạo điện áp đóng mở van 20

Chương 3 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 20

3.1 Tính chọn thiết bị đo dòng điện, điện áp và tốc độ 20

3.1.1 Đo tốc độ 21

3.2 Tính chọn van bán dẫn 22

3.2.1 Lựa chọn van IGBT 23

3.2.2 Lựa chọn van Diode 24

3.3 Tính toán điện cảm lọc 25

3.4 Tính chọn mạch điều khiển 27

3.4.1 Khâu phát xung chủ đạo và tạo điện áp răng cưa 27

3.4.2 Khâu so sánh 28

3.4.3 Khâu tạo tín hiệu đảo 28

3.4.4 Khâu tạo trễ 28

3.4.5 Khâu cách ly, tạo điện áp điều khiển 29

Chương 4 XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG CẤU TRÚC HAI MẠCH VÒNG PHẢN HỒI 34

4.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 34

4.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 35

4.3 Mô phỏng bằng Matlab/ Simuli 36

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1 Phần stato 1

Hình 1.2 Phần roto 1

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều 2

Hình 1.4 Phân loại động cơ điện một chiều 3

Hình 1.5 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập 3

Hình 1.6 Động cơ điện một chiều kích từ song song 3

Hình 1.7 Đồ thị đường đặc tính cơ 6

Hình 1.8 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 6

Hình 1.9 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng 7

Hình 1.10 Ảnh hưởng của điện trở mạch phần ứng 8

Hình 1.11 Ảnh hưởng của từ thông kích từ 9

Hình 1.12 Nguyên lý băm xung một chiều 9

Hình 1.13 Bộ biến đổi xung áp nối tiếp 11

Hình 1.14 Bộ biến đổi xung áp song song 11

Hình 1.15 Bộ biển đổi xung áp đảo chiều 12

Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi xung áp đảo chiều 13

Hình 2.2 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi xung áp đảo chiều 14

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung một chiều kiểu PWM 16

Hình 2.4 Sơ đồ tạo xung tam giác hai cực tính 17

Hình 2.5 Sơ đồ khâu so sánh 18

Hình 2.6 Mạch tọa tín hiệu đảo 19

Hình 2.7 Khâu tạo trễ 19

Hình 2.8 Khâu cách ly, tạo điện áp điều khiển 20

Hình 3.1 Một số hình ảnh về Diode 25

Hình 3.2 Sơ đồ chân của IC TL084 27

Hình 3.3 Sơ đồ chân của 4081 29

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi mạch điều khiển 30

Hình 3.5 Kích thước mạch từ biến áp 32

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP

1.1 Cấu trúc và phân loại bộ biến đổi xung áp

1.1.1 Bộ biển đổi xung áp giảm áp

Sơ đồ nguyên lý:

Nguyên lý hoạt động :

Phần tử điều chỉnh quy ước là khóa S ( van bán dẫn điều khiển được )

Đặc điểm của sơ đồ này là khóa S, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp Tải có tính chất cảm kháng hoặc dung kháng Bộ lọc L & C Điôt mắc ngược với Ud để thoát dòng tải khi ngắt khóa K

+S đóng thì U được đặt vào đầu của bộ lọc Nếu bỏ qua tổn thất trong các van và các phần tử thì Ud=U

+ S mở thì hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng id do năng lượng tích lũy trong cuộn L và cảm kháng của tải, dòng khép kín qua D, do vậy Ud=0 Như vậy, Ud =

U Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp

1.1.2 Bộ biến đổi xung áp tăng áp

Sơ đồ nguyên lý:

Đặc điểm:

L nối tiếp với tải, khoa S mắc song song với tải Cuộn cảm L không tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này

+S đóng, dòng điện từ +U qua L− S− -U Khi đó D tắt vì trên tụ có UC (đã

được tích điện trước đó)

+ S ngắt, dòng điện chạy từ +U qua L − D − Tải Vì từ thông trong L không giảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm có cùng cực

tính với U Do đó tổng điện áp: ud=U + eL Vậy ta có bộ biến đổi tăng áp Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U ở chế độ liên tục và năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn

1.1.3 Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp

Sơ đồ nguyên lý:

Tải là động cơ mmột chiều được thay bởi mạch tương đương R-L-E L1 chỉ đóng vai trò tích luỹ năng lượng C đóng vai trò lọc

Nguyên lý hoạt động :

+S đóng, trên L1 có U, dòng chạy từ+U−S-L1− -U Năng lượng tích luỹ trong cuộn cảm L1; đi-ôt D tắt; Ud=UC, tụ C phóng điện qua tải

+S ngắt, cuộn cảm L1 sinh ra sức điện động ngược chiều với trường hợp đóng = D thông = năng lượng tử trường nạp và C, tụ C tích điện; ud sẽ ngược chiều với U

Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U Giá trị tuyệt đối Ud| có thể lớn hơn hay nhỏ hơn U nguồn

1.1.4 Bộ băm xung một chiều có đảo chiều

Ở đây ta sử dụn van bán dẫn IGBT Bộ BXM dùng van điều khiển hoàn toàn IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải

Trong các hệ trngruyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ do đó bộ biến đổi này thường hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập có nhu cầu đảo chiều quay

Các van IGBT làm nhiệm vụ khoa không tiếp điểm Các Điôt Đ1, Đ2.Đ3,Đ4 dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá trình hãm tái sinh

Có các phhương pháp điều khiển khác nhau như : Điều khiển độc lập, điều khiển không đối xứng và điều khiển đối xứng