Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
Lời mở đầu
Sự phát triển kinh tế của mỗi nớc phụ thuộc rất nhiều vào mức
độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Để có thể đáp
ứng đợc các yêu cầu của quá trình cơ giới hoá và tự động hoá các hệ
truyền động điện đợc phát triển và có những thay đổi đáng kể. Đặc
biệt do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng
hoàn thiện, nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền
động điện không những đáp ứng đợc độ tác động nhanh, độ chính
xác cao mà còn góp phần làm giảm kích thớc và hạ giá thành của hệ.
Mỗi sinh viên cần phải biết đợc các bớc thiết kế một hệ điều
khiển tự động nhằm vận dụng những kiến thức mình đã đợc học.
Qua việc thiết kế, em đã hiểu rõ hơn về nguyên lý cấu tạo cũng nh
nguyên lý hoạt động của các thiết bị điện-điện tử .
Dới sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Thanh Sơn giảng
viên bộ môn Thiết bị điện - điện tử, em đã hoàn thành đồ án của
mình với đề tài: Thiết kế bộ nguồn băm xung một chiều cấp điện
cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập nguồn cấp một pha
220V/50Hz
Tuy nhiên trong quá trình thiết kế với trình độ còn hạn chế, đồ án
của em không tránh khỏi những sai sót, mong thầy nhận xét và góp ý
cho em. Em xin chân thành cảm ơn thầy.
1
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
Phần I
Khái quát nguyên lý điều khiển tốc
độ động cơ bằng điều chỉnh điện áp
cấp cho phần ứng.
I. Khái niệm chung:
* Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều đợc sử dụng rất rộng rãi, song
máy điện một chiều vẫn tồn tại, đặc biệt là động cơ một chiều.

+ Bộ biến đổi điện từ: khuyếch đại từ.
+ Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn: chỉnh lu tiristor .
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristor hoặc tranzitor .
Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi có các hệ truyền động :
+ Hệ truyền động máy phát - động cơ.
+ Hệ truyền động máy khuyếch đại - động cơ.
+ Hệ truyền động khuyếch đại từ - động cơ.
+ Hệ truyền động chỉnh lu tiristor - động cơ.
+ Hệ truyền động xung áp - động cơ.
II. Phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng điều
chỉnh điện áp cấp cho phần ứng:
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn
nh máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lu điều khiển... Các
thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lợng xoay chiều thành một chiều có
sức điện động E
b
điều chỉnh đợc nhờ tín hiệu điều khiển U
đk
. Vì là nguồn có
công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong R
b
và điện cảm L
b
khác không.
3
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
BBĐ
Đ
U
dk

b
.
K
E
-

dm
udb
.
K
RR
+
I

0
(U
đk
) -

M
Vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đổi, còn tốc độ không tải lý tởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều
khiển U
đk
của hệ thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ
thống bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng
định mức và từ thông cũng đợc giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải
điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động.
Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

là hệ số quá tải về mômen. Vì họ đặc tính cơ là các đờng thẳng
song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:

min
=(M
nmmin
-M
đm
)

M

1
dm
=
(K
M
-1)
D =
1K
1
M


/1)M(K

M

M
dm

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị
0max
, M
đm
, K
M
là xác định, vì vậy
phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng . Khi điều
chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở
tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ.
Do đó có thể tính sơ bộ đợc:

0max
/M
đm
10.
5
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
Vì thế với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh
tốc độ cũng không vợt quá 10. Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các
đặc tính cơ tĩnh của truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi
điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều
chỉnh là nh nhau, do đó độ sụt tốc tơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính
thấp nhất của dải điều chỉnh hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất
của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vợt quá giá trị sai số cho phép, thì
hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn
bộ dải điều chỉnh. Sai số tơng đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là :
s =



Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các
đờng thẳng =
đm
, M =M
đm
và các trục toạ độ. Tổn hao năng lợng chính là tổn
hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
E
b
= E

+ I(R
b
+R
đ
)
IE
b
= IE

+ I
2
(R
b
+R
đ
)
Nếu đặt R
b
+R

***
*
RM

+
Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng
mômen tải trên trục: M
*
=M
*
C
và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là:
M
*
C
=(
*
)
x
( )
1x
*
*
*
*
u

.
R


khiển
1
B
A
4
D
2
3
D
D
D
C
8
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
Hình 4. Sơ đồ động lực cầu một pha không điều khiển.
MĐK
4
D
D
1
D
3
D
2
A
B
C
ĐC
Tr
D

+ Điện cảm mạch phần ứng động cơ:
L=
In
2p
60
U
dmdm
dm
= 0,25.
980.6,17..2.2
60.100

= 0,007(H) =7(mH)
Trong đó: = 0,25- là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù.
p =2- là số đôi cực của động cơ.
B. Tính chọn Diod:
9
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
+ Điện áp ngợc lớn nhất mà Diod phải chịu:
U
nmax
=K
nv
.U
2
=K
nV
K
U
u

+ Dòng làm việc của van đợc tính theo dòng hiệu dụng:
I
lv
=I
hd
=K
hd
.I
d
=
2
1
.17,6 = 12,4(A)
Trong đó: K
hd
=
2
1
+ Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tích
toả nhiệt, không quạt đối lu không khí, với điều kiện đó dòng định mức cần
chọn:
I
lv
=25%I
đmV


I
đmV
=

=175C
+ Dòng điện thử cực đại: I
th
= 60(A)
10
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
C. Tính toán máy biến áp chỉnh lu: máy biến áp một pha
1. Điện áp chỉnh lu không tải:
U
do
=U
d
+2

U
V
+

U
dn
+

U
BA
= 100 + 2.1,4 + 5 = 107,8(V)
Trong đó: U
d
= 100(V)- điện áp chỉnh lu.
U
V

1BA
=S
2BA
=K
s
.P
dmax
= 1,23.1897,28 = 2333,65(VA)
Trong đó: K
s
=1,23- hệ số công suất.
4. Tính toán sơ bộ mạch từ:
Q
Fe
=K
Q
m.f
S
BA
=5
1.50
2333,65
=34(cm
2
)
Trong đó: K
Q
= 5- hệ số phụ thuộc vào phơng thức làm mát.
m=1- số pha của máy biến áp.
5. Tính toán dây quấn máy biến áp:

Fe
1
T
Fe
4
1
=

= 291(vòng).
Chọn loại thép

330,các lá thép có độ dày 0,5mm,B
T
=1(T)
Số vòng dây của cuộn thứ cấp:
W
2
=
34
45.120
Q
45.U
Fe
2
=
= 159(vòng)
Dòng điện của cuộn sơ cấp:
I
1
=

J
I
1
1
=
= 3,85(mm
2
)
Trong đó: J
1
= 2,75A/mm
2
- mật độ dòng điện trong máy biến áp.
Tiết diện dây dẫn thứ cấp:
S
2
=
2,75
19,45
J
I
2
2
=
= 7(mm
2
).
Trong đó: J
2
= 2,75A/mm

b
a
c
C
H
h
Chọn trụ hình chữ nhật với các kích thớc Q
Fe
= a.b
Trong đó: a- bề rộng của trụ; b- bề dày của trụ.
Theo công thức kinh nghiệm: b/a= 0,5
ữ
1,5 => chọn: b/a=1
Q
Fe
= a.b= a
2
= 34(cm
2
)
a= b= 5,8(cm)= 58(mm)
Chọn kích thớc cửa sổ:
Theo công thức kinh nghiệm: h/a=2
ữ
4 => chọn: h/a=2,5
c/a= 0,5
ữ
2,5 => chọn: c/a= 1,5
Từ đó ta có: h=2,5a=2,5.58= 145(mm)=14,5(cm)
13

Trong đó: k
ld
=2 hệ số lấp đầy
Diện tích cửa sổ cả hai cuộn dây chiếm chỗ:
Q
cs
= Q
cs1
+ Q
cs2
=585,58+2226=2811,58(mm
2
)
7. Kết cấu dây quấn:
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm theo chiều dọc trụ, mỗi cuộn dây đợc
quấn thành nhiều lớp dây. Mỗi lớp dây đợc quấn liên tục, các vòng dây quấn
sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng các bìa cách điện. Ơ đây chọn
bìa cách điện giữa các lớp dây dày 0,1mm, giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ
cấp là 1mm,lớp cách điện trong cùng và ngài cùng là 1mm.
Số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn sơ cấp:
W
1l
=
.0,95
2,3
2.2,3145
.k
d
2hh
c

=

= 43(vòng).
Trong đó: k
c
= 0,95- hệ số ép chặt.
14