Thiết Kế Mạch Băm Xung Một Chiều để điều Chỉnh ...

Trang chủ Tìm kiếm Trang chủ Tìm kiếm Thiết kế mạch băm xung một chiều để điều chỉnh động cơ một chiều kích từ độc lập docx 56 334 KB 19 337 4 ( 3 lượt) Xem tài liệu Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu Tải về Đang chuẩn bị: 60 Bắt đầu tải xuống Để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên Chủ đề liên quan Đồ án điện tử công suất Thiết kế mạch băm xung tìm hiểu mạch băm xung chế tạo mạch băm xung hướng dẫn thiết kế mạch băm xung kinh nghiệm thiết kế mạch băm xung

Nội dung

Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn LỜI MỞ ĐẦU 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 - động cơ ... Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng em đã được giao thực hiện đề tài:Thiết kế mạch băm xung một chiều có đảo chiều để điều chỉnh động cơ một chiều kích từ độc 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 thời hạn được giao. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế 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 GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 1 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Chương I: Tổng quan về động cơ điện một chiều kich từ độc lập 1.1 Thị trường động cơ điện một chiều Cùng với sự phát triển phát ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về chiều rộng lẫn chiều sâu, điện và các máy điện đóng vai trò rất quan trọng, không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt 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 náo, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện. Do tính ưu việt của hệ thống diện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải..., cả máy phát và động cơ điện xoay chiềucó 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 nối chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng(như trong 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 gá thành đắt hơn do sư dụng kim loại nhiều hơn, chế tạo bảo quản cổ góp hức tạp hơn... nhưng do đó nhuwngx ưu điển của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. 1.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương pháp điều khiển đảo chiều động cơ 1.2.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor) 1.2.1.1 Phần tĩnh (stator) GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 2 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Gồm các phần chính sau: a. Cực từ chính: 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. 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: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 3 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập 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 điện chạy qua. Thường 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 nhật. 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 đổi chiều dòng điện 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 hợp thành một hình trụ tròn. Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử 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 F®t + I a I GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 4 d - c F ®t n Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn A 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 chổi than A và B trong dây quấn phần 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 cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ điện một chiều sức điện động E ư 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 Trong đó: Rư: điện trở phần ứng 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 chiều 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. GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 5 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn + - U­ I E KT IKT + UKT - Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 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 vận hành ở chế 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 đổi các thông số 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 niệm độ cứng đặc tính cơ β được tính như sau Δβ= ΔM Δω β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng. β → 1.2.1.5 ∞ đặc tính cơ tuyệt đối cứng. Sơ đồ nguyên lý: + - U­ + GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm RKT CKTĐình Thịnh SVTH: Nguyễn Nguyễn Văn Thống E­ Rf E­ 6 - U­ Rf IKT CKT RKT Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 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. p.n Ke = 60a Φ .n (2) : hệ số sức điện động của động cơ a: số mạch nhánh song song của cuộn dây p.n K= 2 aπ : hệ số cấu tạo của động cơ ω : tốc độ góc tính bằng rad/s p: số đôi cực chính GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 7 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. Uu Thế (2) vào (1) ta có: n= Ru = K .φ K .φ ω Uu Hoặc: − − Ru K e. φ Ke . φ Iu Iu (3) (4) 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. Uu Ru − Suy ra: n= K e . φ K e . φ . K Φ .M là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Uu Hoặc: trong đó: ω ω 0 − Ru 2 = K . φ ( K . φ) M = ω 0− Δω : tốc độ không tải lý tưởng Δω : độ sụt tốc độ 1.2.1.6.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ: Uu Từ phương trình đặc tính cơ: đổi tốc độ ω ω = − Ru +R f K . φ ( K . φ)2 M ta nhận thấy muốn thay ta có thể thay đổi φ , Rf , U.  Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 8 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 2 ( Kφ dm ) ΔM − β= R u+ R f Δω = 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 ω 0= U Kφ giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ β= ΔM Δω = 2 − ( Kφ) = Ru 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 Φ ta thay đổi dòng kích từ Ikt khi đó tốc độ không tải ( Kφ)2 ΔM − β= Ru Δω = tăng. Độ cứng đặc tính cơ: ω= U dm Kφ 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 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: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 9 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền 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 khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, 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 điều chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Để tránh những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường 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 khuếch đại 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 hợp theo yêu cầu. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: n= GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống Ru + R f U − M K E Φ K E K M Φ2 10 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n 0 = Uđm/KEđm. Độ cứng của đường đặc tính cơ: Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý K K Φ dM β= =− E M dn Ru + R f 2 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 với đường đặc tính cơ tự nhiên: n n0 ncb n1 n2 n3 TN ( Uđm ) Uđm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3 U1 U2 U3 M MC 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 phần ứng thực chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản ncb. Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi một cách liên tục và ngược lại. GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 11 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 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 U đm phạm vi cho phép: Umincp = 10 nghĩa là phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin = 10/1. Nếu điện áp phần ứng U < Umincp 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 đặt vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ 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.  Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao. 1.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 12 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn + - U Iư Ckt + Rkt - Ukt 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 = KMIư và sức điện động quay của động cơ Eư = KEn. 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 đổi từ thông do tổn hao công suất nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ 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 U này tốc độ tăng lên khi từ thông giảm: n = K E .Φ Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KM cho Mn giảm theo. GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 13 Φ In nên khi Φ giảm sẽ làm Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Độ cứng của đường đặc tính cơ: KEKMΦ β=− R Khi Φ 2 giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có họ đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông như sau: n ñm > 1 > 2 ncb < n1 < n2 1 n1 n2 2 đm ncb M 0 MC M2 M1 Mn Hình 6: Hoï ñaëc tính cô khi thay ñoåi töø thoâng. 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 = nmax 3 ncb = 1 Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 14 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn đổi chiều dòng điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ 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 của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau: + - U Iö Rf E Ckt Rkt + UKT GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống - 15 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Hình 7: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng. n= Ru + R f U − M K EΦ K E K M Φ2 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: β =− K K MΦ Ru + Rf 2 dm E sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn,  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: K K Φ β TN =− E M Ru 2 dm Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ 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: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 16 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn n n0 ncb TN 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 ncb > n1 > n2 > n3 n1 Rf1 n2 Rf2 n3 0 M, I MC Rf3 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 n 1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng I ư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán tính nên chưa kịp biến đổi. 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 sẽ cho những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng  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: ncb D= nmin GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 17 ¿∞ Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng. Khi động cơ làm việc ở tốc độ n = ncb/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: (2÷3 ) 1 D= Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng điện 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 phụ 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 độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng. 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 chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau: + U RS GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh E Nguyễn Văn Thống CktttttT Rn IS Iư 18 In Rkt Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 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 phần ứng lại 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: ⇒n' 0=n0 RS RS +Rn GND. Khi Vi=5V, do điện áp rơi trên BE luôn là 0.7V (đặc điểm của tiếp xúc pn khi dẫn điện) nên điện áp rơi trên điện trở RE luôn là 4.3V mặc dù điện áp cực C là 12V, như thế điện áp giữa 2 cực CE là 12 - 4.3 = 7.7V. Điều này được hiểu là giữa CE có một “điện trở” khá lớn, “khóa điện tử” không hoạt động tốt đối với mạch C chung. Nếu RE là một motor DC loại 12V thì rõ ràng motor không hoạt động tốt vì điện áp rơi trên nó chỉ có 4.3V. Mặc khác điện áp CE quá lớn có thể gây hỏng BJT. Khi dùng BJT npn làm phần trên của mạch cầu H, BJT này sẽ rất mau hỏng (rất nóng) và mạch không hoạt động tốt. Như vậy, khi thiết kế khóa điện tử dùng BJT là “tải” phải được GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 33 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn đặt phía trên BJT tức là nên dùng mạch E chung như trong hình 7. Quay lại mạch cầu H, giải pháp để vượt qua nhược điểm đề cập ở trên là sử dụng BJT loại pnp cho phần trên của mạch cầu H. Nguyên lý hoạt động của BJT pnp cũng na ná npn nhưng chiều dòng điện thì ngược lại. Với các khóa điện tử dùng BJT loại pnp, để kích khóa thì điện áp cực B được kéo xuống thấp thay vì kéo lên cao như trong hình 7. 12v 12v RB 0v Vi B 100k E C Vo RC 100k Hình 9. Mạch E chung dùng BJT pnp. Mũi tên trong ký hiệu của BJT pnp hướng từ E vào B, ngược lại với BJT npn. Nếu điện áp Vi=12V=VE hoặc ngõ Vi không được kết nối thì BJT không hoạt động, không có dòng điện qua RC vì dòng IB =0 nên dòng IC =0. Khi Vi=0V thì dòng IB xuất hiện và xuất hiện dòng IC (từ cực E) , nếu dòng IB đủ lớn sẽ gây bão hòa BJT và điện áp VEC gần bằng 0V hay điện áp rơi trên GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 34 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn RC gần bằng 12V, khóa hoạt động rất tốt. Do đó, BJT pnp thường được dùng làm phần trên trong các mạch cầu H. Mạch điện trong hình 9 cũng là một mạch E chung. Chọn 2 loại BJT công suất trung bình TIP41C và TIP42C để làm mạch cầu. Điện áp cao nhất mà 2 loai BJT này chịu được là 100V và dòng tối đa là 6A (chỉ là danh nghĩa, thực tế có thể thấp hơn). BJT npn TIP41C có thể kích trực tiếp, riêng BJT pnp TIP42C cần dùng thêm 1 BJT loại npn 2N3904 làm “mạch kích”. Khi điện áp ngõ L1 ở mức thấp, BJT Q0-1 không hoạt động, không tồn tại dòng IC của BJT này, nghĩa là không có dòng IB của BJT Q1, Q1 vì thế không hoạt động và tương đương một khóa Q1 mở. Khi L1 được kéo lên mức cao, 5V, BJT Q0-1 bão hòa (mạch E chung), dòng IC của Q0-1 xuất hiện và cũng là dòng IB của BJT Q1. Q1 vì thế cũng bão hòa và tương đương một khóa đóng. Như vậy, chúng ta có thể dùng các mức điện áp chuẩn 0V và 5V để kích các BJT dùng trong mạch cầu H cho dù điện áp nguồn có thể lên vài chục hay trăm Volt. Các đường L1, L2, R1 và R2 sẽ được vi điều khiển (AVR) điều khiển. Do BJT có thể được kích ở tốc độ rất cao nên ngoài chức năng đảo chiều, mạch cầu H dùng BJT có thể dùng điều khiển tốc độ motor bằng cách áp tín hiệu PWM vào các đường kích. Nhược điểm lớn nhất của mạch cầu H dùng BJT là công suất của BJT thường nhỏ, vì vậy với motor công suất lớn thì BJT ít được sử dụng. Mạch điện kích cho BJT cần tính toán rất kỹ để đưa BJT vào trạng thái bão hòa, nếu không sẽ hỏng BJT. Mặt khác, điện trở CE của BJT khi bão hòa cũng tương đối lớn, BJT vì vậy có thể bị nóng… Chương III: Lựa chọn và phân tích phương pháp điều khiển GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 35 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 1. Giới thiệu về PWM Phương pháp điều chế PWM ( Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điếu chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra Để dễ hiểu hơn ta có hình vẽ sau: 25% 50% t 1 75% t 2 Sơ đồ trên là dạngT xung điều chế trong một chu kì thời gian xung lên (sườn dương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào và độ rộng xung của nó được tính bằng % tức là độ rộng của nó được tính như sau: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 36 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Độ rộng =(t1/T).100% Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong một chu kỳ thì điện áp đầu ra sẽ càng lớn . Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra trên tải 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 với bất kì độ rộng xung nào . Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và một cách khác có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt . Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn . Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn . Dùng van đóng cắt bằng Mosfet Van G D S Ugs G U R Ugs t0 GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh 0 Nguyễn Văn Thống T Ud 37 s 0 Khoa:Đi ện – Điện tử học s Đồ án môn Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra Sơ đồ 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→t0 ta cho van G mở toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải . Còn trong khoảng thời gian t0→T cho van G khóa , cắt nguồn cung cấp cho tải . Vì vậy với t0 thay đổi 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 trị trung bình của điện áp ra tải : Gọi t0 la thời gian xung ở sườn dương còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn 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 % Như vậy ta nhìn trên đồ thị dạng điều chế xung thì ta có: Điện áp trung bình trên tải sẽ là: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 38 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn + Ud=220.20%=44V (với D=20%) +Ud=220.40%=88V (với D=40%) +Ud=220.90%=198V (với D=90%) 2.Cách điều khiển độ rộng xung của PWM. Có rất nhiều cách để điều 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 cần 2 điều kiện sau: +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 : GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm Tín hiệu răng cưa(Saw) SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 39 Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Tín hiệu tựa(Ref) Output Ref 3 11 1 Saw 2 out 4 Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh Chúng ta sử dụng một bộ so 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 Umax Và cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì output lại có chuỗi xung có độ rộng thay đổi với tần số xung vuông Output=tần số xung răng cưa Saw. 3.Ưu nhược điểm của mạch PWM dùng lamg mạch điều khiển động cơ DC: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 40 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn + Ưu điểm: - Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trang thái (On và OFF) do đó loại bỏ được mất mát về năng lượng đốt nóng hay năng lượng rò rỉ lối ra . - Dải điều 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 cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi xung PWM. + Nhược điểm: - Cần các mạch điện tử bổ trợ - giá thành cao - Các xung kích lên có thể gây tiếng ồn nếu mô tơ khong được gắn chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp phải trường hợp cộng hưởng của vỏ. - Ngoài ra việc dùng chuỗi xung điều chế PWM có thể gây giảm tuổi thọ của động cơ. GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 41 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Chương IV: Phân tích sự hoạt động của mạch điện điều khiển tốc độ động cơ. I.Tính toán mạch nguồn. +12v IC 78012 D2 1N4004 D1 1N4004 3 VI + X1-1 1 3 C1 2200µF C2 104µF 100K D4 1N4004 D3 1N4004 X1-2 AC 12v VO GND GND - Ta dùng chỉnh lưu hình cầu một pha dùng diode Do mạch điều khiển có công suất nhỏ nên ta có thể dùng biến áp với điện áp từ 0-12 V dòng 1A. Chọn IC 7812 tạo điện áp chuẩn 12v cho mạch, để ỏn định điện áp ra của nguồn nuoi ta sử dụng hai vi mạch ổn áp 7812 thông số chung của hai vi mạch này như sau: Điện áp đầu vào: Uv = 7-35 v Điện áp đầu ra: Ura = 12v với IC 7812 GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 42 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Dòng điện đầu ra xấp xỉ 1A Tụ điện C1,C2 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C1 =1000 µF , C2 = 104 U = 35 v GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 43 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn II. Sơ đồ khối mạch điều khiển Mạch lặp Tạo xung răng cưa Tạo xung vuông Mạch so sánh Hoạt động của từng khối 1. Mạch lặp: +12V R1 +6V Ref _ 2 3 3 + R2 GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 44 1 Vou t Van động lực Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Mạch lặp có chức năng ổn định điện áp đầu ra lấy từ cầu phân áp đưa vào đầu vào không đảo của IC khuếch đại thuật toán. R2 Ta có: Vout = R + R ·V ¿ 1 2 R1 = R2 = 100K nên: R 12 2 Vout = 2 R · V ¿ = 2 =6 V 2 2.Khâu tạo xung vuông và điện áp răng cưa: C7 6 _ 5 9 R4 7 8 10 + R3 R5 +12V Hình IV.1.a GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 45 _ + Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn U4 U1 Hình IV.1.b Tạo điện áp răng cưa bằng cách tích phân xung vuông ở OA1 như hình IV.1.a. Xung vuông có thể tạo bằng nhiều cách khác nhau. Tích phân xung này chính là quá trình xả,nạp tụ. Nếu điện áp vào khâu tích phân không đối xứng có thể xuất hiện sai số đáng kể. Điện áp răng cưa trên hình IV.1.b mang tính phi tuyến cao. Điện áp răng cưa sẽ nhận được tuyến tính hơn khi sử dụng sơ đồ IV.1.a. Khuếch dại OA1 có hồi tiếp dương bằng điện trở R3, đầu ra có trị số điện áp nguồn và dấu phụ thuộc hiệu điện áp hai cổng V+ và VĐầu vào V+ có hai tín hiệu: Một tín hiệu không đổi lấy từ đầu ra của đoạn OA1, một tín hiệu biến thiên lấy từ đầu ra của OA4. Điện áp chuẩn để so sánh để GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 46 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn quyết định đổi điện áp ra của OA1 là trung tính vào V-. Giả sử đầu ra của OA1 dương,U1>0 khuếch dại OA2, tích phân đảo dấu cho điện áp có phần đi xuống của điện áp răng cưa. Sườn xuống của điện áp tựa tới lúc điện áp vào R3,R5 trái dấu tới khi nào V+ = 0 đầu ra của OA1 đổi dấu thành âm. Chu kì điện áp ra của OA1 cứ luân phiên đổi dấu như vậy cho ta điện áp ra như hình IV.1.b. Tần số điện áp răng cưa được tính: 1 f = 4. R C R 5 4 1 R3 Bằng cách chọn các trị số của điện trở và tụ điện ta có được điện áp tựa có tần số như mong muốn. R5 Tần số là: T = 4.R4.C1. R Điện áp ra là: Ur = Umax. R 3.Khâu so sánh điện áp: 3 R5 4 +12 V R6 VR1 R7 +12 V 4 13 _ GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 12 47+ 2 11 14 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Khâu so sánh điện áp Ur c Uđ k t + Us s t Hình IV.2 Tương nhự như các mạch so sánh thường gặp. Khâu so sánh của PWM báo hiệu sự cân bằng giữa điện áp cần so sánh và điện áp chuẩn từ đó xác định thời điểm mở và khóa van bán dẫn. Đầu vào khâu ày gồm hai tín hiệu: Điện áp tựa (điện áp răng cưa ) và điện áp một chiều làm điện áp điều khiển như hình IV.2. Từ hình IV.2 thấy rằng trong mỗi chu kì điện áp tựa bằng điện áp điều khiển, tại các thời điểm đó đầu ra của khâu so sánh đổi dấu điện áp, chẳng hạn điện áp đang ở mức âm sẽ chuyển mức dương và ngược lại. Tương ứng với các thời điểm đột biến điện áp đầu ra của khâu so sánh cần có lệnh mở hoặc khóa van bán dẫn mà ở đây chính là điều khiển đóng ngắt IRF 460 bằng cách điều cỉnh biến trở để U đk thay đổi ta được dạng xung đầu ra thay đổi tương ứng điện áp sẽ thay đổi. GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 48 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 4.Van động lực D IRF 460 R9 G S Van động lực được dùng trong sơ đồ này là loại Transistor trường MOSFET có tên là IRF 460. Nó là MOSFET loại N (N- Channel) có thể chịu được dòng lên đến 21A và tần số đóng ngắt rất cao 1MHZ. Nó dùng để đóng ngắt và khuếch đại điện áp cung cấp cho động cơ DC. Xung điện áp được đưa vào qua chân G của IRF 460, giả sử ban đầu xung điện áp có điện áp >0 IRF dẫn => có điện áp đầu ra, tại thời điểm thứ hai xung điện áp có giá trị = 0, IRF khóa điện áp đầu ra là = 0 và cứ như vậy tạo ra điện áp đầu ra có dạng xung vuông. Một số thông số cơ bản của IRF 460. GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 49 Khoa:Điện – Điện tử học VDSS Thông số Điện áp RDS đánh thủng Điện trở VSD cực DS Điện áp VGS trước diode Điện áp cực IDS Gate Dòng D-S P cực đại Công suất Đồ án môn Min 500 Max Đơn vị -------------V ---------------------------2,0 0.27 1,8 4,0 ----------------------------- 250 300 Điều kiện VGS = 0V Ω ID = 1.0mA VGS = 10v V ID =14 A IS = 16 A V VGS = 0 V VDS=VGS µA ID = 250µA VDS=400V W VGS=0 --------------- cực đại 5.Tính toán mạch điều khiển - Tính chọn các thông số trong mạch: Chọn IC ổn áp 7812 tạo điện áp chuẩn 12 V cung cấp cho mạch Điện trở R10 hạn dòng cho led dòng led chịu là 15 – 20 mA Chọn điện trở hạn dòng cho led R = V CC 12 = =2,2 K I 0,015÷ 0,02 Điện trở R11hạn dòng cho led báo tốc độ động cơ, khi điện áp cực đại đặt trên nó là 220 V và điện áp cực tiểu 0V. Chọn điện trở sao cho khi dòng điện cực đại đặt trên nó vào khoảng 15-20mA thì led sáng tốt nhất, khi điện áp nhỏ thì led tối nhất GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 50 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn => Chọn điện trở R11 = 100K Điện áp cực đại đặt trên động cơ là 220V nên chọn tụ C 3 = 104 (không phân cực tụ này có tác dụng san phẳng điện áp và lọc thành phần xoay chiều còn sót lại). Diode D1 có tác dụng chống dòng ngược đặt lên động cơ, chọn Diode sao cho chịu được dòng ngược > 1A (Dòng khởi động của động cơ) chọn Diode 3A. Tính chọn van: Điện áp đặt cực đại trên van là 220V dòng cực đại 1A (Dòng cực đại qua động cơ) =>Chọn IRF460 có thông số chịu được dòng lên tới 25A Chọn R9: Điện trở phân cực cho MOSFET sao cho UD>UG>US Chọn R9 = 470 Ω, Chọn R3, R10 = 3,3 K Ω thì chọn biến trở 50 K Ω, biến trở và điện trở R 3,R10 có tác dụng phân áp cho ra so sánh với điện áp răng cưa Khối khuếch đại thuật toán 1C có tác dụng tạo điện áp chuẩn vào khâu tạo xung vuông. Chọn R4, R5 = 100K Ω V cc 12.100 =>Điện áp đặt vào chân V+ là: R + R R5 = 100+100 =6V 4 5 a. Mạch Lặp GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 51 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Mạch lặp có chức năng ổn áp điện áp đầu ra cho ra điện áp 6V chuẩn đầu vào 12V thì ta chọn điện trở R4, R5 = 100K Ω V cc 12.100 Lúc này ta có V+ = R + R R5 = 100+100 =6V 4 5 Và V+ = V- = 6V Điện áp ra sau mạch lặp là: U = V+ = V- = 6V b. Khâu tạo xung vuông và điện áp răng cưa Đối với mạch tạo xung vuông bằng IC khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ so sánh điện áp đưa vào cửa đảo, điện áp cửa thuận được lấy từ bộ phân áp R6,R8 từ đầu ra đưa về. Khi điện áp đưa vào vượt quá ngưỡng điện áp đặt trên cửa thuận của IC thì điện áp đầu ra lật trạng thái bão hòa ngược lại trước đó. Và cứ luân phiên như thế thì điện áp đầu ra có xung vuông. Mạch tích phân là mạch mà điện áp đầu ra tỉ lệ với tích phân đầu vào t Ura = k.∫ U V dt 0 Trong đó: k là hệ số Ta có điện áp đầu ra: t 1 Ura = - ∫ U V dt +U ra 0 RC 0 GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 52 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Trong đó: R là điện trở R7 Ura 0 : Là điện áp trên tụ C khi t=0 (là hằng số tích phân xác định theo điều kiện ban đầu) t Khi t = 0 thì ta có Ura 0 = 0 nên điện áp ra Ura = k.∫ U V dt 0 T = RC là hằng số tích phân của mạch Khi tín hiệu thay đổi từng nấc tốc độ thay đổi của điện áp ra là: ∆ U ra −U V = ∆t RC Nghĩa là bộ tích phân ở đây tăng giảm tuyến tính theo thời gian R8 Điện áp đầu ra của xung răng cưa là: Ura=Umax. R 6 Với R8 = 47 K , R6 = 100 K Umax là giá trị điện áp đầu ra bão hòa của IC khuếch đại thuật toán Điện áp đầu vào của IC khuếch đại thuật toán là 6V 47 Ta có Ura = 6. 100 =2,8 V c. Khâu so sánh điện áp Khâu so sánh PWM báo hiệu sự cân bằng giữa điện áp cần so sánh và điện áp chuẩn từ đó xác định thời điểm chuẩn và mở khóa van dẫn. Đầu vào của khâu này gồm hai tín hiệu: Điện áp tựa ( Điện áp răng cưa), và điện áp một chiều làm GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 53 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn điện áp điều khiển trong mỗi chu kỳ có hai thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển. Thời điểm đó đầu ra khâu so sánh đổi dấu điện áp, tương ứng với thời điểm đột biến điện áp đầu ra của khâu so sánh cần có lệnh mở, khóa van dẫn bằng cách thay đổi giá trị biến trở ta có thể thay đổi được dạng xung đầu ra. Điện áp đặt vào đầu không đảo cua IC là điện áp răng cưa, điện áp đặt vào đầu vào đảo của IC là điện áp có điều chỉnh thông qua biến trở Ta có điện áp đặt lên V- từ 0,078 – 12V d. Mức điện áp trên hai đầu động cơ. Điện áp trên hai đầu động cơ chính là điện áp nguồn trừ đi điện áp rơi trên hai chân D và S của MOSFET điện áp lớn nhất trên hai chân động cơ ứng với trường hợp MOSFET dẫn mạnh nhất và gần bằng điện áp nguồn và nhỏ nhất bằng 0 ứng với MOSFET khóa. Điện trở R11 báo động cơ do mức điện áp đặt trên đầu động cơ khoảng từ 0-220V nên chọn R11= 100 K e. Van bán dẫn Động cơ dùng trong mạch là loại động cơ điện một chiều có công suất là 220W chọn van bán dẫn loại IRF 460 nó có thể đóng ngắt dòng lên đến 21A và đóng ngắt với tần số rất cao lên đến 1MHZ sau khi điện áp qua khâu so sánh có dạng xung vuông bằng cách thay đổi giá trị của biến trở mà ta có thê thay đổi độ dẫn của MOSFET từ đó thay đổi điện áp đầu ra trên hai đầu động cơ GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 54 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 6. Nguyên lý làm việc Điện áp qua mạch lặp có tác dụng ổn định điện áp chuẩn vào khâu tạo xung vuông. Khâu tạo xung vuông có tác dụng tạo xung vuông sau khi cho qua khâu tích phân cho ra xung tam giác tạo điện áp tựa vào khâu so sánh với điện áp điều chỉnh thông qua biến trở. Đầu ra của IC được kích cho IRF 460 khi MOSFET dẫn càng mạnh thì mức chênh lệch điện áp giữa hai đầu động cơ càng lớn động cơ quay càng nhanh. Khi MOSFET không dẫn thì mức điện áp trên hai đầu động cơ bằng nhau, lúc này động cơ dừng. Sơ đồ mạch điều chỉnh điện áp: GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 55 Khoa:Điện – Điện tử học GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống Đồ án môn 56 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Sơ đồ bố trí thiết bị GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 57 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Kết luận Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự tận tình của thầy giáo híng dÉn và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, chúng em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ án: ThiÕt kÕ m¹ch b¨m xung ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp Trong quá trình thực hiện, c¸c thµnh viªn trong nhãm ®· cè g¾ng ®Ó t×m tßi vµ tham kh¶o tµi liÖu.Nhng do n¨ng lùc cßn cã nhiÒu h¹n chÕ nªn không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những sù chØ b¶o của các thầy,c« và các bạn để chóng em hiÓu s©u h¬n vÒ m«n häc nµy. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên Tháng 6 năm 2011 Sinh viªn GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 58 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn Tµi liÖu tham kh¶o [1].Cơ sở truyền động điện. …………………………Bùi Đình Tiếu , Phạm Duy Nhi. [2]. Truyền động điện………… Bùi Quốc khánh, Nguyễn văn Liễn ,Nguyễn thị Hiền [3]. Cơ sở tự động truyền động điện . ……………………Trần Thọ ,Võ Quang Lạp [4]. Điện tử công suất :Lý thuyết –Thiết kế -Ưng Dụng……………………….. ................................................Lê Văn Doanh, Nguyễn thế Công ,Trần Văn Thịnh [5]. Tài liệu điện tử công suất ……………………………………Trần Văn Thịnh [6]. Điện Tử công suất ………………………………………………Nguyễn Bính GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 59 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn M ụ c l ục STT 1. 2. Lời nói đầu Chương I: Cơ sở lý thuyết về động cơ điện một chiểu Trang 1 2 - Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều 2 - Cấu tạo động cơ điện một chiều 2 - Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 4 - Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 5 - Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một 9 chiều kích từ độc lập 3. Chương II: Các phần tử bán dẫn công suất - Diode - Thysistor 4. 5. 29 29 32 - Transistor Chương III: Lựa chọn và phân tích phương pháp điều khiển 36 40 - Giới thiệu về PWM 40 - Nguyên lý hoạt động và cách điều khiển độ rộng xung 43 của PWM Chương IV: Phân tích sự hoạt động của mạch điều khiển tốc độ 46 động cơ - Tính toán mạch nguồn. 46 - Sơ đồ khối mạch điều khiển 47 1. Mạch lặp: 47 2.Khâu tạo xung vuông và điện áp răng cưa: 49 3.Khâu so sánh điện áp 51 GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 60 Khoa:Điện – Điện tử học Đồ án môn 53 4.Van động lực 54 5.Tính toán mạch điều khiển 6. 7. Kết luận Tài liệu tham khảo GVHD: Nguyễn Thị Minh Tâm SVTH: Nguyễn Đình Thịnh Nguyễn Văn Thống 62 63 61 This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Tìm kiếm

Chủ đề

Thực hành Excel Đơn xin việc Tài chính hành vi Đồ án tốt nghiệp Lý thuyết Dow Hóa học 11 Mẫu sơ yếu lý lịch Giải phẫu sinh lý Atlat Địa lí Việt Nam Đề thi mẫu TOEIC Bài tiểu luận mẫu Trắc nghiệm Sinh 12 adblock ​ Bạn đang sử dụng trình chặn quảng cáo?

Nếu không có thu nhập từ quảng cáo, chúng tôi không thể tiếp tục tài trợ cho việc tạo nội dung cho bạn.

Tôi hiểu và đã tắt chặn quảng cáo cho trang web này