Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có đảo chiều

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện b

Trang 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Ngành đào tạo:Kỹ thuật điện

Khóa học:2010 - 2011

Giáo viên hướng dẫn:Nguyễn Văn Diên

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Long

Phạm Thị Loan

Đinh Thị Liên

1/ Tên đề tài

“Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có đảo chiều”

2/ Số liệu cho trước

Tài liêu tham khảo, các học phần lý thuyết đã thực hiện

3/ Nội dung cần hoàn thành

1- các phương pháp điều chỉnh tốc độ quay động cơ 1 chiều

2- Thiết kế chế tạo mạch điều khiển động cơ 1 chiều công suất nhỏ.3- Tính chọn các phần tử trong mạch

4- Sản phẩm (mô hình mạch điều khiển tấc độ đông cơ 1 chiều có đảo chiều theo thiết kế) Quyển thuyết minh và các bản vẽ mô tả nội dung của đề tài

Giảng viên hướng dẫn

GVHD:Nguy ễn Văn Diên

Trang 3

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, các thiết bị biến đổi điện năng dùng các linh kiện bán dẫn công suất đã được sử dụng nhiều trong công nghiệp và đời sống nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng caocủa xã hội.Vì thế môn học Điện Tử Công Suất là một trng nhưng môn khoa học đặc biệt trong các trường kỹ thuật để người học có điều kiện học tập nghiên cứu ra nhưng ứng dụng phục vụ cho thực tiễn.Tuy nhiên nhưng ứng dụng đó vẫn chưa được khai thác triệt để trong hệ thống điều khiển, đo lường và điều chỉnh

Trong quá trình học tập tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên được sự chỉ đạo của nhà trường, của Khoa Điện – Điện Tử và đặc biệt

khiển tốc độ động cơ một chiều có đảo chiều ”.Và trong cuốn thuyết minh

này nhóm chúng em đã trình bày được những vấn đề cơ bản mà đề tài đã yêu cầu.Tuy nhiên với thời gian và kiến thức còn có hạn chế nên nội dung còn

có nhiều thiếu sót chúng em rất mong nhận được nhưng ý kiến đóng góp của các thầy cô và toàn thể các bạn để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin trân thành cảm ơn!

GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang3

Trang 4

1.4 Nguyên lý làm việc máy điện một chiều 11

Chương II: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.

2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ 14

2 2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng 16

2.3.Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổi điện

áp nguồn 18 2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp PWM

CHƯƠNG III: Thiết kế và nguyên lý làm việc của mạch điều khiển tốc

độ động cơ một chiều có đảo chiều (PWM)

3.1.lựa chọn linh kiện 22

Trang 5

3.4 Ưu điểm, nhược điểm của mạch 42

Trang 6

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Khái quát về máy điện một chiều

Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với

stato Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto) Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay Chính xác hơn, lực điện từ trên một đơn vị chiều dài thanh dẫn là

tích có hướng của vectơ mật độ từ thông B và vectơ cường độ dòng điện I

Dòng điện phần ứng được đưa vào rôto thông qua hệ thống chổi than và cổ góp Cổ góp sẽ giúp cho dòng điện trong mỗi thanh dẫn phần ứng được đổi chiều khi thanh dẫn đi đến một cực từ khác tên với cực từ mà nó vừa đi qua (điều này làm cho lực điện từ được sinh ra luôn luôn tạo ra mômen theo một chiều nhất định)

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy điện quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc

độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải

mà điều quan trọng là các ngành công nhiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn(dễ phát sinh tia lửa điện)… nhưng do những ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất

Trang 7

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng

10000KW ,điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000V Hướng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động

cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn…

1.2 Cấu tạo chung

Động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:

Trang 8

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên trên các cực từ Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau

Ngoài ba bộ phận chính trên còn có các bộ phận khác như: Nắp máy,

cơ cấu chổi than

hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện

chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò

xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cố định lên giá chổi than

và cách điện với giá đó Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than đúng chỗ

Trang 9

a Lõi sắt phần ứng

Dùng để dẫn từ Thường làm bằng những tấm thép KTĐ (thép hợp kim silix) dày 0.5 mm bôi cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

b Dây quấn phần ứng

Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vài kilowatt) thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để

đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay lit

ba-ke-c Cổ góp

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng

1.3 Phân loại máy điện

Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động

cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp

Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích thích song song là giống nhau nên khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ kích từ độc lập để có thể điều chỉnh ḍng điện kích thích được thuận tiện do đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đ̣i hỏi có ḍng bên ngoài

Trang 10

- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song

- Động cơ điện kích thích nối tiếp

- Động cơ điện kích từ hỗn hợp

1.4 Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là

bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ

cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động

cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên

ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

I = (VNguon − VPhanDienDong) / RPhanUng

GVHD:Nguyễn Văn Diên Trang10

Trang 11

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

P = I * (VPhanDienDong)

*Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện một chiều

Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay Để làm cho rô to quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Rô to

1 Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:

Trang 12

Với:

- Φ: Từ thông trên mỗi cực( Wb)

- Iư: dòng điện phần ứng (A)

- V : Điện áp phần ứng (V)

- Rư: Điện trở phần ứng (Ohm)

- omega : tốc độ động cơ(rad/s)

- M : moment động cơ (Nm)

- K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

Trang 13

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC

2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ: 2.1.1Nguyên lý điều chỉnh:

Giả thiết ban đầu động cơ đang làm việc với dòng kích từ định mức và tải là

Mc Khi đó điểm làm việc sẽ là điểm a trên đặc tính tự nhiên (hình 1.5.b)

thêm điện trở điều chỉnh Rf.k vào mạch

kích từ thì dòng ikt sẽ giảm và từ thông

nên tốc độ biến đổi chậm hơn từ thông,

Eư

ikt KT Rkt

Hình 1.4.Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh từ thông của động cơ một chiều.

Trang 14

do đó sức điện động phần ứng giảm

xuống và dòng điện phần ứng tăng lên

Hình 1.5 Đặc tính dòng a) và đặc tính cơ b) của động cơ điện một chiều

Nếu từ thông chỉ giảm trong một phạm vi nào đủ nhỏ nào đó, thì hiện tượng nêu trên làm tăng momen của động cơ, nghĩa là momen Mb của động

cơ lúc đó lớn hơn momen tải (Mb > Mc) và truyền động sẽ tăng tốc Mặt khác, do tốc độ tăng lên sức điện động phần ứng tăng và dòng phần ứng giảm Kết quả là momen của động cơ giảm dần cho đến khi cân bằng với

1.5.b)

Nếu từ thông giảm đến một mức nào đó, thì dòng phần ứng sẽ tăng rất lớn và gây sụt áp quá lớn trên điện trở mạch phần ứng Nói cách khác,

trường hợp này tổn thất trong mạch chính tăng quá lớn làm năng lượng điện

từ chuyển cho động cơ giảm đi Kết quả là momen động cơ trở nên nhỏ hơn momen tải (Md < Mc ), và truyền động sẽ giảm tốc Tương tự như trên, sau

2.1.2 Ưu điểm, nhược điểm:

Từ phương trình đặc tính cơ (1-3), viết lại dưới dạng sau:

Trang 15

ω = ωo - β

M

(1-4)

R

) K ( Φ 2

và tốc độ không tải lý tưởng

tăng Do đó sai số tĩnh sẽ là:

R M

o

ω β

(1-5)Biểu thức (1-5) cho thấy sai số tĩnh tỷ lệ nghịch với từ thông Do đó khi điều chỉnh giảm từ thông thì độ chính xác duy trì tốc độ không cao

Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ

không cho phép nâng dòng kích từ lên lớn hơn giá trị định mức Mặt khác,

do mạch từ khi từ thông định mức đã bão hoà nên nếu có cho phép tăng dòng kích từ đi nữa, thì từ thông cũng không tăng đáng kể

Nói chung phương pháp điều chỉnh từ thông có giải điều chỉnh không

động cơ (và khi tốc độ lớn sẽ làm điện áp giữa các phiến góp lớn Uph = 2.Eph

=2.B.l.v, có thể xuất hiện tia lửa điện) Những động cơ thông dụng chỉ cho

Trang 16

Về mặt kinh tế thì phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao Nó không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp, công suất mạch điều chỉnh nhỏ và năng lượng tổn thất không nhiều

2.2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng:

Phương pháp này còn được gọi là “phương pháp biến trở” có thể dùng cho các động cơ một chiều kích từ nối tiếp, kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp

Sơ đồ điều chỉnh được vẽ trên hình 1.6a, các đặc tính cơ được vẽ trên hình 1.6b

2.2.1 Nguyên lý điều chỉnh:

Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với đặc tính tự nhiên có tải là

vào mạch phần ứng Khi đó dòng phần ứng Iư giảm đột biến, còn tốc độ do quán tính nên chưa kịp biến đổi (bỏ qua quán tính điện từ của mạch phần

làm cho momen của động cơ giảm theo nên M < Mc và tốc độ giảm xuống

theo làm cho dòng Iư tăng lên Kết qủa là momen tăng dần cho đến khi M =

a’

đttn (Rf=0) đtnt (Rf ≠0)

Trang 17

Trang 18

Trang 19

Trang 20

Trang 21

Trang 22

Trang 23

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Trang 32

Trang 33

Trang 34

Trang 35

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	788,5 KB