Thiết kế hệ truyền Động Điều chỉnh tốc Độ Động cơ Điện một chiều khi sử dụng mạch công suất băm xung áp

Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậyđược dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điềuchỉnh tốc độ như cản thép, hầm mỏ, giao thông vận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT

NAMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

==========o0o==========

BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN HỆ ĐIỆN CƠ

Mã: 13311 Học kỳ: I – Năm học: 2024 – 2025

Đề tài: Thiết kế hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều khi sử dụng mạch công suất băm

xung áp

Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Chuyên ngành Điện tự động công nghiệp

Lời cảm ơn

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầyPhạm Tâm Thành người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thứccũng như động viên em trong suốt quá trình thực hiện bài tập lớn này.Những đóng góp quý báu và sự chỉ bảo tận tâm của thầy đã giúp emhoàn thành bài tập lớn một cách tốt nhất

Em cũng xin cảm ơn đến các thầy cô trong Bộ môn Điện tự động côngnghiệp, Khoa Điện – Điện tử, đã cung cấp nền tảng kiến thức vững chắccho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người

đã luôn ở bên cạnh, ủng hộ và động viên em trong suốt thời gian thựchiện bài tập lớn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

3

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 3

MỤC LỤC BẢNG BIỂU 4

MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 6

1.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều 6

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động 6

1.1.2 Nguyên lí làm việc động cơ điện một chiều 7

1.1.3 Phương trình đặc tính cơ 8

1.1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ 9

1.2 Giới thiệu chung về băm xung một chiều 11

1.2.1 Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp 11

1.2.2 IGBT 12

1.2.3 Sơ đồ băm xung một chiều có đảo chiều 16

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 21

2.1 Tính toán thiết kế mạch động lực 21

2.1.1 Thiết kế mạch động lực 21

2.1.2 Tính toán lựa chọn phần tử mạch 21

2.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện, tổng hợp mạch vòng tốc độ 23

2.2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 23

2.2.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ 24

2.3 Tính toán thiết kế mạch điều khiển 26

2.3.1 Cấu trúc mạch điều khiển 26

2.3.2 Tính toán và chức năng các khâu 27

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG 36

3.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng 36

3.2 Mô phỏng 37

3.3 Kiểm tra và đánh giá 40

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

4

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của động điện một chiều 7

Hình 1.2 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập 8

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều 8

Hình 1.4 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 10

Hình 1.5 Đồ thị đặc tính cơ khi tải thay đổi 11

Hình 1.6 Đồ thị đặc tính khi điện áp thay đổi 11

Hình 1.7 Sơ đồ tổng quát và dạng điện áp đầu ra 12

Hình 1.8 Cấu tạo van IGBT 13

Hình 1.9 Sơ đồ thử nghiệm IGBT 14

Hình 1.10 Quá trình mở khóa van IGBT 15

Hình 1.11 Quá trình khóa van IGBT 16

Hình 1.12 Sơ đồ mạch lực 17

Hình 1.13 Biểu đồ dạng áp và sóng trên tải phương pháp điều khiển riêng 18

Hình 1.14 Biểu đồ dạng áp và sóng phương pháp điều khiển không đối xứng .19

Hình 2.1 Mạch động lực đơn giản 21

Hình 2.2 Mạch cấp nguồn một chiều cho động cơ 21

Hình 2.3 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện 23

Hình 2.4 Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện 23

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tốc độ 24

Hình 2.6 Sơ đồ tối ưu hệ điều chỉnh tốc độ 24

Hình 2.7 Cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 26

Hình 2.8 Cấu trúc mạch điều khiển 26

Hình 2.9 Tạo điện áp tam giác 27

Hình 2.10 Khuếch toán IC LM318 28

Hình 2.11 Sơ đồ chân IC LM318 28

Hình 2.12 Tạo điện áp điều khiển 29

Hình 2.13 IC LM317 29

Hình 2.14 Mắc thêm điện trở R3, R4 30

Hình 2.15 Tạo trễ với mạch điều khiển 31

Hình 2.16 Đảo chiều động cơ 32

Hình 2.17 Tạo xung điều khiển van 32

Hình 2.18 Tạo xung chùm 33

Hình 2.19 Sơ đồ chân IC 7408 34

5

Hình 2.20 Khuếch đại xung chùm 34

Hình 2.21 Chuẩn hóa tín hiệu điều khiển 35

Hình 3.1 Cách khởi động Simulink 36

Hình 3.2 Màn hình hiện thị Simulink 36

Hình 3.3 Sơ đồ mô phỏng 38

Hình 3.4 Đáp ứng hiệu ứng đặt là 5V 39

Hình 3.5 Đáp ứng hiệu ứng đặt là 10V 39

Hình 3.6 Đáp ứng hiệu ứng đặt là 15V 40

MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số diot IN2455R 22

Bảng 2.2 Thông số van IGBT 23

Bảng 2.3 Thông số IC LM318 28

Bảng 2.4 Thông số IC LM317 29

6

MỞ ĐẦU

Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều được coi là một loạimáy điện quan trọng Nó được dùng làm động cơ điện, máy phát điệnhay dùng trong các điều kiện làm việc khác

Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậyđược dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điềuchỉnh tốc độ như cản thép, hầm mỏ, giao thông vận tải

Mặc dù động cơ điện có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp,nhưng luôn đi kèm với nó là những yêu cầu về điện áp, dòng điện Chính

vì vậy cần một phương pháp nhằm đáp ứng được những yêu cầu trên

Đề tài: “Thiết kế hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện mộtchiều khi sử dụng mạch công suất băm xung áp’’ được thực hiện nhằmnghiên cứu, phân tích và ứng dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ động

cơ một chiều, qua đó đánh giá hiệu quả và khả năng phương pháp trongthực tế

7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

1.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều

1.1.1 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo của động cơ điện một chiều có 2 phần gồm: Phần tĩnh (stator)

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điệnchạy qua Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điệnnhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn thườngdùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện với rãnh củalõi thép

c) Cổ góp

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiềudòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm có nhiều phiến đồnghình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm vàhợp thành một hình trụ tròn Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để đểhàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễdàng

d) Các bộ phận khác

- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy

8

- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.

1.1.2 Nguyên lí làm việc động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dâyquấn phần ứng có dòng điện I, các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằmtrong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fa tác dụng làm cho rotor quay, chiềulực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay đượcnửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến góp đổichiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ

có chiều quay không đổi Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường

sẽ cảm ứng sức điện động E chiều của suất điện động xác định theo quyư

tắc bàn tay phải

Ở động cơ điện một chiều sức điện động E ngược chiều với dòngư

điện I nên E còn gọi là sức phản điện động.ư ư

Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư Iư

và điện trở mạch kích từ

9

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của động điện một chiều

1.1.3 Phương trình đặc tính cơ

Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vậnhành ở chế độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (M , Wđm đm)

Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông

số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ

Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độcứng đặc tính cơ β được tính như sau ∆β = ∆M∆W

β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi

β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng

β→ ∞ đặc tính cơ tuyệt đối cứng

Ke = 60 ap.n: hệ số sức điện động của động cơ

10

Hình 1.2 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây

Ke..I ư (4)

Phương trình (1.4) biểu diễn mối quan hệ n = f(Iư) gọi là phương trìnhđặc tính cơ điện Mặt khác: M=M=K Iư (1.5): là momen điện từ củađộng cơ

Suy ra: n = U

Ke.−

Rư Ke K. M làphương trình đặc tính cơ của động cơđiện 1 chiều kích từ độc lập

1.1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ

Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình:

n = U−Rư IưKe.kt

Từ phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào từthông Φ, điện trở phần ứng R, điện áp phần ứng U Vì vậy để điều chỉnhtốc độ động cơ một chiều có 3 phương án

a Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ

Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

11

Hình 1.4 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Đồ thị trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiềuứng với các giá trị khác nhau của từ thông Khi từ thông giảm thì n 0tăngnhưng ∆n còn tăng nhanh hơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đườngđặc tính cơ này khác nhau Chúng sẽ hội tụ về điểm trên trục hoành ứngvới dòng điện rất lớn: I ư=U/Rư Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độlớn hơn tốc độ định mức Giới hạn trong việc điều chỉnh tốc độ quaybằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8.

Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải thực hiệncác biện pháp khống chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạophức tạp, khiến giá thành máy tăng

b Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R trên mạch phầnf

ứng

Ta có:

n =U−Rư Iư

K E Φ kt

Từ thông không đổi nên n không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi Một điều0

dễ thấy nữa là do ta chỉ có thể đưa thêm R , chứ không thể giảm R nênf ư

ở đây chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức

Do R càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổi nhiều khif

tải thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biếnthiên của I đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiềuhơn)

Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất giảm hiệu suất

12

c Điều

chỉnhtốc độbằngcáchthayđổiđiện áp

Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới địnhmức

Tuy nhiên do cách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện ápđịnh mức nên thường giảm điện áp U Khi U giảm thì n giảm nhưng ∆n0

là hằng số nên tốc độ n giảm Vì vậy thường chi điều chỉnh tốc độ nhỏhơn tốc độ định mức Còn nếu lớn hơn thì chi điều chỉnh trong phạm virất nhỏ

Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thìmomen không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng không thay đổi (M=

1.2 Giới thiệu chung về băm xung một chiều

1.2.1 Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp

Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốnmặc dù điện thế đầu vào có thể là hằng số (ắc quy, pin) hoặc biến thiên

13

Hình 1.5 Đồ thị đặc tính cơ khi tải thay đổi

Hình 1.6 Đồ thị đặc tính khi điện áp thay đổi

(đầu ra của chỉnh lưu), tải có thể thay đổi Với một giá trị điện thế vàocho trước, điện thế trung bình đầu ra có thể điều khiến theo hai cách:

- Thay đổi độ rộng xung

- Thay đổi tần số băm xung

* Phương pháp thay đổi độ rộng xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T Giá trịtrung bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:

Ud = t1 U

T = U Trong đó đặt: = t1

T

Là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ

Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của U là rộng (0 <ra

≤ 1)

* Phương pháp thay đổi tần số băm xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi T còn t1 = const Khi đó:

U d = t1 U

T = t 1 UfNgoài ra có thể phối hợp cả hai phương pháp trên Thực tế phươngpháp biến đổi độ rộng xung được dùng phố biển hơn vì đơn giản hơn,không cần thiết bị biến tần đi kèm

Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phương pháp này gọi làPWM (Pulse Width Modulation) Theo phương pháp này tần số bămxung sẽ là hằng số, việc điều khiến trạng thái đóng mở của van dựa vàoviệc so sánh một điện áp điều khiển với một sóng tuần hoàn (thường làdạng tam giác có biên độ không đổi) Nó sẽ thiết lập tần số đóng cắt chovan, tần số đóng cắt này là không đối với dải tần từ 400Hz đến 200kHz.Khi U >U thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược lại khóa van.ct st

bởi Hans W Beck và Carl F Wheatley vào năm 1982 IGBT kết hợpkhả năng đóng cắt nhanh của Mosfet và khả năng chịu tải lớn củatransistor thường Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện

áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ

a Đặc điểm cấu tạo

IGBT rất giống với Mosfet, điểm khác nhau là có thêm lớp nối vớicollector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter (tương tự cực gốc)với collector (tương tự với cực máng), mà không phải là n-n như ởMosfet Vì thế có thể coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p vớidòng base được điều khiển bởi một Mosfet

b Điều khiển mở van, khóa van

Do cấu trúc n-p-n mà điện áp thuận giữa C và E trong chế độ dẫndòng ở IGBT thấp hơn hẳn so với Mosfet Tuy nhiên do cấu trúc này làmcho thời gian đóng cắt của IGBT chậm hơn so với Mosfet, đặc biệt là khikhóa lại Trên hình vẽ thể hiện cấu trúc tương đương của IGBT vớiMosfet và một Tranzitor p-n-p Ký hiệu dòng qua IGBT gồm hai thànhphần: i1 dòng qua Mosfet, i2 dòng qua Tranzitor Phần Mosfet trongIGBT có thể khóa lại nhanh chóng nếu xả hết được điện tích giữa G và

E, do đó dòng i1=0, tuy nhiên i2 sẽ không suy giảm nhanh chóng được

do lượng điện tích lũy trong (tương đương với bazo của cấu trúc p-n-p)chỉ có thể mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích Điều này xuất hiệnvùng dòng điện kéo dài khi khóa IGBT

15

Hình 1.8 Cấu tạo van IGBT

Quá trình mở khóa IGBT

Quá trình mở IGBT diễn ra giống quá trình này ở Mosfet khi điện ápđiều khiển vào tăng từ 0 đến giá trị Ug Trong thời gian trễ khi mở tínhiệu điều khiển nạp điện cho tụ Cgc làm điện áp giữa cực điều khiển vàemiter tăng theo quy luật hàm mũ từ 0 đến giá trị ngưỡng Uge (3 đến5V) Chỉ bắt đầu từ đó Mosfet trong cấu trúc của IGBT mới bắt đầu mở

ra Dòng điện giữa colector-emiter tăng theo quy luật tuyến tính từ 0 đếndòng tải I trong thời gian Tr Trong thời gian Tr điện áp giữa cực điều0

khiển và emiter tăng đến giá trị Uge xác định giá trị dòng I qua0

colector Do diot D còn đang dẫn dòng tải I nên điện áp Uce vẫn bị ở0 0

mức điện áp nguồn một chiều Udc Tiếp theo quá trình mờ diễn ra theo 2giai đoạn T1 và T2 Trong suốt hai giai đoạn này điện áp giữa cực điềukhiển giữ nguyên Uge để duy trì dòng Io, do dòng điều khiển hoàn toàn

là dòng phóng tụ Cgc IGBT vẫn làm việc trong chế độ tuyến tính Tronggiai đoạn đầu diễn ra quá trình khóa và phục hồi của diot

Do dòng phục hồi của diot D tạo nên xung dòng trên mức dòng I0 0

của IGBT Điện áp Uce bắt đầu giảm IGBT chuyển điểm làm việc quavùng chế độ tuyến tính để sang vùng bão hòa Giai đoạn 2 tiếp diễn quátrình giảm điện trở trong vùng thuần trở của colector dẫn đến điện trởcolector-emiter về đến giá trị Ron khi bão hòa hoàn toàn Uce= I0Ron.Sau thời gian mở Ton khi tụ C đã phóng điện xong, điện áp giữa cựcđiều khiển và emiter tiếp tục tăng theo quy luật hàm mũ với hằng số thờigian CR đến giá trị cuối cùng Ug

16

Hình 1.9 Sơ đồ thử nghiệm IGBT

Quá trình khóa IGBT

Quá trình khóa xảy ra khi điện áp điều khiển giảm từ UG xuống -UG.Trong thời gian trễ khi mà khóa td(off) chỉ có tụ đầu vào Cgc giải phóngđiện qua dòng điều khiển đầu vào với hằng số thời gian bằng CgcRg, tớimức điện áp Miller

Bắt đầu từ mức Miller điện áp giữa cực điều khiển và emiter bị giữkhông đổi do điện áp Ucc bắt đầu tăng lên và vì thế tụ Cgc sẽ bắt đầuđược nạp điện Dòng điều khiển bây giờ hoàn toàn là dòng nạp cho tụCgc do đó điện áp UGF được giữ không đổi

Điện áp Vce tăng từ giá trị bão hòa Vce, on cho tới giá trị điện ápnguồn Vdc sau khoảng thời gian trV Từ cuối khoảng trV diot D bắt0

đầu mở ra cho dòng tải I ngắn mạch qua, nên dòng collector bắt đầu0

giảm

Quá trình giảm dòng xảy ra theo hai giai đoạn, tfi1 và tfi2 Trong giaiđoạn đầu tiên, thành phần dòng i1 của MOSFET trong cấu trúc bán dẫnIGBT suy giảm nhanh về không Điện áp Vge ra ngoài mức Miller và

17

Hình 1.10 Quá trình mở khóa van IGBT

giảm về mức điện áp điều khiển ở đầu vào -VG với hằng số thời gian RG(Cge, Cgc) Ở cuối khoảng tfi1, Vge đạt mức ngưỡng khóa của Mosfet,VGE(th), tương đương với việc Mosfet hoàn toàn bị khóa.

Ở giai đoạn hai, thành phần dòng i2 của transistor p-n-p bắt đầu suygiảm Quá trình giảm dòng có thể kéo dài vì các điện tích trong lớp n -chỉ bị mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích tại chỗ

1.2.3 Sơ đồ băm xung một chiều có đảo chiều

Ở đây ta sử dụng van bán dẫn IGBT Bộ băm xung một chiều dùngvan điều khiển hoàn toàn IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp

và đảo chiều dòng điện tải

Trong các hệ truyền 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 chiềukích từ độc lập có nhu cầu đảo chiều quay

18

Hình 1.11 Quá trình khóa van IGBT

Các van IGBT làm nhiệm vụ khóa không tiếp điểm Các diot Đ , Đ ,1 2

Đ3, Đ dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá4

trình hãm tái sinh

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

Hình 1.12 Sơ đồ mạch lực

a Phương pháp điều khiển độc lập

Nếu ta muốn động cơ chạy theo chiều nào thì ta sẽ chỉ cho một cặpvan chạy, cặp còn lại sẽ khóa

+ Muốn cho động cơ quay thuận cho S , S dẫn S , S nghỉ.1 2 3 4

+ Muốn cho động cơ quay nghịch cho S , S nghỉ S , S dẫn.1 2 3 4

b Phương pháp điều khiển riêng

19

Hình 1.13 Biểu đồ dạng áp và sóng trên tải phương pháp điều khiển riêng Chế độ hoạt động:

+Trong khoảng 1: S và S được kích dẫn, S và S được kích tắt,1 2 3 4

động cơ được nối với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax.+Trong khoảng 2: S và S được kích tắt, S và S được kích dẫn,1 2 3 4

nhưng do tải có tính cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua

D3 và D về nguồn, S và S bị đạt điện áp ngược bời hai diot D và D4 3 4 3 4

nên khoá, dòng id giảm từ Imax về 0

+Trong khoảng 3: S và S được kích dẫn, điện áp đặt lên động cơ là3 4

U, dòng i tăng theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Id min theo chiềudương)

+Trong khoảng 4: S và S được kích tắt, S và S được kích dẫn,3 4 1 2

nhưng do trước đó dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng i tiếpd

tục chảy theo chiều cũ, khép mạch qua các diot D và D về nguồn; S1 2 1

20

và S bị đặt điện áp ngược bởi hai diot D và D phân cực thuận nên2 1 2

khoá, do đó i giảm theo chiều ngược lại từ Id min về 0

c.Phương pháp điều khiển không đối xứng

Giả sử động cơ quay theo chiều thuận (động cơ sẽ làm việc ở gócphần tư thứ 1 thứ 2) tương ứng với cặp van S , S làm việc, S luônvà 1 2 3

bị khoá S được đóng mở ngược pha với S 4 1

Bộ băm xung một chiều có 3 trạng thái làm việc:

* Trạng thái 1: E>Et

Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ nhất Năng lượng cấp cho động

cơ được cấp từ nguồn thông qua các van S , S dẫn trong khoảng 0 ÷ t11 2

Trong khoảng t ÷T: Năng lượng tích trữ trong điện cảm sẽ duy trì cho1

dòng điện theo chiều cũ và khép mạch qua S , Đ2 4

* Trạng thái 2: E<Et

Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ 2 (chế độ hãm)

+Trong khoảng 0÷ t : Động cơ trả năng lượng về nguồn thông qua các1

diot Đ , Đ (IĐ1 2 1=IĐ =It)2

+Trong khoảng t1÷T: S dẫn, dòng tải khép mạch qua Đ , S4 2 4

+Trong khoảng t0÷t1: E>Et: Động cơ làm việc ở chế độ động cơnăng lượng từ nguồn qua S , S cấp cho động cơ1 2

+Trong khoảng t1÷t2: S khóa, S mở: Năng lượng tích luỹ trong điện1 4

cảm sẽ cấp cho động cơ và duy trì dòng điện qua Đ , Đ2 4

+Trong khoảng t2÷T: Khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết, suấtđiện động động cơ sẽ đảo chiều dòng điện và dòng tải sẽ khép mạch qua

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Qua phân tích mạch lực ta thấy

Dòng điện trung bình chạy qua diot

Với giá trị dòng định mức động cơ là Iđm=217A

Chọn chế độ làm mát là van có cánh tỏa nhiệt với đủ diện tích bề mặt

và có quạt thông gió, khi đó cho dòng điện làm việc cho phép chạy quavan tới 50% Iđm

Lúc đó dòng chạy qua van cần chọn:

Iđmv=Ki.Imax=217/0,5=434(A)

Qua các biểu đồ: Điện áp ngược cực đại đặt trên mỗi van (bỏ qua sụtáp) trên mỗi van là U=400V

Chọn hệ số quá điện áp Ku=2,5 → Ungv=2,5.400=1000(V)

→ Chọn 4 diot loại IN2455R có các thông số sau:

Bảng 2.1 Thông số diot IN2455R

23

Hình 2.1 Mạch động lực đơn giản Hình 2.2 Mạch cấp nguồn một chiều cho động cơ