ĐỀ TÀI " Thiết kế mạch băm xung một chiều có đảo chiều để điều chỉnh động cơ môṭ chiều kích từ độc lập "

Chia sẻ: Pham Thuy | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

316
lượt xem 106
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: Khuếch đại từ, máy phát...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỀ TÀI " Thiết kế mạch băm xung một chiều có đảo chiều để điều chỉnh động cơ môṭ chiều kích từ độc lập "

LỜI MỞ ĐÂU ̀ Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước. Sự ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn c ủa các ph ần t ử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các h ệ th ống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truy ền động thông thường như: Khuếch đại từ, máy phát - động cơ ... Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong n ội dung môn h ọc Đi ện t ử công suất chúng em đã được giao thực hiện đề tài: Thiết kế mạch băm xung môt ̣ chiêu có đao chiêu để điêu chinh đông cơ môt chiêu kich từ đôc lâp. ̀ ̉ ̀ ̀ ̉ ̣ ̣ ̀ ́ ̣ Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Nguyên Thị Minh Tâm chúng em đã tiến hành nghiên cứu,thiết kế đề tài và hoàn thành đúng th ời h ạn được giao. Trong quá trình thực hiện đề tài do kh ả năng và ki ến th ức th ực t ế có hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót kính mong thầy cô, và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn Chương I: Tông quan về đông cơ điên môt chiêu kich từ đôc lâp ̉ ̣ ̣ ̣ ̀ ̣̣ 1.1 Thị trường đông cơ điên môt chiêu ̣ ̣ ̣ ̀ GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 1 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Cung với sự phat triên phat ngay cang manh mẽ cua cac nganh công nghiêp cả ̀ ́ ̉ ́ ̀ ̀ ̣ ̉ ́ ̀ ̣ về chiêu rông lân chiêu sâu, điên và cac may điên đong vai trò rât quan trong, ̀ ̣ ̃ ̀ ̣ ́ ́ ̣ ́ ́ ̣ không thể thiêu được trong phân lớn cac nganh công nghiêp và đời sông sinh ́ ̀ ́ ̀ ̣ ́ hoat con người. Nó luôn đi trước môt bước lam tiên đề nhưng cung là mui ̣ ̣ ̀ ̀ ̃ ̃ nhon quyêt đinh sự thanh công cua cả môt hệ thông san xuât công nghiêp. ̣ ̣́ ̀ ̉ ̣ ́ ̉ ́ ̣ Không môt quôc gia nao, môt nên san xuât nao không sử dung điên và may ̣ ́ ́ ̣ ̀ ̉ ́ ̀ ̣ ̣ ́ ̣ điên. Do tinh ưu viêt cua hệ thông diên xoay chiêu: dễ san xuât, dễ truyên tai..., cả ́ ̣ ̉ ́ ̣ ̀ ̉ ́ ̀ ̉ may phat và đông cơ điên xoay chiêucó câu tao đơn gian và công suât lớn, dễ ́ ́ ̣ ̣ ̀ ́ ̣ ̉ ́ vân hanh... mà may điên( đông cơ điên) xoay chiêu ngay cang được sử dung ̣ ̀ ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ̀ ̀ ̣ rông rai và phổ biên. Tuy nhiên đông cơ điên môt chiêu vân giữ môt vị trí nhât ̣ ̃ ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ̃ ̣ ́ đinh như: trong công nghiêp giao thông vân tai, và nôi chung ở cac thiêt bi ̣ cân ̣ ̣ ̣̉ ́ ́ ́ ̀ điêu khiên tôc độ quay liên tuc trong pham vi rông(như trong can thep,may ̀ ̉ ́ ̣ ̣ ̣ ́ ́ ́ công cụ lớn, đâu may điên...) Măc dù so với đông cơ không đông bộ để chế tao ̀ ́ ̣ ̣ ̣ ̀ ̣ đông cơ điên môt chiêu cung cỡ thì gá thanh đăt hơn do sư dung kim loai nhiêu ̣ ̣ ̣ ̀ ̀ ̀ ́ ̣ ̣ ̀ hơn, chế tao bao quan cổ gop hức tap hơn... nhưng do đó nhuwngx ưu điên cua ̣ ̉ ̉ ́ ̣ ̉ ̉ nó mà may điên môt chiêu vân không thể thiêu trong nên san xuât hiên đai. ́ ̣ ̣ ̀ ̃ ́ ̀ ̉ ́ ̣ ̣ 1.2 Đông cơ điên môt chiêu kich từ đôc lâp và cac phương phap điêu khiên ̣ ̣ ̣ ̀ ́ ̣ ̣ ́ ́ ̀ ̉ đao chiêu đông cơ ̉ ̀ ̣ 1.2.1 Đông cơ điên môt chiêu kich từ đôc lâp ̣ ̣ ̣ ̀ ́ ̣̣ Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor) 1.2.1.1 Phần tĩnh (stator) Gồm các phần chính sau: a. Cực từ chính: GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 2 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực t ừ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm b ằng nh ững lá thép k ỹ thuật điện. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện. b. Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều c. Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy. d. Các bộ phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than. 1.2.1.2 Phần quay (rotor) Gồm các bộ phận sau: a. Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng nh ững lá thép k ỹ thu ật điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có d ập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào b. Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng đi ện ch ạy qua. Th ường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nh ật. Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép. c. Cổ góp: Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đ ổi chi ều dòng đi ện xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và h ợp thành m ột hình tr ụ GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 3 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
tròn. Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các ph ần t ử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. d. Các bộ phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. - Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép Cacbon tốt. 1.2.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: b n F®t I + A a I c F ®t d B - Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 ch ổi than A và B trong dây qu ấn ph ần ứng có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi. Khi động c ơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E ư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn gọi là sức phản điện động. Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 4 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Rư: điện trở phần ứng Trong đó: Iư: dòng điện phần ứng ; Eư: sức điện động Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chi ều kích rừ độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ. - + U- E I KT IKT Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập UKT - + 1.2.1.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ. Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông...) động cơ v ận hành ở ch ế độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm). Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đ ổi các thông s ố nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ. Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái ni ệm đ ộ c ứng đặc tính cơ được tính như sau lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng. GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 5 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
đặc tính cơ tuyệt đối cứng. Sơ đồ nguyên lý: 1.2.1.5 Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng. Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập. Trường hợp Rf= 0: U= E + Iư.Rư (1) Trong đó; E= Ke. .n (2) : hệ số sức điện động của động cơ Ke = a: số mạch nhánh song song của cuộn dây K= : hệ số cấu tạo của động cơ : tốc độ góc tính bằng rad/s p: số đôi cực chính N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. Thế (2) vào (1) ta có: = (3) Hoặc: n= (4) GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 6 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư) gọi là phương trình đặc tính cơ điện. Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): là mômen điện từ của động cơ. Suy ra: n= là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chi ều kích t ừ độc lập. Hoặc: = = trong đó: 0 : tốc độ không tải lý tưởng : độ sụt tốc độ 1.2.1.6.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính cơ: = ta nhận thấy muốn thay đ ổi t ốc đ ộ ta có th ể thay đổi , Rf , U. Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): • Độ cứng đặc tính cơ: = giảm. Nếu Rf càng lớn thì tôcf độ động cơ càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản. Trường hợp thay đổi U< Uđm • Tốc độ không tải giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ = const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động. Ảnh hưởng của từ thông: • Muốn thay đổi ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải tăng. Độ cứng đặc tính cơ: = giảm. 1.2.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 7 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
từ thông… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi t ỷ s ố truy ền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làmkhảo sát sự điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai. Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ tải thay đổi của động cơ điện. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác. Không những nó có kh ả năng đi ều ch ỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khi ển đơn gi ản h ơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng. 1.2.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng: Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và đi ều ch ỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đ ổi. Đ ể tránh những biến động lớn về gia tốc và lực động trong h ệ điều ch ỉnh nên ph ương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng th ường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập. Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khu ếch đ ại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù h ợp theo yêu cầu. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEΦđm. Độ cứng của đường đặc tính cơ: GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 8 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc đ ộ không t ải lý tưởng sẽ thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì không thay đổi. Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ không thay đổi. Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song v ới đ ường đ ặc tính cơ tự nhiên: Hình 4: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp ph ần ứng thực chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản n cb. Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có đi ện áp thay đ ổi một cách liên tục và ngược lại. Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D = ∞ . Nhưng trong thực tế động cơ điện một chiều kích từ độc lập nếu không có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở phạm vi cho phép: Umincp = nghĩa là phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin = 10/1. Nếu điện áp phần ứng U < U mincp thì do phản ứng phần ứng sẽ làm cho tốc độ động cơ không ổn định. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đ ặt • vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính c ơ nên được dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb. • Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng. GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 9 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
• Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên v ốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao. 1.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông: Hình 5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện từ của động cơ M = KMφIư và sức điện động quay của động cơ Eư = KEφn. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên giá trị định mức. Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đ ổi t ừ thông do tổn hao công suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 10 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
bộ biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, b ộ biến đổi van… Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này tốc độ tăng lên khi từ thông giảm: n = Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KMIn nên khi giảm sẽ làm cho Mn giảm theo. Độ cứng của đường đặc tính cơ: Khi giảm thì độ cứng β cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có h ọ đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh được tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản. Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô cùng. Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất: nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = = GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 11 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi đi ều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, đ ộng c ơ không được làm việc quá tốc độ cho phép. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb. Phương pháp này được dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường. Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh tế. 1.2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng c ủa đ ộng c ơ theo sơ đồ nguyên lý như sau: Hình 7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng. GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 12 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ cứng của đường đặc tính cơ: sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính cơ càng dốc. Ứng với giá trị Rf = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự nhiên được tính theo công thức sau: Ta nhận thấy βTN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có đ ộ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần ứng. Vậy khi thay đổi giá trị Rf ta được họ đặc tính cơ như sau: Hình 8:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I ư đột GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 13 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên ch ưa k ịp bi ến đ ổi. Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n cb. Trên thực tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này s ẽ cho những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng γ xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách xa n3… Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh: D= Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng. Khi động cơ làm việc ở tốc độ n = n cb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho nên, để đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh: D= Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng th ời dòng đi ện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb. Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép. Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở ph ụ đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc đ ộ càng th ấp thì tổn hao phụ càng tăng. GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 14 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
1.2.2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều ch ỉnh t ốc độ b ằng cách rẽ mạch phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau: Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng. Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn n cb và điều chỉnh nhảy cấp. Hệ thống có độ cứng tương đối lớn và thiết bị vận hành đơn giản thì người ta dùng phương pháp rẽ mạch phần ứng hay còn gọi là phân mạch. Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng thì phần ứng động cơ nối song song với điện trở và nối nối tiếp với một điện trở khác. Phương pháp này giống với phương pháp thay đổi điện trở trên mạch phần ứng nhưng điện áp ph ần ứng l ại không thay đổi. Do đó, phương pháp này đòi hỏi phải: - Điện áp đặt vào phần ứng động cơ không thay đổi. - Vì dòng kích từ không thay đổi nên khi điều chỉnh tốc độ, từ thông không đổi làm cho moment phụ tải cho phép được giữ không đổi và bằng trị số định mức. Ta có phương trình đặc tính cơ: Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động cơ nĐ < ncb. Mặt khác ta có: GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 15 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Độ cứng của đường đặc tính cơ rẽ mạch phần ứng βPM nhỏ hơn độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên βTN nhưng lại lớn hơn độ cứng của đặc tính cơ có điện trở phụ βRf với điện trở phụ chính là Rn. Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong trường hợp này ta tiến hành như sau: Giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS: • - Khi RS = 0: Đây là trạng thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng nHĐN = 0. Ta có họ đặc tính cơ như sau: Hình 10: Họ đặc tính cơ khi Rn = const, RS thay đổi. Như vậy, khi giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS thì vùng điều chỉnh tốc độ bị hạn chế và modun độ lớn đặc tính cơ tăng dần khi tốc độ giảm. Giữ nguyên RS, thay đổi giá trị Rn: • GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 16 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Khi Rn = 0: RS không ảnh hưởng đến đường đặc tính cơ. Lúc này - ta xem RS như là tải nối song song với động cơ. Ta có được đường đặc tính cơ tự nhiên. Khi Rn = ∞ : Động cơ điện bị hở mạch nên không có điện áp rơi - trên phần ứng động cơ. Đây là trạng thái hãm động năng với R HĐN = RS. Ta có : IB = Uđm/RS. Ta có họ đặc tính cơ như sau: Vậy khi giữ nguyên RS và thay đổi Rn thì phạm vi điều chỉnh không bị hạn chế như trường hợp trên. Nhưng khi tốc độ giảm xuống thì độ cứng đường đặc tính cơ lại bị giảm xuống. Ngoài ra còn có phương pháp thay đổi đồng thời giá trị của RS và Rn: • GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 17 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Phương pháp này thường được sử dụng trong thực tế. So với phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch ph ần ứng ta nh ận thấy: Khi tốc độ và moment động cơ như nhau nghĩa là khi công su ất c ơ nh ư nhau dòng điện nhận từ lưới trong sơ đồ rẽ mạch phần ứng luôn luôn lớn hơn trong sơ đồ điều chỉnh bằng điện trở phụ trên mạch phần ứng một lượng bằng dòng điện chạy qua RS. Phương pháp này chỉ dùng cho cần trục, cầu trục, thang máy, máy cán thép. Đồng thời tuyệt đối không dùng cho máy cắt kim loại. Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng thì điều chỉnh tốc độ nhảy cấp và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb. Ưu điểm: - Với cùng một tốc độ yêu cầu thì độ cứng của đường đặc tính cơ phân mạch có độ cứng lớn hơn đặc tính cơ dùng điện trở phụ trên mạch phần ứng. - Thiết bị vận hành đơn giản. ́ ̣ 1.2.3 Kêt luân Phương phap điêu chinh tôc độ băng cach thay đôi từ thông có nhiêu han chê ́ so ́ ̀ ̉ ́ ̀ ́ ̉ ̀ ̣ với phương phap điêu chinh điên ap phân ứng, phương phap thay đôi thonng bị ́ ̀ ̉ ̣́ ̀ ́ ̉ han chế bởi cac điêu kiên cơ khi: đó chinh là điêu kiên chuyên mach cua cổ gop ́ ̀ ̣ ́ ̀ ̣ ̉ ̣ ̉ ́ điên. Cụ thể phương phap điêu chinh điên ap phân ứng có cac ưu điêm hơn như ̣ ́ ̀ ̉ ̣́ ̀ ́ ̉ sau: 1– Hiêu suât điêu chinh cao hơn( phương trinh điêu khiên là tuyên tinh, triêt ̣ ́ ̀ ̉ ̀ ̀ ̉ ́́ ̣ đê) hơn, khi ta dung phương phap điêu chinh điên ap phân ứng tôn thât công ̉ ̀ ́ ̀ ̉ ̣́ ̀ ̉ ́ ́ ̀ ̉ ̉ suât điêu khiên nho. 2 – Viêc thay đôi điên ap phân ứng cụ thể là lam giam U dân đên mômen ̣ ̉ ̣́ ̀ ̀ ̉ ̃ ́ ngăn mach giam, dong điên ngăn mach giam. Điêu nay rât có ý nghia trong ́ ̣ ̉ ̀ ̣ ́ ̣ ̉ ̀ ̀ ́ ̃ luc khởi đông đông cơ. ́ ̣ ̣ 3– Độ sut tuyêt đôi trên toan dai điêu chinh ứng vơií môt mômen điêu chinh ̣ ̣ ̀ ̉ ̀ ̉ ̣ ̀ ̉ xac đinh là như nhau nên dai điêu chinh đêu, trơn, liên tuc. ̣́ ̉ ̀ ̉ ̀ ̣ Tuy vây phương an nay đoi hoi công suât điêu chinh cao và đoi hoi phai có nguôn ̣ ́ ̀ ̀ ̉ ́ ̀ ̉ ̀ ̉ ̉ ̀ áp điêu chinh được song nó là không đang kể so với vai tro và ưu điêm cua no. ̀ ̉ ́ ̉ ̉ ́ Vây nên phương phap nay được sử dung rông rai. ̣ ́ ̀ ̣ ̣ ̃ GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 18 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Chươ ng II: Cac linh kiên ban dân câu thanh bô ̣ băm xung môt ́ ̣ ́ ̃ ́ ̀ ̣ ̀ chiêu ̣ ̀ ̀ 2.1_ Mach câu H dung relay Rờ le là một dạng “công tắc” (switch) cơ điện (electrical mechanical device, không phải cơ điện tử đâu nhé :) ). Gọi là công tắc cơ điện vì chúng gồm các tiếp điểm cơ được điều khiển đóng mở bằng dòng điện. Với khả năng đóng mở các tiếp điểm, rờ le đúng là một lựa chọn tốt để làm khóa cho mạch cầu H. Thêm nữa chúng lại được điều khiển bằng tín hiệu điện, nghĩa là chúng ta có thể dùng AVR (hay bất kỳ chip điều khiển nào) để điều khiển rờ le, qua đó điều khiển mạch cầu H. Có 3 cực trên rờ le này. Cực C gọi là cực chung (Common), cực NC là tiếp điểm thường đóng (Normal Closed) và NO là tiếp điểm thường mở (Normal Open). Trong điều kiện bình thường, khi rờ le không hoạt động, do lực kéo của lò xo bên trái thanh nam châm sẽ tiếp xúc với tiếp điểm NC tạo thành một kết nối giữa C và NC, chính vì thế NC được gọi là tiếp điểm thường đóng (bình thường đã đóng). Khi một điện áp được áp vào 2 đường kích Solenoid (cuộn dây của nam châm điện), nam châm điện tạo ra 1 lực từ kéo thanh nam châm xuống, lúc này thanh nam châm không tiếp xúc với tiếp điểm NC nữa mà chuyển sang tiếp xúc với tiếp điểm NO tạo thành một kết nối giữa C và NO. Hoạt động này tương tự 1 công tắc chuyển được điều khiển bởi điện áp kích Solenoid. Một đặc điểm rất quan trọng trong cách hoạt động “đóng – mở” của rờ le là tính “cách li”. Hai đường kích nam châm điện hoàn toàn cách li với các tiếp điểm của rờ le, và vì thế sẽ rất an toàn. Có 2 thông số quan trọng cho 1 rờ le là điện áp kích Solenoid và dòng lớn nhất mà các điểm điểm chịu được. Điện áp kích solenoid thường là 5V, 12V hoặc 24V, việc kích solenoid chính là công việc của chip điều khiển (ví dụ AVR). Vì tiếp xúc giữa cực C và các tiếp điểm là dạng tiếp xúc tạm thời, không cố định nên rất dễ bị hở mạch. Nếu dòng điện qua tiếp điểm quá lớn, nhiệt có thể sinh ra lớn và làm hở tiếp xúc. Vì thế chúng ta cần tính toán dòng điện tối đa trong ứng dụng của mình để chọn rờ le phù hợp. GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 19 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông
Hình 4. Mạch cầu H dùng rờ le. Trong mạch cầu H dùng rờ le ở hình 4, 4 diode được dùng để chống hiện tượng dòng ngược (nhất là khi điều khiển động cơ). Các đường kích solenoid không được nối trực tiếp với chip điều khiển mà thông qua các transistor, việc kích các transistor lại được thực hiện qua các điện trở. Tạm thời chúng ta gọi tổ hợp điện trở + transistor là “mạch kích”, tôi sẽ giải thích rõ hơn hoạt động của mạch kích trong phần tiếp theo. Mạch cầu H dùng rờ le có ưu điểm là dễ chế tạo, chịu dòng cao, đặc biệt nếu thay rờ le bằng các linh kiện tương đương như contactor, dòng điện tải có thể lên đến hàng trăm ampere. Tuy nhiên, do là thiết bị “cơ khí” nên tốc độ đóng/mở của rờ le rất chậm, nếu đóng mở quá nhanh có thể dẫn đến hiện tượng “dính” tiếp điểm và hư hỏng. Vì vậy, mạch cầu H bằng rờ le không được dùng trong phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng PWM. Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu các linh điện có thể thay thế rờ le trong mạch cầu H, gọi là các “khóa điện tử” với khả năng đóng/mở lên đến hàng nghìn hoặc triệu lần trên mỗi giây. ̣ ̀ ̀ 2.2_Mach câu H dung mosfet MOSFET là viết tắt của cụm Meta Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại và oxit bán dẫn. GVHD: Nguyên Thị Minh Tâm ̃ 20 ̃ ̀ ̣ SVTH: Nguyên Đinh Thinh ̃ ́ Nguyên Văn Thông