Tải bản đầy đủ (.pdf) (40 trang)

thực tập tốt nghiệp xe hơi chạy điện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (447.04 KB, 40 trang )

Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật ,truyền động điện có
vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của xã hội. Truyền động điện làm tăng năng
suất lao động và chất lợng sản phẩm .Để đáp ứng đợc yêu cầu thực tế các hệ truyền
động có khả năng tự động điều khiển và độ chính xác ngày càng cao đã ra đời .
Với mục đích phục vụ nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hoá trong thành
mạnh ở các nớc phát triển .
Do yêu cầu của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen với việc thiết hệ
thống truyền động ,góp phần hoàn thiện và củng cố kiến thức của môn học em đợc
nhận đề tài Thiết kế hệ thống truyền động cho xe BUS chạy điện
Với các thông số :
+Trọng lợng xe : G
0
= 1500Kg.
+Trọng lợng tải : G
T
= 300Kg.
+Tốc độ lớn nhất : V
max
= 80 Km/h.
+Đờng kính bánh xe : D = 400 mm.
+Đờng kính trục : d = 40mm.
+Hệ số bám đờng : f = 0,02.
+Hệ số ma sát lăn ổ trục : à =0,05.
+Hệ số gió cản :
D
C
=0.2


+Diện tích cản gió : A=2.2
2
m
+Mật độ không khí :p=1.25Kg/
3
m
Đồ án tiến hành nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền động cho xe BUS chạy
điện dùng trong thành phố gồm các nội dung sau:
Chơng I : Giới thiệu chung về ôtô và yêu cầu công nghệ.
Chơng II : Lựa chọn phơng án truyền động.
Chơng III : Tính chọn công suất cho động cơ và mạch lực
Chơng IV : Tổng hợp hệ thống
Chơng V : Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm Matlab/Simulink
Chơng VI : Thiết kế mạch điều khiển
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 1
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Chơng i : giới thiệu chung về ôtô và yêu cầu
công nghệ
I.1. Giới thiệu chung ôtô chạy điện :
Về hình dáng, ôtô chạy điện và ôtô chạy bằng động cơ đốt trong hoàn toàn tơng
tự nhau, nhng ôtô chạy điện sử dụng động cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong.
Cấu trúc cơ bản của ôtô đợc biểu diễn ở hình sau :
Động cơ : động cơ ôtô sử dụng là động cơ điện. Mà cụ thể theo yêu cầu của đồ
án là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ nhận năng
lợng điện từ một nguồn cố định, biến đổi năng lợng đó phù hợp để đa vào động cơ.
Bên cạnh đó hệ thống điều khiển nguồn năng lợng đó phù hợp với các yêu cầu về
thay đổi tốc độ động cơ
Hệ thống truyền lực của ôtô :
Hệ thống truyền lực của ôtô gồm có ly hợp, hộp số, các đăng, cầu chủ động.
Nhiệm vụ của hệ thống truyền lực là truyền mômen xoắn từ động cơ đến bánh xe

chủ động của ôtô.
Hệ thống truyền lực cho phép thay đổi tỷ số truyền giữa động cơ và bánh xe chủ
động, tuỳ theo điều kiện chuyển động trong khi vẫn giữ nguyên chế độ làm việc
của động cơ, và dùng để khởi ôtô đợc êm dịu, giữ cho ôtô có thể đứng yên tại chỗ
trong khi động cơ vẫn làm việc, để cho động cơ có thể chạy tiến hay lùi
Ly hợp : Ly hợp dùng để nối động cơ với hệ thống truyền lực một cách êm dịu
và tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực một cách nhanh chóng và dứt khoát.
Trong sử dụng ly hợp đợc tách ra khi sang số hoặc khi phanh ôtô để sang số đợc dễ
dàng và tránh bị va đập. Ngoài ra ly hợp còn là cơ cấu an toàn giữ cho các chi tiết
của hệ thống truyền lực khỏi bị quá tải.
Hộp số : ôtô làm việc trong những điều kiện rất khác nhau về đờng sá, tải trọng,
tốc độ. Để thích ứng với những điều kiện đó cần phải thay đồi lực kéo, tốc độ của
ôtô trong khoảng khá rộng và đảm bảo đợc chế độ làm việc kinh tế của động cơ.
Hộp số dùng để thay đổi lực kéo tức là thay đổi tốc độ chuyển động của ôtô, ngoài
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 2
Độngcơ
ne
Me
Ly hợp
nw
w
Mw
Hộp số
n
G
M
G
Hộp số Visai
n
D

M
D
M
D
n
bx
M
D
n
bx
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
ra còn dùng để thay đổi hớng chuyển động nh chạy tiến, chạy lùi hoặc tách động
cơ ra khỏi hệ thống truyền động phía sau khi ôtô đứng yên tại chỗ.
Các đăng : Trục các đăng dùng để truyền lực từ trục thứ cấp của hộp số đến trục
chủ động của truyền lực chính của cầu sau ôtô.
Nguyên lý hoạt động của ôtô :
Khi động cơ quay, công suất của động cơ đợc truyền đến bánh xe chủ động của
ôtô thông qua hệ thống truyền lực. Khi truyền nh vậy, công suất bị tổn hao do ma
sát trong hệ thống truyền lực và công suất ở bánh xe chủ đọng sẽ nhỏ hơn công
suất do động cơ phát ra. Công suất ở bánh xe chủ động đợc thể hiện qua hai thông
số là mômen xoắn và số vòng quay của bánh xe chủ động. Nhờ có mômen xoắn
truyền tới bánh xe chủ động và nhờ có sự tiếp xúc giữa bánh xe chủ động với mặt
đờng nên tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe chủ động và mặt đờng sẽ phát sinh lực
kéo tiếp tuyến hớng theo chiều chuyển động. Lực kéo tiếp tuyến Pk chính là lực
mà mặt đờng tác dụng lên bánh xe
Pk
v
rb
Mk
Lực kéo tiếp tuyến :

Pk =
rk
iMe
rk
Mk
tt


=
trong đó :
Me mômen động cơ
i
t
tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
i
t
=
b
e
b
e
n
n


=
n
e
,
e

số vòng quay và tốc độ góc của trục khuỷ động cơ
n
b
,
b
số vòng quay và tốc độ góc của bánh xe chủ động

t
hiệu suất của hệ thống truyền lực
Để cho ôtô có thể chuyển động đợc thì ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đờng
phải có độ bám nhất định đặc trng bằng hệ số bám. Nếu độ bám thấp thì bánh xe có
thể bị trợt quay khi có mômen xoắn lớn truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động và
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 3
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
lúc đó ôtô không thể tiến lên phía trớc đợc. Hệ số bấm giữa bánh xe chủ động và
mặt đờng là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến cực đại( sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa
bánh xe chủ động và mặt đờng) trên tải trọng thẳng đứngtác dụng lên bánh xe chủ
động. Tải trọng này thờng đợc gọi là tải trọng bám Gf.
f =
Gf
Pk max
Lực kéo tiếp tuyến cực đại phát sinh theo điều kiện bám giữa bánh xe chủ động
và mặt đờng :
Pkmax = f.Gf
Nếu gọi Z là phản lực thẳng góc từ mặt đờng tác dụng lên bánh xe chủ động : Z
= Gf
Lực bám Pf xác định bởi :
Pf = f.Z
Để cho bánh xe chủ động không bị trợt quay khi ôtô chuyển động thì lực kéo
tiếp tuyến cực đại phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám Pf, nghĩa là phải thoả mãn điều

kiện :
Pkmax Pf
hay :
Zf
rb
Mk
.
max

I.2. Yêu cầu về công nghệ :
Yêu cầu về an toàn : Trong quá trình hoạt động của ôtô yêu cầu khi tăng tốc và
giảm tốc phải êm. Do đó mômen động trong quá trình quá độ phải đợc hạn chế theo
yêu cầu kỹ thuật an toàn. Điều kiện làm việc của xe thờng phải chịu tải từ 60% tới
70% tải định mức và hay phải chịu quá tải nên yêu cầu về độ bền cơ khí cao, khả
năng chịu quá tải lớn.
Yêu cầu về điều chỉnh tốc độ : Dải điều chỉnh tốc độ rộng 5km/h tới 60km/h.
Điều chỉnh tốc độ phải trơn.
Yêu cầu về nguồn : Nguồn cung cấp là điện áp một chiều 600V
Yêu cầu về độ tin cậy : Xe hơi phải làm việc dài hạn do đó nên sơ đồ cấu trúc hệ
truyền động phải đơn giản, thay thế dễ dầng.
Phụ tải truyền động : Phụ tải ôtô xe hơi là phụ tải thế năng, động cơ truyền động
làm việc ở chế độ dài hạn.
ở đây, động cơ truyền động không yêu cầu đảo chiều quay vì trong cấu tạo ôtô
có hộp số. Muốn lùi hay tiến chỉ cần cài số lùi hay tiến
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 4
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Ta có đồ thị phụ tải :

Nh vậy, khi vận tốc ôtô bằng không thì lục kéo là lớn nhất, đồng nghĩa với
mômen cản là lớn nhất. Khi vận tốc ôtô tăng lên thì lực cản giảm, mômen cản

cũng giảm theo. Mômen khởi động của động cơ phải lớn hơn mômen cản cực đại
của phụ tải.
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 5
v
F
FmaxFmin
vmax
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Chơng II: Lựa chọn phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là ta phải chọn phơng án điều chỉnh động cơ xe hơi
sao cho tối u nhất, đảm bảo mọi yêu cầu công nghệ. Động cơ dùng cho xe hơi có thể
là động cơ một chiều hoặc động cơ không đồng bộ. Từ yêu cầu của công nghệ, điện
áp nguồn là điện áp một chiều( nguồn điện áp này có thể đợc lấy từ acquy), ta thấy
chỉ có hai phơng án truyền động phù hợp với yêu cầu của công nghệ. Đó là :
Hệ truyền động động cơ xoay chiều không đồng bộ dùng phơng pháp điều
chỉnh tần số
Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp băm xung áp
Từ đó, ta đi vào phân tích hai phơng án truyền động này.
1. Hệ truyền động điều chỉnh xung áp động cơ một chiều :
Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh xung áp loại A :
U
N
S L R

0
Đồ thị dòng điện và điện áp của động cơ :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 6
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
iđk
Imax

Imin
t
đ
T t
t
đ
T t
t
đ
T t
U
Đ
U
N
iđk
t
đ
T tt
x
t
đ
t
x
T t
i
i
U
Đ
U
N

E
Khi khoá S thông : U
Đ
= U
N
, i = i
N
Khi khoá S ngắt : U
Đ
= 0, i
N
=0, i =i
Đ0
do tác dụng của điện cảm L
Các giá trị trung bình của U
Đ
, I và sức điện động E sẽ đợc xác định nếu biết luật
đóng, ngắt khoá và thông số của mạch
Nếu đóng ngắt khoá với tần số không đổi thì hoạt động của mạch tơng tự nh
chỉnh lu một pha nửa chu kỳ
Đánh giá vềhệ truyền động xung áp động cơ một chiều :
u điểm : Hệ sử dụng các van điều khiển hoàn toàn, độ tác động nhanh, không
gây ồn, dễ tự đông hoá
Nhợc điểm : Dạng điện áp ra bị gián đoạn, gây nên tổn thất phụ trong máy điện,
hệ số công suất thấp
2. Hệ điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ :
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn cho phép
mở rộng phạm vi sử dụng động cơ không đồng bộ trong nhiều ngành công nghiệp.
Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất động học của hệ
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 7

Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nay chung và động cơ không đồng bộ
nay riêng. Nó có thể ứng dụng cho thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc nh
truyền động của máy dệt, băng tải hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ
cấu có yêu cầu tốc độ cao nh máy li tâm, máy mài Đặc biệt là hệ điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rôto
lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có thể làm việc trong
nhiều môi trờng.
Nguyên lý điều chỉnh :
Theo lý thuyết máy điện,
1
=
p
f
1
2

thay đổi tần số sẽ làm cho tốc độ từ trờng
quay thay đổi, do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính động cơ khi
thay đổi tần số :
Khi tần số tăng (f>f
đm
) thì mômen tới hạn giảm ( điện áp giữ không đổi)
M
th

1
2
1
f

Khi tần số giảm : nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng gây
ảnh hởng xấu đến các chỉ tiêu động cơ. Vì vậy, để đảm bảo một chỉ tiêu mà
không làm động cơ bị quá dòng, cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ
thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định
Biến tần có hai loại là biến tần nguồn áp và biến tần nguồn dòng. Nhng ở đây, ta sử
dụng cho hệ truyền động là biến tần nguồn áp. Sở dĩ chọn nh vậy vì :
Biến tần nguồn dòng chỉ thích hợp cho động cơ có công suất lớn, với việc sử
dụng các khoá là thyistor nên mạch điều rất phức tạp. Hơn nữa, khó điều
khiển đồng thời cả tần số và điện áp
Biến tần nguồn áp rất thích hợp cho động cơ có công suất vừa và nhỏ. Sử
dụng các van điều khiển hoàn toàn nên việc điều khiển đóng ngắt các van dễ
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 8
f<f
đm
M
f=f
đm
f>f
đm

Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
dàng hơn. Đặc biệt, là có thể điều chỉnh cả tần số và điện áp bằng phơng
pháp điều chế độ rộng xung ( PWM)
Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần nguồn áp :
C
D
1
D
3
D

5
D
4
D
6
D
2
S
1
S
3
S
5
S
4
S
6
S
2
Nguyên lý hoạt động :
Các khoá nghịch lu đợc đóng cắt theo thứ tự nhất định tạo thành điện áp xoay
chiều ba pha đặt lên động cơ chấp hành, góc dẫn của các khoá là 180, thời điểm các
khoá S
1
, S
3
, S
5
và S
2

, S
4
, S
6
bắt đầu dẫn lệch nhau 120, do đó điện áp ra của nghịch lu
cũng lệch nhau về thời gian là 120.
Các khoá S là khoá bán dẫn, ở các truyền động công suất nhỏ thờng dùng các
transistor, ở các truyền động công suất lớn thờng dùng các van thyristor, GTO.
Đặc điểm của biến tần nguồn áp :
Điện áp ra trên tải đợc định hình sẵn. Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đ-
ợc thực hiện dễ dàng bằng điều khiển quy luật mở van của phần nghịch lu. Phơng
pháp này thay đổi tần số dễ dàng mà không phụ thuộc vào lới, độ đáp ứng quá độ
nhanh. Tuy nhiên độ tin cậy không cao bằng biến tần nguồn dòng.
3. So sánh giữa hai phơng án truyền động :
a) Về tính đơn giản trong điều chỉnh :
Về mặt này phơng án băm xung áp chiếm u thế hơn. Với phơng án điều chỉnh tần
số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định, điều này
làm phức tạp lên rất nhiều so với phơng án xung áp một chiều.
b) Về hiệu suất điều chỉnh , dải điều chỉnh :
Trong phơng án băm xung áp, điện áp ra bị đập mạch, gay tổn thất phụ trong máy
điện, dẫn đến hệ số công suất thấp. Trong phơng án biến tần có khả năng giữ cho tổn
thất công suất là hằng nên nay chung, tổn thất thấp nhất trong các phơng án truyền
động.
Cả hai phơng án đều cho đợc mômen khởi động lớn, tuy nhiên, phong án biến tần
có dải điều chỉnh rộng hơn nhiều so với phơng án băm xung áp.
c) Về tính kinh tế của phơng án truyền động :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 9
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Phơng án truyền động dùng bộ biến tần thực tế là phơng án truyền động kinh tế.
Mặc dù giá thành các bộ biến tần có đắt hơn nhng bù lại động cơ là rôto lồng sóc có

kết cấu đơn giản vận hành tin cậy, giá thành hạ.
d) Về tính kinh tế của phơng án truyền động :
Do khả năng điều chỉnh tần số đa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn
nên thực tế phơng án điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền dộng.
Phơng án dùng biến tần cho phép vận hành tin cậy. Hơn nữa giá thành của các bộ
biến tần nay đã rẻ đi rất nhiều, cho hiệu suất điều chỉnh cao.
Kết luận :
Từ những phân tích trên ta quyết định chọn phơng án truyền động dùng các bộ
biến tần sử dụng động cơ rôto lồng sóc. Cụ thể ở đây, ta chọn biến tần nguồn áp.
Sơ đồ mạch lực :
T1 T3 T5
T4 T6 T2
D1 D3 D5
D4 D6 D2
E
N
A B C
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 10
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
chơng III : tính chọn công suất cho động cơ
và mạch lực
1. Tính chọn công suất động cơ :
Khi ôtô khởi động, lực cản tác dụng lên ôtô là lớn nhất, bao gồm :
Lực cản lăn :
F1 = .G

trong đó : - hệ số cản lăn, lấy = 0,02
G

- tổng trọng lợng xe

Thay số : F1 = 0,02(4.10
3
+ 3.10
3
).9,81
= 1373,4(N)
Lực ma sát lăn ổ trục :
F2 = à. G

trong đó : à - hệ số ma sát lăn ổ trục, lấy à = 0,005
G

- tổng trọng lợng xe
Thay số : F2 = 0,005(4.10
3
+ 3.10
3
).9,81
= 343,35(N)
Lực kéo tiếp tuyến cần thiết để thắng lực cản là :
Fk = F1 + F2 = 1373,4 + 343,35 = 1716,75 (N)
Từ đó ta tính đợc công suất động cơ yêu cầu :
P =
)(67,33
85,0
67.16.75,1716
)21(
max
kW
vFF

t
==
+


Chọn hệ số dự trữ : k
dt
= 1,1
Công suất động cơ :
P
động cơ
= 1,1.P = 1,1.33,67 = 37,04 (kW)
Xác định tốc độ cực đại của động cơ :
Tỷ số truyền : i
t
=
b
dc
n
n
Tốc độ cực đại :
n
max
= i
t
.n
bmax
=
t
i

rb
v
55,9
max
=
3,0
67,16
.2,1.55,9
= 636,79 (vòng/phút)
Nh vậy ta cần chọn động cơ thoả mãn :
Pđm Pđc = 37,04 (kW)
nđm nmax = 636,79(vòng/phút)
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 11
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Tra trong tài liệu tham khảo, ta chọn động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc kiểu
MTKB với các thông số kỹ thuật nh sau :
Kiểu động cơ : MTKB 512-8
Công suất định mức : Pđm = 37(kW)
Tốc độ định nức : nđm = 705(vòng/phút)
Tỷ số : Mth/Mđm = 3,6 , Mkđ/Mđm = 3,3
Hệ số công suất định mức : cos = 0,72
Dòng stato định mức : I
st.đm
= 91(A)
Đòng stato không tải : I
st.o
= 55(A)
Điện trở stato : r
st
= 0,08 ()

Điện kháng stato : x
st
= 0,17 ()
Dòng rôto định mức quy đổi : I
rđm
= 63(A)
Điện trở rôto quy đổi : r
f.r
= 0,19 ()
Điện kháng rôto quy đổi : x
f.r
= 0,16 ()
Mômen quán tính của rôto : J = 1,32 (kg.m
2
)
Khối lợng của động cơ : Q = 470 (kg)
Xác định các thông số còn lại của động cơ :
Sơ đồ mạch điện thay thế của động cơ không đồng bộ :
X
1
R
1
X'
2
R'
1
/
s
X
m

I
1
-I'
2
I
0
Các thông số đã biết :
R1 = 0,08()
X1 = 0,17()
R2 = 0,19()
X2 = 0,16()
Số đôi cực của động cơ : p = 4
Tần số làm việc 50Hz, tốc độ quay từ trờng :
n
1
=
750
4
50.60
60
1
==
p
f
(vòng/phút)
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 12
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Hệ số trợt định mức : s
đm
=

06,0
750
705750
1
1
=

=



dm
Điện kháng của mạch từ :
Xà =
)(63,3
55
16,0)
06,0
19,0
(.63
)'()
'
('
22
0
2
2
2
2
2

0
=
+
=
+
=
I
X
s
R
I
I
E
fr
Tổng trở một pha của động cơ :
Zf =
11
2
2
2
2
'
'
'
)'(
jXR
jXjX
s
R
jXjX

s
R
++
++
+
à
à
=
17,008,0
63,316,0
06,0
19,0
63,3)16,0
06,0
19,0
(
j
jj
jj
++
++
+
= 2,3347,56 = 1,71 + j1,58 = R + jX
R = 1,71 (), X = 1,58()
2. Tính chọn mạnh lực :
Sơ đồ mạch lực :
T1 T3 T5
T4 T6 T2
D1 D3 D5
D4 D6 D2

E
N
A B C
Mạch lực dùng kiểu điều khiển cho góc dẫn của van = 180, tải là động cơ đấu
sao.
Các van lần lợt mở theo thứ tự từ T1 T6 với góc lệch giữa 2 van một góc 60
Đồ thị dòng, áp đầu ra nghịch lu :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 13
§å ¸n Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
T1
T2
T3
T4
T5
T6
U
a
i
a
i
t
i
d
60

120

180

240


300

360

ϕ
θ 1

NguyÔn C«ng Hoµng - T§H - CH12 14
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Động cơ làm việc ở chế độ định mức nên : Upha = U đm = 220(V)
Suy ra :
u
A
(t) =
2
Uf.sin(t) (V)
u
B
(t) =
2
Uf.sin(t-120) (V)
u
C
(t) =
2
Uf.sin(t+120) (V)
Dòng điện pha :
i
A

(t) =
Z
Uf2
sin(t-)
với : = arctg
R
X
= arctg
71,1
58,1
= 47,48
Dòng hiệu dụng qua van T1 :
I
T1
=



di
A
2
180
48,47
2
1



=


d)48,47(sin53,133
2
1
22
180
48,47
= 62,63(A)
Dòng hiệu dụng qua điốt :
I
Đ
=



=

+

+



ddi
A
)48,47(sin53,133
2
1
2
1
22

1
3/2
2
1
3/2
= 56,58(A)
Chọn điốt :
Dòng điện hiệu dụng qua điốt : I
Đ
= 56,58(A)
Điện áp ngợc đặt lên điốt : Ung = U
N
= 600(V)
Chọn hệ số dự trữ điện áp là 1,6 :
Ungv = 1,6.600 = 960(V)
Chọn hệ số dự trữ dòng là 2 : Ilv = 2.56,58 = 113,16(A)
Từ đó chọn điốt loại S42110 với các thông số :
Imax = 125(A)
Un = 1100(V)
Ipik = 1800(A)
U = 1,2 (V)
Ith = 200(A), t
cp
= 150C
Chọn van điều khiển :
Dòng điện hiệu dụng qua van : I
T
= 62,63(A)
Điện áp ngợc cực đại đặt lên van : Ung = U
N

= 600(A)
Từ đó, ta chọn van điều khiển là IGBT loại IXSH40N60 với các thông số :
Nhà sản xuất : IXSY
Loại vỏ : TO3(B)
I
c max
= 75(A)
Vces = 600(V)
Pd(max) = 500(W)
3. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực :
a. Tính toán cánh tản nhiệt :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 15
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Tổn thất công suất trên một van điều khiển :
p = U.Ilv = 2,5.62,34 = 155,85 (W)
Diện tích bề mặt toả nhiệt :
Sm = p/k
m
.
trong đó : p tổn hao cống suất
- độ chênh lệch so với môi trờng
Chọn Tmt = 40C. Chọn nhiệt dộ trên cánh tản nhiệt : Tlv = 100C
= Tlv Tmt = 60C
k
m
hệ số toả nhiệt bằng đối lu và bức xạ, k=8[W/m
2
. C]
Sm =
)(32,0

60.8
85,155
2
m
=
Chọn loại cánh tản nhiệt có 16 cánh kích thớc mỗi cánh : axb = 10x10(cmxcm)
b. Bảo vệ quá điện áp cho van :
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt van đợc thực hiện bằng cách mắc R-C
song song với van. Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn
phóng ra ngoài tạo dòng điện ngợc trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh
chóng của dòng điện ngợc gây ra sddd cảm ứng rất lớn trong điện cảm làm quá áp
cho van.
Khi có mạch RC mắc với van tạo ra mạch vòng dòng điện tích trong quá trình
chuyển mạch nên van không bị quá áp.
Ngời ta thờng chọn :
R = 10 ữ 1000()
C = 0,01 ữ 1(àF)
Chọn R = 500(), và C = 20(àF)
c. Bảo vệ quá dòng :
Chọn thiết bị bảo vệ dòng cho van là cầu chì tác động nhanh.
Dòng định mức của dây chảy cầu chì :
Idc = 1,1.Ivan = 1,1.62,34 = 68,57(A)
Chọn cầu chì có : I
dcdm
= 80(A)
4. Sơ đồ mạch điều khiển :
Điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng phơng pháp biến tần thì ta phải kết hợp
thay đổi điện áp đặt vào stato của động cơ. ở đây, để điều chỉnh điện áp ta dùng ph-
ơng pháp điều chế độ rộng xung(PWM). Đây là phơng pháp tiên tiến, hiệu quả nhất vì
:

- Vừa điều chỉnh đợc điện áp ra, vừa điều chỉnh đợc tần số.
- Điện áp ra gần với hình sin.
- Có thể dùng chỉnh lu không điều khiển ở đầu vào nghịch lu để làm tăng hiệu quả
sơ đồ.
Nội dung của phơng pháp điều chế độ rộng xung là so sánh một sóng sin chuẩn, có
tần số bằng tần số của điện áp ra mong muốn, với một điện áp răng ca tần số cao, cỡ
2-10kHz.
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 16
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Phơng pháp điều chế độ rông xung có hai dạng :
- Biến điệu bề rộng xung một cực tính
- Biến điệu bề rộng xung hai cực tính
ở đây, ta dùng phơng pháp biến điệu bề rộng xung hai cực tính, nhằm khắc phục
đợc sự gián đoạn của dòng điện.
Đối với hai van trên cùng một nhánh cầu tín hiệu điều khiển giữa các lần khoá một
van trên, mở một van dới và ngợc lại phải có một thời gian trễ tối thiểu nhằm đảm bảo
van đã khoá lại chắc chắn trớc khi van kia mở ra.
Điện áp ra sẽ gồm dãy xung có độ rộng xung thay đổi với chu kỳ lặp lại bằng chu
kỳ của sóng răng ca.
Hệ số biến điệu : =
Urm
Ucm
, 0 1
Ucm : biên độ sóng sin chủ đạo
Urm : biên độ sóng răng ca
Khi = 0, Ura = 0 ; khi =1, Ura = Uramax
Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống điều khiển biến điệu độ rộng xung ba pha :








Tạo
răng
cua
Phát
sin
chuẩn
sinA
sinB
sinC
V1
V4
V3
V6
V5
V2
Tính chọn các phần tử mạch điều khiển :
a_Khâu tạo xung răng ca :
Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung tam giác :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 17
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
R3
R4
R2
R1
Đ1
Đ2

C1
U2
U1

U
2
m
-U
2
m
U
1
m
U
1
m
t
t
sChu kỳ của điện áp răng ca :
T =
2
3
11
4
R
R
CR

Chọn xung răng ca có tần số 2kHz
Chọn R

2
= R
3
= R
4
= 10(k)
4R
1
C
1
= 0,5.10
-3
. Chọn R
1
= 100() C
1
= 1,25(àF)
Khuếch đại thuật toán chọn là : TL084
b_Khâu so sánh :
Sơ đồ nguyên lý :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 18
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
U
r
U
s
U
ra
R
5

R
6
Khuyếch đại thuật toán ta chọn loại TL084
Chọn R
5
= R
6
= 15(k)
c_Khâu tạo sóng sin chuẩn :
Vấn đề chính trong biến điệu bề rộng xung ba pha là phải có ba sóng sin chủ đạo
có biên độ chính xác bằng nhau và lệch pha nhau chính xác 120 trong toàn bộ giải
điều chỉnh. Điều này rất khó thực hiện bằng các mạch tơng tự. Ngày nay, ngời ta đã
chế tạo các hệ thống điều khiển biến điệu bề rộng xung ba pha bởi mạch số với bộ vi
xử lý đặc biệt. Nhờ đó dạng xung điều khiển ra sẽ tuyệt đối đối xứng và khoảng dẫn
của mỗi van sẽ đợc xác định chính xác.
d_ Để cách ly mạch lực và mạch điều khiển ta sử dụng phần tử ghép quang sau đầu ra
của khâu so sánh.
Phần tử này gồm hai mạch :
- mạch sơ cấp là mạch phát tia sáng, thờng dùng là đèn LED
- mạch thứ cấp là mạch nhận biết ánh sáng, thờng dùng là phôtô_transistor
Mạch sơ cấp và mạch thứ cấp cách ly hoàn toàn, điện trở cách điện khoảng 10
11
.
Sơ đồ nguyên lý :

Chọn mạch ghép quang TLP521 với các thông số :
I
s
= 5(mA)
Tỷ số truyền dòng : CTR = 100%

V
CE0
= 55(V)
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 19
§å ¸n Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
NguyÔn C«ng Hoµng - T§H - CH12 20
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
chơng 4 : tổng hợp hệ thống
4.1. Đặt vấn đề :
Có nhiều phơng pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tần số-
điện áp. Ta có thể điều chỉnh theo khả năng quá tải không đổi hay điều chỉnh tần số
trợt không đổi. Một trong những phơng pháp đó là điều chỉnh giữ từ thông động cơ
không đổi.
Phơng pháp điều chỉnh tần số động cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực
tiếp từ thông hoặc cũng có thể điều khiển gián tiếp thông qua các đại lợng khác nh tần
số, điện áp, dòng điện.
Theo kết quả thu đợc từ lý thuyết ta có quan hệ giữa dòng stato và từ thông rôto :
)(FT1
L
I
si
2
s
2
r
m
rdm
S
=+


=
trong đó : T
r
=
r
r
R
L

Biểu thức trên có nghĩa là muốn giữ từ thông rôto không đổi thì dòng điện phải đ-
ợc điều chỉnh theo độ trợt. Mặt khác, khi giữ biên độ từ thông rôto không đổi (
r
=

rđm
) thì vectơ từ thông rôto và vectơ dòng điện rôto luôn vuông góc với nhau trong
không gian. Do đó, mômen điện từ : M =
r
.I
r
. Điều này nghĩa là mômen điện từ sẽ tỷ
lệ với biên độ dòng rôto.
Biểu thức tính mômen :
2
SsMM
2
r
2
s
2

ss
r
2
m
I).(F.K
T1
I.
R
L
2
3
M
=
+

=
Từ đó ta thu đợc sơ đồ cấu trúc hệ thống :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 21
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
Mô hình có chứa nhiều khâu phi tuyến phức tạp, có thể tuyến tính hoá các ph-
ơng trình này :
Hàm F
i
(
s
) có thể thay bằng khâu khuếch đại đơn giản:

sdm
sdm
Fisi

I
KF


==
)(
Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ :
s
s
s
s
I
I
MM
M



+


=
tại (M
1
, w
s1
, I
1
) ta có:
B

T
I
R
Lm
I
M
A
T
T
I
R
LmM
rs
ss
rs
rs
rs
s
rs
=
+
=


=
+

=



22
1
11
2
222
1
22
1
2
1
2
1
2
2
3
)1(
1
2
3





Từ đó ta đợc sơ đồ cấu trúc điều khiển từ thông :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 22
U

đ
I

S
2
-
M
C
I
S
-U

U


S
R
i
R

Bộ biến đổi
và mạch stato
F
M
X
X
r
2
m
R
L
2
3

Jp
1


+
pT1
K
i
i
pT
k
+
1
F
i
()
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
4.2. Mô tả các khâu có trong hệ :
a) Bộ biến đổi nghịch lu :
Hàm truyền đạt của bộ biến đổi :
F(p) =
)1( pTvo
k
BD
+
trong đó :
K
u
=
22

10
220
==
dk
s
U
U
Tvo hằng số thời gian của bộ biến đổi
Tvo = 1/2 .T = 1/2.0,5 (ms) < 1(ms)
Do vậy ta có thể bỏ qua hằng số thời gian Tvo
b) Mạch stato :
Mạch stato đợc mô tả bởi hàm truyền :
F
s
(p) =
pT
R
+
1
/1
trong đó : R = R
s
= 0,08()
T = T
s

=
)(007,0
50.2.08,0
17,0

s
R
L
s
s
=

=

F
s
(p) =
pp 007,01
5,12
007,01
08,0/1
+
=
+
c) Khâu phản hồi dòng điện :
Để đo dòng stato ta dùng phơng pháp đo gián tiếp bằng cách đo dòng ở nguồn một
chiều.
Sơ đồ nguyên lý mạch phản hồi dòng :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 23
I
s
-
-+
-M
C

U
đ
i
i
pT
k
+
1
R
I
R

B
K
F
A
+

pT1
K
Jp
1

Bộ biến đổi và
mạch stato
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
R
s
U=R
s

i
d
U*
R
C
Hàm truyền đạt của khâu phản hồi dòng :
F
I
(p) =
pTi
ki
pI
pU
+
=
1)(
)(*
với : ki bao gồm :
- hệ số biến đổi xoay chiều thành một chiều
- phân thế
- hệ số tỷ lệ điện áp ra và điện áp U
Từ đó, ta xác định đợc :
ki =
11,0
91
10
==
Idms
Ura
Ti hằng số thời gian của mạch vòng dòng điện

Chọn Ti = 0,005(s) = 5(ms)
d) Xác định hàm truyền đạt K
Fi
:
K
Fi
=
sdm
sdm
I

trong đó : I
sđm
= 91(A)

sđm
tần số trợt định mức

sđm
= 2(f p.n
đm
/60) = 18,84(rad/s)
K
Fi
=
83,4
84,18
91
=
e) Xác định các hệ số A, B :

Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 24
Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ
( ) ( )
( ) ( )
27,3
0027,0.84,181
84,18.91.2
19,0
011,0
2
3
1
.2
2
3
*
85,7
0027,0.84,181
0027,0.84,181
91
19,0
011,0
2
3
1
1
2
3
*

22
2
22
2
2
22
22
2
2
2
22
22
2
2
=
+
=
+
=
=
+

ì=
+

=
rsdm
sdmsdm
r
m

rsdm
rsdm
sdm
r
m
T
I
R
L
B
T
T
J
R
L
A




f) Tính mômen quán tính quy đổi của hệ thống :
Mômen quán tính quy đổi về trục động cơ :
J = J
động cơ
+ J
qđ tải

với :
J
qđ tải

=
)(75,218
2,1
1
.
4
6,0
.
2
10.71
.
4
.
2
2
2
23
2
2
kgm
i
D
G
t
==

Mômen quán tính của hệ thống :
J = 1,32 + 218,75 = 220,07 (kgm
2
)

g) Khâu phản hồi tốc độ :
Đo tốc độ trong truyền động, ta sử dụng máy phát tốc . Mạch nguyên lý :

R
c
U

Hàm truyền đạt :
F

(p) =
pT
k
p
pU
.1)(
)(



+
=
trong đó :
k

=
135,0
705
55,9.10
==



U
T

- hằng số thời gian của khâu phản hồi tốc độ. Chọn T

= 0,005(s)
Tổng hợp lại ta đợc sơ đồ hệ thống :
Nguyễn Công Hoàng - TĐH - CH12 25

×