Thiết kế bộ băm xung ỏp một chiều có đảo chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

đồ án mơn học Lời nói đầu Ngày nay, Khoa học _ Kĩ thuật đóng vai trò quan trọng khơng thể thiếu q trình phát triển kinh tế, cnh – hđh đất nước Trong thành tựu khoa học – kỹ thuật phục vụ công phát triển đất nước thành công, phải kể đến đóng góp nghành tự động hố đời sống, sản xuất công nghiệp mà Điện tử cơng suất góp phần giải tốn kĩ thuật phức tạp lĩnh vực tự động hóa Việc ứng dụng điện tử công suất vào truyền động điện điều khiển tốc độ động xí nghiệp công nghiệp đại ngày nhiều thiếu Một ứng dụng đtcs sản xuất công nghiệp điều khiển tốc độ động chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) băm xung chiều có đảo chiều theo nguyên tắc khơng đối xứng Đồ án gồm phần sau: Phần A: Cơ sở lý thuyết Chương I: Giới thiệu chung động điện chiều Chương II: Động điện chiều kích từ Nam châm vĩnh cửu Chương III: Các mạch băm xung chiều Chương IV: Mạch điều khiển cho băm xung chiều có đảo chiều Phần B: Tính tốn thiết kế Chương V: Thiết kế mạch lực Chương VI: Thiết kế mạch điều khiển Chương VII: Thiết kế nguồn cấp cho mạch điều khiển Chương VIII: Mô hệ thống máy tính Mặc dù chúng em nỗ lực cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi cộng với tâm cao nhất, song trình độ có hạn nên chúng em khơng thể tránh khỏi nhiều sai sót, chúng em kính mong nhận phê bình, góp ý thầy giáo bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo mơn Tự Động Hố xncn, đặc biệt Ths Phạm Khánh Hưng tạo điều kiện tận tình giúp đỡ chúng em hồn thành đồ án môn học đồ án môn học Đề Thiết kế băm xung ỏp chiều có đảo chiều để điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập với thụng số: Phương án Điện áp ắc quy nguồn (V) 220 Dòng điện định mức (A) Phạm vi điều chỉnh tốc độ 18 15:1 đồ án môn học Mục lục Nội dung Tài liệu tham khảo A sở lý thuyết Chương I: giới thiệu chung động điện chiều I.Vài nét tổng quan máy điện chiều Cấu tạo máy điện chiều Nguyên lý hoạt động động điện chiều Phân loại động điện chiều Các đại lượng định mức II Động điện chiều kích từ nam châm vĩnh cửu Giới thiệu động chiều kích từ nam châm vĩnh cửu (PMDC) Đặc tính làm việc động điện kích từ độc lập Đường đặc tính Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động kích từ độc lập Các chế độ làm việc động Chương II: Mạch băm xung chiều Bộ biến đổi xung áp nối tiếp II Bộ biến đổi xung áp song song III Bộ biến đổi xung áp chiều có điện áp lớn nhỏ điện áp vào IV Bộ chopper lớp C (bộ đảo dòng) V Bộ đảo áp VI Bộ băm xung chiều có đảo chiều VII Kết luận: Chương III: Mạch điều khiển cho mạch băm xung chiều I Yêu cầu chung mạch điều khiển II Nguyên tắc chung mạch điều khiển III Tính toán mạch điều khiển 1) Khâu tạo dao động khâu tạo điện áp tam giác 2) Khâu so sánh 3) Khâu xử lý tín hiệu 4) Khâu logic phân xung 5) Khâu tạo trễ 6) Khâu cách ly Trang 6 6 7 8 10 12 14 18 20 21 21 22 23 25 29 30 30 30 31 31 32 32 33 33 34 đồ án môn học 7) Khâu tạo điện áp đóng mở van 8) Khâu phản hồi B – tính tốn thiết kế Chương IV: thiết kế mạch lực I Tính chọn diode cơng suất II Chọn van IGBT III Thiết kế nguồn chỉnh lưu chiều cấp điện cho động điện chiều kích từ độc lập Chương V: thiết kế mạch điều khiển I Khâu tạo dao động khâu tạo cưa II Khâu so sánh III Khâu xử lý tín hiệu IV Khâu lôgic phân xung V Khâu tạo trễ VI Khâu cách ly VII.Khâu tạo điện áp đóng mở IGBT VIII Khâu phản hồi tốc độ dòng điện Chương VI: thiết kế nguồn cấp cho mạch điều khiển I Tính tốn tham số cho mạch nguồn ni Chương VIII: Mơ hệ thống máy tính 35 35 37 37 37 38 39 42 42 43 43 44 45 46 47 48 50 50 54 A – sở lý thuyết A – sở lý thuyết Chương I Giới thiệu chung động điện chiều Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng, thiếu Nó dùng làm động điện, máy phát điện hay dùng điều kiện làm việc khác Động điện chiều giữ vị trí định cơng nghiệp giao thơng vận tải, thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Một động điện chiều có giá thành đắt động không đồng hay động xoay chiều khác sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp ưu điểm mà máy điện chiều đóng vai trò khơng thể thiếu sản xuất đại Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện tuỳ theo 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 khơng điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao Động điện chiều có cơng suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, động điện có cơng suất trung bình lớn khoảng 85% ÷ 94% Cơng suất lớn động điện chiều vào khoảng 10000kw, điện áp vào khoảng vài trăm 1000V Hiện nay, hướng phát triển cải tiến tính vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo máy có cơng suất lớn Với trình độ hiểu biết hạn chế, đồ án môn học đề cập tới vấn đề thiết kế băm xung chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều động chiều kích từ nam châm vĩnh cửu theo nguyên tắc không đối xứng I Vài nét tổng quan máy điện chiều Cấu tạo máy điện chiều Kết cấu máy điện chiều phân tích thành phần phần tĩnh phần quay a Phần tĩnh (stato): Là phận đứng yên máy gồm phận sau: - Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ A – sở lý thuyết thuật điện hay thép cacbon ghép lại Trong máy điện nhỏ, dùng thép khối Dây quấn kích từ quấn dây đồng có bọc cách điện - Cực từ phụ: đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối Dây quấn cực từ phụ giống dây quấn cực từ - Gơng từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy - Các phận khác: nắp máy, cấu chổi than… b Phần động (roto): gồm có phận sau: - Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện có phủ cách điện mỏng mặt ghép lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên - Dây quấn phần ứng: phần sinh s.đ.đ có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ, dây quấn phần ứng có tiết diện tròn máy điện cỡ trung bình lớn, dây quấn phần ứng có tiết diện hình chữ nhật - Cổ góp: gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều - Các phận khác gồm có: cánh quạt, trục máy… Nguyên lý hoạt động động điện chiều Động điện chiều hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ: Khi đặt vào từ trường dây dẫn cho dòng điện chạy qua dây dẫn từ trường tác dụng từ lực vào dòng điện (vào dây dẫn) làm cho dây dẫn chuyển động Chiều từ lực xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi cho dòng điện kích thích vào cuộn dây kích thích Stato, khe hở khơng khí sinh từ thơng Còn cho dòng điện phần ứng vào cuộn dây phần ứng đặt roto, tác dụng từ trường dây quấn sinh momen điện từ trục máy kéo roto quay Vì vậy, chiều quay máy trùng với chiều quay momen điện từ Theo quy tắc bàn tay trái, momen điện từ lực điện từ tác dụng lên dẫn có chiều từ phải sang trái lực điện từ có giá trị f = B.l.i Phân loại động điện chiều Tuỳ theo cách kích thích từ động cơ, mà người ta phân loại động điện chiều theo loại sau: - Động điện chiều kích từ độc lập: loại động chiều có cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện độc lập với nguồn điện cấp cho roto A – sở lý thuyết Thường động có cơng suất lớn để điều chỉnh dòng điện kích từ thuận lợi kinh tế Iư = I - Động chiều kích từ song song: cuộn kích từ cuộn dây phần ứng cấp điện nguồn điện I = Iư + It - Động chiều kích từ 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 Động loại sử dụng nhiều chủ yếu nghành kéo tải điện - Động chiều kích từ hỗn hợp: từ thông tạo tác dụng đồng thời cuộn kích từ: cuộn song song cuộn nối tiếp I = Iu +It Mỗi loại động tương ứng với đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển ứng dụng tương đối khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố Các đại lượng định mức Chế độ làm việc định mức đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi đại lượng sau: Công suất định mức Pđm (kW hay W): công suất đưa đầu trục máy Điện áp định mức Uđm (V) Dòng điện định mức Iđm (A) Tốc độ định mức nđm (vg/phút) Ngồi ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ số liệu điều kiện sử dụng… II Động điện chiều kích từ nam châm vĩnh cửu Giới thiệu động chiều kích từ nam châm vĩnh cửu (PMDC) Khi cuộn dây kích thích Stato máy điện chiều bình thường thay nam châm vĩnh cửu máy điện trở thành máy điện chiều kích từ nam châm vĩnh cửu Nhờ cấu tạo mà động PMDC có kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ làm việc hiệu máy điện có cuộn dây kích thích bình thường khác Mạch từ động chiều kích thước nam châm vĩnh cửu phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng để làm nam châm vĩnh cửu Vật liệu để làm nam châm vĩnh cửu máy điện chiều gồm có alnicos, ferit, vật liệu quý samarium – coban neođim – sắt – H1 Cấu tạo đơn giản động A – sở lý thuyết Bo Nam châm vĩnh cửu làm ferit sử dụng nhiều máy điện chiều giá rẻ Còn máy điện chiều yêu cầu chất lượng, hiệu suất cao sử dụng vật liệu quý Trong nhiều năm qua, máy điện PMDC ứng dụng rộng rãi cải tiến phát triển liên tục Ngày có loại máy PMDC di chuyển dễ dàng khơng cần phải sử dụng đến ổ cắm điện cung cấp lượng từ loại pin Điểm thuận lợi loại pin có dung lượng lớn, lâu hết lượng xạc nhiều lần PMDC đáp ứng yêu cầu sau: - Hoạt động đơn giản - Có thể dự đốn xác đặc tính làm việc động - Mômen quay mômen khởi động lớn giảm tốc độ nhanh chóng - Đặc tính điều chỉnh tốc độ rõ ràng - Kích thước nhỏ gọn - Tiết kiệm lượng cần lượng cung cấp cho mạch kích từ, thường điện áp thấp lấy từ pin Các động PMDC dùng thay cho nhiều động xoay chiều nơi có yêu cầu cao điều khiển sử dụng nhiều hệ thống không dây PMDC dùng nhiều trog thiết bị hoạt động pin xe lăn đến thiết bị vận chuyển hay để mở cửa, thiết bị hàn, hệ thống phát tia X, thiết bị bơm…Các động PMDC giải pháp tốt việc điều chỉnh truyền động thiết bị truyền lượng có kích thước nhỏ gọn, dải điều chỉnh tốc độ lớn, có khả thích ứng với biến động nguồn điện cung cấp Nhu cầu ứng dụng động PMDC ngày phát triển sản phẩm thường sử dụng động PMDC là: - Bơm động học thủy lực - Cần trục thang máy động lực - Các phương tiện nâng, nhấc - Các hệ thống chạy lượng mặt trời - Và thiết bị hoạt động pin… Động PMDC phù hợp với thiết bị dùng động bánh chúng sinh momen quay lớn tốc độ thấp Động PMDC đặc biệt phù hợp với việc điều chỉnh tốc độ thiết bị điều khiển tự động (với thiết bị này, động PMDC làm việc 5000 v/p) A – sở lý thuyết Vì động điện PMDC kích từ nam châm vĩnh cửu nên ta coi thuộc loại động kích từ độc lập đề tài ta xét đặc điểm động kích từ độc lập Đặc tính làm việc động điện kích từ độc lập Khi động làm việc, roto mang cuộn ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng lại xuất sức điện động cảm ứng (hay gọi sức phản điện động) có chiều ngược với chiều điện áp đặt vào phần ứng động Phương trình điện áp mạch rơto là: U = E + I R Σ Trong đó: U – điện áp lưới, V E – sức điện động động cơ, V Iư – dòng điện phần ứng động cơ, A R Σ – điện trở toàn mạch phần ứng, Ω R E = Rư + Rp RP – điện trở phụ mạch phần ứng, Ω Rư – điện trở mạch phần ứng, Ω R = r + rct + rcb+ rcp Σ rư - điện trở cuộn dây phần ứng, Ω rct - điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp, Ω rcb - điện trở cuộn bù, Ω rcP - điện trở cuộn phụ, Ω Sức điện động phần ứng tỉ lệ với tốc độ quay roto: E = kφω Trong đó: φ - từ thơng qua cực từ, Wb ω - tốc độ góc roto, rad/s p.N k – hệ số phụ thuộc vào kết cấu động cơ: k = 2πa với: p – số đơi cực từ N – số dẫn tác dụng cuộn ứng a – số mạch nhánh song song cuộn ứng Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây quấn phần ứng có dòng điện, roto quay tác dụng momen quay M = kφI A – sở lý thuyết Phương trình đặc tính động chiều kích từ độc lập R Σ U ω= − M kφ (kφ)2 Đường đặc tính R Σ U − M có dạng hàm bậc kφ (kφ)2 Phương trình đường đặc tính ω = y=B + Ax, nên đường biểu diễn hình vẽ H.2 đường thẳng với độ dốc ω âm Đường đặc tính cắt trục hồnh ω điểm có tung độ ωo = U Tốc độ ω o tốc độ ứng kφ với MC = 0, nghĩa khơng có lực cản Đó tốc độ lớn động mà đạt chế độ động khơng xảy MC = (do lực masat tồn động quay) Tốc độ ω o gọi tốc độ khơng tải lý tưởng Khi tồn thông số điện động định mức thiết kế không mắc thêm điện trở phụ vào mạch động R Σ = R phương trình đặc tính là: U R ω = dm − M kφ dm (kφ dm)2 ĐK S o s n h T o c x U dm A ωo = u đm kφ dm n g ră Mn g Mđm M c n m Đặc tính tự nhiên động ađiện chiều kích từ độc lập T o lớn) tức d biến đổi a o đ ộ n g ω đường đặc tính lúc gọi đường đặc tính tự nhiên biểu diễn hình vẽ Điểm A hình vẽ gọi điểm làm việc định mức Người ta đưa thêm đại ∆M để đánh giá độ cứng ∆ω Đặc tính dốc cứng ( β mômen biến đổi nhiều tốc độ lượng β = T Đặc tính động điện o chiều kích từ độc lập U 10 C c B – tính tốn thiết kế Mức 1, thể giá điện áp vào tương ứng mức cao, thấp Khi EN = 1: Khâu có tín hiệu trái dấu nhau: USS1 USS2 = - USS1 Khi EN = : Khâu có tín hiệu nhau: USS1 USS2 = USS1 Nói cách khác: tín hiệu EN sử dụng cần cho động hãm EN = IV Khâu lôgic phân xung Khâu lôgic phân xung dùng tín hiệu USS1 USS2 qua khâu xử lý tín hiệu để làm tín hiệu vào Khâu sử dụng IC GD75188 họ CMOS gồm phần tử NAND có cấu tạo hình vẽ bên Thông số: X1 X2 Y 0 1 1 1 Điện áp cung cấp: ± 12V Dải nhiệt độ làm việc đến 75o Công suất tiêu thụ 25oC với điện áp cung cấp ± 12V 576 mW Điện áp vào nhỏ mức cao 1,9 V Điện áp vào lớn mức thấp 0,8 V Dòng vào mức cao 10 µ A Dòng vào mức thấp - 1,6 mA Chọn Diode loại D10D1 để làm nhiệm vụ chặn xung âm Các điện trở R7 đến R12 mạch chọn khoảng 10 k Ω Sơ đồ tổng hợp khâu lơgic phân xung sau: 45 B – tính tốn thiết kế Bảng trạng thái thể quy luật điều khiển không đối xứng sau: USS1 1 USS2 1 S1 S2 S3 S4 1 0 1 0 1 1 Trạng thái động Quay thuận Hãm Quay ngược (đảo chiều quay) Hãm Nhận xét: không để chế độ USS1 USS2 có giá trị xảy ngắn mạch gây cháy hỏng, chập mạch Tuy nhiên với quy luật điều chỉnh tín hiệu EN khâu xử lý tín hiệu, khó xảy trường hợp U SS1 USS2 V Khâu tạo trễ Ta có thời gian trễ Ttr = 0,693.R13.1C1.1 = 0,693.R13.2C1.2 = 0,693.R13.3C1.3 = 0,693.R1.4C1.4 Vì thời gian khóa IGBT nhỏ (~200ns) nên ta cần chọn Ttr = µ s = 0,693.R13.1C1.1 = 0,693.R13.2C1.2 = 0,693.R13.3C1.3 = 0,693.R13.4C1.4 Chọn C1.1 = C1.2 = C1.3 = C1.4 = 0,01 µ F 7.10−6 => R13.1 = R13.2= R13.3 = R13.4 = = 1010 Ω = 1k Ω 0,693.0,1.10−6 Chọn cổng NAND trigger smith loại GD4093B 46 B – tính tốn thiết kế Chọn cổng AND loại CD4081 Toàn mạch điện phải dùng cổng AND nên ta chọn IC 4081 họ CMOS Một IC 4081 có cổng ADN, có thơng số: +Nguồn ni IC: Vcc = 3÷ 15 (V), chọn: Vcc = 12 (V) +Nhiệt độ làm việc: - 40o C ÷ 80o C +Điện áp ứng với mức logic “1”: 12(V) +Dòng điện nhỏ 1mA +Cơng suất tiêu thụ P = 2,5 (mW/1 cổng) IC GD4093B có thông số sau: + Nguồn nuôi: Vcc = ± đến ± 15V, chọn Vcc = ± 12V + Điện áp vào lớn mức thấp là: 5V + Điện áp vào nhỏ mức cao là: 7V + Thời gian trễ truyền tín hiệu 50 η s VI Khâu cách ly 47 B – tính tốn thiết kế Chọn ghép quang loại 4N35 có thơng số: Dòng vào chạy qua Diode cực đại 60 mA, Dòng cực đại collector Tranzito quang: 150 mA, Điện áp Tranzito 30V Điện áp cách ly 3350V Trong dòng điện chạy qua Diode quang có trị số khoảng (5 - 20mA), chọn 10mA 12V Chọn R15.i = = 1,2 k Ω 0,01 Để tranzitor Q1 thơng bão hồ cần IB > s Ic , mà IC chọn = 10 mA (ở trên) β 10.10−3 Do IB > 1,4 = 0,05 mA 300 Vậy Điện trở R14.i chọn cho Uv 10,5 = = 210k Ω R14.i < I b 0,05.10−3 ⇒ Chọn R14.i = 100 k Ω Chọn R16.i = R17.i = R18.i có giá trị 100( Ω ) Tầng Darlington chọn loại QM50HA-H Tranzito đệm cho QM50HA-H chọn loại D163 có thơng số Ic = 6A; UCE = 100V VII Khâu tạo điện áp đóng mở IGBT Ta sử dụng Tranzito C828 có β =300 làm việc khóa điện tử đóng mở theo chu kỳ xung đưa vào qua khâu cách ly 48 B – tính toán thiết kế - Để Tranzito làm việc chế độ mở thơng bão hòa cần IB > IC/ β 15− (−15) Khi Tranzito mở thơng bão hòa IC = R 20.i + R 21.i Chọn R20.i = R21.i = 50 Ω 0,3  IC =30/100 = 0,3(A) => IB > = (mA) 100 Uv 10 = Vậy R19.i < =10 kΩ I B 1mA Chọn R19 =3.3 kΩ Tương tự có R19.i = 3.3 ( kΩ ) VIII Khâu phản hồi tốc độ dòng điện Như ta phân tích phần mạch lực ta biết, quy luật điều khiển khơng đối xứng có cách: ứng với cách động quay theo chiều khác nhau, muốn đảo chiều động phải đổi cách điều khiển van IGBT Tín hiệu USS1 USS2 tạo điều chỉnh từ khâu xử lý tín hiệu khâu so sánh Tín hiệu USS1 tạo từ khâu so sánh điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh Uđk tính tốn từ trước Điều chỉnh U đk thay đổi giá trị USS1 USS2 để điều khiển chế độ làm việc van IGBT theo quy luật lôgic đặt khâu lơgic phân xung Tín hiệu EN khâu xử lý tín hiệu định chế độ làm việc động (chiều quay động cơ) thuận hay nghịch, hay hãm Việc điều chỉnh Uss1 Uss2 Uđk có nghĩa điều chỉnh giá trị γ Điện áp đặt lên phần ứng động tỉ lệ với γ , nên điều chỉnh γ điều chỉnh giá trị điện áp đặt lên phần ứng động Khi điều chỉnh tốc độ động Như vậy, phải điều chỉnh điện áp Uđk tín hiệu EN thu từ khâu phản hồi tốc độ để điều chỉnh chế độ làm việc động ứng với chế độ quay thuận quay ngược dải điều chỉnh tốc độ 15:1 Tín hiệu EN ln mức cao (+12V) động làm việc chế độ thuận nghịch tín hiệu EN mức thấp (0V) động chế độ hãm Xét chế độ quay thuận (Uss1 =1; USS2 = 0) Van S1 S4 làm việc ngược nhau, van S2 ln mở, van S3 ln khố Theo phần lý thuyết Ta có: Ut = γ U mà γ có giá trị từ đến Khi γ = 1, điện áp đặt lên động có giá trị lớn ta có U t = U = Uđm = 48V tương ứng với tốc độ lớn ω max Vì dải điều chỉnh tốc độ động 15 : 49 B – tính tốn thiết kế Do dải điều chỉnh điện áp tải tương ứng động 15 :1 Khi đó, tốc độ ω tương ứng với điện áp đặt lên phần ứng động nhỏ U 48 U tmin = dm = = 3,2V 15 15 U Và Utmin = γ Uđm = dm ⇒ γ = 0,067 15 Như dải điều chỉnh γ γ = 0,067 đến t + Ta có γ max = 0max = ⇒ t0max=T = 2,5 ms (giá trị tạo thành khâu tạo dao T động) Mà Uđk > URC tín hiệu USS tạo thành có giá trị max, hình thành giá trị thời gian to cho động quay thuận Như t omax = T tức Uđk có giá trị lớn = giá trị đỉnh xung cưa = + 12V Vậy Uđkmax = 12V cho điện áp phần ứng lớn tốc độ động lớn t +Ta có γ = omin = 0,067 ⇒ tomin = 0,067 2,5 = 0,1675 ms T to Do Uđkmin = U RC = 0,067.12 = 0,8 V tốc độ động nhỏ T Như cách thay đổi U dk khoảng 0,8(V) đến 12(V) ta điều chỉnh tốc độ động chế độ thuận dải điều chỉnh 15 :1 Xét chế độ quay ngược (Uss1 =0; USS2 = 1) Van S3 S2 làm việc ngược nhau, van S4 mở, van S1 ln khố Theo phần lý thuyết Ta có: Ut = γ U mà γ có giá trị từ đến Khi γ = 1, điện áp đặt lên động có giá trị lớn ta có U t = U = Uđm = - 48V tương ứng với tốc độ lớn ω max lúc điện áp đặt lên động ngược với chiều điện áp cung cấp Vì dải điều chỉnh tốc độ động 15 : Do dải điều chỉnh điện áp tải tương ứng động 15 :1 Khi đó, tốc độ ω tương ứng với điện áp đặt lên phần ứng động nhỏ U 48 U tmin = dm = = 3,2V 15 15 U Và Utmin = γ Uđm = dm ⇒ γ = 0,067 15 Như dải điều chỉnh γ γ = 0,067 đến t + Ta có γ max = 0max = ⇒ t0max=T = 2,5 ms (giá trị tạo thành khâu tạo dao T động) Mà Uđk < URC tín hiệu USS tạo thành có giá trị 0, hình thành giá trị thời gian to cho động quay ngược Như t omax = T tức Uđk có giá trị nhỏ = giá trị đỉnh xung cưa = - 12V 50 B – tính tốn thiết kế Vậy Uđkmin = - 12V cho điện áp phần ứng lớn tốc độ động lớn theo chiều ngược t +Ta có γ = omin = 0,067 ⇒ tomin = 0,067 2,5 = 0,1675 ms T to Do Uđkmin = U RC = 0,067.12 = - 0,8 V tốc độ động nhỏ theo T chiều ngược Như cách thay đổi Udk khoảng - 12(V) đến – 0,8 (V) ta điều chỉnh tốc độ động chế độ ngược dải điều chỉnh 15 :1 Chương VI Thiết kế nguồn cấp cho mạch điều khiển Ta cần tạo nguồn điện áp ± 12V để cấp cho khâu hệ thống, nuôi IC, biến đổi, tốc độ điện áp đặt tốc độ Dùng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng điốt Chọn kiểu máy biến áp pha, trụ, trụ có cuộn dây: cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Và ta cần điện áp ± 15 (V) để cấp cho cách ly quang, nguồn điện áp đóng mở IGBT Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng điôt Chọn kiểu máy biến áp pha ,3 trụ, trụ có cuộn dây: cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp I tính tốn tham số cho mạch nguồn ni 51 B – tính tốn thiết kế a Cuộn thứ cấp thứ Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu pha dùng điốt, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi: 12 U2 = = 8,48V, ta chọn U2 = 9V Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912 có thơng số chung sau: điện áp đầu vào: Uv = đến 35 V điện áp đầu ra: Ura = 12 V với IC 7812; Ura = - 12V với IC 7912 Dòng điện đầu ra: Ira = đến A Tụ điện C1, C3 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C1 = C2 = C3 = C4 = 470 µF ; U = 35 V b Cuộn thứ cấp thứ hai Ta cần tạo nguồn điện áp ± 15 (V) để cấp cho cách ly quang, nguồn điện áp đóng mở IGBT 52 B – tính tốn thiết kế Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7815 7915 Điện áp đầu IC chọn 15V Điện áp đầu vào chọn 20V Điện áp thứ cấp cuộn a1,b1,c1 : 12 U2 = = 8,48V, ta chọn U2 = 9V Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp LM7815 LM7915 Các thông số chung vi mạch này: Điện áp đầu vào : UV = 7÷ 35 (V) Điện áp đầu : Ura= 15(V) với IC 7815 Ura= -15(V) với IC 7915 Dòng điện đầu ra: Ira = 0÷ (A) Tụ điện C5, C7 dùng để lọc thành phần sóng dài bậc cao Chọn C5 = C6 = C7 = C8 = 470 (µF) c Tính tốn máy biến áp nguồn ni 1- Ta thiết kế máy biến áp dùng cho tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp pha trụ, trụ có cuộn dây, cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp 2- Điện áp lấy thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha lấy thứ cấp làm nguồn nuôi: U2= 2U2đpha = UN = V 3- Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2đpha = ( m A) 4- Công suất nguồn nuôi thứ cấp cho cách ly quang: P2 = 4.U2 I2d = 4.9.1.10-3 = 0,036 (W) 5- Công suất tiêu thụ IC TL 084 sử dụng làm khuếch thuật toán GD75188, phần tử họ CMOS 74Cxx CD4081; GD4093B P1 = PIC = 0,68 = 5,12 (W) - Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = P1 + P2 = 0,036 + 5,12 = 5,15 (W) 7- Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy: S = 1,05 PN = 1,05 5,15 = 5,4 ( VA) 8- Dòng điện thứ cấp máy biến áp: I2 = S/ 6.U2 = 5,4/ (6.9) = 0,1 (A) 9- Dòng điện sơ cấp máy biến áp : I1 = S/ (3.U2 ) = 5,4/(3 220) = 0,0081 (A) 10- Tiết diện trụ máy biến áp tính theo cơng thức kinh nghiệm : Qt= kQ S =1,14( cm2) m.f 53 B – tính tốn thiết kế Trong đó: kQ= 6- hệ số phụ thuộc phương thức làm mát m= 3- số trụ biến áp f = 50- tần số điện áp lưới 11- Chọn mật độ từ cảm B =1T trụ ta có số vòng dây sơ cấp : U1 w1 = = 8693 ( vòng) 4,44.f B.Qt 12- Chọn mật độ dòng điện J1= J2= 2,75 (A/mm2) Tiết diện dây quấn sơ cấp: S S1 = = 0,003 (mm2) 3.U1.J đường kính dây quấn sơ cấp : 4.S1 = 0,062 (mm) π Chọn d1= 0,1 mm để đảm bảo độ bền Đường kính có kể cách điện: dlcd= 0,12 (mm) 13- Số vòng dây quấn thứ cấp : W2 =W3 = W1 U2/ U1= 474 ( vòng) d Tính chọn điơt cho chỉnh lưu nguồn ni : + Dòng điện hiệu dụng qua điơt : d1= ID.HD = I2 = 0,071 (A) + Điện áp ngược lớn mà điôt phải chịu : UNmax= U2 = = 22 (v) + Chọn điơt có dòng định mức: Idm ≥ Ki IDMD = 10 0,1 =1,1 (A) Chọn điơt có điện áp ngược lớn : Un = ku.UNmax = 22 = 44 (V) Chọn điơt loại KII208A có thơng số: + dòng điện định mức: Idm = 1,5 (A) + điện áp ngược cực đại điôt: UN = 100 (v) 54 B – tính tốn thiết kế Chương VIII Mơ hệ thống máy tính Sử dụng phần mềm Microsim Eval 7.1 mô kết mạch điều khiển mạch lực hệ thống I Mô kết mạch thiết kế A Điện áp sau khâu phát xung hình chữ nhật Chu kỳ: T = 2,5 ms 55 B – tính tốn thiết kế B Điện áp cưa C Điện áp xung chữ nhật xung cưa 56 B – tính tốn thiết kế D điện áp so sánh Uss1 E điện áp so sánh Uss2 Nhận xét: kết mô mạch thiết kế tương đối giống với kết tính tốn 57 B – tính tốn thiết kế Tài liệu tham khảo – Điện tử công suất _ Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh _ NXB Khoa Học Kỹ Thuật HN - Điện tử công suất (tập 1, tập 2) _ Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh _ NXB Khoa Học Kỹ Thuật HN – Máy điện _Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu _ NXB Khoa Học Kỹ Thuật HN – Bộ Khuếch đại xử lý IC tuyến tính _ William D Stanley _ NXB Khoa Học Kỹ Thuật HN – Phân tích giải mạch điện tử công suất _ Phạm Quốc Hải, Dương văn Nghi _ NXB Khoa Học Kỹ Thuật HN - Điện tử cơng suất _ Nguyễn Bính _ NXB giáo dục 2000 – Truyền Động điện _ Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền _ NXB Khoa Học Kỹ Thuật HN – Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất _ Trần Văn Thịnh _ NXB giáo dục – Bài giảng điện tử công suất _ Trần trọng Minh _ NXB giáo dục 2000 10 – trang Web http://Alldatasheet.com http://INF.com http://IGBT-scaledriver.com www.st.com www.kitsrus.com http://www.ee.ttu.edu http://homepages.which.net 58 B – tính tốn thiết kế 59 ... động điện chiều Tuỳ theo cách kích thích từ động cơ, mà người ta phân loại động điện chiều theo loại sau: - Động điện chiều kích từ độc lập: loại động chiều có cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện. .. Đề Thiết kế băm xung ỏp chiều có đảo chiều để điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập với thụng số: Phương án Điện áp ắc quy nguồn (V) 220 Dòng điện định mức (A) Phạm vi điều chỉnh tốc. .. việc động điện kích từ độc lập Đường đặc tính Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động kích từ độc lập Các chế độ làm việc động Chương II: Mạch băm xung chiều Bộ biến đổi xung áp nối tiếp II Bộ biến