Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

18 3.7K 15
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐTCS&TĐĐ Nhóm sinh viên thực hiện : 1. Doãn Trung Quân 2. Vũ Minh Tiến Khóa : 2010 - 2012 Ngành đào tạo : Kỹ thuật điện-điện tử Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mạch điều khiển tốc độ động điện một chiều. Thời lượng: 02 TC Thời gian thực hiện: 10 tuần. Điều kiện tiên quyết: Đã học mô đun Điện tử công suất. Số liệu cho trước: - Các tài liệu, giáo trình chuyên môn. - Trang thiết bị, máy móc trong phòng thực hành, thí nghiệm. Nội dung cần hoàn thành: 1. Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc của động điện một chiều. 2. Giới thiệu đặc tính, thông số và ứng dụng của các linh kiện ĐTCS thông dụng. 3. Thiết kế chế tạo mạch thí nghiệm điều khiển tốc độ động điện một chiều công suất đến 370W. 4. Lập kế hoạch và thực hiện các báo cáo theo đúng tiến độ. 5. Quyển thuyết minh và các bản vẽ, Folie mô tả đầy đủ nội dung của đề tài. Kế hoạch thực hiện đề tài: (Sinh viên lập theo mẫu sau) STT Công việc thực hiện Kết quả hoàn thành Ghi chú Tuần 1 Tuần 2 . Giáo viên hướng dẫn: Trần Văn Chương Email: chuongtv@utehy.edu.vn Ngày giao đề tài: 18 /04/2011 Ngày hoàn thành: / /2011 GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 1 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Lời nói 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 . 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 điều khiển động điện 1 chiều”. Với sự hướng dẫn của thầy: Trần Văn Chương, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn. Chúng em xin trân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên thực hiện Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 2 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chương 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA ĐỘNG ĐIỆN 1 CHIỀU sở lý thuyết chung về động điện một chiều 1.1 Giới thiệu chung về động điện 1 chiều: Như ta đã biết máy phát điện một chiều thể dùng làm máy phát điện hoặc động điện. Động điện một chiềuthiết bị quay biến đổi điện năng thành năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động điện một chiều gồm những loại sau đây: - Động điện một chiều kích từ song song - Động điện một chiều kích từ nối tiếp - Động điện một chiều kích từ hỗn hợp 1.2 Cấu tạo động điện một chiều Động điện một chiều gồm 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor) 1.2.1. Phần tĩnh (stator) Gồm các phần chính sau: a. Cực từ chính: b. Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích c. từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện. d. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng e. dây đồng bọc cách điện. (như hình 1.1) 1.1 Cực từ chính 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 GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 3 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC - cấu chổi than. 1.2.2. Phần quay (rotor) Gồm các bộ phận sau: a. Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại(hình 1.2). Trên lá thép dập hình dạng 1.2 Lá thép roto 1.3 Phiến đổi chiềucổ góp rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và dòng điện chạy qua. Thường làm bằng dây đồng bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây 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 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 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. 1.3. Nguyên lý làm việc của động điện một chiều: Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd 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 phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động chiều quay không đổi. Khi động quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện độngchiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn gọi là sức phản điện động. GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 4 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý của động điện 1 chiều Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng dòng điện I ư các thanh dẫn ab, cd dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ F đt 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 phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động chiều quay không đổi. Khi động 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 điện một chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện I ư nên E ư còn gọi là sức phản điện động. Phương trình cân bằng điện áp: U=E ư +R ư .I ư Trong đó: R ư : điện trở phần ứng I ư : dòng điện phần ứng E ư : sức điện động Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động điên một chiều kích rừ độc lập. Động điện một chiều kích từ độc lập dòng điện kích từ không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ . 1.4. Phương trình đặc tính của động điện kích từ độc lập Đặc tính 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 vận hành ở chế độ định mức với đặc tính tự nhiên (M đm , w đm ). Đặc tính nhân tạo của động 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 sai số đặc tính cơ, người ta công thức tính như sau GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 5 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ∆β= ∆Μ/∆ ω β lớn (đặc tính cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi β nhỏ (đặc tính mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng. β → ∞ đặc tính tuyệt đối cứng. 1.4.1. Sơ đồ nguyên lý: U CKT Rkt ĐC Rf Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động điện 1 chiều Khi nguồn điện 1 chiều 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 công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập. 1.4.2. Phương trình đặc tính cơ: Trường hợp R f =0: U= E + I ư .R ư (1) Trong đó; E= K e . Φ .n (2) . 60 e p n K a = : Hệ số sức điện động của động a: số mạch nhánh song song của cuộn dây 2 pn K a π = : Hệ số cấu tạo của động P: số đôi cực chính N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng Thế (2) vào (1) ta có: GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 6 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC u u U R K K ω φ φ = − (3) Hoặc : u u u e e U R n I K K φ φ = − (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư ) gọi là phương trình đặc tính điện. Mặt khác: M= M= K.Ф.I ư (5): là mômen điện từ của động cơ. Suy ra: u u e e U R n M K K K φ φ φ = − là phương trình đặc tính của động điện 1 chiều kích từ độc lập. Hoặc : 0 2 ( ) u u e e U R M K K ω ω ω φ φ = − = − ∆ Trong đó: ω 0 : tốc độ không tải lý tưởng ∆ω : độ sụt tốc độ 1.4.3. Ảnh hưởng của thong số tới tốc độ động Từ phương trình đặc tính cơ: 2 ( ) u f u R R U M K K ω φ φ + = − muốn thay đổi tốc độ ta chỉ cần thay đổi φ , à U f R v • Trường hợp R f thay đổi (U ư = U đm = const; Ф= Ф đm = const): Độ cứng đặc tính cơ: 2 ( ) u f M K R R φ β ω ∆ = = − ∆ + giảm. Nếu u R càng lớn thì tốc độ động càng giảm. Đồng thời momen ngắn mạchdòng ngắn mạch giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòngđiều chỉnh tốc độ động ở phía dưới tốc độ bản. • Trường hợp thay đổi U< U đm Tốc độ không tải: 0 U K ω φ = giảm trong khi độ cứng của đặc tính 2 ( ) u M K R φ β ω ∆ = = − ∆ = const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 đặc tính điện áp song song. Phương pháp này dung để điều khiển tốc độ động và hạn chế dòng khởi động. • Ảnh hưởng của từ thông: Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ I kt khi đó tốc độ không tải: dm U K ω φ = tăng. Độ cứng đặc tính 2 ( ) u M K R φ β ω ∆ = = − ∆ giảm. GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 7 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chương 2: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THÔNG DỤNG 2.1. Diod công suất 2.1.1. Nguyên lý cấu tạo: Diod công suất hình thành từ 2 chất bán dẫn P và N ghép lại với nhau, tạo lớp chuyển tiếp P và N. Các điện tử tự do của lien kết N sẽ liên kết với các điện tử tự do của chất bán dẫn P. Do đó lớp N sẽ điện tích (+) được nối với điện cực catot(K) còn lớp P mang điện tích (-) nối với anot(A). Lớp chuyển tiếp P và n điện thế khoảng 0.6 đến 0.7V khi dòng điện định mức. Khi ta đặt 1 điện áp ngược lại thì các điên tử tự do và các lỗ trống sẽ bị đẩy ra xa lớp chuyển tiếp, kết quả là chỉ dòng vài mA chạy qua chuyển tiếp P-N coi như không đáng kể. Như vậy Diod dẫn dòng theo 1 chiều. Diod được cấu tạo như hình 2.1 Hình 2.1 a. Cấu tạo của Diod b. Kí hiệu của Diod c. Hình dạng bên ngoài của Diod 2.1.2 Đặc tính của Diod a. Khi AK V = const Trường hợp này khi AK U ngược chiều với TX U (điện áp tiếp xúc). Do đó hang rào điện thế giảm xuống hoặc mất đi. Điều đó làm dòng điện khuyeech tán KT I tăng lên mà dòng điện ng I vẫn bằng dòng điện bão hòa s I . Dòng điện đi qua mối nối P-N sẽ phụ thuộc vào điện áp AK U Theo công thức: 11522 EXP 1 KT ng s AK I I I I U T     = − = −  ÷       s I : là dòng điện bão hòa T: là nhiệt độ tuyệt đối = 0 273 K AK U : là điện áp ngoài đặt vào Diod b.Khi AK U <0 Trường hợp này điện áp AK V cùng chiều với điện áp TX U hàng rào điện thế tăng lên. GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 8 KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hàng rào này đẩy các hạt mang điện đa số ra mặt tiếp xúc điều này tạo ra một lớp cách điện đối với hạt mang điện đa số và cản trở hoàn toàn dòng khuyech tán. Ta đặc tính như hình 2.3: Từ 2 đặc tính trên ta được đặc tính V-A được biểu diễn như hình 2.3 Hình 2.3 2.1.3 Các thông số bản của Diod - Dòng điện định mức : dòng điện cực đại cho phép đi qua Diod trong một thời gian dài khi Diod mở( D I ) - Điện áp ngược cực đại: ax ng U m là điện áp ngược cực đại cho phép vào Diod trong khoảng thời gian dài khi Diod khóa. Điện áp rơi định mức U ∆ là điện áp rơi trên Diod khi Diod mở và dòng đi qua đi qua là dòng thuận định mức. Thời gian phục hồi k t là thời gian cần thiết để Diod chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khóa. 2.1.4 Các ứng dụng của Diod công suất a. Dùng cho bộ chuyển mạch cho thiết bị chỉnh lưu - Chỉnh lưu 2 nửa chu kì cho 1 pha: V 1 = V m Sinωt V 2 = -V m Sinωt GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 9 Hình 2.3 Điện áp đánh thủng Điện áp rơi Dòng rò V D KHOA ĐIỆNĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hình 2.4 - Chỉnh lưu 3 pha V 1 = V m Sinωt V 2 = V m (Sinωt - 2π/3) V 3 = V m (Sinωt - 4π/3) Hình 2.5 - Mạch nhân đôi điện áp V2 V1 V2 C1 C2 DIODE DIODE Hình 2.6 - Mạch chỉnh lưu cầu V2 V1 Hình 2.7 b. Dùng bảo vệ Transistor GVHD: Trần Văn Chương SVTH: Doãn Trung Quân Vũ Minh Tiến Page 10 220VAc D1 D2 V1 V2 V3 D1 D2 D3 D2 V2 V3 . tải. Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây: - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện. Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều: Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều là

Ngày đăng: 10/09/2013, 20:53

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan