Đồ án Mạch và thiết bị điện tử: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều trình bày cấu tạo chung của động cơ điện một chiều, nguyên lí chung, điều chỉnh tốc độ, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng động cơ. Cùng tham khảo nhé.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Đồ án Mạch và thiết bị điện tử: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Đồ án mạch và thiết bị điện tử " Điều
chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều "
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
MỤC LỤC
1. CẤU TẠO CHUNG. ................................................................................................. 3
1.1. STATO. .................................................................................................................. 3
1.2. Roto. ........................................................................................................................ 4
2.Nguyên lí chung: ........................................................................................................ 5
3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều ................................. 6
3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổ i từ thông θ ................................................. 7
3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổ i điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng. ..... 7
3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổ i điện áp. .................................................... 8
3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp PMW ......................................................... 9
4. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỘNG CƠ ................................. 10
5.Phương pháp PMW .................................................................................................. 10
1. Nguyên lý của PWM. .............................................................................................. 10
2.Cách điều khiển độ rộng xung của PWM ............................................................... 12
3.Ưu nhược điểm của mạch PWM dùng làm mạch điều khiển động cơ DC: ......... 13
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Nhóm sinh viên thực hiên : 1 Vũ Thành Long
2 Tạ Quốc Mạnh
Khóa : 2010-2014
Ngành đào tạo : k ỹ thuật điện
Tên đề tài :Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều :
Trong nền sản xuất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm ưu thế so
với động cơ điện một chiều. Đó là do s ự ra đời của các máy biến tần, tuy vậy việc điều
chỉnh tốc độ động cơ điện Không Đồng Bộ vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy, động cơ
điện một chiều với đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vẫn còn được dùng nhiều trong
trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ.
Sau đây chúng ta sẽ tìm hiể u v ề động cơ điện một chiều dưới các góc độ :
Nguyên lí hoạt động
Cấu tạo chung
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
1. CẤU TẠO CHUNG.
Động cơ điện một chiề u bao gồm hai phầ n chính là:
Phần tĩnh: Stato.
Phần quay: Roto.
1.1. STATO.
Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: c ực
từ c hính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác.
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
a. Cực từ chính.
Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ v à dây quấn kích từ
lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi s ắt cực từ được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép
cácbon dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt.
Dây quấ n kích từ được quấn bằ ng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn
dây đề u được bọc cách điện thành một khố i và tẩm sơn cách điệ n trước khi đặt
lên trên các cực từ. Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau.
b. Cực từ phụ.
Cực từ phụ được đặt giữa các cực tù chính và dùng để cải thiện đổ i chiều.
Lõi thép c ủa c ực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân c ực từ phụ có
đặt dây quấn mà c ấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được
gắn vào v ỏ nhờ các bulông.
c. Gông từ.
Gông từ được dùng để làm mạch từ nố i liền các c ực từ , đồng thời làm vỏ
máy.
d. Các bộ phận khác.
Ngoài ba bộ phận chính trên còn có các bộ phận khác như: Nắp máy, cơ
cấu chổi than.
Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hỏ ng dây
quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện.
Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu 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 c ố định lên giá chổi than và cách điện v ới giá
đó. Giá chổ i than có thể q uay được để điều chỉnh vị trí chổ i than đúng chỗ.
1.2. Roto.
Roto c ủa động cơ điện một chiều bao gồm các bộ phận sau: lõi sắt phầ n
ứng, dây quấ n phần ứng, c ổ g óp và các bộ phậ n khác.
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
a. Lõi sắt phần ứng.
Dùng để dẫn từ. Thườ ng 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 quấ n được cách điện cẩn thận v ới
rãnh c ủa lõi thép.
Để tránh khi bị v ăng ra do sức li tâm, ở miệng rã nh có dùng nêm để đè
chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay ba-ke-lit.
2.Nguyên lí chung:
Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng
điện từ.
I
Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác
dụng lực từ. Vì vậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở
chổi than B thì các thanh dẫn s ẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên c ạnh đó do dòng
điện chỉ đ i vào thanh dẫn nằm dưới c ực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm trên
cực S nên dưới tác dụng của từ trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có
chiều không đổi và làm cho roto của máy quay.
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đ ủ lớn thì mạch điệ n phần
ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này
động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Để tiến hành mở máy, đặt mạch
kích từ vào nguồ n Ukt, dây cuốn kích từ sinh ra từ thông Φ. Trong tất c ả c ác
trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φmax tức là phải giảm
điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng c ần đảm bảo không xảy
ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do
đó Eư = 0 v à theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điệ n Iư sẽ rất lớn làm cháy
động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > Mc) rôto
bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất
hiện và tăng lên c ủa Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiế n n tăng chậm
hơn.
3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau:
U
n0 C .
U I u ( Ru R f )
E e
n 0 n v ớ i
n
n I u .( Ru R f )
C e . C e .
C e .
( Ru R f ).M
U
hay n
C M C e 2
C e .
Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ
(từ thông), R (điện trở phần ứng), U (điện áp phầ n ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc
độ của động cơ điện một chiều ta có bố n phương án.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf
trên mạch phần ứng.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp PWM
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ
n (vòng/phút)
n0’’’
n0’’
θδ’’’
n0’
θδ’’
θδ ’
n0đm
θδđm
Mđm(Iđm) M(Iư)
Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ c ủa động cơ điện một chiều ứng với
các giá trị khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm thì n0 tăng nhưng ∆n c òn
tăng nhanh hơn do đó ta m ới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác
nhau. Chúng s ẽ c ùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng v ới dòng điện rất lớn: Iư
= (U/Rư). Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức.
Giới hạn trong việc điều chỉnh tốc độ quay bằ ng phương pháp này là 1:2; 1:5;
1:8.
Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện
pháp khống chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ c hế tạo phức tạp, khiến giá
thành máy tăng.
3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điệ n trở phụ Rf trên mạch phần
ứng.
Ta có:
( Ru R f ).M
U
n
C M C e 2
C e .
Từ thông không đổi nên n0 không đổ i, chỉ có ∆n là thay đổi. Một điều dễ
thấy nữa là, do ta chỉ có thể đưa thêm Rf chứ không thể giảm Rư nên ở đây chỉ
điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức.
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Do Rf càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ s ẽ thay đổ i nhiều khi tải
thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biế n thiên thì ứng với cùng dải biến thiên c ủa I
đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn).
Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất và giảm hiệu suất.
n (vòng/phút)
n0
Rf0
Rf1
Rf2
Mđm(Iđm) M(Iư)
Rf3
3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điệ n áp.
n (vòng/phút)
4
1 (Uđm)
2
3
Mđm(Iđm) M(Iư)
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức. Tuy
nhiên do cách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điệ n áp định mức nên
thường giảm điện áp U. Khi U giảm thì n0 g iảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n
giảm. Vì v ậy thường chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn
hơn thì chỉ điều chỉnh trong phạm vi rất nhỏ.Đặc điểm quan trọng của phương
pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men không đổi vì từ thông và dòng điện
phầ n ứng đều không thay đổi (M = CM. θ. Iư).Phương pháp cho phép điều chỉnh
tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn nữa có thể đến 1:25.Phương pháp
chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song làm việc
ở chế độ kích từ độc lập.Điều chỉnh động cơ DC bằng PWM chính là sử dụng
phương pháp này
3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp PMW
Phương pháp điều chế PWM ( Pulse Width Modulation) là phương pháp điều
chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay
đổi độ rộng c ủa chuỗ i xung vuông dẫn đế m sự thay đổi điện áp ra
Để dễ hiểu hơn ta có hình vẽ sau :
Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên (Sườn
dương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính bằng phần
trăm tức là độ rộng c ủa nó được tính như sau :
độ rộng = (t1/T).100 (%)
Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ càng
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
lớn. Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điệ n áp ra tả i sẽ là :
+ Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V)
+ Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V)
+ Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V)
Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải v ới bất kì độ rộng xung nào.
4. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỘNG CƠ
1.Chỉ tiêu kỹ thuật
Động cơ được chọn phải thích ứng với môi trường làm việc:
•
Tuỳ theo môi trường: khô - ướt, s ạch - bẩn, nóng - lạnh, hoá chất ăn
•
mòn, dễ nổ, ..., mà chọn các động cơ kiểu: hở - k ín, chống nước,
chống hoá chất, chống nổ, nhiệt đới hoá, ...
• Động cơ được chọn phải tho ả mãn điều kiện phát nóng khi làm việc
bình thường cũng như khi quá tải (đây là điề u kiện cơ bản)
• Động cơ được chọn phải đảm bảo tốc độ yêu cầu: tốc độ định mức,
có điều chỉnh tốc độ hay không, phạm vi điều chỉnh tốc độ, điều
chỉnh trơn hay điều chỉnh c ó cấp.
• Chọn loại động cơ thông dụng hay động cơ có điều chỉnh tốc độ. ...
• Động cơ được chọn phải đảm bảo khởi động, hãm, đảo chiều ... tốt.
2.Chỉ tiêu kinh tế
Động cơ được chọn phải làm việc với hiệ u suất kinh tế cao.
•
Vốn đầu tư bé, chi phí v ận hành ít.
•
Từ các phương pháp trên,dủa vào những thong số và cấu tạo của mạch đồ
án,chúng em chon “Phương pháp điều chỉnh tốc độc động cơ một chiều bằng
phương pháp PMW”
5.Phương pháp PMW
1. Nguyên lý của PWM.
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và
một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện
nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn.
Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều
khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.
* Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mở toàn bộ điện áp
nguồn Ud được đưa ra tả i. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa,
cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đ ổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp
toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.
+ Công thức tính giá tr ị trung bình của điện áp ra tải :
Gọi to là thời gian xung ở s ườn dương (khóa mở )còn T là thời gian của cả sườn
âm và dương, Umax là điện áp nguồ n cung cấp cho tải.
==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D
với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng %
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Như vậy ta nhìn trên hình đ ồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình
trên tải sẽ là :
+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)
+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)
+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)
2.Cách điều khiển độ rộng xung của PWM
Có rất nhiều cách để đ iều chỉnh độ rộng xung đầu ra cho PWM .Với sơ đồ của
đề tài này thì độ rộng xung đầu ra được điều chỉnh theo phương pháp so sánh
Để tạo được bằng phương pháp so sánh thì c ần 2 điều kiện sau đây :
+ Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM
+ Tín hiệu tựa là một điện áp chuẩn xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu
DC)
Xét sơ đồ mạch sau :
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Chúng ta sử dụng một bộ s o sánh điện áp 2 đầu vào là 1 xung răng cưa (Saw)
và 1 tín hiệu 1 chiều (Ref)
+ Khi Saw < Ref thì cho ra điện áp là 0V
+ Khi Saw > Ref thì cho ra điện áp là Urmax
Và cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì Output lại có chuỗi xung độ rộng
D thay đổi với tầ n s ố xung vuông Output = tần số xung răng cưa Saw.
3.Ưu nhược điểm của mạch PWM dùng làm mạch điều khiển động cơ DC:
Ưu điểm:
- Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó loại bỏ
được mất mát về năng lượng đốt nóng hay năng lượng rò rỉ tại lối ra.
- Dải điề u khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính.
- Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so
với khi c ấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình c ủa chuỗi xung
PWM.
Nhược điểm:
- Cần các mạch điệ n tử bổ trợ - giá thành cao
- Các xung kích lên 12 Volt có thể gây nên tiếng ồn nếu mô tơ không được gắn
chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nế u g ặp phải trường hợp cộng hưởng c ủa vỏ.
- Ngoài ra việc dùng chuỗ i xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ c ủa mô
tơ.
SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Tạo T ạo xung Mạch Van
mạch
xung răng cưa
so động
lặp vuông
s ánh lực
- Đồ án mạch và thiết bị điện tử Điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
