Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoahọc kỹ thuật thì ứng dụng của điện tử công suất vào các ngành công nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử nói riêng. Các thiết bị điện tử có công suất lớn được chế tạo ngày một nhiều và động cơ một chiều được coi là quan trọng và được sử dụng rộng rãi ở nhiều ngành nghề khác nhau. Chủ yếu là được làm động cơ điện, máy phát điện
Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần với phát triển ngày mạnh mẽ khoa học kỹ thuật ứng dụng điện tử cơng suất vào ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp điện tử nói riêng Các thiết bị điện tử có công suất lớn chế tạo ngày nhiều động chiều coi quan trọng sử dụng rộng rãi nhiều ngành nghề khác Chủ yếu làm động điện, máy phát điện… Để hiểu rõ vai trò ĐTCS động điện chiều, đồ án tốt nghiệp về: Thiết kế nguồn cấp cho động điện chiều kích từ độc lập có đảo chiều” em ta hiểu rõ Do kiến thức học kinh nghiệm thực tế hạn chế em khơng tránh khỏi sai sót, nên kính mong thầy thơng cảm bỏ qua cho em Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn TĐHXNCN đặc biệt thầy giáo TS Trần Văn Huy nhiệt tình hướng dẫn để em hồn thành đồ án tơt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn tha Sinh viên Nguyễn Ngọc Hợp PHUTHUY_AC Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Ngày nay, dòng điện xoay chiều sử dụng rộng rãi động điện chiều tồn Trong công nghiệp, động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Vì động điện chiều có đặc tính làm việc tốt mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, chí từ tốc độ 0) Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tơc độ tốt , có nhiều ưu điểm so với số loại động khác Không cấu tạo đơn giản mà đạt chất lượng điều chỉnh tốc độ tốt, nhiều ngành cơng nghiệp sử dụng 1.1 Cấu tạo động điện chiều: Động điện chiều chia làm hai phần là: Phần tĩnh (stato) Phần quay (rơto) stato Cực từ Dây quấn cực từ Dây quấn cực từ phụ Cực từ phụ Lõi sắt Gông từ Dây quấn phần ứng Hình 1-1 Cấu tạo động điện chiều 1.1.1 Phần tĩnh (stato) Đây phần đứng yên động cơ, bao gồm phận sau: PHUTHUY_AC Hỗ trợ ơn tập a [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Cực từ chính: Bu lô ng Vỏmá y Lõ i sắ t cực từ Dâ y quấ n cực từ Hình 1.2 Cực từ - Cực từ chính: phận sinh từ trường, gồm lõi sắt cực từ dây quấn kích từ Lõi sắt cực từ làm thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1)mm ép lại tán chặt Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện Trong máy công suất nhỏ, cực từ nam châm vĩnh cửu Trong máy cơng suất trung bình lớn, cực từ nam châm điện b Cực từ phụ: - Cực từ phụ: đặt cực từ dùng để cải thiện điều kiện làm việc máy điện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ khối ghép thép tùy theo chế độ làm việc Xung quanh cực từ phụ đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ phụ nối với dây quấn phần ứng c Gông từ: - Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy d Các phận khác: Nắp động cơ: để bảo vệ động khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người sử dụng Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá đỡ chổi than cách điện với giá 1.1.2 Phần quay (rôto) Phần quay (rôto) bao gồm phận sau: PHUTHUY_AC Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] a.Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng thép kĩ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xốy gây lên Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto b Dây quấn phần ng: Cá ch điện phiến đổ i chiều Hỡnh 1-3 Sơ đồ cách quấn dây Là phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm đồng có bọc cách điện Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn Trong máy điện cơng suất vừa lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện hình chữ nhật c Cổ góp: Miếng đệm mica Ê cu Phiến đổi chiều Ống lõi Mi ca PHIẾN ĐỔI CHIỀU CỔ GĨP Hình 1- Cấu tạo cổ góp Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều - Cổ góp có nhiều phiến đồng có nhọn, cách điện với lớp mica dày 0,4—1,2mm hợp thành trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình - PHUTHUY_AC Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] chữ V ép lại Giữa vành góp có cao để làm đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác: Cánh quạt: quạt gió làm mát động Trục động cơ: đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi 1.2 Phân loại động điện chiều Có loại động điện chiều thường dùng sau: - Động điện kích từ độc lập Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên I = Iư - Động điện kích từ song song + Uư + - Uư Rf CKT E RKT I IKT RKT CKT E Rf IKT + I UKT - Hình 1- Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Hình 1-5 Sơ đồ nối dây động kích từ song song Khi nguồn chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi, mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iư + It - Động điện kích từ nối tiếp PHUTHUY_AC Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hình 1.7: Sơ đò nối dây động 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 dây chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It Động điện kích từ hỗn hợp Động kích từ hỗn hợp gồm dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ song song chủ yếu I = Iư + It 1.3 Các thơng số ảnh hưởng: Phương trình đặc tính điện : ω= R Rf Uu - u Iư K K Phương trình đặc tính : ω= R R Uu - u 2f M K ( K ) Trong đó: + Uư : điện áp phần ứng ( V ) + E: sức điện động phần ứng ( V ) + Rư : điện trở mạch phần ứng () + Rf : điện trở phụ mạch phần ứng () + Iư : dòng điện mạch phần ứng (A) + : từ thông qua cực từ (Wb) + : tốc độ góc rôto, ω +k= PHUTHUY_AC n ( rad/s) 9,55 pN hệ số cấu tạo động 2a Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] + M: mô men điện động Từ hai phương trình đặc tính ta có thơng số ảnh hưởng : + Anh hưởng điện trở phần ứng: để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Rf lớn tốc độ động giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm + Anh hưởng điện áp phần ứng: giảm điện áp mơmen ngắn mạch giảm, dòng điện ngắn mạch giảm tốc độ động giảm ứng với phụ tải định +Anh hưởng từ thông: thay đổi từ thông cách thay đổi dòng điện Ikt động Khi giảm từ thơng vận tốc động tăng 1.4 Nguyên lý hoạt động động điện chiều: Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt , dây kích từ sinh từ thông max tức phải giảm điện trở mạch kích từ Rkt đến nhỏ Cũng cần đảm bảo khơng xảy đứt mạch kích thích Φ = 0, M = 0, động khơng quay được, Eư= theo biểu thức U=Eư = Rư.Iư dòng điện PHUTHUY_AC Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] lớn làm cháy động Nếu mômen động điện sinh lớn mômen cản rôto bắt đầu quay suất điện động Eư tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n Do suất tăng lên Eư , dòng điện Iư giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm Động điện chiều có hai nguồn lượng: - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh từ thơng kích từ - Nguồn phần ứng dưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp phần ứng Khi cho điện áp chiều vào hai chổi than dây quấn phần ứng có điện Các dẫn cho dòng điện nằm từ trường chiụ lực tác dụng làm rôto quay Chiều lực từ xác định theo qui tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nủa vòng, vi trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp chiều dòng điện giữ nguyên làm cho lực từ tác động không thay đổi Khi quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động Eư chiều xác diịnh theo qui tắc bàn tay phảI, động chiều SĐĐ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động 1.5 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều: Từ phương trình đặc tính động điện chiều ω= R R Uu - u f M K ( K ) ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động điện chiều thực cách thay đổi đại lượng Rư ,U, Điều khiển tốc độ nội dung truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất Để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện thường vào số tiêu sau: - Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ đại lượng đặc trưng cho độ xác trì tốc độ đặt đánh giá thơng qua: s% ωd ω 100 ωd Mong muốn: sai số đ = s% nhỏ tốt PHUTHUY_AC Hỗ trợ ôn tập - [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Tính liên tục( độ trơn dải điều chỉnh) = i + 1/i i + i: hệ thống điều khiển liên tục i + i : hệ thống điều khiển nhảy cấp Mong muốn 1: hệ truyền động làm việc ổn định giá suốt dải điều chỉnh - Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tải cho: D max Mong muốn D lớn tốt Ngồi tiêu khác như: tiêu kinh tế, kích thước 1.5.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phần ứng: - Nguyên lý điều khiển Trong phương pháp người ta giữ U = Uđm; = đm nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng Độ cứng đường đặc tính cơ: k. dm M R- Rf Ta thấy điện trở lớn nhỏ nghĩa đặc tính dốc mềm 0 Rf = Rf1 Rf2 M Mc M2 M1 PHUTHUY_AC Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hình1.9 đường đặc tính thay đổi Rf ứng với Rf = ta có độ cứng tự nhiên TN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy, ta thay đổi Rf ta họ đặc tính thấp đặc tính tự nhiên - Đặc điểm phương pháp Điện trở mạch phần ứng tăng độ dốc đặc tính lớn, đặc tính mềm, độ ổn định tốc độ sai số tốc độ lớn Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức ( cho phép thay đổi tốc độ phía giảm) Chỉ áp dụng cho động điện có cơng suất nhỏ, tổn hao lượng điện trở phụ làm giảm hiệu suất động thực tế thường dùng động điện cần trục - Đánh giá tiêu Tính liên tục: phương pháp khơng thể điều khiển liên tục mà phải điều khiển nhảy cấp Dải điều chỉnh phụ thuộc vào số mơmen tải Tải nhỏ dải điều chỉnh D = max / min nhỏ Phương pháp điều chỉnh dải D = : Giá thành đầu tư ban đầu rẻ không kinh tế tổn hao điện trở phụ lớn Chất lượng không cao dù điều khiển đơn giản 1.5.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông : - Nguyên lý điều khiển Giả thiết U= Uđm; Rư = const Muốn thay đổi từ thơng động ta thay đổi dòng điện kích từ Thay đổi dòng điện mạch kích từ cách nối nối tiếp biến trở vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ Bình thường động làm việc chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max) mà phương pháp cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên điều chỉnh theo hướng giảm từ thông tức điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức PHUTHUY_AC 10 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 4.2 Sơ đồ mạch điều khiển AD645A +E Ro - R16 R3 + D2 G1 D3 R6 D1 A D1 K1 D4 Q1 R2 G2 C1 D5 D9 + 12V - A U21 R1 + + - 12V U22 R5 N D3 R3 R4 4081 + 12V - B R7 C - 12V + + + - 12V K2 R1 R10 D R2 - Udk +12V + 12V R15 -12V D5 4081 R8 R9 +12V +E R11 R2 D2 G3 + 12V C2 R14 D3 D1 K3 + + - 12V D4 G4 D6 D5 R13 R12 K4 4081 R1 R3 R16 - Ro + Hình 4.1 Sơ đồ mạch điều khiển PHUTHUY_AC 46 Hỗ trợ ôn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] 4.2.1.Dạng ổn áp điều khiển PHUTHUY_AC 47 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Hình 4.2 Giản đồ mạch điều khiển 4.3.Tính tốn mạch điều khiển 4.3.1 Tính tốn khâu đồng pha a Nguyên lý hoạt động Hình 4.3 sơ đồ khâu đồng pha b Giản đồ điện áp Hình 4.4 Giản đồ điện áp Điện áp xoay chiều 220v đưa qua mạch chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ PHUTHUY_AC 48 Hỗ trợ ơn tập [ĐỀ CƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC] Nửa chu kỳ đầu U2 >0 U2' Đ1 dẫn Nửa chu ký sau U2