Khóa luận tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều

MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Đối tượng nghiên cứu 1 4. Phương pháp nghiên cứu 1 5. Cấu trúc đề tài 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2 1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều. 2 1.1.1 Cấu tạo 2 1.1.2 Nguyên lý hoạt động 4 1.1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 4 1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song 6 1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 15 CHƯƠNG II: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI TRONG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 25 2.1 Bộ biến đổi chỉnh lưu 25 2.1.1 Chỉnh lưu không điều khiển 25 2.1.2 Chỉnh lưu điều khiển 30 2.2 Bộ biến đổi DCDC 37 2.2.1 Bộ băm xung một chiều 39 2.2.2 Biến đổi giảm áp (Buck Converter) 41 2.2.3 Bộ biến đổi tăng áp 46 2.2.4. Bộ biến đổi tăng – giảm áp một chiều 48 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 50 3.1. Sơ đồ khối 50 3.1.1. Khối nguồn 50 3.1.2 Khối tạo xung 51 3.1.3 khối cách ly: 55 3.1.4 khối công suất 56 3.2 Kết quả khảo sát: 57 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

LỜI CẢM ƠN Bài khóa luận hoàn thành với giúp đỡ tận tình thầy giáoThs Phạm Khánh Tùng Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Phạm Khánh Tùng hướng dẫn em suốt thời gian học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy, cô tổ môn Kỹ thuật điện tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè quan tâm giúp đỡ em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 22 tháng 03 năm 2016 Sinh viên thực khóa luận Trịnh Thị Mỹ Linh MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1.1 Cấu tạo Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở mạch phần ứng : .22 Chỉnh lưu ba pha 28 Chỉnh lưu pha điều khiển 32 2.2 Bộ biến đổi DC/DC .38 2.2.1 Bộ băm xung chiều 40 2.2.2 Biến đổi giảm áp (Buck Converter) 42 2.2.3 Bộ biến đổi tăng áp 47 2.2.4 Bộ biến đổi tăng – giảm áp chiều 49 2.2.4.1 Bộ biến đổi 49 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong đời sống sản xuất động điện sử dụng rộng rãi, đặc biệt động điện chiều có nhiều ưu điểm Đặc biệt công nghiệp, động điện chiều sử dụng nhiều nơi có yêu cầu mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Do gắn liền với sử dụng động điện chiều cách điều khiển tốc độ động cho phù hợp với nhu cầu người sử dụng thực tế Vì động điện chiều có đặc tính làm việc tốt mặt điều chỉnh tốc độ, phạm vi điều chỉnh rộng Do em lựa chọn đề tài “ Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ động chiều” nhằm tạo mạch điều khiển tốc độ, chế độ làm việc động điện chiều Mục đích nghiên cứu Thiết kế mạch điều khiển tốc độ động chiều Đối tượng nghiên cứu Phương pháp điều khiển động chiều Phương pháp nghiên cứu • Nghiên cứu lý thuyết • Nghiên cứu ứng dụng điện tử công suất Cấu trúc đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo Nội dung khóa luận chia làm chương : Chương I : Tổng quan động điện chiều Chương II : Các biến đổi điện tử công suất Chương III: Tính toán thiết kê biến đổi điều khiển tốc độ động chiều CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện chiều 1.1.1 Cấu tạo a Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần chính: Phần tĩnh phần động - Phần tĩnh hay stato hay gọi phần kích từ động cơ, phận sinh từ trường, gồm có: +) Mạch từ dây kích từ lồng mạch từ (nếu động kích từ nam châm điện), mạch từ làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích thích hay gọi dây quấn kích từ làm dây điện từ, cuộn dây điện từ mắc nối tiếp với +) Cực từ chính: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối, tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với +) Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông +) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại, máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy +) Các phận khác: Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ, sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại - Phần quay hay rôto: Bao gồm phận sau +) Phần sinh sức điện động gồm có: Mạch từ làm vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với Trên mạch từ có rãnh để lồng dây quấn phần ứng Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với theo qui luật định Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây đầu dây bối dây nối với phiến đồng gọi phiến góp, phiến góp ghép cách điện với cách điện với trục gọi cổ góp hay vành góp Tỳ cổ góp cặp trổi than làm than graphit ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo +) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta dập lỗ thông gió để ép lại thành lõi sắt tạo lỗ thông gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto +) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất vài Kw thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm làm tre, gỗ hay bakelit +) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đuôi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng 1.1.2 Nguyên lý hoạt động Khi cho điện áp chiều vào, dây quấn phần ứng có điện Các dẫn có dòng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều lực xác định quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp chiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động Eư chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải, động đổi chiều sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Khi ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư 1.1.3 Đặc tính động điện chiều Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mômen động cơ: ω = f(M) Đặc tính động điện chia đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo Dạng đặc tính loại động khác khác Đặc tính tự nhiên: Đó quan hệ ω = f(M) động điện thông số điện áp, dòng điện động định mức theo thông số thiết kế chế tạo mạch điện động không nối thêm điện trở, điện kháng Đặc tính nhân tạo: Đó quan hệ ω = f(M) động điện thông số điện không định mức mạch điện có nối thêm điện trở, điện kháng có thay đổi mạch nối Ngoài đặc tính cơ, động điện chiều người ta sử dụng đặc tính điện Đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ: ω = f(I) hay n = f(I) Trong hệ TĐĐ có trình biến đổi lượng điện - Chính trình biến đổi định trạng thái làm việc động điện Người ta định nghĩa sau: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương có chiều truyền từ nguồn đến động từ động biến đổi công suất điện thành công suất Pcơ = M.ω cấp cho máy (sau có tổn thất ΔP) Công suất Pcơ có giá trị dương mômen động sinh chiều với tốc độ quay, có giá trị âm truyền từ máy sản xuất động mômen động sinh ngược chiều tố độ quay Công suất điện Pđiện có giá trị âm có chiều từ động nguồn Tuỳ thuộc vào biến đổi lượng hệ mà ta có trạng thái làm việc động gồm: Trạng thái động trạng thái hãm Trạng thái hãm trạng thái động phân bố đặc tính ω(M) góc phần tư sau: - Góc phần tư I, III: Trạng thái động - Góc phần tư II, IV: Trạng thái hãm Hình 1.1 - Các trạng thái làm việc động điện 1.2 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập song song a Sơ đồ nguyên lý Động điện chiều kích từ độc lập: Cuộn kích từ cấp điện từ nguồn chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rôto Hình 1.2- Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Hình 1.3 - Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ song song Nếu cuộn kích từ cuộn dây phần ứng cấp điện nguồn điện động loại kích từ song song Trường hợp nguồn điện có công suất lớn so với công suất động tính chất động tương tự động kích từ độc lập Khi động làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng xuất sức điện động cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động b Phương trình đặc tính Theo sơ đồ nguyên lý hình 1.2 hình 1.3, viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng (rôto) sau: Uư = Eư + (Rư + Rp).Iư (2.1) Trong đó: Uư - điện áp phần ứng động cơ, (V) Eư - sức điện động phần ứng động (V) Rư - điện trở cuộn dây phần ứng Rp - điện trở phụ mạch phần ứng Iư - dòng điện phần ứng động Rư = rư + rct + rcb + rcp (2.2) Trong đó: rư - Điện trở cuộn dây phần ứng rct - Điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp rcb - Điện trở cuộn bù rcp - Điện trở cuộn phụ Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay rôto: Eu = P.N φ ω = K.φ ω 2π a (2.3) Trong đó: K= P.N hệ số kết cấu động 2π a Φ - Từ thông qua cực từ p - Số đôi cực từ N - Số dẫn tác dụng cuộn ứng a - Số mạch nhánh song song cuộn ứng Hoặc ta viết: E u = K e φ n ω= Và: Ke = (2.4) 2π n n = 60 9,55 K = 0,105.K 9,55 Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng có dòng điện, rôto quay tác dụng mômen quay: M = K.φ I u (2.5) Từ hệ phương trình (2.1) (2.3) ta rút phương trình đặc tính điện biểu thị mối quan hệ ф = f(I) động điện chiều kích từ độc lập sau: ω= Uu R u + R p − Iu K.φ K.φ (2.6) Từ phương trình (2.5) rút Iư thay vào phương trình (2.6) ta phương trình đặc tính biểu thị mối quan hệ ω = f(M) động điện chiều kích từ độc lập sau: ω= Uu R u + R p − M K.φ ( K.φ ) (2.7) Có thể biểu diễn đặc tính dạng khác: ω = ω0 − ∆ω Trong đó: (2.8) ω0 = Uu gọi tốc độ không tải lý tưởng K.φ ∆ω = Ru + Rp (K.φ ) M gọi độ sụt tốc độ Lb = (1 − D ) R f (4-9) Giá trị điện dung tụ lọc C= (1 − D)VO 32.Vr Lf (4-10) Hình 2-22: Bộ biến đổi giảm áp đẩy – kéo dùng biến áp xung c Bộ biến đổi nửa cầu Bộ biến đổi dc/dc nửa cầu mô tả hình 2-23, hoạt động mạch tương tự với mạch biến đổi đẩy – kéo Điểm khác biệt chỗ phía sơ cấp biến áp đơn giản cách dùng tụ chia đôi điện áp nguồn Hệ số biến áp biến đổi tính theo: MV = VO D = VS n (4-11) Trong D < 0,5 lọc LC tính theo công thức 4-9 4-10 Hình 2-23: Bộ biến đổi giảm áp nửa cầu dùng biến áp xung d Bộ biến đổi cầu 46 Bộ biến đổi cầu mô tả hình 2-24, so với phương án nửa cầu, ta không thấy tụ phân áp phía nguồn, vai trò chúng thay hai van công suất điều khiển Các van công suất sơ đồ làm việc theo cặp: S1 S4 bật, điện áp +VS dây quấn sơ cấp biến áp diode D1 dẫn, S2 S3 bật, điện áp dây quấn sơ cấp đổi chiều –VS diode D2 dẫn Khi tất van công suất tắt, hai diode dẫn trường hợp biến đổi đẩy – kéo Hệ số biến áp trường hợp biến đổi cầu MV = VO D = VS n (4-12) Trong D ≤ 0,5 Giá trị lọc tính theo công thức 4-9 4-10 Cần phải nhấn mạnh thêm, sơ đồ biến đổi cầu linh hoạt, với qui luật điều khiển khác sử dụng c ho mạch biến đổi dc/ac (sóng chữ nhật PWM nghịch lưu pha) Biến đổi cầu dùng điều khiển động chiều góc phần tư Hình 2-24: Bộ biến đổi giảm áp cầu dùng biến áp xung 2.2.3 Bộ biến đổi tăng áp Hình 2-25a mô tả biến đổi tăng áp (PWM Boost Converter), bao gồm nguồn chiều VS, điện cảm tăng áp L, van công suất điều khiển S, diode D, tụ lọc C tải R Dạng sóng biến đổi tăng áp chế độ CCM hình 2-25b Khi van công suất S bật, dòng điện điện cảm tăng tuyến tính, lúc diode ngắt Khi van công suất tắt, lượng tích lũy điện cảm giải phóng dòng điện qua diode D mạch RC Theo định luật Faraday, ta có: 47 VS DT = (VO − VS )(1 − D)T (4-13) Từ đó, hệ số biến áp MV = VO = VS − D (4-14) Như tên gọi biến đổi, điện áp lớn điện áp nguồn Bộ biến đổi tăng áp làm việc với chế độ CCM L > Lb, với Lb tính theo: (1 − D) DR Lb = f (4-15) Với D = 0,5; R = 10Ω, f = 100 kHz, giá trị điện cảm ranh giới L b = 6.25 µH Hình 2-25: Bộ biến đổi tăng áp (a): sơ đồ (b): dạng sóng Như hình 2-25b, dòng điện cấp cho mạch RC gián đoạn, tụ lọc phải có giá trị lớn so với trường hợp biến đổi giảm áp để đạt độ gợn sóng định Tụ lọc cần phải tạo dòng điện chiều tải 48 diode không dẫn Gia trị điện dung nhỏ tụ để độ gợn sóng Vr tính: C= DVO Vr Rf (4-16) Tại D = 0,5; Vr /VO = 1%, R = 10Ω f = 100 kHz, giá trị điện dung nhỏ biến đổi tăng áp Cmin = 50 µF Bộ biến đổi tăng áp thường phương án cách li biến áp xung 2.2.4 Bộ biến đổi tăng – giảm áp chiều 2.2.4.1 Bộ biến đổi Nguyên lý sơ đồ biến đổi tăng – giảm áp chiều không cách li (Buck–Boost Converter) trình bày hình 2-26a Bộ biến đổi gồm nguồn chiều VS, van công suất điều khiển S, điện cảm L, diode D tụ lọc C tải R Khi van bật, dòng điện cảm iL tăng diode ngắt Khi van tắt, diode tạo lối cho dòng điện cảm iL Lưu ý cực tính diode, dòng điện từ đầu Hình 2-26: Bộ biến đổi tăng – giảm áp (a): sơ đồ (b): dạng sóng Dạng sóng biến đổi tăng – giảm áp hình 2-26b Điều kiện để điện áp điện cảm không trạng thái ổn định 49 VS DT = −VO (1 − D)T (4-17) Hệ số biến áp biến đổi MV = VO D =− VS 1− D (4-18) Điện áp VO có giá trị âm so với đất, độ lớn lớn nhỏ (bằng D = 0,5) so với điện áp nguồn, tên biến đổi Giá trị điện cảm ranh giới chế độ CCM / DCM: (1 − D) R Lb = f (4-19) Đặc tính đầu giống biến đổi tăng áp (khác cực tính điện áp), giá trị điện dung tụ lọc tính theo công thức 4-16 50 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 3.1 Sơ đồ khối KHỐI KHỐI ĐỘNG NGUỒN CÔNG CƠ SUẤT KHỐI KHỐI TẠO CÁCH XUNG LY 3.1.1 Khối nguồn a Nhiêm vụ sơ đồ nguyên lý: + nhiệm vụ - Cung cấp nguồn chiều công suất lớn cho động chiều - Cấp nguồn nuôi cho mạch điều khiển + sơ đồ nguyên lý nguồn mạch điều khiển: Sơ đồ nguyên lý nguồn mạch công suất: 51 b Cấu tạo : gồm khối + khối chỉnh lưu: bao gồm biến áp 220V(AC)- 18V(AC) diode chỉnh lưu D1, D2, D3, D4, D5, D6 Biến đổi nguồn từ 220(V)AC -18(V)AC sau qua chỉnh lưu để tạo thành điện áp 18V(DC) + khối ổn áp: cấu tạo từ IC 7815, cuộn lọc L1 tụ điện C2, C3 Lọc ổn áp nguồn 18V(DC) c.Nguyên lý hoạt động: + khối chỉnh lưu: Điện áp xoay chiều lấy từ đầu thứ cấp máy biến áp nửa chu kỳ dương dòng điện chạy qua diode D4 D6 Nửa chu kỳ âm, D3 D5 dẫn điện +khối ổn áp: điện áp đầu cầu diode tụ C2, C3và cuộn lọc L1 lọc phẳng sau vào chân IC 7815, IC diễn so sánh điện áp khuếch đại tạo Ura ổn áp giá trị 15V(DC) nuôi mạch tạo xung chân 3.1.2 Khối tạo xung a Nhiệm vụ sơ đồ nguyên lý: + Nhiệm vụ: tạo xung có tần số cao, ổn định + Sơ đồ nguyên lý: 51 b cấu tạo: IC555, tụ điện C4, C5; diode D1, D2; biến trở VR1 điện trở R1, R3,R4 Trong cấu tạo IC555 gồm chân + Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức ko 0V mà khoảng từ (0.35 ->0.75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân không nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định 52 + Chân số 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số 7(DISCHAGER) : xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại.ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch -C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Nó cấp điện áp từ 2V >18V -Cấu tạo bên : Nhìn sơ đồ cấu tạo ta thấy cấu trúc 555 gồm : OPAM, điện trở, transitor, FF ( FF RS): - OP-amp có tác dụng so sánh điện áp - Transistor để xả điện - Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Nguyên lý hoạt động IC555 Ở mạch H: mức cao gần Vcc; L mức thấp 0V Sử dụng FF - RS Khi S = [1] Q = [1] = Q- = [ 0] 53 Sau đó, S = [0] Q = [1] =Q- = [0] Khi R = [1] = [1] Q = [0] Khi S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] Q-= [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset Khi đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời (Ra+Rb)C * Tụ C nạp từ điện Áp 0V -> Vcc/3: - Lúc V+1(V+ Opamp1) > V-1 Do O1 (ngõ Opamp1) có mức logic 1(H) - V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = 0(L) - R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = - Q = > Ngõ = - /Q = > Transistor hồi tiếp không dẫn * Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = - V+2 < V-2 Do O2 = - R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trước (Q=1, /Q=0) - Transistor ko dẫn ! * Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = - V+2 > V-2 Do O2 = - R = 1, S = > Q=0, /Q = - Q = > Ngõ đảo trạng thái = - /Q = > Transistor dẫn, điện áp chân xuống 0V ! - Tụ C xả qua Rb Với thời Rb.C - Điện áp tụ C giảm xuống tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống 2Vcc/3 * Tụ C tiếp tục "XẢ" từ điện áp 2Vcc/3 > Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = - V+2 < V-2 Do O2 = 54 - R = 0, S = > Q, /Q giứ trạng thái trước (Q=0, /Q=1) - Transistor dẫn ! * Tụ C xả qua ngưỡng Vcc/3: - Lúc V+1 > V-1 Do O1 = - V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3) Do O2 = - R = 0, S = > Q = 1, /Q (Q đảo) = - Q = > Ngõ = - /Q = > Transistor không dẫn -> chân không = 0V tụ C lại nạp điện với điện áp ban đầu Vcc/3 c Nguyên lý hoạt động: Nguồn chiều lọc đưa vào chân IC555 kích cho IC hoạt động, IC diễn trình so sánh thiết lập đưa xung vuông chân Biến trở VR1 phân áp điều chỉnh tần số 3.1.3 khối cách ly: a Nhiệm vụ sơ đồ nguyên lý + Nhiệm vụ: Ngăn xung điện áp cao hay phần mạch điện công suất lớn làm hư hỏng ngõ điều khiển công suất nhỏ bo mạch Truyền tín hiệu từ mạch điều khiển đến mạch công suất + Sơ đồ nguyên lý: 55 b Cấu tạo: biến áp xung; diode D5, D6, D7; trazitor Q1; tụ C1, C2; điện trở R1, R3, R4, R9 c Nguyên lý hoạt động: Xung đưa từ IC555 vào sau trazitor khuếch đại tín hiệu đưa vào biến áp xung 3.1.4 khối công suất a Nhiệm vụ sơ đồ nguyên lý: + Nhiệm vụ: - chịu công suất lớn - chịu dòng lớn - từ xung điều khiển nhận đóng ngắt điều khiển tốc độ động + Sơ đồ nguyên lý: b Cấu tạo : IGBT-1F34BL; tụ C4; diode D7; điện trở R2, R5 c Nguyên lý hoạt động 56 Cấp nguồn 220V(AC) vào phần sơ cấp máy biến áp, đầu thứ cấp máy biến áp thu điện áp 18V(AC) Được đưa vào cầu chỉnh lưu thành dòng chiều, nhiên dòng nhiều gợn sóng nên qua tụ lọc dòng lọc phẳng sau qua mạch bảo vệ vào động Đồng thời lúc xung từ IC555 đưa qua mạch cách ly vào đầu điều khiển IGBT, IGBT đóng mở điều khiển xung vào động cơ, điều khiển động Từ ta tiến hành làm mạch theo mạch nguyên lý 3.2 Kết khảo sát: Sau tiến hành làm mạch thật ta đo số kết sau: Tần số 100(µs) 50 (µs) 10 (µs) Điện áp 10,56(V) 16,7(V) 19,63(V) 57 Độ rộng xung 50% 70% 95% KẾT LUẬN Quá trình nghiên cứu đề tài “Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ động điện chiều” em hiểu thêm kiến thức chuyên môn môn kỹ thuật điện, đặc biệt hiểu thêm nhiều kiến thức động điện chiều Khóa luận đề cập đến phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều chọn phương pháp điều khiển cách thay đổi độ rộng xung (PWM)- phương pháp có nhiều ưu điểm việc điều chỉnh tốc độ động điện, hiểu cao Khóa luận hoàn thành mạch điều khiển tốc độ động chiều, điều chỉnh tần số điều chỉnh điện áp cho động dải điều chỉnh từ 0V-20V, tần số đến 1MHz Vì điều kiện thời gian hạn chế, trình độ lực có hạn nên trình nghiên cứu trình bày nhiều thiếu sót cần bổ sung Em mong nhận góp ý thầy cô bạn để em hoàn thiện đề tài 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Bùi Đình Tiếu, Giáo trình Truyền động điện, NXB Giáo dục Đặng Văn Đào, Giáo trình Kỹ thuật điện, NXB Khoa học kỹ thuật Lê Văn Doanh, Giáo trình Điện tử công suất, NXB Khoa học kỹ thuật TS.Lương Ngọc Hải, Giáo trình Kỹ thuật xung số, NXB Giáo dục Nguyễn Bính, Giáo trình Điện tử công suất, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội Phạm Quốc Hải, Giáo trình Phân tích giải mạch điện tử công suất, NXB Khoa học kỹ thuật Một số tài liệu internet phương pháp PWM, datasheet linh kiện 59 [...]... máy, tốc độ động cơ ω tăng dần, sức điện động của động cơ Eư=K.ϕ.ω cũng tăng dần và dòng điện động cơ bị giảm: I= U − Eu Ru + Rp (2.11) Do đó mômen động cơ cũng giảm Động cơ mở máy trên đường đặc tính cơ như hình 2.8b Nếu cứ giữ nguyên Rp trong mạch phần ứng thì khi tốc độ tăng theo đường đặc tính 1 tới điểm B, mômen động cơ giảm từ mômen Mmm xuống bằng mômen cản Mc, động cơ sẽ quay ổn định với tốc độ. .. vào mạch động cơ Dòng điện qua động cơ được hạn chế trong giới hạn cho phép ứng với mômen mở máy: Mmm = M1 = (2 ÷ 2,5)Mđm Động cơ bắt đầu tăng tốc theo đặc tính cơ 1 từ điểm a đến điểm b Cùng với quá trình tăng tốc, mômen động cơ giảm dần Tới điểm b, tốc độ động cơ là ω2 và mômen là M2 = (1,1 ÷ 1,3)Mđm thì tiếp điểm K2 đóng, cắt điện trở mở máy R2 ra khỏi mạch động cơ Động cơ chuyển từ đặc tính cơ 2... điểm e trên đặc tính cơ tự nhiên và lại tăng tốc theo đặc tính này tới làm việc tại điểm A Tại đây, mômen động cơ MĐ cân bằng với mômen cản MC nên động cơ sẽ quay với tốc độ ổn định ωA Đảo chiều quay Cũng như động cơ điện một chiều kích từ song song, động cơ một chiều kích từ nối tiếp sẽ đảo chiều quay khi đảo chiều dòng điện phần ứng 19 Hình 2.16 - Đảo chiều quay động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp... mômen động (chênh lệch giữa mômen động cơ và mômen cản: ΔM = MĐ - MC) giảm dần nên hiệu quả gia tốc cũng giảm theo Đến một tốc độ nào đó, ứng với điểm b, tiếp điểm 1G đóng lại, một đoạn điện trở khởi động bị nối tắt Và ngay tại tốc độ đó, động cơ chuyển sang làm việc ở điểm c trên đường đặc tính cơ thứ 2 Mômen động cơ lại tăng lên, gia tốc lớn hơn và sau đó gia tốc lại giảm dần khi tốc độ tăng, mômen động. .. điểm c trên đặc tính cơ 1 Thời gian chuyển đặc tính vô cùng ngắn nên tốc độ động cơ coi như giữ nguyên Đoạn bc song song với trục hoành OM Lúc này mômen động cơ lại tăng từ M2 lên M1, động cơ tiếp tục tăng tốc nhanh theo đặc tính cơ 1 Khi mômen động cơ giảm xuống còn M2 (ứng với tốc độ ω1) thì điện trở mở máy R1 còn lại được cắt nốt ra khỏi mạch động cơ nhờ đóng tiếp điểm K 1 Động cơ chuyển sang làm... phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: ω= U K.K ' M − R uΣ K.K ' (2.13) Đồ thị đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp là một đường hyperbol Hình 1.13 - Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Thực tế, động cơ thường được thiết kế để làm việc với mạch từ bảo hòa ở vùng tải định mức Do vậy, khi tải nhỏ, đặc tính cơ có dạng đường hypecbol... quay  Mở máy Nếu khởi động động cơ ĐMđl bằng phương pháp đóng trực tiếp thì ban đầu tốc độ động cơ còn bằng không nên dòng khởi động ban đầu rất lớn (Inm = Uđm/Rư ≈ 10 ÷ 20Iđm) Như vậy nó đốt nóng mạnh động cơ và gây sụt áp lưới điện Hoặc làm cho sự chuyển mạch khó khăn, hoặc mômen mở máy quá lớn sẽ tạo ra các xung lực động làm hệ truyền động bị giật, lắc, không tốt về mặt cơ học, hại máy và có thể... thời gian đảo chiều tăng lên Ngoài ra, dùng phương pháp đảo chiều từ thông thì từ thông qua trị số 0 có thể làm tốc độ động cơ tăng quá cao 1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Sơ đồ nguyên lý 15 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng như sơ đồ nguyên lý ở hình 1.11 Hình 1.11 - Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ... để động cơ một chiều kích từ nối tiếp làm việc ở chế độ không tải hoặc rơi vào tình trạng không tải Không dùng động cơ một chiều kích từ nối tiếp với các bộ truyền đai hoặc ly hợp ma sát Thông thường, tải tối thiểu của động cơ là khoảng (10 ÷ 20)% định mức Chỉ những động cơ công suất rất nhỏ (vài chục Watt) mới có thể cho phép chạy không tải b Ảnh hưởng của thông số điện đối với đặc tính cơ 17 Ở động. .. mômen động cơ giảm dần theo đường cong cd Tiếp theo quá trình lại xảy ra tương tự như vậy: sau khi đóng tiếp điểm 2G 13 mômen động cơ giảm theo đường ef và đến điểm f tiếp điểm 3G đóng lại thì động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên Hình 1.9a - Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập qua 3 cấp điện trở Hình 1.9b,c - Đặc tính cơ lúc mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập