Tài liệu Đồ án - Thiết kế bộ băm xung một chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng) để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) docx

Đồ án Thiết kế bộ băm xung một chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng) để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) Đề bài: Thit k b bm xung mt chiu có o chiu (theo nguyên tc i xng)  iu chnh tc  ng c mt chiu (kích t nam châm vnh cu) vi s liu cho trc: Chương I Giới thiệu về động cơ điện một chiều I.1 Đặt vấn đề Cùng vi s phát trin ngày càng mnh m ca các ngành công nghip c v chiu rng ln chiu sâu,in và các máy in óng mt vai trò rt quan trng , không th thiu c trong phn ln các ngành công nghip và i sng sinh hot ca con ngi. Nó luôn i trc mt bc làm tin  nhng cng là mi nhn quyt nh s  thành công ca c mt h thng sn xut công nghip. Không mt quc gia nào, mt nn sn xut nào không s dng in và máy in. Do tính u vit ca h thng in xoay chiu: d sn xut, d truyn ti ., c máy phát và ng c in xoay chiu u có cu to n gin và công sut ln, d vn hành . mà máy in (ng c in) xoay chiu ngày càng c s dng rng rãi và ph bin. Tuy nhiên ng c in mt chiu vn gi mt v trí nht nh nh trong công nghip giao thông vn ti, và nói chung  các thit b cn iu khin tc  quay liên tc trong phm vi rng (nh trong máy cán thép, máy công c ln, u máy in .). Mc dù so v i ng c không ng b  ch to ng c in mt chiu cùng c thì giá thành t hn do s dng nhiu kim loi màu hn, ch to bo qun c góp phc tp hn . nhng do nhng u im ca nó mà máy in mt chiu vn không th thiu trong nn sn xut hin i. u im ca ng c in mt chiu là có th dùng làm ng c in hay máy phát in trong nhng iu kin làm vic khác nhau. Song u im ln nht Phng án in áp li (VAC) Dòng in nh mc in áp phn ng Phm vi iu chnh tc  1 110 20 120 10:1 2 220 8 220 15:1 3 380 15 100 20:1 4 127 V 6 A 400 V 25:1 5 300 10 600 15:1 2 ca ng c in mt chiu là iu chnh tc  và kh nng quá ti. Nu nh bn thân ng c không ng b không th áp ng c hoc nu áp ng c thì phi chi phí các thit b bin i i kèm (nh b bin tn ) rt t tin thì ng c in m t chiu không nhng có th iu chnh rng và chính xác mà cu trúc mch lc, mch iu khin n gin hn ng thi li t cht lng cao. Ngày nay hiu sut ca ng c in mt chiu công sut nh khong 75% ÷ 85%,  ng c in công sut trung bình và ln khong 85% ÷ 94% .Công sut ln nht c a ng c in mt chiu vào khong 100000kw in áp vào khong vài trm cho n 1000v. Hng phát trin là ci tin tính nâng vt liu, nâng cao ch tiêu kinh t ca ng c và ch to nhng máy công sut ln hn ó là c mt vn  rng ln và phc tp vì vy vi vn kin thc còn hn hp ca mình trong phm vi  tài này em không th  cp nhiu vn  ln mà ch  cp ti vn  thit k b bm xung mt chiu  iu chnh tc  có o chiu ca ng c mt chiu kích t c lp theo nguyên tc i xng . ây là mt trong nhng phng pháp c dùng ph bin nht hin nay   iu chnh ng c in mt chiu kích t c lp vi yêu cu o chiu quay ng c theo phng pháp i xng .ây là mt phng pháp mang li hiu qu kinh t cao và c s dng rng rãi bi nhng tính nng và c im ni bt ca nó mà chúng em s phân tích và  cp 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 ng c in mt chiu cng nh máy phát in mt chiu ngi ta phân loi theo cách kích thích t các ng c. Theo ó ng vi mi cách ta có các loi ng c in loi: - Kích thích c lp: khi ngun mt chiu có công su t ko  ln, mch in phn ng và mch kích t mc vào hai ngun mt chiu c lp nhau nên :I = I  . - Kích thích song song: khi ngun mt chiu có công sut vô cùng ln và in áp ko i, mch kích t c mc song song vi mch phn ng nên I = I u +I t - Kích thích ni tip: cun kích t mc ni tip vi cun dây phn ng cun kích t có tit din ln, in tr nh, s vòng ít, ch to d dàng nên ta có I = I  =I t . - Kích thích hn hp ta có: I = I u +I t Vi mi loi ng c trên thì s tng ng vi các c tính, c im k thut iu khin và ng dng là tng i khác nhau ph thuc vào nhiu yu t.Trong  tài này ta ch xét ên ng c in mt chiu kích t c lp và bin pháp hu hiu nht  iu khin loi ng c  này. I.2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập +Phng trình c tính c: là phng trình biu th mi quan h gia tc  (n) và mômen (M) ca ng c có dng chung 3 M K RR K U fu u . )( 2 Φ + − Φ = ω Thông qua phng trình này, ta có th thy c s ph thuc ca tc  ng c vào mômen ng c và các thông s khác (mômen, t thông .), t ó a ra phng án  iu chnh ng c (tc ) vi phng án ti u nht. Vi nhng iu kin U  = const, I t = const thì t thông ca ng c hu nh không i, vì vy quan h trên là tuyn tính và ng c tính c ca ng c là ng thng. Thng dng ca c tính là ng thng mà giao im vi trc tung ng vi mômen ngn mch còn giao im vi trc tung ng vi tc  không ti ca ng c Ngi ta a thêm i l ng ω β Δ Δ = M  ánh giá  cng. c tính càng dc càng cng ( β càng ln) tc là mômen bin i nhiu nhng tc  bin i ít và ngc li. c tính càng ít dc càng mm tc là mômen bin i ít nhng tc  bin i nhiu thay i.  hiu c nguyên lý và la chn phng pháp iu chnh ti u, trc ht ta i xét c tính ca ng c in. ó là quan h gia tc  quay vi mômen (hoc dòng in) ca ng c. +c tính c t nhiên ca ng c: nu ng c vn hành  ch  nh mc (in áp, tn s, t thông nh mc và không ni thêm các in kháng, in tr vào ng c). Trên c tính c t nhiên ta có các i m làm vic nh mc có giá tr M m , ω m . +c tính c nhân to ca ng c là c tính khi ta thay i các tham s ngun hoc ni thêm các In tr, in kháng.  so sánh các c tính c vi nhau, ngi ta a ra khái nim  cng ca c tính c: β=ΔΜ/Δω (tc  bin thiên mômen so vi vn tc).   M Mnm M t  0 4 a) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập S  kích t c lp c th hin nh di ây: Khi ngun mt chiu có công sut không  ln thì mch in phn ng và mch kích t mc vào hai ngun mt chiu c lp vi nhau: gi là ng c i n kích t c lp. Phng trình c tính c xut phát: ufuuu IRREU )( ++= +U  : in áp phn ng. +E  : sc in ng phn ng. +R  : in tr mch phn ng : R  =r  +r cf +r b +r ct +r  : in tr cun dây phn ng. +r cf : in tr cun cc t ph. +r i : in tr cun bù. +r ct : in tr tip xúc ca chi in. +R f : in tr ph trong mch phn ng. +I  : dòng in mch phn ng. +E  c xác nh theo biu thc sau: ω π ⋅Φ⋅= a pN Eu 2 + p: s ôi cc t chính. + N: s thanh dn tác dng ca cun dây phn ng. + A: s ôi mch nhánh song song ca cun dây phn ng. + Φ : t thông kích t di mt cc t. +ω: tc  góc. a pN K π 2 = Trong ó K là h s cu to ca ng c. 5 nKE eu Φ= 55,9/60/2 nn == πω Vì vy n a pN E u Φ= 60 K K K e 105,0 55,9 == Suy ra u fu u I K RR K U Φ + − Φ =Φ Biu thc (*) là phng trình c tính c in ca ng c. Mt khác mômen in t ca ng c c xác nh udt IKM Φ= Suy ra Φ= KMI dtu / Thay vào (*) ta c dt fu u M K RR K U 2 )( Φ + − Φ = ω Nu b qua các tn tht c và thép thì mômen c trên trc ng c bng mômen in t bng M. Ta có M K RR K U fu u 2 )( Φ + − Φ = ω ây là phng trình c tính c ca ng c in mt chiu kích t c lp.  th hình v: Nhận xét : + I  =0 hoc M=O ta có   M Mnm M t  0 6 0 ωω = + = fu u RR U ây là tc  không ti lý tng ca ng c +ω = 0 thì fu u RR U I + = : Dòng in ngn mch. nmnm MIKM =Φ= : Mômen ngn mch. ωωω Δ−= Φ − Φ = 0 K RI K U u ωωω Δ−= Φ + − Φ = 0 2 )( M K RR K U fu u M K R I K R K U RRR u u fu 2 0 )( Φ = Φ =Δ Φ = += ω ω T ó có th tc  ông c in mt chiu ph thuc vào các i lng là: U  , R, I. Nh vy thông qua các i lng bin thiên này mà ta có th iu khin c tc  ng c in mt chiu. b) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều iu chnh tc  ng c in mt chiu là mt trong các ni dung chính ca truyn ng in nhm áp ng các yêu cu công ngh nào ó ca các máy sn xut.iu chnh tc  là dùng phng pháp thun tuý in tác ng lên bn thân h thng truyn ng in  thay i tc  quay ca ng c in. Tc  quay ca ng c in thng b thay i do s bin thiên c a ti ,ca ngun hay ch  làm vic nh m máy ,hãm máy .và do ó gây ra các sai s so vi tc  ,k thut mong mun Trong các h thng truyn ng in thng cn c vào mt s ch tiêu kinh t ,k thut c bn ,các ch tiêu này c tính khi thit k và iu chnh ng c in Trong thc t có 3 phng pháp  iu chnh tc  ng c in mt chiu + iu chnh in áp cho phn ng ng c. + iu chnh bng cách thay i t thông phn ng hay thay i in áp phn ng cp cho mch kích t. +  b.1) làm in l n khin Ta c Vì t  k mi Chú + P h + T th n + Gi vi  gii +V  D ph iu chnh b Nguyên lý Ch áp d vic  ch mt chiu ng in xo n Uk. có phng ωω ω K E EE b = Φ = − 0  thông c không ti l nói ph n ý: hng pháp c  khôn nói phng ii iu ch in áp n hn bi yê i mt c c h thuc tu bng thay  ý điều chỉn dng c   kích th u kích t  oay chiu t trình M U K RE RI dk b dm b uu − − Φ = )( ( 0 a ng c í tng tu ng pháp này p này có t ng ti lý t g pháp này nh tc  nh mc và êu cu v s cu máy c uyn tính v i in tr nh điện áp vi ng hích c lâ c lp, các thành mt β M R K R R Km ud b udb Φ + + ® )  c gi  thuc gi y là trit   thông khô ng tu thu y iu khin ca h tth t thông  sai s tc   th có ω vào giá tr   ph trên p phần ứn c in m âp. Loi nà b chnh l chiu có IK udmud không i iá tr U k c .  xác  ông i nê uc vào giá n là trit  hng b ch nh mc.  và mô m M MK ,, max0 ω  cng mch ph ng mt chiu k ày cn có th lu iu kh s E b i i nên c t ca h thn nh di i n c tính á tr in á . n bi c Tc  nh men khi  dm M xác nh n ng. kích thích  hit b ngu hin có ch iu chnh n tính c cn ng.  th u chnh t c có  c áp U k ca c tính c b h nht ca ng. h vì vy ph c lp ho un nh: m c nng bi nh tín hi ng không   tuyn tính c . cng không h thng d n là c t a di iu k hm vi i 7 c song máy phát n nng iu iu i. Tc h do ó g i do ó có ính ng khin b u chnh 8 β ωω β ωω dm dm M M −= −= min0min max0max dmMcnm MKMM == maxmin  tho mãn kh nng quá ti thì c tính thp nht ca di iu chnh phi có môn men ngn mch là dmMcnm MKMM . maxmin == (K M : là h s mômen quá ti). H c tính c là các ng thng song song nên ta có 1 1 /)1( )1( 1 )( max0 max0 minmin − − = − − = −=−= M dm dmM dm M dm dmnm K M MK M D K M MM βω β β ω ββ ω Vi dmM MK ,, max0 ω xác nh  mi máy. D ph thuc tuyn tính vào β. Khi iu chnh in áp phn ng ng c in mt chiu bng các thit b ngun iu chnh thì in tr mch phn ng gp khong 2 ln in tr phn ng ng c do ó có th tính s b c: 10/ max0 ≤ dm M βω . Do ó phm vi iu chnh tc  không vt quá 10, Vy vi yêu cu ca  bài ta s iu chnh di in áp ra trong di iu chnh ã cho. iu chnh tc  bng phng pháp này rt thích hp trong nhng trng hp M t =const trong toàn di iu chnh. b.2) Điều chỉnh từ thông động cơ iu chnh t thông kích thích ng c in mt chiu chính là iu khin mômen in t ca ng c in u IKM Φ= . Do mch kích t ca ng c in mt chiu là phi tuyn vì vy h iu chnh t thông cng là phi tuyn. 9 T s  trên ta c dt d rr e i k kb k u Φ + + = ω r k : in tr dây qun phn ng. r b : in tr ngun In áp kích thích. k ω : s vòng dây cun kích t. Thng khi iu chnh t thông thì in áp phn ng bng U m do ó các c tính c thp nht trong vùng iu khin là t thông chính là c tính có in áp phn ng nh mc, t thông nh mc và gi là c tính c bn (ôi khi là c tính c t nhiên). Tc  ln nht ca di iu chnh t thông b hn ch bi kh nng chuyn mch ca c góp i n. Khi gim t thông dn n tng vn tc góc thì iu kin chuyn mch ca c góp b xu i mt khác vn phi bo m I cho phép. Kt qu là mômen cho phép trong ng c gim rt nhanh k c khi gi nguyên I thì momen c cng gim i rt nhanh. b.3) Thay đổi điện trở phụ Rf T phng trình c tính (*) u fu u I K RR K U Φ + − Φ =Φ (*) Thc t ngày nay ngi ta không dùng phng pháp này . Vì phng pháp này ch cho phép iu chnh tc  quay trong vùng di tc  nh mc, và luôn kèm theo tn hao nng lng trên in tr ph, làm gim hiu sut ca ng c in. Vì vy phng pháp này ch áp dng  ng c in có công sut nh và thc t thng dùng  ng c in trong cn trc. c) Kết luận [...]... U nguồn II.2.4 Bộ Chopper lớp C (Bộ đảo dòng) a) Sơ đồ nguyên lý 18 Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tương đương R-L-E b) Nguyên lý hoạt động Chế độ động cơ: Trong khoảng 0 ≤ t ≤ γT , động cơ được nối nguồn qua S1 ,điện áp đặt lên động cơ là U Trong khoảng γT ≤ t ≤ T , S1 ngắt ,động cơ được nối ngắn mạch qua D 2 ,điện áp đặt lên động cơ là 0 Chế độ hãm tái sinh:... phần tư tương ứng với chiều mômen và tốc độ như hình vẽ + I, III: trạng thái động cơ ( ω cùng chiều với M) + II, IV: trạng thái hãm ( ω ngược chiều với M) Công suất cơ Pcơ=Mđ ω 10 Công suất điện của động cơ Pđ=Pcơ+ Δ P ( Δ P: tổn hao công suất) 1.3.2 Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập a) Khởi động Xuất phát từ phương trình đặ tính cơ của động cơ điện một chiều Ru + R f U Φ=... 2.2.6 Bộ Cho opper lớp E p Đây là bộ băm xung một chiề có đảo c ộ ều chiều 1 Sơ đồ nguy lý ơ yên ở đây ta sử dụn van bán dẫn IGBT Bộ BXM dùng v điều kh hoàn t y ng n T MC van hiển toàn IGBT có khả năng thực h điều c n hiện chỉnh điện áp và đảo chiều dòn điện tải ng Tron các hệ tr ng ruyền động tự động c yêu cầu đảo chiều động cơ d đó bộ b đổi g có u u do biến này t thường hay dùng để cấp nguồn cho động. .. có ưu điểm là có thể thay đỏi điện áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi cao vì tổn thất của bộ biến đổi chủ yếu trên các phần tử đóng cắt rất nhỏ So với các phương pháp thay đổi điện áp một chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều như phương pháp điều chỉnh bằng biến trở, bằng máy phát một chiều, bằng bộ biến đổi có khâu trung gian xoay chiều, bằng chỉnh lưu có điều khiển thì... tải có mômen là hằng số trong toàn dải điều chỉnh Qua phân tích trên đây, việc điều khiển điện áp phần ứng được chọn là phù hợp giải pháp mà người ta thường dùng hiện nay là băm xung áp điều khiển dó ra bằng bộ băm xung áp một chiều mà ta sẽ đề cập ở vấn đề tiếp theo 13 Chương II BĂM XUNG MỘT CHIỀU (BXDC) II.1 Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC): BXDC có chức năng biến đổi điện áp một chiều, nó có. .. động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ quay, Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm: hãm tái sinh, hãm ngược, và hãm động năng b.1) Hãm tái sinh Xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng Khi đó Uư > Eư Động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới So với chế độ động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều xác định theo biểu thức Ih = U u − Eu KΦω0 −... điều khiển tốc độ động cơ cũng phải gắn với chế độ khởi động Phải đảm bảo điều kiện tối thiểu I nm = 2 ÷ 2,5 I dm Dễ đi đến một nhận xét là lựa chọn phương pháp điều khiển giảm áp phần ứng là phù hợp hơn cả vì khi khống chế dòng ngắn mạch o chế độ khởi động còn hạn chế được điện áp khởi đông Do điều khiển là làm giảm áp b) Chế độ hãm Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ. .. suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải có nguồn áp điều chỉnh được xong nó là không đáng kể so với vai trò và ưu đIểm của nó Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi 1.3 Các vấn đề khác khi điều động cơ điện một chiều 1.3.1 Các góc phần tư làm việc II:Hãm II: Động cơ Mc Pc=Mdω0 Mc Pc=Mdω>0 M II: Hãm Mc Pc=Mdω . Đồ án Thiết kế bộ băm xung một chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng) để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) . tích và  cp 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 ng c in mt chiu