điều khiển động cơ điện một chiều

Việc sử dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi,đặc biệt là động cơ điện một chiều bởi vì động cơ điện một chiều có rất nhiều ưu điểm so với động cơ điện xoay chiều.Nhưng gắn liền với việc sử dụng động cơ điện một chiều là quá trình điều chỉnh tốc độ của động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế. Là một sinh viên của viện Điện và bộ môn Tự Động Hóa XNCN được trang bị với những kiến thức về nhiều môn học,qua các bài giảng của các thầy cô và quá trình tìm hiểu,thực tập em đã hoàn thành bản đồ án này.

Lời nói đầu Lời nói đầu Việc sử dụng động điện sản xuất đời sống rộng rãi,đặc biệt động điện chiều động điện chiều có nhiều ưu điểm so với động điện xoay chiều.Nhưng gắn liền với việc sử dụng động điện chiều trình điều chỉnh tốc độ động cho phù hợp với yêu cầu thực tế Là sinh viên viện Điện môn Tự Động Hóa XNCN trang bị với kiến thức nhiều môn học,qua giảng thầy cô trình tìm hiểu,thực tập em hoàn thành đồ án Đây mảng đề tài rộng, với khối lượng công việc lớn mẻ chúng em em gặp số khó khăn trình thiết kế, song hướng dẫn tận tình thầy giáo, cô giáo môn,đặc biệt thầy giáo LÊ MINH HÀ thầy giáo TRẦN VĂN HUY giúp đỡ nhiệt tình bạn lớp, nên em hoàn thành đồ án này.Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu Tuy nhiên hạn chế thời gian trình độ thân,nên không tránh khỏi nhiều chỗ thiếu sót, em mong bảo thầy cô giáo bạn để em hoàn thiện đồ án Trong đồ án em xin trình bày số nội dung sau: Chương 1: Giới thiệu động điện chiều Chương 2: Lựa chọn phương án mạch lực Chương 3: Thiết kế mạch lực Chương Thiết kế mạch điều khiển Hà nội, ngày 20 tháng năm 2012 Sinh viên Nguyễn Văn Hài 1 Lời nói đầu 2 Chương Giới thiệu động điện chiều Chương GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Khái niệm: a Khái niệm Động điện nói chung động điện chiều nói riêng thiết điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, đặt vào từ trường dây dẫn cho dòng điện chay qua dây dẫn từ trường tác dụng lực từ vao dòng điện (vào dây dẫn) làm dây dẫn chuyển động Động điện biến đổi điện thành Cho đến động điện chiều chiếm vị trí quan trọng hệ điều chỉnh tự động truyền động điện , sử dụng rộng hệ thống đòi hỏi có độ xác cao vùng điều chỉnh rộng qui luật điều chỉnh phức tạp Cùng với tiến văn minh nhân loại chưng kiến phát triển rầm rộ kể qui mô lẫn trình độ sản xuất đại Trong phát triển ta rễ ràng nhận khẳng định điện máy tiêu thụ điện đóng vai trò quan trọng thiếu Nó trước bước làm tiền đề làm mũi nhọn định thành công hệ thống sản xuất công nghiệp Không quốc gia ,một sản xuất không sử dụng điện máy điện b.Cấu tạo Gồm hai phần: - phần đứng yên (gọi phần tĩnh ) - phần chuyển động (gọi phần quay ) 1.1.2 Ưu điểm động chiều Do tính ưu việt hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , máy phát động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản công suất lớn, dễ vận hành mà máy điện (động điện) xoay chiều ngày sử dụng rộng rãi phổ biến Tuy nhiên động điện chiều giữ vị trí định công nghiệp giao thông vận tải, nói chung thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục Chương Giới thiệu động điện chiều phạm vi rộng (như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp ưu điểm mà máy điện chiều thiếu sản xuất đại Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải Nếu thân động không đồng đáp ứng đáp ứng phí thiết bị biến đổi kèm (như biến tần ) đắt tiền động điện chiều điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao Ngày hiệu suất động điện chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, động điện công suất trung bình lớn khoảng 85% ÷ 94% Công suất lớn động điện chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm 1000v Hướng phát triển cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo máy công suất lớn vấn đề rộng lớn phức tạp với vốn kiến thức hạn hẹp phạm vi đề tài em đề cập nhiều vấn đề lớn mà đề cập tới vấn đề thiết kế điều chỉnh tốc độ có đảo chiều động chiều kích từ độc lập Phương pháp chọn băm xung chưa phương pháp mang lại hiệu kinh tế cao sử dụng rộng rãi tính đặc điểm mà ta phân tích đề cập sau 1.2 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần chính: phần tĩnh phần động 1.2.1 Phần tĩnh hay stato Hay gọi phần kích từ động cơ, phận sinh từ trường Gồm có mạch từ dây kích thích lồng mạch từ(nếu động kích từ băng 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 (êmay).Các cuộn dây điện từ nối tiếp vơi a Cực từ Chương Giới thiệu động điện chiều 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 b Cực từ phụ Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông c 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 Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d Các phận khác Bao gồm: - 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 chặy 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 1.2.2.Phần quay hay rôto Bao gồm phận sau : Là phần sinh suất điện động Gồm có mạch từ làm vật liệu sắt từ(lá thép kĩ thuật ) xếp lại với Trên mạch từ có ảe rãnh đẻ lồng dây quấn phần ứng (làm dây điện từ ) Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bôi dây nối vơi theo qui luật định Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây đầu dây bối dây nối với phiến đồng gọi Chương Giới thiệu động điện chiều phiến góp Các 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 a 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 dặt 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 b 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 có làm tre, gỗ hay bakelit c Cổ góp Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành chiều 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 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều Chương Giới thiệu động điện chiều - Động điện phải có hai nguồn lượng Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh từ thông kích từ Nguồn phần ứng đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp phần ứng Khi cho điện áp chiều vào hai chổi điện dây quấn phần ứng có điện Các dẫn co dòng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng làm rôt quay Chiều lực xác định qui tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng ,vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp nhiều dòng điện nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay Các dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động E chiều suất điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải ,ở động chiếu sđđ E ưngược chiều dòng điện Iư nên Eư gọi sứ phản điện động Phương trình cân băng điện áp : Mạch roto U = Eư + Rư.Iư +Iư Cổ góp Trục Chổi than Lõi thép Hình 1.1 - Đặc tính động điện chiều 1.4 Đặc tính động động điện chiều Đặc tính động điện chiều quan hệ tốc độ quay mômen quay động cơ: ϖ = f(M) n = f(M) : ϖ - tốc độ góc(rad/s) n – tốc độ quay (v/ph) M – momen(Nm) Có hai loại đặc tính : đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo: Chương Giới thiệu động điện chiều 0 o o đm ntđm Mđm M a)Đặc tính tự nhiên Mđm M0 b) Đặc tính nhân tạo Hình 1.2 : Hai loại đặc tính động điện chiều 1.5 Phân loại Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ứng với cách ta có loại động điện loại: Có loại động điện chiều thường sử dụng : - Động điện chiều kích từ độc lập - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp - Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.5.1 Kích thích độc lập nguồn chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên : I = Iư 1.5.2 Kích thích song song nguồn chiều có công suất vô lớn điện áp ko đổi, mạch kích từ Chương Giới thiệu động điện chiều mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It 1.5.3 Kích thích nối tiếp Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It 1.5.4 Kích thích hỗn hợp Ta có: I = Iu +It Với loại động tương ứng với đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển ứng dụng tương đối khác phụ thuộc vào nhiều nhân tố, đề tài ta xét đên động điện chiều kích từ độc lập biện pháp hữu hiệu để điều khiển loại động 1.6 Đặc tính điều chỉnh tốc độ động điện chiều Đặc tính n = f(M) động điện chiều n= = (1-1) M = CMIư , biểu thức (37-1) viết dạng n= (1-2) Trong truyền động điện lực vấn đề tương đối quan trọng đặt phải phối hợp tốt đặc tính động điện đặc tính tải máy công tác Tùy theo tính chất truyền động có yêu cầu khác động điện, thí dụ tốc độ không thay đổi thay đổi nhiều mômen cản thay đổi để thỏa mãn yêu cầu cần phải dùng loại động điện khác có đặc tính thích hợp Sự phối hợp đặc tính động điện tải phải cho đảm bảo tính ổn định công tác chế độ làm việc xác lập trình độ, thí dụ điều chỉnh tốc độ Để nghiên cứu điều kiện làm việc ổn định hệ truyền động, ta xét đặc tính M = f(n) động điện M c = f(n) tải ta thấy tăng tốc Chương Giới thiệu động điện chiều độ ngẫu nhiên (n = nlv + ∆n) Mc>M động điện bị hãm lại để trở tốc độ ban đầu nlv, ứng với điểm P Cũng vậy, xảy giảm tốc độ M c< M động điện gia tốc đạt tốc độ nlv Đây trường hợp động làm việc ổn định từ hình vẽ ta thấy điều kiện làm việc ổn định động sau < (1- 3) Ngược lại, M = f(n) Mc = f(n) có dạng hình 3-3b việc tăng tốc độ khiến cho động điện có mômen gia tốc dương làm cho tốc độ tiếp tục tăng mãi, giảm tốc độ đưa lại hậu làm cho tốc độ tiếp tục giảm Như truyền động làm việc không ổn định ứng với điều kiện : < (1-4) Từ biểu thức 1-2 ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động điện chiều thực cách tha đổi đại lượng φ, Rư, U Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi φ áp dụng tương đối phổ biến, thay đổi tốc độ liên tục kinh tế Trong trình điều chỉnh hiệu suất η ≈ Cte điều chỉnh dựa việc tác dụng lên mạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động Cần ý rằng, bình thường động làm việc chế độ định mức với kích thích tói đa (φ=φmax) nên điều chỉnh theo chiều hướng giảm φ, tức điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế điều kiện khí đổi chiêu máy Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thêm điện trở phụ vào mạch điện có công suất nhỏ thực tế thường dùng động điện cần trục Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay cách thay đổi điện áp cho phép điều chỉnh tốc độ quay tốc độ định mức nâng cao điện áp điện áp định mức động điện Phương pháp không gây thêm tổn hao động điện, đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh Sau ta xét đặc tính cách điều chỉnh tốc độ loại động điện phần ứng để tăng Rư cho phép điều chỉnh tốc độ quay vùng tốc độ quay định mức kèm theo tổn hao lượng điện trở phụ, làm giảm hiệu suất động điện Vì phương pháp áp dụng động điện chiều 10 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.4.2 phân tích sơ đồ Vì việc điều khiển Tiristor tương tự nên ta cần xét nguyên lí hoạt động kênh điều khiển cho Tiristor, việc điều khiển cho Tiristor khác tương tự → Dựa vào sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển đồ thị dạng sóng mạch điều khiển, ta nhận thấy : - Điện áp vào điểm A u A có dạng hình sin trùng pha với điện áp Anốt Tiristor (T), qua điện trở R1 để giảm bớt dòng điện sau đến đầu vào khuếch đại thuật toán A1 mắc theo kiểu không đảo, đầu khuếch đại thuật toán A ( điểm B) cho ta điện áp UB có dạng chuỗi xung chữ nhật đối xứng + Phần dương điện áp chữ nhật U B làm cho Tranzitor (Tr 1) khóa làm cho Diode D1 mở thông, đến đầu vào khuếch đại thuật toán A tích phân thành điện áp tựa dạng cưa có giá trị âm đầu C + Phần âm điện áp chữ nhật U B làm cho Diode D1 khóa Tranzitor Tr1 mở thông kết khuếch đại thuật toán A bị ngắn mạch, làm cho điện áp U rc C có giá trị Urc = Vậy đầu C khuếch đại thuật toán A ta có chuỗi điện áp cưa Urc gián đoạn - Điện áp Urc có giá trị âm C so sánh với điện áp điều khiển U đk có giá trị dương Giá trị so sánh đặt vào đầu vào khuếch đại thuật toán A Tổng đại số Uđk + Urc định dấu đầu khuếch đại thuật toán A Dựa vào đồ thị dạng sóng ta nhận thấy, khoảng thời gian từ ÷ t1 ta có Uđk -Urc > nên điểm D đầu khuếch đại thuật toán A3 có giá trị âm Trong khoảng thời gian t ÷ t2 ta có Uđk 2.tcm, tức tx > 160 (µs) Ta chọn tx = 167 (µs)(tương ứng với 30 điện) Ta chọn thời gian ngắt xung : tn = tx = 167 (µs) (tương ứng với 30 điện) Vậy ta chu kì xung điều khiển là: TCK = tx + tn = 167 + 167 = 334 (µs) Suy ra, tần số xung điều khiển : (KHz) 4.5.1 Tính chọn Diode D4 - Điện áp ngược Diode D4 : (V) Trong : Kn1 = π hệ số điện áp ngược Diode so với điện áp tải (theo bảng 8.1 [2]) - Điện áp ngược van cần chọn : (V) Trong đó: Kdt – hệ số dự trữ, với Kdt = (1,6÷2), ta chọn Kdt = 1,8 - Dòng điện làm việc Diode : 50 Chương Thiết kế mạch điều khiển (A) Trong : hệ số dòng điện hiệu dụng (theo bảng 8.2[2]) - Dòng điện lớn Diode cần chọn: (A) Trong : Ki = hệ số dự trữ dòng điện Chọn loại Diode có thông số sau : + Dòng điện định mức : Iđm = 1,5 (A); + Điện áp ngược cực đại Diode : UN = 100 (V) 4.5.2 Tính toán thông số máy biến áp xung - Điện áp thứ cấp máy biến áp xung : (V) - Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : (A) - Tỉ số máy biến áp xung : K = ÷ 3, ta chọn K = - Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : (A) 51 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.5.3.Tính khâu khuếch đại công suất +E R11 BAX D3 C3 Uv R10 Tr2 Tr3 D2 Hình 4.18 Sơ đồ khuếch đại công suất - Tính giá trị R11 : Khi máy biến áp làm việc ( tức Tr2, Tr3 mở thông) ta có : Suy : Trong : U1 – điện áp sơ cấp máy biến áp xung; I1 – dòng điện sơ cấp máy biến áp xung; E – nguồn nuôi, ta chọn nguồn nuôi E = 12 (V) Vậy ta tính : (Ω) Vậy ta chọn điện trở R11 = 90 (Ω) - Tính chọn giá trị Trănzitor Tr2, Tr3 : + Chọn Tranzitor Tr3 loại 2SC 911 làm việc chế độ xung, có thông số sau Tranzitor loại PNP, vật liệu bán dẫn Silic; Điện áp Colectơ Bazơ hở mạch Emitơ : UCB = 40 (V); Điện áp Emitơ Bazơ hở mạch Colectơ : UEB0 = (V); 52 Chương Thiết kế mạch điều khiển Dòng điện lớn Colectơ chịu đựng : IC max = 500 (mA); Công suất tiêu tán Colectơ : PC = 1,7 (W); Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : T = 175 ( 0C ); Hệ số khuếch đại β = 50 ; Dòng điện làm việc Colectơ : IC3 = I1 = 0,05 (A) = 50 (mA); Dòng điện làm việc Bazơ : (mA) + Chọn Tranzitor Tr2 loại 2SC 427 có thông số sau : Tranzitor loại PNP, vật liệu bán dẫn Silic; Điện áp Colectơ Bazơ hở mạch Emitơ : UCB = 40 (V); Điện áp Emitơ Bazơ hở mạch Colectơ : UEB0 = (V); Dòng điện lớn Colectơ chịu đựng : IC max = 100 (mA); Hệ số khuếch đại β = 60 Dòng điện cấp cho Bazơ Tranzitor Tr2 đủ để Tr2 mở thông : (mA) Vậy hệ số khuếch đại khâu khuếch đại : - Tính chọn điện trở R10 tụ điện C3 : + Điện trở R10 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ Tranzitor Tr 2, ta chọn R10 thỏa mãn điều kiện sau : (kΩ) Chọn R10 = 295 (kΩ) + Theo sơ đồ mạch khuếch đại Tranzitor Tr2, Tr3 dẫn khoảng thời gian tụ C3 nạp Vậy ta có : (µs) Suy : (µF) 53 Chương Thiết kế mạch điều khiển Vậy ta chọn tụ điện C3 tụ giấy có giá trị C3 = 0,00057 (µF) = 0,57 (pF) - Tất Diode mạch điều khiển ta dùng loại 1N 4009 có thông số sau : Dòng điện định mức : Iđm = 10 (mA); Điện áp ngược lớn : UN = 25 (V); Điện áp Diode mở thông : Um = (V) 4.5.4 Tính chọn cổng AND Toàn mạch điều khiển ta phải dùng đến cổng AND, nên ta chọn hai IC 4081 họ CMOS Mỗi IC 4081 có cổng AND Có thông số sau : Nguồn nuôi IC : Vcc = + 12 (V); Nhiệt độ làm việc : - 40 0C ÷ 80 0C; Điện áp ứng với mức logic “1” : (2 ÷ 4,5) (V); Dòng điện làm việc Ilv < (mA); Công suất tiêu thụ : P = 2,5 nW1 cổng - Ta có sơ đồ chân IC 4081 sau : 14 Vcc 13 11 12 10 & & & & Hình 4.19 Sơ đồ chân IC 4081 54 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.5.5 Tính chọn tạo xung chùm + + Mỗi kênh điều khiển phải dùng khuếch đại thuật toán, ta chọn IC loại TL084 hãng Texas Instruments chế tạo, IC có khuếch đại thuật toán Thông số IC TL084 sau : - Điện áp nguồn nuôi : ± 12 (V); - Hiệu điện hai đầu vào : ± 30 (V); - Nhiệt độ làm việc : T = ( - 25 ÷ 85 ) 0C; - Công suất tiêu thụ : P = 680 (mW); - Tổng trở đầu vào : Rin = 106 (MΩ); - Dòng điện đầu : Ira = 30 (pF); + - Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : (Vµs) + - Ta có sơ đồ chân IC TL084 sau : Hình 4.20 Sơ đồ chân IC TL084 55 Chương Thiết kế mạch điều khiển u6 θ u7 θ Hình 4.21 Giản đồ điện áp mạch tạo xung chùm - Mạch tạo xung chùm có tần số : (kHz) - Chu kì xung chùm : (µs) Ta có : Ta chọn R7 = R8 = 10 (kΩ) Lúc ta có : 14 (µs) Suy : (µs) Ta chọn tụ điện C2 = 0,1 (µF); Suy : (Ω) = 1,52 (kΩ) Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch, ta chọn R biến trở có giá trị điện trở (kΩ) 56 +E R4 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.5.6 Tính chọn khâu so sánh Hình 4.22 sơ đồ khâu so sánh Urc -Uđk Hinh 4.23 Giản đồ điện áp khâu so sánh Khuếch đại thuật toán A3 ta chọn loại IC TL084 mục 5, IC TL084 có thông số sau : Điện áp vào khuếch đại thuật toán A3 : UV = 12 (V); Dòng điện vào A3 hạn chế để có Ilv ≤ (mA) - Chọn điện trở R4, R5, R6 : (Ω) = 12 (kΩ) Vậy ta chọn : R4 = R5 = R6 = 15 (kΩ) > 12 (kΩ) Khi dòng làm việc vào A3 : 57 Chương Thiết kế mạch điều khiển R3 (mA) - Chọn chiết áp Ro = 30 (kΩ) 4.5.7 Tính chọn khâu đồng pha Hình 4.24 sơ đồ khu đồng pha + - Hình 4.25 Giản đồ điện áp khâu đồng pha - Tính chọn tụ C1 điện trở R3 : D1 Để điện áp cưa tuyếnA1tính ổn định nửa chu kì+ điện áp dương Anode Tiristor thời gian tụ C1 nạp nửa chu kì điện áp dương : R2 (s) Chọn C1 = 0,1 (µF) R1 A 58 U1 U2 Chương Thiết kế mạch điều khiển Suy : (Ω) = 100 (kΩ) - Chọn Tranzitor Tr1 loại A564 có thông số sau : + Tranzitor loại PNP làm bán dẫn Silic; + Điện áp Colectơ Bazơ hở mạch Emitơ: UCB0 = 25 (V); + Điện áp Emitơ Bazơ hở mạch Colectơ : UBE0 = (V); + Dòng điện lớn Colectơ chịu đựng: IC max = 100 (mA) + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : Tcp = 150 (0C); + Hệ số khuếch đại : β = 250 ; + Dòng điện cực đại chân Bazơ : (mA) - Điện trở R2 để hạn chế dòng vào chân Bazơ Tranzitor Tr1 chọn sau : (kΩ) Ta chọn R2 = 30 (kΩ) - Chọn giá trị điện trở R1 : Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : UA = (V) Điện trở R1 dùng để hạn chế dòng điện vào khuếch đại thuật toán A 1, thường chọn R1 cho dòng điện vào khuếch đại thuật toán IV < (mA) Do ta chọn : (kΩ) Vậy ta chọn R1 = 10 (kΩ) 59 Chương Thiết kế mạch điều khiển 4.5.8 Khâu tạo điện áp cưa Hình 4.26 sơ đồ khâu tạo điện áp cưa Hinh 4.27 Giản đồ điện áp khâu tạo cưa * Khi U3 < D3 dẫn, áp cửa đảo OA2 âm U- < nên U4 = k0 ( U+- U-) > ⇒ điện áp cửa OA bão hoà dương Chọn R3 D3 khoá ⇒ iR = lúc dòng qua tụ C dòng qua R x2 , dòng điện ngược chiều với dòng qua tụ C U3 < nghĩa phóng điện U4 = UC = UOA12 - 60 Chương Thiết kế mạch điều khiển * Tính toán chọn C = 0,22µF Chọn biên độ điện áp cửa 9,1v chọn Dz có UDz = 9,1 Để tụ C phóng điện không ta chọn Rx2 theo: U4 = UC = uDz Thay số ta có : = ⇒ R3 = Rx2 = Chọn Rx2 gồm loại biến trở 50 (kΩ) điện trở R = 30(kΩ) Trong thời gian tn điện áp tụ phải vượt giá trị điện áp ổn áp, nên ta có : ⇒ R3≤ Chọn R3 = 4.3(kΩ) OA loại µA 741 61 Kết luận KẾT LUẬN Qua thời gian thực tập làm đồ án tốt nghiệp chúng em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế đồ án giao Qua em hiểu thêm nhiều động điện chiều nguyên lý điều khiển động hệ truyền động đồng thời hiểu biết yêu cầu thiết kế chúng thực tế Tuy nhiên trình độ hiểu biết hạn chế thời gian có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em mong bảo thầy cô giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn tự động hoá XNCN đặc biệt là bảo tận tình thầy ThS Lê Minh Hà thầy ThS Trần Văn Huy Sinh viên Nguyễn văn Tiến 62 Kết luận Tài liệu tham khảo Nguyễn Bính Điện tử công suất: NXB Khoa Học Kỹ Thuật - Hà Nội 1996 Cyril W.Lander Điện tử công suất & điều khiển động điện: NXB khoa học kỹ thuật- Hà Nọi 1993 Phan Tử Thụ Thiết kế Máy biến áp điện lực CΠPABOЦHИK ΠO ΠPO∃KTИЮ ∃ΛEKTPOΠPИBOΔA D.A.T.A.DIGEST Power Semiconductors 1998 D.A.T.A.DIGEST Thyristors 1999 H.Schreiber Kỹ thuật điện tử qua sơ đồ - Hà Nội 1998 Nguyễn Minh Trí Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn - Hà Nội 1998 Phạm Quốc Hải Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất 10 Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh Điện tử công suất 11 Phạm Văn Bình - Lê Văn Doanh Thiết kế Máy biến áp: NXB Khoa Học Kỹ Thuật - Hà Nội 1999 63 [...]... thuận tiện trong việc điều khiển Mặt khác, với chỉnh lưu có điều khiển thì ta có thể điều khiển công suất chạy theo cả hai chiều : từ nguồn → tải, hoặc từ tải → nguồn ( nghịch lưu trả năng lượng về lưới ) Các phương pháp chỉnh lưu + Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển + Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng + Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng + Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng 12... Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển : a Sơ đồ nguyên lí : Hình 2.1 Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển b Giản đồ điện áp: Hình 2.2 Giản đồ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển c Nguyên lý hoạt động 13 Chương 2 Phân tích và lựa chọn các phương án + Giá trị trung bình của điện áp tải : + Giá trị điện áp cực đại trên tải : + Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van Tiristor : + Giá trị dòng điện hiệu dụng... lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (anốt hoặc catốt ) điều khiển và một nhóm không điều khiển a Sơ đồ mô tả (sơ đồ mắc catôt chung ) Hình 2.7 Sơ đồ chỉnh lưu ba pha điều khiển không đối xứng b Giản đồ điện áp 19 Chương 2 Phân tích và lựa chọn các phương án Hình 2.8 Giản đồ điện áp chỉnh lưu ba pha điều khiển không đối xứng c Nguyên lý hoạt động - Trong... xoay chiều sang phía một chiều Chế độ nghịch lưu: Năng lượng được chuyển ngược lại từ một chiều sang xoay chiều ( tuy nhiên chế độ này chỉ tồn tại nếu phía một chiều có nguồn sức điện động và cảm biến phù hợp) 22 Chương 3 Tính chọn mạch lực Van bán dẫn phù hợp với mạch chỉnh lưu là điot và thyritor Mạch chỉnh lưu dùng điôt chỉ cho phép nhận được điện áp một chiều cố định, còn nếu muốn điều chỉnh được điện. .. R2 C2 Hình 3.4 : Mạch bảo vệ xung điện áp từ lưới điện 35 C2 Chương 4 Thiết kế mạch điều khiển Chương 4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Cấu trúc mạch điều khiển 4.1.1 Các khâu trong mạch điều khiển Phần này trình bày về nguyên lí và cấu trúc sơ bộ của từng khâu trong mạch điều khiển Cụ thể như sau : a Khâu đồng pha Khâu này tạo ra một điện áp có góc lệch pha có định với điện áp đặt lên vam lực, phù hợp... đập mạch của sơ đồ bán điều khiển thấp hơn hệ số đập mạch của sơ đồ điều khiển hoàn toàn *ưu điểm - Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền - Sơ đồ chỉnh lưu bán điều khiển thì hệ số công suất cosω cao hơn so với sơ đồ chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn - So với sơ đồ điều khiển đối xứng thì sơ đồ chỉnh lưu bán điều k hiển thì việc điều khiển các van bán dẫn thực hiện đơn giản hơn *Nhược điểm - Điện áp chỉnh lưu chứa...Chương 1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều 11 Chương 2 Phân tích và lựa chọn các phương án Chương 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN 2.1 Đặt vấn đề So với chỉnh lưu không điều khiển ( chỉ dùng Diode để chỉnh lưu ), thì chỉnh lưu có điều khiển ( dùng Tiristor để chỉnh lưu ) có nhiều ưu điểm hơn Nhờ có cực điều khiển của Tiristor mà ta có thể điều chỉnh được giá trị điện áp ra theo yêu cầu bằng... UdI và UdII đều đặt lên phần ứng của cuả động cơ M, lúc này dòng điện chỉ có thể chảy từ bộ BBĐ1 sang động cơ mà không thể chảy từ bộ BBĐ1 sang BBĐ2 vì các tiristor không thể cho dòng chảy từ katốt sang anốt Khi αI = αII = 90o thì UdI = UdII = 0o động cơ ở trạng thái dừng Giả sử với góc điều khiển αI = 30o → αII = 150o, động cơ quay thuận với uc = uc1, lúc này điện áp trên BBĐ1 là UdI = U0cos30 = U0... ra gọi là dây quấn thứ cấp Dòng điện, điện áp, công suất … của từng dây quấn sẽ có tên gọi kèm theo là sơ cấp và thư cấp tương ứng Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp giảm áp, nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp tăng áp c Chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu dùng để biến đổi năng lượng điện giữa dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều Vì vậy nó có thể làm việc... trong một chu kì gấp đôi số lần đập mạch của chỉnh lưu tia ba pha Cụ thể, có n = 6 lần đập mạch trong một chu kì Dòng điện trong các Tiristor có dạng chữ nhật nhưng dòng điện qua thứ cấp máy biến áp hoàn toàn đối xứng và không có thành phần một chiều nên ít làm lõi thép bị phát nóng + Có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về nguồn Cùng một lúc cần có hai xung điều khiển để điều khiển hai