Thiết kế bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ truyền động........ trong ôtô

Thiết kế bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ truyền động........ trong ôtô

+V 15V + TL084 +V -15V R10 .5k S J CP K R Q _ Q TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nhóm sinh viên thực hiện: Lớp : Ngành đào tạo Tên đề tài : Thiết kế bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ truyền động trong ôtô. *Số liệu cho trước: - Thông số động cơ một chiều P=1kw, U=48V, n =1000vòng/phút. * Chế độ tĩnh: - Yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ D = 30/1; sai lệch tĩnhS t ≤ 3% * Chế độ động: - Với đặc tính dòng quá độ: + Thời gian quá độ t qđ ≤ 3s + Lượng quá điều chỉnh δ max ≤ 25%. - Với đặc tính tốc độ quá độ: + Thời gian quá độ t qđ ≤ 2s + Lượng quá điều chỉnh δ max ≤ 30%. 1 1 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. *Nội dung cần hoàn thành: 1.Phân tích yêu cầu công nghệ của hệ thống 2.Thiết kế hệ thống : -Thiết kế mạch lực -Thiết kế mạch điều khiển 3.Phân tích và hiệu chỉnh hệ thống -Phân tích các tiêu chuẩn của hệ thống -Nếu các tiêu chuẩn không thoả mãn thì sử dụng các bộ điều chỉnh phụ trợ để hiệu chỉnh cho thoả mãn các tiêu chuẩn của hệ thống Giáo viên hướng dẫn Ngày giao đề : 10 tháng 4 năm 2006 Ths Nguyễn Phương Thảo Ngày hoàn thành:3 tháng 6 năm 2006 Ngày …tháng… năm2006 Chủ nhiệm bộ môn 2 2 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………… Giáo viên hướng dẫn: 3 3 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. Lời nói đầu Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế đất nước, ngày càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Trong giao thông việc sử dụng đông cơ xăng, điezen ngày càng có xu hướng giảm vì: Tiêu hao nhiều năng lượng, gây ô nhiễm môi trường… Từ đó đòi hỏi sự thay thế các loại động cơ trên bằng động cơ điện là rất cần thiết. Ngày nay với sự bùng nổ tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điều chỉnh tự động đã đáp ứng được những yêu cầu trên. Trước hết là phải kể đến các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gọn nhẹ, độ tác động nhanh. Do đó, người ta đã chế tạo ra bộ điều chỉnh động cơ được dùng trong lĩnh vực giao thông. Đó là thiết bị băm điện áp được sử dụng nhiều trong truyền động đầu máy chạy điện trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe vận chuyển hàng trong nhà máy, trên bến cảng… Trong nội dung đề tài này chúng em đưa ra bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ trong ôtô điện. Vì bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều có sơ đồ điều khiển đơn giản tin cậy dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô. Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng do kiến thức có hạn nên không thể tránh khỏi một số hạn chế nhất định, mong các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. 4 4 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. Cấu trúc và nội dung chính của đề tài : Chương1: Phân tích yêu cầu của hệ thống(mô tả khái quát nguyên lý hoạt động của ôtô du lịch 4 chỗ của hãng TOYOTA) Chương2: Tổng quan về động cơ điện một chiều (đặc tính truyền động và phương pháp điều chỉnh tốc độ) Chương3: Thiết kế hệ thống Chương4: Phân tích và hiệu chỉnh hệ thống CHƯƠNG1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG 1. Vai trò và ứng dụng của động cơ điện trong lĩnh vực giao thông. Vấn đề ứng dụng của động cơ điện nói chung trong truyền động điện sản xuất cũng như ở đầu máy kéo là được sử dụng rộng rãi. Hiện nay trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, thì động cơ KĐB là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhờ tính kinh tế, dễ chế tạo, chi phí vận hành bảo dưỡng sửa chữa thấp . Tuy nhiên, trong một số lĩnh vực nhất định đòi hỏi yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, về khả năng quá tải, thì bản thân động cơ KĐB không thể đáp ứng được hoặc nếu thực hiện được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần .) rất đắt tiền. Vì vậy, động cơ điện một chiều hiện tại vẫn là loại động cơ không thể thay thế được trong những lĩnh vực nói trên. Ứng dụng phổ biến của động cơ điện một chiều hiện nay trong các ngành sản xuất như hầm mỏ, khai thác quặng, máy xúc và đặc biệt là trong các đầu máy kéo tải ở lĩnh vực giao thông. Đó là nhờ hai đặc điểm quan trọng ưu việt của nó là :  Khả năng điều chỉnh tốc độ tốt. 5 5 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học.  Khả năng quá tải tốt. Đặc biệt ở loại động cơ kích thích nối tiếp và hỗn hợp. Ngoài hai đặc tính cơ bản trên, thì cầu trúc mạch lực và mạch điều khiển động cơ điện một chiều đơn giản hơn nhiều so với động cơ KĐB, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh rộng. Thực tế là ở các nước phát triển, việc dùng động cơ điện thay thế cho các loại động cơ điêzen hoặc xăng là phổ biến. Đó cũng là xu thế chung đối với toàn thế giới trong tương lai. Một mặt là vì có nguồn điện rộng rãi, tiến bộ nhảy vọt về công nghệ bán dẫn cho phép chế tạo được nhiều bộ biến đổi điện năng gọn nhẹ, khả năng giới hạn dòng áp cao và tin cậy hơn. Mặt khác, là động cơ điện không gây ô nhiễm môi trường như các loại động cơ khác, đồng thời cho hiệu suất cao. Đây là một trong những đặc điểm quan trọng đưa đến việc đưa động cơ điện vào giao thông ngày càng rộng rãi hơn. Do cuộc khủng hoảng dầu mỏ từ đầu thập niên 70 của thế kỷ XX cùng với những vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng do khí thải xe ô tô, con người đã phát minh ra xe ôtô sử dụng động cơ lai hay còn có tên gọi khác là động cơ Hybrid. 2. Động cơ Hybrid Trong phạm vi đề tài này của chúng em đi nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển và mạch động lực cho động cơ điện một chiều trong xe hơi Hybrid 4 chỗ của hãng TOYOTA. Động cơ hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid là dạng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ăcquy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào 6 6 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. nạp điện cho ăcquy để sủ dụng về sau. Loại xe này sử dụng hai loại nguồn lực khác nhau là động cơ đốt trong và động cơ điện. Nhờ kết hợp 2 nguồn lực này với nhau mà động cơ Hybrid chẳng những tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường. Hình vẽ bên dưới là sơ đồ mô tả cấu tạo động cơ hybrid của hãng TOYOTA cho loại xe du lịch 4 chỗ. Cấu tạo gồm có: - Động cơ đốt trong (động cơ xăng) 1. - Bộ đổi điện 2: Thông thường, năng lượng bị tiêu hao khi xe ô tô giảm tốc hay dừng lại nhưng trên Hybrid, phần năng lượng đó nhờ bộ đổi điện được chuyển thành điện và nạp vào pin. Quá trình này diễn ra tự động và không yêu cầu bất cứ sự can thiệp nào của người lái. - Động cơ điện 3: Tạo ra năng lượng (động năng) để cho ô tô chuyển động. - Bộ chuyển đổi 4: Làm nhiệm vụ truyền năng lượng (động năng) do động cơ điện tạo ra ra ngoài hệ thống truyền lực của ô tô. - Ắc quy (pin): Làm nhiệm vụ tích trữ điện năng và cung cấp điện năng cho động cơ điện làm việc. 7 Hình 1.1. Mô hình động cơ Hybrid 7 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học.  Nguyên lý làm việc: Tùy theo cấu tạo của động cơ hybrid mà nguyên lý làm việc cũng như vai trò của động cơ khác nhau. Ta có sự so sánh hai hệ thống sau: Hệ thống song song (hybrid parallel system) 1. ắc quy 2. bộ đổi điện 3. môtơ điện 4. bộ truyền lực 5. động cơ xăng Hình 1.2. nguyên lý của hệ thống song song Trong hệ thống song song, cả động cơ và motor điện cùng truyền lực tới các trục xe, mức độ tuỳ theo các điều kiện khác nhau. Đó được gọi là hệ thống song song vì dòng năng lượng tới các bánh đi song song. Hệ thống này chỉ có một motor điện do vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe vừa nạp điện vào bình ăcquy. Khi nào motor làm nhiệm vụ một máy phát điện, dòng điện từ ăcquy sẽ thay thế vai trò của motor điện. Nhận xét: Hệ thống trên có nhược điểm là động cơ điện đóng vai trò vừa là máy phát nạp điện cho ăcquy vừa truyền lực tới trục bánh xe, vì vậy mà motor điện không 8 8 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. truyền lực cho bánh xe được liên tục nên động cơ xăng vẫn giữ vai trò chính do đó tiêu tốn nhiều nhiên liệu (hình vẽ). Từ nhận xét ta thấy hệ thống liên hoàn đã khắc phục được những nhược điểm đó. 1. ắc quy 2. bộ đổi điện 3. môtơ điện 4. máy phát điện 5. động cơ xăng Hệ thống liên hoàn(series hybrid system) Khi động cơ xăng (engine) hoạt động, nó truyền năng lượng cho một máy phát điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc cho bình ắc quy và một để cung cấp điện cho một động cơ điện một chiều (motor), bộ phận sẽ truyền năng lượng tới các trục xe. Đó được gọi là hệ thống liên hoàn vì năng lượng truyền theo một quá trình liên tục. Một hệ thống Hybrid liên hoàn gồm có hai môto, một chính là môtơ điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự. -Trong sơ đồ liên hoàn, động cơ đốt trong (động cơ xăng) kéo máy phát cung cấp điện cho ăcquy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành 9 Hình 1.2. nguyên lý của hệ thống liên hoàn 9 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học. cơ năng là quay rotor của máy phát tạo ra điện và từ điện năng lại chuyển thành cơ năng làm quay bánh xe. Hình 1.3. Sơ đồ truyền động của động cơ Hybrid kiểu liên hoàn - Trong sơ đồ này động cơ đốt sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu phù hợp với các loại ôtô, sơ đồ này có thể không cần hộp số. - Tỷ lệ sử dụng động cơ xăng và môtơ điện trong hệ thống trên là. vì hệ thống liên hoàn sử dụng động cơ để sinh ra điện cho mô-tơ vận hành bánh xe, chúng có cùng lượng công việc như nhau. 3. Ứng dụng của động cơ điện một chiều trong ôtô điện Có thể nêu ra đặc điểm quan trọng về truyền động trong xe Hybrid (xe 4 chỗ của TOYOTA) là: + Yêu cầu cao trong việc điều chỉnh tốc độ, bao gồm những yêu cầu về dải điều chỉnh rộng, độ trơn điều chỉnh, điều chỉnh êm, khởi động động cơ nhanh. + Yêu cầu cao về khả năng quá tải, vì tải kéo của đầu máy là không cố định. 10 10 [...]... học một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud-là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được Sự phối kết hợp giưã động cơ Hybrid và động cơ xăng trong việc truyền động trong ôtô chạy điện là cần thiết. Động cơ điện dùng truyền lực trong ôtô có công suất vừa và nhỏ nên bộ băm xung áp là phù hợp.Chương tiếp theo sẽ trình bày về thiết kế hệ thống băm xung áp CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG I Thiết. .. ra, truyền động xe hơi 4 chỗ còn đòi hỏi cao về độ an toàn khi vận hành Muốn vậy việc thiết kế phải đảm bảo đưa ra được một sơ đồ điều khiển đơn giản tin cậy, dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô Vì thực tế trong lĩnh vực giao thông còn đòi hỏi truyền động có đảo chiều, nên việc thiết kế cũng chú trọng đến vấn đề đảo chiều quay động cơ *) Những truyền động của động cơ điện một chiều trong. .. được chất lượng điều chỉnh 2 Bộ băm xung áp một chiều 20 20 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học Như đã giới thiệu ở trên, bộ băm xung áp một chiều có nhiều ưu điểm trong truyền động giao thông Bộ băm xung áp biến đổi được điện áp một chiều từ 0 đến giá trị điện áp nguồn US một cách trơn liên tục Phần trên cũng đã đề cập tới nguyên lý chung của bộ biến điện áp một chiều, ở phần này... trường hợp bộ biến đổi là bộ băm xung áp một chiều Việc sử dụng hệ thống chỉnh lưu thyritor - động cơ chỉ ứng dụng trong trường hợp tải của nó là loại động cơ công suất lớn, sử dụng sơ đồ chỉnh lưu tiristor – động cơ một chiều luôn đi kèm theo việc đưa thêm bộ lọc kồng kềnh nên chỉ khả dụng cho truyền động đầu máy tầu điện kéo tải lớn Với loại động cơ công suất nhỏ thì việc dùng bộ băm xung áp một chiều. .. giao thông Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ cho phép thấp hơn tốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp với cơ cấu cơ khí như đã đề cập ở trên Như vậy vấn đề quan trọng nhất trong khuôn khổ đồ án mà chúng em đưa ra chính là việc thiết kế một bộ điều chỉnh nhằm điều chỉnh động cơ Hybrid trong ôtô điện Bộ điều chỉnh này chính là thiết bị băm điện áp, bộ băm điện áp này cho phép từ 16... - Đảo chiều quay - Có phản hồi tốc độ Để đưa ra được mạch điều khiển của động cơ điện một chiều Trước tiên ta đi giới thiệu một vài đặc tính cơ bản của các loại động cơ điện một chiều, rồi từ đó đưa ra quyết định chọn loại động cơ thích hợp cho truyền động trong ôtô Hybrid 11 11 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN Khoa Điện - Điện tử đồ án môn học CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1 Giới thiệu một số... người ta cũng dùng cả động cơ kích thích hỗn hợp vì nó cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lượng mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu truyền động 2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kéo tải trong giao thông có thể dùng phương pháp điện kết hợp cả phương pháp cơ qua cơ cấu bánh răng để tăng dải điều chỉnh Điều chỉnh bằng phương pháp điện càng tốt bao nhiêu... trị số có thể điều chỉnh được Điện áp U tb này đặt vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0 . cảng… Trong nội dung đề tài này chúng em đưa ra bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ trong ôtô điện. Vì bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều. : Thiết kế bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ truyền động. ....... trong ôtô. *Số liệu cho trước: - Thông số động cơ một chiều