GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều
Máy phát điện một chiều có thể hoạt động như máy phát điện hoặc động cơ điện, với động cơ điện một chiều chuyển đổi điện năng thành cơ năng Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, và động cơ này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và giao thông vận tải Các loại động cơ điện một chiều bao gồm nhiều dạng khác nhau.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.1.1.Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor)
Hình 1.1: Động cơ điện một chiều
Gồm các phần chính sau:
Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt được làm từ lá thép kỹ thuật điện và được gắn chặt vào vỏ bằng bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng có lớp cách điện.
Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều
Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
Gồm các bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng được sử dụng để dẫn từ, thường làm từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm, được phủ cách điện ở hai đầu và ép chặt lại Các lá thép này có hình dạng rãnh dập sẵn, cho phép đặt dây quấn vào sau khi ép.
Dây quấn phần ứng là bộ phận tạo ra sức điện động và dẫn dòng điện, thường được làm bằng dây đồng có lớp cách điện Trong các máy điện nhỏ, dây quấn thường có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn sử dụng dây có tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Cổ góp, còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, có chức năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Cấu tạo của cổ góp bao gồm nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn, được cách điện bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành một hình trụ tròn Phần đuôi của vành góp được thiết kế cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp.
Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép Cacbon tốt
1.0.1.2.Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Hình 1.2:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi áp dụng điện áp một chiều U vào hai chổi than A và B trong dây quấn phần ứng, dòng điện Iư chạy qua các thanh dẫn ab và cd sẽ tạo ra lực điện từ trong từ trường.
Rotor của động cơ quay nhờ tác dụng của lực từ, với chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, các thanh dẫn ab và cd sẽ đổi chỗ do phiến góp thay đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi và đảm bảo động cơ quay theo một chiều Khi động cơ hoạt động, các thanh dẫn cắt từ trường và cảm ứng sức điện động Eư, chiều của Eư được xác định theo quy tắc bàn tay phải Trong động cơ điện một chiều, sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư, vì vậy Eư còn được gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư
Trong đó: Rư: điện trở phần ứng
Iư: dòng điện phần ứng
Hệ điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập được thiết kế để điều khiển tốc độ mà không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng Động cơ này có dòng điện kích từ độc lập, vì vậy từ thông chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở của mạch kích từ, không bị ảnh hưởng bởi phụ tải.
Hình 1.3 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
1.0.1.3 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ. Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm).Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β được tính như sau Δβ = ΔM Δω β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng, đặc tính cơ tuyệt đối cứng.
1.0.1.4 Phương trình đặc tính cơ
60a : hệ số sức điện động của động cơ a: số mạch nhánh song song của cuộn dây
2 aπ : hệ số cấu tạo của động cơ ω : tốc độ góc tính bằng rad/s p: số đôi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
(4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi là phương trình đặc tính cơ điện. Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5) :là mômen điện từ của động cơ.
:là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
= ω 0 −Δω trong đó: ω 0 : tốc độ không tải lý tưởng Δω : độ sụt tốc độ
1.0.1.5.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ
Từ phương trình đặc tính cơ: ω U u
(K.φ) 2 M ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ ω ta có thể thay đổi φ , Rf , U.
Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): Độ cứng đặc tính cơ: β= ΔM Δω = −
Khi R u + R f giảm, tốc độ động cơ sẽ giảm theo, và nếu Rf tăng, dòng ngắn mạch cùng với mômen ngắn mạch cũng sẽ giảm Do đó, phương pháp này thường được áp dụng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ dưới mức tốc độ cơ bản.
Trường hợp thay đổi U< Uđm
Kφ giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ β= ΔM Δω = −
Khi thay đổi điện áp, ta thu được một loạt các đường đặc tính song song, giúp điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động Từ thông có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và hoạt động của động cơ.
Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải ω=
U dm Kφ tăng Độ cứng đặc tính cơ: β= ΔM Δω = −
1.0.1.6 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều kích từ độc lập
Điều chỉnh tốc độ động cơ là quá trình sử dụng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hoặc các thông số mạch như điện trở phụ và từ thông Qua đó, tạo ra các đặc tính cơ mới giúp động cơ hoạt động với các tốc độ làm việc phù hợp với yêu 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 giúp giảm bớt độ phức tạp của cơ cấu và nâng cao khả năng điều chỉnh Do đó, chúng ta sẽ nghiên cứu về phương pháp điều chỉnh tốc độ 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.
Động cơ điện một chiều vượt trội hơn các loại động cơ khác về khả năng điều chỉnh tốc độ Nó không chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ một cách dễ dàng mà còn sở hữu cấu trúc mạch động lực và mạch điều khiển đơn giản hơn Hơn nữa, động cơ này đạt được chất lượng điều chỉnh cao trong một dải tốc độ rộng.
Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện, cần lưu ý và dựa vào các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của hệ thống.
Hướng điều chỉnh tốc độ:
IC TCA785
1.2.1 Giới thiệu về IC TCA 785
IC TCA 785 (có tích hợp các khâu đồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung, khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( T1 và T2).
Vi mạch TCA 785 là một vi mạch phức hợp từ hãng Simen, thực hiện bốn chức năng chính trong mạch điều khiển: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung ra Nó được ứng dụng rộng rãi trong việc điều khiển các thiết bị chỉnh lưu và thiết bị điều chỉnh dòng xoay chiều.
- Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không.
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi.
- Có thể dung làm chuyển mạch điểm không.
- Có thể hoạt động 3 pha (3 IC).
Nhiệm vụ: Tạo ra xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng điện áp tải đến điện áp phóng điện.
1.2.2 Sơ đồ nguyên lý a) Ký hiệu
Hình 1 8: Sơ đồ chân của IC TCA785 b) Chức năng các chân của IC TCA785 c) Sơ đồ cấu tạo
Chân Kí hiệu Chức năng
5 VSYNC Tín hiệu đồng bộ
9 R9 Điện áp tạo xung răng cưa
10 C10 Tụ tạo xung răng cưa
12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng
16 VS Điện áp nguồn nuôi
Hình 1 9: Sơ đồ cấu tạo của IC TCA785 d) Dạng sóng dòng điện
Hình 1 10: Dạng sóng dòng điện của IC TCA785 e) Các thông số của TCA 785
Thông số Giá trị min
Giá trị tiêu biểu (FP
Giá trị max Đơn vị
Dòng tiêu thụ IS 4,5 6,5 10 MA Điện áp vào điều khiển , chân 11trở kháng vào
Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp
Thời gian sườn ngăn của xung răng cưa
Tín hiệu cấm vào, chân 6
V Độ rộng xung ra, chân 13
Xung ra chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng
V V μs μs/n F Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn
Góc điều khiển ứng với điệnáp chuẩn
1.2.3 Nguyên lí làm việc của TCA 785
Vi mạch TCA 785 thực hiện bốn chức năng chính trong mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp răng cưa đồng bộ và so sánh để phát ra xung Nguồn nuôi được cung cấp qua chân 16, trong khi tín hiệu đồng bộ được lấy từ chân 5 và 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11, và bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp vào để chuyển trạng thái, sau đó chuyển tín hiệu đến bộ phận đồng bộ Bộ phận này điều khiển tụ C10, nạp đến điện áp ổn định do R9 quyết định Khi điện áp V10 đạt đến V11, tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic, cho phép góc mở α thay đổi từ 0 đến 180 độ, với mỗi nửa chu kỳ có xung dương xuất hiện ở Q1 và Q2, độ rộng từ 30 đến 80μs Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180 độ thông qua tụ C12.
Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180 o
Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển Thyristor:
MOC2030
Điện áp lưới được hạ xuống 15VAC qua biến trở và đưa vào chân số 5 và chân số 1 thông qua điện trở R Tín hiệu điều khiển Vdk tại chân 11 được so sánh với điện áp răng cưa từ tụ C10, tạo ra xung điều khiển thyristor với góc mở α tăng dần ở đầu ra chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch, chân 16 nhận tín hiệu cấm.
14 và 15 không còn tín hiệu đầu ra.
MOC3020 là một linh kiện bán dẫn cách ly quang, bao gồm bộ phát quang và cảm biến quang tích hợp trong một khối Bộ phát quang hoạt động cùng với cảm biến quang để đảm bảo sự truyền tải tín hiệu hiệu quả và an toàn.
1 doide phát quang dùng để phát ra ánh sáng kích cho các cảm biến quang dẫn, còn cảm biến quang là triac.
MOC3020 được sử dụng để cách ly giữa các khối có điện áp hoặc công suất khác nhau, chẳng hạn như giữa khối công suất nhỏ và khối điện áp lớn Ngoài ra, nó còn có khả năng chống nhiễu cho các mạch cầu H và các thiết bị đo lường, cũng như ngỏ ra PLC.
1.3.2 Nguyên lý hoạt động của MOC3020
Khi dòng điện nhỏ đi qua hai đầu của LED trong opto, LED sẽ phát sáng Sự phát sáng của LED làm cho hai cực của triac thông, cho phép dòng điện chảy qua.
Kết luận chương 1
Trong lĩnh vực điện tử hiện nay, các linh kiện như điện trở, tụ điện, diode, thyristor, IC và biến trở đóng vai trò quan trọng, mỗi linh kiện đảm nhiệm chức năng riêng trong mạch điện Trong dự án mạch chỉnh lưu cầu một pha, nhóm chúng em đã lựa chọn các linh kiện điện tử thông dụng với giá thành hợp lý, đáp ứng đủ yêu cầu chức năng của mạch Dựa trên kiến thức đã học và xu hướng tiêu dùng hiện tại, chúng em đã nghiên cứu và lựa chọn linh kiện phù hợp, nhằm thực hiện đồ án môn học 3 về điện tử công suất và truyền động điện.
PHÂN TÍCH VỀ CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA
Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển
Hình 2 1: Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển
Hình 2 2: Dạng sóng dòng và áp trong mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển
Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện lý tưởng và điện áp phía thứ cấp u2 =√2 U2sint(v)
Trong nửa chu kỳ đầu từ t = 0 đến , điện áp u2 dương khiến cặp van D1 và D2 dẫn điện do được phân cực thuận, trong khi cặp van D4 và D3 không dẫn điện vì bị phân cực ngược Kết quả là: uD1 = uD2 = 0; uD4 = uD3 = -u2 ≤ 0; ud = u2 ≥ 0; iD1 = iD2 = id; iD4 = iD3 = 0.
Trong nửa chu kỳ sau từ t = đến 2, điện áp - u2 dương, dẫn đến cặp van D1 và D2 bị phân cực ngược và không dẫn điện Ngược lại, cặp van D4 và D3 phân cực thuận, cho phép dòng điện đi qua tải Tại thời điểm này, ta có uD4 = uD3 = 0, uD1 = uD2 = u2 ≤ 0, ud = -u2 ≥ 0, và iD4 = iD3 = id, iD1 = iD2 = 0.
Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự
2.1.3 Các công thức tính toán trong mạch
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu
Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó xẽ là:
Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode
Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp
Dòng điện trung bình qua diode D
( 2.6 ) Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa
Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển
Hình 2 3: Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
Hình 2 4: Dạng sóng dòng và áp trong mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiểnhoàn toàn
Giả sử điện trở tải Ld = , điện áp phía thứ cấp được biểu diễn là u2 = √2 U2 sin(ωt) với góc điều khiển α Trong trường hợp này, mạch hoạt động ở chế độ xác lập và khi van dẫn không có sụt áp.
Trong khoảng 0
