điều khiển xe nâng hàng
Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng LỜI NÓI ĐẦU Ứng dụng Điện tử công suất trong truyền động điện – điều khiển tốc độ động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển. Các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển đi kèm. Do đó khi thực hiện đồ án em đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, những công nghệ mới trong lĩnh vực điều khiển các phần tử bán dẫn công suất. Với yêu cầu thiết kế mạch băm xung một chiều để điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập có yêu cầu đảo chiều quay theo nguyên tắc đối xứng , em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế. Với hy vọng đồ án điện tử công suất này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng được trong thực tế nên em đã cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ và tính toán cụ thể các thông số của các sơ đồ mạch. Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi và quyết tâm cao nhất tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em làm đồ án, và đặc biệt do trình độ hiểu biết của chúng em còn nhiều hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp ý của cácthầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứngdụng thực tế của nó để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.Và em hi vọng trong một tương lai không xa, chúng em có thể áp dụng những kiến thức và hiểu biết thu được từ chính đồ án trong cuộc đời sinh viên của mình vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong các đồ án sau này. Trong quá trình làm đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo rất tận tình của thầy giáo Trần Văn Thịnh .Em xin chân thành cảm ơn thầy. Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 1 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng Chương I :Giới thiệu về động cơ điện một chiều I.1 Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng , không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt của con người. Nó luôn đi trước một bước làm tiền đề nhưng cũng là mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không một quốc gia nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện. Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải ., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành . mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện .). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn . nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94% .Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 2 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng . Đây là một trong những phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay để điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động cơ theo phương pháp đối xứng .Đây là một phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm nổi bật của nó mà chúng em sẽ phân tích và đề cập sau này. I.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều. I.2.1) Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện loại: - Kích thích độc lập: khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :I = Iư. - Kích thích song song: khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp ko đổi, mạch kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It - 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. - Kích thích hỗn hợp ta có: I = Iu +It Với mỗi loại động cơ trên thì sẽ tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Trong đề tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này. I.2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập +Phương trình đặc tính cơ: là phương trình biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ (n) và mômen (M) của động cơ có dạng chung: Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 3 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng Thông qua phương trình này, ta có thể thấy được sự phụ thuộc của tốc độ động cơvào mômen động cơ và các thông số khác (mômen, từ thông .), từ đó đưa ra phương án để điều chỉnh động cơ (tốc độ) với phương án tối ưu nhất. Với những điều kiện Uư = const, It = const thì từ thông của động cơ hầu như không đổi, vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng. Thường dạng của đặc tính là đường thẳng mà giao điểm với trục tung ứng với mômen ngắn mạch còn giao điểm với trục tung ứng với tốc độ không tải của động cơ. Người ta đưa thêm đại lượng M β ω ∆ = ∆ để đánh giá độ cứng. Đặc tính càng dốc càng cứng ( β càng lớn) tức là mômen biến đổi nhiều nhưng tốc độ biến đổi ít và ngược lại. Đặc tính càng ít dốc càng mềm tức là mômen biến đổi ít nhưng tốc độ biến đổi nhiều thay đổi. Để hiểu được nguyên lý và lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước hết ta đi xét đặc tính của động cơ điện. Đó là quan hệ giữa tốc độ quay với mômen (hoặc dòng điện) của động cơ. Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 4 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng +Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ: nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện kháng, điện trở vào động cơ). Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có các điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, ωđm. +Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn hoạc nối thêm các đIện trở, điện kháng. Để so sánh các đặc tính cơ với nhau, người ta đưa ra khái niệm độ cứng của đặc tính cơ: β=ΔΜ/Δω (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc). a) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Sơ đồ kích từ độc lập được thể hiện như dưới đây: Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau: gọi là động cơ điện kích từ độc lập. Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 5 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 6 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 7 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng b) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều là một trong các nội dung chính của truyền động điện nhằm đáp ứng các yêu cầu công nghệ nào đó của các máy sản xuất.Điều chỉnh tốc độ là dùng phương pháp thuần tuý điện tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của động cơ điện. Tốc độ quay của động cơ điện thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải ,của nguồn hay chế độ làm việc như mở máy ,hãm máy .và do đó gây ra các sai số so với tốc độ ,kĩ thuật mong muốn Trong các hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 8 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 9 Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 10