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

LÔØI NOÙI ÑAÀU Chuùng ta ñang böôùc vaøo theá kyû 21, theá kyû cuûa nhöõng tieán boä veà khoa hoïc kyõ thuaät. Söï tieán boä cuûa kyõ thuaät seõ giuùp thay ñoåi toaøn boä cuoäc soáng cuûa chuùng ta. Trong giai ñoaïn coâng nghieäp hoùa - hieän ñaïi hoùa ñaát nöôùc, VIEÄT NAM muoán phaùt trieån moät caùch vöõng maïnh thì phaûi chuù troïng ñeán vieäc ñaàu tö cho giaùo duïc. Trong ñoù, nghaønh giaùo duïc caàn phaûi naâng cao chaát löôïng laãn soá löôïng ñaøo taïo. Muoán naâng cao chaát löôïng giaùo duïc ñoøi hoûi chuùng ta phaûi ñaàu tö, phaùt trieån caùc moâ hình daïy hoïc. Moâ hình daïy hoïc giuùp giaûm chí phí ñaøo taïo vaø naâng cao chaát löôïng giaûng daïy. Hoïc sinh coù dòp laøm quen vôùi caùc moâ hình gioáng vôùi caùc heä thoáng ñieàu khieån trong thöïc teá, do ñoù coù theå ruùt ngaén ñöôïc khoaûng caùch giöõa lyù thuyeát vaø thöïc teá. Do vaäy caùc Tröôøng hoïc noùi chung, Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät noùi rieâng ñang ñaàu tö, phaùt trieån caùc coâng cuï daïy hoïc mang tính chaát moâ phoûng nhaèm giuùp cho sinh vieân lónh hoäi kieán thöùc moät caùch thaáu ñaùo thoâng qua phöông phaùp tröïc quan. Qua ñoù, ngöôøi hoïc coù theå phaùt trieån vaø vaän duïng caùc kieán thöùc ñaõ hoïc moät caùch hieäu quaû nhaát theo nhöõng yeâu caàu cuï theå hieän nay trong nhöõng khu cheá xuaát, caùc nhaø maùy cuõng nhö trong caùc lónh vöïc coù lieân quan veà ñieän. Ñeå ñaùp öùng phaàn naøo nhu caàu treân, trong khuoân khoå cuûa luaän vaên toát nghieäp, nhoùm thöïc hieän xin tieán haønh ñeà taøi : "THIEÁT KEÁ VAØ THI COÂNG BOÄ THÍ NGHIEÄM ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT". Muïc ñích cuûa ñeà taøi laø xaây döïng moâ hình thí nghieäm giuùp sinh vieân hieåu roõ hôn veà caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát cuõng nhö caùc öùng duïng cuûa noù thoâng qua vieäc tieán haønh caùc thí nghieäm treân boä thí nghieäm naøy. Ñoàng thôøi, treân cô sôû moâ hình duïng cuï daïy hoïc, nhoùm thöïc hieän coá gaéng xaây döïng caùc baøi thöïc taäp ñeå sinh vieân cuõng coá laïi caùc baøi hoïc lyù thuyeát. Noäi dung cuûa moâ hình laø söû duïng caùc linh kieän ñieän töû coâng suaát nhö thyristor, diode … laøm thay ñoåi ñieän aùp moät chieàu ñeå ñieàu khieån taûi duøng trong coâng suaát lôùn. Trong thöïc teá kyõ thuaät, ñaëc bieät laø lónh vöïc ñieàu khieån, vaán ñeà thay ñoåi ñieän aùp moät chieàu laø moät vaán ñeà thöôøng gaëp. Chuùng ta caàn thay ñoåi ñieän aùp ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô moät chieàu, ñieàu khieån ñoä saùng cuûa ñeøn ñieän .v.v… Khi naém ñöôïc caùc öùng duïng treân, sinh vieân seõ thaáy ñöôïc taàm quan troïng trong baøi hoïc ñeå coù theå vaän duïng chuùng vaøo thöïc tieãn sau khi hoïc xong. Vôùi söï giuùp ñôõ taän tình cuûa thaày höôùng daãn Vuõ Ñoã Cöôøng, Nhoùm thöïc hieän coá gaéng thöïc hieän toát nhieäm vuï ñöôïc giao. Tuy nhieân do kieán thöùc coøn haïn cheá, thôøi gian vaø kinh phí thöïc hieän coøn quaù haïn heïp neân nhoùm thöïc hieän seõ khoâng traùnh khoûi nhöõng nhaàm laãn vaø thieáu soùt, kính mong ñöôïc söï goùp yù cuûa quyù thaày coâ cuõng nhö caùc baïn sinh vieân ñeå ñeà taøi hoaøn thieän hôn. PHAÀN DAÃN NHAÄP ÑAËT VAÁN ÑEÀ . Nhö chuùng ta ñaõ bieát, lónh vöïc Giaùo Duïc vaø Ñaøo Taïo noùi chung, Ñaøo Taïo Kyõ Thuaät noùi rieâng, chaát löôïng ñaøo taïo laø vaán ñeà haøng ñaàu trong xu theá phaùt trieån hieän nay. Ngoaøi ra loaøi ngöôøi ñang böôùc sang nieân kyû môùi chaéc chaén caàn thieát saûn phaåm ñaøo taïo coù nhieàu chaát xaùm. Muoán ñöôïc vaäy, Ngaønh Ñaøo Taïo caàn phaûi ñaàu tö nhöõng thieát bò daïy hoïc, moâ hình daïy hoïc phuø hôïp cho töøng ñoái töôïng ñaøo taïo. Ñöùng tröôùc nhöõng yeâu caàu thöïc tieãn treân, Nhoùm sinh vieân chuùng em xin thöïc hieän ñeà taøi moâ hình daïy hoïc :’’BOÄ THÍ NGHIEÄM ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT ’’. Muïc ñích cuûa Nhoùm thöïc hieän laø xaây döïng duïng cuï daïy hoïc ,baøi hoïc thöïc taäp cho sinh vieân cuûa Khoa Ñieän. Qua ñoù giuùp cho sinh vieân hieåu roû veà caùc linh kieän ñieän töû coâng suaát vaø caùc öùng duïng cuûa noù. GIÔÙI HAÏN ÑEÀ TAØI . Vôùi ñeà taøi mang tính thöïc tieãn ,vaán ñeà thöïc hieän vieäc thieát keá ,thi coâng vaø xaây döïng moâ hình cuõng nhö baøi thöïc taäp cuûa nhoùm hoaøn chænh thaät söï coù nhöõng öùng duïng roäng raõi trong caùc Tröôøng Kyõ Thuaät. Ñoù laø ñieàu maø nhoùm thöïc hieän mong muoán ñaït ñöôïc. Tuy nhieân thôøi gian, kieán thöùc coù haïn cuõng nhö nhöõng haïn cheá khaùch quan khaùc neân ñeà taøi khoâng ñi saâu ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu baèng taát caû caùc phöông phaùp maø chæ taäp trung ñieàu khieån ñoäng cô DC baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp. Ñoàng thôøi xaây duïng moät moâ hình daïy hoïc sao cho vöøa an toaøn vöøa ñaûm baûo ñuùng phöông phaùp sö phaïm kyõ thuaät. Toùm laïi noäi dung thöïc hieän bao goàm ; Khaûo saùt maïch ñieàu khieån ñieän aùp baèng caùch thay ñoåi ñoä roäng xung. Thieát keá vaø thi coâng maïch ñieàu khieån ñieän aùp moät chieàu baèng phöông phaùp thay ñoåi bieán ñoåi ñoä roäng xung. Thieát keá vaø thi coâng moâ hình daïy hoïc, xaây döïng caùc baøi thöïc taäp döïa treân moâ hình. Ngoaøi ra nhoùm thöïc hieân chöa thöïc hieän moâ hình ñieàu khieån cho moät ñoái töôïng taûi baát kyø baèng voøng kín ñeå naâng hieäu quaû trong öùng duïng thöïc teá. MUÏC ÑÍCH NGHIEÂN CÖÙU . Vieäc vaän duïng moân ñieän töû öùng duïng ñeå ñieàu chænh baèng phöông phaùp treân cho ñoäng cô moät chieàu laø vaán ñeà khoâng coøn môùi meû nhöng tính môùi meû cuûa ñeà taøi ñöôïc theå hieän ôû choå : XAÂY DÖÏNG ÑÖÔÏC MOÂ HÌNH DAÏY HOÏC SÖÛ DUÏNG CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN COÂNG SUAÁT BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP TRÖÏC QUAN GIUÙP CHO SINH VIEÂN KHOA ÑIEÄN THÍ NGHIEÄM. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO Nguyeãn Bính ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc Vaø Kyõ Thuaät Haø Noäi naêm 1996 Phaïm Quoác Haûi Döông Vaên Nghi PHAÂN TÍCH VAØ GIAÛI MAÏCH ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc Vaø Kyõ Thuaät Nguyeãn Vieät Huøng Baøi Giaûng Kyõ Thuaät Xung Vaø Soá Khoa Ñieän – Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Naêm 1998. Buøi Ñình Tieáu Nguyeãn Troïng Thuaàn MOÄT SOÁ ÖÙNG DUÏNG CUÛA THIEÁT BÒ ÑIEÄN TÖØ, ÑIEÄN TÖÛ VAØ BAÙN DAÃN TRONG MAÙY SAÛN XUAÁT Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc Vaø Kyõ Thuaät Raymond M.Marston Ngöôøi Dòch : Ngoâ Ñöùc Hoaøng 110 Maïch ÖÙng Duïng 0p –Amp Nhaø Xuaát Baûn Khoa Hoïc Vaø Kyõ Thuaät Naêm 1990 R.H.Warring SOÅ TAY LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ CHO NGÖÔØI THIEÁT KEÁ MAÏCH Nhaø Xuaát Baûn Thoáng Keâ Joseph Vithayathil Power Electronics Principles and Application McGraw-Hill, Inc C.J.SAVANT,Jr MARTIN S.RODEN GORDON L. CARPENTER ELECTRONIC DESIGN MUÏC LUÏC Trang LÔØI CAÛM TAÏ. LÔØI NOÙI ÑAÀU. PHAÀN DAÃN NHAÄP. I. Ñaët vaán ñeà. 1 II. Giôùi haïn vaán ñeà. 1 III. Muïc ñích nghieân cöùu. PHAÀN CÔ SÔÛ LYÙ LUAÄN. I. Theå thöùc nghieân cöùu. 2 II. Cô sôû lyù luaän. 3 PHAÀN NOÄI DUNG Chöông I :GIÔÙI THIEÄU CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN COÂNG SUAÁT. 5 I. Diode. 5 II. Transistor. 7 III. Thyristor. 11 Chöông II: KHAÛO SAÙT PHAÀN ÑOÄNG LÖÏC. 15 I. Giôùi thieäu veà ñoäng cô ñieän moät chieàu. 15 II. Caùc phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän moät chieàu. 18 Chöông III: KHAÛO SAÙT MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN ÑIEÄN AÙP BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑOÄ ROÄNG XUNG. 20 I. Boä baêm xung moät chieàu duøng SCR. 20 II. Boä taïo xung kích cho SCR. 29 Chöông IV: THIEÁT KEÁ VAØ THI COÂNG MAÏCH. 33 I. Thieát keá maïch. 33 II. Thi coâng maïch. 40 Chöông V: THIEÁT KEÁ VAØ THI COÂNG MOÂ HÌNH. 42 I. Thieát keá. 42 II. Thi coâng. 44 Chöông VI: SOAÏN BAØI THÖÏC TAÄP. 46 I. Giôùi thieäu moâ hình. 46 II. Caùc baøi thí nghieäm. 46 KEÁT LUAÄN MUÏC LUÏC Theå thöùc nghieân cöùu: 1. Thôøi gian nghieân cöùu: Quaù trình nghieân cöùu ñeà taøi ñöôïc xem laø moät qui trình coâng ngheä haún hoi vì ñoøi hoûi phaûi tieán haønh theo caùc khaâu keá tieáp nhau bao goàm vieäc choïn ñeà taøi, bieân soaïn ñeà cöông, thu thaäp döõ kieän, xöû lyù döõ kieän, vieát coâng trình nghieân cöùu. Luaän vaên toát nghieäp ñöôïc tieán haønh thöïc hieän trong khoaûng thôøi gian laø 6 tuaàn : Tuaàn 1 : Choïn ñeà taøi, chính xaùc hoùa ñeà taøi, soaïn ñeà cöông, thu thaäp kieän vaø taøi lieäu lieân heä. Tuaàn 2 : Bieân soaïn noäi dung phaàn lyù thuyeát. Tuaàn 3 : Thieát keá maïch treân giaáy vaø tieán haønh thi coâng, thöû maïch. Tuaàn 4 : Thieát keá baøn thöïc taäp. Tuaàn 5 : Soaïn baøi thöïc taäp cho moâ hình ñaõ thieát keá. Tuaàn 6 : Hoaøn chænh moâ hình, hoaøn thieän phaàn lyù thuyeát ñeå in aán vaø noäp luaän vaên. 2. Phöông phaùp thu thaäp döõ kieän : Ñaây laø giai ñoaïn quan troïng, söû duïng caùc phöông phaùp vaø phöông tieän nghieân cöùu ñeå thu thaäp caùc döõ kieän veà ñeà taøi ñaõ xaùc ñònh. Döõ kieän ñaõ thu thaäp ñöôïc seõ laø chaát lieäu ñeå hình thaønh coâng trình thöïc hieän ñeà taøi. Vaán ñeà laø laøm sao thu thaäp ñöôïc döõ kieän ñaày ñuû, chính xaùc, vaø phuø hôïp vôùi noäi dung nghieân cöùu. Trong phaïm vi luaän vaên naøy ngöôøi nghieân cöùu söû duïng phöông phaùp tham khaûo taøi lieäu ñeå thu thaäp döõ kieän giaûi quyeát ñeà taøi. Vieäc tham khaûo taøi lieäu giuùp ngöôøi thöïc hieän boå sung theâm kieán thöùc, lyù luaän cuõng nhö phöông phaùp maø nhöõng coâng trình nghieân cöùu tröôùc ñoù ñaõ xaây döïng. Nhôø ñoù ngöôøi nghieân cöùu taäp trung giaûi quyeát vaán ñeà coøn toàn taïi. Tuy nhieân vieäc nghieân cöùu tham khaûo taøi lieäu luoân baûo ñaûm tính keá thöøa vaø phaùt trieån coù choïn loïc. 3. Xöû lyù döõ kieän : Caùc döõ kieän sau khi ñöôïc thu thaäp chöa theå söû duïng ñöôïc ngay maø phaûi qua quaù trình saøng loïc, söûa chöõa, phaân tích khaùi quaùt thaønh lyù luaän. Taøi lieäu ñöôïc söû duïng laø nhöõng taøi lieäu coù chaát löôïng cao chuû yeáu laø taøi lieäu goác neân baûo ñaûm chính xaùc veà noäi dung ñeà caäp. 4. Trình baøy ñoà aùn : Ñeà taøi toát nghieäp ñöôïc trình baøy theo caáu truùc moät taäp ñoà aùn toát nghieäp ñeå phuø hôïp vôùi noäi dung vaø thôøi gian nghieân cöùu ñoàng thôøi ñaùp öùng ñuùng yeâu caàu veà chöông trình ñaøo taïo cuûa tröôøng. Trình baøy thaønh vaên coâng trình nghieân cöùu khoa hoïc laø giai ñoaïn hoaøn thaønh nghieân cöùu, do ñoù khoâng ñöôïc xem ñoù laø quaù trình kyõ thuaät maø laø moät quaù trình saùng taïo saâu saéc. Chính vieäc naém vöõng buùt phaùp trong nghieân cöùu khoa hoïc giuùp ngöôøi nghieân cöùu laøm saùng toû theâm nhöõng keát quaû ñaït ñöôïc, phaùt trieån chuùng vaø coù theâm nhöõng kieán thöùc môùi. II. Cô sôû lyù luaän : Ñoà aùn toát nghieäp thöïc chaát laø moät quaù trình nghieân cöùu khoa hoïc - quaù trình nhaän thöùc vaø haønh ñoäng. Quaù trình naøy ñoøi hoûi phaûi coù thôøi gian nhaát ñònh töông xöùng vôùi noäi dung cuûa ñoái töôïng nghieân cöùu vaø tính chaát phöùc taïp cuûa vaán ñeà nghieân cöùu. Vieäc nghieân cöùu khoa hoïc giuùp ta tìm ra caùi môùi. Caùi môùi ôû ñaây khoâng nhöõng mang tính chuû quan cuûa ngöôøi nghieân cöùu maø coøn mang tính khaùch quan ñoái vôùi xaõ hoäi. Nghieân cöùu khoa hoïc phaûi nhaèm muïc ñích phuïc vuï xaõ hoäi, ñaùp öùng yeâu caàu thöïc tieãn. Hoaït ñoäng ngieân cöùu khoa hoïc muoán ñaït keát quaû toát phaûi hoäi ñuû caùc yeáu toá : Phöông tieän, phöông phaùp, cô sôû vaät chaát, maùy moùc thieát bò, hình thöùc toå chöùc. Caùc yeáu toá naøy coù moái quan heä höõu cô vaø phuø hôïp vôùi ñoái töôïng nghieân cöùu. CAÙC CÔ SÔÛ CHO VIEÄC NGHIEÂN CÖÙU ÑEÀ TAØI 1. Kieán thöùc vaø naêng löïc ngöôøi nghieân cöùu : Trong quaù trình nghieân cöùu vaø thöïc hieän ñeà taøi ngöôøi nghieân cöùu caàn phaûi caân nhaéc kyõ ñoä khoù vaø ñoä phöùc taïp cuûa ñeà taøi sao cho phuø hôïp vôùi khaû naêng, kieán thöùc vaø naêng löïc cuûa ngöôøi nghieân cöùu. Ñoä phöùc taïp cuûa ñeà taøi theå hieän ôû caùc maët : lónh vöïc nghieân cöùu roäng hay heïp, ôû moät ngaønh hay lieân ngaønh, ñoái töôïng nghieân cöùu laø ñoàng nhaát hay khoâng ñoàng nhaát. Tuy nhieân caàn löu yù raèng giaù trò cuûa ñeà taøi khoâng phuï thuoäc vaøo ñoä phöùc taïp cuûa noù. Ñeà taøi heïp chöa haún laø ñeà taøi keùm giaù trò. Moãi ñeà taøi nghieân cöùu khoa hoïc coù moät phaïm vi nhaát ñònh, phaïm vi naøy caøng heïp thì söï nghieân cöùu caøng saâu. Ñoä khoù cuûa ñeà taøi noùi leân tính vöøa söùc ñoái vôùi ngöôøi nghieân cöùu. Do ñoù ñoä phöùc taïp cuûa ñeà taøi thöôøng coù moái lieân heä töông hoå vôùi ñoä khoù cuûa noù. Kieán thöùc cuûa ngöôøi nghieân cöùu (ñaây laø ñieàu kieän chuû quan ôû ngöôøi nghieân cöùu). Tröôùc heát ñoù laø voán lieáng, kinh nghieäm cuûa ngöôøi nghieân cöùu. Giaùo sö Haø Vaên Taán ñaõ nhaän xeùt : “Trình ñoä hoïc sinh, sinh vieân hieän nay khoâng cho pheùp hoï ngay töø ñaàu choïn ñöôïc ñeà taøi nghieân cöùu. Vì vaäy phaûi coù söï gôïi yù cuûa thaày coâ giaùo….” . Moãi ñeà taøi nghieân cöùu khoa hoïc coù nhöõng yeâu caàu nhaát ñònh cuûa noù. Ngöôøi nghieân cöùu caàn naém vöõng noäi dung, phöông phaùp nghieân cöùu phuø hôïp vôùi ñeà taøi, noùi khaùc ñi ñeà taøi nghieân cöùu phaûi mang tính vöøa söùc. Ngöôøi nghieân cöùu phaûi theå hieän naêng löïc nghieân cöùu khoa hoïc bao goàm vieäc naém vöõng lyù thuyeát cô baûn cuûa khoa hoïc trong lónh vöïc nghieân cöùu cuûa mình, naém ñöôïc möùc ñoä nhaát ñònh veà söï phaùt trieån vaø tieán boä thuoäc lónh vöïc nghieân cöùu. Coù nhö theá môùi choïn ñöôïc ñeà taøi coù giaù trò. Trong tình hình tieán boä cuûa khoa hoïc kyõ thuaät hieän nay treân theá giôùi, khoái löôïng thoâng tin khoa hoïc gia taêng vôùi qui moâ lôùn vaø nhòp ñoä nhanh ñoøi hoûi ngöôøi nghieân cöùu phaûi tham khaûo taøi lieäu nöôùc ngoaøi. Ñeå thöïc hieän ñöôïc vaán ñeà naøy ngöôøi nghieân cöùu ngöôøi nghieân cöùu khoa hoïc caàn coù soá voán ngoaïi ngöõ nhaát ñònh. Theå hieän loøng ham meâ khoa hoïc vaø quyeát taâm nghieân cöùu tìm toøi chaân lyù. 2. Vaán ñeà thöïc tieãn : Ngöôøi nghieân cöùu phaûi coi thöïc tieãn laøm cô sôû, laø ñoäng löïc cuûa nhaän thöùc. Ang - ghen vieát : “Khi xaõ hoäi coù nhöõng yeâu caàu kyõ thuaät thì xaõ hoäi thuùc ñaåy khoa hoïc hôn möôøi tröôøng ñaïi hoïc”. Maët khaùc thöïc tieãn cuõng laø tieâu chuaån ñeå kieåm tra nhaän thöùc . Thöïc teá laø nhöõng söï vieäc coù thaät, nhöõng tình hình cuï theå, nhöõng vaán ñeà ñaõ hoaëc chöa ñöôïc giaûi quyeát trong cuoäc soáng. Ngöôøi nghieân cöùu vôùi kinh nghieäm baûn thaân trong coâng taùc haøng ngaøy thöôøng thaáy ñöôïc caùc maët cuûa vaán ñeà, caùc moái quan heä phöùc taïp, caùc dieãn bieán, phöông höôùng phaùt trieån cuûa söï vaät töø ñoù coù ñònh höôùng thích hôïp giaûi quyeát ñeà taøi. Chính thöïc tieãn giuùp ngöôøi nghieân cöùu tìm thaáy vaán ñeà moät caùch cuï theå. Ngöôøi nghieân cöùu phaûi xem thöïc tieãn cao hôn nhaän thöùc ( lyù luaän ) vì noù coù öu ñieåm khoâng nhöõng coù tính phoå bieán maø coøn coù tính hieän thöïc tröïc tieáp.Hoà Chuû Tòch cuõng ñaõ daïy : “Hoïc taäp thì theo nguyeân taét: kinh nghieäm vaø thöïc tieãn phaûi ñi cuøng nhau” Ñeà taøi thöïc hieän mang tính thöïc tieãn, noäi dung cuûa ñeà taøilaø coù thaät, phaùt trieån töø thöïc teá khaùch quan. Coù theå noùi haàu nhö moïi coâng trình nghieân cöùu ñieàu coù giaù trò thöïc teá cuûa noù, chæ khaùc nhau ôû möùc ñoä ít nhieàu, phuïc vuï tröôùc maét hay laâu daøi, giaùn tieáp hay tröïc tieáp. 3. Taùc ñoäng cuûa ñieàu kieän khaùch quan ñeán vieäc thöïc hieän ñeà taøi: Trong quaù trình nghieân cöùu thöïc hieän ñeà taøi ngöôøi nghieân cöùu laø yeáu toá chuû quan goùp phaàn quan troïng ñeán keát quaû coøn ñoái töôïng nghieân cöùu, phöông phaùp nghieân cöùu keå caû phöông tieän ngieân cöùu, thôøi gian nghieân cöùu cuøng nhöõng ngöôøi coäng taùc nghieân cöùu vaø ngöôøi höôùng daãn nghieân cöùu laø nhöõng ñieàu kieän khaùch quan aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán vieäc nghieân cöùu vaø keát quaû nghieân cöùu. Ngöôøi nghieân cöùu caøng naém chaéc caùc yeáu toá khaùch quan ñoù bao nhieâu thì keát quaû nghieân cöùu caøng ñöôïc khaúng ñònh baáy nhieâu . CHÖÔNG II : KHAÛO SAÙT PHAÀN ÑOÄNG LÖÏC. GIÔÙI THIEÄU VEÀ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU. Trong thôøi ñaïi ngaøy nay, haàu heát caùc daây chuyeàn saûn xuaát ñang daàn daàn ñöôïc töï ñoäng hoùa baèng caùch aùp duïng caùc kyõ thuaät tieân tieán cuûa khoa hoïc kyõ thuaät. Tuy theá, ñoäng cô ñieän moät chieàu vaãn ñöôïc coi laø moät loaïi maùy quan troïng. Noù coù ñaëc tính ñieàu chænh toác ñoä raát toát, vì vaäy maùy ñöôïc duøng nhieàu trong caùc nghaønh coâng nghieäp coù yeâu caàu cao veà ñieàu chænh toác ñoä nhö caùn theùp, haàm moû, giao thoâng vaän taûi… Caáu taïo : Ñoäng cô ñieän moät chieàu goàm hai phaàn : Phaàn tónh (stator) vaø phaàn quay (rotor). Phaàn tónh laø phaàn ñöùng yeân cuûa maùy. Noù thöôøng bao goàm caùc boä phaän sau : Cöïc töø chính : laø boä phaän sinh ra töø tröôøng chính trong voû maùy, goàm coù loõi saét cöïc töø vaø daây quaán kích töø loàng ngoaøi loõi saét cöïc töø. Loõi saét cöïc töø laøm baèng nhöõng laù theùp kyõ thuaät ñieän hay theùp cacbon daøy 0,5 ¸ 1 mm eùp chaët laïi vôùi nhau. Cöïc töø phuï : ñöôïc ñaët giöõa caùc cöïc töø chính vaø duøng ñeå caûi thieän ñoåi chieàu giuùp cho maùy ñieän laøm vieäc khoâng coù tia löûa xaûy ra giöõa choåi ñieän vaø vaønh ñoåi chieàu. Loõi theùp cöïc töø cöïc töø phuï thöôøng laøm baèng theùp khoái vaø treân thaân cöïc töø phuï coù ñaët daây quaán. Goâng töø : duøng ñeå laøm maïch töø noái lieàn caùc cöïc töø, ñoàng thôøi laøm voû maùy. Caùc boä phaän khaùc nhö Naép maùy ñeå baûo veä, Cô caáu choåi than. Phaàn quay goàm coù nhöõng boä phaän sau : Loõi saét phaàn öùng : duøng ñeå daãn töø, thöôøng duøng nhöõng taám theùp kyõ thuaät ñieän daøy 0,5 mm ñöôïc phuû lôùp caùch ñieän vaø gheùp chaët laïi vôùi nhau. Daây quaán phaàn öùng : laø phaàn sinh ra söùc ñieän ñoäng vaø coù doøng ñieän chaïy qua. Daây quaán ñöôïc caùch ñieän caån thaän vôùi raõnh cuûa loõi theùp. Caùc boä phaän khaùc nhö caùnh quaït duøng ñeå quaït gioù laøm nguoäi maùy, truïc maùy ñeå ñaët loõi saét phaàn öùng, coå goùp, caùnh quaït vaø oå bi. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu : Ñoäng cô ñieän moät chieàu laø moät thieát bò bieán ñoåi naêng löôïng cuûa doøng moät chieàu thaønh cô naêng. Trong quaù trình bieán ñoåi ñoù, moät phaàn naêng löôïng cuûa doøng xoay chieàu bò tieâu taùn do caùc toån thaát trong maïch phaàn öùng vaø trong maïch kích thích. Phaàn coøn laïi laø naêng löôïng ñöôïc bieán ñoåi thaønh cô naêng treân truïc ñoäng cô. Khi cho doøng ñieän moät chieàu chaïy vaøo daây quaán kích thích vaø daây quaán phaàn öùng seõ sinh ra töø tröôøng ôû phaàn tónh. Töø tröôøng naøy taùc duïng töông hoã leân doøng ñieän trong daây quaán phaàn öùng taïo ra momen taùc duïng leân rotor vaø laøm rotor quay. Nhôø coù vaønh ñoåi chieàu neân doøng ñieän moät chieàu ñöôïc chænh löu thaønh doøng xoay chieàu ñöa vaøo daây quaán phaàn öùng. Ñieàu naøy laøm löïc töø taùc duïng leân thanh daãn daây quaán phaàn öùng khoâng bò ñoåi chieàu vaø laøm ñoäng cô quay theo moät höôùng. Coâng suaát öùng vôùi momen ñieän töø ñöa ra ñoái vôùi ñoäng cô goïi laø coâng suaát ñieän töø vaø baèng : Pñt = Mw = EöIö Trong ñoù : M : momen ñieän töø. : toác ñoä goùc phaàn öùng. Iö : doøng ñieän phaàn öùng. Eö : suaát ñieän ñoäng phaàn öùng. Ñaëc tính cô vaø ñaëc tính toác ñoä cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän laø quan heä giöõa hai thoâng soá : toác ñoä quay cuûa truïc vaø momen do ñoäng cô sinh ra trong quaù trình laøm vieäc ôû traïng thaùi ñònh möùc. Ñaëc tính cô cho pheùp ta ñaùnh giaù khaû naêng chòu taûi cuõng nhö naém ñöôïc khaû naêng laøm vieäc cuûa ñoäng cô khi duøng ñeå truyeàn taûi. Ñaëc tính toác ñoä w(I) theå hieän moái quan heä giöõa toác ñoä goùc vôùi doøng ñieän trong maïch chính cuûa noù. Ñaëc tính toác ñoä cho pheùp ta ñaùnh giaù khaû naêng chòu taûi cuûa ñoäng cô qua doøng ñieän cuûa noù. Sô ñoà cô baûn vaø caùc ñaëc tính cuûa noù : Hình II.1 Sô ñoà nguyeân lyù cuûa maïch kích töø ñoäc laäp. n n nñm nñm n0 n0 Hình II.2 Ñaëc tính cô vaø ñaëc tính toác ñoä cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp. I 0 Mñm Mnm M 0 Iö.ñm Iö.nm b. Caùc phöông trình cô baûn : Phöông trình ñaëc tính cô : Phöông trình ñaëc tính toác ñoä : Trong ñoù : n : toác ñoä quay cuûa ñoäng cô. U : ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô. R : toång trôû treân phaàn öùng. I : doøng ñieän chaïy trong phaàn öùng. M : momen cuûa ñoäng cô. f : töø thoâng döôùi moät cöïc töø chính. KE : heä soá suaát ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo caáu taïo. KM : heä soá momen cuûa ñoäng cô. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô. n n0 TN n1 Uñm n2 U1 U2 Hình II.3 Sô ñoà ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp ñaët treân phaàn öùng. 0 M C M Vieäc ñieàu chænh toác ñoä theo kieåu naøy chæ cho pheùp giaûm ñieän aùp (nhoû hôn ñieän aùp ñònh möùc) vaø chæ cho toác ñoä nhoû hôn toác ñoä ñònh möùc. Uñm > U1 > U2 n0 > n1 > n2 Phöông phaùp ñieàu chænh naøy coù phaïm vi ñieàu chænh D = 10/1. Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø giöõ nguyeân ñaëc tính cuûa ñöôøng ñaëc tính cô. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch ñöa theâm ñieän trôû phuï vaøo phaàn öùng. R2 R1 n3 Rö n2 n n0 Hình II.4 Sô ñoà ñieàu chænh toác ñoä baèng phöông phaùp theâm ñieän trôû phuï. 0 Mc M Theo sô ñoà treân, ta coù : Rö < R1 < R2 . n0 > n1 > n2 > n3 Khi ñieän trôû phuï R caøng lôùn thì ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô caøng giaûm vaø ngöôïc laïi. Phöông phaùp naøy chæ cho toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cô baûn vì chæ theâm ñieän trôû vaøo chöù khoâng giaûm nhoû hôn Rö ñöôïc. Ñoàng thôøi, phöông phaùp naøy cho toác ñoä ñieàu chænh nhaûy caáp, möùc ñoä nhaûy caáp phuï thuoäc vaøo soá caáp khôûi ñoäng. Ñieàu chænh toác ñoä baèng phöông phaùp thay ñoåi töø thoâng f. _ RKT CKT T + U M 1 n n1 n0 MN 0 MC M Hình II.5 Sô ñoà ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô baèng phöông phaùp giaûm töø thoâng. Vôùi phöông phaùp naøy, ta chæ coù theå giaûm töø thoâng do trong thieát keá Ikt gaàn ñònh möùc, f gaàn ôû baûo hoaø. Neáu taêng Ikt , f cuõng khoâng taêng bao nhieâu. Nhöng khi giaûm Ikt , f giaûm raát nhieàu. Khi giaûm töø thoâng thaáp hôn giaù trò ñònh möùc, toác ñoä ñoäng cô taêng lôùn hôn toác ñoä cô baûn. fñm > f1 > f2 ncb < n1 < n2 Khi giaûm töø thoâng, toác ñoä taêng leân raát cao vaø toác ñoä naøy coù theå laøm hoûng ñoäng cô, neân thoâng thöôøng ngöôøi ta chæ cho pheùp ncb = 3nñm . Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ maïch phaàn öùng. n ncb n1 TN Reõ maïch phaàn öùng Rf = Rnt 0 Mc M Hình II.6 Sô ñoà ñieàu chænh toác ñoä baèng phöông phaùp reõ maïch phaàn öùng. Phöông trình ñaëc tính cô cuûa phöông phaùp naøy : Vôùi : Vôùi phöông phaùp naøy, ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cô baûn, toån thaát naêng löôïng thaáp vaø ñieàu chænh toác ñoä nhaûy caáp. CHÖÔNG III. KHAÛO SAÙT MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN ÑIEÄN AÙP BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑOÄ ROÄNG XUNG. Boä baêm ñieän aùp moät chieàu. Giôi thieäu. Boä baêm xung moät chieàu coù theå coi nhö laø boä bieán ñoåi DC/DC maø ñieän aùp bieán ñoåi ñöôïc ñaûm nhaän baèng caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát. Nhieäm vuï chính cuûa noù laø thay ñoåi ñieän aùp ra theo yeâu caàu ñieàu chænh hoaëc oån ñònh ñieän aùp ra taûi. Baêm xung moät chieàu ñöôïc söû duïng nhieàu trong caùc thieát bò nhö ñoäng cô ñieän moät chieàu, caùc boä phaän nung ñoát baèng dieän trôû, caùc cô caáu ñieän töø, maïch oån aùp daûi roäng...Van thích hôïp vôùi baêm xung moät chieàu laø caùc loaïi maø ñieàu khieån ñöôïc caû quaù trình môû vaø khoaù van, do ñoù thöôøng duøng Transistor (löôûng cöïc, MOSFET, IGBT). Khi caàn coâng suaát ra taûi lôùn (doøng ñieän vaø ñieän aùp cao) ta phaûi duøng ñeán Tiristor. Vì Tiristor laø moät linh kieän baùn daãn coâng suaát coù theå chòu ñöôïc doøng ñieän qua noù raát lôùn vaø cho pheùp ñieän aùp ngöôïc ñaët leân noù khaù cao. Ñeå maïch baêm xung hoaït ñoäng thì caùc phaàn töû ñoùng vai troø laø van ñoùng môû phaûi ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung kích trong thôøi gian thích hôïp. Trong haàu heát caùc linh kieän ñoùng môû baùn daãn coâng suaát, vieäc ñoùng caét ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñöa tín hieäu thích hôïp vaøo chaân ñieàu khieån. Ñoái vôùi thyristor thì ñieàu naøy khoâng theå thöïc hieän ñöôïc vì cöïc coång chæ coù taùc duïng trong vieäc kích môû thyristor maø thoâi. Ñeå taét thyristor khi ñaõ daãn trong nguoàn DC, ta phaûi theâm vaøo caùc phaàn töû chuyeån maïch ñeå coù ñöôïc caùc dieàu kieän taét laø ñaët ñieän aùp ngöôïc treân hai ñaàu thyristor hoaëc laøm cho doøng chaïy qua noù bò trieät tieâu. Boä baêm xung moät chieàu coù theå chia thaønh ba loaïi cô baûn : Boä baêm coù van maéc song song taûi coøn ñieän caûm maéc noái tieáp vôùi taûi (kieåu song song). Boä baêm ñaûo doøng. Hai loaïi baêm naøy coù öu ñieåm laø cho ñieän aùp ra treân taûi lôùn hôn ñieän aùp nguoàn nhöng noù khoâng thích hôïp vôùi taûi coù coâng suaát lôùn neân ít ñöôïc söû duïng. Boä baêm coù van vaø ñieän caûm maéc noái tieáp vôùi taûi (kieåu noái tieáp) Boä baêm naøy chæ cho ñieän aùp ra nhoû hôn ñieän aùp nguoàn nhöng coù öu ñieåm söû duïng ñöôïc cho taûi coù coâng suaát cao, do ñoù noù thoâng duïng hôn. Trong phaïm vi cuoán ñoà aùn naøy, ngöôøi thöïc hieän chæ ñeà caäp ñeán boä baêm coù van maéc noái tieáp vôùi taûi. Hoaït ñoäng cuûa noù döïa treân nguyeân taéc ñoùng – ngaét taûi vôùi nguoàn theo chu kyø : trong moät chu kyø T (hình aa), khoaûng thôøi gian to cho van daãn neân ñieän aùp nguoàn E ñöa thaúng ra taûi, trong khoaûng thôøi gian coøn laïi (T-to) van hôû, laøm ñieän aùp treân taûi baèng khoâng. Do ñoù ñieän aùp trung bình moät chieàu ra taûi laø: Trong ñoù D = to/T laø tyû soá chu kyø cuûa boä baêm. T to Hình III.1 Theo bieåu thöùc treân ta thaáy ñeå ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp ra taûi coù theå thay ñoåi ñoäc laäp to, T hoaëc ñoàøng thôøi caû hai tham soá naøy, thoâng duïng nhaát laø phöông phaùp thay ñoåi to trong khi giöõ chu kyø Tcoá ñònh. Nhö vaäy töø ñieän aùp nguoàn khoâng ñoåi vaø lieân tuïc, baèng caùch “baêm” noù ra thaønh caùc xung, ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp ra. Ñeå thieát keá hay khaûo saùt moät boä baêm xung, ngöôøi ta thöôøng quan taâm ñeán caùc cheá ñoä doøng ñieän. Theo nguyeân lyù hoaït ñoäng, trong khoaûng thôøi gian van khoùa, nguoàn bò ngaét khoûi taûi, tuy nhieân do taûi coù tính ñieän caûm neân doøng ñieän taûi vaãn tieáp tuïc chaûy quaån qua ñioât D2 nhôø naêng löôïng tích luõy ôû ñieän caûm naøy. Caên cöù vaøo caùc tham soá R, L, Ed (söùc ñieän ñoäng beân trong taûi) vaø khoaûng thôøi gian ngaét nguoàn (T-to) maø doøng ñieän taûi coù theå toàn taïi ñeán khi van daãn trôû laïi (goïi laø cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc ) hoaëc seõ taét tröôùc ñoù (cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn). Ñeå bieát ñöôïc maïch hieän coù ñang laøm vieäc ôû cheá ñoä doøng ñieän naøo caàn döïa theo moät trong caùc ñieàu kieän giôùi haïn giöõa hai cheá ñoä naøy nhö sau : Theo thôøi gian van daãn tgh : Neáu thôøi gian van daãn thöïc teá to tgh, doøng ñieän seõ lieân tuïc. Theo trò soá trung bình doøng ñieän taûi giôùi haïn Igh : Neáu doøng thöïc cuûa taûi It Igh, doøng ñieän laø lieân tuïc. Theo trò soá cuûa söùc ñieän ñoäng Ed : Neáu Ed > Edgh thì doøng ñieän giaùn ñoaïn. Neáu Ed < Edgh thì doøng ñieän lieân tuïc. Caùc bieåu thöùc tính toaùn ôû cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc : Ñieän aùp trung bình ra taûi : Ut = D.E Doøng ñieän trung bình qua taûi : Caùc daïng soùng theå hieän nhö sau : ut E 0 to T (T+to) 2T t it Imax Imin 0 t iT Imin 0 t Qui luaät bieán thieân doøng ñieän taûi it : Giai ñoaïn töø 0 ñeán t0 : Giai ñoaïn töø t0 ñeán T: Giaù trò cöïc ñaïi doøng taûi Imax: Giaù trò cöïc tieåu doøng ñieän taûi Imin: Ñoä ñaäp maïch doøng ñieän taûi DI: Trò soá trung bình cuûa doøng ñieän qua ñioât: Trò soá ûtrung bình doøng ñieän qua van : Caùc bieåu thöùc tính toaùn ôû cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn : Ñoà thò laøm vieäc cuûa cheá ñoä naøy nhö hình veõ sau ñaây: ut E Ed E 0 to T t it in Imax 0 t iT to 0 t Ñieän aùp trung bình ra taûi : Trong ñoù tn laø khoaûng thôøi gian doøng ñieän taûi coøn tieáp tuïc chaûy keå töø khi ngaét nguoàn E khoûi taûi vaø ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau: Doøng ñieän trung bình qua taûi : Quy luaät bieán thieân doøng ñieän taûi it : Giai ñoaïn töø 0 ñeán t0 : Giai ñoaïn töø to ñeán T (hay ñeán tn) : Giaù trò cöïc ñaïi doøng taûi Imax : giaù trò doøng ñieän cöïc tieåu Imin taát nhieân baèng khoâng. Giôùi thieäu boä baêm xung moät chieàu taét cöôõng böùc baèng ñieän aùp. Hình III.6 Vai troø cuûa caùc linh kieän trong maïch (hình III.6) : S1 laø SCR chính coù nhieäm vuï noái hoaëc ngaét nguoàn vôùi taûi. XK1 : maïch kích cho SCR1. S2 laø SCR phuï, tham gia vaøo vieäc ngaét (khoaù) S1. XK2 : maïch kích cho SCR2. LC laøm nhieäm vuï dao ñoäng, D1 ngaên doøng ñieän ngöôïc, D2 baûo veä cho maïch khi S1 ngaét. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch : Giaû söû caùc SCR (S1, S2) ñeàu lyù töôûng vaø caùc linh kieän trong maïch khoâng coù toån hao. Khi nguoàn moät chieàu E ñaõ ñöôïc caáp, traïng thaùi ban ñaàu : S1 vaø S2 ñeàu bò khoaù (töùc chöa coù xung kích ôû cöïc coång) thì khoâng coù baát kyø moät doøng ñieän naøo chaïy qua taûi. Ñeå maïch hoaït ñoäng moät caùch hôïp lyù thì ñaàu tieân cho tuï C naïp baøng caùch cho xung ñieàu khieån vaøo cöïc coång cuûa S2, luùc naøy maïch ñieän hình III.6 töông ñöông nhö hình III.a : tuï ñieän C seõ ñöôïc naïp theo ñöôøng E_ Rt _ C _ S2 _E vaø doøng ic giaûm daàn theo haøm muõ töø giaù trò ñaàu E/Rt . Hình IIIb Hình IIIA Sau moät khoaûng thôøi gian, tuï C ñöôïc naïp tôùi ñieän aùp E cuûa nguoàn, nhöng thöïc teá khi doøng ñieän taûi giaûm döôùi möùc duy trì cuûa S2 thì doøng ñieän ngöng. Khi coù xung ñieàu khieån vaøo cöïc coång cuûa S1, laøm S1 ñoùng maïch nhö hình III.b, luùc naøy tuï C phoùng ñieän qua S1 - L –D1 – C vaø ñöôïc naïp ngöôïc laïi. Ñieän aùp treân tuï taêng daàn theo chieàu ngöôïc laïi vaø cuoái cuøng, dieän aùp treân noù seõ laø uc = -E do coù söï xuaát hieän dao ñoäng LC. Dao ñoäng LC trong maïch seõ naïp vaøo tuï C vaø noù chæ keùo daøi trong moät nöûa chu kyø (vì D1 ngaên doøng ñieän ngöôïc). Luùc naøy neáu cho xung ñeå môû S2, thì S1 seõ chòu ñieän aùp ngöôïc uc = -E laøm S1 ngöng daãn (traïng thaùi chuyeån töø hình III.b ®hình III.a). Goïi chu kyø baêm laø T: T = T1+T2. Thôøi gian ñoùng maïch cuûa S1 laø T1 : T1 = aT. Thôøi gian ngaét maïch cuûa S1 laø T2 =T –T1 vaø tyû soá chu kyø laø D = T1/T. Gía trò trung bình cuûa ñieän aùp taûi : Baèng caùch laøm bieán ñoåi tyû soá chu kyø D (trong khi giöõ cho taàn soá khoâng ñoåi T=const) ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp moät chieàu ñaët treân taûi._.