Nguyenvanbientbd47@gmail.com Chơng Các phơng pháp điều khiển động chiều 1.1 Khái niệm chung Điều khiển tốc độ yêu cầu cần thiết tất yếu máy sản xuất Ta biết hầu hết máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn tốc độ khác để tối u hoá trình sản xuất Muốn có đợc tốc độ khác máy ta thay đổi cấu trúc học máy nh tỉ số truyền thay đổi tốc độ động truyền động khảo sát theo phơng pháp thay đổi tốc độ động truyền động Tốc độ làm việc động ngời điều khiển quy định đợc gọi tốc độ đặt Trong trình làm việc, tốc độ động bị thay đổi tốc độ động phụ thuộc nhiều vào thông số nguồn, mạch tải nên thông số thay đổi tốc độ động bị thay đổi theo Tình trạng gây sai số tốc độ không cho phép Để khắc phục ngời ta dùng phơng pháp ổn định tốc độ Độ ổn định tốc độ ảnh hởng quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm vi điều chỉnh tốc độ) khả tải động Độ ổn định cao giải điều chỉnh có khả mở rộng mômen tải lớn Có nhiều phơng pháp để điều chỉnh tốc độ động nh: ã Điều chỉnh tham số ã Điều chỉnh điện áp nguồn ã Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ đề cập đến phơng pháp điều khiển tốc độ động chiều 1.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại phơng trình động chiều Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Cấu tạo 1.2.1 Cấu tạo động điện gồm stator, rotor vµ hƯ thèng chỉi than - vµnh gãp Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích) gồm bối dây đặt rÃnh lõi sắt Số lợng cực từ phụ thuộc tốc độ quay Đối với động công suất nhỏ ngời ta kích từ nam châm vĩnh cửu Rôtor (còn gọi phần ứng) gồm thép kỹ thuật điện ghép lại có rÃnh để đặt phần tử dây quấn phần ứng Điện áp chiều đợc đa vào phần øng qua hƯ thèng chỉi than - vµnh gãp KÕt cấu giá đỡ chổi than có khả điều chỉnh áp lực tiếp xúc tự động trì áp lực tuỳ theo độ mòn chổi than Chức chổi than - vành góp để đa điện áp chiều vào cuộn dây phần ứng đổi chiều dòng điện cuộn dây phần ứng Số l−ỵng chỉi than b»ng sè l−ỵng cùc tõ ( mét nửa có cực tính dơng nửa có cực tính âm) 1.2.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp kích từ Uk dây quấn kích từ xuất dòng kích từ ik mạch từ máy có từ thông Tiếp đặt giá trị điện áp U lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dòng điện i chạy qua Tơng tác dòng điện phần ứng từ thông kích thích tạo thành mômen điện từ Giá trị mômen điện từ đợc tính nh sau: m= p.n I = kI a Trong p: số đôi cực động n: số dẫn phần ứng dới cực từ a: số mạch nhánh song song dây quấn phần ứng k: hệ số kết cấu máy Và mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục 1.2.3 Phân loại động chiều Căn vào phơng pháp kích từ ngời ta chia động điện chiều loại nh sau: - Động điện chiều kích từ nam châm vĩnh cửu Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com - Động điện chiều kích từ độc lập nghĩa phần ứng phần kích từ đợc cung cấp hai nguồn riêng rẽ Hình 1.1 - Động điện mét chiỊu kÝch tõ nèi tiÕp: cn d©y kÝch thÝch đợc mắc nối tiếp với phần ứng - Động ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ song song: cn d©y kÝch thích đợc mắc song song với phần ứng - Động điện chiều kích từ hỗn hợp: gồm có hai cuộn dây kích thích, cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, cuộn lại mắc song song với phần ứng Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com 1.2.4 Các phơng trình máy điện chiều Điện áp phần ứng: E=K Sức điện động phần ứng: Mômen phần ứng: Công suất điện từ Từ thông kích từ: Trong đại lợng: I , I t : dòng điện phần ứng dòng điện kích từ U: ®iƯn ¸p cđa l−íi ®iƯn mét chiỊu E: Søc ®iƯn động cảm ứng cuộn dây rôtor quay từ trờng cuộn dây kích từ tạo R : điện trở phần ứng động ®iƯn mét chiỊu Φ[ Wb] : tõ th«ng kÝch thÝch động M [ Nm ] : mômen phần ứng động n(vòng/phút): tốc độ quay động K1 , K , K : số tỷ lệ 1.3 Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Từ phơng trình ta thấy có nhiều phơng pháp điều khiển tốc độ động điện chiều Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com để cập đến phơng pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều cách điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động điện Về nguyên tắc, phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cách ®iỊu chØnh ®iƯn ¸p ngn cung cÊp cã thĨ sư dụng cho động chiều động không đồng Tuy nhiên thực tế đợc sử dụng chủ yếu cho động điện chiều kích từ độc lập Điều đợc rút từ phơng trình đặc tính động điện chiỊu kÝch tõ ®éc lËp ω= U R − + R p− − M kΦ (kΦ ) Trong ®ã: Rvà Rp : điện trở phần ứng điện trở phụ mắc nối tiếp phần ứng k : hằn M : mô : từ t U : điện Từ phơng trình ta thấy R, Rp, M, k, không đổi, ta thay đổi U tốc độ góc động thay đổi 1.3.1 Điều chỉnh tốc độ động sử dụng chỉnh lu bán dẫn Để thực phơng pháp điều chỉnh này, cần phải có nguồn cung cấp mà điện áp thay đổi đợc để cung cấp cho phần ứng động Các nguồn điện áp thờng đợc tạo chỉnh lu bán dẫn có điều khiển (Thysistor) điều khiển (điôt) Điểu chỉnh điện áp phần ứng điều chỉnh điện áp chỉnh lu điôt Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.5 Điều chỉnh điện áp phần ứng chỉnh lu có điều khiển Hình 1.6 Sơ đồ 1.5 muốn thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động ta phải sử dụng điều chỉnh điện áp Sơ đồ 1.6 điện áp đặt lên phần ứng ®éng c¬ phơ thc gãc më cđa Thysistor cđa bé chỉnh lu có điều khiển 1.3.2 Điều chỉnh tốc độ động sử dụng thiết bị điều chỉnh xung áp Phơng pháp điều chỉnh đóng ngắt động vào nguồn cung cấp cách có chu kỳ Khi đóng động vào nguồn cung cấp, lợng đợc đa từ nguồn vào động Năng lợng phần chủ yếu đợc truyền qua trục động cơ, phần lại đợc tích dạng động lợng điện từ Khi ngắt động khỏi nguồn hệ truyền động tiếp tục làm việc nhờ lợng tích luỹ Sơ đồ điều chỉnh xung áp ĐCMC kích từ độc lập Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý sơ đồ tơng đơng điều chỉnh xung áp Hình 1.8: Biểu đồ thời gian điện áp dòng điện Trong hệ thống nhờ khoá chuyển đổi K (có thể chuyển mạch khí hay chuyển mạch điện từ) Mà phần ứng động đợc đóng, ngắt cách có chu kỳ vào nguồn điện chiều có điện áp không đổi Trong khoảng thời gian t1 khoá K đóng, động đợc cấp nguồn, bỏ qua sụt áp khoá K Ut = U Trong khoảng thời gian t2 khoá K ngắt Do ảnh hởng điện cảm phía chiều (điện cảm phần ứng động điện cảm phần lọc có) dòng điện iu tiếp tục chảy qua điôt D Điện áp Ut giai đoạn sụt áp thuận điôt nhng ngợc dấu Ut = UD Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Từ đồ thị hình 1.8 ta thấy trị số trung bình dòng điện phần ứng itb định tốc độ động Do đó, để thay đổi tốc độ động cần thay đổi trị số dòng điện trung bình phần ứng itb Để thay đổi dòng điện trung bình itb thay đổi t1 thay đổi t2 thay đổi t1 t2 Nếu giữ nguyên chu kì đóng ngắt khoá (Tck = const) thay đổi t1 ta có phơng pháp điều chỉnh xung theo độ rộng Nếu giữ nguyên thời gian đóng khoá (t1= const) thay đổi t2 ta có phơng pháp điều chỉnh tần số xung Phơng pháp biến đổi độ rộng xung đợc sử dụng phổ biến cho phạm vi điều chỉnh rộng Phơng pháp điều chỉnh tần số xung có sơ đồ đơn giản nhng phạm vi điều chỉnh hẹp tăng t2 lớn Tck nghĩa thực chất ý nghĩa điều chỉnh xung không 1.3.3 Phơng pháp điều chỉnh điện áp chiều có đổi chiều quay Khi điều chỉnh tốc độ động điện mét chiỊu, ng−êi ta thùc hiƯn ®ỉi chiỊu quay cđa theo nhiều cách khác Nếu chiều dòng ®iƯn kÝch tõ cè ®Þnh ®Ĩ ®ỉi chiỊu quay cđa động phải đổi cực tính điện áp nguồn đặt vào phần ứng Cũng giữ nguyên điện áp cực tính phần ứng nhng đổi chiều dòng kích từ Sơ đồ nguyên lý thực đảo chiều động điện chiều kích từ độc lập theo phơng pháp thay đổi cực tính điện áp đặt vào phần ứng động Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.9 Trong phơng pháp điều khiển cặp van K1 K3, K2 K4 thay đóng ngắt Thực đảo chiều cách : thời gian t1 cho K1 K3 đóng(K2 K4 ngắt) đầu A phần ứng đợc nối với dơng nguồn, đầu B đợc nối với âm nguồn Trong khoảng thời gian t2 cho K2 K4 đóng (K1 K3 ngắt) đầu B phần ứng đợc nối với dơng nguồn đầu A phần ứng đợc nối với âm nguồn Khi điện áp trung bình phần ứng động là: U tb = U(t t ) Tck t1 = Tck Đặt: Ut Nh ta thấy cách biến đổi ( thực chất biến đổi t1 t2) ta thấy biến đổi đợc trị số Utb mà thay đổi đợc dấu nh ta điều chỉnh đợc tốc độ động mà thực đảo chiều quay 1.4 Một số phơng pháp điều khiển tốc độ dùng Transistor Thyristor 1.4.1 Phơng ¸n ®iỊu khiĨn dïng Transistor Khi ®iỊu khiĨn tèc ®é động công suất nhỏ điện áp phần ứng nhỏ ngời ta thờng dùng sơ đồ điều khiển Transistor việc điều khiển Transistor dễ dàng tiện lợi, mạch điều khiển đơn giản, độ tin cậy cao, đặc biệt sử dụng phơng pháp điều khiển xung Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com 1.4.1.1 Phơng án điều khiển tốc độ động chiều không đảo chiều quay dùng Transistor Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động chiều không đảo chiều quay dùng Transistor T1 đóng vai trò tầng khuếch đại sơ mắc theo kiểu Colletor chung (mạch lặp Emitor) T2 T3 tầng khuếch đại công suất mắc theo kiểu Darlington để có công suất lớn Chức mạch T2 định T3 có tác dụng khuếch đại dòng điện Nguyên lý hoạt động: có xung có điều khiển Uv đa vào bazơ T1 tạo thiên áp cho T1 T1 mở Tín hiệu emitor T1 đa vào bazơ T2 làm cho T2 T3 làm việc dẫn đến điện áp phần ứng động đợc khuếch đại lên Xung điều khiển thay đổi cách điều chỉnh tần số xung (độ rộng xung) dẫn đến Ube T1 thay đổi làm cho Uce T1 thay đổi theo, qua khuếch đại công suất T2 T3 làm cho điện áp đặt vào phần ứng động chiều thay đổi, tốc độ động thay đổi 1.4.1.2 Phơng án điều khiển có đảo chiều quay Nguyên lý làm việc: ë chÕ ®é quay thn: Ng−êi ta ®−a xung ®iỊu khiển Udk1 vào cực bazơ T1 T4 lúc Transistor T1 T4 mở có dòng điện từ dơng nguồn qua T1 đến phần ứng động qua T4 âm nguồn, động quay theo chiều thuận Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động chiều có đảo chiều quay chế độ quay ngợc: Transistor khoá, để động quay ngợc lại ngời ta đa xung điều khiển Udk2 vào cực bazơ T2 T3 dẫn đến hai Transistor T2 T3 mở, dòng điện từ dơng nguồn qua T2 đến phần ứng động qua T3 âm nguồn Động quay theo chiều ngợc lại Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động dùng Transistor khuếch đại thuật toán Hình 1.12 mô tả mạch điều khiển tốc độ động chiều có đảo chiều quay dùng khuếch đại thuật toán đèn bán dẫn công suất Mạch gồm tầng khuếch đại ã Tầng tầng khuếch đại điện áp đầu vào sử dụng khuếch đại thuật toán 741 ã Tầng tầng khuếch đại công suất dùng T1, T2, T3, T4 ghép kiểu Darlington Điện áp cung cấp cho tầng khuếch đại công suất 12 V Mạch phản hồi âm đợc báo từ đầu cuối khuếch đại thuật toán D1, D2 điôt ổn định điện áp cho khuếch đại thuật toán Tụ C1và C2 với R10 có tác dụng lọc thành phần xoay chiều động làm việc chế ®é m¸y ph¸t ph¸t ta ®ỉi chiỊu quay Rf điện trở mạch phản hồi Nguyên lý hoạt động: Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Khi Udk có cực tính dơng chân khuếch đại thuật toán có điện áp âm đặt vào bazơ T1 T2 T1 loại npn T2 loại pnp T1 khoá T2 dẫn Khi T2 dẫn âm nguồn (-12V) qua R5, qua T2 ( lúc dẫn) đặt vào bazơ T3 T4 Cũng T3 loại npn, T4 loại pnp T3 bị khoá T4 dẫn Do T2 T4 dẫn nên có dòng điện từ qua động qua T4 âm nguồn (-12V) động quay theo chiều định Đây sơ đồ mạch phản hồi âm điện áp Nguyên tắc giữ ổn định tốc độ nh sau: Giả sử tốc độ động giảm dòng điện Id tăng làm điện áp đầu UR giảm Thông qua điện trở phản hồi Rf điện đầu vào chân khuếch đại thuật toán tăng lên U2 = Udk - UR mà Udk = cosnt nên UR giảm U2 tăng Khi điện áp đầu vào khuếch đại thuật toán tăng điện áp đầu tăng theo làm cho UR tăng UR tăng làm cho tốc độ động tăng lên Ngợc lại Udk có cực tính âm đầu có điện áp dơng đặt vào bazơ T1 T2 Lúc T1 T3 dẫn T2 va T4 khoá, có dòng từ dơng nguồn (+12V) qua T3 qua động làm cho động quay theo chiều ngợc lại Quá trình tự động giữ ổn định tốc độ động giống nh 1.4.2 Phơng án ®iỊu chØnh dïng Thyristor Khi ®iỊu khiĨn ®éng c¬ cã công suất lớn điện áp phần ứng cao ngời ta cịng cã thĨ dïng Transistor nh−ng ph¶i sư dơng Transistor đặc biệt dùng với điện áp cao dòng điện lớn Tuy nhiên phơng án dùng Thyristor bị hạn chế giá thành linh kiện đắt Khi điều khiển động có điện áp phần ứng lớn lúc dùng Transistor không hợp lý ta phải sử dụng phơng pháp điều khiển dùng Thyristor Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động chiều kích từ độc lập quay theo chiều cố định dùng điôt Thyristor Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình1.13 - Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động chiều dùng điôt Thyristor Trong đó: D1, D2, D3, D4 làm thành mạch chỉnh lu hai nửa chu kì L D5 có tác dụng san dòng điện Thyristor T có tác dụng điều chỉnh điện áp chỉnh lu Hà Ngọc Thắng ... phơng pháp điều khiển xung Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com 1. 4 .1. 1 Phơng án điều khiển tốc độ động chiều không đảo chiều quay dùng Transistor Hình 1. 10: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển... Udk1 vào cực bazơ T1 T4 lúc Transistor T1 T4 mở có dòng điện từ dơng nguồn qua T1 đến phần ứng động qua T4 âm nguồn, động quay theo chiều thuận Hà Ngọc Thắng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Hình 1. 11: ... chỉnh xung không 1. 3.3 Phơng pháp điều chỉnh điện áp chiỊu cã ®ỉi chiỊu quay Khi ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu, ng−êi ta thùc hiƯn ®ỉi chiỊu quay cđa nã theo nhiỊu c¸ch kh¸c NÕu chiều