điều khiển máy điện

điều khiển xe nâng hàng

Trang 1

Đồ án môn học Thiết kế bộ nguồn băm xung điều khiển xe nâng hàng

LỜI NÓI ĐẦU

Ứng dụng Điện tử công suất trong truyền động điện – điều khiển tốc độ

động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển Các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển đi kèm Do đó khi thực hiện đồ án em đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, những công nghệ mới trong lĩnh vực điều khiển các phần tử bán dẫn công suất Với yêu cầu thiết kế mạch băm xung một chiều để điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập có yêu cầu đảo chiều quay theo nguyên tắc đối xứng , em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương

án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế Với hy vọng đồ án điện tử công suất này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng được trong thực tế nên em đã cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ và tính toán cụ thể các thông số của các sơ đồ mạch

Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi

và quyết tâm cao nhất tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em làm đồ án, và đặc biệt do trình độ hiểu biết của chúng em còn nhiều hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp ý của cácthầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứngdụng thực tế của nó để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.Và em hi vọng trong một tương lai không xa, chúng em có thể áp dụng những kiến thức và hiểu biết thu được từ chính đồ án trong cuộc đời sinh viên của mình vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong các đồ án sau này

Trong quá trình làm đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo rất tận tình của thầy giáo Trần Văn Thịnh Em xin chân thành cảm ơn thầy

Trang 2

Chương I :Giới thiệu về động cơ điện một chiều

I.1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng , không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt của con người Nó luôn đi trước một bước làm tiền đề nhưng cũng là mũi nhọn quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp Không một quốc gia nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải , cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng

cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những 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 Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94% Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000v Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy

Sinh viên: Bùi Đình Bằng-Lớp Kỹ thuật điện 1-k54 Page 2

Trang 3

với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng Đây là một trong những phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay để điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động cơ theo phương pháp đối xứng Đây là một phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm nổi bật của nó mà chúng em sẽ phân tích và đề cập sau này

I.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều

I.2.1) Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người

ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện loại:

- Kích thích độc lập: khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :I = Iư

- Kích thích song song: khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp

ko đổi, mạch kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It

- Kích thích nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích

từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It

- Kích thích hỗn hợp ta có: I = Iu +It Với mỗi loại động cơ trên thì sẽ tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Trong đề tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này

I.2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

+Phương trình đặc tính cơ: là phương trình biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ (n)

và mômen (M) của động cơ có dạng chung:

Trang 4

Thông qua phương trình này, ta có thể thấy được sự phụ thuộc của tốc độ động cơvào mômen động cơ và các thông số khác (mômen, từ thông ), từ đó đưa ra phương án để điều chỉnh động cơ (tốc độ) với phương án tối ưu nhất Với những điều kiện Uư = const, It = const thì từ thông của động cơ hầu như không đổi, vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng Thường dạng của đặc tính là đường thẳng mà giao điểm với trục tung ứng với mômen ngắn mạch còn giao điểm với trục tung ứng với tốc độ không tải của động cơ.

Người ta đưa thêm đại lượng M

Để hiểu được nguyên lý và lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước hết ta

đi xét đặc tính của động cơ điện Đó là quan hệ giữa tốc độ quay với mômen (hoặc dòng điện) của động cơ

Trang 5

+Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ: nếu động cơ vận hành ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện kháng, điện trở vào động cơ) Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có các điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, ωđm

+Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các tham số nguồn hoạc nối thêm các đIện trở, điện kháng

Để so sánh các đặc tính cơ với nhau, người ta đưa ra khái niệm độ cứng của đặc tính cơ: β=ΔΜ/Δω (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc)

a) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ kích từ độc lập được thể hiện như dưới đây:

Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau: gọi là động cơ điện kích

từ độc lập

Trang 6

Trang 7

Trang 8

b) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều là một trong các nội dung chính của truyền động điện nhằm đáp ứng các yêu cầu công nghệ nào đó của các máy sản xuất.Điều chỉnh tốc độ là dùng phương pháp thuần tuý điện tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của động cơ điện Tốc độ quay của động cơ điện thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải ,của nguồn hay chế độ làm việc như mở máy ,hãm máy và do đó gây ra các sai số so với tốc độ ,kĩ thuật mong muốn Trong các hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào

Trang 9

Trang 10

Trang 11

c) Kết luận

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có nhiều hạn chế so với phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phương pháp thay đổi từ thông bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí: đó chính là điều kiện chuyển mạch của cổ góp điện Cụ thể phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có các ưu điểm hơn như sau :

1 - Hiệu suất điều chỉnh cao (phương trình điều khiển là tuyến tính, triệt để) hơn

khi ta ding phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng nên tổn hao công suất điêù khiển nhỏ

2 - Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômen ngắn

mạch giảm, dòng ngán mạch giảm Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động

cơ

Trang 12

3 - Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen điều chỉnh

xác định là như nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải có nguồn áp điều chỉnh được xong nó

là không đáng kể so với vai trò và ưu đIểm của nó Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi

Trang 13

Trang 14

năng lượng đặc biệt hãm động năng tự kích vì không tiêu thụ năng lượng từ lưới Sử dụng được kể cả khi mất điện.

Trang 15

II.1.1 Phương pháp thay đổi độ rộng xung

Trang 16

Trang 17

Trang 18

a Sơ đồ mắc như sau:

Trang 19

a) Sơ đồ nguyên lý

Trang 20

d.)Tính toán các thông số trên sơ đồ.

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

Trang 36

Trang 37

Chương 3: Thiết kế mạch lực

Trang 38

Sơ đồ mạch lực:

III.1 Tính chọn van

III.1.1 Chọn Đi ốt

Qua phân tích mạch lực ở phần II ta thấy rằng: Dòng điện trung bình chạy qua đi

ốt ID = − (1 γ ) Id với dòng điện định mức của động cơ là Id =41,7( )A , Chọn chế độ

làm mát là các van có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép tới 50%Id Vậy dòng điện van cần chọn là Iv=41,7/50%=83,4(A) Và điện áp ngược cực đại trên mỗi van là Uv=48*2,5=120(V)

Từ 2 thông ssos trên ta chọn Đi ốt là: MDR100A30 với Imax=100(A) và Un=300(V)

III.1.2 Chọn van bán dẫn IGBT

Qua tính toán ở tren ta được dòng điện trung bình qua van là I IGBT =γI d với tải

có dòng điện định mức là Id=41,7(A), Chọn chế độ làm mát là các van có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép tới 50%Id Vậy dòng điện van cần chọn là Iv=41,7/50%=83,4(A) Điện áp Udm=48(V) ta chọn hệ số quá áp là 2,5 khi đó Uce=2,5*Udm=2,5*48=120(V)

Từ 2 thông số trên ta chọn IGBT MG200J1ZS50 do hãng Toshba sản xuất và có Ic=200(A) và Uceo=500(V)

III.2 Chọn dây dẫn

Trang 39

Ta có dòng điện định mức của động cơ là Idm=41,7(A) chọn mật độ dòng điện

là 2(A/mm2) tính tới sự quá dòng ta chọn dây dẫn là dây đồng có kích thước lõi là 1,45*18(mm) với cách điện mỗi phía dày 0,3(mm)

III.3 Chọn thiết bị bảo vệ

Chọn aptomat : Dòng điện aptomat Iap=41,7*1,1=45,9(A) điện áp Uap>1,5*48=72(V) Từ thông số đó ta chọn Aptomat EZC100N của hãng Schneider

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN IV.1 Yêu cầu chung của mạch điều khiển

Trang 40

Mạch điều khiển điều khiển băm xung áp một chiều cần được xây dựng theo các nguyên tắc và yêu cầu sau:

• Tạo được xung mở IGBT có biên độ điện áp, độ rộng theo yêu cầu điều khiển

• Tạo được 2 kênh điều khiển 2 nhóm van IGBT theo luật điều khiển đối xứng

• Đảm bảo phạm vi điều chỉnh γ của các IGBT tương ứng với phạm vi thay đổi tốc độ của PMDM là 25:1

• Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt

• Đảm bảo các van đóng, mở an toàn tức là nhóm van này khóa chắc chắn thì nhóm van còn lại mới được mở

• Tần số làm việc của mạch điều khiển là 2kHz

Sơ đồ khối mạch điều khiển :

Trang 41

Trang 42

Trang 43

Trang 44

Trang 45

Trang 46

Trang 47

Chọn cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển

Chọn bộ ghép quang loại 4N35 có thông số : dòng vào chạy qua Diot cực đại 60mA, dòng ra trên Colector tranzitor quang cực đại 150mA, điện áp tranzitor 30V, điện áp cách ly 3350V

Chọn điện trở treo 10

12 12

1.2( )0.01

Trang 48

Chương I Giới thiệu về động cơ một chiều……… 2

I.1 Đặt vấn đề……… 2

I.2 Tổng quan chung về động cơ một chiều………3

I.3 Các vấn đề đặt ra khi điều khiển động cơ một chiều………12

Chương II Đại cương về băm xung áp một chiều……….15

II.1 Giới thiệu nguyên lý cơ bản của băm xung áp một chiều…… 15

II.2 Giới thiệu các sơ đồ băm xung áp một chiều……… 18

II.3 Kết luận và đưa ra lựa chọn cho bài toán……….37

Chương III Thiết kế mạch động lực……… 39

III.1 Tính chọn các van bán dẫn……… 39

III.2 Tính chọn tiết diện dây dẫn……….40

III.3 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực……….40

Chương IV Thiết kế mạch điều khiển……… 41

IV.1 Các yêu cầu chung……… 41

IV.2 Nguyên lý hoạt động chi tiết của từng phần tử và lựa chọn… 42

Tài liệu tham khảo……… 49

Tài liệu tham khảo

• Bùi Quốc khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền; Truyền động điện;

NXBKHKT; 1996

Tiêu đề	Điều Khiển Máy Điện
Tác giả	Bùi Đình Bằng
Người hướng dẫn	Trần Văn Thịnh
Trường học	Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điện tử công suất
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	3,95 MB