Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Điều Khiển AC-DC Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ DC

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ ... Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất và truyền động điện chúng em đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển AC-DC điều chỉnh tốc độ động cơ DC” Với sự hướng dẫn của Thầy: Đỗ Công Thắng, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng q trình cơng nghiệp hố đất nước Sự ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hố cho q trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nội dung môn học Điện tử công suất truyền động điện chúng em giao thực đề tài: “Thiết kế chế tạo điều khiển AC-DC điều chỉnh tốc độ động DC” Với hướng dẫn Thầy: Đỗ Công Thắng, chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1Giới thiệu chung động điện chiều 1.2Cấu tạo động điện chiều 1.3Nguyên lý làm việc động điện chiều: .5 1.4Phương trình đặc tính động điện kích từ độc lập .6 1.5 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ chiều kích từ độc lập 1.6Đảo chiều quay động điện chiều 15 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH LỰC .17 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN .23 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ , THIẾT KẾ MẠCH 30 4.1Mục đích ý nghĩa 30 4.2Tính chọn mạch động lực: 31 4.3Tính tốn mạch điều khiển: .35 4.4Chọn tính tốn mạch nguồn .38 4.5Thiết kế mạch 40 GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều Như ta biết máy phát điện chiều dùng làm máy phát điện động điện Động điện chiều thiết bị quay biến đổi điện thành Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Động điện chiều sử dụng rộng rãi công nghiệp giao thông vận tải Động điện chiều gồm loại sau đây: - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp - Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.2 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều gồm có phần : Phần tĩnh (stator) phần động (rơtor) Hình 1.2.1: Động điện chiều Gồm phần sau: - Cực từ chính: Cực từ 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 GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử   thép kỹ thuật điện Cực từ gắn chặt vào vỏ nhờ bulông Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy Các phận khác: Nắp máy Cơ cấu chổi than 1.2.1 Phần quay (rotor): Gồm phận sau: a Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện hai đầu ép chặt lại Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần sinh s.đ.đ có dịng điện chạy qua Thường làm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện trịn, máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện với rãnh lõi thép c Cổ góp: Cổ góp hay cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình nhạn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn Đi vành góp có cao lên để để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép Cacbon tốt 1.2.2 Phần quay (rotor): Gồm phận sau: a Lõi sắt phần ứng: GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện hai đầu ép chặt lại Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần sinh s.đ.đ có dịng điện chạy qua Thường làm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện với rãnh lõi thép c Cổ góp: Cổ góp hay cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn Đi vành góp có cao lên để để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép Cacbon tốt 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều: b A F ®t + n I a I c F ®t d B - Hình 1.3.1:Sơ đồ ngun lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U đặt vào chổi than A B dây quấn phần ứng có dịng điện Iư dẫn ab, cd có dịng điện nằm từ trường chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ có phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi đảm bảo động GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử có chiều quay khơng đổi Khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động Eư chiều s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động điện chiều sức điện động E ngược chiều với dòng điện I nên Eư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp: U= Eư+Rư.Iư Trong đó: Rư: điện trở phần ứng I ư: dòng điện phần ứng E ư: sức điện động Theo yêu cầu đề ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động điên chiều kích rừ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có dịng điện kích từ khơng phụ thuộc vào dịng điện phần ứng nghĩa từ thông động không phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ + U­ I - E KT IKT + UKT - Hình 1.3.2 : Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc l 1.4 Phương trình đặc tính động điện kích từ độc lập Đặc tính quan hệ tốc độ quay mômen (M) động Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động vận hành chế độ định mức với đặc tính tự nhiên (Mđm , wđm) Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi thơng số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động Để đánh giá, so sánh đặc tính người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính β tính sau ∆β = ∆M ∆ω β lớn (đặc tính cứng) tốc độ thay đổi M thay đổi β nhỏ (đặc tính mềm) tốc độ giảm nhiều M tăng, đặc tính tuyệt đối cứng GVHD: Th.ĐỖ CƠNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử 1.4.1 Phương trình đặc tính Trường hợp Rf= 0: Trong đó: Ke = p.n 60a U= E + Iư.Rư (1) E= Ke Φ n (2) : hệ số sức điện động động a: số mạch nhánh song song cuộn dây K= p.n : hệ số cấu tạo động 2aπ ω : tốc độ góc tính rad/s p: số đơi cực N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng ω= Thế (2) vào (1) ta có: Hoặc: n= Uu R − u Iu K φ K φ (3) Uu R − u Iu K e φ K e φ (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi phương trình đặc tính điện Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5) :là mômen điện từ động Suy ra: n= Uu Ru − M :là phương trình đặc tính động điện K e φ K e φ K Φ chiều kích từ độc lập Hoặc: ω= Uu Ru − M = ω − ∆ω K φ ( K φ ) đó: ω : tốc độ khơng tải lý tưởng ∆ω : độ sụt tốc độ GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử 1.4.2 Ảnh hưởng thông số tới tốc độ động Từ phương trình đặc tính cơ: ω = U u Ru + R f − M ta nhận thấy muốn thay đổi K φ ( K φ ) tốc độ ω ta thay đổi φ , Rf , U a Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): ( Kφdm ) ∆M − Độ cứng đặc tính cơ: β = = giảm Nếu Rf lớn tốc độ động Ru + R f ∆ω giảm đồng thời dịng ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ b Trường hợp thay đổi U< Uđm Tốc độ không tải ω0 = U giảm độ cứng đặc tính Kφ ( Kφ ) ∆M = const β= =− Ru ∆ω Khi thay đổi điện áp ta thu họ đường đặc tính song song Phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng khởi động c Ảnh hưởng từ thông: d Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dịng kích từ Ikt tốc độ không tải ω = ( Kφ ) ∆M tăng Độ cứng đặc tính cơ: β = =− Ru ∆ω 1.5 U dm Kφ giảm Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ chiều kích từ độc lập 1.5.1 Khái niệm chung a Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Biến đổi thơng số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng b Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: - Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên - Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = n max/nmin Trong đó:  nmax: Được giới hạn độ bền học  nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh - Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng: β = ∆M/∆n Khi β lớn tức ∆M lớn ∆n nhỏ nghĩa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác β lớn tốt - Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ γ đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau: ni γ= n i +1 Trong đó: ni: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment γ tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, khơng có nhảy cấp hay cịn gọi điều chỉnh tốc độ vô cấp γ ≠ : Hệ thống điều chỉnh có cấp - Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động η cao tổn hao lượng ∆Pphụ mức thấp - Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ: Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thơng thiết bị máy móc lắp ráp lẫn cho 1.5.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng: Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dịng điện, moment khơng thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập GVHD: Th.ĐỖ CƠNG THẮNG Trang 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều, biến đổi van khuếch đại từ… Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo yêu cầu n= R +Rf U − u M K E Φ K E K M Φ2 Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = U đm K E Φ đm Độ cứng đường đặc tính cơ: β= dM K K Φ2 =− E M dn Ru + R f Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động tốc độ khơng tải lý tưởng thay đổi độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Họ đặc tính đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên: n n0 TN ( Uđm ) ncb Uđm > U1 > U2 > U3 U1 n1 n2 ncb > n1 > n2 > n3 U2 n3 MC U3 M Hình 1.5.2.1: Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 11 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử 1.5.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông: + - U Iư Eư Ckt + Rkt Ukt - Hình 1.5.3.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = KM Φ Iư sức điện động quay động Eư = KE Φ n Thông thường, thay đổi từ thơng điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ máy điện cơng suất trung bình, người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đổi từ thông tổn hao công suất nhỏ Đối với máy điện cơng suất lớn dùng biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, biến đổi van… Thực chất phương pháp giảm từ thông Nếu tăng từ thơng dịng điện kích từ Ikt tăng dần đến hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ giảm dịng kích từ tức giảm nhỏ từ thơng so với định mức Ta thấy lúc tốc độ tăng lên từ thông giảm: n = U K E Φ Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M n = KM Φ In nên Φ giảm làm cho Mn β =− K E K M Φ2 R giảm theo Độ cứng đường đặc tính cơ: Khi Φ giảm độ cứng β giảm, đặc tính dốc Nên ta có họ đường đặc tính thay đổi từ thơng sau: GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 12 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử n φñm > φ1 > φ2 Φ1 n1 Φ2 Φ đm ncb ncb < n1 < n2 MC M2 M1 M Mn Hình 1.5.3.2: Họ đặc tính thay đổi từ thơng Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông điều chỉnh tốc độ vơ cấp cho tốc độ lớn tốc độ Theo lý thuyết từ thơng giảm gần 0, nghĩa tốc độ tăng đến vô Nhưng thực tế động làm việc với tốc độ lớn nhất: nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = nmax = ncb Bởi ứng với động ta có tốc độ lớn cho phép Khi điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện khí, điều kiện cổ góp động khơng thể đổi chiều dịng điện chịu hồ quang điện Do đó, động không làm việc tốc độ cho phép Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng điều chỉnh tốc độ vơ cấp cho tốc độ lớn ncb Phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ cho máy mài vạn máy bào giường Do trình điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ nên tổn thất lượng ít, mang tính kinh tế 1.5.4 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng dùng cho tất động điện chiều Trong phương pháp điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch phần ứng động theo sơ đồ nguyên lý sau: GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 13 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Hình 1.5.4.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Ta có phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Ru +R f U − M K E Φ K E K M Φ2 U K E Kđộ dm MΦ Khi thay đổi gián 0trị= điệndmtrở =phụ không tải lý tưởng: độ constR f ta;nhận β =thấy − tốc K E Φ dm Ru + R f n= cứng đường đặc tính cơ: Sẽ thay đổi giá trị R f thay đổi Khi Rf lớn, β nhỏ nghĩa đường đặc tính dốc Ứng với giá trị R f = ta có độ cứng đường đặc tính tự nhiên tính theo cơng thức sau: βTN = − K E K M Φ2 dm Ru Ta nhận thấy βTN có giá trị lớn nên đường đặc tính tự nhiên có độ cứng lớn tất đường đặc tính có đóng điện trở phụ mạch phần ứng Nguyên lý điều chỉnh cách thay đổi điện trở- phụ mạch phần ứng + tốc độ U giải thích sau:Giả Iư sử động làm việc xác lập với tốc độ n ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi Eđó dịng điện R phần ứng I đột ngột giảm xuống, f tốc độ động qn tính nên chưa kịp biến đổi Dịng I giảm làm cho moment động giảm theo tốc độ giảm xuống, sau làm việc xác lập tốc độ n với n2 Ckt Rkt > n1 + GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG UKT Trang 14 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Phương pháp điều chỉnh tốc độ điều chỉnh tốc độ n < n cb Trên thực tế dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp cho tốc độ nhảy cấp tức độ phẳng γ xa tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3… Khi giá trị nmin tiến gần đến phạm vi điều chỉnh: D= ncb ≈∞ nmin Trong thực tế, Rf lớn tổn thất lượng phụ tăng Khi động làm việc tốc độ n = n cb/2 tổn thất chiếm từ 40% đến 50% Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta điều chỉnh cho phạm vi điều chỉnh: D= (2 ÷ 3) Khi giá trị Rf lớn tốc độ động giảm Đồng thời dịng điện ngắn mạch In moment ngắn mạch Mn giảm Do đó, phương pháp dùng để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ tốc độ Và tuyệt đối không dùng cho động máy cắt kim loại Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng cho tốc độ nhảy cấp nhỏ ncb Ưu điểm: Thiết bị thay đổi đơn giản, thường dùng cho động cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh thấp giá trị điện trở phụ đóng vào lớn, đặc tính mềm, độ cứng giảm làm cho ổn định tốc độ phụ tải thay đổi Tổn hao phụ điều chỉnh lớn, tốc độ thấp tổn hao phụ tăng 1.6 Đảo chiều quay động điện chiều Chiều quay động điện chiều phụ thuộc vào chiều mô men, để thay đổi chiều mơ men ta dùng hai phương pháp sau: - Đổi chiều quay cách đổi chiều dòng điện phần ứng - Đổi chiều quay cách đổi chiều từ thơng, cụ thể chiều dịng kích từ Đổi chiều quay động điện lúc quay nguyên tắc thực hai phương pháp trên, nhiên thực tế dùng phương GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 15 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử pháp đổi chiều dòng điện phần ứng Iư , phương pháp đổi chiều quay động cách đổi chiều dịng kích từ khơng sử dụng cuộn kích từ có nhiều vịng dây hệ số tự cảm Lt lớn việc thay đổi chiều dịng điện kích từ dẫn đến xuất sức điện động tự cảm cao, gây điện áp đánh thủng cách điện dây quấn kích thích Ngồi ra, dùng phương pháp đảo chiều từ thơng từ thơng qua trị số khơng làm tốc dộ tăng q, khơng tốt GVHD: Th.ĐỖ CƠNG THẮNG Trang 16 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH LỰC 2.1 Khái quát chung: Như ta biết để điều chỉnh động điện ta phải chọn mạch lực để điều khiển động Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động mà ta đưa phương án chọn mạch lực điều khiển động hợp lý, tối ưu với yêu cầu đề Sau chúng em giới thiệu số mạch lưu cầu pha điều chỉnh động điện chiều dùng Thyristor sau: 2.2 Chọn sơ đồ chỉnh lưu động 2.2.1 Sơ đồ cầu chỉnh lưu pha: • • - Ưu điểm : Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển đơn giản Không cần sử dụng đổi nguồn pha Điện áp sau chỉnh lưu tương đối ổn định, có tính liên tục Nhược điểm: Điện áp sau chỉnh lưu nhỏ (U1/Ud lớn) Sử dụng không hiệu công suất MBA Sử dụng mạch chỉnh lưu công suất nhỏ a Sơ đồ nguyên lý: i1 A u1 i2 uT1 T1uT2 itải T2 R u2 utải Ld B b Nguyên lý làm việc: Giả sử Ld = ∞ điện áp phía thứ cấp u2 = U2 sin ω t với góc điều khiển α Xét mạch làm việc chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG uT3 uT4 T4 Trang 17 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Trước thời điểm ω t= v1 cặp van T1 T3 dẫn điện ta có: uT2 = uT3 = 0; utải=-u2 ; uT1 = uT4 = u2; iT2 = iT3 = itải ; iT1 = iT4 = 0.Đến thời điểm ω t= v1 cấp xung điều khiển mở cặp van T1 T4 lúc cặp van T1 T4 dẫn điện, cặp van T2 T3 bị phân cực ngược nên khơng dẫn điện, ta có: u T1 = uT4 = 0; utải = u2; uT2 = uT3 = u2; iT1= iT4= itải; iT2 = iT3 = Đến thời điểm ω t = π, u2 = có xu hướng âm dần - u = có xu hướng dương dần Tuy nhiên điện áp nguồn lúc tác động ngược chiều với chiều dẫn dòng dòng điện qua tải, suất điện động cảm ứng L d tạo cho cặp van T1 T4 tiếp tục dẫn điện, cặp van T2 T3 chưa dẫn chưa có xung điều khiển kích mở Lúc ta có: uT1= uT4= 0; utải = u2 < 0; uT2 = uT3 = - u2 > 0; iT1 = iT4= itải; iT2 = iT3= 0.Đến thời điểm ω t =π+ α phát xung điều khiển mở cặp van T T3, lúc cặp van T2 T3 dẫn điện cặp van T T4 bị phân cực ngược nên khơng dẫn điện Ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4 = u2 < 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= Đến thời điểm ω t =2π, u2= có xu hướng dương dần, cịn - u = có xu hướng âm dần, nhiên cặp van T T3 tiếp tục dẫn suất điện động cuộn cảm tải tạo để chống lại biến thiên dòng điện Cặp van T T4 chưa dẫn điện chưa có xung điều khiển kích mở ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4= u2 > 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự c Giản đồ dòng điện, điện áp: GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 18 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử d Một số biểu thức tính tốn: Điện áp trung bình tải: Utải = 2π π +α ∫ α U2 sin ω t.d ω t = 2 U cos α π Dịng điện trung bình qua Thyristor: π +α IT = ∫ α Itải d ω t = I tai Điện áp thuận, điện áp ngược thyristor: uT(thuận) = uT(ngược) = U2 e Ứng dụng GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 19 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Mạch dung với nhiều loại phụ tải khác nhau, với nhiều ưu tiên riêng (các cặp van ln phiên dẫn, điều chỉnh trơn điện áp đầu ra) 2.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển: a Sơ đồ nguyên lý: U2 U2 D2 T1 T T1 A A T D F F D D2 B E B Ld Rd Ld Rd Hình 2.2,2a:Sơ đồ cực tính E Hình 2.2.2b:Sơ đồ ngược cực tính U d 0 α1 α1 π π α 2π α3 3π I (L=0) d α2 2π α3 3π 2π α3 3π 2π α3 3π T1 α1 π U d I (L= d ∞) α1 α1 α π π α1 π α2 α1 π α1 α1 α 2π α3 α2 α1 π α D2 α 2π α3 c- cực tính 2π α3 3π 2π α3 3π 2π α3 3π I (L= d ∞) D1 T2 α2 2π α3 3π I (L=0) d T1 D1 α2 α1 α D2 T2 2π α3 d- ngược cực tính Hình 2.2.2: điện áp tải van bán dẫn sơ đồ điều khiển GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 20 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử b Nguyên lý làm việc: - Sơ đồ nối cực tính: Tại α1 cấp xung điều khiển T1, T1 sã mở cho dòng điện chạy qua từ A qua T1 qua tải D1 B Đến π điện áp đổi dấu (A âm, B dương) ,T1 khóa Nếu tải điện cảm dịng điện tải đường thẳng Năng lượng cuộn dây tích lũy xả qua D2 tới D1 điện áp tải vùng π ÷ α2 Đến α2 cấp xung điều khiển T2, T2 dẫn Từ α2 ÷ 2π dịng tải dòng điện van T2 D2 Đến 2π điện áp đổi dấu (B âm, A dương) D2 khóa, D1 mở để lượng cuộn dây xả qua D1 T2 2π ÷ α3 mở thơng D1, T2 điện áp tải Kết chuyển mạch van bán dẫn có điều khiển thực việc mở van Các van dẫn thơng nửa chu kỳ Ta có đường cong dịng điện điện áp tải Hình2.2.2.c - Sơ đồ nối ngược cực tính: Tại α1 cấp xung điều khiển T1 với A dương, T1 mở cho dòng điện chạy qua từ A qua T1 qua tải D1 B T1 D1 dẫn từ (α1 ÷ π ) Đến π điện áp đổi dấu (A âm, B dương) ,D2dẫn làm khóa T1 lượng cuộn dây tích lũy xả qua D1 D2 Tải FULL (46 trang): https://bit.ly/3CVWD51 Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Đến α2 cấp xung điều khiển T2 với A âm, T2phân cực thuận nên t2 mở làm khóa D1 cho dòng điện chạy từ B qua D2 qua tải T2 A Đến 2π điện áp đổi dấu (B âm, A dương) T2 phân cực ngược nên T2 bị khóa Ta có đường cong dịng điện điện áp tải Hình 2.2.2.d - Biểu thức tính tốn: Điện áp trung bình tải: Utải=2 2π π ∫ α U2 sin ( ω t) d ω t = 1+ cos α U2 π GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 21 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Điện áp thuận ngược đặt lên Thyristor Diode uD(thuận)= uD(ngược) = U2 uT(thuận)= uT(ngược) = U2 Kết luận: Từ yêu cầu thực tiễn ta chọn mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển cực GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 22 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Lựa chọn mạch điều khiển  Phương án 1: Sử dụng mạch gồm khâu sau: - Khâu đồng pha - Khâu tạo điện áp cưa - Khâu so sánh - Khâu tạo xung chùm - Khâu trộn xung - Khâu khuếch đại biến áp xung RC ĐF SS TX ĐK  Ưu điểm: Giá thành rẻ KĐ & BAX T FX Tải FULL (46 trang): https://bit.ly/3CVWD51 Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net  Nhược điểm: - Mạch phức tạp phải thông qua nhiều khâu - Chất lượng điều khiển không cao  Phương án 2: Dùng IC tích hợp TCA 785 Khối nguồn mạch điều khiển Mạch điều khiển Khối cách ly Bộ chỉnh lưu GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 23 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Khoa Điện - Điện tử Đối với việc điều khiển điện áp chiều ta sử dụng vi mạch tích hợp TCA 785 để đơn giản mạch điều khiển  Ưu điểm: - Mạch đơn giản, khâu điều khiển - Tạo điện áp đối xứng - Chất lượng điện áp mong muốn  Nhược điểm :Giá thành đắt  Kết luận: Từ việc so sánh ưu nhược điểm phương án chúng em chọn phương pháp (Sử dụng mạch tích hợp TCA 785) 3.2 Giới thiệu vi mạch TCA 785 3.2.1 Giới thiệu chung Vi mạch TCA 785 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp cưa, so sánh tạo xung TCA 785 hang Simen chế tạo sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị điều chỉnh dòng xoay chiều Đặc trưng: - Dễ phát việc chuyển qua điểm không - Phạm vi ứng dụng rộng rãi - Có thể hoạt động pha (3 IC) - Dòng điện 250 mA - Mạch thiết kế đơn giản, thi công nhanh dễ điều khiển hiệu chỉnh - Hoạt động tin cậy - Dải điều chỉnh góc điều khiển rộng 3.2.2 Giới thiệu cấu tạo nguyên lý TCA 785 a Kí hiệu: 3474842 GVHD: Th.ĐỖ CÔNG THẮNG Trang 24 ... điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Khơng có khả điều chỉnh tốc độ. .. truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: - Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ. .. động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng b Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ