Tính toán, thiết kế chế tạo mạch điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ song song

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:...16 CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG...23 2.1

Trường ĐHSP Kỹ thuật hưng Yên

Khoa điện - điện tử

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt namĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc

Đồ án môn học

Sinh viên thực hiện : 1 Nguyễn Văn Tiến

2 Lê Văn Tiến

 Số liệu cho trước:

- Các trang thiết bị đo, kiểm tra tại xưởng thực tập, thí nghiệm ĐTCS- TNMĐ

- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn

 Nội dung cần hoàn thành:

1 Lập kế hoạch thực hiện

2 Giới thiệu động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ

3 Thiết kế, chế tạo mạch điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều đảm bảo yêucầu: P = 370W; U = 220DCV

Kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm tại phòng 203B5

4 Khảo sát, phân tích kết quả đạt được

5 Sản phẩm của đề tài đảm bảo tính công nghiệp và có tính khả thi trong thực tiễn

6 Trình bày quyển thuyết minh theo yêu cầu: font – times new roman; lề phải 2.5cm;

lề trái 3cm; cách trên 2cm, cách dưới 2cm; đề mục các chương (phần) chữ viếthoa cỡ 13, các đề mục chính chữ thường in đậm, nội dung chính chữ 13 Cấu trúcthuyết minh theo yêu cầu hiện hành của bộ môn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

Khoa điện - điện tử 1

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG I : TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 6

1.1.Cấu tạo động cơ điện một chiều 6

1.1.2 Phần quay (rotor) 6

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: 7

1.3 Phương trình đặc tính cơ của động cơ 8

1.3.1.Phương trình đặc tính cơ: 9

1.4.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng: 13

1.4.3 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông: 15

1.4.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng: 16

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 23

2.1 Sơ đồ khối 23

2.2.khái quát chung : 23

2.3 Chọn sơ đồ chỉnh lưu 24

2.3.1 Sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha: 24

2.3.2 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển: 25

2.4.Chọn phương án điều khiển: 28

2.4.1 Giới thiệu chung: 28

2.4.2 Gới thiệu về vi mạch TCA 785 29

2.5.Tính chọn thiết bị 37

2.5.1 Mục đích và ý nghĩa: 37

2.5.2 Tính chọn mạch động lực: 38

2.5.6 nguyên lý hoạt động của mạch: 45

2.6 Sơ đồ board mạch: 46

CHƯƠNG III : KHẢO SÁT VÀ THẢO LUẬN 47

3.1 Khảo sát 47

3.2 Thảo luận 47

3.3 kết luận: 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc công nghiệp hiện đại hoá đất nước, sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong công cuộc này,đặc biệt

hoá-là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực tiễn vào

lao động sản xuất Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện-điện tử, công nghệthông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộmới Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống côngnghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Tự động hoá không những làmgiảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năngsuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm.

Với mục tiêu công nghiệp hoá-hiện đại hoá đất nước, ngày càng có thêm nhiều xínghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức

về điện tử công suất, về truyền động điện, về vi mạch và xử lý trong công tác kỹ thuậthiện tại Trong đó điện tử công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quátrình công nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thốngtruyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tựđộng hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tửcông suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các

hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát-động cơ Xuất phát từ yêucầu thực tế đó em được giao nhiệm vụ làm đồ án môn điện tử công suất và truyền động

điện với đề tài: “Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ

song song” nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế.

Với sự hướng dẫn của cô ‘‘NGUYỄN ĐÌNH HÙNG ’’ chúng em đã tiến hành

nghiên cứu và thiết kế đề tài.Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thứcthực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đềtài hoàn thiện hơn

Chúng em xin trân thành cảm ơn.!

CHƯƠNG I : TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động

cơ điện Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng.Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Động cơ điện một chiều được

sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải Động cơ điện một chiềugồm những loại sau đây:

- Động cơ điện một chiều kích từ song song

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

1.1.Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)

1.1.1 Phần tĩnh (stator)

Gồm các phần chính sau:

a Cực từ chính:

Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích

từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện Cực

từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồngbọc cách điện

a.Lõi sắt phần ứng:

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện

dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để

sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

b.Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Thường làm

bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn,

trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách

điện với rãnh của lõi thép

c Cổ góp:

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện

xoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện

với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Đuôi vành

góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến

góp được dễ dàng

d Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy

- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy

thường làm bằng thép Cacbon tốt

1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:

Hình 1.1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng có

dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt

tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khiphần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến gópđổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay

chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải

Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư

Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích

rừ độc lập Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không phụ thuộcvào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải màchỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ

Hình1.2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

1.3 Phương trình đặc tính cơ của động cơ

Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ

Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế độ địnhmức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm)

Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồnhay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ

Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính

cơ β được tính như sau Δβ= ΔM Δω

β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi

β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng.

β → ∞ đặc tính cơ tuyệt đối cứng.

Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từthường mắc song song với mạch phần ứng

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạchkích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập

60a : hệ số sức điện động của động cơ

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây

ở phía dưới tốc độ cơ bản.

 Trường hợp thay đổi U< U đm

Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải ω=

1.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:

1.4.1 Khái niệm chung:

1.4.1.1 Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông sốnguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ đótạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu Có haiphương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp

từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất

Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm tính phức tạpcủa cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độtheo phương pháp thứ hai

Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tảithay đổi của động cơ điện

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn sovới các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng màcấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điềuchỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

1.4.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

a Hướng điều chỉnh tốc độ:

Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự nhiên.

b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé nhất nmin màngười ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = nmax/nmin

Trong đó:

- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học

- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người ta chọn

d Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điều chỉnh tốc

độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó

 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này hai cấptốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vô cấp

  1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.

e Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm việccủa động cơ  là cao nhất khi tổn hao năng lượng Pphụ ở mức thấp nhất

f Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:

Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ thốngđiều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng thời hệ thốngphải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổthông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau

1.4.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áptrên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi Để tránh những biến độnglớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằngcách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiềukích từ độc lập

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp như:máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trêndùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trịsức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEđm. Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý tưởng sẽ thayđổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi

Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ không thay đổi.

Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:

Hình 1.3: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất là giảm

áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản ncb Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hayliên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi một cách liên tục và ngược lại

Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng trong thực tế động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở phạm vi cho phép:

 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần

ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiềutrong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

 Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều

chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng

 Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ

bản và chi phí vận hành cao

U1 U2 U3

TN ( Uđm )

n0 ncb n1 n2 n3

M

n

MC

Uđm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3

1.4.3 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông:

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện

từ của động cơ M = KMIư và sức điện động quay của động cơ

Eư = KEn Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên giá trị định mức

Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công suất nhỏ Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…

Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc này tốc độ tăng

lên khi từ thông giảm: n =

Khi Φ giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn Nên ta có họ đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau:

Hình 1.5: họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thôngPhương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh được tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản

Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô cùng Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:

nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D =

nmax

n cb =

3 1

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép Khi điều chỉnh tốc độtùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng điện

và chịu được hồ quang điện Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều

chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh

tế

1.4.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng

có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều Trong phương pháp này điện trở phụđược mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ

trên mạch phần ứng.

Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ cứngcủa đường đặc tính cơ:

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính cơcàng dốc Ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên được tínhtheo công thức sau:

Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơntất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng Vậy khi thay đổigiá trị Rf ta được họ đặc tính cơ như sau:

Hình 1.7:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.

Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứngđược giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm

Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn tốc độđộng cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảmtheo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1

Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb Trên thực tếkhông thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ cho những tốc độ nhảycấp tức độ bằng phẳng  xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3…

Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:

Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng Khi động cơ làm việc ởtốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảo tính kinh tếcho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh:

D =

(2÷3)1

Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm Đồng thời dòng điện ngắn mạch

dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản Và tuyệt đối không được dùng chocác động cơ của máy cắt kim loại

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch

phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb

Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần trục,

thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép

Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng lớn,

đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi càngkém Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng.1.4.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phầnứng có sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.

Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn ncb và điều chỉnh nhảy cấp Hệ thống

có độ cứng tương đối lớn và thiết bị vận hành đơn giản thì người ta dùng phương pháp rẽ mạch phần ứng hay còn gọi là phân mạch

Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng thì phần ứng động cơ nối song song với điện trở

và nối nối tiếp với một điện trở khác Phương pháp này giống với phương pháp thay đổiđiện trở trên mạch phần ứng nhưng điện áp phần ứng lại không thay đổi Do đó, phươngpháp này đòi hỏi phải:

- Điện áp đặt vào phần ứng động cơ không thay đổi

- Vì dòng kích từ không thay đổi nên khi điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổi làmcho moment phụ tải cho phép được giữ không đổi và bằng trị số định mức

Độ cứng của đường đặc tính cơ rẽ mạch phần ứng PM nhỏ hơn độ cứng của đặc tính cơ

tự nhiên TN nhưng lại lớn hơn độ cứng của đặc tính cơ có điện trở phụ Rf với điện trởphụ chính là Rn

Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong trường hợp này ta tiến hành như sau:

 Giữ nguyên R n , thay đổi giá trị R S :

- Khi RS = 0: Đây là trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng

nHĐN = 0

Hình 1.9: Họ đặc tính cơ khi R n = const, R S thay đổi.

Như vậy, khi giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS thì vùng điều chỉnh tốc độ bị hạn chế

và modun độ lớn đặc tính cơ tăng dần khi tốc độ giảm

 Giữ nguyên R S , thay đổi giá trị R n :

RS như là tải nối song song với động cơ Ta có được đường đặc tính cơ tựnhiên

- Khi Rn = : Động cơ điện bị hở mạch nên không có điện áp rơi trên phầnứng động cơ Đây là trạng thái hãm động năng với RHĐN = RS Ta có : IB =

Uđm/RS

Ta có họ đặc tính cơ như sau:

Hình 1.10: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.

Vậy, khi giữ nguyên RS và thay đổi Rn thì phạm vi điều chỉnh không bị hạn chế nhưtrường hợp trên Nhưng khi tốc độ giảm xuống thì độ cứng đường đặc tính cơ lại bị giảmxuống

 Ngoài ra còn có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị của R S và R n:

Phương pháp này thường được sử dụng trong thực tế So với phương pháp điềuchỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng ta nhận thấy: Khi tốc độ vàmoment động cơ như nhau nghĩa là khi công suất cơ như nhau dòng điện nhận từ lướitrong sơ đồ rẽ mạch phần ứng luôn luôn lớn hơn trong sơ đồ điều chỉnh bằng điện trở phụtrên mạch phần ứng một lượng bằng dòng điện chạy qua RS

Phương pháp này chỉ dùng cho cần trục, cầu trục, thang máy, máy cán thép Đồng thờituyệt đối không dùng cho máy cắt kim loại

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng thì điều chỉnh tốc

độ nhảy cấp và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb

Ưu điểm:

TN Rf1

Rf2

Rf3

n3 n2 n1

nc b n0 n

M, I

0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 3

- Với cùng một tốc độ yêu cầu thì độ cứng của đường đặc tính cơ phân mạch có độcứng lớn hơn đặc tính cơ dùng điện trở phụ trên mạch phần ứng.

- Thiết bị vận hành đơn giản

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG.

2.1 Sơ đồ khối.

2.2.khái quát chung :

Như ta đã biết để điều chỉnh được động cơ điện thì ta phải chọn mạch lực để điều khiển động cơ Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động cơ mà ta đưa ra

phương án chọn mạch lực điều khiển động cơ hợp lý, tối ưu với yêu cầu đề ra Sau đây

Khối nguồn

chúng em giới thiệu một số mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều chỉnh động cơ điện 1 chiều

dùng Thyristor như sau:

2.3 Chọn sơ đồ chỉnh lưu

2.3.1 Sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha:

Ưu điểm:

- Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản

- Không cần sử dụng bộ đổi nguồn 3 pha

- Điện áp ra sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục

Nhược điểm:

- Điện áp sau khi chỉnh lưu nhỏ (U1/Ud lớn)

- Sử dụng không hiệu quả công suất MBA

- Sử dụng các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ

a Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1;Sơ đồ mạch bán điều khiển

b Nguyên lý làm việc:

Giả sử Ld = ∞ điện áp phía thứ cấp u2 = √ 2 U2 .sin ω t với góc điều khiển

α Xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng 0

Trước thời điểm ω t= v1 cặp van T1 và T3 dẫn điện khi đó ta có:

uT2 = uT3 = 0; utải = - u2 ; uT1 = uT4 = u2; iT2 = iT3 = itải ; iT1 = iT4 = 0

Đến thời điểm ω t= v1 cấp xung điều khiển mở cặp van T1 và T4 lúc này cặp van

T1 và T4 sẽ dẫn điện, cặp van T1 và T3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện, khi đó tacó: uT1 = uT4 = 0; utải = u2; uT2 = uT3 = - u2; iT1= iT4= itải; iT2 = iT3 = 0

Đến thời điểm ω t = , u2 = 0 có xu hướng âm dần và - u2 = 0 có xu hướngdương dần Tuy nhiên điện áp nguồn lúc này tác động ngược chiều với chiều dẫn dòngcủa dòng điện qua tải, cho nên suất điện động cảm ứng do Ld tạo ra cho cặp van T1 và T4

tiếp tục dẫn điện, còn cặp van T1 và T3 chưa dẫn do chưa có xung điều khiển kích mở.Lúc này ta có:

uT1= uT4= 0; utải = u2 < 0; uT2 = uT3 = - u2 > 0; iT1 = iT4= itải; iT2 = iT3= 0

cặp van T2 và T3 sẽ dẫn điện còn cặp van T1 và T4 bị phân cực ngược nên không dẫnđiện Ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4 = u2 < 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= 0

hướng âm dần, tuy nhiên cặp van T2 và T3 sẽ tiếp tục dẫn do suất điện động của cuộn cảmtải tạo ra để chống lại sự biến thiên của dòng điện Cặp van T1 và T4 chưa dẫn điện dochưa có xung điều khiển kích mở ta có:

B

A

2 T 1

2 U

2 T

1 D