SLIDE THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA KỸ THUẬT & CÔNG NGHỆ

CHÀO MỪNG QUÝ THẦY GIÁO VÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI BUỔI BẢO
VỆ TỐT NGHIỆP HÔM NAY !


TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
Khoa Kỹ thuật & Công nghệ
---------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (PL2)
Giáo viên hướng dẫn : ThS. NGUYỄN THÁI BẢO
Sinh viên thực hiện : TRẦN VĂN TRỌNG
Lớp
: KTĐ – ĐT K37B


5

4

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

•

TÍNH CHỌN BỘ CHỈNH LƯU

•

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

•

2

MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH MODUL TỐI ƯU

•

3

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG

•

1

NỘI DUNG ĐỒ ÁN


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ

1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Gồm hai bộ phận chính:
- Nam châm điện (stato)

- Cuộn dây (rôto)


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ

1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

 Hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

 Điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều có hai loại:
- Hệ truyền động theo kiểu “kín”
- Hệ tryền động theo kiểu “hở”
Hệ truyền động kiểu “kín” có cấu tạo phức tạp nhưng chất lượng điều chỉnh cao và giải điều chỉnh rộng nên được sử dụng
rộng rãi.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ

 Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ
Phương pháp này cần có các thiết bị nguồn (máy phát điện một chiều kích từ độc lập hoặc bộ chỉnh lưu) giúp biến đổi năng
lượng xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb phụ thuộc vào Uđk.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ

 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (CL-ĐC)

 Hệ CL-ĐC có nhiều ưu điểm như: tác động nhanh, không gây ồn, dễ tự động hóa, nhờ các van bán dẫn có hệ số khuếch
đại công suất cao vì vậy thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh, kích thước hệ nhỏ gọn,…


CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN BỘ CHỈNH LƯU

1. CÁC BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR
.Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng
.Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng
.Chỉnh lưu hình tia ba pha
.Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng
.Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng

 Dựa vào các thông số động cơ và các yêu cầu khác thì động cơ phù hợp với bộ chỉnh lưu là chỉnh lưu hình tia ba pha
hoặc chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng


CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN BỘ CHỈNH LƯU

Chỉnh lưu hình tia ba pha

Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng

Ưu điểm: Lõi thép ít phát nóng, chất lượng điện áp cao, hiệu
Ưu điểm: Số van bán dẫn thấp, chất lượng điện áp cao, dòng

suất sử dụng máy biến áp cao,…

điện qua van nhỏ, biên độ điện áp thấp,…

 Theo yêu cầu chọn bộ chỉnh lưu phù hợp với động cơ và đảm bảo tính kinh tế nên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha


CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN BỘ CHỈNH LƯU

2. Tính chọn mạch động lực
Pđm (kw)

Uđm (V)

nđm (vòng/phút)

ηđm

J (kgm2)

15

220

1560

0.83

0.4

P
15.103

I dm = I udm =
=
= 82,15( A)
η.U dm 0,83.220
U dm 1
1
220
Ru = .(1 − η ).
= .(1 − 0,83).
= 0, 228
2
I udm 2
82,15
U dm .60
220.60
Lu = γ .
= 0, 25.
= 0,002( H ) = 2(mH )
2π . p.ndm .I dm
2π .2.1560.82,15


CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN BỘ CHỈNH LƯU


CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN BỘ CHỈNH LƯU

2.1 Tính chọn Thyristor
Sau khi tính toán ta chọn Thyristor SH200N21D

2.2 Tính toán máy biến áp cho bộ chỉnh lưu

2.3 Thiết kế cuộn kháng lọc

2.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 IC TCA785
Mạch điều khiển dùng IC TCA785 có nhiều ưu điểm về tính kỹ thuật và kinh tế:

•

Tính kỹ thuật: Tích hợp cả bốn tính năng giảm được các khâu tính chọn bộ xung
chùm, tính chọn các cổng tương tự, tính chọn tầng so sánh, tính chọn khâu đồng
pha giúp giảm kích thước mạchđiều khiển.

•

Với tải là động cơ điện một chiều với công suất như trên thì việc lực chọn IC
TCA785 để thiết kế mạch điều khiển là đảm bảo tốt về tính kinh tế và kỹ thuật.


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.2 Tính toán mạch điều khiển

Mạch điều khiển được tính toán xuất phát từ yêu cầu về xung mở của Thyristor nên khi tính toán mạch điều khiển ta phải tính
từ máy biến áp xung ngược trở lại về trước.

3.2.1 Tính máy biến áp xung

3.2.3 Tính toán bộ nguồn cho mạch điều khiển

3.2.4 Chọn bộ nguồn để lấy điện áp ra điều khiển


CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA ĐCĐ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH MODUL TỐI
ƯU
4.1 Mô hình hóa động cơ điện một chiều

Các thông số cơ bản

Giá trị

Momen quán tính

J=0,8 (kg.m2)

Hằng số thời gian cơ học

Tc=0,121 (s)

Hằng số thời gian điện từ

Tu=0,088 (s)

Hằng số thời gian của hệ thống

TCΣ = 0, 288( s )

Hằng số thời gian điện từ của hệ thống

TuΣ = 0, 035( s)

Hằng số thời gian trễ của bộ chỉnh lưu

τ = 6, 7.10−3 ( s)


CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA ĐCĐ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH MODUL TỐI
ƯU
4.2 Tính toán thiết kế mạch vòng dòng điện

 Mạch vòng phản hồi dòng điện

Hàm truyền của khâu hiệu chỉnh dòng điện có dạng:

Who ( p)
1 + TuΣ . p
1 TuΣ
Ri ( p ) =
=
⇔ Ri ( p ) =
+
WDT ( p ) T . p.K .( K CL )
Ti p Ti
0
i

RuΣ


CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA ĐCĐ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH MODUL TỐI
ƯU
Hàm truyền của vòng kín phản hồi dòng điện

Who1
Who1 =
1 + Who1

1
1
2τ p(τ p + 1)
=
= 2 2
1
2
τ
p
+
2
τ
p
+
1
1+
2τ p(τ p + 1)

Qua các phép biến đổi, hàm truyền của toàn bộ mạch vòng dòng điện

WAB
 Tính chọn linh kiện
 Tính toán bộ cảm biến

1
Ki
=
2τ p + 1


CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA ĐCĐ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH MODUL TỐI
ƯU
4.3 Tính toán thiết kế mạch vòng tốc độ



Mạch vòng điều chỉnh tốc độ

Khâu hiệu chỉnh tốc độ có hàm truyền

1 + T03 p
Ki .K Φ dm .TcΣ 1 + 8τ p
Rω ( p) = Kt.
⇔ Rω ( p) =
.
T03 p
4τ .Kω .RuΣ 8τ p

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA ĐCĐ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH MODUL TỐI
ƯU

Hàm truyền hệ hở của mạch vòng tốc độ

1 + 8τ p
Whoω ( p) = WDTω .Rω ( p) = 2 2
32τ p (1 + 2τ p)
Hàm truyền của mạch vòng kín tốc độ

Whoω ( p)
8τ p + 1
Wkinω ( p) =
= 3 3
2 2
1 + Whoω ( p) 64τ p + 32τ p + 8τ p + 1


Tính toán và thiết kế mạch


CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG

Xét tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz
Phương trình đặc tính:

64τ p + 32τ p + 8τ p + 1 = 0
3

3

2

2

Ta có:

a3 = 64τ 3 > 0
a2 = 32τ 2 > 0
a1 = 8τ > 0
a0 = 1 > 0
a1a2 − a3 a0 = 192τ 3 > 0
Như vậy theo tiêu chuẩn Hurwitz thì hệ thống trên ổn định


KẾT LUẬN

Đồ án đã hoàn thành việc tính toán, thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều (PL2)

Xây dựng được sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha.


EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN !