Từ khi phát minh ra động cơ điện, với nhiều tính ưu việt nó dần ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp lẫn dân dụng. Có thể dễ dàng thấy sự xuất hiện của động cơ này trong thực tế. Sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã phát minh ra nhiều loại động cơ để ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của con người. Và sự phát triển này cũng đòi nhiều yêu cầu khắt khe hơn dặc biệt trong công nghiệp như vận hành động cơ trong môi trường khắc nhiêt, dễ cháy nổ, yêu cầu nghiêm ngặt về chế độ vận hành, điều chỉnh ổn định ở vùng tốc độ cao,…Vì vậy động cơ một chiều không chổi than ra đời thỏa mãn những lí do trên. Với nhiều ưu điểm vượt trội như ít gây ồn, làm việc trong môi trường dễ cháy nổ, ít phải bảo dưỡng, hiệu suất cao, tiết kiệm không gian…Hơn nữa với sự phát triển của vi xử lí cùng với công nghệ bán dẫn khiến động cơ một chiều không chổi than dần trở thành xu hướng phát triển của tương lai.Tuy nhiên, vẫn còn vài nhược điểm còn tồn tại. Đó là khó mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và hiện tượng nhấp nhô momen. Do đó để nghiên cứu giải quyết các nhược điểm cần có 1 hệ thống thí nghiệm hoàn chỉnh đặc biệt với động cơ công suất lớn. Do đó em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển động cơ một chiều không chổi than 30 kW” làm đồ án tốt nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN 30KW Trưởng bộ môn : TS. Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : Th.S Võ Duy Thành Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tuấn Anh Lớp : TĐH1 - K50 MSSV : 20050093 Hà nội, 6-2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Khóa Khoa/Viện Ngành 1. Đầu đề thiết kế: 2. Các số liệu ban đầu: 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): 5. Họ tên cán bộ hướng dẫn: 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7. Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm …. Trưởng bộ môn ( Ký, ghi rõ họ, tên) Cán bộ hướng dẫn ( Ký, ghi rõ họ, tên) Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày…. tháng …. năm 2010 Người duyệt ( Ký, ghi rõ họ, tên) Sinh viên ( Ký, ghi rõ họ, tên) LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển động cơ 1 chiều không chổi than 30KW do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S Võ Duy Thành. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế. Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Hà Nội, ngày 29 tháng 05 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Anh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Từ khi phát minh ra động cơ điện, với nhiều tính ưu việt nó dần ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp lẫn dân dụng. Có thể dễ dàng thấy sự xuất hiện của động cơ này trong thực tế. Sự phát triển của khoa học kĩ thuật đã phát minh ra nhiều loại động cơ để ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của con người. Và sự phát triển này cũng đòi nhiều yêu cầu khắt khe hơn dặc biệt trong công nghiệp như vận hành động cơ trong môi trường khắc nhiêt, dễ cháy nổ, yêu cầu nghiêm ngặt về chế độ vận hành, điều chỉnh ổn định ở vùng tốc độ cao,…Vì vậy động cơ một chiều không chổi than ra đời thỏa mãn những lí do trên. Với nhiều ưu điểm vượt trội như ít gây ồn, làm việc trong môi trường dễ cháy nổ, ít phải bảo dưỡng, hiệu suất cao, tiết kiệm không gian…Hơn nữa với sự phát triển của vi xử lí cùng với công nghệ bán dẫn khiến động cơ một chiều không chổi than dần trở thành xu hướng phát triển của tương lai. Tuy nhiên, vẫn còn vài nhược điểm còn tồn tại. Đó là khó mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và hiện tượng nhấp nhô momen. Do đó để nghiên cứu giải quyết các nhược điểm cần có 1 hệ thống thí nghiệm hoàn chỉnh đặc biệt với động cơ công suất lớn. Do đó em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển động cơ một chiều không chổi than 30 kW” làm đồ án tốt nghiệp Đồ án tốt nghiệp gồm có các nội dung chính sau : Chương 1: Giới thiệu chung về động cơ một chiều không chổi than Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển và tổng hợp các bộ điều chỉnh Chương 3: Áp dụng thuật toán dịch pha để nâng cao dải điều chỉnh tốc độ Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ một chiều không chổi than 30KW Chương 5: Thiết kế phần mềm điều khiển Chương 6: Chế tạo và chạy thử Sau một thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn. Tuy nhiên do hạn chế kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế bản thân nên đồ án còn nhiều chỗ thiếu sót, kính mong các thầy cô chỉ bảo để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin cám ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện nhiệt tình của các anh trên phòng thí nghiệm tự động hóa –Hitech, các thầy cô giáo trong bộ môn, và đặc biệt là sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn là ThS. Võ Duy Thành Hà Nội, ngày tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện Nguyễn Tuấn Anh CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN 1.1.Giới thiệu chung Động cơ một chiều có nhiều ưu điểm như: có thể điều khiển tốc độ dễ dàng, đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng… Tuy nhiên, nó cũng tồn tại một số hạn chế, trong đó có việc hạn chế do sự chuyển mạch bằng cơ cấu chổi than- vành góp khiến phát sinh ra tiếng ồn và tia lửa điện nên hạn chế làm việc trong các môi trường làm việc đặc biệt và hoạt động ở tốc độ cao. Do đó, để có thể sử dụng được các ưu điểm mà động cơ một chiều đem lại cũng như hạn chế một số các nhược điểm về chuyển mạch của nó, người ta đã chế tạo ra động cơ một chiều không chổi than (tiếng anh gọi là: Brushless DC motor, gọi tắt là động cơ BLDC). Do việc không dùng chổi than nên động cơ BLDC không bị giới hạn bởi sự chuyển mạch như ở động cơ một chiều. Động cơ này có nhiều ưu điểm hơn động cơ một chiều, trong đó có thể kể tới là: -Thời gian hoạt động dài, bền: do sử dụng bộ chuyển mạch điện tử động cơ BLDC không phải thường xuyên bảo dưỡng như động cơ một chiều -Trong quá trình hoạt động, động cơ BLDC không gây ra nhiễu trong quá trình chuyển mạch, do đó nó có thể được đặt trong môi trường dễ cháy nổ. Đồng thời, việc không cần chuyển mạch bằng chổi than- vành góp nên sẽ giúp giảm thiểu được rất nhiều tiếng ồn khi vận hành, giúp cải thiện môi trường làm việc. -Dải tốc độ rộng: vùng tốc độ cao đạt tới 100.000 vòng/phút trong khi ở động cơ một chiều chỉ khoảng 10.000 vòng/phút. Tuy vậy, động cơ BLDC vẫn còn tồn tại 2 nhược điểm lớn: nhấp nhô mô và hoạt động trong vùng tốc độ trên định mức. Để có thể hiểu rõ hơn về các ưu điểm của động cơ BLDC, xin được trình bày cả cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ một chiều dùng chổi than, để từ đó có cơ sở để so sánh và thấy được ưu điểm nổi trội của loại động cơ này. 1.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều dùng chổi than 1.2.1.Cấu tạo của động cơ một chiều dùng chổi than [...]... NGUỒN CHỔI THAN Hình 1.1 Cấu tạo động cơ một chiều có chổi than Kết cấu của động cơ một chiều dùng chổi than có thể được chia làm hai phần chính: Rotor và Stator 1.Stator: là bộ phận đứng yên của động cơ, bao gồm: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, cơ cấu chổi than và nắp máy 2.Rotor: là phần ứng, bao gồm lõi thép phần ứng, dây quấn phần ứng và cổ góp 1.2.2 Nguyên lý hoạt đồng của động cơ một chiều. .. 1.5.So sánh động cơ BLDC với một số động cơ khác Bảng 1.3.So sánh giữa 1 động cơ BLDC với 1 động cơ DC chổi than Đặc điểm Động cơ BLDC Động cơ DC chổi than Chuyển mạch chuyển mạch điện tử trên cơ sở các cảm biến vị trí chuyển mạch bằng chổi than Bảo dưỡng Ít yêu cầu do không dùng chổi than Yêu cầu bảo dưỡng định kì Thời gian làm việc Dài hơn Ngắn hơn Đặc tính cơ Êm-cho phép hoạt động ở tất cả các tốc độ... ở chổi than khi chuyển mạch sinh ra nhiễu điện ảnh hưởng tới các thiết bị xung quanh Giá chế tạo Cao hơn-vì nó có nam châm vĩnh cửu Thấp Điều khiển phức tạp và đắt Đơn giản và rẻ Các yêu cầu điều khiển Luôn phải duy trì hoạt động của bộ điều khiển vì nếu thiếu thì động cơ không thể quay được Chỉ cần tới bộ điều khiển khi cần thay đổi tốc độ động cơ trong quá trình làm việc Bảng 1.4.So sánh 1 động cơ. .. Kết luận: Chương 1 đã làm rõ các vấn đề cơ bản về cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ động cơ BLDC Qua đó, làm rõ những ưu điểm nổi bật của động cơ BLDC CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH 2.1.Xây dựng mô hình toán học động cơ BLDC 2.1.1.Mô hình toán học của động cơ Hình 2.1.Mô hình toán học động cơ BLDC Stator động cơ có ba cuộn dây được cấp nguồn bởi điện... trên và động cơ sẽ chạy ở tốc độ định mức với giả thiết là điện áp cấp cho động cơ là điện áp định mức, không kể tổn thất điện áp rơi trên các van và dây dẫn Để điều khiển động cơ quay theo tốc độ mong muốn, có thể làm hai cách:cách thứ nhất sử dụng một van công suất để điều khiển dòng điện một chiều chảy vào bộ nghịch lưu,cách thứ hai là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung 1.5.So sánh động cơ BLDC... công suất ra/kích thước cơ cấu Quán tính Rotor Thấp, bởi vì có các nam châm vĩnh cửu trên roto Điều này làm tăng sự linh hoạt trong điều khiển động cơ Quán tính roto cao hơn nó giới hạn các đặc tính động lực học Dải tốc độ Cao hơn-do không bị hạn chế bởi sự chuyển mạch cơ khí như động cơ một chiều thông thường Thấp hơn-do hạn chế về chuyển mạch bằng cơ cấu chuyển mạch chổi than- vành góp Sự phát sinh... thanh dẫn được đổi chiều đúng lúc, tạo ra momen quay cùng chiều với momen quay trước khi đảo chiều dòng điện, nhờ đó mà khung dây vẫn tiếp tục được quay Các vòng dây được quấn trong các rãnh của Rotor cũng tương tự như các khung dây, chúng được lực điện từ tác động vào khiến quay quanh trục làm cho Rotor quay theo, tạo ra chuyển động quay của động cơ 1.3.Cấu tạo của động cơ BLDC Động cơ một chiều không. .. chiều không chổi than có cấu tạo rất khác so với động cơ một chiều thông thường: thay vì dùng bộ chuyển mạch cơ khí bằng chổi than- vành góp thì động cơ BLDC dùng bộ chuyển mạch điện tử Về cấu trúc, động cơ BLDC bao gồm các bộ phận: Stator, Rotor, cảm biến vị trí và bộ chuyển mạch điện tử Trong đó, Stator và Rotor nằm trong động cơ, bộ cảm biến vị trí thường được gắn đồng trục bên trong vỏ động cơ còn bộ... hình động cơ dưới dạng toán học 2.1.2.Momen điện từ của động cơ BLDC Công suất điện cấp cho động cơ: Pđ= Ea.ia+ Eb.ib+ Ec.ic Công suất cơ sinh ra ở đầu trục động cơ: Pc= Với M là momen điện từ và M ω là tốc độ của động cơ Bỏ qua tổn thất trong động cơ, ta sẽ có phương trình cân bằng: P đ= Pc Do đó ta có momen điện từ của động cơ là: M= Ea.ia + Eb.ib + Ec.ic ω (2.4) 2.1.3 Phương trình động học của động cơ. .. trúc động cơ BLDC 2.2.Xây dựng mô hình một pha pha mô phỏng hoạt động của đông cơ BLDC 2.2.1.Mô hình một pha của động cơ BLDC: Do Stator của động cơ BLDC có ba cuộn dây nên để đơn giản hóa trong việc điều khiển động cơ BLDC, từng cuộn dâythường được tách ra để phân tích, xây dựng mô hình điều khiển cho từng pha rồi sau đó ghép vào và tìm cách chỉnh định Hình 2.4 mô tả mạch điện tương đương một pha động . than STATOR ROTOR CHỔI THAN NGUỒN Hình 1.1 Cấu tạo động cơ một chiều có chổi than Kết cấu của động cơ một chiều dùng chổi than có thể được chia làm hai phần chính: Rotor và Stator. 1.Stator:. nhưng vì hoạt động của động cơ BLDC gắn liền với bộ này nên ta có thể coi nó như một phần của động cơ. 1.3.1. Stator của động cơ BLDC Stator của động cơ BLDC được ghép từ các lá thép kĩ thuật điện. mạch điện tử. Về cấu trúc, động cơ BLDC bao gồm các bộ phận: Stator, Rotor, cảm biến vị trí và bộ chuyển mạch điện tử. Trong đó, Stator và Rotor nằm trong động cơ, bộ cảm biến vị trí thường được