Damh3 Đề tài thiết kế, chế tạo mạch xung Áp một chiều Ứng dụng Điều khiển tốc Độ quay Động cơ một chiều công suất nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊNKHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH XUNG ÁP MỘT CHIỀU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY ĐỘNG

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH XUNG ÁP MỘT CHIỀU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY ĐỘNG CƠ MỘT

CHIỀU CÔNG SUẤT NHỎ

Giảng viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện 1 :

Mã sinh viên :

Sinh viên thực hiện 2 :

Mã sinh viên :

Hưng Yên, 2023

Trang 2

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

Trang 3

MỤC LỤC

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 2

LỜI NÓI ĐẦU 6

MỞ ĐẦU 7

1 Tính cấp thiết của đề tài 7

2 Cấu trúc đề tài 7

3 Lời cảm ơn 8

4. Sinh viên thực hiện 8

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 9

1.1 Khái niệm về động cơ điện một chiều 9

1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 9

1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều 10

1.4 Phân loại 11

1.5 Các đại lượng định mức 11

1.6 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện một chiều 12

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠCH XUNG ÁP MỘT CHIỀU 13

2.1 Khái niệm về bộ biến đổi điện áp một chiều 13

2.2 Nguyên lý chung 13

2.3 Phân loại và sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi điện áp DC 15

2.3.1 Phân loại 15

2.3.2 Cấu trúc bộ biến đổi điện áp DC 18

2.4 Khái quát về phương pháp PWM 19

2.5 Ưu, nhược của PWM 22

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH XUNG ÁP MỘT CHIỀU PWM 24

3.1 Lựa chọn mạch lực 24

3.1.1 Nguyên lý hoạt động 25

3.1.2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán trong mạch 25

Trang 4

̶} Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dâyquấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ,dây quấn 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 dòng điệnxoay chiều thành một chiều

̶} Các bộ phận khác: Cánh quạt, trục máy

Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

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

Hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ Khi đặt vào trong từ trường một dâydẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực vào dòng điện( vào dây dẫn ) và làm cho dây dẫn chuyển động Chiều của từ lực được xác định theoquy tắc bàn tay trái

Khi cho dòng điện kích thích vào cuộn dây kích thích Stato, trong khe hở không khí

sẽ sinh ra từ thông Còn khi cho dòng điện phần ứng đi vào cuộn dây phần ứng đặt trong

Trang 5

3 Lời cảm ơn

Khi bắt đầu chọn một đề tài để làm một bài báo cáo đồ án môn học hoàn chỉnh đúng vớiyêu cầu của giáo viên bộ môn, cũng như đúng với yêu cầu về khuôn mẫu chuẩn của mộtbài báo cáo đồ án môn học, chúng em đã có một sự chuẩn bị rất chu đáo

Để có được một bài báo cáo không chỉ chuẩn, đẹp, đúng khuôn mẫu mà nội dung của bàibáo cáo đồ án cũng như đề tài phải phù hợp, thực tế, rõ ràng, đáng tin cậy Do đó em cầnphải tham khảo nhiều nguồn tài liệu để hỗ trợ cho công việc thực hiện đồ án của em Vìthế em chân thành cảm ơn các tác giả của những trang web điện tử và tác giả kỹ sư, … đãcung cấp cho em những nguồn tài liệu quan trọng để em hoàn thành bài báo cáo đồ ánnày

Khi đã có được khuôn mẫu của bài báo cáo đồ án và đã chọn được cho mình một đề tàiphù hợp em đã cố gắng hoàn thành bài đồ án này Nhưng không tránh khỏi những thiếusót trong in ấn cũng như chọn mua linh kiện trên thị trường đã làm cho em gặp không ítnhững khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án và tạo ra sản phẩm Mong thầy cô và cácbạn thông cảm, thứ lỗi cho những gì còn chưa vừa ý

Trong quá trình thực hiện đề tài em xin chân thành cảm ơn thầy giáo:

đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đề tài này Do khả năng kiến thức bản thân cònhạn chế đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong

sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài đượchoàn thiện hơn

Chân thành cảm ơn sự quan tâm và tham khảo của thầy cô và các bạn!

4 Sinh viên thực hiện

Trang 6

Trang 7

sẽ sinh ra từ thông Còn khi cho dòng điện phần ứng đi vào cuộn dây phần ứng đặt trongdây quấn sẽ sinh ra momen điện từ trên trục máy kéo roto quay Vì vậy, chiều quay củamáy trùng 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 giátrị F = B.l.i

Trang 8

Trang 9

Trang 10

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trong các ngành công nghiệp hiện đại, máy điện một chiều được xem làmột loại máy quan trọng không thể thiếu trong sản xuất Nó có thể dùng làm động cơđiện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác nhau tùy theo mụcđích sử dụng Động cơ điện một chiều có mặt trong các lĩnh vực như công nghiệp giaothông vận tải và các thiết bị cần điều khiển ở tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như máy cán ép, máy công cụ lớn, đầu máy điện, …)

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ hay máy phát tùy

ý theo điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều

là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải, động cơ điện một chiều có thể điều chỉnh rộng

và chính xác các cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chấtlượng cao

Nhược điểm của động cơ một chiều có giá thành đắt hơn các động cơ xoay chiềukhác do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản phức tạp hơn Động cơ điệnmột chiều có công suất nhỏ khoảng 75% đến 85% Động cơ điện một chiều có côngsuất trung bình và lớn khoảng 85% đến 95% Công suất lớn nhất của động cơ điện mộtchiều vào khoảng 1000KW, điện áp vào khoảng vài trăm đến 1000V Động cơ điện mộtchiều ngày càng được cải tiến các tính năng với chất lượng tốt hơn, nâng cao chỉ tiêukinh tế của động cơ và chế tạo những máy có công suất lớn hơn

2 Cấu trúc đề tài

- Đề tài “Thiết kế, chế tạo mạch xung áp một chiều ứng dụng điều khiển động

Trang 11

sẽ sinh ra từ thông Còn khi cho dòng điện phần ứng đi vào cuộn dây phần ứng đặt trongdây quấn sẽ sinh ra momen điện từ trên trục máy kéo roto quay Vì vậy, chiều quay củamáy trùng 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 giátrị F = B.l.i

Trang 12

Trang 13

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều 9

Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 10

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý chung mạch băm xung điện áp một chiều và dạng điện áp, dòng điện trên tải 13

Hình 2.2 Xung áp một chiều 15

Hình 2.3 Sơ đồ mạch xung áp một chiều song song 16

Hình 2.4: Sơ đồ xung áp nối tiếp, song song phối hợp 18

Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc chung mạch bộ biến đổi điện áp DC 18

Hình 2.5: Đồ thị dạng xung điều chế PWM 19

Hình 2.6 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra 20

Hình 3.1: Sơ đồ mạch động lực sử dụng van BJT 24

Hình 3.2: Sơ đồ mạch in 25

Hình 3.3: Sơ đồ mạch tạo dao động sử dụng IC NE555 26

Hình 3.4: Dạng sóng điện áp đầu xung vuông đầu ra 26

Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo mạch tạo xung vuông sử dụng IC NE555 có thể thay đổi độ rộng xung nhưng không thay đổi tần số 31

Hình 3.6: Dạng điện áp xung vuông đầu ra 31

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 36

Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch dao động 38

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch 41

Hình 5.1: Hình ảnh mạch thực tế 43

Trang 14

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quátrình công nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thốngtruyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tựđộng hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tửcông suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so vớicác hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động cơ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất và

truyền động điện chúng em đã được giao thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo mạch

xung áp một chiều ứng dụng điều khiển động cơ điện một chiều công suất nhỏ” Với

sự hướng dẫn của, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nênkhông thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiệnhơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Trang 15

Trang 16

Trang 17

3.2 Mạch tạo dao động 26

3.3 Mạch dao động sử dụng NE555 có khả năng thay đổi độ rộng xung nhưng vẫn giữ nguyên tần số 30

3.4 Khối nguồn 36

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG IC NE555 38

4.1 Tính toán mạch tạo dao động 38

4.2 Tính toán chọn mạch lực 40

4.2.1 Chọn van công suất V1 40

4.2.2 Chọn Diode D1, D2 40

4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch 41

4.4 Nguyên lý hoạt động 42

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43

1 Hình ảnh mạch thực tế 43

2 Kết luận 43

3 Hướng phát triển của đề tài 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

Trang 18

Trang 19

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU1.1 Khái niệm về động cơ điện một chiều.

Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current Motors) là

động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác

thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều.

1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Kết cấu của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh và phần động

a Phần tĩnh (stato): 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 quấn kích

từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện haythép cacbon ghép lại Trong máy điện nhỏ, có thể dùng thép khối Dây quấn kích từđược quấn bằng dây đồng có bọc cách điện

̶} Cực từ phụ: Được đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép củacực từ phụ thường được làm bằng thép khối Dây quấn của cực từ phụ giống nhưdây quấn của cực từ chính

̶} Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ động cơ

b Phần động(roto):

Gồm các bộ phận sau:

̶} Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ Thường dùng những lá thép kỹ thuật điện có phủcách điện mỏng hai mặt ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

Trang 20

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều 9

Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 10

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý chung mạch băm xung điện áp một chiều và dạng điện áp, dòng điện trên tải 13

Hình 2.2 Xung áp một chiều 15

Hình 2.3 Sơ đồ mạch xung áp một chiều song song 16

Hình 2.4: Sơ đồ xung áp nối tiếp, song song phối hợp 18

Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc chung mạch bộ biến đổi điện áp DC 18

Hình 2.5: Đồ thị dạng xung điều chế PWM 19

Hình 2.6 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra 20

Hình 3.1: Sơ đồ mạch động lực sử dụng van BJT 24

Hình 3.2: Sơ đồ mạch in 25

Hình 3.3: Sơ đồ mạch tạo dao động sử dụng IC NE555 26

Hình 3.4: Dạng sóng điện áp đầu xung vuông đầu ra 26

Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo mạch tạo xung vuông sử dụng IC NE555 có thể thay đổi độ rộng xung nhưng không thay đổi tần số 31

Hình 3.6: Dạng điện áp xung vuông đầu ra 31

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 36

Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch dao động 38

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch 41

Hình 5.1: Hình ảnh mạch thực tế 43

Trang 21

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU1.1 Khái niệm về động cơ điện một chiều.

Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current Motors) là

động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác

thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều.

1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Kết cấu của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh và phần động

a Phần tĩnh (stato): 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 quấn kích

từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện haythép cacbon ghép lại Trong máy điện nhỏ, có thể dùng thép khối Dây quấn kích từđược quấn bằng dây đồng có bọc cách điện

̶} Cực từ phụ: Được đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép củacực từ phụ thường được làm bằng thép khối Dây quấn của cực từ phụ giống nhưdây quấn của cực từ chính

̶} Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ động cơ

b Phần động(roto):

Gồm các bộ phận sau:

̶} Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ Thường dùng những lá thép kỹ thuật điện có phủcách điện mỏng hai mặt ghép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

Trang 22

Trang 23

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều 9Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 10Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý chung mạch băm xung điện áp một chiều và dạng điện áp, dòng điện trên tải 13Hình 2.2 Xung áp một chiều 15Hình 2.3 Sơ đồ mạch xung áp một chiều song song 16Hình 2.4: Sơ đồ xung áp nối tiếp, song song phối hợp 18Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc chung mạch bộ biến đổi điện áp DC 18Hình 2.5: Đồ thị dạng xung điều chế PWM 19Hình 2.6 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra 20Hình 3.1: Sơ đồ mạch động lực sử dụng van BJT 24Hình 3.2: Sơ đồ mạch in 25Hình 3.3: Sơ đồ mạch tạo dao động sử dụng IC NE555 26Hình 3.4: Dạng sóng điện áp đầu xung vuông đầu ra 26Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo mạch tạo xung vuông sử dụng IC NE555 có thể thay đổi độ rộng xung nhưng không thay đổi tần số 31Hình 3.6: Dạng điện áp xung vuông đầu ra 31Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 36Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch dao động 38Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch 41Hình 5.1: Hình ảnh mạch thực tế 43

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Trang 28

Trang 29

MỞ ĐẦU

cơ điện một chiều công suất nhỏ” của chúng em gồm 3 chương:

+ Chương I: Tổng quan về động cơ điện một chiều

+ Chương II: Tổng quan về mạch xung áp một chiều

+ Chương III: Thiết kế và chế tạo mạch

Trang 30

MỞ ĐẦU

Trang 31

3.2 Mạch tạo dao động 26 3.3 Mạch dao động sử dụng NE555 có khả năng thay đổi độ rộng xung nhưng vẫn giữ nguyên tần số 30 3.4 Khối nguồn 36CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU SỬ DỤNG IC NE555 384.1 Tính toán mạch tạo dao động 38 4.2 Tính toán chọn mạch lực 40 4.2.1 Chọn van công suất V1 40 4.2.2 Chọn Diode D1, D2 40 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch 41 4.4 Nguyên lý hoạt động 42KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43

3 Hướng phát triển của đề tài 44TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

Trang 32

MỞ ĐẦU

Trang 33

Hình 1.1 Động cơ điện một chiều 9Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 10Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý chung mạch băm xung điện áp một chiều và dạng điện áp, dòng điện trên tải 13Hình 2.2 Xung áp một chiều 15Hình 2.3 Sơ đồ mạch xung áp một chiều song song 16Hình 2.4: Sơ đồ xung áp nối tiếp, song song phối hợp 18Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc chung mạch bộ biến đổi điện áp DC 18Hình 2.5: Đồ thị dạng xung điều chế PWM 19Hình 2.6 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra 20Hình 3.1: Sơ đồ mạch động lực sử dụng van BJT 24Hình 3.2: Sơ đồ mạch in 25Hình 3.3: Sơ đồ mạch tạo dao động sử dụng IC NE555 26Hình 3.4: Dạng sóng điện áp đầu xung vuông đầu ra 26Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo mạch tạo xung vuông sử dụng IC NE555 có thể thay đổi độ rộng xung nhưng không thay đổi tần số 31Hình 3.6: Dạng điện áp xung vuông đầu ra 31Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 36Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch dao động 38Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch 41Hình 5.1: Hình ảnh mạch thực tế 43

Trang 34

Trang 35

Trang 36

Trang 37

Tiêu đề	Đề tài: Thiết kế, Chế tạo Mạch Xung Áp Một Chiều Ứng dụng Điều Khiển Tốc Độ Quay Động Cơ Một Chiều Công Suất Nhỏ
Người hướng dẫn	Giảng viên hướng dẫn
Trường học	Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
Chuyên ngành	Điện - Điện tử
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hưng Yên

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	2,82 MB