Đo và điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, hiển thị tốc độ ra màn hình LCD

Đo và điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, hiển thị tốc độ ra màn hình LCD

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh của các lĩnh vực khoa học, việc ứng dụng công nghệ bán dẫn vào bộ điều khiển các dàn máy công nghiệp đã dần dần thay thế các loại relay tiếp điểm cổ điển trước đây và mang lại nhiều thành tựu to lớn Đặc biệt lĩnh vực tự động hóa đang có vai trò quan trọng trong trong mọi lĩnh vực cuộc sống, nó mang lại nhiều lợi ích cho con người như tăng năng suất lao động, giảm thiểu tối đa lượng công nhân phải làm việc trong môi trường lao động độc hại.

Trong phần lớn các nhà máy xí nghiệp, cũng như phân xưởng đều có sự góp

mặt của Tự Động Hóa, trong các dây truyền công nghiệpMỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

PHẦN 1 PHẦN DẪN NHẬP

1 Đặt Vấn Đề

2 Giới Hạn Nghiên Cứu

3 Mục Đích Nghiên Cứu

PHẦN 2 NỘI DUNG THỰC HIỆN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

I NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1 Những Vấn Đề Cơ Bản Về Điện Tử Công Suất

I Giới Thiệu Động Cơ Điện Một Chiều Và Các Phương Pháp Điều Chỉnh Tốc Độ

1 Động Cơ Điện Kích Từ Song Song

2 Động Cơ Điện Kích Từ Nối Tiếp

3 Động Cơ Điện Một Chiều Kích Từ Tổng Hợp

4 Các Phương Pháp Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Điện Một Chiều

II Giới Thiệu Các Phương Pháp Đo Tốc Độ

1 Dùng Phương Pháp Đo Bằng Cơ

2 Dùng Phương Pháp Đo Bằng Cảm Biến

III: Kết Luận

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ BỘ ĐO TỐC

I Thiết Kế Mạch điều khiển Thyristor SCR

1 Tính Toán, Thiết Kế Mạch Nguyên Lý

2 Lựa Chọn Linh Kiện Mạch Điều Khiển

II Thiết Kế Mạch Kích Cho Transistor Công Suất (Tip 41) Sử Dụng Vi Điều Khiển AT89C51

II Thiết kế Mô Hình Đồ Án

CHƯƠNG 5 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ĐÃ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN

Từ những phân tích trên mà nhóm chúng em xin đề xuất mô hình đồ án tốt nghiệp:

ĐO VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ BẰNG NAM CHÂM VĨNH CỬU, HIỂN THỊ TỐC ĐỘ RA MÀN HÌNH LCD

Dựa trên những kiến thức đã học, mô hình do nhóm em đề xuất hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu đã đặt ra

2 Giới Hạn Nghiên Cứu.

Mô hình mang ngiên cứu mang tính thực tiễn, việc thi công xây dựng và lắp đặt

mô hình hoàn chỉnh có ứng dụng và mang tính thực tế cao Đó là mong muốn của nhóm

em khi xây dựng mô hình này

Tuy nhiên với lượng thời gian và kiến thức có hạn, cũng như các hạn chế khách quan khác nên đề tài của nhóm không thể đi sâu vào từng phương pháp điều khiển tốc độ động cơ được mà chỉ dừng lại tại phương pháp điều chỉnh động cơ bằng phương pháp thay đổi độ rộng xung và phương pháp điều áp soay chiều một pha hay nói gọn lại là phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện áp

Dưới đây là những công việc chính mà nhóm chúng em thực hiện khi xây dựng mô hình

- Khảo sát mạch điều khiển tốc độ bằng phương pháp thay đổi độ rộng xung

và phương pháp điều áp soay chiều một pha

- Thiết kế và thi công mô hình trên lý thuyết( tính toán và lụa chọn linh kiện)

- Thiết và thi công mô hình thực tế

3 Mục Đích Nghiên Cứu.

Việc sử dụng môn học điện tử ứng dụng để xây dựng mô hình không còn là hình

thức mới mẻ, song điều mới mẻ mà nhóm em hướng tới ở đây là: “ Giúp các bạn sinh

viên có cái nhìn tổng quan hơn về điện tử ứng dụng và biết vận dụng những kiến thức đã học trong nhà trường để ứng dụng vào thực tê!”

PHẦN 2 NỘI DUNG THỰC HIỆN.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.

Điện năng là nguồn năng lượng sản xuất trực tiếp và có ứng dụng rộng dãi hiện nay Nhưng trong thực tế chúng ta sử dụng nguồn điện chuẩn là lưới điện xoay chiều 220V/380V – 50Hz Mặt khác trong công nghiệp, các thiết bị sản xuất lại sử dụng các loại năng lượng điện khác nhau, có loại sử dụng điện một chiều, có loại sử dụng điện xoay chiều với các cấp điện áp khác nhau và tần số khác nhau Và đặc biệt, để điều khiển hoạt động của các thiết bị đó ta cần điều khiển nguồn năng điện cấp cho nó Vì vậy, biến đổi và điều khiển năng lượng điện là nhiệm vụ hàng đầu tiên phong trong tự động hóa sản xuất

Trước đây việc biến đổi và điều khiển năng lượng điện trong công nghiệp chủ yếu

sử dụng các relay (rơ le), dựa vào việc đóng mở các tiếp điểm của relay mà có nguồn điện mong muốn Tuy nhiên, yêu cầu thực tiễn ngày càng cao của sản xuất cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật công ngệ bán dẫn đã cho phép chế tạo được các van bán dẫn (không tiếp điểm) công suất lớn nhằm thay thế các mạch relay tiếp điểm trước đây Vì đó mà ngành ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT RA ĐỜI!

I NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT.

1 Những khái niệm chung về điện tử công suất.

a Khái niệm

Điện tử công suất: công nghệ chuyển đổi và điều khiển năng lượng điện từ dạng

này sang dạng khác nhờ ứng dụng các linh kiện bán dẫn có công suất lơn

Công suất điện tử: Trong một lĩnh vực rộng lớn của kĩ thuật điện công suất suất

điện tử có thể coi là tổ hợp của ba lĩnh vưc: công suất điện tử, điện tử, điều khiển Công suất điện tử với các ứng dụng của các dụng cụ nửa dẫn công suất như Thyristor và bán dẫn cho sự biến đổi điều khiển năng lượng điện tại các mức công suất cao, sự biến đổi này thông thường là từ AC thành DC trong đó thông số điều khiển là điện áp, dòng điện hay tần số

+ Phát triển công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn có công suất lơn.

+ Là thành phần cơ bản của các bộ biến đổi công suất tĩnh

+ Có hai chế độ làm việc: Làm việc ở chế độ đóng, Cắt

+ Có ưu điểm lớn hơn rất nhiều so với khóa cơ học về độ bền vững, độ chính xác

và thời gian đóng cắt

+ Thông số điều khiển là: Dòng điện, Điện áp, Tần số và tín hiệu sóng

c Phân loại khóa công suất:

- Theo đặc tuyến điều khiển thì được chia làm hai loại

+ Không điều khiển được đặc tuyến đóng cắt ( VD: Diode công Suất).+ Điều Khiển được trạng thái đóng cắt bằng tín hiệu điều khiển : (VD: Tranzitor, Thyristor,triac…)

- Theo chiều dòng điện chạy qua: chia làm hai loại:

+ Một chiều: Diode, BJT, IGBT,SRC, GTO: dẫn điện theo một chiều

+ Hai chiều: MOSFET, SRC dẫn ngược, Diac, Triac: dẫn điện theo hai chiều

- Theo khả năng khóa áp ngược ở trị số cao: Chia làm hai loại:

+ Có khả năng: Diode, Thyristor, GTO, Triac+ Không có khả năng: BJT, IGBT

- Theo tín hiệu điều khiển: chia làm hai loại:

+ Tín hiệu liên tục: BJT, IGBT, MOSFET: Muốn duy trì trạng thái đóng phải duy trì tín hiệu điệu khiển trong suốt khoảng thời gian này

+ Tín Hiệu xung: SRC, GTO, Triac: Tín hiệu mở là dạng xung hẹp, khi kích

mở có thể không cần duy trì tín hiệu điều khiển cho đến khi khóa tự đóng nếu thỏa mãn điều kiện đóng

- Phân loại theo các bộ biến đổi: chia làm 5 loại chính

+ Bộ chỉnh lưu: AC/DC :Biến đổi năng lượng từ dạng xoay chiều thành một chiều có thể điều khiển được

+ Bộ biến đổi điện áp một chiều: DC/DC: Biến đổi điện áp một chiều với đầu vào là cố định đầu ra có thể điều khiển được

+ Bộ biến đổi điện áp xoay chiều: AC/AC: Biến đổi điện áp xoay chiều với đầu vào cố định đầu ra có thể điều khiển được

+ Bộ nghịch lưu: DC/AC : Biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều

+ Bộ biến tần: AC/AC hoặc: AC/DC/AC: biến đổi điện áp đầu vào với tần

số không đổi ở đầu ra tần số có thể thay đổi( Điều chỉnh được)

2 Phạm Vi Ứng Dụng.

Điện tử công suất được ứng dụng rỗng rãi trong hầu hết các lĩnh vực có liên quan đến biến đổi và điều khiển công suất điện Hệ thống công suất điện được dùng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp và trong dân dụng,từ các động cơ có công suất nhỏ dưới một mã lực dùng trong các dụng cụ dân dụng đến các động có có công suất vài trăm mã lực dùng trong công nghiệp Từ điều chỉnh công suất động cơ một chiều thấp cung cấp đến hệ thống chuyền tải động cơ cao áp nhiều hơn một ngàn Megawott, từ các hệ thống điều chỉnh ánh sáng công suất thấp đến các cơ cấu bù tĩnh AVR công suất hàng trăm Megawatt trong cac hệ thống công nghiệp

Dưới đây là một vài phạm vi ứng dụng của điện tử công suất:

Bảng1: Một vài ứng dụng của điện tử công suất.

1 Chỉnh lưu không điều

khiển Cung cấp nguồn một chiều cho các mạch điện tử.

2 Chỉnh lưu có điều

khiển

- Điều khiển tốc độ động cơ DC từ nguồn AC

- Điều khiển tốc độ của các dụng cụ công suất xách tay

- Truyền tải dòng DC cao áp

3 Mach băm DC - Điều khiển tốc độ động cơ DC từ nguồn DC

- Chuyển mạch DC cung cấp

4 Điều khiển điện AC - Chuyển mạch dụng cụ điều chỉnh ánh sáng

- Điều khiển nhiệt độ

- Điều khiển tốc độ các dụng cụ gia dụng

- Làm êm khởi động của các động cơ cảm ứng

- phản ứng công suất điều khiển

5 Mạch đổi điện -Cung cấp công suất liên tục (UPS)

- Điều khiển tốc độ động cơ ba pha

- Cảm ứng nhiệt

6 Mạch đổi điện chu kỳ - Điều khiển tốc độ động cơ AC

- Nguồn tần số không đổi cho máy bay

7 Chuyển mạch tĩnh

học Thay thế chuyể mạch cơ khí và điện tử.

II GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN.

Để thực hiện việc đóng cắt điện tử bằng các van bán dẫn công suất ta có thể sử dụng nhiều linh kiện hay nhóm linh kiện bán dẫn công suất chịu được áp cao dòng lớn và quan trọng nhất phải thỏa mãn được hai chế độ:

- Dẫn điện (ON): Độ sụt áp qua kênh dẫn bé, dòng điện phụ thuộc vào dòng tải

Các loại van bán dẫn chính phải kể đến như là: Diode, Thyristor, Transistor… ngoài ra còn một số loại thông dụng như: Mosfet, Triac, Diac, GTO, IGBT… Sau đây là phần giới thiệu về 3 linh kiện bán dẫn chính: DIODE, TRANSISTOR, THYRISTOR.

1 DIODE.

a Cấu tạo và đặc điểm:

Hình 2: Diode Công Suất

a)Cấu trúc bán dẫnb)Ký hiệu

- Tiếp diện của phiến bán dẫn Si quyết đinh đến khả năng chịu đòn của Diode

- Điện trở của nguyên liệu ban đầu (VD: phiến bán dẫn loại N) và chiều dày quyết định đến khả năng chịu áp của Diode

- Một số tham số cơ Bản:

+ Khả năng điều khiển dòng điện ( vài A đến kA)

+ Khả năng điều khiển điện áp ( vài chục V đến kV)

+ Thời gian phục hồi tính nghịch: Thời gian cần thiết để Diode phục hồi khả năng chịu áp khóa khi quá trình dẫn thuận chấm dứt chia làm hai loại: Thời gian phục hồi nhanh: được sử dụng trong các mạch có tần số cao; Thời gian phục hồi chậm: Được sử dụng trong các mạch có tần số thấp, chủ yếu là trong công nghiệp.

b Đặc tuyến vôn- ample (V - A) và đặc điểm đóng ngắt:

: Điện áp ngược đánh thủng lớp PN ( Break - Down)

Uf f If

d R d

=

: Điện trở vi phân thuận

Ur r Ir

d R d

Ưu điểm chính của Diode:

Có khả năng chịu áp tải và dòng tải lớn, Có thể gép nối tiếp các Diode để tăng khả năng khóa áp, hay gép song song để tăng khả năng chịu dòng tải Và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với các thiết bị yêu cầu tần số đóng ngắt cao, ngoài ra còn được ứng dụng trong các mạch sử dụng điện áp thấp để chỉnh lưu…

2 TRANSISTOR.

a Cấu tạo – đặc điểm:

Hình 4: Cấu tạo của Transistor

Ba lớp bán dẫn được gép với nhau tạo thành ba cực Lớp giữa gọi là cực gốc, kí hiệu là B (base) lớp B rất mỏng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bên ngoài được nối thành cực phát (Emitter) viết tắt là E và cực thu (Collecter) ký hiệu là C Vùng bán dẫn C

và E có cùng loại bán dẫn N hoặc P nhưng kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau lên không thể hoán đổi cho nhau được

Đặc điểm của Transistor:

+ Transistor làm việc như một khóa đóng cắt bán dẫn được sử dụng trong điện tử

+ Transistor được đinh mức tới 1200V – 400A, và chúng thường được sử dụng trong các bộ biến đổi vận hành có tần số tới 10kHz Transistor có công suất đinh mức cao hơn MOSFET

+ Không có khả năng khóa áp ngược ở trị số lớn → Chuyên dùng để khóa áp thuận (Vce > 0)

+ Transistor là loại linh kiện điều khiển bằng dòng, Có hệ số khuếc đại thấp,

thường nhỏ hơn 20 ( < 20)

C FE B

I H I

=

, ( FE

H

< 20)

b: Đặc tuyến Vol – Ampe ( V - A ).

Hình 5: Đặc tuyến Vol – Ampe Của Transistor

- Đặc tuyến V – A Biểu thị mối quan hệ giữa dòng trên cực Collector Vào áp giữa hai cực công suất Vce phụ thuộc tham số điều khiển là dòng Ib

- Hai vùng làm việc ứng với trạng thái đóng ngắt của Transistor: Vùng ngắt và vùng bão hòa.

c: Thông số kĩ thuật và kí hiệu của Transistor.

+ Hệ số khuếc đại: Là tỉ số biến đổi dòng Ice lớn gấp bao nhiêu lần dòng Ibe

+ Công suất cực đại: Khi hoạt động Transistor tiêu tán một lượng công suất:

P=Uce*Ice Nếu công suất này vượt quá công suất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ

bị hỏng

Kí hiệu của Transistor.

Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung Quốc

Transistor Nhật bản : thường ký hiệu là A , B , C , D Ví dụ A564, B733,

C828, D1555 trong đó các Transistor ký hiệu là A và B là Transistor thuận PNP còn ký hiệu là C và D là Transistor ngược NPN Các Transistor A và C thường có công xuất nhỏ

và tần số làm việc cao còn các Transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn

Transistor do Trung Quốc sản xuất : Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chũ cái

Chữ cái thức nhất cho biết loại bóng : Chữ A và B là bóng thuận , chữ C và D là bóng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X và P là bòng âm tần, A và G là bóng cao tần Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm Thí dụ : 3CP25 , 3AP20 vv…

Transistor do Mỹ sản xuất: Thường ký hiệu là 2N ví dụ 2N3055, 2N4073 vv

Thyristor là Diode có điều khiển , bình thường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một dòng diện điều khiển kích vào chân G => Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor mới ngưng dẫn.

Đặc điểm hoạt động của SCR:

- Dùng cho mạch công suất lớn yêu cầu điều khiển tín hiệu điện áp ra( Như mạch

chỉnh Lưu có điều khiển, điều áp soay chiều,…)

- Mạch điều khiển nối giữa cực G – K, mạch công suất nối giữa A – K

- SCR được điều khiển bằng xung dòng, Xung dòng Ig kích đóng SCR

- Không cần kích ngắt, dòng qua SCR đang dẫ If bị ngắt khi dòng

f I

nhỏ hơn dòng duy trì h

b: Đặc Tuyến V-A và đặc tính điều khiển của SCR

Đặc tuyến Vol – Ampe.

Hình 7: Đặc tuyến Vol – Ampe của SCR

Đặc tuyến V – A Thyristor bao gồm bốn đoạn như trên hình 7

- Đoạn 1: Ứng với trạng thái đóng của Thyristor, nó chỉ cho dòng dò chạy qua

- Đoạn 2: Ứng với giai đoạn phân cực thuân, trong giai đoạn này với mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Thyristor (Trong giai đoạn này còn có tên gọi là “Điện trở âm”)

- Đoạn 3: ứng với trạng thái mở của Thyristor, trong giai đoạn này cả ba mặt gép N,P đã dẫn điện dòng điện chảy qua Thyristor chỉ giới hạn bằng điện trở ngoài Điện trở rơi trên Thyristor rất nhỏ cỡ khoảng 1V, trạng thái mở duy trì cho đến khi còn dòng duy trì h

I

(Holding Current)

- Đoạn 4: Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt điện áp ngược, nếu tiếp tục tăng điện áp ngược Thyristor bị đánh thủng → Thyristos bị hỏng

Ta nhận thấy: Đối với Diode thì nó sẽ dẫn ngay sau khi được phân áp thuận (

AK Ng

U <U

) cỡ khoảng (0.1 đến 0.5 V).

Đặc tuyến điều khiển

Hình 8: Đặc tuyến điều khiển của Thyristor

Các thông số chính của Thyristor

dv d

quá lớn dẫn đến SCR dẫn ngoài í muốn, người ta giới hạn tốc độ thay đổi điện áp trong khoảng 10 đến 100 V/µs

di d

qua lớn sẽ làm lớp tiếp diện của SCR bị quá tải ở chỗ nối với cổng

làm hỏng SCR, vì thế người ta giới hạn độ tăng của dòng thuận cỡ khoảng từ 10 đến 100A/µs

Trên đây là số mạch bảo vệ thông dụng dùng cho Thyristor

- Đển giảm tốc độ biến thiên

f t

di d

có thể dùng cảm kháng mắc nối tiếp với SCR

- Việc quá áp có thể hạn chế bằng mạch dùng RC hoặc mạch DRC để gới hạn độ dốc của

Trên đây là Phần giới thiệu một số linh kiện bán dẫn công suất thông dụng, ngoài

ra còn có: GTO,MOFES,TRIAC… nhưng vì thời gian có hạn với sự giới hạn của đề tài không sử dụng tới các linh kiện đó lên nhóm em không đưa vào Chuyển sang phần tiếp

theo nhóm em xin giới thiệu “Mạch động lưc, Mạch điều khiển và Mô hình được thiết kế trên lý thuyết và mô hình thực tế”!

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT MẠCH ĐỘNG LỰC.

Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng có dòng điện, các thanh dẫn ab và cd nằm trong vùng từ trường sẽ tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mô men tác dụng lên khung dây chứ rotor làm rotor quay, chiều Lực từ được áp dụng theo quy tắc bàn tay trái

(*)

Khi khung dây quay được nửa vòng, hai thanh dây dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau, nhờ có phiến góp chiều dòng điện, nên dòng điện một chiều biến thành dòng điện soay chiều đưa vào khug dây phần ứng để đảm bảo sao cho lực từ trường không đổi, do đó lực từ tác dụng lên khung dây cũng theo một chiều nhất định đảm bảo cho động cơ quay theo một chiều không đổi

Hình 10: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

I Giới Thiệu Động Cơ Điện Một Chiều Và Các Phương Phnáp Điều Chỉnh Tốc Độ

1 Động Cơ Điện Kích Từ Song Song.

a Mạch điện tương đương và các phương trình cân bằng.

Hình 11: Mạch điện tương đương của động cơ kích từ song song

( )kt

n= f i

có dạng Hypebon như hình 12 Từ đặc tính này

cho thấy: để điều chỉnh tốc độ động cơ điện kích từ song song có thể thay đổi kt

Đặc tính cơ là đường cong biểu thị mối qua hệ của Ω = ( )

M

k φ k φ

(2.4)Nếu điện áp và từ thông không đổi thì đặc tính cơ là đường thẳng xuống dốc như trên hình 13 Nếu mô men tăng thì tốc độ giảm rất ít, như vậy đặc tính cơ “Cứng”

Từ công thức 2.4 ta thấy để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ song song

ta có ba phương pháp:

+ Điều chỉnh điện áp U đặt vào phần ứng

+ Điều chỉnh từ thông ϕ

+ Điều chỉnh điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch phần ứng

2 Động Cơ Điện Kích Từ Nối Tiếp.

a Sơ đồ tương đương và các phương trình cân bằng.

Sơ đồ tương đương.

Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng nên cuộn kích từ có tiếp diện lớn, ít vòng dây và điện trở nhỏ Trên hình 14 là sơ đồ tương đương của động cơ, với Kn

R

điện trở của cuộn dây

Hình 14: Sơ đồ tương đương của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

nhỏ, từ biểu thức (2.4) ta có:

m m

R R U

(2.9)Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp có dạng là đương Hypebol, như trên hình 15 Khi tốc độ Ω =0 mô men khởi động Mk của động cơ có giá trị rất lớn, khi tai giảm nhiều

3 Động Cơ Điện Một Chiều Kích Từ Tổng Hợp.

a Sơ đồ tương đương và các phương trình cân bằng.

Hình 16: Sơ đồ tương đương của động cơ kích từ hỗn hợp.

Đây là loại động cơ tổng hợp của 2 loại động cơ trên mang hai loại dây, trên mỗi cực từ mang hai dây cuốn kích từ: Song song có điện trở s

R

, nối tiếp có điện trở n

R

, từ hình 16 ta có các phương trình cân bằng sau:

4 Các Phương Pháp Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ Điện Một Chiều.

Từ phương trình 2.12 ta viết lại như sau:

p R

là điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng

+ Điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông φ

+ Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp U

+ Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ

p R

II Giới Thiệu Các Phương Pháp Đo Tốc Độ.

Nguyên lý đo tốc độ: Với mỗi loại cảm biến thích hợp được đặt nối tiếp với vật trung gian để ghi nhận một cách ngắt quãng tín hiệu hiệu đi qua Với mỗi lần như vậy nó cung cấp một tín hiệu xung có biên độ tỉ lệ vơi +E Độ biến đổi xung đó tỉ lệ với tốc độ của động cơ, vậy để đo tốc độ động cơ ta xẽ đếm số xung điện ↔ đếm tốc độ động cơ

Để đo tốc độ có hai phương pháp cơ bản:

- Đo bằng phương pháp cơ

- Đo bằng phương pháp cảm Biến

1 Giới Thiệu Phương pháp Cơ.

Hình 18: Đo tốc độ bằng phương pháp cơ

Nguyên tắc đo: Mỗi lần trục động cơ quay kéo theo đĩa đã được tạo thành các “vấu cam” khi trục quay kéo theo vấu cam quay chạm vào công tắc làm đóng mạch, tạo xung điện với biên độ +E Đếm số xung điện tương ứng với tốc độ động cơ

2 Giới Thiệu Phương pháp Cảm Biến.

a dùng cảm biến từ:

Hình 19: Phương pháp đo tốc độ dùng cảm biến từNội dung của phương pháp: Nối trục động cơ với trục của cảm biến, trên trục của cảm biến đặt mẩu băng từ Với mỗi vòng quay của trục động cơ tương ứng với trục cảm biến, mẩu băng từ đặt trên trục cảm biến quyets qua đầu từ gây ra sự biến thiên từ thông trên cuộn dây của đầu từ tạo trên cuộn day một suất điện động E, khi cảm biến quay tạo ra một suất điện động cảm ứng có tần số thay đổi tương ứng với mỗi vòng quay Đếm số xung suất điện động tương ứng với đếm số vòng quay.

Hình 21: Cảm biến quang.

a: Cảm biến quang lỗb: Cảm biến quang phản xạCảm biến quang sử dụng một nguồn phát sáng thích hợp cùng với một cảm biến anh sáng với vật trung gian là tấm bìa có đục lỗ (Hình 21a) hoặc một mặt phẳng phản xạ(Hình 21 b)

+ Nguồn sáng là LED, IR-LED,LAZER…

+ Cảm biến quang: PHOTODIODE, PHOTOTRANSISTOR…Nguyên tắc hoạt động: Khi trục động cơ quay kéo theo trục cảm biến quay, ánh sáng gặp lỗ (Hình 21a) hoặc mặt phản xạ (Hình 21 b) sẽ tới đầu thu quang Trên đầu thu quang ta nhận được một tín hiệu điện, biên độ của xung điện đó phụ thuộc vào độ nhạy của cảm biến cũng như cường độ ánh sáng sau khi đi qua vật trung gian

+Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.

+Đo tốc độ sử dụng cảm biến quang (Tên gọi hiện nay là: ENCORDER)

(**)

(*)

: Động cơ điện một chiều kích từ băng nam châm vĩnh cửu là một loại động cơ điện một chiều có công suất nhỏ

và cấu tạo đơn giản

: ENCODER: là một loại cảm biến vị trí thông dụng hiện nay

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ BỘ ĐO TỐC.

Điều khiển Thyristor trong các sơ đồ điều áp soay chiều hiện nay thường gặp là theo phương pháp điều khiển truyền thẳng tuyến tính, nội dung của phương pháp này có thể mô tả theo giản đồ sau:

Hình 22: giản đồ minh họa phương pháp điều khiển truyển thẳng tuyến tínhNội dung của phương pháp:

- Trong vùng điện áp dương Anode Của SCR tạo một điện áp tựa biến thiên tuyến

tính theo dạng răng cưa rc

U

- Tiếp đó sử dụng một điện áp một chiều gọi là điện áp điều khiển dk

U

để so sánh với điện áp tựa, tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung điều khiển mở SCR

- Khi điều chỉnh giá trị dk

U

từ 0 đến đỉnh của điện áp tựa rc

U

tương ứng với nó thì giao điểm của hai điện áp này sẽ biến thiên trong khoảng từ (0 ÷180º) vậy góc mở của Thyristor phụ thuộc vào giá trị tuyến tính dk

U

.Cấu trúc của mạch điều khiển

Hình 23: Cấu trúc mạch điều khiển

Chức năng và nhiệm vụ của từng khối:

- Khối tạo điện áp tựa: Tạo điện áp răng cưa sao cho nằm trong khoảng dương của SCR

- Khối tạo điện áp điều khiển: so sánh giá trị của điện áp tựa với điện áp điều khiển

để từ đó tính ra điện áp điều khiển biến thiên trong khoảng (0÷180º)

- Khối khuếc đại xung và cách li xung: Khuếc đại tín hiệu điều khiển và cách li mạch điều khiển với mạch lực

- Khối mạch lưc: Sử dụng van công suất biến đổi công suất

Nguyên lý điều khiển truyền thẳng tuyến tính được ứng dung rộng rãi khi được thiết kế bằng các vi mạch tương tự ( Analog)