Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Lời nói đầu
Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế đất nước, ngày càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Trong giao thông việc sử dụng đông cơ xăng, điezen ngày càng có xu hướng giảm vì: Tiêu hao nhiều năng lượng, gây ô nhiễm môi trường… Từ đó đòi hỏi sự thay thế các loại động cơ trên bằng động cơ điện là rất cần thiết. Ngày nay với sự bùng nổ tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điều chỉnh tự động đã đáp ứng được những yêu cầu trên. Trước hết là phải kể đến các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gọn nhẹ, độ tác động nhanh. Do đó, người ta đã chế tạo ra bộ điều chỉnh động cơ được dùng trong lĩnh vực giao thông. Đó là thiết bị băm điện áp được sử dụng nhiều trong truyền động đầu máy chạy điện trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe vận chuyển hàng trong nhà máy, trên bến cảng…
Trong nội dung đề tài này chúng em đưa ra bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ trong ôtô điện. Vì bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều có sơ đồ điều khiển đơn giản tin cậy dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô.
Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng do kiến thức có hạn nên không thể tránh khỏi một số hạn chế nhất định, mong các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cấu trúc và nội dung chính của đề tài:
Chương1: Phân tích yêu cầu của hệ thống(mô tả khái quát nguyên lý hoạt động của ôtô du lịch 4 chỗ của hãng TOYOTA)
Chương2: Tổng quan về động cơ điện một chiều (đặc tính truyền động và phương pháp điều chỉnh tốc độ)
Chương3: Thiết kế hệ thống......
Chương4: Phân tích và hiệu chỉnh hệ thống......
CHƯƠNG1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG
1. Vai trò và ứng dụng của động cơ điện trong lĩnh vực giao thông.
Vấn đề ứng dụng của động cơ điện nói chung trong truyền động điện sản xuất cũng như ở đầu máy kéo là được sử dụng rộng rãi. Hiện nay trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, thì động cơ KĐB là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhờ tính kinh tế, dễ chế tạo, chi phí vận hành bảo dưỡng sửa chữa thấp ... Tuy nhiên, trong một số lĩnh vực nhất định đòi hỏi yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, về khả năng quá tải, thì bản thân động cơ KĐB không thể đáp ứng được hay nếu thực hiện được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ...) rất đắt tiền. Vì vậy, động cơ điện một chiều hiện tại vẫn là loại động cơ không thể thay thế được trong những lĩnh vực nói trên.
Ứng dụng phổ biến của động cơ điện một chiều hiện nay trong các ngành sản xuất như hầm mỏ, khai thác quặng, máy xúc và đặc biệt là trong các đầu máy kéo tải ở lĩnh vực giao thông. Đó là nhờ hai đặc điểm quan trọng ưu việt của nó là :
• Khả năng điều chỉnh tốc độ tốt.
• Khả năng quá tải tốt. Đặc biệt ở loại động cơ kích thích nối tiếp và hỗn hợp.
Ngoài hai đặc tính cơ bản trên, thì cầu trúc mạch lực và mạch điều khiển động cơ điện một chiều đơn giản hơn nhiều so với động cơ KĐB, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh rộng.
Thực tế là ở các nước phát triển, việc dùng động cơ điện thay thế cho các loại động cơ điêzen hay xăng là phổ biến. Đó cũng là xu thế chung đối với toàn thế giới trong tương lai. Một mặt là vì có nguồn điện rộng rãi, tiến bộ nhảy vọt về công nghệ bán dẫn cho phép chế tạo được nhiều bộ biến đổi điện năng gọn nhẹ, khả năng giới hạn dòng áp cao và tin cậy hơn. Mặt khác, là động cơ điện không gây ô nhiễm môi trường như các loại động cơ khác, đồng thời cho hiệu suất cao. Đây là một trong những đặc điểm quan trọng đưa đến việc đưa động cơ điện vào giao thông ngày càng rộng rãi hơn.
Do cuộc khủng hoảng dầu mỏ từ đầu thập niên 70 của thế kỷ XX cùng với những vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng do khí thải xe ô tô, con người đã phát minh ra xe ôtô sử dụng động cơ lai hay còn có tên gọi khác là động cơ Hybrid.
2. Động cơ Hybrid
Trong phạm vi đề tài này của chúng em đi nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển và mạch động lực cho động cơ điện một chiều trong xe hơi Hybrid 4 chỗ của hãng TOYOTA.
Động cơ hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid là dạng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ăcquy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện cho ăcquy để sủ dụng về sau. Loại xe này sử dụng hai loại nguồn lực khác nhau là động cơ đốt trong và động cơ điện. Nhờ kết hợp 2 nguồn lực này với nhau mà động cơ Hybrid chẳng những tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường. Hình vẽ bên dưới là sơ đồ mô tả cấu tạo động cơ hybrid của hãng TOYOTA cho loại xe du lịch 4 chỗ. Cấu tạo gồm có:
- Động cơ đốt trong (động cơ xăng) 1.
- Bộ đổi điện 2: Thông thường, năng lượng bị tiêu hao khi xe ô tô giảm tốc hay dừng lại nhưng trên Hybrid, phần năng lượng đó nhờ bộ đổi điện được chuyển thành điện và nạp vào pin. Quá trình này diễn ra tự động và không yêu cầu bất cứ sự can thiệp nào của người lái.
- Động cơ điện 3: Tạo ra năng lượng (động năng) để cho ô tô chuyển động.
- Bộ chuyển đổi 4: Làm nhiệm vụ truyền năng lượng (động năng) do động cơ điện tạo ra ra ngoài hệ thống truyền lực của ô tô.
- Ắc quy (pin): Làm nhiệm vụ tích trữ điện năng và cung cấp điện năng cho động cơ điện làm việc
• Nguyên lý làm việc: Tùy theo cấu tạo của động cơ hybrid mà nguyên lý làm việc cũng như vai trò của động cơ khác nhau. Ta có sự so sánh hai hệ thống sau:
Hệ thống song song (hybrid parallel system)
Trong hệ thống song song, cả động cơ và motor điện cùng truyền lực tới các trục xe, mức độ tuỳ theo các điều kiện khác nhau. Đó được gọi là hệ thống song song vì dòng năng lượng tới các bánh đi song song. Hệ thống này chỉ có một motor điện do vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe vừa nạp điện vào bình ăcquy. Khi nào motor làm nhiệm vụ một máy phát điện, dòng điện từ ăcquy sẽ thay thế vai trò của motor điện.
Nhận xét: Hệ thống trên có nhược điểm là động cơ điện đóng vai trò vừa là máy phát nạp điện cho ăcquy vừa truyền lực tới trục bánh xe, vì vậy mà motor điện không truyền lực cho bánh xe được liên tục nên động cơ xăng vẫn giữ vai trò chính do đó tiêu tốn nhiều nhiên liệu (hình vẽ).
Từ nhận xét ta thấy hệ thống liên hoàn đã khắc phục được những nhược điểm đó.
Hệ thống liên hoàn(series hybrid system)
Khi động cơ xăng (engine) hoạt động, nó truyền năng lượng cho một máy phát điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc cho bình ắc quy và một để cung cấp điện cho một động cơ điện một chiều (motor), bộ phận sẽ truyền năng lượng tới các trục xe. Đó được gọi là hệ thống liên hoàn vì năng lượng truyền theo một quá trình liên tục. Một hệ thống Hybrid liên hoàn gồm có hai môto, một chính là môtơ điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự.
-Trong sơ đồ liên hoàn, động cơ đốt trong (động cơ xăng) kéo máy phát cung cấp điện cho ăcquy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng là quay rotor của máy phát tạo ra điện và từ điện năng lại chuyển thành cơ năng làm quay bánh xe.
- Trong sơ đồ này động cơ đốt sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu phù hợp với các loại ôtô, sơ đồ này có thể không cần hộp số.
- Tỷ lệ sử dụng động cơ xăng và môtơ điện trong hệ thống trên là.
vì hệ thống liên hoàn sử dụng động cơ để sinh ra điện cho mô-tơ vận hành bánh xe, chúng có cùng lượng công việc như nhau.
3. Ứng dụng của động cơ điện một chiều trong ôtô điện
Có thể nêu ra đặc điểm quan trọng về truyền động trong xe Hybrid (xe 4 chỗ của TOYOTA) là:
+ Yêu cầu cao trong việc điều chỉnh tốc độ, bao gồm những yêu cầu về dải điều chỉnh rộng, độ trơn điều chỉnh, điều chỉnh êm, khởi động động cơ nhanh.
+ Yêu cầu cao về khả năng quá tải, vì tải kéo của đầu máy là không cố định.
Ngoài ra, truyền động xe hơi 4 chỗ còn đòi hỏi cao về độ an toàn khi vận hành. Muốn vậy việc thiết kế phải đảm bảo đưa ra được một sơ đồ điều khiển đơn giản tin cậy, dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô. Vì thực tế trong lĩnh vực giao thông còn đòi hỏi truyền động có đảo chiều, nên việc thiết kế cũng chú trọng đến vấn đề đảo chiều quay động cơ.
*) Những truyền động của động cơ điện một chiều trong xe Hybrid.
- Có khả năng tăng tốc và giảm tốc dễ dàng.
- Nhanh chóng ổn định tốc độ.
- Đảo chiều quay.
- Có phản hồi tốc độ.
Để đưa ra được mạch điều khiển của động cơ điện một chiều. Trước tiên ta đi giới thiệu một vài đặc tính cơ bản của các loại động cơ điện một chiều, rồi từ đó đưa ra quyết định chọn loại động cơ thích hợp cho truyền động trong ôtô Hybrid.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều.
a. Động cơ điện kích thích độc lập hay song song.
Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n)và mômen (M)
Với những điều kiện U=const, It=const thì từ thông của động cơ hầu như không đổi. Vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng.
Do Rư rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức thì tốc độ giảm rất ít cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song rất cứng. Với đặc điểm như vậy, động cơ điện kích thích song song được dùng trong những trường hợp tốc độ hầu như không đổi khi tải thay đổi.
b. Động cơ điện kích thích nối tiếp.
Ở động cơ điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng điện phần ứng : It= Iư=I. Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị:
=K.I
trong đó hệ số tỷ lệ K chỉ là hằng số trong vùng I <0,8Iđm ; còn khi I >(0,8 0,9)Iđm thì hơi giảm xuống do hiện tượng bão hoà mạch từ.
Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng:
M=CM..Iư=CM.
nếu bỏ qua Rư thì: hay: M=
Như vậy khi mạch từ chưa bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng là đường hypebol bậc hai.
Ta thấy, ở động cơ một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh khi M tăng. Và khi mất tải (M=0, I=0) thì n có trị số rất lớn. Vì vậy thường chỉ cho phép động cơ làm việc với tải tối thiều P2=(0,2 0,25)Pđm. Từ dạng đặc tính cơ ta cũng có nhận xét là đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp rất mềm động cơ nối tiếp rất ưu việt trong những nơi cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong một vùng rộng.
c. Động cơ điện kích thích hỗn hợp:
Loại này được chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp và song song. Tác dụng của dây quấn kích thích song song và nối tiếp bù nhau hay ngược nhau. Trên thực tế người ta chỉ sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù vì động cơ ngược không đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định. Động cơ kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai loại kích thich song song và nối tiếp. Khi tải tăng thì từ thông tăng, do đó đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của từ thông không mạnh như ở động cơ kích thích nối tiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp được điều chỉnh như ở trường hợp động cơ kích thích song song; dù rằng về nguyên tắc có thể áp dụng những phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ kích thích nối tiếp.
Từ những tính chất của từng loại động cơ như đã trình bày ở trên, so sánh với đặc tính tải và những yêu cầu của truyền động trong lĩnh vực giao thông ta thấy rằng loại động cơ kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp kiều bù là đáp ứng được những yêu cầu về truyền động. Ta có thể nêu ưu điểm của hai loại động cơ này so với động cơ kích thích độc lập hay song song đứng trên quan điểm xét sự phù hợp với đặc tính tải:
+ Đặc tính cơ mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải. Điều này rất thích hợp trong giao thông có yêu cầu tốc độ thay đổi theo tải.
+ Có khả năng quá tải lớn về mômen và khả năng khởi động tốt hơn. Nhờ vậy cho phép làm việc ở môi trường kéo tải nặng nề.
+ Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng phần ứng Iư nên khả năng chịu tải của động cơ không chịu ảnh hưởng của sụt áp lưới điện nên rất thích hợp cho những truyền động dùng trong ngành giao thông có đường dây cung cấp điện đi kèm theo tải.
Thực tế trong lĩnh vực này động cơ kích thích nối tiếp được sử dụng. Tuy nhiên người ta cũng dùng cả động cơ kích thích hỗn hợp vì nó cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lượng mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu truyền động.
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kéo tải trong giao thông có thể dùng phương pháp điện kết hợp cả phương pháp cơ qua cơ cấu bánh răng để tăng dải điều chỉnh. Điều chỉnh bằng phương pháp điện càng tốt bao nhiêu càng giảm độ phức tạp & cồng kềnh của cơ cấu cơ khí bấy nhiêu.
Thực tế tồn tại hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:
Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ, tức là thay đổi Uư.
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ, tức là thay đổi từ thông .
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi có thể thay đổi được liên tục và giữ được hiệu suất của động cơ là không đổi vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụng lên mạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động cơ. Nhưng do bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức, ứng với kích thích tối đa (=đm=max), nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đảo chiều quay nên phương pháp này không thích hợp trong trường hợp động cơ kéo tải giao thông.
Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp lên trên U¬đm của động cơ. hương pháp này cho phép điều chỉnh triệt để vì có những ưu điểm sau:
+ Hiệu suất điều chỉnh cao.
+ Không có tổn hao trong máy điện khi điều chỉnh.
+Việc thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể là giảm Uư mômen ngắn mạch Mnm giảm, dòng ngắn mạch Inm giảm; điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động cơ.
+ Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau.
+ Điều chỉnh trơn trong toàn bộ giải điều chỉnh.
Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao, và đòi hỏi phải có nguồn điện áp điều chỉnh được.
Từ những phân tích trên ta thấy việc chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là thích hợp cho động cơ kéo tải giao thông. Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ cho phép thấp hơn tốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp với cơ cấu cơ khí như đã đề cập ở trên.
Như vậy vấn đề quan trọng nhất trong khuôn khổ đồ án mà chúng em đưa ra chính là việc thiết kế một bộ điều chỉnh nhằm điều chỉnh động cơ Hybrid trong ôtô điện. Bộ điều chỉnh này chính là thiết bị băm điện áp, bộ băm điện áp này cho phép từ một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud-là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được.
Sự phối kết hợp giưã động cơ Hybrid và động cơ xăng trong việc truyền động trong ôtô chạy điện là cần thiết.Động cơ điện dùng truyền lực trong ôtô có công suất vừa và nhỏ nên bộ băm xung áp là phù hợp.Chương tiếp theo sẽ trình bày về thiết kế hệ thống băm xung áp.
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.
I. Thiết kế mạch động lực
1. Giới thiệu nguyên lý chung của bộ biến đổi điện áp một chiều.
Như ở trên đã đề cập, phương pháp điều chỉnh điện áp được lựa chọn trong điều chỉnh tốc độ động cơ. Thực tế, để thay đổi điện áp phần ứng động cơ ôtô người ta có thể thay đổi góc mở chậm ỏ nếu dùng bộ biến đổi là hệ thống chỉnh lưu, hay thay đổi tần số băm trong trường hợp bộ biến đổi là bộ băm xung áp một chiều.
Việc sử dụng hệ thống chỉnh lưu thyritor - động cơ chỉ ứng dụng trong trường hợp tải của nó là loại động cơ công suất lớn, sử dụng sơ đồ chỉnh lưu tiristor – động cơ một chiều luôn đi kèm theo việc đưa thêm bộ lọc kồng kềnh nên chỉ khả dụng cho truyền động đầu máy tầu điện kéo tải lớn.
Với loại động cơ công suất nhỏ thì việc dùng bộ băm xung áp một chiều là phù hợp. Vì thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao (theo tính toán là xấp xỉ bằng 1); ít nhạy cảm với nhiệt độ và điều kiện môi trường vì tham số điều khiển là thời gian đóng mở van, đặc biệt là có kích thước nhỏ gọn nên rất phù hợp với ôtô điện.
Sau đây giới thiệu nguyên lý chung của bộ băm xung, đồng thời phân tích khái lược về các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của bộ băm xung - áp cũng như vấn đề lựa chọn thiết bị đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế.
Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tắc tơ tĩnh (K) đóng mở liên tục 1 cách chu kì . Nhờ vậy mà biến đổi được điện áp một chiều không đổi E thành các xung điện áp một chiều Utb có trị số có thể điều chỉnh được. Điện áp Utb này đặt vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0
Điện áp trên tải thu được phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K. Trong khi đó, các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện áp một chiều quyết định giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi. Để tránh các sóng không mong muốn và từ đấy tránh được momen đập mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó. Tần số đóng cắt càng nhanh thì càng giảm được kích thước của bộ lọc, nhưng nếu quá lớn sẽ sinh ra nhiễu vô tuyến. Vì vậy, phải cân nhắc để lựa chọn được bộ biến đổi làm việc ở dải tần thích hợp (dưới 1KHz). Thực tế thường dùng tần số băm khoảng 400Hz 600Hz.
Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý được thay bằng khoá điện tử cụ thể là Tiristor hay Transistor (công suất hay MOS).
Dùng Tiristor có ưu điểm là trị số giới hạn cao, làm việc chắc chắn rẻ tiền, tổn hao khi dẫn nhỏ nhưng có nhược điểm là mở chậm nên chỉ sử dụng rộng rãi ở tần số đóng mở thấp (dưới 500Hz).
Transistor MOS thích hợp với dải tần số chuyển mạch cao hơn 100KHz.
Transistor công suất thích hợp với dải tần từ 20->100Khz, có giá thành rẻ hơn, tổn hao ít hơn MOS.
Với hệ thống dùng Transistor thì yêu cầu làm mát không cao bằng Tiristor, nhưng Tiristor lại cho phép dễ bảo vệ chống lại các sự cố hơn Transistor. Vì vậy, ở những môi trường làm việc nặng nề, việc sử dụng Transistor là hạn chế.
*) Phản hồi âm dòng có ngắt:
Biện pháp phân vùng bằng các mạch ngắt dòng thường dùng cho các truyền động điện hay bị quá tải ngẫu nhiên trong thời gian ngắn. Khi bị quá tải hệ vẫn làm việc bình thường nhưng tốc độ phải giảm để tránh va đập trong các cơ cấu truyền lực, tốc độ giảm nhiều hay ít tuỳ từng trường hợp vào mức độ quá tải lớn hay nhỏ. Khâu phản hồi âm dòng có ngắt chỉ có tác dụng bảo vệ động cơ vì vậy mà trong quá trình điều chỉnh tốc độ không bị ảnh hưởng bởi dòng phản hồi này
Khi làm việc bình thường tức là không có hiện tượng quá tải thì dòng điện làm việc I < Ing thì tín hiệu ra –Ui = 0, hệ làm việc với khâu phản hồi âm tốc độ, ứng với đặc tính cơ AB có độ cứng cao (m).
Khi dòng điện phần ứng tăng lên quá dòng điện ngắt I > Ing , điện áp trên Rd.I làm thông van ổn áp Vo, xuất hiện phản hồi dòng điện so sánh với tín hiệu điều khiển:
Ui¬ = Rd(I - Ing)
Uđk = U’¬đk - Rd(I - Ing).
Eb = Kb[U’¬đk - Rd(I - Ing)]
Kđm . = Kb (U’¬đk - Rd Ing) – [R + (1 + ỏKb)Rd]
= 0ng -
trong đó: 0ng = ; ng =
Kb : hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi dòng điện.
Đặc tính cơ khi có phản hồi âm dòng có ngắt là đường nét đứt A’- B – C có tốc độ không tải 0ng rất cao, độ cứng rất nhỏ và mômen ngắt mạch là Md, thực té miền xác định (miền làm việc) của đặc tính này chỉ là đoạn BC, còn đoạn A’B không tồn tại do lúc đó I < Ing. Do các thành phần phản hồi tăng độ cứng (phản hồi âm tốc độ) vẫn tồn tại ngay cả khi I > Ing nên đoạn BC không thể đạt được độ cứng tùy ý.
Ta chọn: Ing = 1,5Iđm = 1,5.24,5 = 36,75 (A)
và chọn giá trị mà tại đó tốc độ bằng 0:
Inm = 2,5.Iđm = 61,25 (A).
Khi dòng điện tăng đến giá trị I = Ing thì khâu phản hồi âm dòng bắt đầu tác động (tại điểm B).
- Ta chọn máy phát tốc có các thông số sau: máy phát tốc kiểu từ vĩnh cửu, dạng ZYS231/110; các số liệu định mức: P = 23,1 W; U = 110V; I = 0,21 A; n = 1900vg/ph (hay 199 rad/s).
Dựa vào số liệu của máy phát tốc:
ta có: Cetg = (Vs/rad).
Giả thiết lấy ỏ2 = 0,2; nếu máy phát tốc lắp trực tiếp vào rôto của động cơ; thì với tốc độ quay cao nhất của động cơ điện 1000vg/ph (hay 105 rad/s), điện áp phản hồi sẽ là:
U = 105 . 0,553 . 0,2 = 11,6 V
- Phương pháp để chọn chiết áp RP2: lúc xét tới điện áp tối đa ở đầu ra hộp giảm tốc, mà dòng điện của nó chiếm khoảng 20% giá trị định mức, thật vậy, lượng sụt áp của rôto sensin gây ảnh hưởng về độ tuyến tính đối với tín hiệu đo kiểm là khá nhỏ, vì vậy:
RP2 = =1383
Công suất tiêu hao trên RP2 là:
Cetg.nđm .20%.Iđmtg = 0,553.105.0,2.0,21 = 2,43 W
Trên thực tế ta chọn RP2 là bộ chiết áp có điều khiển 10W; 1,5k
ỏ = ỏ2.Cetg¬ = 0,2. 0,553 = 0,11
Mà ta có : Un = ỏ . m = 11,6 V m =
LỜI KẾT
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Nguyễn Phương Thảo. Đến nay đề tài của chúng em đã được hoàn thành.
Trong quá trình thực hiện đề tài này do hiểu biết còn hạn chế, đồng thời kinh nghiệm còn chưa vững nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Mong các thầy cô giáo trong khoa và các bạn sinh viên thông cảm và có những đóng góp cho đề tài để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng chúng em xin chân thành Thank sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa, đặc biệt cô giáo hướng dẫn Nguyễn Phương Thảo để đồ án của chúng em hoàn thành đúng thời hạn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Lời nói đầu
Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế đất nước, ngày càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Trong giao thông việc sử dụng đông cơ xăng, điezen ngày càng có xu hướng giảm vì: Tiêu hao nhiều năng lượng, gây ô nhiễm môi trường… Từ đó đòi hỏi sự thay thế các loại động cơ trên bằng động cơ điện là rất cần thiết. Ngày nay với sự bùng nổ tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điều chỉnh tự động đã đáp ứng được những yêu cầu trên. Trước hết là phải kể đến các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gọn nhẹ, độ tác động nhanh. Do đó, người ta đã chế tạo ra bộ điều chỉnh động cơ được dùng trong lĩnh vực giao thông. Đó là thiết bị băm điện áp được sử dụng nhiều trong truyền động đầu máy chạy điện trong giao thông đường sắt, ôtô chạy điện, xe vận chuyển hàng trong nhà máy, trên bến cảng…
Trong nội dung đề tài này chúng em đưa ra bộ băm xung áp một chiều điều khiển động cơ trong ôtô điện. Vì bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều có sơ đồ điều khiển đơn giản tin cậy dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô.
Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng do kiến thức có hạn nên không thể tránh khỏi một số hạn chế nhất định, mong các thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cấu trúc và nội dung chính của đề tài:
Chương1: Phân tích yêu cầu của hệ thống(mô tả khái quát nguyên lý hoạt động của ôtô du lịch 4 chỗ của hãng TOYOTA)
Chương2: Tổng quan về động cơ điện một chiều (đặc tính truyền động và phương pháp điều chỉnh tốc độ)
Chương3: Thiết kế hệ thống......
Chương4: Phân tích và hiệu chỉnh hệ thống......
CHƯƠNG1: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG
1. Vai trò và ứng dụng của động cơ điện trong lĩnh vực giao thông.
Vấn đề ứng dụng của động cơ điện nói chung trong truyền động điện sản xuất cũng như ở đầu máy kéo là được sử dụng rộng rãi. Hiện nay trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, thì động cơ KĐB là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhờ tính kinh tế, dễ chế tạo, chi phí vận hành bảo dưỡng sửa chữa thấp ... Tuy nhiên, trong một số lĩnh vực nhất định đòi hỏi yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, về khả năng quá tải, thì bản thân động cơ KĐB không thể đáp ứng được hay nếu thực hiện được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ...) rất đắt tiền. Vì vậy, động cơ điện một chiều hiện tại vẫn là loại động cơ không thể thay thế được trong những lĩnh vực nói trên.
Ứng dụng phổ biến của động cơ điện một chiều hiện nay trong các ngành sản xuất như hầm mỏ, khai thác quặng, máy xúc và đặc biệt là trong các đầu máy kéo tải ở lĩnh vực giao thông. Đó là nhờ hai đặc điểm quan trọng ưu việt của nó là :
• Khả năng điều chỉnh tốc độ tốt.
• Khả năng quá tải tốt. Đặc biệt ở loại động cơ kích thích nối tiếp và hỗn hợp.
Ngoài hai đặc tính cơ bản trên, thì cầu trúc mạch lực và mạch điều khiển động cơ điện một chiều đơn giản hơn nhiều so với động cơ KĐB, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh rộng.
Thực tế là ở các nước phát triển, việc dùng động cơ điện thay thế cho các loại động cơ điêzen hay xăng là phổ biến. Đó cũng là xu thế chung đối với toàn thế giới trong tương lai. Một mặt là vì có nguồn điện rộng rãi, tiến bộ nhảy vọt về công nghệ bán dẫn cho phép chế tạo được nhiều bộ biến đổi điện năng gọn nhẹ, khả năng giới hạn dòng áp cao và tin cậy hơn. Mặt khác, là động cơ điện không gây ô nhiễm môi trường như các loại động cơ khác, đồng thời cho hiệu suất cao. Đây là một trong những đặc điểm quan trọng đưa đến việc đưa động cơ điện vào giao thông ngày càng rộng rãi hơn.
Do cuộc khủng hoảng dầu mỏ từ đầu thập niên 70 của thế kỷ XX cùng với những vấn đề môi trường ngày càng nghiêm trọng do khí thải xe ô tô, con người đã phát minh ra xe ôtô sử dụng động cơ lai hay còn có tên gọi khác là động cơ Hybrid.
2. Động cơ Hybrid
Trong phạm vi đề tài này của chúng em đi nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển và mạch động lực cho động cơ điện một chiều trong xe hơi Hybrid 4 chỗ của hãng TOYOTA.
Động cơ hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid là dạng ôtô sử dụng động cơ tổ hợp. Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ăcquy. Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nào thì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng bộ và khi nào nạp điện cho ăcquy để sủ dụng về sau. Loại xe này sử dụng hai loại nguồn lực khác nhau là động cơ đốt trong và động cơ điện. Nhờ kết hợp 2 nguồn lực này với nhau mà động cơ Hybrid chẳng những tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường. Hình vẽ bên dưới là sơ đồ mô tả cấu tạo động cơ hybrid của hãng TOYOTA cho loại xe du lịch 4 chỗ. Cấu tạo gồm có:
- Động cơ đốt trong (động cơ xăng) 1.
- Bộ đổi điện 2: Thông thường, năng lượng bị tiêu hao khi xe ô tô giảm tốc hay dừng lại nhưng trên Hybrid, phần năng lượng đó nhờ bộ đổi điện được chuyển thành điện và nạp vào pin. Quá trình này diễn ra tự động và không yêu cầu bất cứ sự can thiệp nào của người lái.
- Động cơ điện 3: Tạo ra năng lượng (động năng) để cho ô tô chuyển động.
- Bộ chuyển đổi 4: Làm nhiệm vụ truyền năng lượng (động năng) do động cơ điện tạo ra ra ngoài hệ thống truyền lực của ô tô.
- Ắc quy (pin): Làm nhiệm vụ tích trữ điện năng và cung cấp điện năng cho động cơ điện làm việc
• Nguyên lý làm việc: Tùy theo cấu tạo của động cơ hybrid mà nguyên lý làm việc cũng như vai trò của động cơ khác nhau. Ta có sự so sánh hai hệ thống sau:
Hệ thống song song (hybrid parallel system)
Trong hệ thống song song, cả động cơ và motor điện cùng truyền lực tới các trục xe, mức độ tuỳ theo các điều kiện khác nhau. Đó được gọi là hệ thống song song vì dòng năng lượng tới các bánh đi song song. Hệ thống này chỉ có một motor điện do vậy không thể cùng lúc vừa vận hành các bánh xe vừa nạp điện vào bình ăcquy. Khi nào motor làm nhiệm vụ một máy phát điện, dòng điện từ ăcquy sẽ thay thế vai trò của motor điện.
Nhận xét: Hệ thống trên có nhược điểm là động cơ điện đóng vai trò vừa là máy phát nạp điện cho ăcquy vừa truyền lực tới trục bánh xe, vì vậy mà motor điện không truyền lực cho bánh xe được liên tục nên động cơ xăng vẫn giữ vai trò chính do đó tiêu tốn nhiều nhiên liệu (hình vẽ).
Từ nhận xét ta thấy hệ thống liên hoàn đã khắc phục được những nhược điểm đó.
Hệ thống liên hoàn(series hybrid system)
Khi động cơ xăng (engine) hoạt động, nó truyền năng lượng cho một máy phát điện. Dòng điện sinh ra chia làm hai phần, một để sạc cho bình ắc quy và một để cung cấp điện cho một động cơ điện một chiều (motor), bộ phận sẽ truyền năng lượng tới các trục xe. Đó được gọi là hệ thống liên hoàn vì năng lượng truyền theo một quá trình liên tục. Một hệ thống Hybrid liên hoàn gồm có hai môto, một chính là môtơ điện và một là máy phát điện có cấu trúc tương tự.
-Trong sơ đồ liên hoàn, động cơ đốt trong (động cơ xăng) kéo máy phát cung cấp điện cho ăcquy và động cơ điện, ở đây không có sự liên hệ cơ khí nào giữa nguồn động lực và bánh xe. Năng lượng được chuyển đổi từ hoá năng của nhiên liệu thành cơ năng là quay rotor của máy phát tạo ra điện và từ điện năng lại chuyển thành cơ năng làm quay bánh xe.
- Trong sơ đồ này động cơ đốt sẽ không khi nào hoạt động ở chế độ không tải nên giảm được ô nhiễm môi trường. Động cơ đốt trong có thể chọn ở chế độ hoạt động tối ưu phù hợp với các loại ôtô, sơ đồ này có thể không cần hộp số.
- Tỷ lệ sử dụng động cơ xăng và môtơ điện trong hệ thống trên là.
vì hệ thống liên hoàn sử dụng động cơ để sinh ra điện cho mô-tơ vận hành bánh xe, chúng có cùng lượng công việc như nhau.
3. Ứng dụng của động cơ điện một chiều trong ôtô điện
Có thể nêu ra đặc điểm quan trọng về truyền động trong xe Hybrid (xe 4 chỗ của TOYOTA) là:
+ Yêu cầu cao trong việc điều chỉnh tốc độ, bao gồm những yêu cầu về dải điều chỉnh rộng, độ trơn điều chỉnh, điều chỉnh êm, khởi động động cơ nhanh.
+ Yêu cầu cao về khả năng quá tải, vì tải kéo của đầu máy là không cố định.
Ngoài ra, truyền động xe hơi 4 chỗ còn đòi hỏi cao về độ an toàn khi vận hành. Muốn vậy việc thiết kế phải đảm bảo đưa ra được một sơ đồ điều khiển đơn giản tin cậy, dễ thao tác trong vận hành điều khiển động cơ ôtô. Vì thực tế trong lĩnh vực giao thông còn đòi hỏi truyền động có đảo chiều, nên việc thiết kế cũng chú trọng đến vấn đề đảo chiều quay động cơ.
*) Những truyền động của động cơ điện một chiều trong xe Hybrid.
- Có khả năng tăng tốc và giảm tốc dễ dàng.
- Nhanh chóng ổn định tốc độ.
- Đảo chiều quay.
- Có phản hồi tốc độ.
Để đưa ra được mạch điều khiển của động cơ điện một chiều. Trước tiên ta đi giới thiệu một vài đặc tính cơ bản của các loại động cơ điện một chiều, rồi từ đó đưa ra quyết định chọn loại động cơ thích hợp cho truyền động trong ôtô Hybrid.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều.
a. Động cơ điện kích thích độc lập hay song song.
Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n)và mômen (M)
Với những điều kiện U=const, It=const thì từ thông của động cơ hầu như không đổi. Vì vậy quan hệ trên là tuyến tính và đường đặc tính cơ của động cơ là đường thẳng.
Do Rư rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức thì tốc độ giảm rất ít cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song rất cứng. Với đặc điểm như vậy, động cơ điện kích thích song song được dùng trong những trường hợp tốc độ hầu như không đổi khi tải thay đổi.
b. Động cơ điện kích thích nối tiếp.
Ở động cơ điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng điện phần ứng : It= Iư=I. Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị:
=K.I
trong đó hệ số tỷ lệ K chỉ là hằng số trong vùng I <0,8Iđm ; còn khi I >(0,8 0,9)Iđm thì hơi giảm xuống do hiện tượng bão hoà mạch từ.
Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng:
M=CM..Iư=CM.
nếu bỏ qua Rư thì: hay: M=
Như vậy khi mạch từ chưa bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng là đường hypebol bậc hai.
Ta thấy, ở động cơ một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh khi M tăng. Và khi mất tải (M=0, I=0) thì n có trị số rất lớn. Vì vậy thường chỉ cho phép động cơ làm việc với tải tối thiều P2=(0,2 0,25)Pđm. Từ dạng đặc tính cơ ta cũng có nhận xét là đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp rất mềm động cơ nối tiếp rất ưu việt trong những nơi cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong một vùng rộng.
c. Động cơ điện kích thích hỗn hợp:
Loại này được chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp và song song. Tác dụng của dây quấn kích thích song song và nối tiếp bù nhau hay ngược nhau. Trên thực tế người ta chỉ sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù vì động cơ ngược không đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định. Động cơ kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai loại kích thich song song và nối tiếp. Khi tải tăng thì từ thông tăng, do đó đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của từ thông không mạnh như ở động cơ kích thích nối tiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp được điều chỉnh như ở trường hợp động cơ kích thích song song; dù rằng về nguyên tắc có thể áp dụng những phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ kích thích nối tiếp.
Từ những tính chất của từng loại động cơ như đã trình bày ở trên, so sánh với đặc tính tải và những yêu cầu của truyền động trong lĩnh vực giao thông ta thấy rằng loại động cơ kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp kiều bù là đáp ứng được những yêu cầu về truyền động. Ta có thể nêu ưu điểm của hai loại động cơ này so với động cơ kích thích độc lập hay song song đứng trên quan điểm xét sự phù hợp với đặc tính tải:
+ Đặc tính cơ mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải. Điều này rất thích hợp trong giao thông có yêu cầu tốc độ thay đổi theo tải.
+ Có khả năng quá tải lớn về mômen và khả năng khởi động tốt hơn. Nhờ vậy cho phép làm việc ở môi trường kéo tải nặng nề.
+ Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng phần ứng Iư nên khả năng chịu tải của động cơ không chịu ảnh hưởng của sụt áp lưới điện nên rất thích hợp cho những truyền động dùng trong ngành giao thông có đường dây cung cấp điện đi kèm theo tải.
Thực tế trong lĩnh vực này động cơ kích thích nối tiếp được sử dụng. Tuy nhiên người ta cũng dùng cả động cơ kích thích hỗn hợp vì nó cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lượng mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu truyền động.
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kéo tải trong giao thông có thể dùng phương pháp điện kết hợp cả phương pháp cơ qua cơ cấu bánh răng để tăng dải điều chỉnh. Điều chỉnh bằng phương pháp điện càng tốt bao nhiêu càng giảm độ phức tạp & cồng kềnh của cơ cấu cơ khí bấy nhiêu.
Thực tế tồn tại hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:
Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ, tức là thay đổi Uư.
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ, tức là thay đổi từ thông .
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi có thể thay đổi được liên tục và giữ được hiệu suất của động cơ là không đổi vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụng lên mạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động cơ. Nhưng do bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức, ứng với kích thích tối đa (=đm=max), nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đảo chiều quay nên phương pháp này không thích hợp trong trường hợp động cơ kéo tải giao thông.
Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp lên trên U¬đm của động cơ. hương pháp này cho phép điều chỉnh triệt để vì có những ưu điểm sau:
+ Hiệu suất điều chỉnh cao.
+ Không có tổn hao trong máy điện khi điều chỉnh.
+Việc thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể là giảm Uư mômen ngắn mạch Mnm giảm, dòng ngắn mạch Inm giảm; điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động cơ.
+ Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau.
+ Điều chỉnh trơn trong toàn bộ giải điều chỉnh.
Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao, và đòi hỏi phải có nguồn điện áp điều chỉnh được.
Từ những phân tích trên ta thấy việc chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là thích hợp cho động cơ kéo tải giao thông. Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ cho phép thấp hơn tốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp với cơ cấu cơ khí như đã đề cập ở trên.
Như vậy vấn đề quan trọng nhất trong khuôn khổ đồ án mà chúng em đưa ra chính là việc thiết kế một bộ điều chỉnh nhằm điều chỉnh động cơ Hybrid trong ôtô điện. Bộ điều chỉnh này chính là thiết bị băm điện áp, bộ băm điện áp này cho phép từ một nguồn điện một chiều Us tạo ra điện áp tải Ud-là điện áp một chiều nhưng có thể điều chỉnh được.
Sự phối kết hợp giưã động cơ Hybrid và động cơ xăng trong việc truyền động trong ôtô chạy điện là cần thiết.Động cơ điện dùng truyền lực trong ôtô có công suất vừa và nhỏ nên bộ băm xung áp là phù hợp.Chương tiếp theo sẽ trình bày về thiết kế hệ thống băm xung áp.
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG.
I. Thiết kế mạch động lực
1. Giới thiệu nguyên lý chung của bộ biến đổi điện áp một chiều.
Như ở trên đã đề cập, phương pháp điều chỉnh điện áp được lựa chọn trong điều chỉnh tốc độ động cơ. Thực tế, để thay đổi điện áp phần ứng động cơ ôtô người ta có thể thay đổi góc mở chậm ỏ nếu dùng bộ biến đổi là hệ thống chỉnh lưu, hay thay đổi tần số băm trong trường hợp bộ biến đổi là bộ băm xung áp một chiều.
Việc sử dụng hệ thống chỉnh lưu thyritor - động cơ chỉ ứng dụng trong trường hợp tải của nó là loại động cơ công suất lớn, sử dụng sơ đồ chỉnh lưu tiristor – động cơ một chiều luôn đi kèm theo việc đưa thêm bộ lọc kồng kềnh nên chỉ khả dụng cho truyền động đầu máy tầu điện kéo tải lớn.
Với loại động cơ công suất nhỏ thì việc dùng bộ băm xung áp một chiều là phù hợp. Vì thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao (theo tính toán là xấp xỉ bằng 1); ít nhạy cảm với nhiệt độ và điều kiện môi trường vì tham số điều khiển là thời gian đóng mở van, đặc biệt là có kích thước nhỏ gọn nên rất phù hợp với ôtô điện.
Sau đây giới thiệu nguyên lý chung của bộ băm xung, đồng thời phân tích khái lược về các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của bộ băm xung - áp cũng như vấn đề lựa chọn thiết bị đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế.
Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tắc tơ tĩnh (K) đóng mở liên tục 1 cách chu kì . Nhờ vậy mà biến đổi được điện áp một chiều không đổi E thành các xung điện áp một chiều Utb có trị số có thể điều chỉnh được. Điện áp Utb này đặt vào phần ứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0
Điện áp trên tải thu được phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K. Trong khi đó, các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện áp một chiều quyết định giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi. Để tránh các sóng không mong muốn và từ đấy tránh được momen đập mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó. Tần số đóng cắt càng nhanh thì càng giảm được kích thước của bộ lọc, nhưng nếu quá lớn sẽ sinh ra nhiễu vô tuyến. Vì vậy, phải cân nhắc để lựa chọn được bộ biến đổi làm việc ở dải tần thích hợp (dưới 1KHz). Thực tế thường dùng tần số băm khoảng 400Hz 600Hz.
Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý được thay bằng khoá điện tử cụ thể là Tiristor hay Transistor (công suất hay MOS).
Dùng Tiristor có ưu điểm là trị số giới hạn cao, làm việc chắc chắn rẻ tiền, tổn hao khi dẫn nhỏ nhưng có nhược điểm là mở chậm nên chỉ sử dụng rộng rãi ở tần số đóng mở thấp (dưới 500Hz).
Transistor MOS thích hợp với dải tần số chuyển mạch cao hơn 100KHz.
Transistor công suất thích hợp với dải tần từ 20->100Khz, có giá thành rẻ hơn, tổn hao ít hơn MOS.
Với hệ thống dùng Transistor thì yêu cầu làm mát không cao bằng Tiristor, nhưng Tiristor lại cho phép dễ bảo vệ chống lại các sự cố hơn Transistor. Vì vậy, ở những môi trường làm việc nặng nề, việc sử dụng Transistor là hạn chế.
*) Phản hồi âm dòng có ngắt:
Biện pháp phân vùng bằng các mạch ngắt dòng thường dùng cho các truyền động điện hay bị quá tải ngẫu nhiên trong thời gian ngắn. Khi bị quá tải hệ vẫn làm việc bình thường nhưng tốc độ phải giảm để tránh va đập trong các cơ cấu truyền lực, tốc độ giảm nhiều hay ít tuỳ từng trường hợp vào mức độ quá tải lớn hay nhỏ. Khâu phản hồi âm dòng có ngắt chỉ có tác dụng bảo vệ động cơ vì vậy mà trong quá trình điều chỉnh tốc độ không bị ảnh hưởng bởi dòng phản hồi này
Khi làm việc bình thường tức là không có hiện tượng quá tải thì dòng điện làm việc I < Ing thì tín hiệu ra –Ui = 0, hệ làm việc với khâu phản hồi âm tốc độ, ứng với đặc tính cơ AB có độ cứng cao (m).
Khi dòng điện phần ứng tăng lên quá dòng điện ngắt I > Ing , điện áp trên Rd.I làm thông van ổn áp Vo, xuất hiện phản hồi dòng điện so sánh với tín hiệu điều khiển:
Ui¬ = Rd(I - Ing)
Uđk = U’¬đk - Rd(I - Ing).
Eb = Kb[U’¬đk - Rd(I - Ing)]
Kđm . = Kb (U’¬đk - Rd Ing) – [R + (1 + ỏKb)Rd]
= 0ng -
trong đó: 0ng = ; ng =
Kb : hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi dòng điện.
Đặc tính cơ khi có phản hồi âm dòng có ngắt là đường nét đứt A’- B – C có tốc độ không tải 0ng rất cao, độ cứng rất nhỏ và mômen ngắt mạch là Md, thực té miền xác định (miền làm việc) của đặc tính này chỉ là đoạn BC, còn đoạn A’B không tồn tại do lúc đó I < Ing. Do các thành phần phản hồi tăng độ cứng (phản hồi âm tốc độ) vẫn tồn tại ngay cả khi I > Ing nên đoạn BC không thể đạt được độ cứng tùy ý.
Ta chọn: Ing = 1,5Iđm = 1,5.24,5 = 36,75 (A)
và chọn giá trị mà tại đó tốc độ bằng 0:
Inm = 2,5.Iđm = 61,25 (A).
Khi dòng điện tăng đến giá trị I = Ing thì khâu phản hồi âm dòng bắt đầu tác động (tại điểm B).
- Ta chọn máy phát tốc có các thông số sau: máy phát tốc kiểu từ vĩnh cửu, dạng ZYS231/110; các số liệu định mức: P = 23,1 W; U = 110V; I = 0,21 A; n = 1900vg/ph (hay 199 rad/s).
Dựa vào số liệu của máy phát tốc:
ta có: Cetg = (Vs/rad).
Giả thiết lấy ỏ2 = 0,2; nếu máy phát tốc lắp trực tiếp vào rôto của động cơ; thì với tốc độ quay cao nhất của động cơ điện 1000vg/ph (hay 105 rad/s), điện áp phản hồi sẽ là:
U = 105 . 0,553 . 0,2 = 11,6 V
- Phương pháp để chọn chiết áp RP2: lúc xét tới điện áp tối đa ở đầu ra hộp giảm tốc, mà dòng điện của nó chiếm khoảng 20% giá trị định mức, thật vậy, lượng sụt áp của rôto sensin gây ảnh hưởng về độ tuyến tính đối với tín hiệu đo kiểm là khá nhỏ, vì vậy:
RP2 = =1383
Công suất tiêu hao trên RP2 là:
Cetg.nđm .20%.Iđmtg = 0,553.105.0,2.0,21 = 2,43 W
Trên thực tế ta chọn RP2 là bộ chiết áp có điều khiển 10W; 1,5k
ỏ = ỏ2.Cetg¬ = 0,2. 0,553 = 0,11
Mà ta có : Un = ỏ . m = 11,6 V m =
LỜI KẾT
Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Nguyễn Phương Thảo. Đến nay đề tài của chúng em đã được hoàn thành.
Trong quá trình thực hiện đề tài này do hiểu biết còn hạn chế, đồng thời kinh nghiệm còn chưa vững nên đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Mong các thầy cô giáo trong khoa và các bạn sinh viên thông cảm và có những đóng góp cho đề tài để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng chúng em xin chân thành Thank sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa, đặc biệt cô giáo hướng dẫn Nguyễn Phương Thảo để đồ án của chúng em hoàn thành đúng thời hạn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: