MỤC LỤC Lời nói đầu…………………………………………………….…5 Phần I Cở sở lý thuyết………………………………………………… 1.1máy biến áp ….………………………………………………………………6 1.1.1Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo MBA…………………………………………6 1.1.1.1 Khái niệm………………………………………………………… 1.1.1.2 Cấu tạo………………………………………………………………6 1.1.1.3Nguyên tắc hoạt động máy biến thế…………………………………………………………….7 1.1.1.4Phân loại…………………………………………………………….7 1.2 Động điện chiều……………………………………………………8 1.2.1 Cấu tạo……………………………………………………………………8 1.2.1.1 Phần cảm (stator)………………………………………………… 1.2.1.2 Phần ứng (rotor)………………………………………………… 1.2.2Động điện chiều kích từ độc lập…………………………………10 1.2.2.1Nguyên lý làm việc động cơđiện chiều………………… 10 1.2.2.2 Giới th chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông……………, 14 1.2.3 mở máy chế độ hãm động điện chiều………………… .15 1.2.3.1Mở máy…………………………………………………………….15 1.2.3.2Các trạng thái hãm động cơ……………………………………….16 2.4 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều ……………………………17 1.2.4.1 Thay đổi tốc độ động cách thay đổi điện áp……………17 1.2.4.2 Thay đổi điện trở phần ứng Rư……………………………………17 1.2.4.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông 18 1.2.5 Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ……………………………… 19 1.3băm xung mạch chiều……………………………………………… 19 1.3.1 Giới thiệu chung băm xung chiều…………………… … 19 1.3.1.1 Nguyên lý…………………………………………………… 19 1.3.1.2 Các phương pháp điều khiển điện áp .20 1.3.1.2.1Điều khiển cách mắc nối tiếp với tải điện trở 20 1.3.1.2.2 Điều khiển liên tục cách mắc nối tiếp với tải transistor 20 1.3.1.2.3 Điều khiển băm áp (băm xung) 21 1.3.2 Giới thiệu số loại van dùng mạch băm xung………………21 1.3.2.1 Trasistor công suất……………………………………………… 21 1.3.2.2 Transistor Mos công suất…………………………………………22 1.3.2.3Tiristor:…………………………………………………………… 22 1.3.3 cách loại mạch băm xung…………………………………………… 24 1.3.3.1 Băm áp nối tiếp 24 1.3.3.1.1 Nguyên lý băm áp chiều nối tiếp .24 1.3.3.1.2 Các sơ đồ động lực băm áp nối tiếp .25 1.3.3.2 Băm áp song song 26 1.3.3.2.1 Nguyên lý băm áp song song 26 1.3.3.3 Băm áp nối tiếp kết hợp song song 27 1.3.4 Ngoài loại băm xung khác 28 1.3.5 Các phương pháp điều chỉnh điện áp mạch băm xung…… 29 1.3.5.1Phương pháp thay đổi độ rộng xung………………………….…29 1.3.5.2Phương pháp xung - tần……………………………………… …29 1.3.5.3 Phương pháp xung - thời gian……………………………………30 Chương CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH…………………30 2.1 IC NE555…………………………………………………………………30 2.1.1Cấu trúc bên IC NE555………………………………… 30 2.1.2các thông số IC NE555………………………………… 31 2.2 IC nguồn ổn áp 32 2.2.1Kí hiệu 32 2.3Điện trở………………………………………………………………… 33 2.4 Tụ điện………………………………………………………………… 34 2.5Mosfet…………………………………………………………………… 34 2.6 Opto PC817 35 2.6.1Cấu tạo 35 2.6.2 Tác dụng mục đích………………………………………… 36 chương tính toán lựa chọn linh kiện……………………………36 Chương thi công mạch……………………………………………………37 4.1Sơ đồnguyên lý khối………………………………………………37 4.1.1Khối nguồn………………………………………………………….37 4.1.2 Khối dao động (tạo xung)……………………………………38 4.1.3Liên kết mạchdao động phận cách ly………………… 38 4.2Sơ đồ toàn mạch…………………………………………………………39 4.3 nguyên lí hoạt động…………………………………………………….40 4.4 sơ đồ mạch board………………………………………………………41 Lời nói đầu Trong giai đoạn công nghiệp hóa,hiện đại hóa kinh tế đất nước,ngày có nhiều thiết bị bán dẫn công suất đại sử dụng rộng rãi tấtcả lĩnh vực sản xuất,phục vụ đời sống người Một ứng dụng Điện tử công suất điều khiển tốc độ động điện.Đây lĩnh vực quan trọng ngày phát triển Hiện nhà sản xuất không ngừng chora đời sản phẩm công nghệ phần tử bán dẫn công suất cácthiết bị điều khiển kèm Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, môn Điệntử công suất- Truyền động điện giảng dạy rộng rãi trường đại học,cao đẳng nước nhằm đáp ứng nhu cầu điều khiển, đo lường điềuchỉnh dây truyền công nghiệp Trước đa dạng khả ứng dụng rộngrãi đời sống thực tế việc tìm hiểu, thiết kế ứng dụng Điệntử công suất thúc chúng em chọn đề “ Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tốc độ động chiều có P=270w ,U=220v” Do kinh nghiệm thời gian hạn chế, tập đồ án chắn khôngtránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý, giúp đỡ củathầy cô bạn để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực hiện: PHẦN I CỞ SỞ LÝ THUYẾT 1.1-MÁY BIẾN ÁP 1.1.1Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo MBA: 1.1.1.1 Khái niệm Máy biến áp thiết bị dùng để tăng giảm điện áp(hay c ường độ dòng điện) dòng điện xoay chiều giữ nguyên tần số 1.1.1.2 Cấu tạo MBA cấu tạo gồm cuộn dây sơ cấp vài cuộn dây thứ cấp khung đỡ giấy cách điện, nhựa hay bekelit, bekelit có lõi từ khép kín Lõi thép biến áp dùng thép kỹ thuật điện ghép lại dùng lõi Feritte đúc Một số trrường hợp dùng biến áp có lõi không khí cuộn sơ cấp cuộn người ta đưa dòng điện xoay chiều vào, cuộn thứ cấp cuộn người ta lấy dòng điện biến đổi để sử dụng • Hệ thức công suất: Công suất cung cấp cho mạch sơ cấp là: P1= U1.I1.cos α1 Công suất cung cấp cho mạch thứ cấp là: P2= U2.I2.cos α2 Nếu bỏ qua tiêu hao cuộn dây lõi từ, công suất cung cấp cho cuộn sơ cấp nhận 100% cuộn thứ cấp: P1=P2  U1.I1.cos α1=U2.I2.cos α2 Do biên có α1=α2 nên: cos α1=cos α2 U1I1=U2I2 1.1.1.3Nguyên tắc hoạt động máy biến Hoạt động máy biến dựa tượng cảm ứng điện từ Một hai cuộn dây máy biến nối với mạch điện xoay chiều, gọi cuộn sơ cấp Cuộn thứ hai nối với tải tiêu thụ gọi cuộn thứ cấp Dòng điện cuộn sơ cấp làm phát sinh từ trường biến thiên lõi thép Từ thông biến thiên từ trường qua cuộn thứ cấu (cũng quấn lõi thép) gây dòng điện cảm ứng chạy cuộn thứ cấp tải tiêu thụ 1.1.1.4Phân loại Máy biến phân làm nhiều loại khác dựa vào: • cấu tạo • chức • cách thức cách điện • công suất hay hiệu điện 1.2 Động điện chiều 1.2.1 Cấu tạo: Hình ảnh thực tế : Động điện chiều cấu tạo gồm hai thành phần chính: gồm phần tĩnh phần quay 1.2.1.1 Phần cảm (stator): Phần cảm phần tạo từ trường tĩnh động gồm có phần sau đây: + Cực từ chính: Là phận sinh từ trường, gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ + Lõi sắt kích từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon ghép lại tán chặt + Dây quấn kích từ: quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối và tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ - Cực từ phụ: đặt cực dùng để cải thiện đổi chiều, lõi thép thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn giống cực từ - Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy - Chổi than : Cacbon tiếp xúc với cổ góp để đưa dòng điện từ nguồn chiều vào rôto Chổi than đặt trung tính hình học động 1.2.1.2 Phần ứng (rotor): Phần ứng phần cho dòng điện chiều chạy nó, tương tác dòng điện I từ thông Φ sinh mômen quay Nó gồm ba phần chính: - Lõi thép : thép kĩ thuật điện (Fe - Si) mỏng ghép lại với nhau, có xẻ rãnh để đặt bối dây - Dây quấn phần ứng: phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua, cấu tạo gồm dây đồng tròn ghép thành phần tử (bối dây), bối dây ghép theo kiểu dây quấn xếp đơn hay dây quấn phức tạp tuỳ yêu cầu mômen lớn hay nhỏ - Cổ ghóp : gồm phiến góp cách điện với nhau, phiến góp nối với đầu mút bối dây để đưa dòng điện vào phần ứng Ngoài có phận khác gồm cánh quạt dùng để làm ngội máy, trục máy Tùy theo phương pháp kích từ người ta chia động chiều thành dạng kích từ nối tiếp, kích từ song song, kích từ hỗn hợp, kích từ độc lập Hình I- Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ nối tiếp (a), kích từ song song(b), kích từ hỗn hợp(c), kích từ độc lập(d) Khi nguồn điện chiều có công suất vô lớn điện áp không đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song 1.2.2Động điện chiều kích từ độc lập 1.2.2.1Nguyên lý làm việc động cơđiện chiều Động điện phải có hai nguồn lượng - Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh từ thông kích từ - Nguồn phần ứng đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp phần ứng Khi cho điện áp chiều vào hai chổi điện dây quấn phần ứng có điện Các dẫn có dòng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng làm rôto quay Chiều lực xác định qui tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp nhiều dòng điện nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động Eư chiều suất điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải, động chiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp : U = Eư + Rư.Iư +Iư.di/dt - Phương trình đặc tính cơ: phương trình biểu thị mối quan hệ tốc độ (n) mômen (M) động có dạng chung : = Thông qua phương trình này, ta thấy phụ thuộc tốc độ độngcơ mômen động thông số khác (mômen, từ thông ), từ đưa raphương án để điều chỉnh động (tốc độ) với phương án tối ưu Với điều kiện Uư = const, It = const động không đổi, Vivậy quan hệ tuyến tính đường đặc tính động đường thẳng Thường dạng đặc tính động mà giao điển với trục tung ứng với mômen ngắn mạch giao điểm với trục tung ứng vơi tốc độ không tải động Người ta đưa thêm đại lượng β= để đánh giá độ cứng Đặc tính dốc cứng ( β lớn) tức mômen biến đổi nhiều tốc độ biến đổi ngược lại Đặc tính dốc mềm tức mômen biến đổi tốc độ biến đổi nhiều thay đổi Để hiểu nguyên lý lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước hết ta xét đặc tính động điện Đó quan hệ tốc độ quay với mômen(hoặc dòng điện) động - Đặc tính tự nhiên động cơ: động vận hành chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức không nối thêm điện kháng, điện trở vào động cơ).Trên đặc tính tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giátrị Mđm, ωđm - Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi tham số nguồn nối thêm điện trở, điện kháng Để so sánh đặc tính với nhau, người ta đưa khái niệm độ cứng đặctính cơ: β=∆Μ/∆ω (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc) Đặc tính động cơđiện chiều kích từđộc lập Sơ đồ kích từ độc lập thể đây: 10 1.3.3.3 Băm áp nối tiếp kết hợp song song Trong trường hợp tải làm việc chế độ nhận lượng trả lượng, sơ đồ phối hợp nối tiếp song song sử dụng Khi nhận lượng trả lượng từ lưới, điều khiển KN Khi trả lượng lưới, điều khiển KS 1.3.4 Ngoài loại băm xung khác như: • Băm áp tích lũy lượng • Băm áp tích lũy điện cảm • Băm áp tích lũy điện dung • Băm áp tích lũy điện cảm Khi băm nằm nguồn áp với tải nguồn áp, phần tích lũy lượng phải điện cảm 26 • Băm áp tích lũy điện dung - Sơ đồ hoạt động - Các biểu thức - Sơ đồ động lực 27 1.3.5 Các phương pháp điều chỉnh điện áp mạch băm xung Có phương pháp điều chỉnh điện áp ra: 1.3.5.1Phương pháp thay đổi độ rộng xung Nội dung phương pháp thay đổi t1, giữ nguyên T ⇒ Giá trị trung bình điện áp thay đổi độ rộng là: U tai = t1 U S = ε U S T ε= đó: t1 T hệ số lấp đầy, gọi tỉ số chu kỳ Như theo phương pháp dải điều chỉnh Ura rộng (0 0 IC dẫn Ugs=0 IC ngưng dẫn Ug lớn Us tầm 5v IC dẫn bão hòa 2.6 Opto PC817 2.6.1Cấu tạo : Hình ảnh cụ thể : 2.6.2 Tác dụng mục đích : Cách ly hai tầng mạch điện có điện áp khác nhau.Với sơ đồ ứng dụng trên.Khi cung cấp +5v vào chân 1,led phía opto nối chân sáng, xảy hiệu ứng quang điện dẫn đến chân chân thông mức logic chuyển từ mà không cần tác động trực tiếp từ IC Mục đích: 34 Nếu có cố từ tầng ứng dụng cháy, chập, tăng áp, không làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển chương TÍNH TOÁN VÀ CHỌN LINH KIỆN Cách tính toán chọn linh kiện • Chọn van bán dẫn Ta có: dòng điện chạy qua động Iđm= =1,2(A) Ilv=ki*Iđm=1,2*1,2=1,44(A) với ki = Vậy Ikd =Ilv*2,5=1,44*2,5=3,6(A) Do động mắc song song với điốt chống ngược lên It=2*Ikd=2*3,6=7,2(A) Ung max= 1,5*220* 465(v) Iv≥7,2(A),Uvan≥465(v) Vậy chọn van mosfet IRF460 có I=20A U=500(v) Theo datasheet ta có Vgs =5v Id =11A ,Rds=0,45(Ω) Lúc Vd=Id*Rds=11*0,45≈5v =>U tải=220-5=215(v) Theo datasheet linh kiện ta thấy từ nhiệt độ đến Rgs=20kΩ Igs= = =0,25(mA) Theo datasheet opto 817(loại PC817) ta có: Ic=5mA đầu Uce=5 v Do dòng điều khiển Ig =0,25(mA)=>R’2 = *=1,05(kΩ) Vậy lấy R’2≈1(kΩ) điện áp đặt vào 12v mà Vcc=5v nên có điện trở R’3 là: R’3=*=1,4(kΩ) ta lấy điện trở R’3 =1,5(kΩ) Theo data sheet cua NE555 ta có Điên áp cấp cho NE555 từ 5-16v dòng điện cung cấp tư 6-15mA Vậy ta lấy điện áp đặt vào 12v dòng vào 10mA • Xét đầu vào ta có R1= =1,2(kΩ) Tụ C1 =0,1(µF) tụ C2=103 • Xét đầu ta có Điện áp Ura≈5v dòng điện Ira≈4(mA) (phù hợp với dòng điện cung cấp cho opto,Imax opto=10(mA) Vậy ta có : Ton=ln2*C1*(R1+R2) Toff=ln2*C1*R2 Ta xét điều kiện van transistor có opto kích mở nên tính giá trị biến trở R2=50(kΩ) 35 Chương THI CÔNG MẠCH 4.1Sơ đồnguyên lý khối 4.1.1Khối nguồn 4.1.2 Khối dao động (tạo xung) 4.1.3Liên kết mạchdao động phận cách ly 36 4.2Sơ đồ toàn mạch 37 4.3 nguyên lí hoạt động Nguồn 220v sau hạ áp qua biến áp dưa qua chỉnh lưu khối nguồn qua IC nguồn để tạo dòng chiều +12v Nguồn cấp cho IC NE555 hoạt động IC NE555 tạo xung điều khiển thay đổi dưa thay đổi biến trở R2 Thời gian tụ C1 nạp chân IC có mức điện áp đầu chân mức dương Thời gian tụ C1 xả thiđầu chân mức âm Vì thay đổi R2 làm thay đổi thời gian phóng nạp tụ C1 làm thay đổi xung điều khiển 38 Xung từ chân NE555 qua điện trở R19 tới chân cua opto PC817 từ LED phía Opto nối chân số sáng, xảy hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông,mức logic bị chuyển từ sang mà không cần tác động trực tiếp từ IC mà mạch thong qua FET IRF460 dẫn dòng làm cho motor quay 4.4 sơ đồ mạch board 39 40 [...]... + ω = 0 thì Dòng điện ngắn mạch M = K Φ.I nm = M nm Mơmen ngắn mạch 12 R= Từ đó có thể tốc độ động cơ điện một chiều phụ thuộc vào các đại lượng là: Uư, R, I Như vậy thơng qua các đại lượng biến thiên này mà ta có thể điều khiển được tốc độ động cơ một chiều 1.2.2.2 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... trong mạch hãm dưới dạng nhiệt Như vậy ta thấy hãm tái sinh là phương pháp hãm tiết kiệm được năng lượng nhất, và điều này là rất cần thiết, nhất là đối với các động cơ chạy bằng acqui.Vì vậy, trong khi thiết kế bộ băm điện áp, ta cố gắng điều khiển động cơ hãm tái sinh 1 2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có đặc điểm là: Ưu điểm : điều chỉnh tốc độ dễ dàng, nhiều kênh điều. .. thái hãm động cơ: Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mơ men quay ngược chiều tốc độ quay Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát Tùy theo cách biến đổi năng lượng cơ trong khi hãm người ta chia làm 3 trạng thái hãm: a) Hãm tái sinh: 14 Năng lượng động cơ trả vể nguồn xẩy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ khơng tải lý tưởng Khi hãm tái sinh Eu>Uu, động cơ làm... dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động do mơmen thế năng quay ngược chiều với mơmen điện từ của động cơ Mơmen sinh ra bởi động cơ chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản suất có hai trường hợp hãm ngược : + Đưa điện trở vào mạch phần ứng + Đảo chiều điện áp phần ứng c) Hãm động năng: Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích luỹ... dễ dàng, nhiều kênh điều khiển Nhược điểm: sử dụng nguồn điện một chiều Với sự phát triển của cơng nghệ bán dẫn như hiện nay máy điện một chiều dã trở thành một cơ cấu khơng thể thiếu trong truyền động điện Từ phương trình về vận tốc: 15 ω= I Ru M Ru U U − = − K Φ K Φ K Φ K Φ 2 Ta có các phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 1.2.4.1 Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện... tính cơ điện của động cơ Mặt khác mơmen điện từ của động cơ được xác định M dt = K Φ.I u Suy ra: I u = M dt / KΦ Thay vào (*) ta được : ω= Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mơmen cơ trên trục động cơ bằng mơmen điện từ bằng M Ta có: ω= Đây là phương trình đặc tính cơ điện một chiều kích từ độc lập Ta có đồ thị hình vẽ : Nhận xét : +Iư=0 hoặc M=O ta có ω= Đây là tốc độ khơng tải lý tưởng của động cơ. .. 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 cơng suất khơng đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kính từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên I = Iư - Kích thích song song: khi nguồn một chiều có cơng suất vơ cùng lớn và điện áp khơng đổi, mạch kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu+It... giảm hay đặc tính cơ của động cơ giảm đi có nghĩa là với một sự thay đổi rất nhỏ của tải sẽ dẫn đến một sự thay đổi rất lớn của ω nên khơng ổn định do đó trên thực tế điều chỉnh tốc độ băng Ru ít được sử dụng - Ngồi ra khi thêm Ru vào phần ứng cũng có nghĩa là tăng tổn hao làm nóng động cơ Phương pháp này chỉ sử dụng để giảm dòng mở máy khi khởi động động cơ 1.2.4.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay... bão hồ nên người ta thường chỉ điều chỉnh giảm từ thơng trong động cơ - Khi từ thơng Φdm giảm đến Φi thì có một Mik nào đó, khi Mc< Mik việc giảm Φ sẽ làm tăng tốc độ động cơ, khi Mc>Mik việc giảm Φ sẽ làm tốc độ động cơ Trên thực tế điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng là rất khó thực hiện vì quan hệ Φ(ω) là phi tuyến 1.2.5 Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ: 17 T t2 Từ các phân tích trên,... ngoµi ra nã cßn có thể thực hiện chức năng mở lại máy (reset) và hãm tái sinh động cơ 1.3băm xung một mạch chiều 1.3.1 Giới thiệu chung về bộ băm xung một chiều: 1.3.1.1 Ngun lý: Bộ băm điện áp một chiều cho phép từ nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ura cũng là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được BBD US Ura Utb Ura là một dãy xung vng (lý tưởng) có độ rộng t1 và độ nghỉ t2 Điện ... nhất, điều cần thiết, động chạy acqui.Vì vậy, thiết kế băm điện áp, ta cố gắng điều khiển động hãm tái sinh 2.4 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Động điện chiều có đặc điểm là: Ưu điểm : điều. .. việc tìm hiểu, thiết kế ứng dụng Điệntử cơng suất thơi thúc chúng em chọn đề “ Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tốc độ động chiều có P=270w ,U=220v Do kinh nghiệm thời gian hạn chế, tập đồ án... ta điều khiển tốc độ động chiều 1.2.2.2 Giới thiệu số loại động điện chiều Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ứng với cách ta có