Hình 4 Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều2.2 Tìm hiểu đặc tính cơ, đặc tính cơ điện, họ đặc tính cơ khi thay đổi các tham số đầu vào Hình 5 Sơ đồ thay thế của mạch phần ứng động
CHỌN VÀ TÍNH TOÁN TẢI
Chọn cơ cấu chuyển động cho băng truyền
Hình 1 Cơ cấu chuyển động của băng truyền
Xác định các đại lượng tinh toan
Trọng lượng tối đa của tải: m tai =4kg
Tốc độ tối đa của tải: v=0,1m ∕ s
Khối lượng bánh răng 1 m 1 =0,006kg
Khối lượng bánh răng 2 m 2 =0,042kg
Mômen quán tinh bánh răng 1
Mômen quán tinh banh răng 2
0.06 vận tốc của tải v (m/s) thời gian vậ n t ố c Đồ thị 1 Vận tốc của tải
Tốc độ dự kiến của động cơ
Tốc độ dự kiến của động cơ n000vòng/phút
Tốc độ làm việc của tải ω lv =v r 2 =ω t a i =ω r 2 =2,632rad ∕ s
Tốc độ trên đầu trục của động cơ ω=v r 1 =8,333rad ∕ s
Chọn hệ số truyền lực
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 tốc độ thời gian (s) ω (rad/s) Đồ thị 2 Tốc độ của động cơ
Quy đổi Mômen
Mômen quán tính quy đổi
Tỉ số quy đổi vận tốc của tải ρ=ω v,33
Tổng Mômen quán tinh toàn hệ
J he =J d +J qd +m ρ 2 =0,000552116 kg.m 2 Mômen của hệ theo thời gian
Mômen của hệ từng giai đoạn Tăng tốc Chuyển đều Giảm tốc Tăng tốc
Chuyển đều (ĐC) Giảm tốc
Đồ thị Mômen toàn hệ thống theo thời gian
M o m en Đồ thị 3 Mômen toàn hệ thống theo thời gian
Công suất động cơ
Công suất của động cơ:
C ô n g su ất Đồ thị 4 Công suất toàn hệ thống theo thời gian
Chọn động cơ
Ta chọn động cơ có công suất khoảng 15W
- Thông số động cơ 775 12VDC 15000rpm
Dòng điện roto bị khóa: 4.7A
Tốc độ sản phẩm: khoảng 15000 vòng / phút
Đường kính động cơ: 44mm
Chiều dài động cơ: 67mm (không có trục)
Đường kính trục của trục: 5mm
Chiều dài trục động cơ: 16mm
Trọng lượng sản phẩm: khoảng 350 gram
TÌM HIỂU VỀ PHẦN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
Tìm hiểu về cấu tạo, hoạt động
2.1.1 Cấu tạo của động cơ
Hình 3 Cấu tạo của động cơ
Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm những bộ phận chinh như sau:
Phần cảm (Stator): là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện, tạo ra từ trường cố định.
Phần ứng (Rotor): Phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thanh nam châm điện, tạo ra suất điện động cảm ứng.
Khi dông điện đi qua phần ứng, còn được gọi là cuộn dây, đặt giữa cực bắc và cực nam của nam châm, từ trường do phần ứng tạo ra tương tác với từ trường từ nam châm và tạo ra mômen.
Hình 4 Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều
Tìm hiểu đặc tính cơ, đặc tính cơ điện, họ đặc tính cơ khi thay đổi các tham số đầu vào 13
Hình 5 Sơ đồ thay thế của mạch phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đặc tính cơ: ω= v a k e ⋅ϕ− R a k e ⋅k m ⋅ϕ 2 M Đặc tính cơ điện: ω= v a k e ϕ− R a k e ϕ I a
Họ đặc tính cơ khi thay đổi tham số đầu vào:
Ảnh hưởng của điện trở phụ mạch phần ứng ω= v a k e ϕ− R a +R P kⅇ⋅k w ϕ 2 M o Tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi o Độ dốc đường đặc tính cơ thay đổi tỉ lệ thuận với điện trở phụ Đồ thị 5Điện trở phụ mạch phần ứng
Ảnh hưởng của điện áp phần ứng ω= v a k e ϕ− Ra k e k m ϕ 2 M o Độ dốc không đổi o Tốc độ thay đổi Đồ thị 6 Điện áp phần ứng
Ảnh hưởng của từ thông kích từ o Độ dốc thay đổi o Tốc độ thay đổi Đồ thị 7 Từ thông kích từ
Các trạng thái hoạt động
Lúc mới khởi động động cơ, tốc độ quay của động cơ bằng 0: ω= V a k e ϕ ⅆ m
Nếu khởi động bằng cách đóng điện trực tiếp cấp nguồn cho động cơ với các giá trị định mức, động cơ sẽ khởi động với các đặc tính tự nhiên. ω= V a k e ϕ ⅆ m − R a k e ϕ ⅆ m ⋅I a ω= V a k e ϕ ⅆ m − R a k e k m ϕ dm 2 M
ⅆ m Đồ thị 8 Đặc tính tự nhiên khi khởi động
2.3.2 Hãm Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ I trong đồ thị M-ω
Ở trạng thái hãm M(-); ω (+). Động cơ chuyển sang trạng thái máy phát góc phần tư thứ II
Chọn hãm tái sinh Đồ thị 9 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp phần ứng động cơ (Uư2 < Uư1)
2.3.3 Đảo chiều Để thực hiện đảo chiều quay của động cơ băng tải, ta thực hiện đảo chiều điện áp phần ứng. Đặc tính cơ của động cơ khi đảo chiều bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng: ω= V a k e ϕ đm
( k e ϕ đm ) 2 M Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ III ở đồ thị M-ω ( Mc < 0, ω < 0 ) Nếu mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì ta có sơ đồ đảo chiều động cơ như sau: Đồ thị 10 Đảo chiều điện áp phần ứng động cơ khi mắc thêm điện trở phụ
Các phương pháp điều khiển
Điều chỉnh điện trở phụ Điều chỉnh từ thông Điều chỉnh điện áp
Chọn phương pháp điều khiển dự kiến và kết luận
Phương pháp điều khiển điều chỉnh điện áp
Kết luận: Điều chỉnh điện áp
-Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ
-Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ
Khi điện áp Uư cấp vào phần ứng tăng thì tốc độ quay của động cơ điện 1 chiều tăng theo, phương pháp điểu khiển này là triệt để và được sử dụng phổ biến để điều khiển tốc độ của động cơ DC.
CHƯƠNG 3: CHỌN CẤU TRÚC MẠCH CÔNG SUẤT ĐÁP ỨNG YÊU
CẦU CÁC TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ
Tóm tắt tổng quan về hoạt động
Các trạng thái hoạt động của động cơ:
Khởi động của động cơ
Trạng thái chạy ổn định
Hãm động cơ Để đáp ứng các yêu cầu trạng thái hoạt động của động cơ ta cần:
Xác định nguồn cung cấp chính cho động cơ là nguồn một chiều
Dựa vào thông số đã cho trên động cơ tính chọn nguồn cấp phù hợp
Từ các thông số đã xác định tính chọn van công suất
Tính chọn van công suất
Chọn van chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn:
Hình 6 Chỉnh lưu cầu 1 pha Đồ thị 11 Dạng sóng dòng, áp của chỉnh lưu cầu một pha
Giá trị điện cảm lớn đảm bảo lọc phẳng hoàn toàn dòng điện chỉnh lưu tại tải cũng như dòng điện xoay chiều nguồn vào Do dòng điện tải liên tục, các Thyristor T1, T2 vẫn giữ nguyên trạng thái mở mặc dù nửa chu kỳ dương của điện áp nguồn vs đã qua Do nguyên nhân này, điện áp trên tải vd có thể có giá trị tức thời âm Việc bật các Thyristor T3, T4 mang lại 2 kết quả: Tắt các van T1, T2; sau khi chuyển mạch T3, T4 dẫn dòng điện tải
Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
Dòng trung bình qua tải:
Dòng điện trên van: Điện áp ngược của van:
Trong đó: U d ,U 2 , U lv là điện áp tải, nguồn xoay chiều, ngược của van k nv , k U là hệ số điện áp ngược và điện áp tải k nv =1,41 k u =0,9
U lv 45,7 (V) Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc được tính từ công thức trên, qua một hệ số dự trữ kdtu
Tính dòng điện của van:
Trong đó: I hd , I d dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải k hd =0.71 hệ số xác định của dòng điện hiệu dụng
Từ cách tính chọn trên ta chọn loại Thyristor loại TIC108S có các thông số định mức:
- Dòng điện định mức của van: Idmv = 5 A
- Điện áp ngược cực đại của van: Unmax = 700 V
- Độ sụt áp trên van: ∆ U =1,7 V
- Dòng điện điều khiển: I g =1mA
TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP VÀ CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Phương pháp điều khiển cho bộ biến đổi công suất
Ta chọn nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
+ Dùng 2 điện áp : URC,Uđk
Điện áp răng cưa (URC) có dạng tuyến tính được động bộ từ lưới điện, và thông thường thời điểm tạo điện áp răng cưa trùng với thời điểm chuyển mạch tự nhiên.
Điện áp điều khiển (Uđk )là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ + Điện áp răng cưa (URC) và điện áp điều khiển (Uđk) được đưa vào bộ so sánh, khi
URC = Uđk sẽ có xung điều khiển mở thông Thyristor uRC Uđk uA K Xđk
0 uđf Đồ thị 12 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
+ Bằng cách thay đổi điện áp điều khiển Uđk ta có thể điều chỉnh được thời điểm phát xung điều khiển mở Thyristor ( tức là điều khiển góc mở α (α = Π
U RC max ) để xác định Uđk)
Mạch đáp ứng được yêu cầu cấp xung cho 2 Thyristor của mạch chỉnh lưu bán điều khiển Do vậy ta xây dựng mạch điều khiển dựa trên nguyên tắc : “điều khiển thẳng đứng tuyến tính”
Chọn mạch điều khiển
Mạch điều khiển sử dụng IC tích hợp
Mạch điều khiển gồm các khâu:
Khâu tạo điện áp tựa (xung răng cưa)
Khâu khuếch đại xung (KĐX)
Hình 9 Mô hình các khâu trong mạch điều khiển
Lựa chọn các khâu của mạch điều khiển
1 Khâu đồng bộ (hay đồng pha):
Theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính ta tạo ra điện áp Uđf là điện áp răng cưa sườn thẳng sao cho trong mỗi nửa chu kỳ của điện áp cần chỉnh lưu đều có điện áp đồng pha thay đổi theo quy luật giống nhau Có nhiệm vụ tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp lưới, cho phép xác định được góc điều khiển α
- Ưu điểm của mạch tạo xung đồng bộ bằng biến áp điểm giữa:
+ Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với mạch điều khiển thường là điện áp thấp.
+ Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển cới mạch lực Điều này đảm bảo an toàn cho ngưới sử dụng cũng như các linh kiện điều khiển
+ Điện áp xoay chiều 220 V được đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp đồng pha (sử dụng máy biến áp điểm giữa) Sụt áp trên điện trở R1 (U3) chính là điện áp cấp vào cổng đảo của khuyếch đại thuật toán (OA)
Nửa chu kỳ đầu U2 >0 và UA < 0 ị D1 dẫn
Nửa chu kỳ sau U2
