bam xung dc 1c_tdh4k50
DESCRIPTION
DC chopperTRANSCRIPT
Đồ án môn họcĐiện tử công suất
Nội dung :
Thiết kế bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều với các thông số
sau:
+ P = 1 kW.
+ U = 48 VDC.
+ n = 1000 v/ph.
Giáo viên hướng dẫn: T.S Dương Văn Nghi.
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Tuấn Nghĩa.
Trần Bình Dương.
Nguyễn Công Chiến.
Nguyễn Hữu Nam.
1
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
trong tất cả các lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống con người. Đặc biệt trong
lĩnh vực điều chỉnh tự động sử dụng van bán dẫn.
Trong các lĩnh vực điều chỉnh tự động nói chung cũng như trong lĩnh vực
giao thông nói riêng việc đòi hỏi cần có các bộ điều chỉnh nhằm tiết kiệm năng
lượng ngày càng được đòi hỏi và thay thế .
Bên cạnh đó trong lĩnh vực giao thông việc sử dụng các động cơ
xăng,diezen ngày càng có xu hướng giảm vì các nhược điểm như: Tiêu hao
nhiều năng lượng, ô nhiễm môi trường ... Đồng thời với các thành tựu của khoa
học kỹ thuật thì việc chế tạo các động cơ điện ngày càng được hoàn thiện . Song
song với sự phát triển đó là sự đòi hỏi phải có bộ điều khiển các loại động cơ đó
với chất lượng tốt nhất, thoả mãn các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật nhằm sử
dụng và thay thế các động cơ cũ.
Bộ băm xung áp một chiều sử dụng van bán dẫn trong tương lai đáp ứng
được nhu cầu cần thiết về bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều.
Nội dung của đồ án:
+ Chương I: Khái quát công nghệ.
+ Chương II: Giới thiệu một số mạch băm xung áp ứng dụng trong
điều khiển động cơ một chiều.
+ Chương III: Thiết kế mạch lực.
+ Chương IV: Thiết kế mạch điều khiển.
2
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 đóng góp ý kiến
để đồ án được hoàn thiện hơn.
Để hoàn thành đồ án này chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn
tận tình của thầy DƯƠNG VĂN NGHI .
Nhóm sinh viên thực hiện.
3
CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ
1. Vai trò & 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 hoặc 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
nghành 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 hoặc 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
4
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 & 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. Trong thực tế, ở các nước phát triển
như Mỹ, Đức, Pháp, TQ.. . đa số hệ thống đường sắt dùng động cơ điện kéo đầu
máy đều được cung cấp bằng điện áp một chiều qua đường dây trên không hoặc
đường ray thứ ba.
Đối với hệ thống đường sắt trong thành phố có đặc điểm là khoảng cách
ngắn, mật độ giao thông cao thì việc dùng trực tiếp hệ thống đường dây một
chiều là thích hợp. Nhưng đối với trường hợp khoảng cách xa hơn, như giữa các
thành phố với nhau, thì việc dụng hệ thống một chiều là không kinh tế. Trong
trường hợp này người ta lấy tư lưới điện xoay chiều một pha có tần số 50Hz
60Hz và có điện áp khoảng 25kV sau đó qua hạ áp cấp vào bộ chỉnh lưu được
nguồn một chiều. Thông thường cấp điện áp của hệ thống tầu kéo đường sắt
trong thành phố dùng điện một chiều từ 600 700V (với TH đường ray thứ ba)
hoặc 1500V (với TH đường dây trên không). Trong cả hai trường hợp trên thì
người ta tạo dòng một chiều bằng cách chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều với hệ
số đập mạch là 12 để có chất lượng cao.
Đối với ôtô điện người ta cũng lấy từ đường dây trên không nếu công suất
động cơ truyền tải lớn. Hiện nay, trong một số loại động cơ kéo tải giao thông có
công suất nhỏ, thì người ta dùng nguồn ac-quy kèm theo bộ biến đổi gọn nhẹ
thuận tiện cho tính linh hoạt trong vận tải. Nhưng nhược điểm rất rõ của loại
dùng nguồn ac-quy là chỉ chạy được quãng đường ngắn, điều này gây bất tiện
cho ngưới sử dụng. Vì vậy loại này chỉ khả dụng trong trường hợp công nghệ
chế tạo ac-quy tiến bộ hơn nữa và thực tế loại dùng nguồn truyền tải hiện nay
vẫn là chủ yếu trong truyền động giao thông.
5
Trong khuôn khổ đồ án này với đề tài thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều trong ôtô, nên để làm rõ tính quan trọng của động cơ một chiều
trong lĩnh vực này trước hết ta phân tích rõ đặc thù của truyền động trong lĩnh
vực giao thông.
2. Phân tích đặc thù về truyền động trong giao thông.
Có thể nêu ra đặc điểm quan trọng về truyền động trong lĩnh vực giao
thông 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 phải 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 trong giao thông 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 ô - tô. 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.
Thực chất của việc điều khiển ô-tô cũng như đầu máy kéo là việc điều
khiển động cơ kéo tải. Vì vậy, 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 lĩnh vực đang đề cập tới.
3. Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều.
a. Động cơ điện kích thích độc lập hoặc song song.
Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n)và mômen (M)
6
0
M
Mđm
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=
7
*
M*
Mđm
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 hoặc 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.
8
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 hoặc 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 nghành 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.
4. 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:
9
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 & 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 & 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. Phương 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.
10
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.
5. 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 ô-tô
người ta có thể thay đổi góc mở chậm nếu dùng bộ biến đổi là hệ thống chỉnh
lưu, hoặc 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 tiristor - 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
kiển là thời gian đóng mở; đặc biệt là có kích thước nhỏ gọn (tính cả lọc), 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.
11
Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tác 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 U tb 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<Utb<E.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì E<Utb<0.
Trong sơ đồ trên L,C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp tải
thực tế là không đổi ,mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất lượng điều
chỉnh .
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.
12
TảiChỉnh lưu không điều khiển
L2
K
DC1 C2
Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều
Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý được thay bằng khoá điện tử cụ thể
là Tiristor hoặc Transistor(Công suất hoặc 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.
Việc sử dụng loại linh kiện nào dùng trong bộ biến đổi trong thực tế là
dựa vào khả năng kinh tế kỹ thuật và trong nhiều trường hợp thì việc lựa chọn
không rõ ràng .
Ngoài sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật là tần số đóng cắt, giới hạn
về các linh kiện thì chất lượng điều chỉnh tốc độ ôtô còn phụ thuộc vào cả cơ
cấu điều chỉnh là kín hay hở. Dùng sơ đồ điều chỉnh kín (có vòng phản hồi) sẽ
tăng thêm tính ổn định tốc độ với một tần số đóng cắt nhất định, nâng cao được
chất lượng điều chỉnh.
Trên đây giới thiệu những nét khái quát nhất về công nghệ. Việc thiết kế
chi tiết xin dành cho các mục dưới đây.
13
CHƯƠNG II
BỘ BĂM XUNG ÁP MỘT CHIỀU
Như đã giới thiệu ở chương trước, bộ băm xung áp một chiều có nhiều ưu
điểm trong truyền động giao thông. Bộ băm xung áp biến đổi được điện áp một
chiều từ 0 đến giá trị điện áp nguồn US một cách trơn liên tục. Phần trên cũng đã
đề cập tới nguyên lý chung của bộ biến điện áp một chiều, ở chương này ta đi
chi tiết giới thiệu tổng quan nguyên lý điều chỉnh, các phương pháp điều chỉnh
và một số sơ đồ băm xung áp thực tế.
I. Nguyên lý
Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức khác
nhau.
Ura là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t1 và độ nghỉ t2. Điện áp ra
bằng giá trị trung bình của điện áp xung. Nguyên lý cơ bản của các bộ biến đổi
này là điều khiền các phần tử công suất bằng phương pháp xung. Để có hiệu
suất lớn thì điện áp sụt trên các phần tử công suất ở trạng thái mở phải nhỏ, dòng
qua nó ở trạng thái mở rất nhỏ.
14
BBĐ một
chiềuUS Ura
Ura
tt1 t2
T
II. Phương pháp điều chỉnh điện áp ra
Có hai phương pháp:
Thay đổi độ rộng xung (t1).
Thay đổi tần số xung (T hoặc f).
1. Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T Giá trị
trung bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:
trong đó đặt: là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng (0 <
1).
2. Phương pháp thay đổi tần số xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t1=const. Khi đó:
Vậy Ura=US khi và Ura=0 khi f=0.
Ngoài ra có thể phối hợp cả hai phương pháp trên. Thực tế phương pháp biến
đổi độ rộng xung được dùng phổ biến hơn vì đơn giản hơn, không cần thiết bị
biến tần đi kèm.
15
III. Các dạng cơ bản
Dựa vào cách mắc khoá xung, các bộ lọc và nguồn cung cấp mà có các
dạng sơ đồ sau:
1. Biến đổi hạ áp:
Sơ đồ nguyên lý như sau:
Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K ( thực tế là Tiristor hoặc Tranzitor).
Đặc điểm của sơ đồ này là khoá K, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có
tính chất cảm kháng hoặc dung kháng. Bộ lọc L & C. Đi-ôt mắc ngược với Ura
để thoát dòng tải khi khoá K ngắt.
+ K đóng US được đặt vào đầu của bộ lọc. Lý tưởng thì U tải = US (nếu bỏ
qua sụt áp trên các van trong bộ biến đổi).
+ K mở hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng Itải do năng
lượng tích luỹ trong cuộn L và Ltải, dòng chạy qua D, do đó Ura=Utải’ =0.
Như vậy, Utải tb US. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.
Đặc tính truyền đạt:
16
L1
D1
US
Ur
a
Clọ
c
Tải
2. Biến đổi tăng áp:
Sơ đồ như sau:
Đặc điểm: L1 nối tiếp với tải, Khoá K mắc song song với tải. Cuộn cảm L1
không tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.
+ K đóng, dòng điện từ +US qua L1 K -US. Khi đó D tắt vì trên tụ có
UC (đã được tích điện trước đó).
+ K ngắt, dòng điện chạy từ +US qua L1 D Tải. Vì từ thông trong L1
không giảm tức thời về không do đó trong L1 xuất hiện suất điện động tự cảm
eL , có cùng cực tính US. Do đó tổng điện áp: U=US+eL làm D thông
Utải=US+eL. Vậy ta có bộ biến đổi tăng áp.
Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn US ở chế độ liên
tục và năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn.
Đặc tính truyền đạt:
3. Biến đổi đảo cực:
Sơ đồ mắc như sau:
17
L1 D1
US
Ur
a
Clọ
c
TảiK
L1 chỉ đóng vai trò tích luỹ năng lượng.
C đóng vai trò lọc.
+ K đóng, trên L1 có US, dòng chạy từ +US K L1 -US. Năng lượng
tích luỹ trong cuộn cảm L1; đi-ôt D tắt; Utải=UC, tụ C phóng điện qua tải.
+ K ngắt, cuộn cảm L1 sinh ra sức điện động ngược chiều với trường hợp
đóng D thông năng lượng từ trường nạp và C, tụ C tích điện; U tải sẽ
ngược chiều với US.
Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với US. Giá trị tuyệt đối |Utải| có thể lớn
hơn hay nhỏ hơn US.
4. Biến đổi công suất lớn theo nguyên lý nhiều nhịp:
Đặc điểm: Mắc song song n bộ biến đổi riêng làm việc cùng một tải và
nguồn US.
Để giảm độ gợn sóng của Itải và Utải , các khoá K1, K2, K3, làm việc lệch
pha nhau một góc 2/n. Khi đó mỗi bộ biến đổi chịu dòng điện I tải/n ; tần số
làm việc f=f/n.
Có thể làm việc ở hai chế độ : lần lượt và đồng thời.
Nhận xét: Các bộ biến đổi (3 & 4) có ưu điểm ở chỗ là cho phép nhận
được điện áp ra tải Utải cao hơn điện áp nguồn cung cấp US, song chúng chỉ
thích hợp với dải công suất nhỏ nên ít thông dụng.
18
L1
D1
US
Ur
a
Clọ
c
Tải
K
IV. Một số sơ đồ băm xung áp
Thực tế có rất nhiều sơ đồ băm xung áp một chiều với nhiều đặc điểm
khác nhau tuỳ mục đích sử dụng, song chúng đều làm việc dựa trên những
nguyên lý của các dạng cơ bản như đã giới thiệu ở mục trên.
Dưới đây xin giới thiệu hai sơ đồ băm xung áp:
Một loại cho phép tái sinh năng lượng và cho dòng tải liên tục.
Một loại cho phép đảo chiều dòng tải, thực hiện được hãm tái sinh
năng lượng và có thể áp dụng được nhiều chế độ điều khiển khác
nhau.
1. Sơ đồ băm xung áp loại B.
Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp loại này như sau:
Giải thích:
+ S1, S2 là loại điều khiển hoàn toàn.
+ Tải của bộ băm xung áp là động cơ kích từ nối tiếp có thể thay thế bằng
R-L-E; trong đó E là sức phản điện động của động cơ.
+ D1là Diod hoàn năng lượng ;D2 là diod có tác dụng trả năng lượng tái
sinh cho nguồn.
19
L1
R
E
D2
D1
S1
S2
id
ud
USC
1.1. Hoạt động của sơ đồ :
Để chiều dòng điện tải như hình vẽ ta cho S1 hoạt động như một khoá
đóng cắt ;còn S2 không làm việc .Khi S1 mở dòng điện từ nguồn chảy qua S1
qua tải và trở về âm nguồn .Khi S1 khoá dòng tảI được khép mạch qua điod
D1 đảm bảo dòng tảI là liên tục ngay cả khi S1 khoá .
Để đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ (dòng id) ta cho S2 và D2 vào
vận hành còn S1 ngắt. Khi đó ,do quán tính động cơ vẫn quay theo chiều cũ
mặc dù bị ngắt ra khỏi nguồn E > 0. Lúc này mạch tải chỉ có nguồn duy
nhất E khép mạch qua S2 xuất hiện dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu
.Công suất điện từ của động cơ là:Pđt= Id.E > 0.
Công suất lúc này được tích luỹ trong cuộn cảm L. Khi S2 ngắt, trên điện
cảm L sinh ra sức điện động tự cảm (UL) cùng chiều với E.Tổng hai sức điện
động này lớn hơn điện áp nguồn US làm D2 dẫn ngược dòng về nguồn và trả
lại phần năng lượng đã tích luỹ trong cuộn cảm L. Để đảm bảo S2 dẫn dòng
điện ngược ngay khi dòng thuận qua D1 tắt ta phát xung vào mở S2 đồng thời
với việc phát xung khoá S1.Sau đây là biểu đồ dạng sóng mô tả hoạt động của
sơ đồ:
20
Từ biểu đồ dạng sóng ta có nhận xét :
+ Dòng qua phần ứng động cơ là liên tục nếu ta đảm bảo S2 dẫn trước
hoặc ngay sau khi dòng qua D1 tắt.
iđk1
iđk2
ud
id
US
iD1
iD2
iS
Ud
Id
Biểu đồ dạng sóng dòng, áp
21
+ Dòng điện qua phần ứng động cơ có phần âm nên giá trị trung bình của
nó có thể nhỏ bất kỳ ,thậm chí bằng 0 hoặc âm .Điều này có thể điều khiển
được bằng cách thay đổi thời gian dẫn của S1 và S2.
Nhận xét:
Ưu điểm của sơ đồ này là:
+ Dòng qua tải luôn là liên tục,do đó tạo điều kiện tốt cho động cơ hoạt
động êm.
+ Có thể thực hiện được quá trình tái sinh năng lượng.
1.2. Các biểu thức có liên quan:
Vì tải là động cơ điện một chiều nên ta có thể thay thế bằng tải R-L-E,
trong đó:
E: Sức phản điện động của động cơ
R: Điện trở dây quấn của động cơ
L: Điện cảm dây quấn của động cơ
a. Xác định Imax và Imin :
Khi H đóng mạch (tương đương với việc mở S1) ta có :
; với
Sử dụng phương pháp biến đổi Laplace ta được:
22
Khi mới bắt đầu cho bộ biến đổi làm việc thì Id=0. Nhưng sau một vài
chu kỳ, dòng Id sẽ biến động và xác lập giữa hai giá trị Imax và Imin ( Do D1 &
D2 dẫn khi S1 khoá).
Do đó Id(0)=Imin . Thay vào phương trình trên ta được:
Tra bảng gốc ảnh ta tìm được:
Khi mạch hở ( tương đương với việc khoá S1 mở S2).
Ta có phương trình trong giai đoạn D1 dẫn :
(Vì tần số đóng cắt cao nên coi như E không đổi trong suốt quá trình
hoạt động của bộ băm xung )
Tương tự như vậy ta tìm được nghiệm
Vận dụng các sơ kiện :
t=T Id=Imax
t=T Imin=Id
23
Trong đó:
b. Xác định điện áp trung bình trên tải :
Từ biểu đồ dạng sóng của điện áp đặt trên tải, ta có:
c. Giá trị trung bình của dòng tải :
Từ phương trình của mạch tải ta có:
d. Độ nhấp nhô của dòng điện tải :
Ta có:
(Khi lấy giá trị xấp xỉ như trên ta coi R=0)
24
Từ biểu thức vừa tính được ta thấy rằng :Khi T=const thì độ nhấp nhô
Id là hàm của tỷ số chu kỳ .Từ đó ta có ;
Cho
Do đó Idmax=
Vậy muốn cho dòng điện tải ít nhấp nhô,cần tăng tần số băm f hoặc tăng
điện cảm L(bằng cách nối thêm 1 điện cảm nối tiếp với phần ứng động cơ).
e. Giá trị trung bình dòng qua van:
Ta có :
f. Giá trị trung bình qua diod :
2. Sơ đồ băm xung áp có đảo chiều (loại B kép).
Sơ đồ nguyên lý của sơ đồ:
25
L1
R E
id
D1
D4
S1
S4 ud
US
C
D2
D3
S2
S3
S1,S2,S3,S4:Là các van điều khiển hoàn toàn
Truyền động trong giao thông cũng đòi hỏi phải đổi chiều quay. Sơ đồ
trên cho phép điều chỉnh tốc độ quay và đảo chiều quay một cách linh hoạt ,đặc
tính làm việc của động cơ có thể ở cả 4 góc phần tư.
Sơ đồ có thể có nhiều chế độ điều khiển,dưới đây ta sẽ giới thiệu hai chế
độ điều khiển thường gặp.
2.1. Điều khiển đối xứng :
1. Hoạt động:
Trong chế độ điều khiển đối xứng thì cả 4 van S1S4 đều hoạt động. Giả
thiết S2 và S4 đang dẫn dòng tải chảy qua (theo chiều từ B A).
- Tại thời điểm t=0 đưa xung mở S1 và S3. Vì trước thời đIểm phát xung
một khoảnh khắc thì iS2=IS4>>0 nên đến =0, muốn khoá S2 & S4 ta cần khoá
cưỡng bức bằng cách phát xung âm vào cực điều khiển .Khi đã khoá S2 &
S4 ,dòng tải id = Imin không thể đảo chiều ngay lập tức do tải điện cảm .Nó tiếp
tục duy trì theo chiều cũ theo mạch D1 – E – D3 tải –D1 và suy giảm dần . Khi
đó D1 & D3 dẫn dòng .
- Đến t=t1 : Khi dòng qua D1 và D3 suy giảm về 0 thì S1 và S3 sẽ dẫn nếu
vẫn còn tiếp tục duy trì xung điều khiển .Dòng tải đổi chiều và tăng trưởng dần
theo chiều từ A B.
- Đến t=t2 ta lại cho mở S2 & S4 đồng thời khoá S1 và S3.Dòng tải lại tiếp
tục duy trì theo chiều cũ vì D2 và D4 đang dẫn, S2 và S4 sẽ dẫn dòng khi nó bắt
đầu bằng 0 và đổi chiều
Diễn biến hoạt động của sơ đồ được mô tả theo biểu đồ dạng sóng như
sau:
26
2. Tính các biểu thức có liên quan:
a. Tìm biểu thức của dòng tải :
Khi (D1, D3) & (S1, S3) dẫn :
27
US
iđk1
iđk2
ud
-US
uS1, iS1
iS
uD1, iD1
Biểu đồ dạng sóng dòng, áp trên các phần tử
Trong giai đoạn này điện áp trên tảI là UT=US ,do đó phương trình mạch
tảI sẽ là:
Giải tương tự như ở sơ đồ 1 ( băm loại A) ta có:
Khi (D2, D4) và ( S2, S4) dẫn thì : Ud = - US ,do đó phương trình mạch
tải sẽ là:
Vậy
Ta cũng tìm được:
Với (Tỷ số chu kỳ )
Từ biểu đồ dạng sóng của dòng /áp tải ta có:
28
b. Giá trị trung bình của điện áp trên tải:
Vậy nếu ta thay đổi được ta sẽ điều chỉnh được Ud .
Cụ thể :
=0,5 Ud=0Động cơ được đặt điện áp
>0,5 Ud>0Động cơ quay thuận.
<0,5 Ud<0Động cơ quay ngược.
c. Giá trị trung bình của dòng qua diod D1 và D3 :
d. Giá trị trung bình dòng qua van :
e. Giá trị trung bình dòng tải :
f. Độ đập mạch dòng tải:
29
Vậy :
2.2. Điều khiển không đối xứng :
Trong chế độ điều khiển không đối xứng ta cho bộ biến đổi làm việc như
sau :
+ Muốn động cơ quay thuận :Cho S1 , S4 đóng mở luân phiên 1 cách
chu kỳ ; còn S3 luôn dẫn dòng tải ; S2 cho nghỉ làm việc . Khi đó ta có
mạch tương tương như sau :
Mạch trên giống như mạch đã phân tích ở sơ đồ 1 . Hoạt động giống như
đã phân tích ở sơ đồ 1 .Theo trên điện áp trung bình trên tải là: Ud=US , do
0<<1 nên động cơ quay theo chiều thuận .
+ Khi muốn đảo chiều quay ,cho động cơ quay theo chiều ngược lạI .Ta
cho S1 nghỉ làm việc hoàn toàn ;đồng thời cho S2 và S3 đóng mở luân phiên nhau
;còn S4 cho dẫn hoàn toàn Khi đó ta có sơ đồ lúc làm việc như sau :
30
L1
R Eid
D1
D4
S1
S4 ud
US
C
D2
D3
S2
S3
L1
R E
id
D1
D4
S1
S4 ud
US
C
D2
D3
S2
S3
Trong trường hợp này ,giá trị trung bình điện áp đặt lên tải là Ud=-US <0
Động cơ quay ngược.
Nhận xét:
So với phương pháp điều khiển đối xứng thì phương pháp điều khiển
không đối xứng có những ưu điểm sau:
+ Điện áp ra tải chỉ có 1 dấu ở chiều xác định.
+ Cho phép giảm độ đập mạch dòng điện 2 lần so với phương pháp điều
khiển đối xứng.
+ Mặt khác nó cũng cho phép làm việc ở các chế độ sau:
US> E Động cơ nhận năng lượng .
US < E Động cơ phát năng lượng.
-US < 0 Động cơ bị đảo chiều quay.
Nhưng phương pháp này có nhược điểm là mạch điều khiển phức tạp
hơn. Trong quá trình quay theo một chiều xác định nào đó 1 van luôn ở trạng
thái dẫn bão hoà Gây ra tổn hao dẫn lớn (nếu là Transistor) .
Ở trên, chỉ nêu nguyên lý hoạt động của các sơ đồ băm xung với việc chỉ
coi các van là các khoá đóng cắt đơn thuần. Trong thực tế, để phù hợp với yêu
cầu công nghệ ta sử dụng Transistor vì những ưu điểm sau:
+ Có thể sử dụng với tần số đóng cắt cao.
+ Điều khiển được hoàn toàn, không cần thêm các mạch phụ trợ cho việc
khoá cưỡng bức như ở thyristor.
+ Thích hợp với công suất nhỏ...
Sơ đồ mạch lực khi dùng transistor như sau:31
CHƯƠNG IIITHIẾT KẾ MẠCH LỰC
I. Chọn van mạch lực.
Chọn động cơ: Pđm=1kW; Uđm=48V; Rw= 0,2; Lw= 0,1mH;
=83%.
Với tần số làm việc thông thường là f=400Hz T=2.5 ms. Từ các thông số
trên ta tính được:
Ewđm= Udm- Rw.Iđm=48 - 0,2 24,5 = 43V.
Việc chọn van bán dẫn mạch lực được chọn theo các thông số cơ bản của
van. Hai thông số cơ bản để chọn van là:
32
T4
T1
+V
D3
D4
D2
D1
T3
T2
C
+ Giá trị dòng trung bình lớn nhất của van (Itb max); đây là giá trị dòng lớn
nhất mà van có thể chịu được ứng với chế độ làm mát tốt nhất cho van (chế độ
lý tưởng). Trong thực tế, không đạt được điều kiện làm mát lý tưởng nên việc sử
dụng van không được quá giá trị này.
+ Giá trị biên độ điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên van (Ungược max );
nếu vượt quá giá trị này thì van bị chọc thủng.
Như đã đề cập ở phần trước, ta dùng các van bán dẫn là các tranzito công
suất; tức là các van điều kiển hoàn toàn. Xuất phát từ đặc điểm công nghệ, ta
chọn điều kiện làm mát là làm mát cưỡng bức bằng quạt gió, với các cơ cấu:
Van + cánh tản nhiệt chuẩn + tốc độ gió (12 m/s). Vì vậy:
Itb van thực= (0,4 0,5) Itb van max.
Chọn tranzito công suất (T1 T4).
Từ biểu thức dòng trung bình qua van xác định ở trên, ta có:
Itb Van = IT = .Id Itb van max thực = Id max =
Từ biểu đồ dạng sóng điện áp đặt trên van, ta thấy điện áp ngược lớn nhất
đặt lên van là US; tức là :
Ung van max = US = 48V.
Từ kết quả hai thông số tính toán được ở trên ta chọn loại tranzito công suất
loại BUT 90 có các thông số sau:
Mã
hiệu
UCE ,V UCE0 ,
V
UCE..sat ,
V
IC,
A
IB , A toff, s ton,
s
ts, s Pm,
W
BUT 90 200 125 1,2 50 7 0,4 1,2 1.5 250
33
Chọn các đi-ot (D1 D4).
Biểu thức dòng trung bình qua các đi-ốt là: ID = Id.(1-) ID max thực = Id max =
25A. Cũng từ đồ thị dạng sóng của diode ta thấy rằng điện áp ngược lớn nhất đặt
lên các diode là: 48V.
Vậy ta chọn loại BYT30 do hãng Thomson chế tạo có các thông số:
Mã hiệu Itb , A Umax , V
BYT 30 30 200 1000
II. Thiết kế mạch trợ giúp.
Thực tế là tổn hao chuyển mạch của tranzitor công suất lớn hơn rất nhiều
so với trường hợp nó làm việc với tải xác định. Mặt khác, so với tiristor khả
năng chịu quá tải của tranzitor kém hơn. Trong trường hợp cụ thể là tranzitor
phải làm việc như một khoá điện tử đóng cắt mạch điện với tần số đóng cắt lớn,
thì tổn thất năng lượng khi chuyển trạng thái là đáng kể, vì năng lượng tổn thất tỉ
lệ với tần số hoạt động của Tranzitor. Vì vậy, để giảm nhỏ tổn thất khi chuyển
mạch và tránh cho tranzitor làm việc quá nặng nề thì người ta sử dụng thêm các
mạch ”trợ giúp”.
Các phần tử chủ yếu của mạch trợ giúp là L2 và C2 . Chức năng của L2 là
hạn chế sự tăng của ic trong quá trình tranzitor đóng mạch, còn tụ điện C2 có tác
dụng làm chậm sự tăng của VCC trong quá trình tranzitor cắt mạch.
Sơ đồ mạch trợ giúp như sau:
34
R11k
D2DIODE
D1DIODE
R21k
L11uH
Q1NPN
C11uF
Tải cảm
Khi biểu diễn mạch lực trên sơ đồ nguyên lý ta không đưa thêm các mạch
trợ giúp vào nhằm đơn giản hoá mạch nhưng thực tế mỗi tranzitor sử dụng đều
thiết kế mạch trợ giúp đi kèm.
CHƯƠNG IV
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I,Các khối cơ bản của mạch điều khiển
1. Mạch tạo dao động:
35
+12V
1 Gnd2Trg3 Out4Rst 5Ctl
6Thr7Dis8Vcc
555
+
CT.067uF
+
C1.01uF
RA52k
RB0.4k
R12k
Bộ tạo dao động Timer555
Để tạo được xung vuông với tần sỗ 400Hz ta sử dụng vi mạch tạo dao động
Timer555 với các thông số cho như trên:
Sơ đồ thay thế của vi mạch như sau:
:Trạng thái (mức logic)dầu ra tại thời điểm t,là
đầu ra đảo của FF trong vi mạch
Nguyên lý hoạt động:
Khi =1 thì Transistor dẫn bão hoà ,tụ dẫn điện
qua Transistor nên điện áp trên tụ Uc giảm
Khi tụ Uc giảm tới Uc= thì =0.
Khi Uc tăng tới Uc=
thì =1 Transistor lại dẫn bão hoà.
Khoảng thời gian t1 phụ thuộc
vào nạp,với nạp=(R1+R2)C
Khoảng thời gian t2 phụ thuộc
vào phóng ,với phóng=R2C
Qua tính toán ta được
t1=(R1+R2)Cln2
t2= R2Cln2
Chọn C=0,067F;R2=0,4k R1=52k;ta sẽ được tần số dao động của
Timer là f=400Hz
2. Mạch tạo xung răng cưa:
Ta sử dụng mạch như sau:
36
Vcc
R1
R2
C
Q
6,2
U
t1 t2
T
t
t
Biểu đồ dạng sóng của Timer555 ở chế độ đa hài
phiếm định
Bộ tạo xung răng cưa
ZY18
+V15V
PNP1k
0.6k
C20.8uF
Q1MSD601-ST1
T1
T2
Với các thông số được chọn như sau:
Transistor: Chọn loại NPN:MSD601_ST1
Diod Zener DZ: Chọn loại ZY18; Zener Silic ; Uz=18V;P=2W
Trong sơ đồ này thì T1 ,Dz R tạo ra nguồn dòng và nguồn dòng này được
nạp cho tụ C
I=
Trong đó:
Uz:Điện áp ổn định của Diod Zener Dz.
:Hệ số khuyếch đại của Transistor T1.
Nguyên lý hoạt động:
-Khi T2 bị khoá (Không có điện áp đặt vào cực gốc):Tụ C được nạp điện
Uc=
điện áp đồng bộ răng cưa tuyến tính với thời gian
37
-Khi T2 thông (Có điện áp đặt vào cực gốc):Lúc này tụ C phóng điện qua
T2 nên Uc nhanh chóng giảm về 0 (Coi R0)
3. Khâu khuyếch đại :
Sử dụng khuyếch thuật toán không đảo TL084 với sơ đồ như sau:
Với khuyếch thuật toán trên ta dễ dàng tính được hệ số khuyếch đại của
mạch
K=
Thay đổi các thông số R1 và R2 của mạch ta sẽ có tương ứng với 1 điện áp
đầu vào sẽ có một điện áp đầu ra có độ lớn gấp K (tuỳ ý)lần điện áp đầu vào .
4. Khâu so sánh :
Ta sử dụng vi mạch LMC6762A/NS với sơ đồ như sau:
38+V-10V
+V10V
Rvar
+V-15V
+V15V
LMC6762A/NSUrcUra
+V15V
+ TL084
+V-15V
R1
R2
Uvào Ura
Bộ khuếch đại
Mạch so sánh là mạch báo hiệu sự bằng nhau giữa điện áp cần so sánh Uv
và điện áp chuẩn Uref .
Đầu ra của mạch so sánh là mức logic cao hoặc thấp (điện áp ra dạng xung
vuông có độ lớn phụ thuộc vào điện áp bão hoà của vi mạch so sánh và có độ
rỗng xung phụ thuộc vào điện áp chuẩn),
Nguyên lý hoạt động:
-Khi Uv>Uref thì Ur=Ubh Vcc
-Khi Uv<Uref thì Ur=-Ubh -Vcc
5. Mạch phản hồi dương dòng điện và phản hồi âm tốc độ :
39
Uv
+-
+Vcc
-Vcc
UrUref
+Ubh
Uv
Ur+Ubh
-Ubh
Ure
f
-Để phản hồi dương dòng điện: Ta dùng Sensor dòng S1 để nhận biết dòng
điện phần ứng của động cơ ,sau đó cho qua bộ khuyếch đại với hệ số K .Mạch sẽ
phản hồi dương dòng điện về bộ điều chỉnh dòng điện R(I).
- Để phản hồi âm tốc độ: Ta sử dụng máy phát tốc nối cùng trục với trục
động cơ ,điện áp đầu ra của máy phát tốc tỷ lệ với tốc độ theo biểu thức
sau:U=. và được phản hồi trở lại vào bộ điều chỉnh tốc độ.
+ Khi dùng mạch phản hồi âm tốc độ để giảm sai số tốc độ ,tức là làm tăng
độ cứng của đặc tính cơ như vậy sẽ làm tăng giá trị của dòng điện ngắn mạch và
momen ngắn mạch , gây nguy hiểm cho động cơ khi bị quá tải và gây hỏng hóc
cho các bộ phận truyển lực .
+ Để giải quyết mâu thuẫn giữa yêu cầu về ổn định tốc độ và yêu cầu về
hạn chế dòng điện người ta thường dùng phương pháp phân vùng tác
dụng .Trong vùng biến thiên cho phép của mômen và dòng điện phần ứng đặc
tính cơ cần có độ cứng thích hợp để đảm bảo sai số là nhỏ.
+ Khi dòng điện và momen quá phạm vi cho phép này thì ta phải giảm
mạnh độ cứng cơ của đặc tính cơ để hạn chế dòng điện .
+ Mặt khác ,trong quá trình khởi động ,hãm ,điều chỉnh tốc độ động cơ
thường có yêu cầu giữ cho gia tốc không đổi để đạt được tối ưu về thời gian quá
độ cần có đoạn đặc tính cơ có độ cứng bằng không.
+ Như vậy các mạch vòng điều chỉnh được nối theo cấp độc lập với
nhau ,việc phân vùng tác dụng giữa ổn định tốc độ và hạn chế dòng điện .
+ Điện áp đầu ra của bộ R() là điện áp đặt dòng điện phần ứng Ui đặt .
+ Bộ điều chỉnh dòng R(I) có nhiệm vụ duy trì dòng phần ứng luôn bằng
giá trị Ui đặt.
6. Một số mạch phụ trợ khác:
40
a. Mạch lặp : Sử dụng khuyếch thuật toán không đảo TL084 với sơ đồ như
sau:
Có chức năng cách ly về điện đối với Transistor nhằm bảo vệ Transistor.
b. Vi mạch NAND: Sử dụng vi mạch 4093 họ CMOS.
Đây là mạch Và đảo ,đầu ra của mạch có mức logic cao nếu mọi đầu vào
của mạch đều có mức logic cao
c. Trigơ loại JK:
Có 2 đầu vào, 2 đầu ra .
Như vậy ta có sơ đồ cấu trúc của mạch điều khiển ở trang bên:
41
+V15V
+TL084
+V-15V
R10.5k
Mạch lặp
SJCPK
RQ_Q
Trigơ JK
E id
D1
D4
T1
T4ud
US
C
D2
D3
T2
T3
S
RC
S
D Đ
K
&
T1
T4
T2
T3
&
R() R(I)
SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN
D
T
N
SJCPK R
Q_Q T3
T4
NPN
NPN
1RTr
2RTr
1RTr
2RTr
+ VCC
(-)
(+)
FT
42
II. Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
- Sensor dòng S2 được gắn để đo dòng của máy phát tốc cho ta tín hiệu
dòng điện tỷ lệ với tốc độ động cơ ,khi động cơ có tốc độ nhỏ thì S2 có tín hiệu
ra là tín hiệu D .
- Ban đầu khi mở máy ,người vận hành đặt tốc độ cho động cơ là Uđ, sau
đó ấn nút mở máy T, khi đó đầu vào J=1 nên đầu ra thuận T=1 làm cho Rơle
trung gian 1RTr tác động-> tiếp điểm thường mở 1RTr đóng vào làm cho điện
ápđiều khiển Uđk được đưa vào bộ so sánh là 15V .Lúc đó khi U=15V thì T1
thông ,T4 khoá và khi U=-15V thì T1 khoá T4 thông ,như vậy T3 luôn thông T1
và T4 thay nhau thông nên động cơ được đặt điện áp thuận và quay thuận .
- Khi muốn điều chỉnh tốc độ động cơ ,người vận hành thay đổi lại Uđ
bằng cách điều chỉnh lại giá trị của Uđk tức là làm thay đổi nên U=
thay đổi theo, điều chỉnh trơn được thì ta sẽ có một dải tốc độ trơn.
- Khi muốn động cơ quay ngược (đảo chiều chuyển động): Lúc này người
vận hành ấn nút mở máy ngược N,tuy nhiên vì tốc độ của động cơ đang lớn nên
Sensor dòng S2 chưa có giá trị tín hiệu điện áp D nên đầu vào R không có tín
hiệu .Khi đó người vận hành cần phải giảm tốc độ của động cơ (Chúng ta có thể
kết hợp với hệ thống phanh cơ khí) ,khi tốc độ của động cơ giảm đến một
ngưỡng nào đó thì chúng ta sẽ có được tín hiệu D,lúc này ta mới có thể ấn nút N
để nhận được tín hiệu K=1 đặt vào Flip-flop làm N=1,T=0,bộ so sánh thuận
được tách ra đồng thời bộ so sánh ngược được đưa vào ,lúc này T2 và T3 thay
nhau dẫn còn T4 luôn thông .
- Khi tốc độ động cơ giảm dần ,động cơ được hãm ngược. Khi tốc độ của
động cơ giảm tới giá trị không thì động cơ được khởi động ngược và bắt đầu
quay ngược.
43