Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đề tài: Thiết kế chế tạo điều chỉnh tốc độ động chiều * Số liệu cho trước: + Các giáo trình, tài liệu chuyên môn + Các trang bị máy móc xưởng thực tập, thí nghiệm * Nội dung cần hoàn thành: + Giới thiệu khái quát phương pháp điều chỉnh tốc độ động + Tìm hiểu phân tích số mạch điều chỉnh tốc độ động DC + Thiết kế, chế tạo điều chỉnh tốc độ động DC đảm bảo yêu cầu: + Điều chỉnh tốc độ động DC-12v: + Có đảo chiều động DC + Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm + Sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật Quyển thuyết minh vẽ mô tả đầy đủ nội dung đề tài Giáo viên hướng dẫn …………………… Ngày giao đề tài: …………… Ngày hoàn thành: ………… ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng năm 2010 Giáo viên ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỤC LỤC Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ .7 A VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .7 I.Cấu tạo hoạt động máy điện chiều J K L .8 1.Phần tĩnh (stato) 2.Phần động (roto): gồm có phận sau: 3.Nguyên lý hoạt động động điện chiều 4.Các đại lượng định mức II.Giới thiệu số loại động điện chiều 10 1.Động điện kích thích độc lập song song 10 5.Động điện kích thích nối tiếp .10 6.Các tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ 11 B.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ .12 I Đặt vấn đề .12 II Hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều 13 Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng 13 2.Thay đổi từ thông động 15 II Các tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ 16 2.Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dải điều chỉnh ) 16 7.Sai số tốc độ (sai lệch tĩnh) .16 8.Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ 16 Chương II: .17 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .17 A Bộ xung áp chiều .18 1.Khái quát 18 2.Ba phương pháp điều chỉnh điện áp tải 19 3.Sơ đồ cấu trúc biến đổi xung áp chiều 20 II.Bộ băm xung chiều có đảo chiều 21 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.Sơ đồ nguyên lý: .21 2.Phương pháp điều khiển độc lập 21 3.Phương pháp điều khiển đối xứng 21 9.Phương pháp điều khiển không đối xứng .23 D.Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều .29 Đây nguyên lý mạch nguồn Boot Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy lượng từ trường để tạo điện áp tải lớn điện áp vào Ngoài PWM sử dụng chuyển đổi DC -AC , hay biến tần, nghịch lưu 35 Chương III: 35 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 36 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 36 I.Lựa chọn sơ đồ thiết kế .36 1.Mạch tạo nguồn nuôi cho IC 36 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU DÙNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 37 I.Tính toán mạch điều khiển tốc độ động điện chiều có đảo chiều điều khiển đối xứng 38 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, Khoa học _ Kĩ thuật đóng vai trò quan trọng thiếu 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 ngành tự động hoá đời sống, sản xuất công nghiệp mà Điện tử công suất góp phần giải toán 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 Đồ án gồm Nội dung sau: Chương I : Giới thiệu chung động điện chiều phươg pháp điều chỉnh tốc độ động Chương II: Các mạch băm xung chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động DC khác Chương III: Tính toán thiết kế mạch động lực mạch điều khiển Chương IV: 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 tránh khỏi nhiều sai sót, chúng em kính mong nhận phê bình, góp ý thầy cô giáo bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn , đặc biệt cô Nguyễn Thị Luyến tạo điều kiện tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án môn học ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 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 công nghiệp giao thông 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 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 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 công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, động điện có công suất trung bình lớn khoảng 85% ÷ 94% Công 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 công 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 A VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I Cấu tạo hoạt động máy điện chiều ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN J K L M Kết cấu máy điện chiều phân tích thành phần phần tĩnh phần quay 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 lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ 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 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG 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 ∗ Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy ∗ Các phận khác: nắp máy, cấu chổi than… ∗ 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 không khí sinh từ thông 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 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) ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Ngoài ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ số liệu điều kiện sử dụng… II.Giới thiệu số loại động điện chiều Động điện kích thích độc lập song song Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ tốc độ (n)và mômen (M) ω= U u Ru + R f − M KΦ ( KΦ ) Với điều kiện U=const, It=const từ thông động không đổi Vì quan hệ tuyến tính đường đặc tính động đường thẳng: ω ω0 M M® m Hình Đường đặc tính dộng điện kích từ song song Do Rư nhỏ, nên tải thay đổi từ không đến định mức tốc độ giảm đặc tính động điện kích thích song song cứng Với đặc điểm vậy, động điện kích thích song song dùng trường hợp tốc độ không đổi tải thay đổi Động điện kích thích nối tiếp Ở động điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích dòng điện phần ứng : It= Iư=I Vậy phạm vi rộng biểu thị: Φ=KΦ.I Trong đó: Hệ số tỷ lệ KΦ số vùng I (0,8 ÷ 0,9)Iđm giảm xuống tượng bão hoà mạch từ 10 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Φ2 Như vậy, biểu thức đặc tính có dạng: M=CM.Φ.Iư=CM KΦ ⇒ n= C M U Ce K Φ M − U Ru U2 bỏ qua Rư thì: n = hay: M= C e K Φ M n Như mạch từ chưa bão hoà, đặc tính động điện chiều kích thích nối tiếp có dạng đường hypebol bậc hai: ω* M® M* Hình Đường đặcmtính động chiều kích từ nối tiếp Ta thấy, động chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm nhanh M tăng Và tải (M=0, I=0) n có trị số lớn Vì thường cho phép động làm việc với tải tối thiều P 2=(0,2 ÷ 0,25)Pđm Từ dạng đặc tính ta có nhận xét đặc tính động kích thích nối tiếp mềm ⇒ động nối tiếp ưu việt nơi cần mở máy nặng nề cần tốc độ thay đổi vùng rộng Các tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng 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: a Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dải 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 = nmax/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 11 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình 2.13 Sơ đồ thay chỉnh lưu thysistor - động đặc tính động + Phương trình đặc tính cơ: cos α ω = U − Rt X k M Κ Φ dm (Κ.Φ dm) U cos α (Κ Φ dm) Từ ta có ω o = Và β = Κ Φ dm R+ Xk • Khi thay đổi góc điều khiển α : - Trong khoảng α =[0 ÷ Π /2] biến đổi làm việc chế độ chỉnh lưu Nếu E > , động làm việc chế độ động Nếu E < động làm việc chế độ hãm ngược - Trong khoảng α = [ Π /2 ÷ α max] tải có tính chất Để quay ngược động cơ, lúc E d E đổi dấu Nên dòng điện I u chạy theo chiều cũ, động làm việc chế độ hãm tái sinh Bộ biến đổi làm việc chế độ nghịch lưu biến tải thành điện xoay chiều trả lưới - Ưu nhược điểm hệ T- Đ Ưu điểm: • Ưu điểm: + Độ tác động nhanh cao + Dễ tự động hoá , van có hệ số khuếch đại công suất lớn nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính động hệ thông + Không gây ồn + Điều khiển góc mở van α điều chỉnh tốc độ nhanh + công suất điều khiển nhỏ, giá thành rẻ so với hệ truyền động khác 28 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN • Nhược điểm: + Van bán dẫn có dòng phi tuyến, thời gian độ lớn + Điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ máy điện xấu dạng điện áp nguồn lưới + Hệ số công suất mạch thấp + Độ tác động nhanh cao + Dễ tự động hoá , van có hệ số khuếch đại công suất lớn nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính động hệ thông + Không gây ồn + Điều khiển góc mở van α điều chỉnh tốc độ nhanh + công suất điều khiển nhỏ, giá thành rẻ so với hệ truyền động khác D Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Để điều chỉnh tốc độ động điện chiều việc dùng băm xung áp chiều phù hợp biến đổi xung áp có khả điều chỉnh ổn định điện áp phụ tải, có ưu điểm sau: ∗ Hiệu suất cao tổn hao công suất biến đổi không đáng kể so với biến đổi liên tục ∗ Độ xác cao chịu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường, yếu tố điều chỉnh thời gian đóng khoá K mà giá trị điện trở phần tử điều chỉnh thường gặp điều chỉnh liên tục ∗ Chất lượng điện áp tốt so với biến đổi liên tục ∗ Kích thước gọn, nhẹ E PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ PMW PWM mà ứng dụng nhiều điều khiển Lấy điển hình mà thường hay gặp điều khiển động băm xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm động hay cao dùng để điều khiển ổn định tốc độ động Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải PWM tham gia điều chế mạch nguồn : boot, buck, nghịch lưu pha pha PWM gặp nhiều thực tế mạch điện điều khiển Điều đặc biệt PWM chuyên dùng để điều khiển phần tử điện tử công suất có đường đặc tính tuyến tính có sẵn nguồn chiều cố định Như PWM ứng dụng nhiều thiết bị điện điện tử Điều mà dân điện điện tử dễ dàng nhận PWM 29 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN nhân tố mà đội Robocon sử dụng để điều khiển động hay ổn định tốc độ động cơ.Bài viết nói lên phương pháp điều khiển PWM thông số PWM ) PWM gì? Trước tìm hiểu sâu tìm hiểu định nghĩa PWM gì? Như Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh Pulse Width Modulation phương pháp điều chỉnh điện áp tải hay nói cách khác phương pháp điều chế dựa thay đổi độ rộng chuỗi xung vuông dẫm đếm thay đổi điện áp Các PWM biến đổi có tần số khác độ rộng sườn dương hay sườn âm - Sơ đồ nguyên tắc điều khiển tải dùng PWM 30 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Trên đồ thị dạng xung điều khiển PWM Với độ rộng xung đầu tương ứng tính % Tùy thích điều khiển ) Nguyên lý PWM Đây phương pháp thực theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn cới tải cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực nhiện vụ mạch van bán dẫn Xét hoạt động đóng cắt van bán dẫn DÙng van đóng cắt Mosfet Giản đồ xung 31 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Trên mạch nguyên lý điều khiển tải PWM giản đồ xung chân điều khiển dạng điện áp đầu dùng PWM * Nguyên lý : Trong khoảng thời gian - to ta cho van G mỏ toàn điện áp nguồn Ud đưa tải Còn khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì với to thay đổi từ T ta cung cấp toàn , phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải + Công thức tính giá trị trung bình điện áp tải : Gọi t1 thời gian xung sườn dương (khóa mở ) T thời gian sườn âm dương, Umax điện áp nguồn cung cấp cho tải ==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D với D = t1/T hệ số điều chỉnh tính % tức PWM Như ta nhìn hình đồ thị dạng điều chế xung ta có : Điện áp trùng bình tải : + Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%) + Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%) + Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%) 3) Các cách để tạo PWM để điều khiển Để tạo PWM có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng phần mền Trong phần cứng tạo phương pháp so sánh từ trực tiếp từ IC dao động tạo xung vuông : 555, LM556 Trong phần mền tạo chip lập trình Tạo phần mền độ xác cao tạo phần cứng Nên người ta hay sử dụng phần mền để tạo 32 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN PWM a) Tạo phương pháp so sánh Để tạo phương pháp so sánh cần điều kiện sau : + Tín hiệu cưa : Xác định tần số PWM + Tín hiệu tựa tinshieuej xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC) Xét sơ đồ mạch sau : Với tần số xác định f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên cần điều chỉnh R2 thay đổi độ rộng xung dễ dàng Ngoài 555 nhiều IC tạo xung vuông khác c) Tạo xung vuông phần mền Đây cách ưu cách để tạo xung vuông Với tạo phần mền cho độ xác cao tần số PWM Với lại mạch đơn giản nhiều Xung tạo dựa xung nhịn CPU Lấy đoạn ví dụ tạo PWM 8501 : 33 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 4) PWM điều khiển động biến đổi xung áp a ) Trong động : Điều mà dễ nhận thấy PWM hay sử dụng động để điều khiển động nhanh , chậm, thuận ,nghịch ổn định tốc độ cho Cái ứng dụng nhiều điều khiển động chiều sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động DC : 34 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đây mạch đơn giản điều khiển động Nếu muốn điều khiển động quay thuận quay ngược phải dùng đến cầu H b) Trong biến đổi xung áp Trong biến đổi xung áp PWM đặc biệt quan trọng việc điều chỉnh dòng điện điện áp tải.Bộ biến đổi xung áp có nhiều loại biến đổi xung áp nối tiếp biến đổi xung áp song song Lấy mạch nguyên lý đơn giản nguồn Boot đơn Đây nguyên lý mạch nguồn Boot Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy lượng từ trường để tạo điện áp tải lớn điện áp vào Ngoài PWM sử dụng chuyển đổi DC -AC , hay biến tần, nghịch lưu Chương III: 35 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN • TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC I Lựa chọn sơ đồ thiết kế Để điều chỉnh tốc độ động điện chiều việc dùng băm xung áp chiều phù hợp biến đổi xung áp có khả điều chỉnh ổn định điện áp phụ tải, có ưu điểm sau: ∗ Hiệu suất cao tổn hao công suất biến đổi không đáng kể so với biến đổi liên tục ∗ Độ xác cao chịu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường, yếu tố điều chỉnh thời gian đóng khoá K mà giá trị điện trở phần tử điều chỉnh thường gặp điều chỉnh liên tục ∗ Chất lượng điện áp tốt so với biến đổi liên tục ∗ Kích thước gọn, nhẹ Theo yêu cầu đề tài: Thiết kế, chế tạo điều chỉnh tốc độ động DC đảm bảo yêu cầu: + Điều chỉnh tốc độ động DC-12v có: Có đảo chiều động DC Ta chọ phương pháp điều khiển sau: Dùng phương pháp băm xung để điều chỉnh độ rộng xung điện áp Đây gọi phương pháp điều chế độ rộng xung,kích mở van transistor! Dùng ic táo xung vuông LM555 Mạch tạo nguồn nuôi cho IC * Ta dùng máy biến áp thường đầu vào 220V xoay chiều đầu 15V qua cầu chỉnh lưu diode qua 7812 tạo điện áp +12V để cung cấp cho mạch tạo xung vuông, 36 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN * Cần tạo nguồn điện áp +12 V (có ổn áp) để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp dùng 7812 thông số chung vi mạch : * Dòng điện đầu I = ÷ (A) * Tụ lọc đầu vào tụ C5 có giá trị 1000µF * Tụ lọc đầu tụ có C6 giá trị 0.1µF • THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU DÙNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT • Nguyên lý hoạt động a ;Khối tạo xung vuông : - Để thực chức đồng hoá ta sử dụng mạch mạch định thời NE555 Khâu tạo xung vuông Dạng điện áp Nguyên lý hoạt động: Mạch định thời NE555 gồm R2, VR1 C1 (chân không sử dụng đến ∗ nối với mass qua tụ C2) Tụ C1 nạp điện qua R2 VR1 với số thời gian nạp : Tnạp = (R2+ VR1)*C1 Khi điện áp tụ tăng đến mức 1/3 Vcc chân đổi trạng thái, chân mức cao 37 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Khi điện áp tụ tăng đến mức 2/3 Vcc chân đổi trạng thái, chân mức điện áp thấp Tụ C1 xả điện qua VR1 với số thời gian là: Tnạp = VR1*C1 Khi điện áp tụ, tức điện áp chân chân giảm xuống 2/3 V cc điện áp chân mức thấp Khi điện áp tụ giảm xuống đến mức 1/3Vcc ngõ chân mức cao, đồng thời chấm dứt giai đoạn xả điện tụ I.Tính toán mạch điều khiển tốc độ động điện chiều có đảo chiều điều khiển đối xứng Mạch điều khiển a.Khối nguồn: b Khối điều khiển: 38 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN R1(2) R1 1K R VCC U1 Q DC RV2 TR C1 C2 100nF 0.47uF 1N4005 23% CV GND D? TH 50k Q5 TIP41 NE555 SW4 TÍN HIÊU DK Sơ đồ mạch động lực 39 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Q4(C) Q4 Q1 TIP41 ? Q1(E) TIP41 D4 1N4006 1N4006 D4(A) D1 (+) D2(K) +88.8 Q3(C) R11 Q3(B) Q3 D3 D2 1N4006 1N4006 TIP41 Q2 100 R12 TIP41 TIN HIEU DK R12(2) 100 40 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN LỜI KẾT Như vậy, sau thời gian nhận thực đồ án môn học với đề tài: chúng em hoàn thành Cùng với nỗ lực cố gắng thành viên, giúp đỡ nhiệt tình bạn bè lớp, đặc biệt với hướng dẫn tận tâm thầy Nguyễn Thị Luyến, chúng em thực tương đối yêu cầu mà đề tài giáo viên hướng dẫn đặt Tuy vậy, kiến thức hạn hẹp, nhận nhiều giúp đỡ thầy bạn đồng nghiệp nên đề tài chúng em nhiều sai sót, chúng em mong nhận đóng góp, bảo thầy cô bạn, để đề tài chúng em hoàn thiện Hưng Yên, ngày tháng năm 2010 Nhóm sinh viên thực 41 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử công suất – Nguyễn Bính Điện tử công suất _lý thuyết_thiết kế_ứng dụng_Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh_NXB Khoa học kỹ thuật Truyền động điện – Bùi Quốc khánh, Nguyễn Văn Liễn - Đại học bách khoa Hà Nội Điều chỉnh tự động truyền động điện - Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn - Đại học bách khoa Hà Nội Cơ sở điều chỉnh tự động truyền động điện – Trần Thọ, Võ Quang Lạp Đại học Thái Nguyên Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất – Trần Văn Thịnh - ĐHBK Hà Nội Giáo trình điện tử công suất – Cho hệ trung học chuyên nghiệp 42 [...]... các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như sau : + Hệ truyền động máy phát - động cơ ( F - Đ) + Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ – Đ) + Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ ( KĐT- Đ) + Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ) + Hệ truyền động xung áp - động cơ ( XA – Đ)… A Bộ xung áp một chiều 1 Khái quát Điều áp một chiều là thiết bị nhằm điều chỉnh điện áp một chiều. .. các tốc độ khác nhau Muốn có được các tốc độ khác nhau trên máy, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thay đổi tốc độ của động cơ truyền động chính… Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ truyền động Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác ĐCĐMC không những có khả năng điều. .. sát sự điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai * Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải thay đổi của động cơ điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ 12 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN dàng mà cấu trúc mạch động lực,... phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điều chỉnh tốc độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau: γ = ni+1/ni Trong đó:ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ) Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng... nhẹ Theo yêu cầu của đề tài: Thiết kế, chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ DC đảm bảo yêu cầu: + Điều chỉnh tốc độ động cơ DC-12v có: Có đảo chiều động cơ DC Ta sẽ chọ phương pháp điều khiển như sau: Dùng phương pháp băm xung để điều chỉnh độ rộng xung điện áp Đây còn gọi là phương pháp điều chế độ rộng xung,kích mở các van transistor! Dùng ic táo xung vuông LM555 1 Mạch tạo nguồn nuôi cho IC * Ta dùng... truyền động khác D Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều thì việc dùng bộ băm xung áp một chiều là phù hợp vì bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên phụ tải, và nó có những ưu điểm cơ bản sau: ∗ Hiệu suất cao vì tổn hao công suất trong bộ biến đổi không đáng kể so với các bộ biến đổi liên tục ∗ Độ chính... Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng không gây thêm tổn hao trong động cơ điện nhưng đòi hỏi phải có nguồn riêng, có điện áp điều chỉnh được Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện Và để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ theo các phương pháp điều chỉnh tốc độ trên thì... giao thông Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ cho phép thấp hơn tốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp với cơ cấu cơ khí như đã đề cập ở trên Cụ thể ta sẽ đi vào tìm hiểu hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều như sau II Hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 1 Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng 13 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN a Sơ đồ khối... chính xác cao S càng nhỏ thì độ chính xác càng cao 8 Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điều chỉnh tốc độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau: γ = ni+1/ni Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ) Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó... trong động cơ để điều khiển động cơ như là nhanh , chậm, thuận ,nghịch và ổn định tốc độ cho nó Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều và sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC là : 34 ĐỒ ÁN MÔN HỌC : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Đây là mạch đơn giản điều khiển động cơ Nếu muốn điều khiển động cơ quay thuận quay ngược thì phải dùng đến cầu H b) Trong các bộ biến ... pháp thay đổi tốc độ động truyền động Ở động chiều, việc điều chỉnh tốc độ động có nhiều ưu việt so với loại động khác ĐCĐMC có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển... tài: Thiết kế, chế tạo điều chỉnh tốc độ động DC đảm bảo yêu cầu: + Điều chỉnh tốc độ động DC-12v có: Có đảo chiều động DC Ta chọ phương pháp điều khiển sau: Dùng phương pháp băm xung để điều chỉnh. .. TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN • TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC I Lựa chọn sơ đồ thiết kế Để điều chỉnh tốc độ động điện chiều việc dùng băm xung áp chiều