Đề tài Thiết kế và thi công bộ thí nghiệm điện tử công suất

LỜI NÓI ĐẦU Chúng ta đang bước vo thế kỷ 21, thế kỷ của những tiến bộ về khoa học kỹ thuật. Sự tiến bộ của kỹ thuật sẽ gip thay đổi ton bộ cuộc sống của chng ta. Trong giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, VIỆT NAM muốn phát triển một cách vững mạnh thì phải ch trọng đến việc đầu tư cho giáo dục. Trong đó, nghnh gio dục cần phải nng cao chất lượng lẫn số lượng đo tạo. Muốn nâng cao chất lượng giáo dục địi hỏi chng ta phải đầu tư, phát triển các mô hình dạy học. Mơ hình dạy học gip giảm chí phí đo tạo v nng cao chất lượng giảng dạy. Học sinh cĩ dịp lm quen với cc mơ hình giống với cc hệ thống điều khiển trong thực tế, do đó có thể rút ngắn được khoảng cách giữa lý thuyết v thực tế. Do vậy các Trường học nói chung, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nĩi ring đang đầu tư, phát triển các công cụ dạy học mang tính chất mô phỏng nhằm giúp cho sinh vin lĩnh hội kiến thức một cch thấu đáo thông qua phương pháp trực quan. Qua đó, người học có thể phát triển v vận dụng cc kiến thức đ học một cch hiệu quả nhất theo những yu cầu cụ thể hiện nay trong những khu chế xuất, cc nh my cũng như trong cc lĩnh vực cĩ lin quan về điện. Để đáp ứng phần no nhu cầu trn, trong khuơn khổ của luận văn tốt nghiệp, nhóm thực hiện xin tiến hnh đề ti : "THIẾT KẾ V THI CƠNG BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT". Mục đích của đề ti l xy dựng mơ hình thí nghiệm gip sinh vin hiểu r hơn về cc linh kiện bn dẫn cơng suất cũng như cc ứng dụng của nĩ thơng qua việc tiến hnh cc thí nghiệm trn bộ thí nghiệm ny. Đồng thời, trn cơ sở mơ hình dụng cụ dạy học, nhĩm thực hiện cố gắng xy dựng cc bi thực tập để sinh vin cũng cố lại cc bi học lý thuyết. Nội dung của mơ hình l sử dụng cc linh kiện điện tử công suất như thyristor, diode … lm thay đổi điện áp một chiều để điều khiển tải dng trong cơng suất lớn. Trong thực tế kỹ thuật, đặc biệt l lĩnh vực điều khiển, vấn đề thay đổi điện áp một chiều l một vấn đề thường gặp. Chúng ta cần thay đổi điện áp để điều khiển tốc độ động cơ một chiều, điều khiển độ sáng của đn điện .v.v… Khi nắm được các ứng dụng trn, sinh vin sẽ thấy được tầm quan trọng trong bi học để có thể vận dụng chúng vo thực tiễn sau khi học xong. Với sự giúp đỡ tận tình của thầy hướng dẫn Vũ Đỗ Cường, Nhóm thực hiện cố gắng thực hiện tốt nhiệm vụ được giao. Tuy nhin do kiến thức cịn hạn chế, thời gian v kinh phí thực hiện cịn qu hạn hẹp nn nhĩm thực hiện sẽ khơng trnh khỏi những nhầm lẫn v thiếu sĩt, kính mong được sự góp ý của quý thầy cô cũng như các bạn sinh vin để đề ti hồn thiện hơn. PHẦN DẪN NHẬP ĐẶT VẤN ĐỀ . Như chúng ta đ biết, lĩnh vực Gio Dục v Đo Tạo nĩi chung, Đo Tạo Kỹ Thuật nĩi ring, chất lượng đo tạo l vấn đề hng đầu trong xu thế phát triển hiện nay. Ngoi ra lồi người đang bước sang nin kỷ mới chắc chắn cần thiết sản phẩm đo tạo cĩ nhiều chất xm. Muốn được vậy, Ngnh Đo Tạo cần phải đầu tư những thiết bị dạy học, mô hình dạy học ph hợp cho từng đối tượng đo tạo. Đứng trước những yu cầu thực tiễn trn, Nhĩm sinh vin chng em xin thực hiện đề ti mơ hình dạy học :’’BỘ THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ’’. Mục đích của Nhóm thực hiện l xy dựng dụng cụ dạy học ,bi học thực tập cho sinh vin của Khoa Điện. Qua đó giúp cho sinh vin hiểu rỏ về cc linh kiện điện tử công suất v cc ứng dụng của nĩ. GIỚI HẠN ĐỀ TI . Với đề ti mang tính thực tiễn ,vấn đề thực hiện việc thiết kế ,thi công v xy dựng mơ hình cũng như bi thực tập của nhĩm hồn chỉnh thật sự cĩ những ứng dụng rộng ri trong cc Trường Kỹ Thuật. Đó l điều m nhĩm thực hiện mong muốn đạt được. Tuy nhin thời gian, kiến thức cĩ hạn cũng như những hạn chế khch quan khc nn đề ti khơng đi sâu điều khiển động cơ một chiều bằng tất cả các phương pháp m chỉ tập trung điều khiển động cơ DC bằng cách thay đổi điện áp. Đồng thời xây dụng một mơ hình dạy học sao cho vừa an tồn vừa đảm bảo đúng phương pháp sư phạm kỹ thuật. Tĩm lại nội dung thực hiện bao gồm ; Khảo sát mạch điều khiển điện áp bằng cách thay đổi độ rộng xung. Thiết kế v thi cơng mạch điều khiển điện áp một chiều bằng phương pháp thay đổi biến đổi độ rộng xung. Thiết kế v thi cơng mơ hình dạy học, xy dựng cc bi thực tập dựa trn mơ hình. Ngồi ra nhĩm thực hin chưa thực hiện mơ hình điều khiển cho một đối tượng tải bất kỳ bằng vịng kín để nâng hiệu quả trong ứng dụng thực tế. MỤC ĐÍCH NGHIN CỨU . Việc vận dụng môn điện tử ứng dụng để điều chỉnh bằng phương pháp trn cho động cơ một chiều l vấn đề không cịn mới mẻ nhưng tính mới mẻ của đề ti được thể hiện ở chổ : XÂY DỰNG ĐƯỢC MÔ HÌNH DẠY HỌC SỬ DỤNG CC LINH KIỆN BN DẪN CƠNG SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHP TRỰC QUAN GIP CHO SINH VIN KHOA ĐIỆN THÍ NGHIỆM. TI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bính ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Nh Xuất Bản Khoa Học V Kỹ Thuật H Nội năm 1996 Phạm Quốc Hải Dương Văn Nghi PHN TÍCH V GIẢI MẠCH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Nh Xuất Bản Khoa Học V Kỹ Thuật Nguyễn Việt Hng Bi Giảng Kỹ Thuật Xung V Số Khoa Điện – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Năm 1998. Bi Đình Tiếu Nguyễn Trọng Thuần MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ, ĐIỆN TỬ V BN DẪN TRONG MY SẢN XUẤT Nh Xuất Bản Khoa Học V Kỹ Thuật Raymond M.Marston Người Dịch : Ngô Đức Hong 110 Mạch Ứng Dụng 0p –Amp Nh Xuất Bản Khoa Học V Kỹ Thuật Năm 1990 R.H.Warring SỔ TAY LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHO NGƯỜI THIẾT KẾ MẠCH Nh Xuất Bản Thống K Joseph Vithayathil Power Electronics Principles and Application McGraw-Hill, Inc C.J.SAVANT,Jr MARTIN S.RODEN GORDON L. CARPENTER ELECTRONIC DESIGN MỤC LỤC Trang LỜI CẢM TẠ. LỜI NÓI ĐẦU. PHẦN DẪN NHẬP. I. Đặt vấn đề. 1 II. Giới hạn vấn đề. 1 III. Mục đích nghin cứu. PHẦN CƠ SỞ LÝ LUẬN. I. Thể thức nghin cứu. 2 II. Cơ sở lý luận. 3 PHẦN NỘI DUNG Chương I :GIỚI THIỆU CC LINH KIỆN BN DẪN CƠNG SUẤT. 5 I. Diode. 5 II. Transistor. 7 III. Thyristor. 11 Chương II: KHẢO ST PHẦN ĐỘNG LỰC. 15 I. Giới thiệu về động cơ điện một chiều. 15 II. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. 18 Chương III: KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG. 20 I. Bộ băm xung một chiều dng SCR. 20 II. Bộ tạo xung kích cho SCR. 29 Chương IV: THIẾT KẾ V THI CƠNG MẠCH. 33 I. Thiết kế mạch. 33 II. Thi cơng mạch. 40 Chương V: THIẾT KẾ V THI CƠNG MƠ HÌNH. 42 I. Thiết kế. 42 II. Thi cơng. 44 Chương VI: SOẠN BI THỰC TẬP. 46 I. Giới thiệu mơ hình. 46 II. Cc bi thí nghiệm. 46 KẾT LUẬN MỤC LỤC Thể thức nghin cứu: 1. Thời gian nghin cứu: Qu trình nghin cứu đề ti được xem l một qui trình cơng nghệ hẳn hoi vì địi hỏi phải tiến hnh theo cc khu kế tiếp nhau bao gồm việc chọn đề ti, bin soạn đề cương, thu thập dữ kiện, xử lý dữ kiện, viết công trình nghin cứu. Luận văn tốt nghiệp được tiến hnh thực hiện trong khoảng thời gian l 6 tuần : Tuần 1 : Chọn đề ti, chính xc hĩa đề ti, soạn đề cương, thu thập kiện v ti liệu lin hệ. Tuần 2 : Bin soạn nội dung phần lý thuyết. Tuần 3 : Thiết kế mạch trn giấy v tiến hnh thi cơng, thử mạch. Tuần 4 : Thiết kế bn thực tập. Tuần 5 : Soạn bi thực tập cho mơ hình đ thiết kế. Tuần 6 : Hồn chỉnh mơ hình, hồn thiện phần lý thuyết để in ấn v nộp luận văn. 2. Phương php thu thập dữ kiện : Đây l giai đoạn quan trọng, sử dụng các phương pháp v phương tiện nghin cứu để thu thập các dữ kiện về đề ti đ xc định. Dữ kiện đ thu thập được sẽ l chất liệu để hình thnh cơng trình thực hiện đề ti. Vấn đề l lm sao thu thập được dữ kiện đầy đủ, chính xác, v ph hợp với nội dung nghin cứu. Trong phạm vi luận văn ny người nghin cứu sử dụng phương php tham khảo ti liệu để thu thập dữ kiện giải quyết đề ti. Việc tham khảo ti liệu gip người thực hiện bổ sung thm kiến thức, lý luận cũng như phương php m những cơng trình nghin cứu trước đó đ xy dựng. Nhờ đó người nghin cứu tập trung giải quyết vấn đề cịn tồn tại. Tuy nhin việc nghin cứu tham khảo ti liệu luơn bảo đảm tính kế thừa v pht triển cĩ chọn lọc. 3. Xử lý dữ kiện : Các dữ kiện sau khi được thu thập chưa thể sử dụng được ngay m phải qua qu trình sng lọc, sửa chữa, phn tích khi qut thnh lý luận. Ti liệu được sử dụng l những ti liệu cĩ chất lượng cao chủ yếu l ti liệu gốc nn bảo đảm chính xác về nội dung đề cập. 4. Trình by đồ án : Đề ti tốt nghiệp được trình by theo cấu trc một tập đồ án tốt nghiệp để ph hợp với nội dung v thời gian nghin cứu đồng thời đáp ứng đúng yu cầu về chương trình đo tạo của trường. Trình by thnh văn công trình nghin cứu khoa học l giai đoạn hon thnh nghin cứu, do đó không được xem đó l qu trình kỹ thuật m l một qu trình sng tạo su sắc. Chính việc nắm vững bt php trong nghin cứu khoa học gip người nghin cứu lm sng tỏ thm những kết quả đạt được, phát triển chúng v cĩ thm những kiến thức mới. II. Cơ sở lý luận : Đồ án tốt nghiệp thực chất l một qu trình nghin cứu khoa học - qu trình nhận thức v hnh động. Quá trình ny địi hỏi phải cĩ thời gian nhất định tương xứng với nội dung của đối tượng nghin cứu v tính chất phức tạp của vấn đề nghin cứu. Việc nghin cứu khoa học gip ta tìm ra ci mới. Ci mới ở đây không những mang tính chủ quan của người nghin cứu m cịn mang tính khch quan đối với x hội. Nghin cứu khoa học phải nhằm mục đích phục vụ x hội, đáp ứng yu cầu thực tiễn. Hoạt động ngin cứu khoa học muốn đạt kết quả tốt phải hội đủ các yếu tố : Phương tiện, phương php, cơ sở vật chất, my mĩc thiết bị, hình thức tổ chức. Cc yếu tố ny cĩ mối quan hệ hữu cơ v ph hợp với đối tượng nghin cứu. CC CƠ SỞ CHO VIỆC NGHIN CỨU ĐỀ TI 1. Kiến thức v năng lực người nghin cứu : Trong qu trình nghin cứu v thực hiện đề ti người nghin cứu cần phải cn nhắc kỹ độ khó v độ phức tạp của đề ti sao cho ph hợp với khả năng, kiến thức v năng lực của người nghin cứu. Độ phức tạp của đề ti thể hiện ở cc mặt : lĩnh vực nghin cứu rộng hay hẹp, ở một ngnh hay lin ngnh, đối tượng nghin cứu l đồng nhất hay không đồng nhất. Tuy nhin cần lưu ý rằng gi trị của đề ti khơng phụ thuộc vo độ phức tạp của nó. Đề ti hẹp chưa hẳn l đề ti km gi trị. Mỗi đề ti nghin cứu khoa học cĩ một phạm vi nhất định, phạm vi ny cng hẹp thì sự nghin cứu cng su. Độ khó của đề ti nĩi ln tính vừa sức đối với người nghin cứu. Do đó độ phức tạp của đề ti thường cĩ mối lin hệ tương hổ với độ khó của nó. Kiến thức của người nghin cứu (đây l điều kiện chủ quan ở người nghin cứu). Trước hết đó l vốn liếng, kinh nghiệm của người nghin cứu. Gio sư H Văn Tấn đ nhận xt : “Trình độ học sinh, sinh vin hiện nay khơng cho php họ ngay từ đầu chọn được đề ti nghin cứu. Vì vậy phải cĩ sự gợi ý của thầy cơ gio….” . Mỗi đề ti nghin cứu khoa học cĩ những yu cầu nhất định của nó. Người nghin cứu cần nắm vững nội dung, phương php nghin cứu ph hợp với đề ti, nĩi khc đi đề ti nghin cứu phải mang tính vừa sức. Người nghin cứu phải thể hiện năng lực nghin cứu khoa học bao gồm việc nắm vững lý thuyết cơ bản của khoa học trong lĩnh vực nghin cứu của mình, nắm được mức độ nhất định về sự phát triển v tiến bộ thuộc lĩnh vực nghin cứu. Cĩ như thế mới chọn được đề ti cĩ gi trị. Trong tình hình tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện nay trn thế giới, khối lượng thơng tin khoa học gia tăng với qui mô lớn v nhịp độ nhanh địi hỏi người nghin cứu phải tham khảo ti liệu nước ngồi. Để thực hiện được vấn đề ny người nghin cứu người nghin cứu khoa học cần cĩ số vốn ngoại ngữ nhất định. Thể hiện lịng ham m khoa học v quyết tm nghin cứu tìm tịi chn lý. 2. Vấn đề thực tiễn : Người nghin cứu phải coi thực tiễn lm cơ sở, l động lực của nhận thức. Ang - ghen viết : “Khi x hội cĩ những yu cầu kỹ thuật thì x hội thc đẩy khoa học hơn mười trường đại học”. Mặt khc thực tiễn cũng l tiu chuẩn để kiểm tra nhận thức . Thực tế l những sự việc cĩ thật, những tình hình cụ thể, những vấn đề đ hoặc chưa được giải quyết trong cuộc sống. Người nghin cứu với kinh nghiệm bản thn trong cơng tc hng ngy thường thấy được các mặt của vấn đề, các mối quan hệ phức tạp, các diễn biến, phương hướng phát triển của sự vật từ đó có định hướng thích hợp giải quyết đề ti. Chính thực tiễn gip người nghin cứu tìm thấy vấn đề một cách cụ thể. Người nghin cứu phải xem thực tiễn cao hơn nhận thức ( lý luận ) vì nĩ cĩ ưu điểm không những có tính phổ biến m cịn cĩ tính hiện thực trực tiếp.Hồ Chủ Tịch cũng đ dạy : “Học tập thì theo nguyn tắt: kinh nghiệm v thực tiễn phải đi cng nhau” Đề ti thực hiện mang tính thực tiễn, nội dung của đề til cĩ thật, pht triển từ thực tế khch quan. Cĩ thể nĩi hầu như mọi cơng trình nghin cứu điều có giá trị thực tế của nó, chỉ khác nhau ở mức độ ít nhiều, phục vụ trước mắt hay lâu di, gin tiếp hay trực tiếp. 3. Tác động của điều kiện khách quan đến việc thực hiện đề ti: Trong qu trình nghin cứu thực hiện đề ti người nghin cứu l yếu tố chủ quan gĩp phần quan trọng đến kết quả cịn đối tượng nghin cứu, phương php nghin cứu kể cả phương tiện ngin cứu, thời gian nghin cứu cng những người cộng tc nghin cứu v người hướng dẫn nghin cứu l những điều kiện khách quan ảnh hưởng trực tiếp đến việc nghin cứu v kết quả nghin cứu. Người nghin cứu cng nắm chắc cc yếu tố khch quan đó bao nhiu thì kết quả nghin cứu cng được khẳng định bấy nhiu . CHƯƠNG II : KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG LỰC. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Trong thời đại ngy nay, hầu hết cc dy chuyền sản xuất đang dần dần được tự động hóa bằng cách áp dụng các kỹ thuật tin tiến của khoa học kỹ thuật. Tuy thế, động cơ điện một chiều vẫn được coi l một loại my quan trọng. Nĩ cĩ đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy my được dng nhiều trong cc nghnh cơng nghiệp cĩ yu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải… Cấu tạo : Động cơ điện một chiều gồm hai phần : Phần tĩnh (stator) v phần quay (rotor). Phần tĩnh l phần đứng yn của my. Nĩ thường bao gồm cc bộ phận sau : Cực từ chính : l bộ phận sinh ra từ trường chính trong vỏ my, gồm cĩ li sắt cực từ v dy quấn kích từ lồng ngồi li sắt cực từ. Li sắt cực từ lm bằng những l thp kỹ thuật điện hay thép cacbon dy 0,5 ¸ 1 mm p chặt lại với nhau. Cực từ phụ : được đặt giữa các cực từ chính v dng để cải thiện đổi chiều giúp cho máy điện lm việc khơng cĩ tia lửa xảy ra giữa chổi điện v vnh đổi chiều. Li thp cực từ cực từ phụ thường lm bằng thp khối v trn thn cực từ phụ cĩ đặt dây quấn. Gơng từ : dng để lm mạch từ nối liền cc cực từ, đồng thời lm vỏ my. Cc bộ phận khc như Nắp my để bảo vệ, Cơ cấu chổi than. Phần quay gồm cĩ những bộ phận sau : Li sắt phần ứng : dng để dẫn từ, thường dng những tấm thp kỹ thuật điện dy 0,5 mm được phủ lớp cách điện v ghp chặt lại với nhau. Dy quấn phần ứng : l phần sinh ra sức điện động v cĩ dịng điện chạy qua. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rnh của li thp. Cc bộ phận khc như cnh quạt dng để quạt gió lm nguội my, trục my để đặt li sắt phần ứng, cổ gĩp, cnh quạt v ổ bi. Nguyn lý lm việc của động cơ điện một chiều : Động cơ điện một chiều l một thiết bị biến đổi năng lượng của dịng một chiều thnh cơ năng. Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dịng xoay chiều bị tiu tn do cc tổn thất trong mạch phần ứng v trong mạch kích thích. Phần cịn lại l năng lượng được biến đổi thnh cơ năng trn trục động cơ. Khi cho dịng điện một chiều chạy vo dy quấn kích thích v dy quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh. Từ trường ny tc dụng tương hỗ ln dịng điện trong dây quấn phần ứng tạo ra momen tác dụng ln rotor v lm rotor quay. Nhờ cĩ vnh đổi chiều nn dịng điện một chiều được chỉnh lưu thnh dịng xoay chiều đưa vo dy quấn phần ứng. Điều ny lm lực từ tc dụng ln thanh dẫn dy quấn phần ứng khơng bị đổi chiều v lm động cơ quay theo một hướng. Cơng suất ứng với momen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi l cơng suất điện từ v bằng : Pđt = Mw = EưIư Trong đó : M : momen điện từ. : tốc độ góc phần ứng. Iư : dịng điện phần ứng. Eư : suất điện động phần ứng. Đặc tính cơ v đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đặc tính cơ của động cơ điện l quan hệ giữa hai thơng số : tốc độ quay của trục v momen do động cơ sinh ra trong quá trình lm việc ở trạng thi định mức. Đặc tính cơ cho phép ta đánh giá khả năng chịu tải cũng như nắm được khả năng lm việc của động cơ khi dng để truyền tải. Đặc tính tốc độ w(I) thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ góc với dịng điện trong mạch chính của nó. Đặc tính tốc độ cho phép ta đánh giá khả năng chịu tải của động cơ qua dịng điện của nó. Sơ đồ cơ bản v cc đặc tính của nó : Hình II.1 Sơ đồ nguyn lý của mạch kích từ độc lập. n n nđm nđm n0 n0 Hình II.2 Đặc tính cơ v đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. I 0 Mđm Mnm M 0 Iư.đm Iư.nm b. Cc phương trình cơ bản : Phương trình đặc tính cơ : Phương trình đặc tính tốc độ : Trong đó : n : tốc độ quay của động cơ. U : điện áp đặt vo động cơ. R : tổng trở trn phần ứng. I : dịng điện chạy trong phần ứng. M : momen của động cơ. f : từ thơng dưới một cực từ chính. KE : hệ số suất điện động phụ thuộc vo cấu tạo. KM : hệ số momen của động cơ. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vo phần ứng động cơ. n n0 TN n1 Uđm n2 U1 U2 Hình II.3 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt trn phần ứng. 0 M C M Việc điều chỉnh tốc độ theo kiểu ny chỉ cho php giảm điện áp (nhỏ hơn điện áp định mức) v chỉ cho tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Uđm > U1 > U2 n0 > n1 > n2 Phương pháp điều chỉnh ny cĩ phạm vi điều chỉnh D = 10/1. Ưu điểm của phương pháp ny l giữ nguyn đặc tính của đường đặc tính cơ. Điều chỉnh tốc độ bằng cách đưa thm điện trở phụ vo phần ứng. R2 R1 n3 Rư n2 n n0 Hình II.4 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thm điện trở phụ. 0 Mc M Theo sơ đồ trn, ta cĩ : Rư < R1 < R2 . n0 > n1 > n2 > n3 Khi điện trở phụ R cng lớn thì độ cứng của đường đặc tính cơ cng giảm v ngược lại. Phương php ny chỉ cho tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản vì chỉ thm điện trở vo chứ khơng giảm nhỏ hơn Rư được. Đồng thời, phương pháp ny cho tốc độ điều chỉnh nhảy cấp, mức độ nhảy cấp phụ thuộc vo số cấp khởi động. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thông f. _ RKT CKT T + U M 1 n n1 n0 MN 0 MC M Hình II.5 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp giảm từ thông. Với phương php ny, ta chỉ cĩ thể giảm từ thơng do trong thiết kế Ikt gần định mức, f gần ở bảo hồ. Nếu tăng Ikt , f cũng không tăng bao nhiu. Nhưng khi giảm Ikt , f giảm rất nhiều. Khi giảm từ thông thấp hơn giá trị định mức, tốc độ động cơ tăng lớn hơn tốc độ cơ bản. fđm > f1 > f2 ncb < n1 < n2 Khi giảm từ thông, tốc độ tăng ln rất cao v tốc độ ny cĩ thể lm hỏng động cơ, nn thơng thường người ta chỉ cho php ncb = 3nđm . Điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng. n ncb n1 TN Rẽ mạch phần ứng Rf = Rnt 0 Mc M Hình II.6 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp rẽ mạch phần ứng. Phương trình đặc tính cơ của phương php ny : Với : Với phương php ny, ta cĩ thể điều chỉnh được tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản, tổn thất năng lượng thấp v điều chỉnh tốc độ nhảy cấp. CHƯƠNG III. KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG CCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG. Bộ băm điện áp một chiều. Giơi thiệu. Bộ băm xung một chiều có thể coi như l bộ biến đổi DC/DC m điện áp biến đổi được đảm nhận bằng các linh kiện bán dẫn công suất. Nhiệm vụ chính của nó l thay đổi điện áp ra theo yu cầu điều chỉnh hoặc ổn định điện áp ra tải. Băm xung một chiều được sử dụng nhiều trong các thiết bị như động cơ điện một chiều, các bộ phận nung đốt bằng diện trở, các cơ cấu điện từ, mạch ổn áp dải rộng...Van thích hợp với băm xung một chiều l cc loại m điều khiển được cả quá trình mở v khố van, do đó thường dng Transistor (lưởng cực, MOSFET, IGBT). Khi cần cơng suất ra tải lớn (dịng điện v điện áp cao) ta phải dng đến Tiristor. Vì Tiristor l một linh kiện bn dẫn cơng suất cĩ thể chịu được dịng điện qua nĩ rất lớn v cho php điện áp ngược đặt ln nĩ kh cao. Để mạch băm xung hoạt động thì cc phần tử đóng vai trị l van đóng mở phải được điều khiển bằng các xung kích trong thời gian thích hợp. Trong hầu hết các linh kiện đóng mở bán dẫn công suất, việc đóng cắt được thực hiện bằng cách đưa tín hiệu thích hợp vo chn điều khiển. Đối với thyristor thì điều ny khơng thể thực hiện được vì cực cổng chỉ cĩ tc dụng trong việc kích mở thyristor m thơi. Để tắt thyristor khi đ dẫn trong nguồn DC, ta phải thm vo cc phần tử chuyển mạch để có được các diều kiện tắt l đặt điện áp ngược trn hai đầu thyristor hoặc lm cho dịng chạy qua nĩ bị triệt tiu. Bộ băm xung một chiều có thể chia thnh ba loại cơ bản : Bộ băm có van mắc song song tải cịn điện cảm mắc nối tiếp với tải (kiểu song song). Bộ băm đảo dịng. Hai loại băm ny cĩ ưu điểm l cho điện áp ra trn tải lớn hơn điện áp nguồn nhưng nó không thích hợp với tải có công suất lớn nn ít được sử dụng. Bộ băm có van v điện cảm mắc nối tiếp với tải (kiểu nối tiếp) Bộ băm ny chỉ cho điện áp ra nhỏ hơn điện áp nguồn nhưng có ưu điểm sử dụng được cho tải có công suất cao, do đó nó thông dụng hơn. Trong phạm vi cuốn đồ án ny, người thực hiện chỉ đề cập đến bộ băm có van mắc nối tiếp với tải. Hoạt động của nó dựa trn nguyn tắc đóng – ngắt tải với nguồn theo chu kỳ : trong một chu kỳ T (hình aa), khoảng thời gian to cho van dẫn nn điện áp nguồn E đưa thẳng ra tải, trong khoảng thời gian cịn lại (T-to) van hở, lm điện áp trn tải bằng khơng. Do đó điện áp trung bình một chiều ra tải l: Trong đó D = to/T l tỷ số chu kỳ của bộ băm. T to Hình III.1 Theo biểu thức trn ta thấy để điều chỉnh được điện áp ra tải có thể thay đổi độc lập to, T hoặc đồng thời cả hai tham số ny, thơng dụng nhất l phương php thay đổi to trong khi giữ chu kỳ Tcố định. Như vậy từ điện áp nguồn không đổi v lin tục, bằng cch “băm” nó ra thnh cc xung, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra. Để thiết kế hay khảo sát một bộ băm xung, người ta thường quan tâm đến các chế độ dịng điện. Theo nguyn lý hoạt động, trong khoảng thời gian van khóa, nguồn bị ngắt khỏi tải, tuy nhin do tải cĩ tính điện cảm nn dịng điện tải vẫn tiếp tục chảy quẩn qua điôt D2 nhờ năng lượng tích lũy ở điện cảm ny. Căn cứ vo cc tham số R, L, Ed (sức điện động bn trong tải) v khoảng thời gian ngắt nguồn (T-to) m dịng điện tải có thể tồn tại đến khi van dẫn trở lại (gọi l chế độ dịng điện lin tục ) hoặc sẽ tắt trước đó (chế độ dịng điện gián đoạn). Để biết được mạch hiện có đang lm việc ở chế độ dịng điện no cần dựa theo một trong cc điều kiện giới hạn giữa hai chế độ ny như sau : Theo thời gian van dẫn tgh : Nếu thời gian van dẫn thực tế to tgh, dịng điện sẽ lin tục. Theo trị số trung bình dịng điện tải giới hạn Igh : Nếu dịng thực của tải It Igh, dịng điện l lin tục. Theo trị số của sức điện động Ed : Nếu Ed > Edgh thì dịng điện gián đoạn. Nếu Ed < Edgh thì dịng điện lin tục. Các biểu thức tính toán ở chế độ dịng điện lin tục : Điện áp trung bình ra tải : Ut = D.E Dịng điện trung bình qua tải : Cc dạng sĩng thể hiện như sau : ut E 0 to T (T+to) 2T t it Imax Imin 0 t iT Imin 0 t Qui luật biến thin dịng điện tải it : Giai đoạn từ 0 đến t0 : Giai đoạn từ t0 đến T: Giá trị cực đại dịng tải Imax: Gi trị cực tiểu dịng điện tải Imin: Độ đập mạch dịng điện tải DI: Trị số trung bình của dịng điện qua điôt: Trị số trung bình dịng điện qua van : Các biểu thức tính toán ở chế độ dịng điện gián đoạn : Đồ thị lm việc của chế độ ny như hình vẽ sau đây: ut E Ed E 0 to T t it in Imax 0 t iT to 0 t Điện áp trung bình ra tải : Trong đó tn l khoảng thời gian dịng điện tải cịn tiếp tục chảy kể từ khi ngắt nguồn E khỏi tải v được xác định theo biểu thức sau: Dịng điện trung bình qua tải : Quy luật biến thin dịng điện tải it : Giai đoạn từ 0 đến t0 : Giai đoạn từ to đến T (hay đến tn) : Giá trị cực đại dịng tải Imax : gi trị dịng điện cực tiểu Imin tất nhin bằng khơng. Giới thiệu bộ băm xung một chiều tắt cưỡng bức bằng điện áp. Hình III.6 Vai trị của cc linh kiện trong mạch (hình III.6) : S1 l SCR chính cĩ nhiệm vụ nối hoặc ngắt nguồn với tải. XK1 : mạch kích cho SCR1. S2 l SCR phụ, tham gia vo việc ngắt (khố) S1. XK2 : mạch kích cho SCR2. LC lm nhiệm vụ dao động, D1 ngăn dịng điện ngược, D2 bảo vệ cho mạch khi S1 ngắt. Nguyn lý hoạt động của mạch : Giả sử các SCR (S1, S2) đều lý tưởng v cc linh kiện trong mạch khơng cĩ tổn hao. Khi nguồn một chiều E đ được cấp, trạng thái ban đầu : S1 v S2 đều bị khoá (tức chưa có xung kích ở cực cổng) thì khơng cĩ bất kỳ một dịng điện no chạy qua tải. Để mạch hoạt động một cách hợp lý thì đầu tin cho tụ C nạp bng cch cho xung điều khiển vo cực cổng của S2, lc ny mạch điện hình III.6 tương đương như hình III.a : tụ điện C sẽ được nạp theo đường E_ Rt _ C _ S2 _E v dịng ic giảm dần theo hm mũ từ gi trị đầu E/Rt . Hình IIIb Hình IIIA Sau một khoảng thời gian, tụ C được nạp tới điện áp E của nguồn, nhưng thực tế khi dịng điện tải giảm dưới mức duy trì của S2 thì dịng điện ngưng. Khi có xung điều khiển vo cực cổng của S1, lm S1 đóng mạch như hình III.b, lc ny tụ C phĩng điện qua S1 - L –D1 – C v được nạp ngược lại. Điện áp trn tụ tăng dần theo chiều ngược lại v cuối cng, diện p trn nĩ sẽ l uc = -E do có sự xuất hiện dao động LC. Dao động LC trong mạch sẽ nạp vo tụ C v nĩ chỉ ko di trong một nửa chu kỳ (vì D1 ngăn dịng điện ngược). L