Điều khiển động cơ một chiều bằng bộ băm áp

Trong những năm gần đây lĩnh vực điều khiển và truyền động điện đã phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kĩ thuật điện tử tin học nói riêng đã khai thác các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ một chiều. Điều khiển tốc độ là một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản xuất. Ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc, điều kiện làm việc mỡ ta lựa chọn các tốc độ khác nhau để tối ưu hoá quá trình sản xuất. Muốn có đ−ợc các tốc độ khác nhau trên máy ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thay đổi tốc độ của chính động cơ truyền động. Với bài tập này em chỉ nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lĩnh vực điều khiển động cơ một chiều. "Điều khiển động cơ một chiều bằng bộ băm áp " Nội dung và các chương trình mục như sau: Chương I: Sơ lược về động cơ một chiều I. Cấu tạo II. Nguyên lí hoạt động của động cơ 1 chiều III. Phân loại động cơ một chiều. IV. Các phương trình cơ bản của động cơ một chiều. Chương II: Tổng quan về điều khiển động cơ một chiều bằng bộ băm áp I. Khái niệm chung về điều khiển động cơ một chiều. II. Các loại băm áp. Tuy nhiên, với trình độ có hạn không tránh khỏi những sai sót, em mong cô thông cảm và đóng góp ý kiến để giúp em tiến bộ hơn.

Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Lời nói đầu Trong năm gần lĩnh vực điều khiển truyền động điện phát triển mạnh mẽ Đặc biệt với phát triển khoa học kĩ thuật điện tử tin học nói riêng khai thác u điểm bật vốn có động chiều Điều khiển tốc độ l 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 l m việc m 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 Với tập em nêu khía cạnh nhỏ lĩnh vực điều khiển động chiều "Điều khiển động chiều băm áp " Nội dung chơng trình mục nh sau : Chơng I : Sơ lợc động chiều I II Cấu tạo Nguyên lí hoạt động động chiều III Phân loại động chiều IV Các phơng trình động chiều Chơng II: Tổng quan điều khiển động chiều băm áp I Khái niệm chung điều khiển động chiều II Các loại băm áp Tuy nhiên, với trình độ có hạn không tránh khỏi sai sót, em mong cô thông cảm đóng góp ý kiến để giúp em tiến Em xin chân thành cảm ơn cô Hà Nội, ngày 27 tháng 02 năm 2009 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Lợng Nguyn Vn Lng (014105005) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Chơng I Sơ lợc động chiều I Cấu tạo I.1 Stato Stato (phần cảm), gồm lõi thép đúc vừa mạch từ vừa vỏ máy cực từ có dây quấn kích từ Stato thờng hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện I.2 Rôto Rôto (phần ứng), gồm lõi thép, cuộn dây quấn đợc nối với nguồn điện chiều Lõi thép có dạng hình trụ đơc làm thép kĩ thuật điện dày khoảng 0,5mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các thép kĩ thuật đợc dập lỗ thông gió rãnh để đặt dây quấn phần ứng Có loại dây quấn: Dây quấn sóng dây quấn xếp Một phận quan trọng khác động chiều chỉnh lu, có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện chuyển động quay roto liên tục Thông thờng phận cổ góp chổi than I.3 Cổ góp chổi điện Cổ góp gồm phiến góp đồng đợc ghép cách điện có dạng hình trụ gắn đầu trục Rôto Chổi điện (hay gọi chổi than) đợc làm graphit Các chổi điện đợc tì chặt lên cổ góp nhờ lò xo chổi điện đợc gắn nắp máy II Nguyên lí làm việc động điện chiều Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều Nguyờn tc hot ngca ng c in mt chiu Pha 1: T trng ca rotor Pha 3: B phn chnh in s cựng cc vi stator, s y Pha 2: Rotor tipi cc cho t trng gia to chuyn ng quaytc quay stator v rotor cựng du, tr li ca rotor pha Nguyn Vn Lng (014105005) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Nu trc ca mt ng c in mt chiu c kộo bng lc ngoi, ng c s hot ng nh mt mỏy phỏt in mt chiu, v to mt sc in ng cm ng Electromotive force (EMF) Khi hnh bỡnh thng, rotor quay s phỏt mt in ỏp gi l sc phn in ng counter-EMF (CEMF) hoc sc in ng i khỏng, vỡ nú i khỏng li in ỏp bờn ngoi t vo ng c Sc in ng ny tng t nh sc in ng phỏt ng c c s dng nh mt mỏy phỏt in (nh lỳc ta ni mt in tr ti vo u ca ng c, v kộo trc ng c bng mt ngu lc bờn ngoi) Nh vy in ỏp t trờn ng c bao gm thnh phn: sc phn in ng, v in ỏp giỏng to in tr ni ca cỏc cun dõy phn ng Dũng in chy qua ng c c tớnh theo biu thc sau: I = (VNguon VPhanDienDong) / RPhanUng Cụng sut c m ng c a c, c tớnh bng: P = I * (VPhanDienDong) III 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 - Động điện chiều kích từ độc lập nghĩa phần ứng phần kích từ đợc cung cấp hai nguồn riêng rẽ - Động điện chiều kích từ nối tiếp: cuộn dây kích thích đợc mắc nối tiếp với phần ứng - Động điện chiều kích từ song song: cuộn dây kích 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 IV Các phơng trình động chiều IV.1 Công suất điện từ: Pdt=E.I Trong đó: I dòng điện phần ứng máy điện chiều E sức điện động máy điện chiều đợc xác định theo biểu thức sau: E u = p.N = k 2.a. P số đôi cực từ a số đôi mạch nhánh song song từ thông kích từ dới cực từ (Wb) tốc độ góc (rad/s) = Nguyn Vn Lng (014105005) 2. n n = 60 9,55 Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp n tốc độ quay máy điện chiều (vòng/phút) k= p.N hệ số cấu tạo máy điện 2. a N số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng Vậy : Pdt = k I u IV.2 Mômen điên từ : M dt = P dt = k I u = k I u IV.3 Phơng trình đặc tính Là phơng trình biểu diễn mối quan hệ tốc độ mômen động U u = E u + Ru I u U u = k + Ru I u = U u Ru I u k k =Uu k R ( k. ) M = U R M k ( k. ) u u dt (coi M dt M) u Đây phơng trình đặc tính động kích từ độc lập Nguyn Vn Lng (014105005) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Chơng II: Tổng quan điều khiển động chiều băm áp I Khái niệm chung điều khiển động chiều 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 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 vào tải nên thông số thay đổi tốc độ động bị thay đổi theo Tình trạng gây sai số tốc độ vào 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 khiển tốc độ động chiều, nhng ta xét đến phơng pháp điều khiển băm áp Điều khiển băm áp (băm xung) Băm áp chiều biến đổi điện áp chiều thành xung điện áp Điều chỉnh độ rộng xung điện áp, điều chỉnh đợc trị số trung bình điện áp tải Các băm áp chiều thực theo sơ đồ mạch nối tiếp (phần tử đóng cắt mắc nối tiếp với tải) theo sơ đồ mạch song song (phần tử đóng cắt đợc mắc song song với tải) 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 II Các loại băm áp Nguyn Vn Lng (014105005) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Băm áp chiều nối tiếp 1.1 Nguyên lí băm áp chiều nối tiếp + K U U1 Ud Ud U1 Zd t _ a t1 t2 TCK b Hình 2.1 Băm áp chiều nối tiếp; a sơ đồ nguyên lí; b đường cong điện áp Sơ đồ nguyên lí băm áp chiều nối tiếp giới thiệu hình 2.1a Theo phần tử chuyển mạch tạo xung điện áp mắc nối tiếp với tải Điện áp chiều đợc điều khiển cách điều khiển thời gian đóng khoá K chu kì đóng cắt Trong khoảng ữ t1 (hình 2.1b) khoá K đóng điện áp tải điện áp nguồn (Ud = U1), khoảng t1 ữ t2 khoá K mở điện áp tải Nguyn Vn Lng (014105005) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Trị số trung bình điện áp chiều tính U coi Ud = U1 f=1/TCK thì: Ud U1 UTB t t = Tck t1 t2 TCK b 1.2.Hoạt động sơ đồ với tải điện cảm Sơ đồ điển hình có dạng: K U,i Ud id Ld Rd Ud t Dòng điện đợc xác định phơng trình vi phân: U =R i= d i + Ld di dt t t + T T d I bd e I XL e d Trong đó: i - dòng điện tải; Rd - điện trở tải; Ld - điện cảm tải Ibd - dòng điện ban đầu chu kì xét (mở hay đóng khoá K); IXL - dòng điện xác lập chu kì xét Khi khoá K đóng ; Khi khoá K mở IXL = T d = L R d - số thời gian điện từ mạch d Nguyn Vn Lng (014105005) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Độ nhấp nhô dòng điện đợc tính: I = (1 ). U T CK (1 ). U = Ld Ld f x Từ biểu thức thấy rằng, biên độ dao động dòng điện phụ thuộc vào bốn thông số: điện áp nguồn cấp (U1); độ rộng xung điện áp (); điện cảm tải (Ld)và chu kì chuyển mạch khoá K (TCK) Các thông số: điện áp nguồn cấp, độ rộng xung điện áp phụ thuộc yêu cầu điều khiển điện áp tải, điện cảm tải L d thông số tải Do để cải thiện chất lợng dòng điện tải (giảm nhỏ I) tác động vào TCK Nh vậy, chu kì chuyển mạch bé (hay tần số chuyển mạch lớn) biên độ đập mạch dòng điện nhỏ, chất lợng dòng điện chiều cao Do điều khiển thờng đợc thiết kế với tần số cao hàng chục kHz Có thể minh hoạ giản đồ dòng điện điện áp cho hai tần số khác U,i Ud id U,i t t a) Nguyn Vn Lng (014105005) b) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp 1.3 Các sơ đồ động lực băm áp nối tiếp T1 Các sơ đồ điển hình: Dùng tiristor hình a Dùng tran lưỡng cực hình b Dùng tran trường hình c Dùng IGBT hình d T MĐK Zd Ud b a T T MĐK Zd MĐK c Zd d Băm áp song song Nguyên lí băm áp song song Tổn hao công suất băm áp song song Băm áp có hoàn trả lợng nguồn 2.1 Nguyên lí băm áp song song Sơ đồ: Dòng điện điện áp đợc tính tơng ứng khoá K đóng i = U ;U R s d Rhc U1 + K - =0 iT iS Rd Ud hc khoá K hở i T = R U hc + Rd ;U d = R U hc Ud + Rd t Rd t1 iN TCK t iS t 0ữt1 - khoá K t1ữTCK - khoá Khở Nguyn Vn Lng (014105005) Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Tổn hao công suất băm áp song song Trờng hợp tổng quát P = Rhc iS2t1 + Rhc iT2 t t1 + t U12 U12 t1 + t2 Rhc Rhc + Rd P = t1 + t Khi điều chỉnh, chu kì xung điện áp không đổi Khi đó, tăng t1 giảm t2 ngợc lại Khi cần giảm điện áp tải, cần tăng t1 giảm t2, công suất tổn hao biểu thức tăng Do đó, băm áp song song không thích hợp tải nhận lợng từ lới Băm áp có hoàn trả lợng nguồn Trờng hợp xét tải có sức điện động (ví dụ cấp điện chiều nguồn tải trở) Dòng điện chạy ngợc U nguồn tồn Ed>U1 t d D0 iN + id - iS t Ud Ed K TCK t Rd iS U1 t1 iN 0ữt1 - khoá K t1ữTCK - khoá Khở b a Xét trờng hợp tải điện cảm có sức điện động (ví dụ động làm việc chế độ hạ tải) iN + U1 D0 Ud id iS Rd K Ld iN Ud t TCK t iS Ed - t1 t a 0ữt1 - khoá K t1ữTCK - khoá Khở Nguyn Vn Lng (014105005) 10 Lp: H in t 1_khoỏ Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp Băm áp nối tiếp, song song kết hợp Trong trờng hợp tải làm việc chế độ nhận lợng trả lợng, sơ đồ phối hợp nối tiếp song song đợc sử dụng Khi nhận lợng từ lới, điều khiển KN Khi trả lợng lới, điều khiển KS D1 iN + id KN Rd iS U1 D2 KS Ld Ed - UN Băm áp đảo chiều Sơ đồ nh hình vẽ Theo chiều chạy thuận, điều khiển T1, T3 dòng điện tải iT có chiều xuống nh hình vẽ, UAB>0 Theo chiều chạy ngợc, điều khiển T2, T4, dòng điện tải iN có chiều dới lên nh hình vẽ, UAB[...]...Truyền động điện Điều khin ng c mt chiu bng b bm ỏp 3 Băm áp nối tiếp, song song kết hợp Trong trờng hợp tải làm việc cả chế độ nhận năng lợng và trả năng lợng, sơ đồ phối hợp nối tiếp và song song đợc sử dụng Khi nhận năng lợng từ lới, điều khiển KN Khi trả năng lợng về lới, điều khiển KS D1 iN + id KN Rd iS U1 D2 KS Ld Ed - UN 4 Băm áp đảo chiều Sơ đồ nh hình vẽ Theo chiều chạy thuận, điều khiển. .. Theo chiều chạy thuận, điều khiển T1, T3 dòng điện tải iT có chiều trên xuống nh hình vẽ, UAB>0 Theo chiều chạy ngợc, điều khiển T2, T4, dòng điện tải iN có chiều dới lên nh hình vẽ, UAB