Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài: Thiết kế chế tạo bộ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

* Số liệu cho trước:

 Các giáo trình, tài liệu chuyên môn

 Các trang bị máy móc tại xưởng thực tập, thí nghiệm

* Nội dung cần hoàn thành:

 Giới thiệu khái quát về các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

 Tìm hiểu và phân tích một số mạch điều chỉnh tốc độ động cơ DC

 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 đảo chiều động cơ DC

 Thí nghiệm, kiểm tra sản phẩm

 Sản phẩm phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật Quyển thuyết minh và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

Giáo viên hướng dẫn Ngày giao đề tài: ………

……… Ngày hoàn thành: …………

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2010 Giáo viên

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 6

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 và hoạt động của máy điện một chiều 7

1 Phần tĩnh (stato) 7

2 Phần động (roto) 8

3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều 8

4 Các đại lượng định mức 8

II Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều 9

1 Động cơ điện kích thích độc lập hoặc song song 9

2 Các chỉ 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 cơ một chiều 13

1 Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng 13

2 Thay đổi từ thông động cơ 15

III Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ 16

1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dãy điều chỉnh ) 16

2 Sai số tốc độ (sai lệch tĩnh) 16

3 Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ 16

Chương II:CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC KHÁC 17

A BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU 17

I Bộ băm xung 1 chiều có đảo chiều 26

1 Sơ đồ nguyên lý: 26

2 Phương pháp điều khiển độc lập 26

3 Phương pháp điều khiển đối xứng 26

4 Phương pháp điều khiển không đối xứng 28

Chương III:TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 43

A TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 43

I Lựa chọn sơ đồ thiết kế 43

II Tính toán các thông số của mạch động lực 44

4 Mạch tạo nguồn nuôi cho IC 46

B THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

ĐIỆN MỘT CHIỀU DÙNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 46

I Thiết kế mạch điều khiển 46

1 Sơ đồ khối của mạch phát xung điều khiển: 46

2 Nguyên lý hoạt động………47

II.Tính toán mạch điều khiển băm xung một chiều có đảo chiều điều khiển đối xứng……… 50

1 Mạch điều khiển………50

2 Tính toán các thông số………51

Chương IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MÁY TÍNH 53

I Khâu tạo xung vuông từ NE555 53

II Khâu tạo điện áp răng cưa 53

III Tổng hợp 2 khâu trên 54

IV Khâu so sánh 54

LỜI KẾT……… 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 56

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, Khoa học _ Kĩ thuật đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếutrong quá trình phát triển kinh tế, CNH – HĐH đất nước Trong những thành tựukhoa học – kỹ thuật phục vụ công cuộc phát triển đất nước thành công, phải kểđến cả những đóng góp của ngành tự động hoá trong cả đời sống, cũng như trongsản xuất công nghiệp mà Điện tử công suất góp phần giải quyết những bài toán kĩthuật phức tạp trong lĩnh vực tự động hóa Việc ứng dụng điện tử công suất vàotruyền động điện điều khiển tốc độ động cơ trong các xí nghiệp công nghiệp hiệnđại ngày càng nhiều và không thể thiếu Một trong những ứng dụng của đtcstrong sản xuất công nghiệp là điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Đồ án gồm các Nội dung sau:

Chương I : Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều và các phươg pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

Chương II: Các mạch băm xung 1 chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC khác

Chương III: Tính toán thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển

Chương IV: Mô phỏng hệ thống trên máy tính.

Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi cộngvới quyết tâm cao nhất, song do trình độ còn có hạn nên chúng em không thểtránh khỏi nhiều sai sót, chúng em kính mong nhận được sự phê bình, góp ý củacác thầy cô giáo và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn , đặc biệt

là cô Nguyễn Thị Luyến đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ chúng em hoànthành quyển đồ án môn học này

Chương I:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện 1 chiều vẫn được coi là một loạimáy quan trọng, không thể thiếu Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phátđiện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác Động cơ điện một chiều giữmột vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và ở các thiết bịcần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép,máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Một động cơ điện một chiều có giá thành đắthơn các động cơ không đồng bộ hay các động cơ xoay chiều khác do sử dụngnhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhưng donhững ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn đóng vai trò không thể thiếutrong nền sản xuất hiện đại

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện haymáy phát điện tuỳ theo những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớnnhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếunhư bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứngđược thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiềnthì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác màcấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượngcao

Động cơ điện một chiều có công suất nhỏ khoảng 75%  85%, động cơđiện có công suất trung bình và lớn khoảng 85%  94% Công suất lớn nhất củađộng cơ điện một chiều vào khoảng 10000kw, điện áp vào khoảng vài trăm chođến 1000V Hiện nay, hướng phát triển là cải tiến tính năng của vật liệu, nângcao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy có công suất lớn hơn Vớitrình độ hiểu biết còn hạn chế, quyển đồ án môn học này chỉ đề cập tới vấn đềthiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơmột chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu theo nguyên tắc không đối xứng

A VÀI NÉT TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

I Cấu tạo và hoạt động của máy điện một chiều.

Là bộ phận đứng yên của máy gồm các bộ phận chính sau:

 Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấnkích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuậtđiện hay thép cacbon ghép lại Trong máy điện nhỏ, có thể dùng thép khối Dâyquấn kích từ được quấn bằng dây đồng có bọc cách điện

 Cực từ phụ: được đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõithép của cực từ phụ thường được làm bằng thép khối Dây quấn của cực từ phụgiống như dây quấn của cực từ chính.

 Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy

 Các bộ phận khác: nắp máy, cơ cấu chổi than…

2 Phần động (roto): gồm có những bộ phận sau:

 Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ Thường dùng bằng những lá thép kỹ thuậtđiện có phủ cách điện mỏng 2 mặt ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáygây nên

 Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Dây quấnphần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ, dâyquấn phần ứng có tiết diện tròn còn trong máy điện cỡ trung bình và lớn, dâyquấn phần ứng có tiết diện hình chữ nhật

 Cổ góp: còn được gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòngđiện xoay chiều thành một chiều

 Các bộ phận khác gồm có: cánh quạt, trục máy…

3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ: Khi đặtvào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường

sẽ tác dụng một từ lực vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm cho dây dẫn chuyểnđộng Chiều của từ lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái

Khi cho dòng điện kích thích vào cuộn dây kích thích ở Stato, trong khe hởkhông khí sẽ sinh ra từ thông Còn khi cho dòng điện phần ứng đi vào cuộn dâyphần ứng đặt trong roto, thì dưới tác dụng của từ trường này trong dây quấn sẽsinh ra momen điện từ trên trục máy kéo roto quay Vì vậy, chiều quay của máytrùng với chiều quay của momen điện từ Theo quy tắc bàn tay trái, momen điện

từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn có chiều từ phải sang trái và lực điện

từ có giá trị f = B.l.i

4 Các đại lượng định mức.

Chế độ làm việc định mức được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãnmáy và gọi là những lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đạilượng sau:

 Công suất định mức Pđm (kW hay W): là công suất cơ đưa ra ở đầu trục máy

 Điện áp định mức Uđm (V)

 Dòng điện định mức Iđm (A)

 Tốc độ định mức nđm (vg/phút)

Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu

về điều kiện sử dụng…

II.Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều.

1 Động cơ điện kích thích độc lập hoặc song song.

Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n)và mômen (M)

M K

R R K

U u u f

)

Do Rư rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức thì tốc độ giảm rất ítcho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song rất cứng Với đặcđiểm như vậy, động cơ điện kích thích song song được dùng trong những trườnghợp tốc độ hầu như không đổi khi tải thay đổi

5 Động cơ điện kích thích nối tiếp.

Ở động cơ điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng điện phầnứng : It= Iư=I Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị:

=K.ITrong đó: Hệ số tỷ lệ K chỉ là hằng số trong vùng I <0,8Iđm, còn khi I >(0,8 0,9)Iđm thì hơi giảm xuống do hiện tượng bão hoà mạch từ

Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng: M=CM..Iư=CM.K2





0

M M

® m

Hình 1 Đường

đặc tính cơ của dộng cơ điện kích từ song song

R M

K Ce

U C n

e

u M

.

Như vậy khi mạch từ chưa bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kíchthích nối tiếp có dạng là đường hypebol bậc hai:

Ta thấy, ở động cơ một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanhkhi M tăng Và khi mất tải (M=0, I=0) thì n có trị số rất lớn Vì vậy thường chỉcho phép động cơ làm việc với tải tối thiều P2=(0,2  0,25)Pđm Từ dạng đặc tính

cơ ta cũng có nhận xét là đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp rất mềm động cơ nối tiếp rất ưu việt trong những nơi cần mở máy nặng nề và cần tốc độthay đổi trong một vùng rộng

6 Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vàocác chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

a Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dải điều chỉnh )

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé nhất

nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức:

D = nmax/nmin.Trong đó:

nmax : Được giới hạn bởi độ bền cơ học

nmin : Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người tachọn nmin làm đơn vị

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệthống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh

b Sai số tốc độ (sai lệch tĩnh)

*

M*M

® m

Hình 2 Đường đặc tính cơ của

động cơ một chiều kích từ nối

tiếp

Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác tốc độ đặt nđ

S%=(nđ - n)/nđ

Trong đó : nđ là tốc độ đặt (rad/s)

n là tốc độ thực tế của động cơ (rad/s)

Khi n = nđ thì hệ thống đạt được độ chính xác cao

S càng nhỏ thì độ chính xác càng cao

c 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 chỉnhtốc độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

 = 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

 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc nàyhai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vôcấp

  1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp Lúc này hệ thống có thể làm việc ở một sốgiá trị của tốc độ trong suốt dải điều chỉnh

B CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

I Đặt vấn đề

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông

số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông

Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp vớiyêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

* Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí: tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển

tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất

* Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện: Phương pháp này làm giảm tính phức

tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát sự điềuchỉnh 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 dễdàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lạiđạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế tồn tại hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:

* Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ, tức là thay đổi Uư

* Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ, tức là thay đổi từ thông .

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi  có thể thay đổi được liên tục

và giữ được hiệu suất của động cơ là không đổi vì sự điều chỉnh dựa trên việc tácdụng lên mạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động cơ Nhưng dobình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức, ứng với kích thích tối đa(=đm=max), nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điềuchỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởicác điều kiện cơ khí và đảo chiều quay nên phương pháp này không thích hợptrong trường hợp động cơ kéo tải giao thông

Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ chỉ cho phép điều chỉnh tốc

độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp lên trên Uđm củađộng cơ hương pháp này cho phép điều chỉnh triệt để vì có những ưu điểm sau:

* Hiệu suất điều chỉnh cao.

* Không có tổn hao trong máy điện khi điều chỉnh.

* Việc thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể là giảm Uư  mômen ngắn mạch Mnm

giảm, dòng ngắn mạch Inm giảm; điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi độngđộng cơ

* Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau.

* Điều chỉnh trơn trong toàn bộ giải điều chỉnh.

Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao, và đòi hỏi phải cónguồn điện áp điều chỉnh được

Từ những phân tích trên ta thấy việc chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phầnứng là thích hợp cho động cơ kéo tải giao thông Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ chophép thấp hơn tốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợpvới 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 mộtchiều như sau

II Hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều

1 Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng

a Sơ đồ khối

BĐ : bộ biến đổi điện áp

UĐK : điện áp điều khiển

Đ : động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điềuchỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng

U

1

U 2 U

Hình 4 Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

Nhược điểm: Chỉ đạt được những tốc thấp hơn tốc độ cơ bản.Cần phải có bộnguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao.

2 Thay đổi từ thông động cơ

a Sơ đồ khối

b Phương trình đặc tính cơ

c Họ đặc tính cơ

d Nhận xét :

Khi giảm từ thông thì sẽ được tốc độ cao hơn tốc độ định mức

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh tốc

độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb

Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy có công suấtkhông đổi trong suốt quá trình điều chỉnh như : máy mài vạn năng hoặc là máybào giường

Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thấtnăng lượng ít, mang tính kinh tế Thiết bị đơn giản



1

 2 

đm

0 MC M 2 M 1 Mn

Hình 6 Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông

nc b

n 1 n

M K

K

R R K

U n

M E

f u E

II Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vàocác chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

2 Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( Dải điều chỉnh )

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé nhất

nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức:

D = nmax/nmin.Trong đó:

nmax : Được giới hạn bởi độ bền cơ học

nmin : Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người tachọn nmin làm đơn vị

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệthống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh

7 Sai số tốc độ (sai lệch tĩnh)

Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác tốc độ đặt nđ

St%=(nđ - n)/nđ

Trong đó : nđ : tốc độ đặt (rad/s)

n : là tốc độ thực tế của động cơ (rad/s)

Khi n = nđ thì hệ thống đạt được độ 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 chỉnhtốc độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

 = 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

 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc nàyhai cấp tốc độ bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vôcấp

  1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp Lúc này hệ thống có thể làm việc ở một sốgiá trị của tốc độ trong suốt dải điều chỉnh

Chương II:

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Khái niệm chung

Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sựbiến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt,làm giảm năng suất của máy sản xuất Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động

cơ là một yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất

Như ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đều đòi hỏi có nhiều tốc độ,nhưng tuỳ theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khácnhau 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 độngchính… Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độcủa 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 chỉnh tốc

độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển lại đơn giản hơn các loại động

cơ khác và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng

Từ phương trình đặc tính cơ, ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độđộng cơ :

+ Mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

+ Thay đổi từ thông kích từ+ Thay đổi điện áp phần ứng

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạchphần ứng để tăng R ư chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độquay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảmhiệu suất của động cơ điện Vì vậy phương pháp này ít dùng và chỉ dùng trongcần trục

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách mắc thay đổi từ thông (  )đựơc sử dụng trong hệ truyền động có công suất lớn hoặc có yêu cầu về tốc độlàm việc lớn hơn tốc độ cơ bản Vì phương pháp này được thực hiện trên mạchkích từ của động cơ ( phần kích từ có công suất rất nhỏ so với công súât động cơ)nên dễ dàng thay đổi tốc độ và đạt hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, ta chỉ có thể điềuchỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ

định mức và giới hạn điều chỉnh bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiềucủa máy.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phầnứng không gây thêm tổn hao trong động cơ điện nhưng đòi hỏi phải có nguồnriêng, có điện áp điều chỉnh được Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độquay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mứccủa động cơ điện

Và để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ theo các phương pháp điều chỉnhtốc độ trên thì cần có các bộ biến đổi Các bộ biến đổi đó sẽ cấp điện áp chomạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ Các bộ biến đổi được sửdụng phổ biến trong công nghiệp hiện nay là:

+ Bộ biến đổi máy điện : gồm có động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiềuhoặc máy điện khuếch đại

+ Bộ biến đổi từ : Khuếch đại từ

+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Thysistor

+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Thysistor hoặc Tranzitor

Tương ứng với việc sử dụng 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 ra tải từ mộtnguồn điện áp một chiều cố định.Để đóng cắt điện áp nguồn, người ta thườngdùng các khoá điện tử công suất vì chúng có đặc tính tương ứng với khoá lýtưởng, tức là khi khoá dẫn điện (đóng) điện trở của nó không đáng kể; còn khikhoá bị ngắt (mở ra) điện trở của nó lớn vô cùng (điện áp trên tải sẽ bằng không)

Nguyên lý cơ bản của bộ biến đổi xung áp 1 chiều được mô tả như sau:

Trong khoảng thời gian 0 t1, khoá K đóng lại, điện áp trên tải UR sẽ có giá trịbằng điện áp nguồn (UR = E); còn khoảng t1  T, khoá K mở ra và UR = 0

Giá trị trung bình của điện áp trên tải sẽ là:







.

1

0

E T E dt E T

U R    

Trong đó:  : Thời gian khoá K đóng

 : Hệ số điều chỉnh

T : Chu kỳ đóng cắt của khoá K

Nhận xét: nguồn E có thể không đổi nhưng có thể thay đổi được Ut nhờ thay đổi



2 Ba phương pháp điều chỉnh điện áp trên tải

a Giữ chu kỳ đóng cắt không đổi T = const : thay đổi thời gian đóng khoá K: t1

(hay ) Phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM(pulse width modulation) Đây là phương pháp thông dụng nhất hiện nay và đượcứng dụng rộng rãi nhất

Ưu điểm: làm việc với tần số không đổi (do chu kỳ không đổi) nên tham số của

hệ thống cũng ít thay đổi Khi  không thay đổi thì điện áp cũng không thayđổi

b Giữ nguyên thời gian đóng khóa K : t1 = const; thay đổi tần số đóng cắt T.Phương pháp này gọi là phương pháp băm xung kiểu điều chỉnh f (phương phápxung tần); phương pháp này ít dùng

c Thay đổi cả tần số đóng cắt và thời gian đóng khoá K : thay đổi thường theo

quy luật: dòng điện có cường độ đập mạch ít nhất Phương pháp này gọi làphương pháp băm xung theo kiểu thời gian Phương pháp này ít được sử dụngnhất trong cả 3 phương pháp

Như vậy, bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên

phụ tải 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 xác cao cũng như ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, vì yếu

tố điều chỉnh là thời gian đóng khoá K mà không phải giá trị điện trở của cácphần tử điều chỉnh thường gặp trong các bộ điều chỉnh liên tục

 Chất lượng điện áp tốt hơn so với các bộ biến đổi liên tục

 Kích thước gọn, nhẹ

Nhược điểm cơ bản của các bộ biến đổi xung áp là:

 Cần có bộ lọc đầu ra, do đó làm tăng quán tính của bộ biến đổi khi làm việctrong hệ thống kín

 Tần số đóng cắt lớn sẽ tạo ra nhiều cho nguồn cũng như các thiết bị điềukhiển

Tuy nhiên, bộ biến đổi xung áp vẫn được ứng dụng rộng rãi, nhất là khi các yếu

tố về độ tin cậy, dễ điều chỉnh, độ ổn định cũng như kích thước là những tiêu chíđược đặt lên hàng đầu

Đối với các bộ biến đổi công suất trung bình (hàng chục kW) và nhỏ (vài kW),người ta thường dùng các khoá điện tử là các bóng bán dẫn lưỡng cực IGBT.Trong trường hợp công suất lớn (vài trăm kW trở lên) người ta sử dụng GTOhoặc tiristo

Có nhiều cách phân loại các bộ biến đổi xung áp một chiều , tuỳ thuộc vào cách

mắc khoá điện tử song song hay nối tiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung

áp thành nối tiếp hay song song

Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi tuỳ thuộc vào điện áp ra: bộ biến đổi xung áp

có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào; bộ biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơn điện

áp vào

Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảochiều hoặc bộ biến đổi điện áp có đảo chiều

3 Sơ đồ cấu trúc của bộ biến đổi xung áp một chiều.

Sơ đồ cấu trúc gồm các phần tử chủ yếu như nguồn N, bộ lọc đầu vào L, khoáđiện tử (KĐT), bộ lọc đầu ra (LO) và phụ tải (PT) (cụ thể là động cơ một chiều)

E

Đi

Nguồn 1 chiều có thể là ăcquy hoặc bộ chỉnh lưu.

Bộ lọc đầu vào thường dùng mạch LC hoặc chỉ dùng điện cảm tụ C có thể được thay thế bằng các phần tử tích trữ năng lượng như ăcquy.Khoá điện tử (KĐT) ngày nay được dùng chủ yếu là các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn

Bộ lọc đầu ra (LO) có tác dụng san phẳng dòng điện ở đầu ra của bộ biến đổi.Các bộ biến đổi xung áp một chiều được nêu ra ở đây chỉ sử dụng van điều khiểnhoàn toàn GTO, IGBT, BT

II.Bộ băm xung 1 chiều có đảo chiều

1 Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý

Ở đây ta sử dụng van bán dẫn IGBT Bộ BXMC dùng van điều khiển hoàn toàn IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải Trong các hệ truyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ, do đó bộ biến đổi này thường hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập

có yêu cầu đảo chiều quay Các van IGBT làm nhiệm vụ khoá không tiếp điểm Các Điôt Đ1, Đ2, Đ3, Đ4 dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá trình hãm tái sinh Các phương pháp điều khiển là: Điều khiển độc lập, điều khiển đối xứng, điều khiển không đối xứng

2 Phương pháp điều khiển độc lập.

Nếu ta muốn động cơ chạy theo chiều nào thì ta sẽ chỉ cho một cặp van chạy, cặpcòn lại sẽ khoá

 Muốn động cơ quay thuận cho S1, S2 dẫn, S3, S4 nghỉ

 Muốn động cơ quay nghịch cho S1, S2 nghỉ, S3, S4 dẫn