Đồ án ĐTCS

Thiết kế bộ băm xung một chiều

Lã ngọc Sơn

Lớp TĐH T2 - K41

1Chương I - Giới thiệu về động cơ điện một chiều
kích từ song song

I.1) Cấu tạo:Máy điện một chiều cấu tạo gồm hai thành phần chính: gồm phần tĩnh và phần
quay.
1) Phần cảm (stator):
Phần cảm là phần tạo ra từ trường tĩnh của động cơ gồm có các phần sau đây:
- Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường, nó gồm có lõi sắt cực từ và dây
quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ
+ Lõi sắt kích từ được làm bằ
ng lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon ghép
lại và tán chặt.
+ Dây quấn kích từ: được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây
đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên

Lã ngọc Sơn

Lớp TĐH T2 - K41

2

Hình I- Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
(a), kích từ song song(b), kích từ hỗn hợp(c), và kích từ độc lập(d).

Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì
mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là
động cơ kích từ song song.
I.2) Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ
song song:

1) Định nghĩa:
Phương trình đặc tính cơ
là đồ thị miêu tả mối quan hệ giữamô men điện từ M
đt
và tốc độ góc ω của động cơ.
2) Đặc tính cơ:
Từ phương trình cân bằng điện áp :
⎩
⎨

K
RI
K
U
uu
ω

Độ cứng đặc tính cơ:

u
R
K
2
).( Φ
=
Δ
ΔΜ
=
ω
β

β càng lớn đặc tính cơ càng cứng
Đồ thị: Φ
=
.
0
k

mm
=
u
R
KU Φ..
: Mômen mở máy.

I.3) Mở máy và hãm động cơ điện một chiều:

1) Mở máy:
Từ phương trình điện áp phần ứng :
U=E
u
+R
u
.I
u
u
R
u
u
EU
I
−
=⇒

Khi mở máy n=0 ⇒ E
u
=
Φ..

+R
mở
)
Lúc đầu để R
mở
max, trong quá trình mở này tốc độ tăng lên Eư tăng lên và điện trở
này giảm dần đến 0, máy làm việc đúng điện áp định mức.
+ Giảm điện áp đặt vào phần ứng:
Phương pháp là phương pháp thường dùng hơn cả nó dòi hỏi có một nguồn điện
có thể điều chỉnh được điện áp như nguồn chỉnh lưu, hệ máy phát động cơ hay b
ộ
băm xung một chiều. Phương pháp này dùng kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ động
cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng rất tiện lợi.
2) Các trạng thái hãm động cơ:
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều tốc độ quay
.Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát. Tùy theo
cách biến đổi nă
ng lượng cơ trong khi hãm người ta chia làm 3 trạng thái hãm:
a) Hãm tái sinh:
Đồ án ĐTCS

Thiết kế bộ băm xung một chiều

Lã ngọc Sơn

Lớp TĐH T2 - K41

Động cơ điện một chiều có đặc điểm là:
- Ưu điểm : điều chỉnh tốc độ dễ dàng, nhiều kênh điều khiển.
- Nhược điểm: sử dụng nguồn điện một chiều.
Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn như hiện nay máy điện một chiều dã trở
thành một c
ơ cấu không thể thiếu trong truyền động điện.
Từ phương trình về vận tốc:

2
.
.
..
.
.
Φ
−
Φ
=
Φ
−
Φ
=
K
RM
K
U
K
RI


n
U
dm
> U
1
> U
2
> U
3

n
cb
> n
1
> n
2
> n
3

Đồ án ĐTCS

Thiết kế bộ băm xung một chiều

Lã ngọc Sơn

Lớp TĐH T2 - K41

ít được sử dụng.
- Ngoài ra khi thêm R
u
vào phần ứng cũng có nghĩa là tăng tổn hao làm nóng
động cơ. Phương pháp này chỉ sử dụng để giảm dòng mở máy khi khởi động động
cơ.
3) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông: TN
R
f1
R
f2
R
f3
0
M
C

n
3

n
2

n
1

n

C
M
2
M
1
M
n
n
cb

n
1
n
M
φ
ủm
> φ
1
> φ
2

n
cb
< n
1
< n
2

Đồ án ĐTCS


ik
việc giảm Φ sẽ làm tốc độ động cơ.
Trên thực tế điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là rất khó thực hiện vì
quan hệ Φ(ω) là phi tuyến.
I.5) Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ:

Từ các phân tích trên, ta thấy trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ trên
thì phương pháp điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp phần ứng là khả thi và tin
cậy nhất, bởi vì dễ điều chỉnh và có đặc tính cơ cứng. Với sự phát triển của kĩ thuật
bán dẫn ngày nay thì phương pháp điều chỉnh này hoàn toàn dễ dàng thực hiện được
và đem lạ
i hiệu quả cao. Trong khuôn khổ đồ án này, ta sẽ thiết kế bộ băm xung một
chiều có đảo chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, ngoµi ra nã cßn có thể thực
hiện chức năng mở lại máy (reset) và hãm tái sinh động cơ.
CHƯƠNG II - TÍNH CHỌN MẠCH LỰC

II.1) Giới thiệu chung về bộ băm xung một chiều:

1) Nguyên lý:
Bộ băm điện áp một chiều cho phép từ nguồn điện một chiều U
s
tạo ra điện áp
tải U
ra
cũng là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được.

Đồ án ĐTCS

Nội dung của phươ
ng pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T ⇒ Giá trị trung
bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:
BBĐ
BBĐ
BBĐ
một
chiề
U
S
U
ra
U
ra
t

t
1
t
2
T

U
tb
Đồ án ĐTCS

Thiết kế bộ băm xung một chiều

T
t
U ...
1
1
==

Vậy U
ra
=U
S
khi
1
1
t
f =
và U
ra=0
khi f=0.
c) Phương pháp xung - thời gian:
Vừa thay đổi độ rộng xung vừa thay đổi tần số theo nguyên tắc giữ ΔI min
Trong thực tế, phương pháp biến đổi độ rộng xung được dùng phổ biến hơn vì đơn
giản hơn, không cần thiết bị biến tần đi kèm.
II.2) Sơ đồ bộ băm xung áp một chiều có đảo chiều cả dòng điện và
điện áp:

Do yêu cầu của đồ án là thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều kích từ song song, Thoả mãn các yêu cầu trên ta chỉ có thể
chọn mạch lực là bộ băm xung áp một chiều với Sơ đồ nguyên lý như sau :

U
S
i
dk1
i
dk2
u
d
U
S
u
S1
,i
S1
i
S

L =++

Giải phương trình vi phân, ta có:
atat
S
d
eIe
R
EU
ti
−−
+−
−
= .)1.()(
min

- Giá trị trung bình của điện áp trên tải:
SS
SSSS
T
t
S
t
S
T
dd
UU
UUTTUTU
T
dtUdtU

d
=0⇒ Động cơ không được đặt điện áp.
ε>0,5→ U
d
>0⇒Động cơ quay ngược.
ε<0,5→ U
d
<0⇒Động cơ quay thuận.

- Giá trị trung bình của dòng qua diod D1 và D2:
)1.()1.(.
.2
)1.()1.(
1
)1).(1(
.
1
.
.2
).(
1
1
11
1
1
0
1
1
εεε
εε

)1.(.
.2
.
1
)1)(1(
.
1
.
.2
.
1
11
1
1
εεεε
−−
−
≈
−
−−
−
−
=
−
R
U
R
EU
A
BAB

ε

2) Điều khiển
a) Nguyên lý làm việc của mạch trên như sau:
+ Ở thời điểm t
0
=0 phát xung điều khiển V1 do Id=Imin<0 D1 vẫn dẫn u
d

=U
N
I
d
tăng dần đến thời điểm t= t
1
I
d
=0 V1 bắt đầu dẫn I
d
tiếp tục tăng dần đạt đến
I
d
=I
max
tại thời điểm t=t2.
+ t = t
2
=ε.T phát xung điều khiển V2 , khoá van V1 do I
d
>0 tải điện cảm

t
1
t
2
t
3
t
4
= T
i
d

I
max
I
min
u
d
U
N
I
d
U
d
D
1
D

R
E
A
B
R
U
I
ó
−
−
−
=⇒
−
1
1
1
max
1
1
.

Trong đó:
TaaT
eBaA
ε
==
−
11
;
.

ε
=++⇒ 0

R
EU
I
ó
d
−
=⇒
ε

- Dòng trung bình qua van: I
T
=
)1(
)1).(1.(
.
1
11
1
1
AT
BABU
R
L
S
−
−−
−

SS
D
I
R
EU
R
E
A
BAB
TR
L
R
U
I

- Giá trị trung bình của điện áp trên tải:
∫
==
T
óód
UdtU
T
U
ε
ε
0
1

Như vậy, để điều khiển tốc độ động cơ, ta chỉ cần điều khiển ε để điều chỉnh điện áp
ra tải.có những ưu điểm sau: - Nguyên lí hoạt động:
Tranzitor hoạt động như một phần tử chuyển mạch ta quan tâm đến 2
trạng thái dấn dòng và.trạng thái khoá
+ Trạng thái dẫn: U
BE
>0
Điều kiện để đưa van vào vùng dẫn bão hoà I
B
≥I
C
/β
Thực tế I
B
=s.I
C
/β
+ Trạng thái khóa: U
BE
≤0, i
c
≈0.
Trong quá trình van dẫn hoặc khoá công suất tiêu tán p
c
=U
CE
.I

S
: Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCESat tăng đến giá trị
điện áp nguồn U.
+ P : Công suất tiêu tán bên trong transistor. Công suất tiêu tán bên
trong transistor được tính theo công thức: P = U
BE
.I
B
+ U
CE
.I
C
.
+ Khi transistor ở trạng thái mở: I
B
= 0, I
C
= 0 nên P = 0.
+ Khi transistor ở trạng thái đóng: U
CE
= UCESat. ( a )
E
I
C

B
U