Luận Văn Thiết kế bộ băm xung một chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng) để điều chỉnh tốc độ động cơ

Lời nói đầu
Ứng dụng Điện tử công suất trong truyền động điện – điều khiển tốc độ động
cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển. Các nhà sản xuất không
ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất
và các thiết bị điều khiển đi kèm. Do đó khi thực hiện đồ án chúng em đã cố gắng
cập nhật những kiến thức mới nhất, những công nghệ mới trong lĩnh vực điều
khiển các phần tử bán dẫn công suất. Với yêu cầu thiết kế mạch băm xung một
chiều để điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập có yêu cầu đảo chiều
quay theo nguyên tắc đối xứng , chúng em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương
án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế .
Với hy vọng đồ án điện tử công suất này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp
dụng được trong thực tế nên chúng em đã cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ và tính toán
cụ thể các thông số của các sơ đồ mạch.
Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi và
quyết tâm cao nhất tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em làm đồ án, và đặc biệt
do trình độ hiểu biết của chúng em còn nhiều hạn chế nên chúng em không thể
Phương
án
Điện áp
lưới (VAC)
Dòng điện định
mức
Điện áp phần
ứng
Phạm vi điều
chỉnh tốc độ
1 110 20 120 10:1
2 220 8 220 15:1
3 380 15 100 20:1
4 127 V 6 A 400 V 25:1
5 300 10 600 15:1
2
tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp ý của các
thầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứng
dụng thực tế của nó để bản đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn .Và chúng em
hi vọng trong một tương lai không xa, chúng em có thể áp dụng những kiến thức
và hiểu biết thu được từ chính đồ án đầu tiên trong cuộc đời sinh viên của chúng
em vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong các đồ án sau này.

về động cơ điện một chiều
I.1 Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả về
chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng ,
không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạt
của 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 nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện.
Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải ., cả
máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có 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 nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc
độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn,
đầu máy điện .). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện
3
một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế
tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn . nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện
một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay
máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất
của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản
thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì
phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ
điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch
lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.
Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ư
85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ư 94% .Công suất
lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng
vài trăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao
chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một
vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong
phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề
thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một
chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng . Đây là một trong những phương
pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay để điều chỉnh động cơ điện một chiều kích
từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động cơ theo phương pháp đối xứng .Đây là
một phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và được sử dụng rộng rãi bởi
những tính năng và đặc điểm nổi bật của nó mà chúng em sẽ phân tích và đề cập
sau này.
I.2 Tổng quan về động cơ điện một chiều.
I.2.1) Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều
người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách
ta có các loại động cơ điện loại:
- Kích thích độc lập: khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần
ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :I = Iư.
- Kích thích song song: khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp
ko đổi, mạch kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It
- Kích thích nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ
có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It.
- Kích thích hỗn hợp ta có: I = Iu +It
Với mỗi loại động cơ trên thì sẽ tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật
điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Trong
4
đề tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu
hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này.
I.2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
+Phương trình đặc tính cơ: là phương trình biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ (n) và
mômen (M) của động cơ có dạng chung

Thông qua phương trình này, ta có thể thấy được sự phụ thuộc của tốc độ động cơ
vào mômen động cơ và các thông số khác (mômen, từ thông .), từ đó đưa ra
phương án để điều chỉnh động cơ (tốc độ) với phương án tối ưu nhất.
Với những điều kiện Uư = const, It = const thì từ thông của động cơ hầu như không
đổi, vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường
thẳng.
Thường dạng của đặc tính là đường thẳng mà giao điểm với trục tung ứng với
mô