Tài liệu Khảo sát động cơ VS docx

Nội dung khảo sát: Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ VSED Khảo sát mô hình thực tiễn Phân tích các mạch điều chỉnh tốc độ trong thực tế, so sánh các mạch Lắp ráp mạch

Khảo sát động cơ vs

Hệ thống băng truyền đã được ứng dụng trong hầu hết các nhà máy xí nghiệp, siêu thị, khách sạn, nhà hàng… Hầu hết các hệ thống này đều sử dụng động cơ kiêủ VSED (Variable … Speeds … Electrical … Direct) để điều khiển các quá trình truyền động

I Nội dung khảo sát:

Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ VSED

Khảo sát mô hình thực tiễn

Phân tích các mạch điều chỉnh tốc độ trong thực tế, so sánh các mạch

Lắp ráp mạch điều chỉnh tốc độ theo các phân tích đã xây dựng

Phân tích nguyên lý làm việc của mạch

Thử nghiệm mạch điều chỉnh tốc độ, khảo sát kết quả thực nghiệm bằng máy hiện sóng và các thiết bị đo thông thường

Nhận xét kết quả, rút ra kết luận

II động cơ VSED

1 Cấu tạo động cơ VSED:

Động cơ VSED có cấu tạo gồm 2 phần chính:

+ Phần thứ nhất: Động cơ sơ cấp

+ Phần thứ hai: Động cơ thứ cấp

+ Ngoài hai phần chính trên, động cơ VSED còn có các phần khác như:

Vỏ máy, máy phát điện hồi tiếp, cánh quạt làm mát…

H.1

Stato động

cơ sơ cấp

Cấp nguồn 3

pha cho ĐC

sơ cấp(3pha)

Động cơ thứ cấp, cuộn dây của nam châm điện

Máy phát tốc

Cấp nguồn một chiều cho

ĐC thứ cấp

Trục chính của động cơ VSED

Rô to động

cơ sơ cấp

Đầu ra sức

điện động của máy phát tốc

Phần động của nam châm điện

ống lót động cơ sơ cấp

2 Nguyên lý làm việc của động cơ VSED:

a Động cơ sơ cấp:

Đây là loại động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc Nguyên lý làm việc của động cơ này có thể tóm tắt như sau:

Khi ta đưa dòng điện xoay chiều 3 pha hình sin có điện áp định mức bằng với

điện áp định mức của động cơ vào 3 dây quấn 3 pha của động cơ sơ cấp, lúc này trong Stato của động cơ sơ cấp sinh ra một từ trường quay, từ trường này móc vòng qua khe

hở không khí vào rôto Các thanh dẫn của rôto sinh ra một dòng điện theo luật cảm ứng

điện từ, vì các thanh dẫn này được nối ngắn mạch với nhau Dưới sự tác dụng tương hỗ giữa dòng điện rô to và từ trường quay Stato tạo nên mô men quay làm cho rô to quay Muốn đảo chiều quay của động cơ sơ cấp ta chỉ việc đảo chéo hai trong 3 pha nguồn cung cấp cho động cơ sơ cấp

b Điều chỉnh tốc độ quay của động cơ VSED:

Khi động cơ sơ cấp quay, ống lót gắn trên trục của động cơ sơ cấp cũng quay theo Tốc độ quay của ống lót bằng tốc độ quay của động cơ sơ cấp Lúc này ta bắt đầu cấp

Fx

VR1

VR2

Đ/C sơ cấp 3 pha

fuse

0-90v DC

+

-AC 3 phase supply

AC power

DC

U CĐ

U ω

H.2

nguồn một chiều vào cuộn dây nam châm điện, dưới tác dụng của từ trường nam châm

điện nằm trong ống lót đang chuyển động tạo nên một lực điện từ Lực này kéo cho phần động của nam châm điện quay theo Dòng một chiều đặt vào nam châm điện càng lớn thì lực điện từ sinh ra càng lớn và dẫn đến tốc độ quay của động cơ càng lớn Tốc

độ quay của động cơ lớn nhất bằng với tốc độ quay của ống lót, có nghĩa là bằng với tốc độ quay của động cơ sơ cấp

Như vậy khớp nối giữa động cơ sơ cấp và động cơ thứ cấp ở đây được thực hiện bằng

từ trường của nam châm, vì vậy nó được gọi là khớp từ hay khớp nối mềm

c Máy phát tốc:

Đây chính là một máy phát điện đơn giảm, phần động là một nam châm vĩnh cửu được gắn đồng trục với trục động cơ nên khi động cơ quay thì nam châm này cũng quay theo Từ trường của nam châm vĩnh cửu này quét qua các vòng dây của phần tĩnh máy phát, sinh ra trong các vòng dây của máy phát một sức điện động Nếu mạch ngoài của máy phát kín mạch thì nó sẽ sinh ra trong máy phát một dòng điện Điện áp phát ra trên 2 cực của máy phát này phụ thuộc vào tốc độ quay của nam châm, động cơ quay càng nhanh nghĩa là nam châm quay càng nhanh thì điện áp máy phát phát ra càng lớn

Phạm vi điều chỉnh tốc độ tương ứng với tải định mức (theo đặc tính tải) từ 130vòng / phút đến 1300 vòng / phút

Khi tốc độ càng thấp mô men càng nhỏ, tốc độ tăng lên, mô men cũng tăng lên Tốc độ trượt từ tốc độ không tải lý tưởng xuống, tạo nên đặc tính cơ mềm

Với dạng đặc tính như vậy nó thích hợp với những truyền động băng truyền, tải trọng thay đổi đều

3 Ưu nhược điểm của động cơ VSED:

a Ưu điểm:

- Đây là loại động cơ có cấu tạo đơn giản dựa trên kết cấu của những loại máy

điện thông dụng

- Khả năng điều chỉnh tốc độ đơn giản nhờ điều chỉnh gián tiếp bằng nguồn một chiều từ bên ngoài

- Khả năng điều chỉnh tốc độ trơn mềm, phạm vi điều chỉnh rộng, tốc độ lớn nhất có thể bằng với tốc độ động cơ sơ cấp

- Kết cấu dạng module cho phép tháo lắp sửa chữa, bảo dưỡng từng bộ phận dễ dàng

- Điều chỉnh tốc độ hệ thống thông qua việc điều chỉnh điện áp một chiều công suất nhỏ

- Có máy phát tốc làm cơ sở để kiểm tra tốc độ và hồi tiếp ổn định tốc độ sau này

b Nhược điểm:

- Phải sử dụng hai nguồn điện áp khác nhau là nguồn một chiều cho điều chỉnh tốc độ và nguồn xoay chiều 3 pha cho động cơ sơ cấp 3 pha

- Mạch khống chế điều chỉnh tốc độ tương đối phức tạp

c Hiệu suất động cơ VSED: Với kết cấu như trên, động cơ VSED có hiệu suất

làm việc không cao

4 ứng dụng:

Với tính năng ưu việt, đơn giản về kết cấu và khả năng điều chỉnh tốc độ rộng

dễ dàng nên động cơ VSED được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền công nghiệp hiện nay:

- Sử dụng trong các hệ thống băng tải để di chuyển sản phẩm trong nhà máy, các dây truyền sản xuất công nghiệp có sử dụng băng tải như sản xuất ống nhựa cứng, mềm (ống nước)

- Sử dụng thang máy chuyển động trơn dạng băng truyền liên tục tại các siêu thị, khách sạn, nhà hàng…

- Sử dụng ở những chuyển động hệ thống có mô men mở máy nhỏ

b Để khảo sát đ/c VS sinh viên cần:

- Nghiên cứu hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ VSED là một trong những phần quan trọng để tiếp cận với xã hội công nghiệp, sản xuất hàng loạt theo dây truyền

Đây chính là phần quan trọng trong các dây truyền sản xuất công nghiệp có liên quan

đến băng truyền

- Phân tích được cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ VSED, lắp ráp được các mạch điều chỉnh tốc độ cho hệ thống có thể thay đổi cân chỉnh, đo, kiểm tra các

điểm test, phân tích dạng sóng tín hiệu tại các vị trí cần thiết Từ đó hình thành kỹ năng phân tích hệ thống, sửa chữa thay thế được các hệ thống tương đương thực tế ngoài xã hội

- Hình thành tư duy logic, phán đoán, hoạt động độc lập khi cần thiết

BàI 4: Lắp ráp và khảo sát hệ thống điều chỉnh

tốc độ động cơ VSED

i sơ đồ khối mạch điều chỉnh tốc độ:

* Yêu cầu bài toán:

Mạch điều chỉnh tốc độ động cơ VSED là mạch cung cấp nguồn một chiều có

điều chỉnh vào nam châm điện của động cơ thứ cấp Nguồn một chiều này được lấy từ nguồn 1 pha trong số 3 pha cung cấp cho động cơ sơ cấp, sau đó đưa qua mạch chỉnh lưu có điều khiển dùng SCR Sơ đồ khối cụ thể như sau:

Hình 2: Sơ đồ khối mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ VSED

II Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh tốc độ động cơ VSED:

1 Sơ đồ nguyên lý truyền động

Khối

nguồn

cung cấp

Khối tạo dao

động đồng pha Khối

Chỉnh lưu

có điều khiển Động cơ VSED Hồi tiếp

Hiển thị tốc độ

Fx

VR1

VR2

Đ/C sơ cấp 3 pha

fuse

0-90v DC

+

-AC 3 phase supply

AC power

DC

U CĐ

U ω

H.3

2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển (H.4)

224/600V =2

Zener 12V=1 SCR 2P4M =1

Vr 2K =2 47R/2W =1

Vr 25K =1 220R =1

Vr 1K =1 100R =1

Vr 100K =1 10R =1 TNR 250V =1

hiển thị

HOLD

S P E E D C O N T R O L B O A R D V S M O T O R

86v x 0.25 86v x 0.25 210v x 0.25 230v x 0.25

220v x 0.25

2100v x 0.12 Black White

Yellow Red Green

Blue White

Black

Yellow

Red Green

Red

Red (10x16) mm

1N5408 =2

POWER SUPPLY

PMPM (Phat toc)

W W BL

Y Y BL

R

W W

R16 1k

150

5k

20

100

1k

47/2W

10

1k 27k

220

11

25k

12v

3 4

A1015

2k

+ 1uF/50v

FUSE 2

1

1uF/50v

224/65

224/6

Tr2 Tr1

2P4M

2P4M 1k

2k

10uF/150v

5 6

8 7

100uF/50v

100k

10 9

TMR-1S6471K

C7

CL3

CL4

CL1

CL2 C8

C6 R5

VR1

VR2

Q

1

2

SCR2 R10

C5 R9

C4 VR3

R1

SCR1

Đến bộ điều tốc

224/650v

C2

C1

R8 VR4

III Phân tích nguyên lý làm việc:

1 Khối nguồn cung cấp:

Khối nguồn cung cấp ở đây được sử dụng đó là nguồn cung cấp 1 pha 220V là nguồn động lực chính, nó được chỉnh lưu có điều chỉnh thông qua bộ chỉnh lưu có điều chỉnh SCR1

Các diode D13 và D14 có tác dụng bảo vệ SCR khi tín hiệu vào đổi chiều, SCR khoá TMR-1S6471K là linh kiện bảo vệ quá áp

Tụ C1 có tác dụng chống nhiễu giữa G và K của SCR1

Tụ C2 và điện trở R1 mắc song song với SCR1 làm nhiệm vụ chống bão hoà sâu của tiếp giáp J2 trong SCR1

Cấp nguồn cho mạch điều khiển được lấy thông qua biến áp Tr1 Đây là loại biến áp đặc biệt có 4 quận dây Cuộn sơ cấp mắc vào lưới điện 220V, cuộn thứ cấp thứ nhất tạo điện áp cung cấp cho mạch chỉnh lưu cầu CL1 Sau khi qua chỉnh lưu CL1

điện áp được lọc san phẳng nhờ tụ C3 và ổn áp thông qua diode zener Dz để được điện

áp ổn định bằng phẳng 12V cung cấp cho mạch điều khiển phía sau

2 Khối tạo dao động:

Khối tạo dao động ở đây được sử dụng dạng tự dao động thông qua sự phóng nạp của tụ C6 và chế độ làm việc của Transistor Q Điều chỉnh thời gian phóng nạp cho

tụ C6 thông qua các triết áp VR, VR1, VR2 là điều chỉnh tần số dao động

Nhiệm vụ của các biến trở:

VR là biến trở chủ đạo điều chỉnh tần số

VR1, VR2 kết hợp VR điều chỉnh tín hiệu hồi tiếp làm thay đổi tần số dao động của mạch tạo dao động

VR3 có tác dụng điều chỉnh góc pha của mạch kích mở SCR2

Khi cấp nguồn cho mạch :

Ta giả sử tụ C6 đã phóng hết điện (nên Q khoá), lúc này tụ C6 bắt đầu nạp nạp theo đường từ +12V vào bản +C6 và một đường hình thành từ cực – C6 qua R4, về

điểm giữa của VR1, (điểm giữa của VR1 được xem là mass của nguồn)

Khi tụ C6 nạp, điện áp trên tụ tăng dần, làm cho bản –C6 âm dần xuống tới ngưỡng mở của Transistor thuận Q làm cho Transistor này mở Khi Q mở tụ C4, C5

được nạp từ cuộn dây thứ cấp 2 qua cầu chỉnh lưu CL2 qua RCE của Transistor Q, tạo ra ngưỡng mở cho SCR2

Khi SCR2 mở sẽ có dòng từ cuộn dây thứ cấp “3” của biến áp TR1 chạy qua cuộn sơ cấp biến áp TR2 tạo nên dòng kích mở SCR1 thông qua cuộn thứ cấp của biến áp TR2

Làm cho SCR1 mở ra và có dòng chạy qua tải ⇒ động cơ quay

Khi động cơ quay Điện áp dương trên tụ C8 sẽ tự cân bằng với điện áp âm trên tụ C6 làm cho điện áp rơi trên nó đi về “0” điều này làm cho Transistor Q khoá lại

Sau đó tụ C6 lại tiếp tục nạp theo đường cũ để hình thành một chu kỳ dao động mới Tần số dao động của mạch có thể điều chỉnh để thay đổi được từ 50Hz đến 200Hz

3 Khối đồng bộ pha:

Khối đồng pha có nhiệm vụ:

Tạo tín hiệu xung kích mở vào cực G của SCR1 đồng thời với điện áp lưới đặt vào Anode của SCR1 phải có pha dương

Khối đồng pha trong mạch mà ta nghiên cứu được sử dụng đó là mạch cuộn thứ cấp số 2, số 3 của biến áp Tr1 và biến áp Tr2 Hai biến áp này phải quấn sao cho chiều cuốn dây trong các cuộn dây thứ cấp này cùng chiều để điện áp cảm ứng sinh ra trong các cuộn dây này cùng pha với nhau và cùng pha với cuộn sơ cấp của biến áp Tr1

Cuộn sơ cấp của máy biến áp Tr1 chính là cuộn tạo tín hiệu đồng pha chủ đạo, khi mà điện áp UAK của SCR1 > 0 (điện áp lưới có pha dương đặt vào Anode của SCR1) Thì cuộn thứ cấp số “3” của biến áp Tr1 phải tạo ra điện áp UAK của SCR2 > 0, (vì cuộn thứ cấp này và cuộn sơ cấp quấn cùng chiều nên hai tín hiệu này luôn luôn ở trạng thái đồng bộ chờ)

Cuộn dây số “2” là cuộn đặc biệt có 3 dầu dây, đầu dây ở giữa được mắc vào Cathode của SCR2 chung với một đầu cuộn thứ cấp số “3” Hai đầu còn lại của cuộn dây này được nối vào các cực C,E của Transistor Q, thông qua một mạch cầu chỉnh lưu và các tụ C4, C5

Khi Transistor Q mở bão hoà thì 2 mạch cầu coi như được nối tắt làm cho 2 tụ

C4, C5 nạp điện , tạo xung kích vào cực G của SCR2

Khi Transistor Q khoá hai tụ C4 ,C5 phóng điện Do tần số dao động của mạch dao động có thể thay đổi được từ 50Hz đến 200Hz trong khi đó tần số lưới điện chỉ có

50 Hz như vậy trong 1 thời điểm đồng bộ tín hiệu xung kích mở SCR có thể thay đổi từ

10 đến 40 xung Tuỳ số lượng xung lớn hay nhỏ, mà ta có thể điều chỉnh thời điểm kích mở các SCR, các xung này xuất hiện đồng bộ tại thời điểm điện áp đặt trên Anode của các SCR dương hơn Cathode

4 Khối hồi tiếp và ổn định tốc độ:

Khối hồi tiếp tín hiệu ở đây được lấy thông qua máy phát tốc Điện áp phát ra của máy phát tốc là điện áp hình sin được thông qua cầu chỉnh lưu CL4 và lọc sơ bộ nhờ tụ C8

Điện áp gợn trên tụ C8 có pha dương sẽ được đưa về để cân bằng với điện áp

điện áp một chiều có pha âm đặt trên tụ C6

Hiệu số của hai điện áp này là điện áp ngắt mở Transistor Q

Khi ta tăng tốc độ của động cơ cũng có nghĩa là ta tăng tần số dao động cuả transistor Q

Điều chỉnh chiết áp VR2 tức là ta thực hiện điều chỉnh biên độ của điện áp hồi tiếp

Điều chỉnh chiết áp VR là ta thực hiện điều chỉnh điểm làm việc ban đầu cho Transistor Q

5 Khối hiển thị:

Đây là một đồng hồ đo tốc độ tương tự, tín hiệu đầu vào của đồng hồ chính là

điện áp một chiều được lấy từ máy phát tốc, thông qua bộ chỉnh lưu CL3 và tụ lọc C7

Điều chỉnh độ lớn của tín hiệu này thông qua biến trở VR4

IV lắp ráp board điều chỉnh tốc độ động cơ kiểu VSED

V Kết quả thực nghiệm(các giá trị đo được):

1 Dạng xung dao động của mạch dao động:

a Dạng xung tại chân B của TZT thuận Q

b Dạng sóng hài tại tụ C8

c Dạng điện áp U CE của TZT Q

Nhận xét: Khi Transistor Q khoá thì điện áp đặt vào 2 cực C và E của Transistor

Q chính là điện áp sau cầu chỉnh lưu CL2 Điện áp này có giá trị lớn nhất sau chỉnh lưu

= 15V DC Khi Transistor dẫn bão hoà thì điện áp rơi trên EC của nó là 0,2 V DC

Thời điểm Anode của SCR1 dương hơn Cathode của nó chính là thời điểm này

Ta sẽ thay đổi thời điểm kích mở của SCR1 trong khu vực nửa chu kỳ trên của tín hiệu

đầu vào Nửa chu kỳ dưới của tín hiệu đầu vào, SCR1 tự động khoá lại như vậy đến chu

kỳ sau việc kích mở lại bắt đầu lại từ đầu, cứ như vậy ta tạo thành các chuỗi xung liên

u

t

UBng

0,7

Tụ phóng

Tụ nạp

Hình 5 Dạng xung điện áp tại chân B của Transistor Q

0

u

t

0

Umax 15V

0,2V

TZT khoá

TZT mở bão hoà

Hình 7 Dạng điện áp UCE của Transistor Q

0

u

t Hình 6 Dạng sóng hài trên tụ C8

tiếp kích mở một cách đồng bộ với điều kiện cần của SCR1 Khi SCR1 dẫn sẽ có điện

áp một chiều đưa ra tải điều chỉnh cuộn dây nam châm điện của động cơ VSED Điều chỉnh thời điểm kích mở cho SCR1 sẽ thay đổi được điện áp ra đặt trên tải Như vậy ta thay đổi được tốc độ động cơ VSED

2 Dạng xung điện áp trên cực điều khiển G của SCR 1

3 Dạng xung điện áp của máy phát tốc (điện áp hồi tiếp)

Điện áp phát ra của máy phát tốc trên động cơ VSED là điện áp xoay chiều hình sin Giá trị biên độ lớn nhất của điện áp hồi tiếp (máy phát tốc phát ra) khi tốc độ động cơ VSED đạt tối đa ở 1450 vòng/phút là 42V Như vậy giá trị điện áp VPP = 84V

5 Nhận xét:

Các thông số ghi trên các giản đồ xung trong các điểm test ở trên đều được xác

định tại thời điểm tốc độ động cơ lớn nhất

Ghí trị điện áp tại một số điểm như sau:

+ Điện áp tại hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp Tr1 là 220V xoay chiều

+ Điện áp tại hai đầu cuộn thứ cấp 1 máy biến áp Tr1 là 21V xoay chiều

+ Điện áp tại hai đầu cuộn thứ cấp 2 máy biến áp Tr1 là 17V xoay chiều

Hình 9 Dạng xung cực G của SCR1

u

t

Umax

- Umax 308V

- 308V

u

t

Umax

- Umax

20V

Dạng điện áp đặt vào 2

đầu Anode và Cathode

của SCR1 Khi chưa có

xung tại cực G

Dạng xung điện áp

đồng bộ tại cực G của

SCR1

u

t

Umax

- Umax 42V

- 42V

Hình 10 Dạng xung điện áp hồi tiếp