I. Tổng quan về động cơ một chiều
Chương này trình bày cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều, bao gồm phần cảm (stator) và phần ứng (rotor). Phần cảm gồm lõi thép và cực từ chính, trong khi phần ứng bao gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, và cổ góp. Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều dựa trên việc tạo mômen quay từ lực tác dụng lên các thanh dẫn trong từ trường. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ bao gồm điều chỉnh điện áp phần ứng và điều chỉnh từ thông kích từ. Điều chỉnh điện áp phần ứng là phương pháp phổ biến do tính hiệu quả và dễ thực hiện.
1.1. Cấu tạo và đặc tính cơ
Động cơ một chiều gồm hai phần chính: phần cảm (stator) và phần ứng (rotor). Phần cảm bao gồm lõi thép và cực từ chính, trong khi phần ứng gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, và cổ góp. Cấu tạo này cho phép động cơ hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp. Đặc tính cơ của động cơ một chiều được xác định bởi mối quan hệ giữa tốc độ và mômen, phụ thuộc vào điện áp phần ứng và từ thông kích từ.
1.2. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều dựa trên việc tạo mômen quay từ lực tác dụng lên các thanh dẫn trong từ trường. Khi điện áp một chiều được đặt vào dây quấn phần ứng, dòng điện chạy qua các thanh dẫn tạo ra lực tác dụng làm quay rotor. Cổ góp đảm bảo chiều quay không đổi bằng cách đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng.
II. Tổng quan về bộ biến đổi xung áp
Chương này giới thiệu về bộ biến đổi xung áp, một thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ một chiều. Bộ biến đổi xung áp được phân loại thành bộ giảm áp, bộ tăng áp, và bộ tăng-giảm áp. Mỗi loại có nguyên lý hoạt động và ứng dụng riêng. Bộ băm xung một chiều có đảo chiều được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền động tự động, cho phép điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải. Việc lựa chọn van bán dẫn như IGBT được ưu tiên do khả năng đóng cắt nhanh và hiệu suất cao.
2.1. Cấu trúc và phân loại
Bộ biến đổi xung áp được phân loại thành bộ giảm áp, bộ tăng áp, và bộ tăng-giảm áp. Bộ giảm áp có đặc điểm là điện áp đầu ra luôn nhỏ hơn điện áp đầu vào, trong khi bộ tăng áp có thể tạo ra điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào. Bộ tăng-giảm áp cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra cả hai chiều, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi linh hoạt.
2.2. Bộ băm xung một chiều có đảo chiều
Bộ băm xung một chiều có đảo chiều sử dụng van bán dẫn IGBT để điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải. Các đi-ôt trong mạch giúp trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá trình hãm tái sinh. Phương pháp điều khiển đối xứng được ưu tiên để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.
III. Thiết kế mạch điều khiển
Chương này tập trung vào thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống điều khiển động cơ một chiều. Sơ đồ mạch động lực đơn giản bao gồm các khâu tạo điện áp tam giác, điện áp điều khiển, và khâu so sánh tạo xung điều khiển van. Yêu cầu chung của mạch điều khiển là đảm bảo độ chính xác và độ ổn định trong quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ. Khâu đảo chiều động cơ sử dụng công tắc hai vị trí để thực hiện đảo chiều quay một cách linh hoạt.
3.1. Sơ đồ mạch động lực
Sơ đồ mạch động lực bao gồm các khâu tạo điện áp tam giác, điện áp điều khiển, và khâu so sánh tạo xung điều khiển van. Các khâu này hoạt động phối hợp để điều chỉnh điện áp và tốc độ động cơ một cách chính xác. Khâu tạo điện áp tam giác đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tín hiệu điều khiển PWM.
3.2. Khâu đảo chiều động cơ
Khâu đảo chiều động cơ sử dụng công tắc hai vị trí để thực hiện đảo chiều quay động cơ. Nguyên tắc đảo chiều dựa trên việc thay đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng. Phương pháp này đảm bảo tính linh hoạt và hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp.
IV. Mô phỏng mạch điều khiển
Chương này trình bày quá trình mô phỏng mạch điều khiển trên phần mềm MatLab. Mô hình động cơ một chiều được xây dựng để kiểm tra hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Cấu trúc mạch vòng dòng điện và bộ điều chỉnh tốc độ được tổng hợp để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định trong các điều kiện tải khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống đáp ứng tốt các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ.
4.1. Mô hình động cơ trên MatLab
Mô hình động cơ một chiều được xây dựng trên MatLab để mô phỏng các đặc tính cơ và điện của động cơ. Mô hình này giúp kiểm tra hiệu suất và độ ổn định của hệ thống trong các điều kiện tải khác nhau. Cấu trúc mạch vòng dòng điện được thiết kế để đảm bảo dòng điện ổn định trong quá trình điều chỉnh tốc độ.
4.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ
Bộ điều chỉnh tốc độ được tổng hợp dựa trên các thông số của động cơ và yêu cầu điều chỉnh. Cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ bao gồm các khâu PID để đảm bảo độ chính xác và độ ổn định. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống đáp ứng tốt các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ.
