Đồ án -...

Đồ án

Đề Tài:

Động cơ điện một chiều và hệ truyền động TIRISTOR

Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp

SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH

MỞ ĐẦU Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở vị

trí nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển.

Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta.

Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhưng

động cơ điện một chiều vẫn tồn tại. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều

được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ

bằng phẳng và phạm vi rộng. Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm việc rất

tốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độ

bằng 0). Nhưng độ tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều lại thấp hơn so với

động cơ không đồng bộ do có hệ thống tiếp xúc chổi than.

Hệ thống điều khiển chỉnh lưu - động cơ một chiều cũng là một ứng dụng

của kỹ thuật điều khiển. Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện

áp phần ứng động cơ. Chỉnh lưu cũng có thể dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp

kích từ cho động cơ. Hệ thống này thường được dùng cho các động cơ điện

được cấp điện từ lưới xoay chiều. Nhóm chúng em gồm 4 người được giao đồ

án thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện 1 chiều. Đồ án gồm 3 phần.

Phần I: Tổng quan chung về động cơ điện một chiều,và hệ truyền động

tirstor

Phần II: Tính chọn thiết bị mạch lực mạch điều khiển

Phần III: Tổng hợp mạch vòng dòng điện.

Nội dung đồ án chắc chắn còn rất nhiều vấn đề cần bổ xung hoàn thiện.

Em rất mong đươc sự đóng góp ý kiến cuả các thầy cô trong bộ môn để đồ án

của em được hoàn chỉnh. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Diễn cùng

toàn thể các thầy cô trong bộ môn đã tận tinh hướng dẫn để em hoàn thành đồ

án này em xin chân thành cảm ơn!



Sinhviên: Lưu Văn Thắng



PHẦN I.

TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

CHIỀU VÀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG TIRISTOR

I. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1. Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều chia thành 2 phần chính:

Phần tĩnh ( Stato)

Gồm các bộ phận chính sau:

Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn

kích từ.

+ Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1) mm ép lại và tán

chặt.

+ Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.

Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh

cửu.

Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm

điện.

- Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm

việc của máy điện và đổi chiều

+ Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá

thép tùy theo chế độ làm việc.

Xung quanh cực từ phụ được đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ

phụ được nối với dây quấn phần ứng.

Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.

Phần quay ( rôto)

Bao gồm các bộ phận chính sau:



- Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật

điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao

do dòng điện xoáy gây lên.

Trong máy điện nhỏ, lõi thép phần ứng được ép trực tiếp vào trục.

Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto.

Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy

qua.

Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện.

Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn.

Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện

hình chữ nhật.

Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.

Cơ cấu chổi than: dùng để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.

2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện, trong dây quấn phần ứng

có dòng điện Iư. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực

Fđt tác dụng làm cho rôto quay.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho 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.. Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư

nên sức điện đông Eư còn được gọi là sức phản diện

Phương trình điện áp là:

3. Phân loại động cơ điện một chiều

Cũng như máy phát, động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ

thành các động cơ điện sau:

−−− .IREU +=



Động cơ điện kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ được cấp điện từ

một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.

Động cơ kích từ nối tiếp

Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần

ứng.

Động cơ kích từ hỗn hợp

Động cơ kích từ hỗn hợp gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song

song và dây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủ

yếu.

II. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Tùy theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng

khác nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau.

Trong các đặc tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ. Đặc tính cơ dùng để xác

định điểm làm việc xác lập hoặc là khảo sát điểm làm việc ổn định trong hệ

thống truyền động điện.

Đặc tính cơ của động cơ điện là mặt phẳng tọa độ giữa ω với

momen ω = f(M).

Trong đồ án thiết kế này ta chỉ quan tâm tới loại động cơ một chiều kích

từ độc lập

Phương trình đặc tính cơ

Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn ứng quay

trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng lại

xuất hiện một sức phản điện động có chiều ngược với

điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

Phương trình điện áp ở mạch phần ứng động cơ:

Iư

Rf

KT

RKT

IKT

-+

+ -Uư

UKT



U = E + Iư ( Rư + Rf)

Trong đó: + Uư : điện áp phần ứng ( V ) H1. Sơ đồ nối dây của

động cơ

+ E: sức điện động phần ứng ( V )

+ Rư : điện trở của mạch phần ứng (Ω)

+ Rf : điện trở phụ của mạch phần ứng

+ Iư : dòng điện mạch phần ứng.

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ là tỷ lệ với tốc độ quay của rôto :

E = k.Φ.ω

Trong đó: + k = a

pNπ2

hệ số cấu tạo của động cơ

+ Φ: từ thông qua một cực từ (Wb)

+ ω: tốc độ góc của rôto, 55,9

n=ω ( rad/s

+ p: số đôi cực từ chính

+ N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

+ a: số đôi mạch nhánh song song

+ n: tốc độ quay (vòng/phút)

Mặt khác, mômen điện từ của động cơ:

Mđt = k.Φ.Iư Φ

=→kM

I dt−

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì Mcơ = Mđt = M

Từ các phương trình trên ta có: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức và không mắc

thêm điện trở phụ vào mạch điện trở thì phương trình đặc tính cơ là:

( )M

k

RR

kU f

2

−−

.. Φ

+−

Φ=ω

( )M

k

RkU

2−−

.. Φ−

Φ=ω



MMđm

ω

ωđm

ωo Δω

ĐTTN

0

Đặc tính cơ của phương trình này gọi là đặc tính cơ tự nhiên.

Tốc độ ωo = Uư/k.Φ là tốc độ không tải lý tưởng.

Khi phụ tải tăng dần từ Mc = 0 đến Mc = Mđm thì tốc độ động cơ giảm dần

từ ωo xuốngωđmnên phương trình đặc tính cơ có dạng:

Với: Δω = ( )2

−

Φk

R _độ sụt tốc trên đặc tính cơ.

Đặc tính cơ

Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông

Φ = const thì phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc

lập tuyến tính có dạng hàm bậc nhất y = ax + b nên đường biểu diễn trên hệ tọa

độ M0ω là một đường thẳng cắt trục 0ω tại ωo với độ dốc âm.

H2. ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH CƠ TỰ NHIÊN

2. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

a. Chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ

Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động

điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất. Để đánh

giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ

tiêu sau:

Sai số tốc độ

ωωω Δ−= o



Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ

đặt và được đánh giá thông qua:

Mong muốn: sai số ωđ = ω

s% càng nhỏ càng tốt.

Tính liên tục ( độ trơn của dải điều chỉnh)

ωi + 1 ≈ ωi: hệ thống điều khiển liên tục

ωi + 1 ≠ ωi : hệ thống điều khiển nhảy cấp

Mong muốn γ → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá

trong suốt dải điều chỉnh.

Dải điều khiển tốc độ

Dải điều khiển tốc độ ( D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất

của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

Mong muốn D càng lớn càng tốt

Ngoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước…

b. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều

Về việc điều chỉnh tốc độ, động cơ một chiều có nhiều ưu điểm so với các

loại động cơ khác: điều chỉnh dễ dàng, chất lượng điều chỉnh cao trong một dải

rộng….

Xét phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

100ω

ωω×

−=

d

ds%

i

i

ωω

γ 1+=

min

max

ωω

=D

( )M

k

RkU

2−−

.. Φ−

Φ=ω



Rf = 0

Rf1

Rf2

ω0

ω

M0

M2 M1Mc

Ta thấy rằng việc điều chỉnh động cơ điện một chiều có thể thực hiện

được bằng cách thay đổi các đại lượng: Rư , Φ, Uư

Thực tế có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:

Phương pháp 1: Thay đổi điện trở phần ứng

Đây là phương pháp kinh điển dùng để điều khiển tốc độ động cơ trong

nhiều năm.

Nguyên lý điều khiển

Trong phương pháp này người ta giữ U = Uđm; Φ = Φđm và nối thêm điện

trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Ta thấy khi điện trở càng lớn thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc

và do đó càng mềm hơn.

H3. đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

Ứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính

cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ.

Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính

cơ tự nhiên.

Đặc điểm của phương pháp

( )f

dm

RRkM

+Φ

−=ΔΔ

=−

2.

ωβ



Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính

cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn.

Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ

định mức ( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm).

Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng

trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở

động cơ điện trong cần trục.

Đánh giá các chỉ tiêu

Tính liên tục: phương pháp này không thể điều khiển liên tục được mà

phải điều khiển nhảy cấp.

Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải. Tải càng nhỏ thì dải điều

chỉnh D = ωmax / ωmin càng nhỏ. Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D

= 3 : 1

Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở

phụ lớn.

Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.

Phương pháp 2: Thay đổi từ thông Φ


Giả thiết U= Uđm; Rư = const . Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi

dòng điện kích từ.

Thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở

vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ.

Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (Φ

= Φmax) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên

chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông Φ tức là điều chỉnh tốc độ trong

vùng trên tốc độ định mức.

→ Khi giảm Φ thì tốc độ không tải lý tưởng Φ

=k

U dmoω tăng, còn độ



cứng đặc tính cơ ( )uR

k 2Φ−=β giảm, ta

thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên.

H4. đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông

M

Φđm

Φ2

Φ1

ωo

ωo1

ωo2 ω

0 Mc1 Mc2



Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và

tăng vượt quá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi. Vì vậy muốn giữ cho

dòng điện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì

ta phải giảm Mt theo cùng tỉ lệ.


Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.

Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định

mức.

Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch.

Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều

khiển với công suất không đổi.

Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển

Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự

nhiên.

Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy. Có thể điều khiển trơn

trong dải điều chỉnh D = 3 :1

Tính liên tục: vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ

nên ta có thể điều khiển liên tục với Φ ≈ 1

Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên

tục và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích

từ = (1 – 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).

→ Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một

chiều khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển.

Phương pháp 3: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

Nguyên lý làm việc

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn

(máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển…)



ĐTTN ω0

ω02

ω01

ω

M

U1

U2

0Mc



H5. đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp

Ở phương pháp này: U = var; Φđm = const; Rf = 0

Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của

động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ

không tải lí tưởng ωo = U /k.Φ thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng.

Do đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự

nhiên tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức.


Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp.

Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.

Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh.

Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm

Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển.

Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì Φ và Iư đều không

đổi.

Đánh giá chi tiêu điều khiển

Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự

nhiên)

Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi. Các

bộ biến đổi hiện nay đều có công suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục.

Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1



→ Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ

trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều.

⇒ Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy

phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả

nên ta chọn phương pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐỂ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG CỦA ĐỘNG CƠ

Hệ thống F- Đ :Hệ thống F - Đ là một trong các phương án điều chỉnh tốc độ

động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng.


Theo sơ đồ thì động cơ Đ1 biến đổi điện năng xoay chiều của lưới thành

cơ năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F, máy phát F biến

đổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ, động cơ

một chiều chuyển thành cơ năng trên trục làm quay máy sản xuất.

Để điều khiển tốc độ động cơ cần điều khiển điện áp đặt trên hai đầu động

cơ, thông qua sức điện động của máy phát: E = kMF.Φ.ωMF.

Khi máy phát F được quay với tốc độ ωMF cố định, sức điện động của máy

phát EMF phụ thuộc vào dòng kích từ IkMF theo luật đường cong từ hóa: EMF =

kMF.ωMF. α.IkMF

Xét phương trình đặc tính cơ:

( )

Mk

RRI

kk

DD

DMFkMF

DD

MFMF .2−−

Φ

+−

Φ=

αωω

F Đ

MF ĐC

MSXĐ

∼



ω

IkMFđ

mIkMF 2

IkMF 1

IkMF = 0

ĐC

TS

ĐN

ĐC

TS

I0

ω



H6. đặc tính cơ của hệ (F – Đ)

Ta thấy khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát ta điều chỉnh được

tốc độ không tải của hệ thống: kMFDD

MFMFo I

kk .

Φ=

αωω còn độ cứng

đặc tính cơ: ( )FD

DDDF RR

k

−−

2

+Φ

=−β thì giữ nguyên.

Do đó các đường đặc tính cơ là một họ đường thẳng song song.

Trong mạch lực của hệ F - Đ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có

những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Hệ

F - Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng tọa độ.

+ Đặc điểm của hệ F - Đ

*Ưu điểm

Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn.

Phạm vi điều chỉnh tăng (cỡ 30:1; chỉ khi dùng trong mạch kín).

Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh.

Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ.

Hệ điều chỉnh đơn giản.

*Nhược điểm

Dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều,

gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần công suất tải yêu cầu.

Vốn đầu tư cao, cồng kềnh tốn diện tích



Hiệu suất của hệ thấp ( không quá 75%)

Điều chỉnh sâu bị hạn chế

Hiện nay người ta có khuynh hướng thay thế hệ F - Đ bằng hệ thống CL - Đ

Hệ thống CL - Đ một chiều

Hệ thống CL - Đ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điều áp

một chiều. Khi nối nó vào mạch phần ứng với động cơ

điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ được hệ thống CL - Đ.

Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi trực

tiếp biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều không

qua một khâu trung gian cơ học nào.

Hiện nay các Tiristo được dùng phổ biến để tạo ra

các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng: gọn nhẹ, tổn

hao ít, tác động nhanh…

- Nguyên lý điều khiển

Động cơ điện một chiều nhận năng lượng từ lưới xoay chiều thông qua bộ

chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu biến đổi điện lưới xoay chiều thành điện một chiều cấp

điện cho phần ứng của động cơ điện một chiều.

Khi điều khiển góc mở của các Tiristo ( tức là Tirito chỉ được mở khi điện

áp anod dương hơn catod) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điều

khiển tốc độ động cơ điện một chiều.

- Các chế độ làm việc

Chế độ dòng điện liên tục

Khi mômen tải tăng Mt ↑ thì dòng điện Iđc ↑ dẫn đến năng lượng điện từ

tăng. Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn dây lớn

làm cho năng lượng xả ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thời điểm mở van kế

tiếp.

Khi ở chế độ dòng điện liên tục, điện áp chỉnh lưu

UCL = Udo.cosα .

T

∼

Ư



Chế độ dòng điện gián đoạn

Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy và xả năng

lượng. Nếu dòng điện nhỏ, lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả

năng lượng nhỏ. Vì vậy khi điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động của động

cơ, năng lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủ

duy trì tính chất liên tục của dòng điện. Lúc này, dòng điện qua van trở về 0

trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn.

Chế độ biên liên tục

Khi chuyển từ trạng thái dòng liên tục sang trạng thái dòng gián đoạn, hệ

sẽ phải qua một trạng thái giới hạn, đó là trạng thái biên liên tục.

- Đặc tính cơ của hệ thống


Phương trình đặc tính cơ:

Thay đổi góc điều khiển α = ( 0 - π),điện áp của chỉnh lưu biến thiên từ

Udo – ( - Udo) và ta được họ đặc tính song song nằm ở nửa bên phải của hệ trục

tọa độ M, ω. Những đặc tính đó không tồn tại ở nửa mặt bên trái là do các van

không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.

Khi đó tốc độ không tải lí tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α

Và độ cứng đặc tính cơ: ( )CL

dm

RRk

+Φ

=¦

2

β là không đổi.

→ Các đường đặc tính của hệ CL - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ


Phương trình đặc tính cơ:

Mkk

RRk

UM

kk

RRkU

e

CL

e

do

e

CL

e

CL ....

cos..

.. 2−

2−

Φ+

−Φ

=Φ

+−

Φ=

μμ

αω

dme

doo k

UΦ

=.cos. αω



( ) ( ) ( )( )γλ

γλλγαγαγω

ggU

koom

dm cotexp1cotexpsinsin.cos1 2

−+−−

Φ=

Khi làm việc ở chế độ dòng điện gián đoạn, đường đặc tính cơ không là

đường thẳng, là đường cong có độ cứng thấp hơn.

Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là đường phân cách giữa vùng dòng

điện liên tục và vùng dòng điện gián đoạn chính là tập hợp các đường trạng thái

biên Mblt; ωblt khi thay đổi góc α = ( 0 - π ) gần đúng là đường elip có các trục

chính là các trục tọa độ - đường cong nét đứt trên hình vẽ.

H7. đặc tính cơ của hệ (CL - Đ)

+ Đặc điểm của hệ CL - Đ

* Ưu điểm:

Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn.

Có khả năng điều chỉnh trơn (γ ∼ 1) với phạm vi điều chỉnh rộng

( D ∼ 102 – 103)

Có thể thiết lập hệ tự động vòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải

thiện điều kiện làm việc của hệ.

*Nhược điểm:

Khả năng linh hoạt khi chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, khả

năng quá tải về dòng và áp của các van kém.

0

Biên liên tụcω

ωo1

ωo2

Iblt

ωblt

I

α = 0

α = π/2



Sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ

trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp của động cơ làm

xấu điện áp nguồn.

Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất cosγ thấp nhất. HỆ THỐNG BĂM ÁP ĐỘNG CƠ

Bộ băm áp một chiều dùng để biến đổi trị số điện áp,

dòng điện một chiều dựa trên nguyên lý đóng ngắt có chu kì

nguồn điện một chiều.

- Nguyên lý điều khiển

Khi khóa K đóng dòng điện tăng làm tăng tốc độ động

cơ và tích lũy năng lượng điện từ cho điện cảm trong mạch. Trong thời gian

khóa cắt, năng lượng điện từ đã tích lũy sẽ phóng qua Vo để duy trì dòng điện

phần ứng.

- Các chế độ làm việc


Khi dòng và điện cảm trong mạch đủ lớn thì nănsg lượng điện từ đủ duy

trì dòng điện cho đến khi bắt đầu chu kì mới. Khi đó dòng phần ứng có dạng liên

tục.

Điện áp một chiều được điều chỉnh bằng bộ băm áp cung cấp cho phần

ứng của động cơ.

Điện áp môt chiều được băm với điện áp trung bình:

Ta điều chỉnh thông qua chu kì T. Chu kì càng nhỏ ( tần số càng lớn

f = 1 /T) thì vùng gián đoạn càng nhỏ, chất lượng điều khiển càng cao.

→ Điều khiển băm áp có chất lượng tốt hơn điều khiển chỉnh lưu khi tần

số f cao.


11 .UUT

U TB γθ==

Vo

Ư

K+

-



Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị nhỏ thì đường cong có dạng gián

đoạn.

Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị giới hạn nào đó thì dòng điện có thể

giảm đến 0 đúng vào thời điểm đầu của chu kì tiếp theo. Khi đó ta có dòng biên

liên tục.

Đặc tính cơ của hệ thống

Với dòng điện liên tục:

Phương trình đặc tính cơ

H8. đặc tính cơ của hệ thống với dòng liên tục

Để điều khiển tốc độ ta điều khiển hệ số γ tức là điều khiển độ rộng xung

điện áp θ trong chu kì điện áp.

Trong vùng liên tục, đặc tính cơ là tập hợp các đường thẳng song song với

tốc độ không tải lý tưởng

dmo k

UΦ

=γω và độ cứng đặc tính cơ: ( )

baRRk

+Φ

=¦

2

β

Với dòng điện gián đoạn

Mkk

RRk

UM

kk

RRkU

e

ba

ee

ba

e

ba ...

..

.. 2¦1

2¦

Φ+

−Φ

=Φ

+−

Φ=

μμ

γω

ω

γ = 0

γ = 1

I, M

ωo

Iblt

ωblt

0



Đặc tính cơ là các đường cong. Cũng như trong hệ CL - Đ, ở chế độ này

do mômen điện từ gián đoạn mà đặc tính cơ trở nên rất mềm.

Biên giới liên tục là đường có dạng nửa hình elip nằm ở góc phần tư thứ

nhất và có dạng nét đứt trên hình vẽ.

+ Đặc điểm:

* Ưu điểm

Vốn đầu tư nhỏ, hệ đơn giản, chắc chắn.

Độ cứng đặc tính cơ cao, xấp xỉ đặc tính cơ tự nhiên.

*Nhược điểm

Điện áp dạng xung gây ra tổn thất phụ lớn trong động cơ

Hệ thống có thể làm việc ở trạng thái dòng gián đoạn với những đặc tính

kém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều.

III: HỆ TRUYỀN ĐỘNG (T-Đ)

-Hệ TĐ một chiều dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện một chiều khi

nối nó vào mạch phaanf ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ

được hệ TĐ .

-Khác với máy phát điện một chiều bộ biến đổi trực tiếp nối biến dòng

xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào .

-Hiện nay Tirstor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có diều

khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng : Gọn nhẹ , tổn hao ít tác động nhanh .

1. Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều: nhận năng lượng từ lưới

xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều

.Cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều.

2. Các chế độ làm việc .

a,Chế độ dòng liên tục .

-Khi mô men tải Mt tăng thì dòng điện động cơ tăng dẫn đến năng lượng

điện từ tăng .Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn



dây lớn làm cho năng lượng xẳ ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thừi điểm mở

van kế tiếp .

-Khi ở chế độ dòng liên tục

Ucl=Udo.cosα

b, Chế độ dòng gián đoạn .

-Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy năng lượng

.Nếu dòng điện nhỏ , lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ nên xả năng

lượng nhỏ , vì vậy điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện động cảu động cơ năng

lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod dương hơn catod không đủ duy trì

tính chất liên tục của dòng điện .Lúc này dòng điện qua van trở về 0 trước khi

van kế tiếp bắt đầu dẫn .

c,Chế độ biên liên tục .

-Khi chuyển từ trạng thái kliên tục sang trạng thái gián đoạn hệ sẽ phải

trải qua một trạng thái giới hạn , đó là trạng thái biên liên tục .

3. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA HỆ THỐNG .

a, Chế độ dòng liên tục .

+Phương trình đặc tính cơ

MμKKRR

KCosU

MμKKRR

KUω

e

cl

e

do

e

cl

e

cl .Φ.

+.=.

Φ.

+

.= −

2−

Φα

Φ

Thay đổi góc điều khiển α=(0÷Π) điện áp cảu chỉnh lưu điều khiển từ

Udo-(-Udo) và ta được đặc tính họ song song nằm 1/2 bên phải hệ tọa độ

(Moω) những đặc tính đó không thuộc nửa bên trái là do các van không cho

dòng điện phản ứng đổi chiều .

-Khi đó tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α .

me

do

KU

o®

cos.=

Φαω

-Và độ cứng đặc tính cơ



cl

m

RRKβ

+

)Φ(=

−

2®

b, Chế độ dòng gián đoạn

+Phương trình đặc tính cơ

)cotexp(1

)cotexp()+()sin(...

Φ1

= 2

® γλ gγgλλγαSinγαγCosU

Kω oom

m

-Khi làm việc ở chế độ dòng gián đoạn đường đặc tính cơ không là đường

thẳng mà là đường cong có độ cứng thấp hơn .

-Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là dòng phân cách giữa vùng dòng

điện liên tục và dòng gián đoạn chính là tập hợp đường trạng thái biên độ .KHi

thay đổi góc α=(0-Π) gần đúng là đường ê líp có các trục chính là trục tọa độ .

+Ưu điểm

-Độ tác động nhanh , cao tổn thất ít giảm tiếng ồn hiệu suất lớn có khả

năng điều chỉnh trơn (8-1)với phạm vi điều chỉnh rộng (D-102-103)

-Có thể thiết lập hệ tự động phòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải

thiện điều kiện làm việc của hệ.

+Nhược điểm :\

-Khả năng linh hoạt khi đổi trạng thái làm việc không cao , khả năng quá

tải về dòng và áp của van kém sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập

mạch lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên

cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn .

- Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất Cos γ thấp nhất.



PHẦN II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC VÀ

MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

I: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH LỰC:

1: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC:

Dựa trên những phân tích đánh giá về các ưu nhược điểm của các loại

Sơ đồ về chỉnh lưu ,với tải là kích từ động cơ thì dùng chỉnh lưu cầu

Một pha ,điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả vì nó cho chất lượng

Điện áp và dòng một chiều tốt nhất : 2: SƠ ĐỒ :

Sơ đồ mạch lực

Ikt

L T3 T4

T2 T1

1C2 R2 R1

Đ

C1

U∼



GIỚI THIỆU MẠCH LỰC :

Mạch lực gồm : 4 Triristor T1-T4 mắc với nhau thành một sơ đồ

Cầu đối xứng;

2 Điện trở R1;R2

2 Tụ C1;C2 mắc nối tiếp nhau và từng nhóm mắc song song với

Triristor nhiệm vụ bảo vệ quá tải về điện áp

1 Ap tô mát .AT dùng để đóng cắt để sửa chữa khi có sự cố đồng thời nó

được bảo vệ động cơ khi ngắn mạch : I-3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC :

Đóng AT cấp nguồn cho mạch lực

Khi Φ =Φ1 cho xung điều khiển mở T1 . Trong khoảng từ Φ1-Φ2 .

Tiristor T1 và T4 cho dòng chạy qua , khin điện áp vào đổi dấu Thì T3 mở

ngay . T1 tự nhiên khoá lại dòng id =I d chuyển từ T1 Sang T3 lúc này T3 và T4

cùng cho dòng chạy qua Ud= 0

+ Khi Φ =Φ3 =Π + α cho xung mở T2 dòng tải id =Id chạy qua T3 và T2

Đồng thời T4 bị khoá lại .

Quá trình có thể lặp đi lặp lại sơ đồ sử dụng van là Tiristor khi muốn

ngừng hoạt động ta có thể ngắt AT cắt nguồn: I-4: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ :

4-1: Các số liệu ban đầu của mạch lực :

P = 2,2 (kw)

Uđm = 220 (v)

Iđm = 10 (A)

Nđm = 1500 (v/p)

η = 0,85

4-2: tính chọn van .

Để điều khiển tiristor dẫn dòng thì ta có :

UAk > 0

I g > 0



Các thông số cơ bản của van được tính như sau.

Ulv = KNV .U2 = 1,41.110 =155 (v)

Do sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha nên ta có .

41,12 ==nvK

Điện áp ngược mà van phải chịu .

Unv = Kđtv . Ulv = 1,9.155 =294 (v)

Kđtv la hệ số dự chữ điện áp thường lấy >1,6.

Nên dòng điện đinh mức của van là .

Ilv = Khd .I =0,67.10 =6,7 ( A)

Khd =0,67

Do chỉnh lưu cầu một pha

Dòng điện định mức của van được chọn dựa vào điều kiện làm mát van

chọn điều kiện làm mát van bằng không khí tức làm mát tự nhiên bằng cánh

tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép làm việc

Iđmv =Ki .Ilv =1,5.6,7 = 10 (A)

Ki = 1,5 là hệ số dự chữ dòng điện

Chọn van bán dẫn với .

Unv = 294 (v)

Iđmv = 10 (A)

Loại tiristor cần chọn là ,T12N400COE có các tham số sau

Điện áp ngược cực đại của van là : Un = 400(v)

Dòng định mức của van là : Iđm = 15(A)

Đỉnh xungdòng điện : Ipik = 220(A)

Dòng điện của xung điều khiển Iđk = 40(mA)

Điện áp của xung điều khiển Uđk=2(v)

Dòng điện rò Ir =5(mA

Sụt áp lớn nhất của tiristor ΔU =2,8(v



Tốc độ biến thiên điện áp )/(200 mvdtdu

=

Tốc độ biến thiên dòng điện )(180 μςAdtdi

=

Thời gian chuyển mạch Tcm =50μs

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =1250C

4-3: Tính chọn thiết bị bảo vệ van:

Dùng áptômát để tác động nhanh đóng cắt mạch đọng lực tự bảo vệ .Quá

tải và ngăn mạch tiristor.

+ chọn áptômát (AT) có Iđm =(1,1-1,3)Id

Sao cho dòng bảo vệ của áptômát không vượt quá dòng ngăn

Mạch của thứ cấp .

Chọn Iđm = 1,1I1d =1,1.3,74 =4,11(A)

Uđm = 220(v).

Dùng cầu chì ( cc) tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch , nhóm 1cc bảo

vệ ngắn mạch bên ngoài được chọn theo. Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ

cấp của máy biến áp

I1cc = 1,1.I2 =1,1.6,7 =7,37 (A)

Chọn I1cc =8 (A)

Nhóm 2cc bảo vệ van phụ tải .

I2cc =1,1 Id =1,1.10 =11 (A)

+; Bảo vệ quá nhiệt độ cho van bán dẫn .

Để van bán dẫn làm việc an toàn không bi trọc thủng vì nhiệt ta phải

chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý . hiện nay phổ biến người ta thường

dùng làm mát bằng cánh tản nhiệt .

- tổn thất công suất trên 1 tiristor .

ΔP =ΔU.Ilv = 1,9.6,7 =12,73 (w)

- diện tích bề mặt toả nhiệt .

35,040.973,12

.==

Δ=

tKtnPStn ( m2) =35 (cm2)



Trong đó :

t0 =t0lv –t0

mt độ chênh lệch so với môi trường nhiệt độ làm việc

t0lv = 800

Nhiệt độ môi trường : t0mt = 40

vậy t0 = t0lv = t0

mt = 800

Bảo vệ quá điện áp:

Quá điện áp chuyển mạch xuất hiện khi van bán dẫn chuyển mạch từ

trạng thái thông sang trạng thái ngắt . Để bảo vệ về điện áp chuyển mạch người

ta nối song song với mỗi van một mạch R- C khi có mạch R-C mắc song song

với tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên

tiristor không bị quá điện áp trị số của điện trở và điện dung của mạch tuỳ theo

từng loai van:

R = (5÷10) (Ω)

C = (0,25÷4) (μF)

Vậy ta chọn R = 22Ω C = 0,47 (μF)

4-4: xách định thông số mạch phần ứng :

Với các thông số đã cho của động cơ ta tính được điện trở phần ứng động

cơ. Theo công thức phần ứng :

Rư= 0,5(1-ηđm) .Idm

Udm

Thay số :

Rư = 0,5.(1-0,85).10220 = 1,25(Ω)

Điện cảm mạch phần ứng tính theo công thức gần đúng :

Lư =K2 .¦.. WdmZpIudm

Udm

Wđm = 55,9

Ndm

Trong đó : K2 là hệ số chọn = 5,6 (đối với máy không bù)

Zp là số đôi cực Zp =2



Thay số ta có :

Lư = )(2,055,9/3000.2.10

220.6,5 H=



II: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

II-1 : các chức năng mạch điều khiển Mạch điều khiển có chức năng điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi

nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Anot và Ktot của tiristor: Tạo ra được các

xung đủ điều kiện mở tiristor (xung điều khiển thường

Có biên độ từ 2÷10v

Độ rộng của xung Tx = 20÷100μs

Độ rộng của xung được tính theo biểu thức :

Tx =

dtdiIdt

Trong đó: Iđt là dòng duy trì tiristor

dtdi tốc độ tăng trưởng dòng tải



II-2: CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN .

Điều khiển tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điều

khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính . nội dung của nguyên tắc này như

sau :

Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của Tiristor, để có thể điều

khiển được góc mở α của Tiristor trong vùng điện áp dương anod ta cần

tạo một điện áp tựa dạng tam giác ,ta thường gọi điện áp tựa là điện áp

răng cưa Urc như vậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dương anod

Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa .tại thời điểm

điện àp tựa bằng điện áp điều khiển ( Urc = Uđk) trong vùng điện áp

dương anod thì phát xung điều khiển để mở van.

Sơ đồ cấu trúc của mạch điện điều khiển

Ta có sơ đồ cấu trúc:

-ĐF: khâu đồng pha là khối tạo điện áp đồng bộ với điện áp trên anot –

knot của tiristor.

- RC: khâu tạo điện áp răng cưa Urc

- SS: Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh tín hiệu Urc và Uđk

- TX: khâu tạo xung chùm

-KD:khâu khuyếch đại xung

-BAX: biến áp xung

Uđk

ĐF RC SS TX KĐ BAX Urc



Giản đồ điện áp

0

0

0

0

00

U 0

0 ω t

U 1

U 2

U 3

U 4

U 4

U 5

U 6

ω t

ω t

ω t

ω t

ω t

ω t

ω t



II-3: LỰA CHỌN CÁC KHÂU TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHÂU

3-1: KHÂU ĐỒNG PHA .

Đầu vào tín hiệu xoay chiều biên độ nhỏ lấy từ biến áp.

Đầu ra là tín hiệu xung vuông đồng pha với tín hiệu điện áp lưới đưa vào khâu

tạo điện áp tựa Urc

Sơ đồ gồm máy biến áp đồng pha và một khâu so sánh. Cuộn thứ cấp của

biến áp đồng pha gồm hai cuộn dây có điểm giữa trung tính. Sau hai nữa chu kỳ

điện áp hình sin ở đầu vào Đ1và Đ2 thì ở đầu ra của nó có điện áp dương.

Tín hiệu đồng pha này được dưa vào cổng đạo và khuếch đại thuật toán

OA1.

Cộng không đạo OA1 nhận tín hiệu đặt một chiều qua khâu phân áp VR1.

Kết quả ở đầu ra của OA1 ta có được các xung vuông.

H Sơ đồ cấu trúc của khâu đồng pha

R1

VRĐ2

Đ1 BAĐP

OA1

B

+E

U~ t

UA

t

Ung

t

UB



3-2: KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP RĂNG CƯA .

Là điện áp để so sánh với Uđk điểm cân bằng là thời điểm phát xung, hình

dạng của Ur phụ thuộc vào nguyên tắc điều khiển ở đây ta chọn nguyên tắc điều

khiển thẳng đứng tuyến tính. Điện áp ur là điện áp răng cưa đồng pha với điện áp

lưới.

Có nhiều phương pháp để tạo ra ur

+ Sơ đồ dùng đi ốt và tụ điện

+ Sơ đồ dùng cho Tranzitor

+ Sơ đồ dùng vi mạch

Trong bản thiết kế này ta chọn sơ đồ dùng vi mạch, tín hiệu răng cưa được

tạo thành nhờ tụ C1 nhờ vào sự phóng nạp. Sơ đồ mắc theo kiểu tích phân, phần

tử chính của mạch là tụ C1 và khuếch đại thuật toán OA1 và OA2.

Chọn loại khuếch đại thuật toán OA2 là loại khuếch đại thuật toán

μA741

Nguồn cung cấp ± 15V . Tín hiệu được đưa vào cổng đảo của OA2 thông

qua đi ốt chặn để lấy tín hiệu điện áp âm

Nguồn E+ (15) được mắc vào cửa đảo nối tiếp tụ C1 để nạp cho tụ thông

qua R3 và VR2 để khống chế thời gian và phóng của tụ C1

UC

+URCM

-URCM

Uđk

VR

OA2

R4

R3B

+

-+-

D3

C1

C



NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Khi u0 > uA điện áp ra của OA1 (Uđp < 0) thì tụ Đ3 thông tu được nạp theo

ký hiệu như hình vẽ

In = Ic = i2 – i1

Trong đó

RE

RVREI =+

=32

2 (R = VR2 + R3)

4=1

RUdUbh

I

Chọn Ubh = 12V Với (Ud = 0,5V sụt áp trên đi ốt Đ3)

4

5,0121R

I −=

u = u ∫ i dt

Với quy ước chiều như hình vẽ thì ic < 0 thay vào ta có

1

).1545,11(

Ct

RRUr −=

Khu Ub = -Ubh thì Đ3 dẫn tụ C1được nạp điện đến giá trị bão hòa +

Urcmax

Khi Ub = + Ubh thì Đ3 khóa tụ C3 phóng điện từ + Urcmax ÷ - Urcmax

RR

EIp 15==

Điện áp trên tụ giảm dần

1.15

RCtUzUr −

==

nếu thời gian tp là thời gian phóng của tụ ta có

1.15

RCtUzUr −

==



3-3: KHÂU SO SÁNH .

H Sơ đồ cấu trúc của khâu so sánh

Nhiệm vụ của khâu so sánh là so sánh điện áp răng cưa Urc với điện áp

điều khiển Uđk để định thời điểm phát xung mở Tiritor.

Điện trở R5 ,R6 có tác dụng hạn chế đầu vào khuếch đại thuật toán ( chon

vào khoảng 10 kΩ )

Điện áp đầu ra của khâu so sánh tại điểm D là

UD = - 15 V khi Urc > Uđk

UD = + 15 V khi Urc < Uđk

t

+URC Uđk

-

t

Ud

α

t

T1

UF

t

T2

UG

+

-

OA3

R5

R6

C

D



Điểm Urc = Uđk là điẻm lật trạng thái xác định thời điểm phát xung.



3-4:KHÂU KHUẾCH ĐẠI XUNG.

H Sơ đồ công cấu trúc của khâu khuếch đại xung.

Sơ đồ sử dụng hai Tranzitor T1 và T2 ghép trực tiếp làm chức năng khuếch

đại, đầu ra ghép với tải bằng biến áp xung, tín hiệu lấy ra từ hai khâu gửi tới:

- Tín hiệu từ khâu so sánh gửi tới.

- Tín hiệu từ khâu xung chùm gửi tới.

Nguyên lý hoạt động

Khi đầu ra của khâu so sánh là một xung điện áp đường dẫn tới T1 mở tạo

thiên áp cho T2 mở. Khi T2 mở sẽ có dòng chảy qua cuộn sơ cấp biến áp xung và

kết quả là thứ cấp biến áp xung có được một chuỗi xung có tần số bằng mạch

của máy phát xung chùm, và có độ dài xung phụ thuộc vào xung dương của

khâu so sánh.

XC

SS

Đ4

Đ5

Đ6

Đ7

R8

R9

T1

T2

BA+E



3-5: KHÂU TẠO XUNG CHÙM.

H sơ đồ khâu tạo xumg trùm

Nhiệm vụ của khâu tạo xung chùm là băm tín hiệu xung điều khiển thành

dãy xung nhỏ với tần số cao (cỡ khoảng 10 KHZ)

Người ta dùng xumg chùm là nhằm mục đích làm mở chắc chắn Tiristor

Tần số xung ra 210

11CRT

f+

==

R13 hạn chế điện áp đặt lên cực Bazơ của Tranitor T3

Đ8 loại bỏ xung âm đặt lên T3

Ở đây ta chọn bộ dao động dùng IC khuyến đại thuật toán μA 741

Tụ C2 liên tục được phóng nạp làm cho IC khuếch đại thuật toán lật trạng

thái liên tục

Mạch tạo xung chùm có tàn số fXC = 10 KHZ

Txc = 100μs

Chọn R11 = R12 = 10KΩ

Đ9

R10

R11

R12

R13

EOA4 -+ T3

C2

R14



II-4:TÍNH TOÁN CÁC KHÂU TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN .

4-1: khâu biến áp xung.

+ Biến áp xung có nhiệm vụ để truyền tín hiệu điều khiển BAX có các

đặc

+ Điểm sau:

- Tạo xung vuông có biên độ theo yêu cầu

- Để phân bố đi các kênh

- Để thay đổi cực tính xung ra

- Cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực

Do ta đã tính chọn van là Tiristor có các thông số sau đây

Ug = 10V

Ig = 0,42 A

Qua các tài liệu tham khảo tỉ số máy biến áp xung thường chọn ( 1 ÷ 3) là

tốt nhất, ở đây ta chọn tỉ số máy biến áp KBA = 2

- Chọn vật liệu là lõi thép pherit làm việc trên một phần đặc tính từ hóa

+ Độ biến thiên cường độ từ trường B = 0;2 (Tesla)

+ Độ biến thiên mật độ từ cảm H = 30A/m

Do TX = Tn nên coi trị số dòng điện hiệu dụng cuộn thứ cấp bằng 1/2 dòng

điều khiển

I2 = 1/2Ig = 1/2.0,42 = 0,21 (A)

+ Thể tích lõi pherit được tính

BH

UxtxIUKbaxV ..2.2.=

Trong đó UX là độ sụt áp xung lấy bằng 0,2

+ Tần số xung chúm là txc = 10 KHZ

txc = 1/txc = 1/10.103 = 100 μs

Cho rằng xung đối xứng thì khoảng nghỉ bằng khoảng có xung vậy độ

rộng của xung tx = 0,5 . Tx = 0,5 . 100 = 50 μs

Vậy V = 0,7 .10-6 (m3) = 0,7 (cm3)



Tra bảng trong trường hợp từ hóa một phần chọn lõi thép có hình chữ E

có kí hiệu 814E250.

Có diện tích lõi từ 0,202 (cm3)

điện áp sơ cấp biến áp xung phải kể đến điện áp rơi trên điot Uđ = 0,6V

khi đó giá trị điện áp ở cuộn sơ cấp BAX là.

U1 = 2.Ud + K.Ug = 2.0,6 + 2.10 = 21,2 V (K là tỉ số máy biến áp xung K

= 2 ÷ 3 chọn K = 2)

Giá trị dòng điện trên cuộn sơ cấp biến áp xung là

I1 = Ig/KBAX = 0,42/2 = 0,21 (A)

Số vòng dây cuộn sơ cấp BAX là:

3,26210.202,0.2,0

10.50.2,214

6

1 ==W (vòng)

Số vòng dây cuộn thứ cấp BAX

W2 = W1/ KBAX = 262,3/2 = 131,15 (vòng)

Tiết diện dây quấn sơ cấp

S1 = I1/J (chọn J = 4 A/mm)

S1 = 0,21/4 = 0,0525 (mm2)

Đường kính dây quấn sơ cấp BAX:

)(25,04.14,3

2,0.2..2

1

11 mmπ

jI

d ===

Đường kính dây quấn thứ cấp

)(36,04.14,3

2,0.2..2

1

22 mm

jI

d === π

4-2: khâu khuếch đại xung.

Xung chùm có tần số cao. được chộn lẫn với xung tới từ khâu so sánh

Sơ đồ khâu khuếch đại xung gồm hai Tranzito mặc theo sơ đồ kiêu

dalington

E2 là nguồn một chiều từ khối nguồn của mạch điều khiển vào có :

E2 = + 24V



⇒ R = E2 /I2 = 24/0,21 = 114 (Ω)

Ta chọn tranzitor T1 là loại có mã hiệu C828 có các thông số sau

UCF = 30V

β = 30÷100

ICmax = 300mA

IB3 = 10 mA

Ta có IC2 = IE2 mà IE2 = IB3 = 10 mA

UCEE2 = 24V. Khi T1 thông

- Chọn tranzitor T2 loại ST630

có: UCE = 30V

ICE = 80 mA

β = 30÷100

IB2 = IC1/β = IC1/30 = 10/30 = 0,33 A

Hệ số khuyến đại của khâu là

βK = β1 β2 chọn β1 = β2 = 30

⇒ βK = 30.30 = 900

Điều kiện làm việc của tranzitor ở chế độ xung

IC2 = IB3 ≥ IC3 /β = 0,33 mA

R9 và Đ5 có nhiệm vụ bảo vệ tranzitor khỏi bị đánh thủng vì quá điện áp

do sức điện động cảm ứng của cuộn sơ cấp biến áp xung gây ra.

Quá trình xảy ra như sau:

- Khi tranzitor đang ở trạng thái mở chuyển sang trạng thái khóa do trị số

điện cảm lớn nên sức điện động cảm ứng được tính như sau:

e = w1 (du/dt)

Do sức điện động có chiều ngược với sức điện động nguồn nên D7 mở do

đó năng lượng tiêu tán trên R12 tránh cho tiếp giáp CE của tranzitor phải chịu

điện áp lớn.

R8 giúp cho tranzitor T1 dễ khóa



Đ4 giải phóng năng lượng do dòng rò trong miền Bazow T2 và bảo vệ cho

tiếp giáp BE không phải chiụ điện áp ngược khi tranzitor khóa

R8 thường chọn vào khoản 100÷400Ω ta chọn R8 = 200Ω

R6 và R7 ta chọn = 2 KΩ

Chọn điốt Đ4Đ5Đ6Đ7 là loại có kí hiệu Π 204 do Nhật Bản chế tạo có

Itb = 800 mA và Uim = 100V

4-3: khâu so sánh.

Ta chọn khuyếch đại thuật toán OA3 là loại μA 741 có các thông số sau

Ung = ± 3 ÷ 22V

Uđ = ± 30V

Unf = ±15V

It = 100 mA

Nhiệt độ cho phép [ t ] = 55 ÷ 1250C

Zra = 60 Ω

Zvào = 300Ω

Ira= ± 125 mA

K0 = 5.104

t

u

dd = 0,5V/μs

Các điện trở R5 và R6 chọn bằng 20KΩ

4-4: khâu tạo điện áp răng cưa.

Chu kỳ của khâu tạo xung răng cưa là 1/2T = t1+ t2 = 10 μs

Trong đó t1 là thời nạp của tụ nạp từ (- URCmax đến + URCm)

t2 là thời gian tụ C phóng từ ( + URCm đến - URCm)

ta chọn t1 = 1 (ms), t2 = 9 (ms)



III : THIẾT KẾ NGUỒN MỘT CHIỀU CÓ ỔN ÁP

I. Sơ đồ khối bộ nguồn một chiều ổn áp.

U1

Lưới 220V-50Hz

Hạ áp

cách ly

U2 Chỉnh

lưu

UCl Mạch

lọc Uv

Mạchổn

định điện áp

Ur

1. Các phần tử thực hiện khối chức năng

+ Dùng MBA thực hiện khối hạ áp và cách ly

+ Dùng Điốt thực hiện khối chỉnh lưu

+ Dùng tụ điện có điện dung lớn thực hiện mạch lọc

+ Dùng IC ổn áp tuyến tính họ 7815 để thực hiện mạch ổn định điện áp

+15v

+ Dùng IC ổn áp tuyến tính họ 7815 để thực hiện mạch ổn định điện áp -

15 2. SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ

-15v

7815

7915

C1 C3

C4 C2

220v

+15v

0v



II.TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHẦN TỬ TRÊN SƠ ĐỒ

Yêu cầu thiết kế:

- Điện áp đầu ra của nguồn ổn áp Ur = ± 15 V

- Dòng tải lớn nhất I tải = 1 A

- Phạm vi thay đổi của điện áp lưới U1 = 160 Và 240(v)

các bước tính chọn :

1/ Chọn điện áp rơi nhỏ nhất: ∆Umin = 5 V trên Ic ổn áp ứng với lúc điện áp

xoay chiều đầu vào nhỏ nhất U1min = 160 V

2/ Điện áp nhỏ nhất của vào IC khi qua tụ lọc C1

Uvmin = Ur + ∆Umin = 15 + 5 = 20 V

3/ Điện áp chỉnh lưu nhỏ nhất khi chưa có tụ lọc

( )vUv

Ucl 4,1441,1

10

41,1

minmin ===

4/ Điện áp nhỏ nhất của thứ cấp máy biến áp theo sơ đồ chỉnh lưu cần một

pha

U2min = 1,11 Uclmin + ∆Uba = 19,7 V

Trong đó lấy ∆Uba = 4 V là điện áp rơi trên dây quấn MBA và dây dẫn

5/ Điện áp lớn nhất của máy biến áp lúc U1max = 240 V

5,297,19.160

240min2

min1

max1max2 === U

UU

U

6/ Điện áp chỉnh lưu lớn nhất khi chưa có tụ lọc.

Uclmax = 0,9 U2 max = 26 V

7/ Điện áp lớn nhất cửa vào IC ổn áp khi có tụ lọc .

Điện áp lưới lúc này U1max = 240 V

Uv max = 2 Uclmax = 36,7 V

8/ Sụt áp lớn nhất IC ổn áp

∆Umax = Uvmax – Ur = 21,7 V

9/ Công suất tổn thất lớn nhất trên IC ổn áp

∆Pmax = ∆Umax.Itải = 21,7 W



10/ Công suất yêu cầu

P tải = Ura . Itải = 15 W

11/ Công suất MBA

Pba = Ptải + ∆Pmax = 36,7 W

12/ Tiết diện lõi sắt MBA

S = 1,2 . Pba = 7,2 cm 2

13/ Hệ số quấn dây

3,85,56040

0 ÷=÷

=S

N (vòng/vol)

14/ Số vòng dây

Cuộn sơ cấp W1 = N0 U1max = 1320 vòng

Cuộn thứ cấp W2 = N0.U2max = 162,2 vòng

15/ Dòng điện

Dòng thứ cấp

AI

I it 9,011.1¶

2 ==

Dòng sơ cấp

AIWW

I 3,7. 22

11 ==

16/ Tiết diện dây chọn mật độ dòng J = 5 A/mm2

Sơ cấp

( )21 5,1 mmJI

=

Thứ cấp

( )22 18,0 mmJI

=

17/ Đường kính dây

Sơ cấp d1 = π

14s = 1,38 mm



Sơ cấp d1 = π

14s = 1,38 mm

Thứ cấp d2= π

24s =0,47 mm

18/ Chọn IC ổn áp tuyến tính loại 7815 và 7915

So sánh ∆Umax < ∆Umax cp

∆Pmax < ∆Umaxcp

Như vậy dùng IC ổn áp tuyến tính loại 7815 và 7915 thoả mãn yêu cầu thiết kế.

19/ Chọn tụ hoá

Ta chọn: C1 = C2 = C3 = C4 = 470 μF

U=35v

20/ Dùng điốt thực hiện khối chỉnh lưu



PHẦN IV– TÍNH CHỌN THIẾT BỊ T - Đ HAI MẠCH

VÒNG.

I. KHÁI NIỆM CHUNG

I. Khái niệm 1:

Trong các hệ thống truyền động tự dòng cũng như các hệ chấp hành thì

mạch vòng dòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản

của mạch vòng dòng điện trong các hệ thống truyền động một chiều và xoay

chiều là trực tiếp (hoặc gián tiếp). Xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra

có chức năng bảo vệ điều chỉnh gia tốc.

Cấu trúc đơn giản nhất để điều chỉnh dòng điện là:

Ta dùng bộ điều chỉnh tốc độ hoặc điện áp có dạng bộ khuyếch đại tổng

và mạch phản hồi dòng điện phi tuyếnP. Khi tín hiệu dòng điện chưa đủ để khâu

phi tuyến ra khỏi vùng kém nhạy, thì bộ điều chỉnh làm việc như bộ điều chỉnh

tốc độ hay điện áp mà không có sự tham gia của mạch phản hồi dòng điện. Khi

dòng điện đủ lớn khâu P sẽ làm việc ở vùng tuyến tính của đặc tính và phát huy

tác dụng của bộ điều chỉnh R.

Khái niệm 2:

Khái niệm này được mô tả theo hình vẽ sau:

(-)Ui

UdI

RIΙcKB§

1+ pTB§ Tup+ 1KB§

EB

Tip+1Ki



Cấu trúc theo kiểu này cho phép điều chỉnh độc lập từng mạch vòng với

hai bộ điều chỉnh riêng biệt R1 & R2 trong đó bộ điều chỉnh R2 là bộ điều chỉnh

dòng điện với giá trị đặt Iđ.

Trong truyền động điện khái niệm điều chỉnh dòng điện được sử dụng

rộng rãi và được thể hiện trên hình vẽ:

Trong đó:

RI – Bộ điều chỉnh dòng điện.

Rco – Bộ điều chỉnh tốc độ.

Mỗi mạch vòng có bộ điều chỉnh riêng được tổng hợp từ đối tượng riêng

và theo tiêu chuẩn riêng.

Uđ

(-) Uu' Rω

ω

Mc

RI S01 S 02

Uu' R1 So2

So1

R1

Mc

I



II. LẬP MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA CÁC KHÂU VÀ CÁC PHẦN TỬ

TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG.

1. Mô tả toán học các phần tử của động cơ điện 1 chiều

Giả sử: Từ thông Φđc = Φđm = const

- U ưp= Eư(P).Rư+ Lư.P.iư+K Φ ω(P)

-Mo(P) = Mc(P) = J.P.ω(P)

Căn cứ vào đó ta có cấu trúc mạch vòng:

Trong đó các phần tử:

Uư: Là điện áp phân ứng động cơ

iư: Là dòng điện phần ứng

Rư: Điện trở phần ứng

Lư: Điện cảm phần ứng

Ta tính được mạch phần ứng động cơ:

Theo công thức (2- 19) trang 31 (TĐĐ) ta có

Rư = 0,5.(1- ηđm) mI

mU

®®

Với η = 0,85

Uđm = 220 ⇒Rư = 0,5 ( 1-0,85) 10

220

Iđm = 10A

Vậy suy ra Rư = 1,65 Ω

Jp1+Tu'P(-)Eu'

Kφ

Uu' 1/Ru'Kφ 1

-Mc

ωIu'



Điện cảm mạch phần ứng có thể tính theo công thức.

Với 55,9

= ®®

mnmω

Trong đó:

KL – Hệ số điện cảm chọn KL = 5,6 (máy không bù)

ZP – Số đòi cực, chọn ZP = 2.

nđm = Iđm

Iưđm tốc độ định mức, chọn nđm = 3000v/p

Thay số vào công thức ta có:

)(196,0=55,9/3000.2.10

2206,5=− AL

Như vậy ta có hằng số thời gian chuyển mạch phần ứng là:

)(12,0=65,1

198,0==

−

−− s

RL

T

Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên:

Suy ra m

mmm ω

IRUK

®

®®®

−.=

-θ với 55,9

= ®®

mm

nω

Thay số ta có:

65,0=55,9/3000

10.65,1220=®

-θ mK

Mặt khác từ công thức.

−

2−

2−

−

)(

)( RKT

JK

JRT

θθ

=⇒=

Thay số vào ta có:

03,0=65,1

65,0.12,0=

2

J

vậy ta có sơ đồ mạch vòng mô tả động cơ điện một chiều.

dmpm

mL

ωZIUK

L..

.=

®−

®−

m

mmm K

IRUω®

®−®® =

θ-



2. Mạch vòng điều chỉnh dòng điện.

Ta có sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện.

Điện cảm phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập được xác định

theo công thức

mm−

m

ωZpIU

KiL®®

®− ..

=

Với: Ki – Hệ số dự trữ dòng điện chọn K = 0,25

Zp – Số đòi cực chọn Zp = 2.

Thay số vào ta có:

)(008,0=55,9/3000.2.10

22025,0=− HL

Hằng số thời gian điện từ thuộc phần ứng động cơ

)(0048,0=65,1

008,0==

−

−− s

RL

T

Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên.

-Mc

1+0,12P(-)Eu'

0,65

Uu' 1/1,65 Iu'(P)0,65

0,03P1 ω

UdI

(-)UiTu'P+ 11+ PTB§

Tu'P+1Ki

KB§RI

EB-E§

KB§ I¦



m

mmm

m

mmdm

ωIRU

K

KIRUω

®

®−®®

®

®−®

.=

.=

-θ

θ-

55,9/

.=

®

−®

m

dmm

NIRU -

Suy ra )(64,0=55,9/3000

10.65,1220=® wbK m

-θ

Hằng số thời gian cơ học.

)(015,0)( 2

− sθK

RTc ==

Xét thấy hằng số thời gian Tc = 0,015 9 (s) rất lớn so với thời gian điện từ

của phần ứng động cơ Tư = 0,0048 (s).Vì thế nên ta coi sức điện của động cơ

không ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh mạch vòng dòng điện . Mặt khác

phản ứng của mạch phần ứng (sức điện động E) chậm hơn nhiều so với phản

ứng của bộ điều chỉnh dòng điện Ri nên khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta

cần bỏ qua khâu phản hồi dòng điện:

E = Kφđm. ω

Ta có sơ đồ cấu trúc

Từ đó ta có hàm truyền đạt.

)1)(.1)(.1(

/.)(

−

−

PTPTPTRKK

pSoiiB

BI

+++=

các hằng số thời gian Tω, Ti rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ Tư

(đặt Tsi = TB + Ti)

Uđk RI Soi(P)

Udi Ui= Iư..Ki



).+1)(.+1(

/.=)(

−

−

PTPTRKK

pSoisi

BI

Ta đặt −

.=

RKK

K BIoi

Suy ra ).1)(.1(

/.)(

−

−

PTPTRKK

pSoisi

BI

++=

Thời gian trễ của bộ biến đổi: mf

TB 2

1=

f – Tần số lưới điện, f = 50 Hz m – Hệ số đập mạch với sơ đồ cầu một pha đk đối xứng thì m = 2

Khi đó )(5)(005,050.2.2

1mssTB ===

Hệ số khuyếch đại:

Với Ed = Edo cosα

Lấy Uđk = 6v 628,0)10

61(

2

Π=−=⇒ α

⇒ α = 510

Ed = 2,34. 100. cos 510 = 148 (v).

Khi đó hệ số khuyếch đại:

25=6

148=BK

Khâu phản hồi dòng điện có dòng truyền:

PT

KpW

i

ii +

=1

)(

Ta có hệ số tỉ lệ: m

mii I

UK

®

®= Chọn Uiđm = 6v

vTachänUrmUU

UEd

dUd

K

rm

kd

dkdk

EdB

10=)1(2

=

==

-Πα

ΔΔ



Vậy 6,010

6==iK

Bỏ qua hằng số thời gian Ti

1,965,1

6,0.25.

−

===R

KKKoi iB

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun ta tìm được hàm truyền của bộ điều

chỉnh dòng điện có dạng là khâu PI:

Chọn: Tri = Tư =0,048 (s)

K. Tri = 2Tsi . Koi = 2 TB . Koi

Sơ đồ điều khiển thuộc bộ đìêu chỉnh dòng điện:

Ta có hàm truyền đạt của bộ điều chỉnh

PCR

CPRPR f

ω ..

1

1

++=

So với hàm truyền: PKT

PTriPR

Ri

i

.

1.)(

+=

Suy ra Rf. C = Tri (I)

R1 . C = K. Tri (II)

Ud

Ui R2 +V-

V+-

RfR1 C

KTpR rii )( =

1)(.1()( −TPTpSoi ++=



Từ (I) suy ra : Rj = CTRi với Tri = Tư = 0,008 (s)

Chọn C = lμf ⇒ Rf = 6

10.1

0048,0− = 4800(Ω)

Từ (II) suy ra: CTK

R ri.1 = . Chọn C = 1(μf) Kri = 0,03

)(30)(3000010.1

03,061 ΩΩ kR ===⇒ −

Vì Ud = Ui = 6v ⇒ R1 = R2 = 30 kΩ

Đặc tính và hàm truyền của động cơ điện một chiều thay đổi rất mạnh khi

chuyển về vùng dòng điện gián đoạn. Điều này làm phức tạp cho công

việc tổng hợp các bộ điều chỉnh của hệ.

Vì thế sử dụng các bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi nên có khả năng

thayđổi đựơc cấu trúc và thông số giúp cho hệ đạt được đặc tính điều chỉnh tốt

hơn.

3. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ.

Mạch vòng điều chỉnh tốc độ có chức năng cơ bản là trực tiếp hoặc gián

tiếp xác định tốc độ của động cơ cho phù hợp với tải trọng thay đổi đột ngột:

Ta có sơ đồ:

Căn cứ vào sơ đồ trên ta có:

)1)(12(

1.

..

.)( −

++=

PTPTPTKKKR

PSωsici

ωow

θ

SωKω1+PTω

Udω

(-)Uω

Ri1/Ki

1+2TsP

HC

JP1 ωKφ

Mc



Trong đó:

Suy ra : )1(

)(+

=PTP

KPS

ωs

ωoωo

Theo tiêu chuẩn tối ưu mô đun ta xác định được hàm truyền thuộc bộ điều

chỉnh là khâu tỉ lệ:

)+1(+2).(

1=)(

PPPSPR

oco τδτδω

Với (Tsω = τδ)

)(=..2

...=)(

.

KPTRK

TKKPR

su

cii

ωωω

Φ

Ta có mạch tạo lên khâu tỉ lệ:

Tsω = 2Tsi + Tω = 2.0,002 + 0,001 = 0,005.

Chọn: Tw = 0,001. Khi đó ta có :

6,0=10

6===

®− m

iii I

UIU

K

chọn: Ui = 6v

191,0=55,9/3000

6==

®mWU

K ωω

Chọn: Uω = 6v

Udω

Uω

R3R1

+-

-+R2

o KKK .Φω =



Ở phần trước ta tính được:

Tc = 0,015(s)

KΦ = 0,64

Rư = 1,65 (Ω)

Tư = 0,048 (s)

Mà: ω

Φ

sω

ci

TRKTKK

pK..2

..=)(

−

Thay số ta có:

18005,0.65,1.0191,0.2

015,0.64,0.6,0)( ==PK

mà 1

3)(RR

PK = chọn R1 = R2 = 10kΩ

Theo tiêu chuẩn môđun tối ưu đối xứng mạch vòng điều chỉnh tốc độ có hàm

truyền là bộ điều chỉnh tốc độ có hàm phân tỉ lệ PT.

PTKPT

PRo

oω ..

+1=)(

Hàm truyền hở của mạch là: Fo (P).

)1+2(

1.

..

..

.

+1=)(

'−

PTPTKKKR

PTKPT

PFsc

ω

o

oo

Φi

Từ hàm truyền hở ta có thể tìm được hàm truyền kín F(P) đồng nhất F(P)

với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta tìm ra tham số của bộ điều chỉnh.

Nếu chọn T’s = Ts thì To= 8Tos

)1+8

1(

4

1.

.

..=)(

4..

.8

)2(8.

..

.=

''−

'−'

2'−

ss

ciω

scis

s

c

ω

TTKRTKK

PR

TTKK

KRTT

TKKKR

K

Φ

Φ

Φ

ω

Φi

Khi tổng hợp hệ thống theo phương pháp tối ưư đối xứng thường phải

dùng thêm khâu tạo tín hiệu đặt. Để tránh quá điều chỉnh khâu tạo tín hiệu đặt

này thường có hàm truyền của khâu phân lọc thông thấp, bậc nhất có hằng số

thời gian lọc phụ thuộc và gia tốc cho phép của hệ thống.



[ ] 1+1+).2+1(4.8

8+1=

)(

)(=)(

';'

'

PTTPTPT

PUPU

PFsss

s

ωd

ωω

mạch vòng điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng có kết quả

vô sai cấp hai đối với tín hiệu điều khiển là vô sai là cấp 1 với tín hiệu nhiễu.

Như vậy hệ trên đã được ổn định thì sai lệch tốc độ sẽ bằng không.

Khâu phản hồi âm tốc độ có hàm truyền:

PTK

PWω

ωω +1

=)(

Trong đó hệ số tỷ lệ Kω = m

ω

ωU

®

Chọn Uω = 6v

Vậy: 02,0=55,9/3000

6=ωK

áp dụng theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng với hàm truyền của bộ điều chỉnh

tốc độ có dạng:

.

+1=)(

0PKTPT

PR oω

với To = 4Tsω mà Tsω = Tω + 2 Tsi. Chọn Tω = 0,001 (s)

vậy: Tsω = 0,001 +2 . 0,02 = 0,041(s)

To = 4 Tsω = 4 . 0,041 = 0,164(s)

=Kci

ω−ωs

TKKKRT

..

..2

Φ

Thay số vào biểu thức trên ta có:

164,0.47,0

.164,0+1=

+1=

47,0=015,0.64,0.6,0

02,0.65,1.041,0.2=

PKT

PTR

K

o

oω

theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng bộ điều chỉnh tốc độ có cấu trúc là PI.

Vậy sơ đồ điều khiển bộ điều chỉnh tốc độ:



Rg. C = To (III)

R3. C = KTo (IV)

Từ (III) CT

R of =⇒ chọn tụ C = 1μF

Thay số vào )Ω(164)Ω(16400010.1

164,06

kRf ===−

Từ (IV) suy ra: R3 = C

KTo thay số vào ta có:

)(77)(7700010.1

164,0.74,063 ΩΩ kR ===

−

CR fR 3

R 4 +

- V +

V -U ω

U d ω

Đồ án -...

Documents