Hoan Thien Dtcs Dong Co

Môc lôc §Ò bµi Lêi nãi ®Çu Ch¬ng I Giíi thiÖu vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu I.1 §Æt vÊn ®Ò I.2 Tæng quan vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. I.2.1 Giíi thiÖu mét sè lo¹i ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu I.2.2 §éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp I.3 C¸c vÊn ®Ò kh¸c khi ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. I.3.1 C¸c gãc phÇn t lµm viÖc I.3.2 C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña §C§ 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp I.3.3 VÊn dÒ phô t¶i Ch¬ng M¹ch b¨m xung II II.1 Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC)

1 2 4

16

II.1.1 Ph¬ng ph¸p thay ®æi ®é réng xung II.1.2 Ph¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè xung II.1.3 Nhận xÐt II.2 C¸c sơ đồ băm xung II.2.1 Sơ đồ giảm ¸p (Step-down (Buck)) II.2.2 BiÕn ®æi t¨ng ¸p (step-up (boost)) II.2.3 Sơ đồ băm đảo cưc (Step-down/up (buckboost)) II.2.4 Bộ đảo dßng

Ch¬ng III

II.2.5 Bộ đảo ¸p II.2.6 Bộ Chopper lớp E 1. Sơ đồ nguyªn lý 2. C¸c phương ph¸p điều khiển II.3 Kết luận II.3.1 Chọn mạch lực II.3.2 Chọn phương ph¸p điều khiển II.3.3 Chọn van b¸n dẫn ThiÕt kÕ m¹ch lùc III.1. TÝnh to¸n chọn van III.1.1 Chọn Diode công suất III.1.2 Chọn c¸c van b¸n dẫn

39

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i Ch¬ng IV Ch¬ng V

GVHD:Ph¹m

ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn IV.1. Yªu cÇu chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn IV.2. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn IV.5 ThiÕt kÕ nguån m¹ch ®iÒu khiÓn M« pháng trªn m¸y tÝnh

41

73

§Ò bµi ThiÕt kÕ bé b¨m xung mét chiÒu cã ®¶o chiÒu ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp víi c¸c th«ng sè sau: Ph¬ng ¸n 2

§iÖn ¸pxoay chiÒu (V) 220

Sinh viªn thùc hiÖn:

Dßng ®iÖn ®Þnh møc (A) 8

Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é 15:1

NguyÔn Xu©n Quang

Nhãm ®å ¸n §TCS 8 – Líp T§H2 K47

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

2

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Lêi nãi ®Çu Ứng dụng Điện tử công suất trong truyền động điện – điều khiển tốc độ động cơ điện là lĩnh vực quan trọng và ngày càng phát triển. Các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển đi kèm. Do đó khi thực hiện đồ án chúng em đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới nhất, những công nghệ mới trong lĩnh vực điều khiển các phần tử bán dẫn công suất. Với yêu cầu thiết kế mạch băm xung một chiều để điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập có yêu cầu đảo chiều quay theo nguyên tắc đối xứng , chúng em đã cố gắng tìm hiểu kĩ về các phương án công nghệ sao cho bản thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế . Với hy vọng đồ án điện tử công suất này là một bản thiết kế kĩ thuật có thể áp dụng được trong thực tế nên chúng em đã cố gắng mô tả cụ thể, tỉ mỉ và tính toán cụ thể các thông số của các sơ đồ mạch. Mặc dù chúng em đã rất nỗ lực và cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi và quyết tâm cao nhất tuy nhiên đây là lần đầu tiên chúng em làm đồ án, và đặc biệt do trình độ hiểu biết của chúng em còn nhiều hạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em mong nhận được sự phê bình góp ý của các thầy để giúp chúng em hiểu rõ hơn các vấn đề trong đồ án cũng như những ứng dụng thực tế của nó để bản đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn .Và chúng em hi vọng trong một tương lai không xa, chúng em có thể áp dụng những kiến thức và hiểu biết thu được từ chính đồ án đầu tiên trong cuộc đời sinh viên của chúng em vào thực tế cũng như sẽ phát triển hơn nó trong các đồ án sau này. Trong quá trình làm đồ án chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo rất tận tình của thầy giáo PHẠM QUỐC HẢI . Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy và hi vọng thầy sẽ giúp đỡ chúng em nhiều hơn nữa trong việc học tập của chúng em sau này. Nhóm sinh viên thực hiện.

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

3

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Ch¬ng I Giíi thiÖu vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu I.1 §Æt vÊn ®Ò Cïng víi sù ph¸t triÓn ngµy cµng m¹nh mÏ cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp c¶ vÒ chiÒu réng lÉn chiÒu s©u,®iÖn vµ c¸c m¸y ®iÖn ®ãng mét vai trß rÊt quan träng , kh«ng thÓ thiÕu ®îc trong phÇn lín c¸c ngµnh c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng sinh ho¹t cña con ngêi. Nã lu«n ®i tríc mét bíc lµm tiÒn ®Ò nhng còng lµ mòi nhän quyÕt ®Þnh sù thµnh c«ng cña c¶ mét hÖ thèng s¶n xuÊt c«ng nghiÖp. Kh«ng mét quèc gia nµo, mét nÒn s¶n xuÊt nµo kh«ng sö dông ®iÖn vµ m¸y ®iÖn. Do tÝnh u viÖt cña hÖ thèng ®iÖn xoay chiÒu: dÔ s¶n xuÊt, dÔ truyÒn t¶i..., c¶ m¸y ph¸t vµ ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu ®Òu cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n vµ c«ng suÊt lín, dÔ vËn hµnh... mµ m¸y ®iÖn (®éng c¬ ®iÖn) xoay chiÒu ngµy cµng ®îc sö dông réng r·i vµ phæ biÕn. Tuy nhiªn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vÉn gi÷ mét vÞ trÝ nhÊt ®Þnh nh trong c«ng nghiÖp giao th«ng vËn t¶i, vµ nãi chung ë c¸c thiÕt bÞ cÇn ®iÒu khiÓn tèc ®é quay liªn tôc trong ph¹m vi réng (nh trong m¸y c¸n thÐp, m¸y c«ng cô lín, ®Çu m¸y ®iÖn...). MÆc dï so víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®Ó chÕ t¹o ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cïng cì th× gi¸ thµnh ®¾t h¬n do sö dông nhiÒu kim lo¹i mµu h¬n, chÕ t¹o b¶o qu¶n cæ gãp phøc t¹p h¬n ... nhng do nh÷ng u ®iÓm cña nã mµ m¸y ®iÖn mét chiÒu vÉn kh«ng thÓ thiÕu trong nÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i. ¦u ®iÓm cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµ cã thÓ dïng lµm ®éng c¬ ®iÖn hay m¸y ph¸t ®iÖn trong nh÷ng ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¸c nhau. Song u ®iÓm lín nhÊt cña ®éng c¬ ®iÖn mét Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

4

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

chiÒu lµ ®iÒu chØnh tèc ®é vµ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i. NÕu nh b¶n th©n ®éng c¬ kh«ng ®ång bé kh«ng thÓ ®¸p øng ®îc hoÆc nÕu ®¸p øng ®îc th× ph¶i chi phÝ c¸c thiÕt bÞ biÕn ®æi ®i kÌm (nh bé biÕn tÇn....) rÊt ®¾t tiÒn th× ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kh«ng nh÷ng cã thÓ ®iÒu chØnh réng vµ chÝnh x¸c mµ cÊu tróc m¹ch lùc, m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n ®ång thêi l¹i ®¹t chÊt lîng cao. Ngµy nay hiÖu suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu c«ng suÊt nhá kho¶ng 75% ÷ 85%, ë ®éng c¬ ®iÖn c«ng suÊt trung b×nh vµ lín kho¶ng 85% ÷ 94% .C«ng suÊt lín nhÊt cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµo kho¶ng 100000kw ®iÖn ¸p vµo kho¶ng vµi tr¨m cho ®Õn 1000v. Híng ph¸t triÓn lµ c¶i tiÕn tÝnh n©ng vËt liÖu, n©ng cao chØ tiªu kinh tÕ cña ®éng c¬ vµ chÕ t¹o nh÷ng m¸y c«ng suÊt lín h¬n ®ã lµ c¶ mét vÊn ®Ò réng lín vµ phøc t¹p v× vËy víi vèn kiÕn thøc cßn h¹n hÑp cña m×nh trong ph¹m vi ®Ò tµi nµy em kh«ng thÓ ®Ò cËp nhiÒu vÊn ®Ò lín mµ chØ ®Ò cËp tíi vÊn ®Ò thiÕt kÕ bé b¨m xung mét chiÒu ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é cã ®¶o chiÒu cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp theo nguyªn t¾c ®èi xøng . §©y lµ mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p ®îc dïng phæ biÕn nhÊt hiÖn nay ®Ó ®iÒu chØnh ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp víi yªu cÇu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ theo ph¬ng ph¸p ®èi xøng .§©y lµ mét ph¬ng ph¸p mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao vµ ®îc sö dông réng r·i bëi nh÷ng tÝnh n¨ng vµ ®Æc ®iÓm næi bËt cña nã mµ chóng em sÏ ph©n tÝch vµ ®Ò cËp sau nµy. I.2 Tæng quan vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. I.2.1) Giíi thiÖu mét sè lo¹i ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Khi xem xÐt ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu còng nh m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu ngêi ta ph©n lo¹i theo c¸ch kÝch thÝch tõ c¸c ®éng c¬. Theo ®ã øng víi mçi c¸ch ta cã c¸c lo¹i ®éng c¬ ®iÖn lo¹i: - KÝch thÝch ®éc lËp: khi nguån mét chiÒu cã c«ng suÊt ko ®ñ lín, m¹ch ®iÖn phÇn øng vµ m¹ch kÝch tõ m¾c vµo hai nguån mét chiÒu ®éc lËp nhau nªn :I = I. - KÝch thÝch song song: khi nguån mét chiÒu cã c«ng suÊt v« cïng lín vµ ®iÖn ¸p ko ®æi, m¹ch kÝch tõ ®îc m¾c song song víi m¹ch phÇn øng nªn I = Iu +It

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

5

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

- KÝch thÝch nèi tiÕp: cuén kÝch tõ m¾c nèi tiÕp víi cuén d©y phÇn øng cuén kÝch tõ cã tiÕt diÖn lín, ®iÖn trë nhá, sè vßng Ýt, chÕ t¹o dÔ dµng nªn ta cã I = I =It. - KÝch thÝch hçn hîp ta cã: I = Iu +It Víi mçi lo¹i ®éng c¬ trªn th× sÏ t¬ng øng víi c¸c ®Æc tÝnh, ®Æc ®iÓm kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ øng dông lµ t¬ng ®èi kh¸c nhau phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè.Trong ®Ò tµi nµy ta chØ xÐt ®ªn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp vµ biÖn ph¸p h÷u hiÖu nhÊt ®Ó ®iÒu khiÓn lo¹i ®éng c¬ nµy. I.2.2 §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp +Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: lµ ph¬ng tr×nh biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a tèc ®é (n) vµ m«men (M) cña ®éng c¬ cã d¹ng chung Ru + R f U ω= u − .M KΦ ( KΦ) 2 Th«ng qua ph¬ng tr×nh nµy, ta cã thÓ thÊy ®îc sù phô thuéc cña tèc ®é ®éng c¬ vµo m«men ®éng c¬ vµ c¸c th«ng sè kh¸c (m«men, tõ th«ng...), tõ ®ã ®a ra ph¬ng ¸n ®Ó ®iÒu chØnh ®éng c¬ (tèc ®é) víi ph¬ng ¸n tèi u nhÊt. Víi nh÷ng ®iÒu kiÖn U = const, It = const th× tõ th«ng cña ®éng c¬ hÇu nh kh«ng ®æi, v× vËy quan hÖ trªn lµ tuyÕn tÝnh vµ ®êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ lµ ®êng th¼ng. Thêng d¹ng cña ®Æc tÝnh lµ ®êng th¼ng mµ giao ®iÓm víi trôc tung øng víi m«men ng¾n m¹ch cßn giao ®iÓm víi trôc tung øng víi tèc ®é kh«ng t¶i cña ®éng c¬ Ngêi ta ®a thªm ®¹i lîng β =

∆M ®Ó ®¸nh gi¸ ®é cøng. §Æc tÝnh ∆ω

cµng dèc cµng cøng ( β cµng lín) tøc lµ m«men biÕn ®æi nhiÒu nhng tèc ®é biÕn ®æi Ýt vµ ngîc l¹i. §Æc tÝnh cµng Ýt dèc cµng mÒm tøc lµ m«men biÕn ®æi Ýt nhng tèc ®é biÕn ®æi nhiÒu thay ®æi. ω ω o

ω t

0 Mt Xu©n Quang Mnm Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn

M

6

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

§Ó hiÓu ®îc nguyªn lý vµ lùa chän ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèi u, tríc hÕt ta ®i xÐt ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ ®iÖn. §ã lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay víi m«men (hoÆc dßng ®iÖn) cña ®éng c¬. +§Æc tÝnh c¬ tù nhiªn cña ®éng c¬: nÕu ®éng c¬ vËn hµnh ë chÕ ®é ®Þnh møc (®iÖn ¸p, tÇn sè, tõ th«ng ®Þnh møc vµ kh«ng nèi thªm c¸c ®iÖn kh¸ng, ®iÖn trë vµo ®éng c¬). Trªn ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn ta cã c¸c ®iÓm lµm viÖc ®Þnh møc cã gi¸ trÞ M®m, ω®m. +§Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o cña ®éng c¬ lµ ®Æc tÝnh khi ta thay ®æi c¸c tham sè nguån ho¹c nèi thªm c¸c ®IÖn trë, ®iÖn kh¸ng. §Ó so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh c¬ víi nhau, ngêi ta ®a ra kh¸i niÖm ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬: β=∆Μ/∆ω (tèc ®é biÕn thiªn m«men so víi vËn tèc). a) §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp S¬ ®å kÝch tõ ®éc lËp ®îc thÓ hiÖn nh díi ®©y:

Khi nguån mét chiÒu cã c«ng suÊt kh«ng ®ñ lín th× m¹ch ®iÖn phÇn øng vµ m¹ch kÝch tõ m¾c vµo hai nguån mét chiÒu ®éc lËp víi nhau: gäi lµ ®éng c¬ ®iÖn kÝch tõ ®éc lËp. Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ xuÊt ph¸t: U u = Eu + ( Ru + R f ) I u +U: ®iÖn ¸p phÇn øng. +E: søc ®iÖn ®éng phÇn øng. +R: ®iÖn trë m¹ch phÇn øng : R=r +rcf +rb +rct Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

7

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

+r: ®iÖn trë cuén d©y phÇn øng. +rcf: ®iÖn trë cuén cùc tõ phô. +ri: ®iÖn trë cuén bï. +rct: ®iÖn trë tiÕp xóc cña chæi ®iÖn. +Rf: ®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng. +I: dßng ®iÖn m¹ch phÇn øng. +E ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau: pN Eu = ⋅ Φ⋅ω 2πa + p: sè ®«i cùc tõ chÝnh. + N: sè thanh dÉn t¸c dông cña cuén d©y phÇn øng. + A: sè ®«i m¹ch nh¸nh song song cña cuén d©y phÇn øng. + Φ : tõ th«ng kÝch tõ díi mét cùc tõ. +ω: tèc ®é gãc. pN K= 2π a Trong ®ã K lµ hÖ sè cÊu t¹o cña ®éng c¬. E u = K e Φn

ω = 2πn / 60 = n / 9,55

V× vËy

Eu = Ke =

pN Φn 60a

K = 0,105K 9,55

Suy ra

U u Ru + R f − Iu KΦ KΦ BiÓu thøc (*) lµ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña ®éng Φ=

c¬. MÆt kh¸c m«men ®iÖn M dt = K .Φ.I u

tõ cña ®éng c¬ ®îc x¸c ®Þnh

Suy ra I u = M dt / KΦ Thay vµo (*) ta ®îc Ru + R f U ω= u − M dt KΦ ( KΦ ) 2 Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

8

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

NÕu bá qua c¸c tæn thÊt c¬ vµ thÐp th× m«men c¬ trªn trôc ®éng c¬ b»ng m«men ®iÖn tõ b»ng M. Ta cã Ru + R f U ω= u − M KΦ ( KΦ ) 2 §©y lµ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. §å thÞ h×nh vÏ: ω ω o

ω t

0 Mt Mnm NhËn xÐt : + I=0 hoÆc M=O ta cã Uu ω= = ω0 Ru + R f §©y lµ tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng cña ®éng c¬

M

U

+ω = 0 th× I u = R + R : Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch. u f M = K .Φ.I nm = M nm : M«men ng¾n m¹ch. ω=

Uu RI − = ω 0 − ∆ω KΦ KΦ

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

9

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

ω=

GVHD:Ph¹m

U u Ru + R f − M = ω 0 − ∆ω KΦ ( KΦ ) 2

R = Ru + R f

ω0 =

Uu KΦ

R R Iu = M KΦ ( KΦ) 2 Tõ ®ã cã thÓ tèc ®é ®«ng c¬ ®iÖn mét chiÒu phô thuéc vµo c¸c ®¹i lîng lµ: U, R, I. Nh vËy th«ng qua c¸c ®¹i lîng biÕn thiªn nµy mµ ta cã thÓ ®iÒu khiÓn ®îc tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. ∆ω =

b) C¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµ mét trong c¸c néi dung chÝnh cña truyÒn ®éng ®iÖn nh»m ®¸p øng c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ nµo ®ã cña c¸c m¸y s¶n xuÊt.§iÒu chØnh tèc ®é lµ dïng ph¬ng ph¸p thuÇn tuý ®iÖn t¸c ®éng lªn b¶n th©n hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®Ó thay ®æi tèc ®é quay cña ®éng c¬ ®iÖn. Tèc ®é quay cña ®éng c¬ ®iÖn thêng bÞ thay ®æi do sù biÕn thiªn cña t¶i ,cña nguån hay chÕ ®é lµm viÖc nh më m¸y ,h·m m¸y ...vµ do ®ã g©y ra c¸c sai sè so víi tèc ®é ,kÜ thuËt mong muèn ....Trong c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn thêng c¨n cø vµo mét sè chØ tiªu kinh tÕ ,kÜ thuËt c¬ b¶n ,c¸c chØ tiªu nµy ®îc tÝnh khi thiÕt kÕ vµ ®iÒu chØnh ®éng c¬ ®iÖn Trong thùc tÕ cã 3 ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu + §iÒu chØnh ®iÖn ¸p cho phÇn øng ®éng c¬. + §iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi tõ th«ng phÇn øng hay thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng cÊp cho m¹ch kÝch tõ. + §iÒu chØnh b»ng thay ®æi ®iÖn trë phô trªn m¹ch phÇn øng. b.1) Nguyªn lý ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ChØ ¸p dông ®îc víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch ®éc lËp hoÆc song lµm viÖc ë chÕ ®é kÝch thÝch ®éc l©p. Lo¹i nµy cÇn cã thiÕt bÞ nguån nh: m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, c¸c bé chØnh lu ®iÒu khiÓn cã chøc n¨ng biÕn n¨ng lîng Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

10

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu cã s®® Eb ®iÒu chØnh nhê tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k.

Ta cã ph¬ng tr×nh E b − E u = I u ( Rb + Rud )

ω=

Eb R + Rud − b Rud K dm I u KΦdm KΦKm

ω = ω0 (U dk ) −

M

β

V× tõ th«ng cña ®éng c¬ ®îc gi÷ kh«ng ®æi nªn ®Æc tÝnh c¬ còng kh«ng ®æi. Tèc ®é kh«ng t¶i lÝ tëng tuú thuéc gi¸ trÞ U®k cña hÖ thèng. §å thÞ tuyÕn tÝnh do ®ã míi nãi ph¬ng ph¸p nµy lµ triÖt ®Ó. §Ó x¸c ®Þnh d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é. Chó ý: + Ph¬ng ph¸p nµy cã tõ th«ng kh«ng ®æi nªn ®Æc tÝnh c¬ cã ®é cøng kh«ng ®æi + Tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng tuú thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p U®k cña hÖ thèng do ®ã cã thÓ nãi ph¬ng ph¸p nµy ®iÒu khiÓn lµ triÖt ®Ó. + Gi¶i ®iÒu chØnh tèc ®é cña hÖ tthèng bÞ chÆn bëi ®Æc tÝnh c¬ b¶n lµ ®Æc tÝnh øng víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc vµ tõ th«ng ®Þnh møc. Tèc ®é nhá nhÊt cña d¶i ®iÒu khiÓn bÞ giíi h¹n bëi yªu cÇu vÒ sai sè tèc ®é vµ m« men khëi ®éng. +Víi mét c¬ cÊu m¸y cô thÓ cã ω 0 max , K M , M dm x¸c ®Þnh v× vËy ph¹m vi ®iÒu chØnh D phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo gi¸ trÞ ®é cøng

M dm β M − dm β

ω max = ω 0 max − ω min = ω 0 min

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

11

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

M nm min = M c max = K M M dm

§Ó tho¶ m·n kh¶ n¨ng qu¸ t¶i th× ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh ph¶i cã m«n men ng¾n m¹ch lµ M nm min = M c max = K M .M dm (KM: lµ hÕ sè m«men qu¸ t¶i). Hä ®Æc tÝnh c¬ lµ c¸c ®êng th¼ng song song nªn ta cã 1 M ω min = ( M nm min − M dm ) = dm ( K M − 1) β β ω 0 max β M −1 ω 0 max − dm M dm β D= = ( K M − 1) M dm / β KM −1 Víi ω 0 max , K M , M dm x¸c ®Þnh ë mçi m¸y. D phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo β. Khi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu b»ng c¸c thiÕt bÞ nguån ®iÒu chØnh th× ®iÖn trë m¹ch phÇn øng gÊp kho¶ng 2 lÇn ®iÖn trë phÇn øng ®éng c¬ do ®ã cã thÓ tÝnh s¬ bé ®îc: ω 0 max β / M dm ≤ 10 . Do ®ã ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é kh«ng vît qu¸ 10, VËy víi yªu cÇu cña ®Ó bµi ta sÏ ®iÒu chØnh d¶i ®iÖn ¸p ra trong d¶i ®iÒu chØnh ®· cho. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng ph¬ng ph¸p nµy rÊt thÝch hîp trong nh÷ng trêng hîp Mt=const trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. b.2) §iÒu chØnh tõ th«ng ®éng c¬ §iÒu chØnh tõ th«ng kÝch thÝch ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu chÝnh lµ ®iÒu khiÓn m«men ®iÖn tõ cña ®éng c¬ ®iÖn M = K .Φ.I u . Do m¹ch kÝch tõ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµ phi tuyÕn v× vËy hÖ ®iÒu chØnh tõ th«ng còng lµ phi tuyÕn.

Tõ s¬ ®å trªn ta ®îc Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

12

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i iu =

GVHD:Ph¹m

ek dΦ + ωk rb + rk dt

rk: ®iÖn trë d©y quÊn phÇn øng. rb : ®iÖn trë nguån ®IÖn ¸p kÝch thÝch. ω k : sè vßng d©y cuén kÝch tõ. Thêng khi ®iÒu chØnh tõ th«ng th× ®iÖn ¸p phÇn øng b»ng U®m do ®ã c¸c ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt trong vïng ®iÒu khiÓn lµ tõ th«ng chÝnh lµ ®Æc tÝnh cã ®iÖn ¸p phÇn øng ®Þnh møc, tõ th«ng ®Þnh møc vµ gäi lµ ®Æc tÝnh c¬ b¶n (®«i khi lµ ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn). Tèc ®é lín nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh tõ th«ng bÞ h¹n chÕ bëi kh¶ n¨ng chuyÓn m¹ch cña cæ gãp ®iÖn. Khi gi¶m tõ th«ng dÉn ®Õn t¨ng vËn tèc gãc th× ®iÒu kiÖn chuyÓn m¹ch cña cæ gãp bÞ xÊu ®i mÆt kh¸c vÉn ph¶i b¶o ®¶m I cho phÐp. KÕt qu¶ lµ m«men cho phÐp trong ®éng c¬ gi¶m rÊt nhanh kÓ c¶ khi gi÷ nguyªn I th× momen c¬ còng gi¶m ®i rÊt nhanh. b.3) Thay ®æi ®iÖn trë phô Rf Tõ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh (*) Φ=

U u Ru + R f − Iu KΦ KΦ (*)

Thùc tÕ ngµy nay ngêi ta kh«ng dïng ph¬ng ph¸p nµy . V× ph¬ng ph¸p nµy chØ cho phÐp ®iÒu chØnh tèc ®é quay trong vïng díi tèc ®é ®Þnh møc, vµ lu«n kÌm theo tæn hao n¨ng lîng trªn ®iÖn trë phô, lµm gi¶m hiÖu suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn. V× vËy ph¬ng ph¸p nµy chØ ¸p dông ë ®éng c¬ ®iÖn cã c«ng suÊt nhá vµ thùc tÕ thêng dïng ë ®éng c¬ ®iÖn trong cÇn trôc. c) KÕt luËn Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi tõ th«ng cã nhiÒu h¹n chÕ so víi ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ph¬ng ph¸p thay ®æi tõ th«ng bÞ h¹n chÕ bëi c¸c ®iÒu kiÖn c¬ khÝ: ®ã chÝnh lµ ®iÒu kiÖn chuyÓn m¹ch cña cæ gãp ®iÖn. Cô thÓ ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng cã c¸c u ®iÓm h¬n nh sau 1 - HiÖu suÊt ®iÒu chØnh cao (ph¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn lµ tuyÕn tÝnh, triÖt ®Ó) h¬n khi ta ding ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng nªn tæn hao c«ng suÊt ®iªï khiÓn nhá. Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

13

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

2 - ViÖc thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng cô thÓ lµ lµm gi¶m U dÉn ®Õn m«men ng¾n m¹ch gi¶m, dßng ng¸n m¹ch gi¶m. §iÒu nµy rÊt cã ý nghÜa trong lóc khëi ®éng ®éng c¬. 3 - §é sôt tèc tuyÖt ®èi trªn toµn d¶i ®iÒu chØnh øng víi mét m«men ®iÒu chØnh x¸c ®Þnh lµ nh nhau nªn d¶i ®iÒu chØnh ®Òu, tr¬n, liªn tôc. Tuy vËy ph¬ng ph¸p nµy ®ßi hái c«ng suÊt ®iÒu chØnh cao vµ ®ßi hái ph¶i cã nguån ¸p ®iÒu chØnh ®îc xong nã lµ kh«ng ®¸ng kÓ so víi vai trß vµ u ®IÓm cña nã. VËy nªn ph¬ng ph¸p nµy ®îc sö dông réng r·i. 1.3 C¸c vÊn ®Ò kh¸c khi ®iÒu ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. 1.3.1 C¸c gãc phÇn t lµm viÖc II:H·m Mc

Pc=Mdω<0 II:§éng c¬ Mc

Pc=Mdω>0

ω

II: §éng c¬ Mc

Pc=Mdω>0 M II: H·m Mc Pc=Mdω<0

Tr¹ng th¸i h·m vµ tr¹ng thaÝ ®éng c¬ ®îc ph©n bè trªn ®Æc tÝnh c¬ ë gãc phÇn t t¬ng øng víi chiÒu m«men vµ tèc ®é nh h×nh vÏ. + I, III: tr¹ng th¸i ®éng c¬ ( ω cïng chiÒu víi M). + II, IV: tr¹ng th¸i h·m ( ω ngîc chiÒu víi M). C«ng suÊt c¬ Pc¬=M®. ω C«ng suÊt ®iÖn cña ®éng c¬ P®=Pc¬+ ∆ P ( ∆ P: tæn hao c«ng suÊt)

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

14

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

1.3.2 C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp a) Khëi ®éng XuÊt ph¸t tõ ph¬ng tr×nh ®Æ tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Ru + R f U Φ= u − Iu KΦ KΦ (*) Khi khëi ®éng nªn I nm =

U dm .ë ®éng c¬ c«ng suÊt trung b×nh vµ R

lín th× R thêng cã gi¸ trÞ nhá nªn dßng ®iÖn khëi ®éng ban ®Çu (dßng ng¾n m¹ch) t¬ng ®èi lín I nm = 2 ÷ 2,5I dm Víi gi¸ trÞ dßng lín, sÏ kh«ng cho phÐp vÒ mÆt chuyÓn m¹ch vµ ph¸t nãng cña ®éng c¬ còng nh sôt ¸p trªn líi ®IÖn.t¸c h¹i nµy cßn nghiªm träng h¬n ®èi víi nh÷ng hÖ thèng cÇn khëi ®éng (Khi h·m m¸y còng x¶y ra hiÖn tîng t¬ng tù). VËy qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ còng ph¶i g¾n víi chÕ ®é khëi ®éng. Ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn tèi thiÓu I nm = 2 ÷ 2,5I dm

DÔ ®i ®Õn mét nhËn xÐt lµ lùa chän ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn gi¶m ¸p phÇn øng lµ phï hîp h¬n c¶ v× khi khèng chÕ dßng ng¾n m¹ch o chÕ ®é khëi ®éng cßn h¹n chÕ ®îc ®iÖn ¸p khëi ®«ng. Do ®iÒu khiÓn lµ lµm gi¶m ¸p. b) ChÕ ®é h·m. H·m lµ tr¹ng th¸i mµ ®éng c¬ sinh ra m«men quay ngîc chiÒu tèc ®é quay, §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã ba tr¹ng th¸i h·m: h·m t¸i sinh, h·m ngîc, vµ h·m ®éng n¨ng. b.1) H·m t¸i sinh X¶y ra khi tèc ®é quay cña ®éng c¬ lín h¬n tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng. Khi ®ã U > E. §éng c¬ lµm viÖc nh mét m¸y ph¸t ®iÖn song song víi líi. So víi chÕ ®é ®éng c¬, dßng ®iÖn vµ m«men h·m ®· ®æi chiÒu x¸c ®Þnh theo biÓu thøc

Ih =

U u − E u KΦ ω 0 − KΦ ω = <0 R R

M h = K .Φ.I h . TrÞ sè h·m sÏ lín dÇn cho ®Õn khi c©n b»ng víi

m«men phô t¶i th× hÖ thèng lµm viÖc æn ®Þnh víi tèc ®é ω 0 d > ω 0 . V× s¬ ®å ®Êu d©y cña m¹ch ®éng c¬ kh«ng ®æi nªn ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ t¬ng tù nhng m«men cã gi¸ trÞ ©m. Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

15

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

§êng ®Æc tÝnh c¬ n»m trong gãc phÇn t thø hai vµ thø t (h×nh 2-14 tt®) Trong h·m t¸i sinh, dßng ®iÖn h·m ®æi chiÒu vµ c«ng suÊt ®îc ®a tr¶ vÒ líi ®iÖn cã gi¸ trÞ P = (E-U) I. §©y lµ ph¬ng ph¸p h·m kinh tÕ nhÊt v× ®éng c¬ sinh n¨ng lîng h÷u Ých. VÝ dô: c¬ cÊu n©ng h¹ cÇn trôc. Khi n©ng t¶i ®éng c¬ ®îc ®Êu vµo nguån theo cùc tÝnh thuËn vµ lµm viÖc trªn ®Æc tÝnh c lµm trong gãc phÇn t thø nhÊt. Khi muèn h¹ t¶i ph¶i ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬. Lóc nµy nÕu m«men do träng t¶i g©y ra lín h¬n m«men ma s¸t trong c¸c bé phËn chuyÓn ®éng cña ®éng c¬ xh tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh. Tèc ®é h¹ cÇn trôc

t¨ng dÇn tíi ω od > ω 0 b.2) H·m ngîc X¶y ra khi phÇn øng díi t¸c dông cña ®éng n¨ng tÝch luü trong c¸c bé phËn chuyÓn ®éng hoÆc do thÐe n¨ng quay ngîcchiÒu víi m« men ®iÖn tõ cña ®éng c¬, m«men cña ®éng c¬ khi ®ã chãng l¹i sù chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu s¶n xuÊt. b.2.1) H·m ngîc khi ®a ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng (t¨ng t¶i) §Æc tÝnh h·m ngîc s®® t¸c dông cïng chiÒu víi ®iÖn ¸p líi, §éng c¬ lµm viÖc nh mét m¸y ph¸t nèi tiÕp víi líi ®iÖn, biÕn ®iÖn n¨ng nhËn tõ líi ®iÖn vµ c¬ n¨ng thµnh nhiÖt ®èt nãng ®iÖn trë tæng m¹ch phÇn øng, v× vËy tæn thÊt lín. b.2.2) §¶o chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng Dßng ®iÖn Ih ngîc chiÒu víi chiÒu lµm viÖc cña ®äng c¬ vµ cã thÓ kh¸ lín Ih =

− U u − Eu Ru + R f

Nªn rÊt nguy hiÓm ph¶i cã biÖn ph¸p h¹n chÕ dßng trong ph¹m vi

I nm = 2 ÷ 2,5I dm cho phÐp: c) H·m ®éng n¨ng Lµ tr¹ng th¸i ®éng c¬ lµm viÖc nh mét m¸y ph¸t mµ n¨ng lîng c¬ häc cña ®éng c¬ ®îc tÝch luü ®îc trong qu¸ tr×nh lµm viÖc tríc ®ã biÕn thµnh ®iÖn n¨ng tiªu t¸n díi d¹ng nhiÖt c.1) H·m ®éng n¨ng tô kÝch tõ ®éc lËp Khi ta c¾t phÇn øng ®éng c¬ khái líi ®iÖn mét chiÒu vµ ®ãng vµo mét ®iÖn trë h·m

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

16

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

− Eu KΦω hd = Ru + Rh Ru + Rh M h = KΦI hd < 0

I hd =

Chøng tá Ihdvµ Mhd ngîc chiÒu víi tèc ®é ban ®Çu. N¨ng lîng chñ yÕu ®îc t¹o ra do ®éng n¨ng tiªu tèn chØ n»m trong m¹ch kÝch tõ. c.2) H·m ®éng n¨ng tù kÝch Nhîc ®iÓm lµ nÕu mÊt ®iÖn th× kh«ng thùc hiÖn h·m ®îc do cuén d©y kÝch tõ vÉn ph¶i nèi víi nguån.muèn kh¾c phôc ngêi ta sö dông phêng ph¸p h·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ. Nã x¶y ra khi ta c¾t c¶ phÇn øng lÉn cuén kÝch tõ ra khái líi ®iÖn khi ®«ng c¬ quay ®Ó ®ãng vµo mét ®iÖn trë h·m. Trong qu¸ tr×nh h·m tèc ®é gi¶m dÇn, dßng kÝch tõ gi¶m dÇn vµ do ®ã tõ th«ng gi¶m dÇn vµ lµ hµm tèc ®é v× vËy ®Æc tÝnh c¬ nh ®Æc tÝnh kh«ng t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn tù kÝch thÝch vµ phi tuyÕn.so víi ph¬ng ph¸p h·m ngîc. H·m ®éng n¨ng cã hiÖu qu¶ kÐm h¬n khi chóng cã cïng tèc ®é vµ m«men c¶n, tuy nhiªn h·m ®éng n¨ng u viÖt h¬n vÒ mÆt n¨ng lîng ®Æc biÖt h·m ®éng n¨ng tù kÝch v× kh«ng tiªu thô n¨ng lîng tõ líi. Sö dông ®îc kÓ c¶ khi mÊt ®iÖn. 1.3.3 VÊn dÒ phô t¶i §Æc tÝnh cña phô t¶i còng lµ vÊn ®Ò cÇn ph¶i quan t©m khi ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. Víi c¸c lo¹i kh¸c nhau ta sÏ chän ph¬ng ph¸p phï hîp vµ tÝnh to¸n kh¸c nhau.cã thÓ ph©n ra thµnh 3 lo¹i c¬ b¶n theo sù thay ®æi cña m«men c¶n theo tèc ®é. Khi tèc ®é ®éng c¬ thay ®æi, m«men phô t¶i cã thÓ lµ + Kh«ng ®æi: thang m¸y... (1) + T¨ng: nh trong qu¹t giã, b¬m... + Gi¶m: c¸c c¬ cÊu m¸y cuèn d©y, cuèn giÊy, truyÒn ®éng quay trôc chÝnh m¸y c¾t gät kim lo¹i...

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

17

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

1

4 2 3

Ta thêng mong muèn ®Æc tÝnh nµy lµ tuyÕn tÝnh (4) v× vÊn ®Ò thiÕt kÕ sÏ phøc t¹p lªn rÊt nhiÒu khi sù thay ®æi l¹i lµ phi tuyÕn ®Æc biÖt lµ khi t¶i biÕn ®æi. Nªn ë ®©y ta sÏ chØ xÐt trêng hîp phô t¶i cã m«men lµ h»ng sè trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. Qua ph©n tÝch trªn ®©y, viÖc ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p phÇn øng ®îc chän lµ phï hîp. gi¶i ph¸p mµ ngêi ta thêng dïng hiÖn nay lµ b¨m xung ¸p ®iÒu khiÓn dã ra b»ng bé b¨m xung ¸p mét chiÒu mµ ta sÏ ®Ò cËp ë vÊn ®Ò tiÕp theo.

Chương II

BĂM XUNG MỘT CHIỀU (BXDC) II.1 Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC):

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

18

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

BXDC có chức năng biến đổi điện áp một chiều, nó có ưu điểm là có thể thay đỏi điện áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi cao vì tổn thất của bộ biến đổi chủ yếu trên các phần tử đóng cắt rất nhỏ. So víi c¸c ph¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu nh ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh b»ng biÕn trë, b»ng m¸y ph¸t mét chiÒu, b»ng bé biÕn ®æi cã kh©u trung gian xoay chiÒu, b»ng chØnh lu cã ®iÒu khiÓn... th× ph¬ng ph¸p dïng m¹ch b¨m xung cã nhiÒu u ®iÓm ®¸ng kÓ: ®iÒu chØnh tèc ®é vµ ®¶o chiÒu dÔ dµng, tiÕt kiÖm n¨ng lîng, kinh tÕ vµ hiÖu qu¶ cao, ®ång thêi ®¶m b¶o ®îc tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh cña ®éng c¬. Cïng víi sù ph¸t triÓn vµ øng dông ngµy cµng réng r·i c¸c linh kiÖn b¸n dÉn c«ng suÊt lín ®· t¹o nªn c¸c m¹ch b¨m xung cã hiÖu suÊt cao, tæn thÊt nhá, ®é nh¹y cao, ®iÒu khiÓn tr¬n tru, chi phÝ b¶o tr× thÊp, kÝch thíc nhá. M¹ch b¨m xung ®Æc biÖt thÝch hîp víi c¸c ®éng c¬ mét chiÒu c«ng suÊt nhá. Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốn mặc dù điện thế đầu vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đầu ra của chỉnh lưu), tải có thể thay đổi.Với một giá trị điện thế vào cho trước, điện thế trung bình đầu ra có thể điều khiển theo hai cách: - Thay đổi độ rộng xung. - Thay đổi tần số băm xung.

t1

t2

t

T

II.1.1 Ph¬ng ph¸p thay ®æi ®é réng xung Néi dung cña ph¬ng ph¸p nµy lµ thay ®æi t1, gi÷ nguyªn T. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p ra khi thay ®æi ®é réng lµ:

Ud 

t1.U  .U T

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

19

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Trong ®ã ®Æt: γ=

t1 T

lµ hÖ sè lÊp ®Çy, cßn gäi lµ tØ sè chu kú. Nh vËy theo ph¬ng ph¸p nµy th× d¶i ®iÒu chØnh cña Ura lµ réng (0 < ε ≤ 1).

II.1.2 Ph¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè xung Néi dung cña ph¬ng ph¸p nµy lµ thay ®æi T, cßn t1 = const. Khi ®ã:

Ud 

t1 .U  t1.f .U T

VËy Ud = U . f1 =

1 T

Ngoµi ra cã thÓ phèi hîp c¶ hai ph¬ng ph¸p trªn. Thùc tÕ ph¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é réng xung ®îc dïng phæ biÕn h¬n v× ®¬n gi¶n h¬n, kh«ng cÇn thiÕt bÞ biÕn tÇn ®i kÌm.

II.1.3 Nhận xét Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM (Pulse Width Modulation).Theo phương pháp này tân số băm xung sẽ là hằng số.Việc điều khiển trạng thái đóng mỏ của van dựa vào viêc so sánh một điện áp điều khiển với một sóng tuần hoàn (thường là dạng tam giác(Sawtooth)) có biên độ đỉnh không đổi.Nó sẽ thiết lập tần số đóng cắt cho van,tần số đóng cắt này là không đổi với dải tẩn từ 400Hz đến 200kHz.Khi uControl  ust thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược lại khóa van.

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

20

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

t on tof

on

Ura

off

II.2 Các sơ đồ băm xung: S¬ ®å nguyªn lý nh sau:

PhÇn tö ®iÒu chØnh quy íc lµ kho¸ S (van bán dẫn điều khiển). §Æc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ kho¸ S, cuén c¶m vµ t¶i m¾c nèi tiÕp. T¶i cã tÝnh chÊt c¶m kh¸ng hoÆc dung kh¸ng. Bé läc L & C. §i-«t m¾c ngîc víi Ud ®Ó tho¸t dßng t¶i khi kho¸ K ng¾t. + S ®ãng  U ®îc ®Æt vµo ®Çu cña bé läc. Lý tëng th× ud = U (nÕu bá qua sôt ¸p trªn c¸c van trong bé biÕn ®æi). + S më  hë m¹ch gi÷a nguån vµ t¶i, nhng vÉn cã dßng id do n¨ng lîng tÝch luü trong cuén L vµ Lt¶i, dßng ch¹y qua D, do ®ã ud=0. Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

21

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Nh vËy, Ud ≤ U. T¬ng øng ta cã bé biÕn ®æi h¹ ¸p. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: WI 

Ud  U

S¬ ®å nh sau:

§Æc ®iÓm: L nèi tiÕp víi t¶i, kho¸ S m¾c song song víi t¶i. Cuén c¶m L kh«ng tham gia vµo qu¸ tr×nh läc gîn sãng mµ chØ cã tô C ®ãng vai trß nµy. + S ®ãng, dßng ®iÖn tõ +U qua L  S  -U. Khi ®ã D t¾t v× trªn tô cã UC (®· ®îc tÝch ®iÖn tríc ®ã). + S ng¾t, dßng ®iÖn ch¹y tõ +U qua L  D  T¶i. V× tõ th«ng trong L kh«ng gi¶m tøc thêi vÒ kh«ng do ®ã trong L xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng tù c¶m eL  w

d , cã cïng cùc tÝnh U. Do dt

®ã tæng ®iÖn ¸p: ud =U + eL. VËy ta cã bé biÕn ®æi t¨ng ¸p. §Æc tÝnh cña bé biÕn ®æi lµ tiªu thô n¨ng lîng tõ nguån U ë chÕ ®é liªn tôc vµ n¨ng lîng truyÒn ra t¶i díi d¹ng xung nhän. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: WI 

Ud 1  U 1 

a. S¬ ®å m¾c nh sau:

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

22

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Tải là động cơ mmột chiều được thay bởi mạch tương đương R-L-E. L1 chØ ®ãng vai trß tÝch luü n¨ng lîng. C ®ãng vai trß läc b. Hoạt động + S ®ãng, trªn L1 cã U, dßng ch¹y tõ +U → S → L1 → -U. N¨ng lîng tÝch luü trong cuén c¶m L1; ®i-«t D t¾t; Ud =UC, tô C phãng ®iÖn qua t¶i. + S ng¾t, cuén c¶m L1 sinh ra søc ®iÖn ®éng ngîc chiÒu víi trêng hîp ®ãng ⇒ D th«ng ⇒ n¨ng lîng tõ trêng n¹p vµ C, tô C tÝch ®iÖn; ud sÏ ngîc chiÒu víi U. VËy ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ®¶o dÊu so víi U. Gi¸ trÞ tuyÖt ®èi | Ud| cã thÓ lín h¬n hay nhá h¬n U nguồn II.2.4 Bộ Chopper lớp C (Bộ đảo dòng) a) Sơ đồ nguyên lý

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

23

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tương đương R-L-E b) Nguyên lý hoạt động.  Chế độ động cơ: Trong khoảng 0  t  T , động cơ được nối nguồn qua S1 ,điện áp đặt lên động cơ là U. Trong khoảng T  t  T , S1 ngắt,động cơ được nối ngắn mạch qua D 2 ,điện áp đặt lên động cơ là 0.  Chế độ hãm tái sinh: Trong khoảng 0  t  T , S2 ngắt,động cơ được nối nguồn qua D1 ,điện áp đặt lên động cơ làU. Trong khoảng T  t  T , S2 dẫn,động cơ được nối ngắn mạch qua S2 ,điện áp đặt lên động cơ là 0. c) Biểu đồ dạng sóng dòng và áp trên tải

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

24

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

u dk1

0 u dk 2

T T

0

t

t

ud

Ud 0

id

t

I0d D1

t

S1 D2S2

d.)Tính toán các thông số trên sơ đồ. Trong khoảng S1 ( D1 ) dẫn, điện áp đặt lên động cơ là U, ta có: di Ri  L  E  U . dt UE t  t  .(1  e )  I min .e R di Ri  L  E  0 Trong khoảng S2 ( D2 ) dẫn, điện áp đặt lên động cơ là 0, ta có: dt . Giải bằng phương pháp toán tử Laplace: i(t) 

(t T) (t T) E  Giải bằng phương pháp toán tử Laplace: i(t)   (1  e )  I max e  R

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

25

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i 

 U  e 1 E U  1 e  E L I min   ; I max   trong đó   T T     R  R R R  R    e 1   1 e  T T 1 1 Điện áp trung bình trên động cơ: U d   u d dt   Udt U T0 T0 U  E U  E  Dòng điện trung bình: Id  d R R T T (1 )T    I max  I min U  1 e  e  e   I   Độ nhấp nhô dòng điện: d T 2 2R  e  1  Do

T 



GVHD:Ph¹m 

T 

T ≈ 1 nên sử dụng công thức tính gần đúng τ

ΔId 

U U  (1   )  ΔId max  8fL 2fL



   

x2 e  1  x  ta được 2 x

Dòng trung bình qua S1 ( D1 ) là: I1  Id Dòng trung bình qua S2 ( D2 ) là: I 2  (1   )Id

II.2.5 Bộ đảo áp a) Sơ đồ nguyên lý

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

26

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

b) Nguyên tắc điều khiển: Chu kì đóng cắt của mỗi van là T, S1 và S2 được kích dẫn lệch pha một khoảng thời gian T/2, mỗi van S1, S2 được kích với góc dẫn γ. c) Nguyên lý hoạt động Chế độ động cơ ( 0,5    1 )

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

27

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

u dk1

T T

0

u dk2

0

t

ud Ud

t

0

t

S1

id

S2

S1 D2

S1 S2

D1 S2

Id

0

t

T  t  T thì S1 và S2 cùng dẫn, điện áp 2 đặt lên phần ứng động cơ là U, dòng điện qua động cơ tăng từ I min tới Imax ta có di phương trình: Ri  L  E  U . dt T Trong các khoảng T(   0,5)  t  và T  t  T thì S1 và S2 không đồng thời 2 dẫn,do đó động cơ được nối ngắn mạch qua các diot D1 hoặc D2,điện áp dặt lên động cơ là 0,dòng điện qua động cơ giảm từ I max xuống I min , ta có phương trình di Ri  L  E  0 . dt Các thông số của mạch Biểu thức dòng tải Trong khoảng 0  t  T(   0,5) : điện áp đặt lên động cơ là U. Dòng qua động cơ tăng từ Imin tới Imax. Trong các khoảng 0  t  T(   0,5) và

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

28

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

di EU dt Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace ta có: U E t  t  i(t)  .(1  e )  I min .e . R T Trong khoảng T(   0,5)  t  : dòng id ngắn mạch qua S1 và D2 điện áp 2 đặt lên động cơ là 0, id giảm từ Imax về Imin. di Phương trình dòng qua động cơ: Ri  L  E  0 . dt Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace ta có:  (t T)  (t T)  E   i(t)    1  e trong đó     0,5  I max e R  T Với điều kiện i(0)  i( )  I , dựa vào hai phương trình trên ta có: min 2  T  T    U  e 1 E U  1 e   E L I min   ; I max   trong đó   T  T   R R  2  R  R  R 2   e 1   1 e  Phương trình dòng qua động cơ: Ri  L

Độ nhấp nhô dòng điện: I I U U I  max min  (2  1)(1   )  d 2fL 16fL 2 Điện áp trung bình đặt trên động cơ: T 2

2 2 U d   u d dt  T0 T

T

 Udt  2U  (2  1)U 0

U d  E (21)U E  R R Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các phần tử là V Dòng điện trung bình Id 

(2 1)U E R (21)U  E Dòng trung bình qua các diot: I 2  (1   )Id  (1   ) R Chế độ hãm tái sinh ( 0    0.5 ) Dòng trung bình qua các van S1, S2: I1  Id  

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

29

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

u dk1

u dk2

ud Ud id Id Trong khoảng 0  t  T động cơ được ngắn mạch qua S1 và D2, dòng điện qua động cơ tăng từ Imin tới Imax, điện áp đặt lên động cơ là 0, ta có phương di trình: Ri  L  E (đối với sơ đồ này thì khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh dt phải đảo chiều quay của động cơ).Giải phương trình trong khoảng xét ta t t E  được: i(t)  (1  e )  I min e  (1) R T Trong khoảng T  t  , động cơ trả năng lượng về nguồn qua các diot D1 2 và D2, dòng qua động cơ giảm từ Imax xuống Imin, ta có phương trình di Ri  L  E  U . dt

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

30

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Giải phương trình trong khoảng xét ta được:  (t T)  (t T) EU  i(t)  (1  e )  I max e  (2) R Điện áp trung bình đặt lên động cơ: T2 T2 2 2 U d   u d dt   (  U)dt  (2   1)U T 0 T T U d  ( E) E  (1  2 )U  R R I   I Dòng trung bình qua các van S1, S2 là: 1 d Dòng trung bình qua các diot D1, D2là: I 2  (1   )Id Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các van là: U ng.max  U Dòng điện trung bình là: Id 

2.2.6 Bộ Chopper lớp E

§©y lµ bé b¨m xung mét chiÒu cã ®¶o chiÒu 1. Sơ đồ nguyên lý

ë ®©y ta sö dông van b¸n dÉn IGBT. Bé BXMC dïng van ®iÒu khiÓn hoµn toµn IGBT cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p vµ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn t¶i . Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng tù ®éng cã yªu cÇu ®¶o chiÒu ®éng c¬ do ®ã bé biÕn ®æi nµy thêng hay dïng ®Ó cÊp nguån cho ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã nhu cÇu ®¶o chiÒu quay. C¸c van IGBT lµm nhiÖm vô kho¸ kh«ng tiÕp ®iÓm .C¸c §i«t §1,§2,§3,§4 dïng ®Ó tr¶ n¨ng lîng ph¶n kh¸ng vÒ nguån vµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh h·m t¸i sinh. Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

31

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Cã c¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kh¸c nhau nh : §iÒu khiÓn ®éc lËp,®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng vµ ®iÒu khiÓn ®èi xøng . 2. Các phương pháp điều khiển a.Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éc lËp NÕu ta muèn ®éng c¬ ch¹y theo chiÒu nµo th× ta sÏ chØ cho mét cÆp van ch¹y ,cÆp cßn l¹i sÏ kho¸. +Muèn cho ®éng c¬ quay thuËn cho S1,S2 dÉn ,S3,S4 nghØ . +Muèn cho ®éng c¬ quay nghÞch cho S1,S2 nghØ ,S3,S4 dÉn . b. Phương pháp điều khiển không đối xứng Gi¶ sö ®éng c¬ quay theo chiÒu thuËn (®éng c¬ sÏ lµm viÖc ë gãc phÇn t thø 1vµ thø 2) t¬ng øng víi cÆp van S1,S2 lµm viÖc ,S3 lu«n bÞ kho¸ ,S4 ®îc ®ãng më ngîc pha víi S1. Bé BXMC cã 3 tr¹ng th¸i lµm viÖc : ∗ Tr¹ng th¸i 1: γ E>Et : §éng c¬ lµm viÖc ë gãc phÇn t thø nhÊt .N¨ng lîng cÊp cho ®éng c¬ ®îc cÊp tõ nguån th«ng qua c¸c van S1,S2 dÉn trong kho¶ng 0 ÷ t1 . +Trong kho¶ng t1 ÷ T :N¨ng lîng tÝch tr÷ trong ®iÖn c¶m sÏ duy tr× cho dßng ®iÖn theo chiÒu cò vµ khÐp m¹ch qua S2,§4. ∗ Tr¹ng th¸i 2: γ E<Et : §éng c¬ lµm viÖc ë gãc phÇn t thø 2 (chÕ ®é h·m) +Trong kho¶ng 0 ÷ t1 :§éng c¬ tr¶ n¨ng lîng vÒ nguån th«ng qua c¸c §i«t §1,§2 (I§1=I§2=It) +Trong kho¶ng t1 ÷ T :S4 dÉn ,dßng t¶i khÐp m¹ch qua §2 ,S4 (I§2=IS4=It) ∗ Tr¹ng th¸i 3: γ E=Et : +Trong kho¶ng 0 ÷ t0: Et > γ E :§éng c¬ tr¶ n¨ng lîng vÒ nguån qua §1 vµ §2 (I§1=I§2=It) +Trong kho¶ng t0 ÷ t1 : γ E>Et : §éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ N¨ng lîng tõ nguån qua S1 ,S2 cÊp cho ®éng c¬ +Trong kho¶ng t1 ÷ t2: S1 khãa ,S4 më .N¨ng lîng tÝch luü trong ®iÖn c¶m sÏ cÊp cho ®éng c¬ vµ duy tr× dßng ®iÖn qua §2 ,§4 +Trong kho¶ng t2 ÷ T :Khi n¨ng lîng dù tr÷ trong ®iÖn c¶m hÕt ,suÊt ®iÖn ®éng ®éng c¬ sÏ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn vµ dßng t¶i sÏ khÐp m¹ch qua S4 ,§2

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

32

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

§Ó ®éng c¬ lµm viÖc theo chiÒu ngîc l¹i ,luËt ®iÒu khiÓn c¸c van sÏ thay ®æi theo chiÒu ngîc l¹i C¸c biÓu thøc tÝnh to¸n: +Gi¸ trÞ dßng trung b×nh qua t¶i dit + R.it + E = U dt T T T dit 1 T 1 1 1 Do ®ã .∫ L. + ∫ R.it dt + ∫ Et .dt = ∫ U t dt T o dt T 0 T 0 T 0 R.It +E= γ U

Ta cã L.

⇒ It =

γU − E R

+Dßng trung b×nh qua van −t

IS =

L U (1 − b1−1 )(1 − a1 .b1 ) . R T .(1 − a1 )

t0

Víi a1 = e τ b1 = e τ Rót gän ta cã IS = γ It +Dßng trung b×nh qua §i«t ID =

U .L.(1 − a1b1 )(1 − b1−1 ) E − (1 − γ ) = (1 − γ ) I t 1 − a1 R

+Gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p ra t¶i Ut= γ U VËy ®Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ta chØ cÇn ®iÒu khiÓn γ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i c.Phương pháp điều khiển đối xứng

®Ó

Cách 1: Điện áp ra đơn cực tính (Unipolar Voltage Switching) Nguyên tắc điều khiển Chu kì đóng cắt của các van bán dẫn là 2T; S1 dẫn trong khoảng 0  t  2T , S2 dẫn trong khoảng 2T  t  2T ;S3 dẫn trong khoảng T  t  (1   )T , và S4 dẫn trong khoảng (1   )T  t  2T . +Chế độ làm việc ở góc phần tư 1(1    0,5 )

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

33

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

u dk1

T T

0

u dk2

0

t

u dk3

t

u dk4

t

t

S1

u dS

2

S1 S1 D 4 D3 S2 S2

Ud

t

id

Id t * Trong khoảng 1, S1 và S2 được kích dẫn, động cơ được nối với nguồn U, dòng phần ứng tăng. * Trong khoảng2, S2 tắt, S3 được kích dẫn, do phần ứng có tính chất điện cảm nên dòng qua phần ứng ngắn mạch qua S1 và D3. Lúc này điện áp đặt lên động cơ là 0, dòng trong động cơ giảm.

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

34

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

* Trong khoảng 3, S2 lại được kích dẫn, S3 tắt, do đó động cơ được cấp điện áp U từ nguồn, dòng qua phần ứng tăng. * Trong khoảng 4, S4 được kích dẫn, S1 tắt, do đó dòng qua phần ứng khép mạch qua S2 và D4, dòng qua phần ứng giảm do ngược chiều suất điện động E. Tính các thông số trong mạch Khảo sát trong một chu kì biến thiên T của dòng điện phần ứng. Trong khoảng 0  t  T(2  1) động cơ được nối với nguồn qua S1, S4; dòng di qua phần ứng tăng từ I min tới I max , ta có: Ri  L  E  U . dt t t UE  Giải phương trình trong khoảng xét ta được: i(t)  .(1  e )  I min e  R T  T UE  Do đó I max  .(1  e )  I min e  với   2  1 . R (2 Trong khoảng   1)T  t  2T , động cơ được ngắn mạch qua S1 và D3,điện áp đặt lên động cơ là 0, dòng phần ứng giảm từ I max tới I min ,ta có di Ri  L  E  0 . dt  (t T)  (t T) E Giải phương trình trên ta được: i(t)   (1  e  )  I max e  R ( 1)T ( 1)T E Do đó I min   (1  e  )  I max e  R Giải ra ta được:  T  U  e  1  E   ; I  U  1e  T T R  e  1  R max R     1  e  T

I min



L  E trong đó   R  R 

I max  I min U  1e  e  e  I   Độ nhấp nhô dòng điện: d T 2 2R  e  1  T

T



(1 )T 

  

T x2 x ≈ 1 Do nên sử dụng công thức tính gần đúng e  1  x  ta được τ 2

ΔId 

U VT (1  )  ΔId max  . 16fL 2L

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

35

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m T

T

1 1 Điện áp trung bình trên động cơ: U d   u d dt   Udt  T T0 T0 U  E U  E (21)U E   Dòng điện trung bình: Id  d R R R Dòng điện trung bình qua S1, S4 là I1  Id Dòng điện trung bình qua D2, D3 là I 2  (1   )Id +Chế độ làm việc ở góc phần tư 2(   0,5 ). Để chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm tái sinh bằng cách sthay đổi U E (2 1)U E   0 tức là giảm γ hoặc tăng chiều dòng điện tức là I  d d R R E.Để quá trình điều khiển được đơn giản ta chọn phương pháp giảm γ gần tới 0,5 mà do tính quán tính của động cơ nên E biến đổi chậm, do đó Id  0 , dòng qua phần ứng đổi chiều.

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

36

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

u dk1

T T

0

u dk2

0

GVHD:Ph¹m

t

u dk3

t

u dk4

t

t

D1 D1 D1 D 2

udD

2

S3 D 2 S4

Ud

t

id t

Id * Trong khoảng 1: S1 và S3 nhận tín hiệu điều khiến, sức điện động sinh ra dòng điện chảy qua D1 và S3. Trong khoảng này, dòng qua phần ứng tăng và tích lũy năng lượng trong điện kháng mạch phần ứng. * Trong khoảng 2: S3 tắt, S1 và S4 được kích dẫn, do tính chất điện kháng nên dòng qua phần ứng sẽ qua D1, U và D4, năng lượng được đưa trả về nguồn, dòng qua phần ứng giảm.

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

37

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

* Trong khoảng 3: S1 tắt, S2 và S4 được kích dẫn, khi đó dòng qua phần ứng khép mạch qua S2 và D4, dòng qua phần ứng tăng. * Trong khoảng 4: S1 và S4 được kích dẫn, S2 tắt,dòng phần ứng chảy qua D1, U và D4,năng lượng phần ứng trả về nguồn, dòng qua phần ứng giảm. Chế độ làm việc của động cơ ở các góc phần tư 3 và 4 ứng với 0    0,5 .

Cách 2: Điện áp ra đảo cực tính (Bipolar Voltage Switching) Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp điều khiển này các cặp van S1 và S2; S3 và S4 lập thành hai cặp van mà trong mỗi cặp thì hai van được điều khiển đóng cắt đồng thời. Tín hiệu điều khiển được tạo ra bằng cách so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa (thường là dạng xung tam giác): -Nếu Udk>utua thì S1 và S2 được kích dẫn; S3 và S4 được kích tắt. -Nếu Udk
Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

38

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

u St

U dk

u dk1

t

T T u dk 2 ud

t

t

Ud t

id Id t

D ,D S ,S D3S3 1 2 1 2DS 4

1

24 4 3

id Id

t

D ,D S ,SD3S3 2 S 1 21 D

4 4

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

39

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Chế độ hoạt động: +Trong khoảng 1: S1 và S2 được kích dẫn, S3 và S4 được kích tắt, động cơ được nối với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax. +Trong khoảng 2:S1và S2 được kích tắt,S3 và S4 được kích dẫn,nhưng do tải có tính cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua D 3 và D4 về nguồn, S3 và S4 bị đạt điện áp ngược bởi hai diode D3 và D4 nên khoá, dòng id giảm từ Imax về 0. +Trong khoảng 3:S3 và S4 được kích dẫn, điện áp đặt lên động cơ là –U, dòng id tăng theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Imin theo chiểu dương). +Trong khoảng 4: S3 và S4 được kích tắt, S1 và S2 được kích dẫn, nhưng do trước đó dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng id tiềp tục chảy theo chiều cũ, khép mạch qua các diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặt điện áp ngược bởi hai diode D1 và D2 phân cực thuận nên khoá, do đó id giảm theo chiều ngược lại từ Imin về 0. Tính toán các thông số của mạch: +Trong khoảng 0  t  T , S1 và S2 dẫn hoặc khi D1 và D2 dẫn thì điện áp di đặt lên động cơ là U,ta có phương trình: U  E  Ri d  L d . dt Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace với sơ kiện đầu i(0)  I min t t UE L .(1  e  )  I min .e  trong đó   . Ta có: i(t)  R R  T    T Trong khoảng , S3 và S4 dẫn hoặc D3 và D4 dẫn, điện áp đặt lên động cơ là -U di ta có: Ri  L  E   U . dt Giải bằng phương pháp toán tử Laplace:  (t T)  (t T) (E  U)  i(t)   (1  e )  I max e  R T 2U  e   1  U  E I min   R  eT   1  R    T 2U  1  e   U  E I max   R  1  e T   R  

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

40

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Điện áp trung bình trên động cơ +Trong khoảng 0
It =

U E (2γ − 1 − ) R U

-Dßng trung b×nh qua §i«t : T 1 2.U τ (1 − b1−1 )(1 − a1b1 ) U E I D = ∫ i (t )dt = − (1 − γ ) − (1 − γ ) T 0 R T 1 − a1 R R

≈

E 2.U .γ (1 − γ ) U + E U − (1 − γ ) = (1 − γ ) (2γ − 1 − ) = (1 − γ ) I t R R R U

(Sö dông khai triÓn hµm ex theo khai triÓn Maclaurin ) -Dßng trung b×nh qua van : T¬ng tù ta cã IS=γIt -§iÖn ¸p ra t¶i cã gi¸ trÞ trung b×nh lµ Ut=(2γ-1)U +Ta thÊy nÕu γ=0.5 th× Ut=0 +NÕu γ>0.5 th× Ut >0 +NÕu γ< 0.5 th× Ut <0 Nh vËy b»ng c¸ch thay ®æi gi¸ trÞ γ mµ ta thay ®æi ®îc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra t¶i vµ c¶ dÊu cña nã .Do ®ã sÏ ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬

II.3 Kết luận II.3.1 Chọn mạch lực Qua các mạch phân tích ở trên ta thấy để phù hợp đảo chiều động cơ (một cách chủ động) ta chọn bộ chopper lớp E (cầu BXDC), mạch này cho phép năng lượng đi theo 2 chiều Ud, Id có thể đảo chiều một cách độc lập. Hơn nữa mạch này rất thông dụng (dùng trong DC-DC, DC-AC converter) do đó việc tìm mua các phần tử cũng dễ dàng hơn

II.3.2 Chọn phương pháp điều khiển Trong mạch này ta chọn cách điều khiển đối xứng cách 2 sẽ cho mạch điều khiển đơn giản hơn. Mặt khác cách điều khiển này cho phép chúng ta đảo chiều động cơ dễ dàng do khi đảo chiều (chuyển chế độ làm việc) ta chỉ việc điều chỉnh γ Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

41

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

II.3.3 Chọn van bán dẫn Trong sơ đồ chopper lớp E ta chọn van bán dẫn là IGBT vì: - IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu quá tải lớn của transistor thường, tần số băm điện áp cao thì làm cho động cơ chạy êm hơn - Công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ nên làm cho đơn giản đáng kể thiết kế của các bộ biến đổi và làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ ,hơn nữa nó cũng làm tiết kiệm năng luợng (điều khiển) - IGBT là phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, nó đang dần thay thế transistor BJT nó ngày càng thông dụng hơn do đó việc mua thiết bị cũng đơn giản hơn.Cùng với sự phát triển của IGBT thì các IC chuyên dụng điều khiển chúng (IGBT Driver) ngày càng phát triển và hoàn thiện do đó việc điều khiển cũng chuẩn xác và việc thiết kế các mạch điều khiển cũng đơn giản, gọn nhẹ. Chương 4 Thiết kế mạch điều khiển là minh chứng cho điều này

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

42

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Chương III

THIẾT KẾ MẠCH LỰC Sơ đồ mạch lực như sau:

Chọn tần số băm xung f = 500 Hz III.1. Tính toán chọn van III.1.1 Chọn Diode công suất Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy: +Dòng điện trung bình chạy qua Diode ID = (1- γ )It Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =8(A) Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt v thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % I dm . Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =

1 .8 =16(A) 0.5

Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên các van ) là Ungmax=E=220(V) Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 → Ungv =ku.Ungmax = 2.5*220=550(V). Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

43

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Từ hai thông số trên ta chọn 4 Diode loại 1N2455R với các thông số sau : ∆ U(V) Ký hiÖu Imax(A) Un(V) Ith(A) Ir(A) Tcp(A) 1N2455 20 600 20 5mA 150 1.1 R Trong đó : Imax :dòng điện làm việc cực đại cho phép qua van Ungv : điện áp ngược cực đại cho phép đặt lên van Ipik : đỉnh xung dòng điện ΔU :tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diode Ith : dòng điện thử cực đại Ir :dòng điện rò ở nhiệt độ 250 C Tcp : nhiệt độ cho phép làm việc.

III.1.2 Chọn các van bán dẫn Xuất phát từ yêu cầu về công nghệ ta phải chọn van bán dẫn là loại van điều khiển hoàn toàn là IGBT. +Tính dòng trung bình chạy qua van: Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy: Dòng điện trung bình chạy qua van lµ : IS = γ It Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =8(A) + Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt v thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % I dm . Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =

1 .8 =16(A) 0.5

Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên các van ) là Ungmax=E=220(V) Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 → Ungv =ku.Ungmax = 2.5*220=550(V). Từ các tính toán trên ta chọn 4 van IGBT …có các thông số sau: Chủng loại Nhà Loại Icmax Vce Pd Vce(sat Ices µ A Internal sản vỏ(chân) A max(W Diode xuất ) SGP20N60 INF TO220(A) 20 600 178 2.4 2500 No

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

44

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Ch¬ng IV.M¹ch ®iÒu khiÓn IV.1. Yªu cÇu chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn C¸c yªu cÇu chung víi m¹ch ®iÒu khiÓn lµ: - Yªu cÇu vÒ ®é réng xung ®iÒu khiÓn ®ã lµ ph¶I thay ®æi ®îc ®é réng xung ®iÒu khiÓn . - Yªu cÇu vÒ ®é lín xung ®iÒu khiÓn. - Yªu cÇu vÒ ®é dèc sên tríc cña xung (cµng cao th× viÖc më cµng tèt th«ng thêng

di dk ≥ 0,1A / µS dt

- Ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c van lùc theo ®óng pha vµ víi gãc ®iÒu khiÓn α cÇn thiÕt. - §¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn γ min ®Õn γ max t¬ng øng víi ph¹m vi thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i cña m¹ch lùc. - Cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc víi c¸c chÕ ®é ®· tÝnh to¸n nh chÕ ®é khëi ®éng, h·m t¸i sinh, ®¶o chiÒu quay... - Cã ®é ®èi xøng ®iÒu khiÓn tèt, tøc lµ gãc ®iÒu khiÓn víi mäi van kh«ng vît qu¸ 10 ®Õn 30 ®iÖn. - Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«ng nghiÖp tèt: kh«ng ®îc g©y ra c¸c nhiÔu v« tuyÕn. - §é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh. - Thùc hiÖn c¸c yªu cÇu b¶o vÖ c¸c van nÕu cÇn nh ng¾t c¸c xung ®iÒu khiÓn khi cã sù cè, th«ng b¸o c¸c hiÖn tîng kh«ng b×nh thêng cña líi vµ b¶n th©n m¹ch m¹ch ®iÒu khiÓn . - Cã ®é tin cËy cao IV.2. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ so s¸nh mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U§K thay ®æi ®îc víi mét ®iÖn ¸p tam gi¸c cã tÇn sè cao sè cao. §iÓm c©n b»ng gi÷a Utg vµ U®k sÏ lµ ®iÓm ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Ó më c¸c van b¸n dÉn. B»ng c¸ch thay ®æi U§K ta sÏ thay ®æi ®îc ®é réng xung ®iÒu khiÓn trong khi vÉn gi÷ tÇn sè ®iÒu khiÓn kh«ng ®æi.

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

45

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

U§KK

TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. S¬ ®å chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ: T¹o dao ®én g

T¹o xung r¨ng c­a

U§

So s¸n h

Logic P h©n xung

T¹o trÔ (chèn g

C¸ch ly quan g

IG BT

T¹o U§K

I) Chän c¸c kh©u cña m¹ch ®iÒu khiÓn . 1) Kh©u t¹o dao ®éng vµ kh©u t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c. Ngêi ta thêng dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó t¹o ra xung ch÷ nhËt vµ xung gi¸c .

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

46

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

ë ®©y ta dïng 2 khuÕch ®¹i thuËt to¸n :OA1 lµ 1 trigger smith ®Çu vµo kh«ng ®¶o, OA2 lµ mét kh©u tÝch ph©n. Chóng t¹o thµnh 1 m¹ch ph¸t xung ch÷ nhËt vµ xung tam gi¸c chuÈn. B»ng viÖc nèi m¹ch Trigger Smith nèi tiÕp víi m¹ch tÝch ph©n cã ph¶n håi sÏ t¹o nªn dao ®éng: xung ch÷ nhËt ë ®Çu ra m¹ch Trigger Smith vµ xung tam gi¸c ë ®Çu ra OA2. a)XÐt OA1 cã d¹ng:

§©y lµ Trigger Smith ®Çu vµo kh«ng ®¶o víi tÝn hiÖ vµo cña OA1 lµ Ura2. §iÓm lËt tr¹ng th¸i ®îc x¸c ®Þnh nh sau: Ura 2 − Up Up − Ura1 = R1 R2 R2 R1 ⇒ Up = .Ura 2 + .Ura1 R1 + R 2 R1 + R 2

§©y chÝnh lµ ®iÓm lËt tr¹ng th¸i. Gi¶ thiÕt IC lý tëng ta cã: UP=UN=0 ⇒ Ura 2 .R 2 =-Ura 1 .R 1 ⇒

Ura 2 = −

R1 .Ura1 R2

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

47

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Víi gi¶ thiÕt c¸c OA lµ lý tëng th× ta coi Ura 1 = ± E vµ d¹ng Ura 1 (t) R

1 lµ cung vu«ng víi 2 ®iÓm lËt trang th¸i lµ ± E. R . 2 b ) Víi OA2: §©y lµ m¹ch tÝch ph©n. §iÖn ¸p vµo cña m¹ch tÝch ph©n lµ Ura1 Ta cã

t

Ura 2 = ∫ Ura1 ( t ).d (t ) + Ura 2 (t = 0) 0

Ta cã ®å thÞ d¹ng Ura(t) vµ d¹ng ®iÖn ¸p trªn tô C: Ura(t) Ura2 U2max U2max

R1

Uc(t)

R2

t

-U2max

R1 R2

-U2max

R

1 Do ®iÓm lËt tr¹ng th¸i cña OA1 lµ ± E. R nªn gi¸ trÞ ®Çu vµo 2 cña Ura 2 lµ

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

48

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

R1

R1

2

2

- E. R vµ gi¸ trÞ cuèi cña Ura 2 lµ + E. R ( qu¸ tr×nh tÝch ph©n thuËn) vµ qu¸ tr×nh tÝch ph©n ngîc th× gi¸ trÞ ®Çu ra cñ Ura 2 R

1 lµ - E. R 2 - Trong kho¶ng 0 ÷ t 1 th× Ura 1 =+E= const Ta cã: t1

1 Ura1 (t ).d (t ) + Ura 2 (t ) Ura 2 =RC ∫0 ⇒

Ura 2 = -

⇒ 2 E.

R1 R1 1 .E.t1+ E. R =- E. R RC 2 2

R1 1 = E.t 1 R2 RC

⇒ t1=2RC. .

R1 R2

Tõ h×nh vÏ ta thÊy thêi gian n¹p phãng b»ng nhau( víi h»ng sè thêi gian RC) vµ ®iÖn ¸p cuèi qu¸ tr×nh phãng n¹p cã ®é lín b»ng nhau. Do ®ã ta cã xung ra ®èi xøng. Chu k× dao ®éng: T= t1+t2= 2. t1 = Hay tÇn sè xung

R1

4. RC . R 2

1 1 f= = 4. RC . R 1 T R2

2)Kh©u so s¸nh: §Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm më van IGBT ta sÏ so s¸nh 2 tÝn hiÖu lµ Utùa vµ U®k.Ta sÏ dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô nµy bëi v× nh÷ng lý do sau: +Tæng trë vµo cña OA rÊt lín nªn kh«ng g©y ¶nh hëng tíi c¸c ®iÖn ¸p ®a vµo so s¸nh ,nã cã thÓ t¸ch biÖt hoµn toµn chóng ®Ó kh«ng t¸c ®éng sang nhau. +TÇng vµo cña OA thêng lµ khuÕch ®¹i vi sai, mÆt kh¸c sè tÇng nhiÒu nªn hÖ sè khuÕch ®¹i kh¸ lín. V× thÕ ®é chÝnh x¸c so s¸nh cao, ®é trÔ kh«ng qu¸ vµi µs. +Kh©u so s¸nh dïng OA còng cã 2 kiÓu ®Êu c¸c ®iÖn ¸p lµ so s¸nh 2 cöa vµ so s¸nh 1 cöa. a) So s¸nh 1 cöa

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

49

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Hai ®iÖn ¸p Utùa vµ U®k ®îc ®a tíi cïng 1 cùc cña OA th«ng qua 2 ®iÖn trë ®Çu vµo R1,R2. Cöa cßn l¹i, ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c so s¸nh th× ®Êu qua ®iÖn trë R3=R1//R2 xuèng ®Êt. §iÓm lËt tr¹ng th¸i lµ Un=Up=0

⇔

Utua Udk + R1 R2 =0 1 1 + R1 R 2

⇒ Udk=-

R2 .Utùa R1

BiÓu thøc nµy cho thÊy ®iÖn ¸p ra ®¶o ngîc tr¹ng th¸i th× 2 ®iÖn ¸p so s¸nh cÇn ph¶i tr¸i dÊu nhau. b)So s¸nh 2 cöa: Udk vµ Utùa tíi 2 cùc kh¸c nhau cña OA. §iÖn ¸p ra tu©n theo quy luËt : Ura=Ko.(U+-U-) Víi Ko lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña OA

§iÓm lËt tr¹ng th¸i øng víi Utùa=U®k. +Khi Utùa >U®k th× ∆U= Utùa- U®k > 0 ⇒ Uso s¸nh =+Ura max. +Khi Utùa < U®k th× ∆U<0 ⇒ Uso s¸nh =-Ura max. Nh vËy c¸c ®iÖn ¸p ®a vµo so s¸nh ph¶i cïng dÊu th× míi cã hiÖn tîng thay ®æi tr¹ng th¸i ®Çu ra.Vµ ®é chªnh lÖch tèi ®a gi÷a 2 cöa tr¹ng th¸i khi lµm viÖc kh«ng ®îc vît qu¸ giíi h¹n cho phÐp cña lo¹i OA ®· chän. ⇒ KÕt luËn: Ta sÏ sö dông s¬ ®å so s¸nh 2 cöa. Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

50

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Khi ®iÒu chØnh U®k th× ta sÏ ®iÒu chØnh ®îc γ=

to tøc lµ T

®iÒu chØnh ®îc ®é réng xung. Tõ ®ã sÏ ®iÒu chØnh ®îc ®iÖn ¸p ra t¶i. 3)Bé ®¶o dÊu . V× ë ®©y cã 4 IGBT trong ®ã cø 2 van t¹o thµnh 1 cÆp ®ãng më ®ång thêi. V× thÕ ta sÏ cÇn 2 ®êng tÝn hiÖu,mçi ®êng tÝn hiÖu sÏ ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng 1 cÆp van. §Ó cã 2 ®êng tÝn hiÖu tríc khi ®a vµo kh©u logic ph©n xung ta sÏ dïng 1 bé ®¶o dÊu dïng IC thuËt to¸n.

§©y thùc chÊt lµ 1 bé ®¶o víi ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®¶o chÝnh lµ ®Çu ra cña bä so s¸nh . Hai ®iÖn trë R3 chän b»ng R4 Ta cã Uss2=-

R4 .Uss1=- Uss1 R3

Nh vËy Uss2 chÝnh lµ tÝn hiÖu ®¶o cña Uss1 4) Kh©u logic ph©n xung. Xung ®a tíi c¸c IGBT ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c van nµy , t¹o thµnh c¸c chÕ ®é quay thuËn vµ quay nghÞch. Nhng ë ®©y cã 1 hiÖn tîng lµ c¸c van T1 hay T2 cha kÞp ®ãng th× T3,T4 ®· më. Khi ®ã sÏ x¶y ra t×nh tr¹ng 2 IGBT th¼ng hµng sÏ cïng dÉn. HËu qu¶ lµ ng¾n m¹ch nguån dÉn ®Õn ch¸y háng IGBT vµ m¹ch ®iÖn. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy th× mét biÖn ph¸p lµ dïng thªm 1 m¹ch logic. M¹ch nµy cã nhiÖm vô ®¶m b¶o sao cho c¸c tÝn hiÖu ®a ®Õn IGBT ph¶i lu«n tho¶ m·n yªu cÇu lµ 2 IGBT th¼ng hµng kh«ng ®îc cïng dÉn . Ta lËp b¶ng tr¹ng th¸i sau:

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

51

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i A1

A2

1

0

GVHD:Ph¹m

T1 T 2 T3 1

1

T4 0

§éng c¬ 0

Quay thuËn

0 1 0 0 1 1 Quay ngîc Tõ b¶ng tr¹ng th¸i trªn ta dïng mét bé NAND hä CMOS cã nguån cung cÊp Ucc = 3 ÷ 15 V. ë ®©y ta chän nguån cung cÊp Ucc = 12V. S¬ ®å tæng hîp cña m¹ch logic ph©n xung:

ë cã mét lu ý r»ng v× c¸c OA dïng nguån nu«i hai cùc tÝnh nªn sÏ xuÊt hiÖn c¸c xung ©m. V× vËy ta ph¶i chÆn c¸c xung ©m tõ ®Çu ra bé so s¸nh vµ bé ®¶o dÊu b»ng mét §iot. 5) Kh©u t¹o trÔ. §Ó ®¶m b¶o ch¾c ch¾n r»ng hai van th¼ng hµng kh«ng cïng dÉn, ta sÏ thªm vµo tríc cÆp van T1,T2 mét kh©u t¹o trÔ. S¬ ®å:

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

52

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

C¸c cæng logic ch¹y hä CMOS víi nguån cung cÊp lµ 12V Riªng cæng NAND ph¶i chän hä cã ngìng Trigger Smith . ë ®©y ta chän lo¹i CD4093. Nguyªn lý lµm viÖc:

Thêi gian trÔ ®îc x©y dùng bëi ttrÔ = 0,693.R11.C11. §Ó m¹ch lµm viÖc an toµn th× ta ph¶i cã ttrÔ>toff cña van. Dùa vµo Datasheet cña lo¹i IGBT ®· chän ta sÏ x¸c ®Þnh R11, C11. 5)Kh©u c¸ch ly. §Ó ®¶m b¶o cach ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ta sÏ sö dông kh©u c¸ch ly quang. ¦u ®iÓm næi bËt cña kh©u c¸ch ly quang lµ: §¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

53

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

khiÓn (®é c¸ch ®iÖn ®Õn vµi KV) vµ truyÒn ®îc xung cã ®é réng tuú ý. Tuy nhiªn do dßng ®iÖn t¶i mµ nã chiô ®îc chØ vµi chôc miliampe nªn kh«ng thÓ g¸nh trùc tiÕp më van lùc, v× vËy vÞ trÝ cña nã trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ë tríc tÇng khuÕch ®¹i cuèi. S¬ ®å:

6) Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ãng më van. V× IGBT lµ phÇn tö ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p, gièng nh MOSFET nªn yªu cÇu ®iÖn ¸p cã mÆt liªn tôc trªn cùc ®iÒu khiÓn ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é kho¸, më. S¬ ®å ®ãng më m¹ch ®iÒu khiÓn cho IGBT :

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

54

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

TÝn hiÖu më cã biªn ®é UGE , tÝn hiÖu kho¸ cã biªn ®é - UGE cung cÊp cho m¹ch G-E th«ng qua ®iÖn trë RG ,RP .m¹ch G-E ®îc b¶o vÖ b»ng §iot æn ¸p ë møc kho¶ng [-18 V , +18 V] . Do cã tô kÝ sinh gi÷a G vµ E nªn kÜ thuËt ®iÒu khiÓn MOSFET cã thÓ ®îc ¸p dông, tuy nhiªn ®iÖn ¸p kho¸ ph¶i lín h¬n. §iÖn ¸p ®ãng më ± UGE phô thuéc vao IGBT ®· chän. §iÖn trë RG ¶nh hëng ®Õn tæn hao c«ng suÊt ®iÒu khiÓn .§iÖn trë RG nhá, gi¶m thêi gian x¸c lËp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ,gi¶m ¶nh hëng cña

dU CE , gi¶m tæn thÊt n¨ng lîng trong qu¸ tr×nh dt

®iÒu khiÓn nhng l¹i lµm m¹ch ®iÒu khiÓn nh¹y c¶m h¬n víi ®iÖn c¶m ký sinh trong m¹ch ®iÒu khiÓn . CS , RS lµ m¹ch trî gióp ®Ó gi¶m thêi gian ®ãng më IGBT . CS cã trÞ sè 0.1 µF RS =10 ± 33 Ω RP =2,2 KΩ RG = 3,3 ± 27Ω ZD1 , ZD2 cã ®iÖn ¸p æn ¸p kho¶ng 18V. 7) Khèi ph¶n håi . Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng hiÖn ®¹i th× m¹ch vßng ®iÒu khiÓn lµ mét phÇn kh«ng thÓ thiÕu . C¸c m¹ch vßng nµy ®îc nèi theo cÊp, ®éc lËp t¬ng ®èi víi nhau. ViÖc ph©n vïng t¸c dông gi÷a æn ®Þnh tèc ®é vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn ®îc thùc hiÖn b»ng d¹ng phi tuyÕn cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh . S¬ ®å khèi cña d¹ng truyÒn ®éng:

S¬ ®å m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é vµ dßng ®iÖn S¬ ®å gåm hai vßng ®iÒu chØnh . Vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn ë trong cã bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn RI, vßng ®iÒu chØnh tèc Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

55

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

®é cã bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rω , bé ®iÒu chØnh nµy cã ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i cã vïng b·o hoµ.

U

Ung

t

-Ung

§iÖn ¸p ®Çu ra cña Rw lµ ®iÖn ¸p ®Æt cña dßng ®iÖn phÇn øng Ui® ,gi¸ trÞ b·o hßa Ui®max chÝnh lµ gi¸ trÞ ®¹t cùc ®¹i cña dßng ®iÖn phÇn øng .Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn RI trong m¹ch vßng cã nhiÖm vô duy tr× dßng ®iÖn phÇn øng lu«n b»ng gi¸ trÞ ®Æt (Ui®),bÊt kÓ hÖ thèng ®ang lµm viÖc æn ®Þnh hay ®ang trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é .RI lµ mét bé tØ lÖ tÝch ph©n PI. Khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh thay ®æi tèc ®é nh khëi ®éng ®éng c¬,do cã sù thay ®æi ®ét ngét cña Uw® ,trong khi w cha khi thay ®æi kÞp do qu¸n tÝnh c¬ häc cña hÖ,nªn sai lÖch ®Çu vµo δ w = Uw® - Uw cã gi¸ trÞ lín .§iÓm ;µm viÖc cña Rw sÏ ë rÊt s©u trong vïng b·o hßa cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh ,tÝn hiÖu ra cña Rw sÏ lµ Ui® = Ui®max =const,m¹ch vßng tù c¾t ra khái s¬ ®å .Do ho¹t ®éng cña m¹ch vßng dßng ®iÖn mµ dßng ®iÖn ®îc duy tr× ë gi¸ trÞ I=I®max.t¬ng øng tÝn hiÖu vµo cña m¹ch vßng lµ Ui®max .§éng c¬ b¾t ®Çu ®îc t¨ng tèc víi gia tèc : dw k .Φd max .Id max − Mc = dt j

Sau ®ã tèc ®é ®éng c¬ t¨ng dÇn lªn nhng dßng ®iÖn phÇn øng vÉn ®îc duy tr× ë gi¸ trÞ I=I®max ,chõng nµo mµ bé ®iÒu

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

56

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

chØnh tèc ®é Rw cha ra khái vïng b·o hßa ,tøc lµ cha ®îc nèi l¹i vµo s¬ ®å . Khi ®iÓm lµm viÖc cña Rw b¾t ®Çu ra khái vïng b·o hßa vµ lät vµo vïng tuyÕn tÝnh cñ© ®Æc tÝnh ,m¹ch vßng tèc ®é b¾t ®Çu ph¸t huy t¸c dông ®iÒu chØnh cïng víi m¹ch vßng dßng ®iÖn . S¬ ®å m¹ch ®iÖn håi tiÕp dßng vµ tèc ®é :

II)TÝnh to¸n chi tiÕt m¹ch ®iÒu khiÓn . Trong toµn bé s¬ ®å m¹ch ta sö dông toµn bé 6IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n .ë ®©y ta sö dông 6 IC lo¹i TL 084 do h·ng TexasInstruments chÕ t¹o, mçi IC nµy cã 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Th«ng sè cña TL084 : +§iÖn ¸p nguån nu«i : Vcc = ± 18 (V) chän Vcc = ± 12 (V) +HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo : ± 30 (V) +NhiÖt ®é lµm viÖc +C«ng suÊt tiªu thô +Tæng trë ®Çu vµo +Dßng ®iÖn ®Çu ra

: : : :

T = -25÷ 850 C P = 680 (mW) = 0,68 (W) Rin= 106 ( MΩ) Ira = 30 ( pA).

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

57

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

+Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp 14

12

13

11

10

-

1

2

9

+

+

+ -

+ 3

4 Ucc

5

6

: du/dt = 13 (V/µs) 8

7

H× nh 1.39 .S¬ ®å c h©n IC TL084

Dßng ®iÖn vµo ®îc h¹n chÕ ®Ó Ilv < 1 (m A). 1)Kh©u t¹o dao ®éng vµ t¹o ®iÖn ¸p Δ . Chu kú xung tam gi¸c T=4RC

R1 R2

ë ®©y ta chän tÇn sè b¨m xung f = 500 Hz phï hîp víi yªu cÇu t¶i ®éng c¬ . Ta cã T=1/ f =1 / 500 = 2(ms) R1 =2.10-3 R2 Chän R1=R2=47k Ω ,chän C= 0,01uF ⇒ R=50 k Ω

VËy ta cã T = 4RC

2) Kh©u so s¸nh Chän ®iÖn trë h¹n chÕ dßng vµo tríc hai cöa cña K§TT lµ R3=R4> Uv .Chän ®Ó h¹n chÕ Iv < 1mA Iv 11 ⇒ R3=R4 > =11k . Chän R3=R4 =15(k Ω ) 10 −3

3) Kh©u ®¶o dÊu §©y thùc chÊt lµ mét bé céng ®¶o víi R6 =R7 Khi ®ã Uss1= -Uss2 Chän R6 =R7 =10 k Ω 4) Kh©u logic ph©n xung. Nh ®· ph©n tÝch ë trªn th× c¸c xung tõ OA vµo c¸c cæng NAND CD4093 ph¶i ®îc chÆt hÕt xung ©m. Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

58

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Ta sÏ dïng c¸c Diode ®Ó chÆn hÕt xung ©m tõ c¸c OA. Chän 2 Diode lo¹i D10D1 Chän 2 ®iÖn trë R5 =R8=10k Ω Víi cæng NAND ta chän 1 IC logic NAND CD4093 cã ngìng h¹n chÕ Smith. 5)Kh©u t¹o trÔ : Ta cã thêi gian trÔ Ttr = 0,693 R1.1C1.1=0,693.R12C1.2=0,693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 V× thêi gian khãa cña IGBT rÊt nhá (200ns) nªn ë ®©y ta chØ cÇn chän Ttr = 7us = 0,693 R1.1C1.1=0,693.R12C12 =0,693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 Chän C1.1=C1.2 =C1.3=C1.4=0,1uF => R1.1 = R1.2= R1.3= R1.4=

7.10 −6 =100 Ω 0.693.10 −7

Cæng NAND ta chän lo¹i CD4093 Cæng AND ta chän lo¹i CD4081 Toµn bé m¹ch ®iÖn ph¶i dïng 4 cæng AND nªn ta chän mét IC 4081 hä CMOS. Mét IC 4081 cã 4 cæng ADN, cã c¸c th«ng sè: +Nguån nu«i IC : Vcc = 3÷15 (V), ta chän: Vcc = 12 (V). +NhiÖt ®é lµm viÖc : - 40o C ÷ 80o C +§iÖn ¸p øng víi møc logic “1”: 2÷4,5 (V). +Dßng ®iÖn nhá h¬n 1mA +C«ng suÊt tiªu thô P=2,5 (mW/1 cæng).

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

59

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

+Vc c 14 12

13

1

2

11

10

9

&

&

&

& 3

4

5

6

8

7

H× nh 1.38 .S¬ ®å ch©n IC 4081

6)Kh©u c¸ch ly §iÖn trë R9 (hay R10, R11, R12) ®îc chän sao cho U ra ( px )

10V

R9 = I = =1000 ( Ω ) 10.10 −3 ra ( px ) ⇒ R9 =R10=R11=R12=1(k Ω ) Bé bé ghÐp quang chän lo¹i 4N35 cã c¸c th«ng sè : Dßng vµo ch¹y qua Diode cùc ®¹i 60 mA ,dßng ra trªn collector Tranzito quang cùc ®¹i 150mA,®iÖn ¸p Tranzito 30V ,®iÖn ¸p c¸ch ly 3350V 12

12

Chän R21 = I = 0,01 = 1,2k Ω DQ T¬ng tù cã R2.2=R2.3=R2.4=R2.1=1.2(k Ω ) Trong ®ã dßng ®iÖn ch¹y qua Diode quang cã trÞ sè trong kho¶ng (5-20mA),chän 10mA TÇng Darlington chän lo¹i QM50HA-H: Theo th«ng sè cña Tranzito nµy ,chØ nÇn dßng ®iÖn bazo cña Tranzito 0,65 (A) lµ ®ñ ®Ó Tranzito më th«ng hoµn toµn. Khi ®ã ®iÖn trë R3.1 lµ R3.1 =

15 = 23 ( Ω ) 0,65

Chän R3.1 =R3.2=R3.3=R3.4=22 Ω .C«ng suÊt ®iÖn trë nµy PR22 ≈ 10W

15 2 = 22

Tranzito ®Öm cho QM50HA-H chän lo¹i D163 cã th«ng sè Ic =6A Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

60

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

UCE =100V C¸c ®iÖn trë R13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20 chän cã gi¶ trÞ 100( Ω ) 7)Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT Ta sö dông Tranzito C828 cã β =300 ë ®©y ta mong muèn Tranzito lµm viÖc nh mét khãa ®iÖn tö ,®ãng më theo chu kú cña xung ®a vµo tõ kh©u c¸ch ly. - §Ó Tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é më th«ng b·o hßa cÇn IB >IC/ β Khi Tranzito më th«ng b·o hßa IC = Chän R4.1=R4.2 =50 Ω  IC =30/100 =0,3(A) => IB > Uv

15 − (−15) 30 = R 4.1 − R 4.2 R 4.1 − R 4.2

0,3 =1(mA) 300

10V

VËy Ra =RB< I = = 10k Ω 1mA B Chän Ra =3.3 k Ω T¬ng tù cã Ra=Rb=Rc=Rd=3.3(k Ω ) 8.) Kh©u ph¶n håi tèc ®é vµ dßng ®iÖn Tríc hÕt ta ph¶i quan t©m tíi d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ .V× d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ lµ 15:1 Do ®ã d¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i cña ®éng c¬ sÏ t¬ng øng lµ 15:1 Nh ta ®· ph©n tÝch ë phÇn m¹ch lùc th× ta cã : +Víi γ =0.5 th× Ut=0 +Víi γ >0.5 th× Ut >0 :§éng c¬ sÏ quay thuËn + Víi γ <0.5 th× Ut <0 :§éng c¬ sÏ quay ngîc Nh vËy ,ta sÏ ph¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k thu ®îc tõ kh©u ph¶n håi sao cho øng víi c¸c chÕ ®é quay thuËn vµ quay ngîc th× d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é lµ 15:1 ∗ .)Tríc hÕt xÐt víi chÕ ®é quay thuËn ( γ >0.5 ) Khi γ =1 ta cã ®iÖn ¸p ®Þnh møc U®m=220(V) t¬ng øng víi tèc ®é lín nhÊt ω max V× d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é lµ 15:1 lªn tèc ®é ω min sÏ t¬ng øng víi ®iÖn ¸p trªn phÇn øng ®éng c¬ lµ Nh vËy ta cã U t = (2γ − 1)U dm = Do ®ã γ =0.53

U dm 220 = 15 15

U dm 15

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

61

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Nh vËy øng víi chÕ ®é quay thuËn th× d¶i ®iÒu chØnh cña γ lµ γ = 0.53 ÷ 1

+Ta cã

γ max =

t 0 max = 1 ⇒ t0max=T=2ms T

Nh vËy khi ®ã sÏ t¬ng øng Udk=0(V) +Ta cã γ min =

t 0 min = 0.53 ⇒ t 0 min = 0.53T = 0,53 * 2 = 1,06(ms) T

Khi ®ã sÏ t¬ng øng víi Udk = 10(V) Nh vËy b»ng c¸ch thay ®æi Udk trong kho¶ng 0(V) ®Õn 10(V) ta sÏ ®iÒu chØnh ®îc tèc ®é ®éng c¬ d¶i ®iÒu chØnh lµ 15:1 ∗ .)XÐt víi chÕ ®é quay nghÞch ( γ <0.5 ) Khi γ =0 ta cã ®iÖn ¸p ®Þnh møc øng víi chÕ ®é quay ngîc lµ U®m=-220(V) t¬ng øng víi tèc ®é lín nhÊt ω max(-) V× d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é lµ 15:1 lªn tèc ®é ω min(-) sÏ t¬ng øng víi ®iÖn ¸p trªn phÇn øng ®éng c¬ lµ Nh vËy ta cã U t = (2γ − 1)U dm = −

U dm 220 =− 15 15

U dm 15

Do ®ã γ =0.47 Nh vËy øng víi chÕ ®é quay nghÞch th× d¶i ®iÒu chØnh cña γ lµ γ = 0 ÷ 0.47 +Ta cã

γ max =

t 0 max =0 T

Nh vËy khi ®ã sÏ t¬ng øng Udk=11(V) +Ta cã γ min =

t 0 min = 0.47 ⇒ t 0 min = 0.47T = 0,47 * 2 = 0,94(ms) T

Khi ®ã sÏ t¬ng øng víi Udk = 10(V) Nh vËy b»ng c¸ch thay ®æi Udk trong kho¶ng 0(V) ®Õn 10(V) ta sÏ ®iÒu chØnh ®îc tèc ®é ®éng c¬ d¶i ®iÒu chØnh lµ 15:1 Tõ yªu cÇu cña ®iÖn ¸p U®k ta sÏ tÝnh ngîc trë l¹i c¸c th«ng sè cña kh©u ph¶n håi tèc ®é vµ dßng ®iÖn. Do ë ®©y kh©u tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh cña hÖ liªn quan ®Õn c¸c m«n häc vÒ truyÒn ®éng ®iÖn vµ tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ sau nµy nªn chóng em chØ tr×nh bµy vÒ nguyªn lý mµ kh«ng ®i vµo tÝnh to¸n cô thÓ tõng kh©u.

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

62

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

III.ThiÕt kÕ nguån nu«i cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn

I.) TÝnh to¸n c¸c tham sè cho m¹ch nguån nu«i . Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 12 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, nu«i IC , c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é còng nh c¸c bé lÊy ph©n ¸p. Vµ ta cÇn ®iÖn ¸p ± 15 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, c¸c nguån ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT .....

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

63

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Ta dïng m¹ch chØnh lu cÇu 3 pha dïng ®i«t. Chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha ,3 trô ,trªn mçi trô cã 3 cuén d©y : mét cuén s¬ cÊp vµ 2 cuén thø cÊp . a.) Cuén thø cÊp thø nhÊt Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 12 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, nu«i IC , c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é còng nh c¸c bé lÊy ph©n ¸p. §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912.§iÖn ¸p ®Çu ra cña c¸c IC nµy chän 12V. §iÖn ¸p ®Çu vµo chän 20V. §iÖn ¸p thø cÊp cña c¸c cuén a1,b1,c1 lµ : U21=

20 2

= 14,18(V )

Chän U21=14(V) §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912.C¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy: §iÖn ¸p ®Çu vµo : UV = 7÷35 (V). §iÖn ¸p ®Çu ra : Ura= 12(V) víi IC 7812. Ura= -12(V) víi IC 7912 Dßng ®iÖn ®Çu ra :Ira = 0÷1 (A). Tô ®iÖn C1, C3 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng dµi bËc cao. Chän C1= C2 =C3 =C4 = 470 (µF) ; U= 35 V b.) Cuén thø cÊp thø nhÊt Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 15 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, c¸c nguån ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT... §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7815 vµ 7915.§iÖn ¸p ®Çu ra cña c¸c IC nµy chän 15V. §iÖn ¸p ®Çu vµo chän 20V. §iÖn ¸p thø cÊp cña c¸c cuén a1,b1,c1 lµ : U21=

20 2

= 14,18(V )

Chän U21=14(V) §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p LM7815 vµ LM7915.C¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy:

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

64

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

§iÖn ¸p ®Çu vµo : UV = 7÷35 (V). §iÖn ¸p ®Çu ra : Ura= 15(V) víi IC 7815. Ura= -15(V) víi IC 7915 Dßng ®iÖn ®Çu ra :Ira = 0÷1 (A). Tô ®iÖn C5, C7 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng dµi bËc cao. Chän C5= C6 =C7 =C8 = 470 (µF) II.) TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p nguån nu«i 1- Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho t¹o nguån nu«i, chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô, trªn mçi trô cã 3 cuén d©y, mét cuén s¬ cÊp vµ hai cuén thø cÊp. 2-§iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµm ®iÖn ¸p ®ång pha lÊy ra thø cÊp lµm nguån nu«i: U2= 14 (V). 3- Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p : I2= 1( m A) 4- C«ng suÊt nguån nu«i cÊp cho c¸ch li quang : P1=4.U2 . I2d = 4.14.1.10-3 = 0,056 (W) . 5- C«ng suÊt tiªu thô ë 5 IC TL 084 sö dông lµm khuÕch thuËt to¸n vµ 8 cæng NAND,4 cæng AND. P2 = 17. PIC = 17.0,68= 11,56(W) 6- C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i. PN = P1 +P2 PN = 0,056 +11,56 = 11,616 ( W) . 7- C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y: S= 1,05. PN = 1,05. 11,616 = 12,1968 ( VA). 8- Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2 = S/ 6.U2 = 12,1968/ (6.4) = 0,145 (A) 9- Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : I1 = S/ (3.U2 )= 12,1968/(3. 220) = 0,01848(A) 10- TiÕt diÖn trô cña m¸y biÕn ¸p ®îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm :

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

65

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i Qt= kQ.

GVHD:Ph¹m

S =1,71( cm2) m. f

Trong ®ã: kQ= 6- hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t. m= 3- sè trô cña biÕn ¸p . f = 50- tÇn sè ®iÖn ¸p líi. ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô tiªu chuÈn ta cã: Qt= 1,71 (cm2). KÝch thíc m¹ch tõ l¸ thÐp dµy σ = 0,5 (mm) Sè lîng l¸ thÐp : 68 l¸ a=12mm b=16mm h=30mm hÖ sè Ðp chÆt kc= 0,85 .

a H

a

h

a C

L

H× nh 1.41 .KÝch th­ í c m¹ ch tõ biÕn ¸ p

11- Chän mËt ®é tõ c¶m B =1T ë trong tô ta cã sè vßng d©y s¬ cÊp : w1 =

U1 =5795 ( vßng) 4,44. f .B.Qt

12- Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1= J2= 2,75 (A/mm2) TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp: S1 =

S = 0,00672 (mm2) 3.U 1.J 1

®êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp :

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

66

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i d1 =

4.S1 π

GVHD:Ph¹m

= 0,092 (mm)

Chän d1= 0,1 mm ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. §êng kÝnh cã kÓ c¸ch ®iÖn: dlcd = 0,12 (mm). 13- Sè vßng d©y quÊn thø cÊp : W2=W3= W1. U2/ U1=W1. U3/ U1=369 ( vßng) 14- TÝnh chän ®i«t cho bé chØnh lu nguån nu«i : + Dßng ®iÖn hiÖu dông qua ®i«t : ID.HD =

I

2

2

= 0,099 (A)

+ §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt mµ ®i«t ph¶i chÞu : UNmax=

6 . U2 =

6 .14=34.29 (v)

+ Chän ®i«t cã dßng ®Þnh møc: Idm≥ Ki . IDMD =10.0,1=1,1 (A) Chän ®i«t cã ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt : Un= ku. UNmax=2,5.34=85 (V) Chän ®i«t lo¹i KII208A cã c¸c th«ng sè: + dßng ®iÖn ®Þnh møc: Idm = 1,5 (A) + ®iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i cña ®i«t: UN=100 (v). IV.ThiÕt kÕ bé nguån chØnh lu mét chiÒu cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp . Th«ng sè ®éng c¬ : +§iÖn ¸p ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ U®m=220 (V) +Dßng ®iÖn ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ I®m=8(A) 1.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh lu .

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

67

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

+)Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu d©y ∆/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn . M¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá ,chØ cì chôc KVA trë l¹i ,sôt ¸p trªn ®iÖn trë lín kho¶ng 4% ,sôt ¸p trªn cuén kh¸ng Ýt h¬n kho¶ng 2% .§iÖn ¸p sôt trªn 2 §i«t kho¶ng 2V +)TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n : 1-TÝnh c«ng suÊt biÓu kiÕn cña M¸y biÕn ¸p : S = Ks . Pd 2-§iÖn ¸p pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : Up =220 (V) 3-§iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p Ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i : Udo =Ud +2. ∆Uv +∆Udn + ∆Uba Trong ®ã : 2.∆Uv =2 (V) lµ sôt ¸p trªn 2 §i«t m¾c nèi tiÕp ∆Udn ≈ 0 lµ sôt ¸p trªn d©y nèi ∆Uba = ∆Ur + ∆Ux lµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . Chän s¬ bé : ∆Uba =6% .Ud =6% .220 = 13.2 (V) Tõ ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i ta cã :

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

68

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i Ud0 =

GVHD:Ph¹m

U d + 2.∆U v + ∆U dn + 2.∆ ba =220+2+0+13.2 =235.2 (V) 1

§iÖn ¸p pha thø cÊp pha m¸y biÕn ¸p : U d 235.2 U2= = =100,51 (V) 2.34 ku 4-Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p : 2 2 .Id = .8 = 6,53 (A) 3 3

I2 =

5-Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : U2 100,51 I1 = KbaI2 = .I2 = . 6,53 = 2,98 (A) 220 U1 *)TÝnh s¬ bé m¹ch tõ (X¸c ®Þnh kÝch thíc b¶n m¹ch tõ) 6-TiÕt diÖn s¬ bé trô . QFe =kQ .

Sba m.j

Trong ®ã : kQ lµ hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t ,lÊy kQ = 6 . m lµ sè trô cña m¸y biÕn ¸p f lµ tÇn sè xoay chiÒu , ë ®©y f = 50 (Hz) Ta cã c«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p lµ : S2= 3.U2.I2=3.100,51.6,53=1969(VA) S1=3.U1.I1=3.220.2,98=1986(VA) S ba =

S1 + S 2 1968 + 1969 = = 1969(VA) 2 2

Thay sè ta ®îc : QFe=6 .

1969 =21,74(cm2) 3.50

7-§ßng kÝnh trô : d=

4.QF e 4..21,74 = = 5,26 (cm) π π

ChuÈn ®o¸n ®êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 6 (cm) 8-Chän lo¹i thÐp ∃330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô Bt =1 (T) Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

69

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

h = 2,3 , suy ra h = 2,3 . d = 2,3.6 = 13,8 (cm) d Ta chän chiÒu cao trô lµ 14( cm) *)TÝnh to¸n d©y quÊn . 10- Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . U1 220 W1= = 4,44.50.21,74.10 −4.1,0 = 455,84 (vßng) 4,44. f .QFe.BT 9-Chän tû sè m=

LÊy W1= 455 vßng 11- Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p : U2 100,51 W2 = .W1= .455 = 207,87 (vßng) 220 U1 LÊy W2=207( vßng) 12- Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p . Víi d©y dÉn b»ng ®ång ,m¸y biÕn ¸p kh« ,chän J1= J2= 2 (A/mm2) 13- TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . I1 2,98 S1 = = = 1,49 (mm2) 2 J1 Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S1 = 1,68 (mm2) KÝch thíc d©y dÉn cã kÓ c¸ch ®iÖn S1c® = a1.b1= 1,1.2,5 =2,75(mm x mm) 14- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖnk trong cuén s¬ cÊp . I1 2,98 J1= = 1,68 = 1,77 (A/mm2) S1 15- TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p . I2 6,53 S2 = = = 3,256 (mm2) 2 J2 Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S2= 3,07 (mm2) KÝch thíc d©y dÉn cã kÓ c¸ch ®iÖn : S2c® = a2.b2 = 3,5.1,5 (mm x mm) 16- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp . Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

70

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i I2

GVHD:Ph¹m

6,53

J2= S = 3,07 =2,12 (A/mm2) 2 *)KÕt cÊu d©y dÉn s¬ cÊp : Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc 18- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y tren mét líp cña cuén s¬ cÊp . h − 2.hg 14 − 2.1,5 W11= . kc= 0,25 .0,95 = 42 (vßng) b1 Trong ®ã : kc= 0,95 lµ hÖ sè Ðp chÆt . h lµ chiÒu cao trô . hg lµ kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp . Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn g«ng lµ 1,5 cm . 19- TÝnh s¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp : W1 455 n11= = =10,8 (líp) 42 W11 20- Chän sè líp n11=11 líp .Nh vËy cã 191 vßng chia thµnh 7 líp ,Chän 6 líp ®Çu vµo cã 40 vßng ,líp thø 7 cã 455-40.10 = 55 (vßng) 21- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp : W11.b 40.0,25 h1= = 0,95 = 10,53 (cm) kc 22- Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy : S01= 0,1 cm. 23- Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp a01= 1,0 cm . 24- §êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn . Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =6+ 2.1 - 2.0,1 = 7,8 (cm) 25- §êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp . Dt1= Dt + 2.S01=7,8 + 2.0,1= 8 (cm) 26- Chän bÒ dÇy gi÷a hai líp d©y ë cuén s¬ cÊp : cd11= 0,1 mm 27- BÒ dÇy cuén s¬ cÊp . Bd1= (a1+cd11).n11= (1,1 + 0,1).11 = 1,32 (cm) Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

71

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

28- §êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp . Dn1= Dt1+2.Bd1=8 + 2.1,32= 10,64 (cm) 29- §êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp . D +D 1,32 + 10,64 Dtb1= t1 n1 = = 9,32 (cm) 2 2 30- ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp . l1 = W1.π.Dtb= π.455.9,32 =133,22 (m) 31- Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp :cd01= 1,0 cm *) KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp . 32- Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp . h1= h2 = 10,53 (cm) 33- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp . h2 10,53 kc = 0,95 = 70(vßng) W12= 0,15 b2 34- TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp . W2 207 n12= = = 2,95 (líp) 70 W12 35- Chän sè líp d©y quÊn thø cÊp n12= 3 líp .Chän 3 líp cã 69 vßng . 36- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp W12 69 .b= .0,15 = 10,89 (cm) h2= 0,95 kc 37- §êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp. Dt2 = Dn1+ 2.a12 = 10,64 + 2.1 = 12,64 (cm) 38- Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp : cd22= 0,1 (mm) 39- BÒ dÇy cuén s¬ cÊp . Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,35 + 0,01).3= 1,08 (cm) 40- §êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 12,64 + 2.1,08 =14,8 (cm) Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

72

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

41- §êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp . D + Dn2 12,64 + 14,8 Dtb2= t2 = = 13,72 (cm) 2 2 42- ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp . l2 = π.W2.Dtb2 = π.207.13,72 = 89,22 (m) 43- §êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y . D + Dn2 8 + 14,8 D12= t1 = =11,4 (cm) 2 2 D ⇒ r12= 12 = 5,7 (cm) 2 44- Chän kho¶ng c¸ch gi÷a hai cuén thø cÊp :a22= 2 (cm) *)TÝnh kÝch thíc m¹ch tõ . 45- Víi ®êng kÝnh trô d= 6 cm ,ta cã sè bËc lµ 3 trong nöa tiÕt diÖn trô . 46- Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô . Qbt= 2.(1,6.5,5+1,1.4,5+0,7.3,5) = 32,4 (cm2) 47- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô . QT= khq.Qbt = 0,95.32,4 = 30,78 (cm2) 48- Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô . dt = 2.(1,6+1,1+0,7)= 6,8 (cm) 49- Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc . 16 .2 = 64 l¸ BËc 1 n1= 0,5 11 .2 = 44 l¸ BËc 2 n2= 0,5 7 .2 = 28 l¸ BËc 3 n3= 0,5 *)§Ó ®¬n gi¶n trong viÖc chÕ t¹o g«ng tõ ,ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch thíc sau . ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô : b = dt = 6,8 cm ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng tËp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô : a = 5,5 cm TiÕt diÖn g«ng Qbg= a x b = 37,4 (cm2) Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

73

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

50- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng . Qg= khq.Qbg = 0,95 .37,4 = 35,53 (cm2) 51- Sè l¸ thÐp dïng trong mét g«ng . b 68 hg = = 0,5 = 136 (l¸) 0,5 52- TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô . U1 220 BT = = = 0,7076 (T) 4,44.50.455.30,78.10 −4 4,44. f .W1.QT 53- MËt ®é tõ c¶m trong g«ng . QT 30,78 Bg = BT. = 0,7076 . 35,53 = 0,613 (T) Qg 54- ChiÒu réng cöa sæ . c= 2.(a01+Bd1+a12+Bd2) + a22 = 2.(1+1,32+1+1,08) + 2 = 10,8 (cm) 55- TÝnh kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m trôc . c’ = c+d = 10,8 + 6 = 16,8 (cm) 56- ChiÒu réng m¹ch tõ . L= 2.c +3.d = 2.10,8 + 3.6 = 39,6 (cm) 57- ChiÒu cao m¹ch tõ . H = h + 2.a = 14 + 2.5,5 = 25 (cm) *) TÝnh khèi lîng cña s¾t vµ ®ång . 58- ThÓ tÝch cña trô . VT = 3.QT.h = 3.30,78.14 =1292,76 (cm3) 59- ThÓ tÝch cña g«ng . Vg = 2.Qg.L = 2.35,53.39,6 = 2813,98 (cm3) 60- Khèi lîng cña trô . MT= VT . mFe = 1,29276 . 7,85 = 10,15 (Kg) 61- Khèi lîng cña g«ng . Mg = Vg . mFe = 2,81398.7,85 = 22,09 (Kg) 62- Khèi lîng cña s¾t . MFe= MT+Mg = 10,15+ 22,09= 32,24 (Kg) Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

74

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

63- ThÓ tÝch ®ång . VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.(1,68.10-4.133,22.10+ 3,07.104 .89,22.10) = 1,493 (dm3) 64- Khèi lîng cña ®ång . MCu = VCu . mCu = 1,493.8,9 =13,29 (Kg) *) TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p . 65- §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 0 C . l1 133,22 R1= ρ. = 0,02133. 1,68 = 1,69 (Ω) S1 Trong ®ã ρ75 = 0,02133 (Ω) 66- §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750C . l2 89,22 R2= ρ. = 0,02133. 3,07 = 0,619 (Ω) S2 67- §iÖn trë cña m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . 2

2  W2   207      455  W RBA = R2 + R1  1  =0,619+ 1,69  =0,96 (Ω) 68- Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p . ∆Ur = RBA.Id = 0,96 . 8 = 7,68 (V) 69- §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp .

 r  . a12 + Bd1 + Bd2  .ω.10-7 XBA= 8 .π2.(W)2.   3   hqd    5,7   . 0,01 + 1,32 + 1.08  .314.10-7  3   10,53  

= 8 .π2.2072. 

= 0,465 (Ω) 70- §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . 0,465 XBA = = 0,000148 (H) = 1,48 (mH) 314 ω 71- Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p .

LBA =

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

75

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

3 3 XBA.Id = 0,465.8 = 3,55 (V) π π 3 Rdt = .XBA = 0,444 (Ω) π 72- Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p . ∆Ux =

∆UBA=

2 2 ∆U r + ∆U x =

7,68 2 + 3,55 2 =8,46 (V)

73- Tæng trë ng¾n m¹ch qui ®æi vÒ thø cÊp . ZBA =

2 2 RBA + XBA =

0,96 2 + 0,465 2 = 1,06 (Ω)

74- Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p . ∆Pn = 3.RBA .I2 = 3.0,96.6,532 = 122,81 (W) ∆Pn 122,81 ∆P% = .100 = .100 = 6,23 % 1969 S 75- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông . RBA.I 2 6,53.0,96 Unr= .100 = 100,51 .100 = 6,23 % U2 76- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng . xBA.I 2 6,53.0,465 Unx = .100 = 100,51 .100 =3,02 % U2 77- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m . Un=

2 2 U nr + U nx = 6,232 + 3,02 2 = 6,92(V)

78- Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp . U2 100,51 I2nm= = 1,06 = 94,82 (A) ZBA 79- HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh lu . U .I 220.8 η= d d = = 90 % 1969 S 2.TÝnh chän Diode :

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

76

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i ,®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt ,®iÖn ¸p lµm viÖc ,c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®îc tÝnh nh sau : +)§iÖn ¸p ngîc lín nhÊt mµ Diode ph¶i chÞu : Ud π Unmax=Knv.U2 =Knv . = .220 = 230,38 (V). Ku 3 Trong ®ã :

Knv = 6

Ku =

3. 6 π

§iÖn ¸p ngîc cña van cÇn chän : Unv = KdtU . Un max =2,5 . 230,38 = 575,95 Trong ®ã : KdtU - hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ,chän KdtU =2,5 . +) Dßng lµm viÖc cña van ®îc tÝnh theo dßng hiÖu dông : I 8 Ilv = Ihd = Khd .Id = d = =4,62 (A) 3 3 1 (Do trong s¬ ®å cÇu 3 pha ,hÖ sè dßng hiÖu dông :Khd = ). 3 Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch to¶ nhiÖt ; Kh«ng cã qu¹t ®èi lu kh«ng khÝ ,víi ®iÒu kiÖn ®ã dßng ®Þnh møc cña van cÇn chän : I®m =Ki . Ilv =3,2 .4,62 = 14,7 (A) (Ki lµ hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn vµ chän Ki =3,2) tõ c¸c th«ng sè Unv ,I®mv ta chän 6 Diode lo¹i 1N2455R do nhµ s¶n xuÊt IR s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau : §iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i cña van : Un = 600 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =20 (A) Dßng ®iÖn thö cùc ®¹i : Ith =20 (A) Dßng ®iÖn rß : Ir =5 (mA) Sôt ¸p lín nhÊt cña Diode ë tr¹ng th¸i dÉn lµ : ∆U = 1,1 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=150 oC

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

77

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Bảng trị số toàn bộ các phần tử và linh kiện được sử dụng Tên linh kiện T1T4 DS1,DS2,DS3,DS4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R1.1 R1.2 R1.3 R1.4 R9,R10,R11,R12 R2.1,R2.2,R2.3,R2.4 R3.1,R3.2,R3.3,R3.4 R13,R14,R15,R16 R17,R18,R19,R20 Ra,Rb,Rc,Rd R4.1,R4.2,R4.3,R4.4 R4.5,R4.6,R4.7,R4.8 RG1,RG2,RG3,RG4 RP1,RP2,RP3,RP4 RS1,RS2,RS3,RS4 Rvar1 Rvar2,Rvar3,Rvar4 C C1.1,C1.2,C1.3,C1.4 CS1,CS2,CS3,CS4 7IC 2 NAND 1 AND D1,D2,D3,D4

Loại phần tử IGBT SGP20N60 DIODE 1N2455R Điện trở

Các thông số VCES 600V – IC MAX 20A UN 600V – ITB 20A 47kΩ 47kΩ 15kΩ 15kΩ 10kΩ 10kΩ 10kΩ 10kΩ 100Ω 100Ω 100Ω 100Ω 1kΩ 1.2kΩ 23Ω 100Ω 100Ω 3.3kΩ 50Ω 50Ω 23Ω 2.2kΩ 23Ω 100kΩ 10kΩ 0.01 µ F 0.1 µ F 0.1 µ F

TL084 CD4093 CD4081 D10D1

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

78

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i ZD1,ZD2 Q1 → Q8 Q11,Q12,Q13,Q14 Q21,Q22,Q23,Q24 C¸ch ly quang

GVHD:Ph¹m

± 18V

C828 D163 QM50HA-H 4N35

Chương IV MÔ PHỎNG TRÊN MÁY TÍNH

Trong khu«n khæ ®å ¸n nµy chóng em sÏ m« pháng 2 phÇn chÝnh : Mét lµ phÇn m¹ch lùc víi phÇn mÒm ORCAD 9.2 vµ phÇn m¹ch lùc víi phÇn mÒm m« pháng MATLAB 6.5 IV.1.M« pháng m¹ch ®iÒu khiÓn . 1.M« pháng kh©u ph¸t xung ch÷ nhËt 20V

0V

-20V 12ms

13ms

14ms

15ms

16ms

17ms

18ms

19ms

20ms

V(U1:OUT) Time

2.M« pháng kh©u t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c ®èi xøng hai cùc tÝnh

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

79

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

20V

0V

-20V 12ms

13ms

14ms

15ms

16ms

17ms

18ms

19ms

20ms

V(R4:1) Time

3.§å thÞ ®iÖn ¸p cña kh©u ph¸t xung ch÷ nhËt vµ kh©u t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c trªn cïng mét hÖ trôc . 20V

0V

-20V 12ms

13ms V(R4:1)

14ms

15ms

16ms

17ms

18ms

19ms

20ms

17ms

18ms

19ms

20ms

V(U1:OUT) Time

4.M« pháng m¹ch so s¸nh ®iÖn ¸p 20V

0V

-20V 12ms

13ms

14ms

15ms

16ms

V(R10:1) Time

5.Xung nhËn ®îc sau kh©u ®¶o dÊu : Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

80

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

20V

0V

-20V 12ms

13ms

14ms

15ms

16ms

17ms

18ms

19ms

20ms

18ms

19ms

20ms

V(R15:1) Time

6.Xung thu ®îc sau kh©u l«gic ph©n xung +Xung tíi IGBT1 vµ IGBT 2 10V

5V

0V 12ms

13ms

14ms

15ms

16ms

17ms

V(R11:1) Time

+Xung tíi IGBT 3 vµ IGBT 4 :

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

81

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

10V

5V

0V 12ms

13ms

14ms

15ms

16ms

17ms

18ms

19ms

20ms

V(U5A:J) Time

IV.2.M« pháng m¹ch lùc sö dông Matlab 6.5 IV.2.1 Sơ đồ tổng thể Sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng. Phần mềm này cung cấp cho ta đầy đủ các khối cần thiết của mạch lực mạch điều khiển và tải động cơ một chiều kích từ độc lập. Sơ đồ mô phỏng như sau:

Mạch băm xung một chiều có đảo chiều :H_Bridge.mdl Các khối cụ thể xem trực tiếp trên sơ đồ, ở đây ta không mô tả cụ thể Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

82

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Trình tự mô phỏng: chạy M-file thongsoBXDC.m tiếp theo chạy sơ đồ H_Bridge.mdl, kích đúp lên các scope Ud vàId và scope để quan sát trực tiếp ud, id, vận tốc và dòng phần ứng. Sau khi chạy xong sơ đồ, trên Commamd Window đánh lệnh >>ketquaBXDC để xem kết quả cụ thể bằng số

IV.2.2 Kết quả mô phỏng IV.2.2.1 Khi γ =0.53 a. Trên Command Window >> ketquaBXDC ================================================ * DO AN DIEN TU CONG SUAT * Nhom 8 Lop TDH2-K47 GVHD :Thay PHAM QUOC HAI SVTH :NGUYEN XUAN QUANG-LOP TDH2-K47-DHBKHN ================================================ Ket qua mo phong Cau BXDC dao chieu H_Bridge de dieu chinh toc do dong co mot chieu kich tu doc lap Bam xung voi tan so f = 500 Hz , tx/T = y= 0.5300 Dien ap ra trung binh Ud (V) Ud = 13.2000 Dong tai trung binh Id (A) Id = 4.1360 b.Đồ thị trên các scope

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

83

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

GVHD:Ph¹m

84

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

IV.2.2 Khi γ = 0.95 a. Trên Command Window >> ketquaBXDC ================================================ * DO AN DIEN TU CONG SUAT * Nhom 8 Lop TDH2-K47 GVHD :Thay PHAM QUOC HAI SVTH :NGUYEN XUAN QUANG-LOP TDH2-K47-DHBKHN ================================================ Ket qua mo phong Cau BXDC dao chieu H_Bridge de dieu chinh toc do dong co mot chieu kich tu doc lap Bam xung voi tan so f = 500 Hz , tx/T = y= 0.9500 Dien ap ra trung binh Ud (V) Ud = 198.0000 Dong tai trung binh Id (A) Id = 0.4400 b. Trên các scope

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

85

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

IV.2.3 Khi γ = 0.05 a.Trên Command Window Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

86

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

>> ketquaBXDC ================================================ * DO AN DIEN TU CONG SUAT * Nhom 8 Lop TDH2-K47 GVHD :Thay PHAM QUOC HAI SVTH :NGUYEN XUAN QUANG-LOP TDH2-K47-DHBKHN ================================================ Ket qua mo phong Cau BXDC dao chieu H_Bridge de dieu chinh toc do dong co mot chieu kich tu doc lap Bam xung voi tan so f = 500 Hz , tx/T = y= 0.0500 Dien ap ra trung binh Ud (V) Ud = -198 Dong tai trung binh Id (A) Id = 8.3600 b.Trên các Scope

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

87

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

GVHD:Ph¹m

88

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

IV.2.3 Khi γ = 0.47 a.Trên Command Window >> ketquaBXDC ================================================ * DO AN DIEN TU CONG SUAT * Nhom 8 Lop TDH2-K47 GVHD :Thay PHAM QUOC HAI SVTH :NGUYEN XUAN QUANG-LOP TDH2-K47-DHBKHN ================================================ Ket qua mo phong Cau BXDC dao chieu H_Bridge de dieu chinh toc do dong co mot chieu kich tu doc lap Bam xung voi tan so f = 500 Hz , tx/T = y= 0.4700 Dien ap ra trung binh Ud (V) Ud = -13.2000 Dong tai trung binh Id (A) Id = 4.6640 b.Trên các Scope

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

89

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

IV.3 Nhận xét kết quả mô phỏng Ứng với 4 lần mô phỏng ta thấy : Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

90

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

IV.3.1.Với chế độ quay thuận ta thấy : -Trong dải điều chỉnh tốc độ của động cơ là 15:1 tương ứng với dải điều chỉnh

điện áp ra tải là 15:1 .Ta thấy khi đó dải điều chỉnh của tham số γ tương ứng sẽ là γ = 0.53 ÷ 0.95 .Mô phỏng trên Simulink với γ=0.95 và γ=0.53 ,ta thấy Ud (γ =0.95) = 15 Ud (γ=0.53), thõa mãn yêu cầu đề ra. Như vậy nếu ta thay đổi từ γ = 0.53 đến 0.95 thì Ud có dải thay đổi 1:15 hay tương ứng với dải điều chỉnh tốc độ của động cơ là 1:15 - Biểu đồ dạng dòng áp thu được từ các scope là hoàn toàn phù hợp với mô tả trong phần mạch lực IV.3.1.Với chế độ quay nghịch ta thấy : -Trong dải điều chỉnh tốc độ của động cơ là 15:1 tương ứng với dải điều chỉnh điện áp ra tải là 15:1 .Ta thấy khi đó dải điều chỉnh của tham số γ tương ứng sẽ là γ = 0.05 ÷ 0.47 .Mô phỏng trên Simulink với γ=0.05 và γ=0.47 ,ta thấy Ud (γ =0.05) = 15 Ud (γ=0.47) về giá trị tuyệt đối của điện áp ra tải, thõa mãn yêu cầu đề ra. Như vậy nếu ta thay đổi từ γ = 0.47 đến 0.05 thì Ud có dải thay đổi 1:15 hay tương ứng với dải điều chỉnh tốc độ của động cơ là 1:15 - Biểu đồ dạng dòng áp thu được từ các scope là hoàn toàn phù hợp với mô tả trong phần mạch lực

IV.4 Phụ lục Các Scripts (M-file) sử dụng trong chương trình mô phỏng IV.4.1 M-file thongsoBXDC.m M-file này để nhập thông số cho toàn bộ sơ đồ mô phỏng, khi muốn mô phỏng với bộ thông số khác ta thay đổi các thông số mô phỏng ở đây %thongsoBXDC.m U=220;%dien ap phan ung dong co(V) f=500;%tan so bam xung (Hz) T=1/f;%Chu ki bam xung y=0.53;%y=tx/T lay y=0.95 hoac 0.53 hoac 0.47 hoac 0.05 R=50;%dien tro phan ung dong co (Ohms) L=0.012;%dien cam phan ung dong co (Henry) Rkt=240;%dien tro phan cam Ohms Lkt=120;%dien cam phan cam Henry Lm=1.8;%dien cam ho cam Henry Jqt=0.5;%momen quan tinh dong co v0=30;%toc do ban dau dong co Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

91

§å ¸n m«n häc §TCS GVHD:Ph¹m Quèc H¶i Mt=5;%mo men tai (N.m) IV.4.2 M-file ketquaBXDC.m M-file này dùng để xem kết quả mô phỏng trên Command Window %ketquaBXDC.m disp('================================================ ') disp('* DO AN DIEN TU CONG SUAT * Nhom 8 Lop TDH2-K47 ') disp('GVHD :Thay PHAM QUOC HAI') disp('SVTH :NGUYEN XUAN QUANG-LOP TDH2-K47-DHBKHN') disp('================================================ ') disp(' Ket qua mo phong Cau BXDC dao chieu H_Bridge') disp('de dieu chinh toc do dong co mot chieu kich tu doc lap') disp(' Bam xung voi tan so f = 500 Hz , tx/T ='),y disp(' Dien ap ra trung binh Ud (V)') Ud=U*(2*y-1) disp(' Dong tai trung binh Id (A) ') Id=(U-Ud)/R

Tµi liÖu tham kh¶o 1.Ph¹m Quèc H¶i,D¬ng V¨n Nghi.Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,1997 2.Ph¹m Quèc H¶i,TrÇn Träng Minh ,Vâ Minh ChÝnh.§iÖn tö c«ng suÊt Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2004 3.NguyÔn BÝnh .§iÖn tö c«ng suÊt Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc ,2000 4.NguyÔn V¨n LiÔn ,NguyÔn ThÞ HiÒn .TruyÒn ®éng ®iÖn Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2000 5.Ph¹m Quèc H¶i ,D¬ng V¨n Nghi,NguyÔn V¨n LiÔn,NguyÔn ThÞ HiÒn . §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn 6.B¸o Tù ®éng ho¸ Ngµy nay- Sè th¸ng 1&2 7.Lª V¨n Doanh ,TrÇn V¨n ThÞnh .§iÖn tö c«ng suÊt –Lý thuyÕt vµ øng dông Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

92

§å ¸n m«n häc §TCS Quèc H¶i

GVHD:Ph¹m

Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2005 8.TrÇn Träng Minh .Bµi gi¶ng ®iÖn tö c«ng suÊt Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc ,2002 9. NguyÔn Phïng Quang. Matlab vµ Simulink cho kÜ s ®iÒu khiÓn tù ®éng Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2004 10.Nhãm ph¸t triÓn phÇn mÒm tin häc vµ ®iÖn tö EDA. Híng dÉn sö dông ORCAD 9.2 Nhµ xuÊt b¶n trÎ 2000 11.Matlab.User’s guide. Prentice Hall,1995 12.Bïi §×nh Tiªu .C¬ së truyÒn ®éng ®iÖn Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi 13.Lª V¨n Doanh ,Cyril Lander .§iÖn tö c«ng suÊt vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2004 Vµ c¸c trang Web : 14.Alldatasheet.com 15.INF.com 16.IGBT.com 17.IGBT-scaledriver.com

Sinh viªn thùc hiÖn: NguyÔn Xu©n Quang

93