Nội dung

Nguyenvanbientbd47@gmail.com Ch−¬ng 1 C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu 1.1 Kh¸i niÖm chung §iÒu khiÓn tèc ®é lµ mét yªu cÇu cÇn thiÕt tÊt yÕu cña c¸c m¸y s¶n xuÊt. Ta biÕt r»ng hÇu hÕt c¸c m¸y s¶n xuÊt ®ßi hái cã nhiÒu tèc ®é, tïy theo tõng c«ng viÖc, ®iÒu kiÖn lµm viÖc mµ ta lùa chän c¸c tèc ®é kh¸c nhau ®Ó tèi −u ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Muèn cã ®−îc c¸c tèc ®é kh¸c nhau trªn m¸y ta cã thÓ thay ®æi cÊu tróc c¬ häc cña m¸y nh− tØ sè truyÒn hoÆc thay ®æi tèc ®é cña chÝnh ®éng c¬ truyÒn ®éng. ë ®©y chóng t«i chØ kh¶o s¸t theo ph−¬ng ph¸p thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ truyÒn ®éng. Tèc ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ do ng−êi ®iÒu khiÓn quy ®Þnh ®−îc gäi lµ tèc ®é ®Æt. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, tèc ®é ®éng c¬ cã thÓ bÞ thay ®æi v× tèc ®é cña ®éng c¬ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo c¸c th«ng sè nguån, m¹ch vµ t¶i nªn khi c¸c th«ng sè thay ®æi th× tèc ®é cña ®éng c¬ sÏ bÞ thay ®æi theo. T×nh tr¹ng ®ã g©y ra sai sè vÒ tèc ®é vµ cã thÓ kh«ng cho phÐp. §Ó kh¾c phôc ng−êi ta dïng nh÷ng ph−¬ng ph¸p æn ®Þnh tèc ®é. §é æn ®Þnh tèc ®é cßn ¶nh h−ëng quan träng ®Õn gi¶i ®iÒu chØnh (ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é) vµ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña ®éng c¬. §é æn ®Þnh cµng cao th× gi¶i ®iÒu chØnh cµng cã kh¶ n¨ng më réng vµ m«men qu¸ t¶i cµng lín. Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ nh−: • §iÒu chØnh tham sè. • §iÒu chØnh ®iÖn ¸p nguån. • §iÒu chØnh cÊu tróc s¬ ®å. ë ®©y chóng t«i chØ ®Ò cËp ®Õn c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu. 1.2 CÊu t¹o, nguyªn lý lµm viÖc, ph©n lo¹i vµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®éng c¬ mét chiÒu Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com CÊu t¹o 1.2.1 CÊu t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn gåm stator, rotor vµ hÖ thèng chæi than - vµnh gãp. Stator bao gåm vá m¸y, cùc tõ chÝnh, cùc tõ phô, d©y quÊn phÇn c¶m (d©y quÊn kÝch thÝch) gåm c¸c bèi d©y ®Æt trong r·nh cña lâi s¾t. Sè l−îng cùc tõ chÝnh phô thuéc tèc ®é quay. §èi víi ®éng c¬ c«ng suÊt nhá ng−êi ta cã thÓ kÝch tõ b»ng nam ch©m vÜnh cöu. R«tor (cßn gäi lµ phÇn øng) gåm c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn ghÐp l¹i cã r·nh ®Ó ®Æt c¸c phÇn tö cña d©y quÊn phÇn øng. §iÖn ¸p mét chiÒu ®−îc ®−a vµo phÇn øng qua hÖ thèng chæi than - vµnh gãp. KÕt cÊu cña gi¸ ®ì chæi than cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh ¸p lùc tiÕp xóc vµ tù ®éng duy tr× ¸p lùc tuú theo ®é mßn cña chæi than. Chøc n¨ng cña chæi than - vµnh gãp lµ ®Ó ®−a ®iÖn ¸p mét chiÒu vµo cuén d©y phÇn øng vµ ®æi chiÒu dßng ®iÖn trong cuén d©y phÇn øng. Sè l−îng chæi than b»ng sè l−îng cùc tõ ( mét nöa cã cùc tÝnh d−¬ng vµ mét nöa cã cùc tÝnh ©m). 1.2.2 Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Khi ®Æt lªn d©y quÊn kÝch tõ mét ®iÖn ¸p kÝch tõ Uk nµo ®ã th× trong d©y quÊn kÝch tõ sÏ xuÊt hiÖn dßng kÝch tõ ik vµ do ®ã m¹ch tõ cña m¸y sÏ cã tõ th«ng Φ . TiÕp ®ã ®Æt mét gi¸ trÞ ®iÖn ¸p U lªn m¹ch phÇn øng th× trong d©y quÊn phÇn øng sÏ cã mét dßng ®iÖn i ch¹y qua. T−¬ng t¸c gi÷a dßng ®iÖn phÇn øng vµ tõ th«ng kÝch thÝch t¹o thµnh m«men ®iÖn tõ. Gi¸ trÞ cña m«men ®iÖn tõ ®−îc tÝnh nh− sau: m= p.n ΦI = kΦI 2Π a Trong ®ã c¸c p: sè ®«i cùc cña ®éng n: sè thanh dÉn phÇn øng d−íi mét cùc tõ. a: sè m¹ch nh¸nh song song cña d©y quÊn phÇn øng. k: hÖ sè kÕt cÊu cña m¸y. Vµ m«men ®iÖn tõ nµy kÐo cho phÇn øng quay quanh trôc. 1.2.3 Ph©n lo¹i ®éng c¬ mét chiÒu. C¨n cø vµo ph−¬ng ph¸p kÝch tõ ng−êi ta chia ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ra c¸c lo¹i nh− sau: - §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ b»ng nam ch©m vÜnh cöu. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com - §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp nghÜa lµ phÇn øng vµ phÇn kÝch tõ ®−îc cung cÊp bëi hai nguån riªng rÏ. H×nh 1.1 - §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp: cuén d©y kÝch thÝch ®−îc m¾c nèi tiÕp víi phÇn øng. - §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song: cuén d©y kÝch thÝch ®−îc m¾c song song víi phÇn øng. - §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ hçn hîp: gåm cã hai cuén d©y kÝch thÝch, mét cuén m¾c nèi tiÕp víi phÇn øng, cuén cßn l¹i m¾c song song víi phÇn øng. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com 1.2.4 C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña m¸y ®iÖn mét chiÒu §iÖn ¸p phÇn øng: E=K Søc ®iÖn ®éng phÇn øng: M«men phÇn øng: C«ng suÊt ®iÖn tõ. Tõ th«ng kÝch tõ: Trong ®ã c¸c ®¹i l−îng: I − , I t : lµ dßng ®iÖn phÇn øng vµ dßng ®iÖn kÝch tõ. U: ®iÖn ¸p cña l−íi ®iÖn mét chiÒu. E: Søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong cuén d©y r«tor khi nã quay trong tõ tr−êng do cuén d©y kÝch tõ t¹o ra. R − : ®iÖn trë phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. Φ[ Wb] : tõ th«ng kÝch thÝch cña ®éng c¬. M [ Nm ] : m«men phÇn øng cña ®éng c¬. n(vßng/phót): tèc ®é quay cña ®éng c¬. K1 , K 2 , K 3 : lµ c¸c h»ng sè tû lÖ. 1.3 C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Tõ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ta thÊy cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com ë ®©y chóng t«i chØ ®Ó cËp ®Õn c¸c ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu b»ng c¸ch ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn. VÒ nguyªn t¾c, ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p nguån cung cÊp cã thÓ sö dông cho c¸c ®éng c¬ mét chiÒu vµ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. Tuy nhiªn trong thùc tÕ nã ®−îc sö dông chñ yÕu cho ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. §iÒu ®ã ®−îc rót ra tõ ph−¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. ω= U R − + R p− − .M 2 kΦ (kΦ ) Trong ®ã: R−vµ Rp− : lµ ®iÖn trë phÇn øng vµ ®iÖn trë phô m¾c nèi tiÕp trong phÇn øng. k : lµ h»n M : lµ m« Φ : lµ tõ t U : ®iÖn ¸ Tõ ph−¬ng tr×nh trªn ta thÊy khi R−, Rp−, M, k, Φ kh«ng ®æi, nÕu ta thay ®æi U th× tèc ®é gãc ω cña ®éng c¬ sÏ thay ®æi. 1.3.1 §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ sö dông c¸c bé chØnh l−u b¸n dÉn §Ó thùc hiÖn ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy, cÇn ph¶i cã mét nguån cung cÊp mµ ®iÖn ¸p cña nã cã thÓ thay ®æi ®−îc ®Ó cung cÊp cho phÇn øng cña ®éng c¬. C¸c nguån ®iÖn ¸p nµy th−êng ®−îc t¹o ra bëi mét bé chØnh l−u b¸n dÉn cã ®iÒu khiÓn (Thysistor) hoÆc kh«ng cã ®iÒu khiÓn (®i«t). §iÓu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng b»ng bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p vµ bé chØnh l−u ®i«t. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com H×nh 1.5 §iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng b»ng bé chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn. H×nh 1.6 S¬ ®å 1.5 muèn thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt lªn phÇn øng ®éng c¬ ta ph¶i sö dông bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p. S¬ ®å 1.6 ®iÖn ¸p ®Æt lªn phÇn øng ®éng c¬ phô thuéc gãc më cña Thysistor cña bé chØnh l−u cã ®iÒu khiÓn. 1.3.2 §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ khi sö dông thiÕt bÞ ®iÒu chØnh xung ¸p Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy lµ ®ãng ng¾t ®éng c¬ vµo nguån cung cÊp mét c¸ch cã chu kú. Khi ®ãng ®éng c¬ vµo nguån cung cÊp, n¨ng l−îng ®−îc ®−a tõ nguån vµo ®éng c¬. N¨ng l−îng nµy phÇn chñ yÕu ®−îc truyÒn qua trôc cña ®éng c¬, phÇn cßn l¹i ®−îc tÝch ë d¹ng ®éng n¨ng vµ n¨ng l−îng ®iÖn tõ. Khi ng¾t ®éng c¬ ra khái nguån th× hÖ truyÒn ®éng vÉn tiÕp tôc lµm viÖc nhê n¨ng l−îng tÝch luü ®ã. S¬ ®å ®iÒu chØnh xung ¸p cña §CMC kÝch tõ ®éc lËp. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com H×nh 1.7: S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña bé ®iÒu chØnh xung ¸p. H×nh 1.8: BiÓu ®å thêi gian ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. Trong hÖ thèng nµy nhê mét kho¸ chuyÓn ®æi K (cã thÓ lµ chuyÓn m¹ch c¬ khÝ hay chuyÓn m¹ch ®iÖn tõ). Mµ phÇn øng ®éng c¬ ®−îc ®ãng, ng¾t mét c¸ch cã chu kú vµo nguån ®iÖn mét chiÒu cã ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. Trong kho¶ng thêi gian t1 kho¸ K ®ãng, ®éng c¬ ®−îc cÊp nguån, nÕu bá qua sôt ¸p trªn kho¸ K th× Ut = U. Trong kho¶ng thêi gian t2 kho¸ K ng¾t. Do ¶nh h−ëng cña c¸c ®iÖn c¶m phÝa mét chiÒu (®iÖn c¶m phÇn øng ®éng c¬ vµ ®iÖn c¶m phÇn läc nÕu cã) dßng ®iÖn iu tiÕp tôc ch¶y qua ®i«t D. §iÖn ¸p Ut ë giai ®o¹n nµy b»ng sôt ¸p thuËn trªn ®i«t nh−ng ng−îc dÊu Ut = UD. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com Tõ ®å thÞ h×nh 1.8 ta thÊy r»ng trÞ sè trung b×nh cña dßng ®iÖn trong phÇn øng itb quyÕt ®Þnh tèc ®é ®éng c¬. Do ®ã, ®Ó thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ chØ cÇn thay ®æi trÞ sè cña dßng ®iÖn trung b×nh trong phÇn øng itb. §Ó thay ®æi dßng ®iÖn trung b×nh itb cã thÓ thay ®æi t1 hoÆc thay ®æi t2 hoÆc thay ®æi c¶ t1 vµ t2. NÕu gi÷ nguyªn chu k× ®ãng ng¾t cña kho¸ (Tck = const) thay ®æi t1 th× ta cã ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh xung theo ®é réng. NÕu gi÷ nguyªn thêi gian ®ãng kho¸ (t1= const) vµ thay ®æi t2 th× ta cã ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè xung. Ph−¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é réng xung ®−îc sö dông phæ biÕn h¬n v× nã cho ph¹m vi ®iÒu chØnh réng h¬n. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè xung cã s¬ ®å ®¬n gi¶n h¬n nh−ng ph¹m vi ®iÒu chØnh hÑp v× nÕu t¨ng t2 qu¸ lín th× Tck → ∞ nghÜa lµ vÒ thùc chÊt ý nghÜa ®iÒu chØnh xung kh«ng cßn n÷a. 1.3.3 Ph−¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p mét chiÒu cã ®æi chiÒu quay Khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu, ng−êi ta thùc hiÖn ®æi chiÒu quay cña nã theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau. NÕu chiÒu cña dßng ®iÖn kÝch tõ cè ®Þnh ®Ó ®æi chiÒu quay cña ®éng c¬ ph¶i ®æi cùc tÝnh cña ®iÖn ¸p nguån ®Æt vµo phÇn øng. Còng cã thÓ gi÷ nguyªn ®iÖn ¸p cùc tÝnh phÇn øng nh−ng ®æi chiÒu dßng kÝch tõ. S¬ ®å nguyªn lý thùc hiÖn ®¶o chiÒu ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp theo ph−¬ng ph¸p thay ®æi cùc tÝnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com H×nh 1.9 Trong ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy c¸c cÆp van K1 vµ K3, K2 vµ K4 thay nhau ®ãng ng¾t. Thùc hiÖn ®¶o chiÒu b»ng c¸ch : trong thêi gian t1 cho K1 vµ K3 ®ãng(K2 vµ K4 ng¾t) ®Çu A cña phÇn øng ®−îc nèi víi d−¬ng nguån, ®Çu B ®−îc nèi víi ©m nguån. Trong kho¶ng thêi gian t2 cho K2 vµ K4 ®ãng (K1 vµ K3 ng¾t) th× ®Çu B cña phÇn øng ®−îc nèi víi d−¬ng nguån cßn ®Çu A cña phÇn øng ®−îc nèi víi ©m nguån. Khi ®ã ®iÖn ¸p trung b×nh trªn phÇn øng ®éng c¬ lµ: U tb = U(t 1 − t 2 ) Tck t1 = Tck §Æt: ⇒ Ut Nh− vËy ta thÊy b»ng c¸ch biÕn ®æi γ ( thùc chÊt lµ biÕn ®æi t1 vµ t2) ta thÊy kh«ng nh÷ng biÕn ®æi ®−îc trÞ sè cña Utb mµ cßn thay ®æi ®−îc dÊu cña nã vµ nh− vËy ta ch¼ng nh÷ng ®iÒu chØnh ®−îc tèc ®é ®éng c¬ mµ cßn thùc hiÖn ®¶o chiÒu quay. 1.4 Mét sè ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é dïng Transistor vµ Thyristor 1.4.1 Ph−¬ng ¸n ®iÒu khiÓn dïng Transistor Khi ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ c«ng suÊt nhá vµ ®iÖn ¸p phÇn øng nhá ng−êi ta th−êng dïng s¬ ®å ®iÒu khiÓn b»ng Transistor v× viÖc ®iÒu khiÓn Transistor rÊt dÔ dµng tiÖn lîi, m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n, ®é tin cËy cao, ®Æc biÖt khi sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn xung. Hµ Ngäc Th¾ng Nguyenvanbientbd47@gmail.com 1.4.1.1 Ph−¬ng ¸n ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu kh«ng ®¶o chiÒu quay dïng Transistor. H×nh 1.10: S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu kh«ng ®¶o chiÒu quay dïng Transistor T1 ®ãng vai trß tÇng khuÕch ®¹i s¬ bé m¾c theo kiÓu Colletor chung (m¹ch lÆp Emitor) T2 vµ T3 lµ tÇng khuÕch ®¹i c«ng suÊt m¾c theo kiÓu Darlington ®Ó cã c«ng suÊt ra lín. Chøc n¨ng cña m¹ch do T2 quyÕt ®Þnh cßn T3 cã t¸c dông khuÕch ®¹i dßng ®iÖn ra. Nguyªn lý ho¹t ®éng: khi cã xung cã ®iÒu khiÓn Uv ®−a vµo baz¬ cña T1 sÏ t¹o thiªn ¸p cho T1 do ®ã T1 më. TÝn hiÖu ra trªn emitor cña T1 ®−a vµo baz¬ cña T2 lµm cho T2 vµ T3 lµm viÖc dÉn ®Õn ®iÖn ¸p phÇn øng cña ®éng c¬ ®−îc khuÕch ®¹i lªn. Xung ®iÒu khiÓn cã thÓ thay ®æi b»ng c¸ch ®iÒu chØnh tÇn sè xung (®é réng xung) dÉn ®Õn Ube cña T1 thay ®æi lµm cho Uce cña T1 thay ®æi theo, qua khuÕch ®¹i c«ng suÊt T2 vµ T3 lµm cho ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng cña ®éng c¬ mét chiÒu thay ®æi, do ®ã tèc ®é ®éng c¬ thay ®æi. 1.4.1.2 Ph−¬ng ¸n ®iÒu khiÓn cã ®¶o chiÒu quay Nguyªn lý lµm viÖc: ë chÕ ®é quay thuËn: Ng−êi ta ®−a xung ®iÒu khiÓn Udk1 vµo cùc baz¬ cña T1 vµ T4 lóc nµy c¶ 2 Transistor T1 vµ T4 ®Òu më do ®ã cã dßng ®iÖn ®i tõ d−¬ng nguån qua T1 ®Õn phÇn øng ®éng c¬ råi qua T4 vÒ ©m nguån, ®éng c¬ quay theo chiÒu thuËn. Hµ Ngäc Th¾ng