Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển động cơ điện một chiều ổn định tốc độĐiện tử công suất là một bộ phận quan trọng của nghành điện tử. Nó đóng vai trò rất lớn trong việc nghiên cứu chế tạo ra những thiết bị điện tử phục vụ cho con người trong cuộc sống. Để tìm hiểu một phạm trù nhỏ của môn điện tử công suất chúng em xin phân tích một ứng dụng rất thông dụng đó là đề tài: “Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển động cơ điện một chiều ổn định tốc độ, uvào =12vac, ura = 0 12vdc”MỞ ĐẦU1CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT21.1.Giới thiệu chung về chỉnh lưu21.1.1.Cấu trúc về mạch chỉnh lưu21.1.2.Phân loại31.2.Xây dựng sơ đồ khối41.3.Giới thiệu về chỉnh lưu cầu một pha41.3.1.Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển tải RL41.3.2.Cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển tải RL71.4.Van bán dẫn Thysistor101.4.1.Cấu tạo, kí hiệu van bán dẫn Thysistor101.4.2.Nguyên lý làm việc của Thysistor111.4.3.Đặc tính vônampe của Thysistor131.5.Cơ sở lý thuyết về động cơ một chiều nam châm điện141.5.1.Cấu tạo của động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu141.5.2.Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu161.6.Lựa chọn và phân tích phương pháp điều khiển tốc độ động cơ17CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG202.1.Tính toán chọn thiết bị mạch động lực202.1.1.Mô hình tính toán của động cơ điện một chiều202.1.2.Tính chọn van Thysistor252.1.3.Tính chọn máy biến áp272.1.4.Giới thiệu vi mạch TCA 785282.2.Tính toán mạch điều khiển35CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH423.1.Liệt kê các thiết bị423.2.Xây dựng sơ đồ lắp đặt423.2.1.Xây dựng mạch nguồn điều khiển.423.2.2.Xây dựng mạch động lực433.2.3.Xây dựng mạch điều khiển vòng hở433.2.4.Mạch điều khiển vòng kín443.2.5.Tiến hành lắp đặp trên thực tế453.3.Kết luận – Đánh giá47
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN MÃ HỌC PHẦN: ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ, UVÀO =12VAC, URA = - 12VDC Giảng viên: Lớp: Nhóm sinh viên: LỜI NĨI ĐẦU Để hồn thành mơn Đồ án này, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy …vì giảng dạy tận tình, chi tiết để nhóm em có đủ kiến thức vận dụng chúng vào đồ án Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm để tài hạn chế kiến thức, đồ án chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía thầy để đồ án nhóm em hồn thiện Lời cuối cùng, nhóm em xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe thành công Sinh viên thực (Tất SV) Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC MỞ ĐẦU Điện tử công suất phận quan trọng nghành điện tử Nó đóng vai trị lớn việc nghiên cứu chế tạo thiết bị điện tử phục vụ cho người sống Để tìm hiểu phạm trù nhỏ mơn điện tử cơng suất chúng em xin phân tích ứng dụng thơng dụng đề tài: “Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển động điện chiều ổn định tốc độ, uvào =12vac, ura = - 12vdc” CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT 1.1 Giới thiệu chung chỉnh lưu Cấu trúc mạch chỉnh lưu 1.1.1 Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng dòng điên chiều Bộ chỉnh lưu dùng để biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều cấp cho tải Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi thực tế Sơ đồ cấu trúc thường gặp mạch chỉnh lưu: Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu BAL – biến áp lực có chức chuyển cấp điện áp số pha chuẩn lưới điện sang giá trị điện áp số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu – tải Nếu điện áp số pha nguồn phù hợp với tải không cần dùng BA lực sử dụng sơ đồ đấu van kiểu cầu; trường hợp dùng sơ đồ đấu van hình tia ln bắt buộc phải có BA MV – mạch van, van bán dẫn đấu theo kiểu sơ đồ đó, trực tiếp thực q tình biến đổi dịng điện xoay chiều thành dịng điện chiều Vì khâu thiếu MCL LỌC – mạch lọc san Khâu nhằm đảm bảo điện áp hay dòng điện phẳng theo mong muốn tải Nếu điện áp sau MV đạt yêu cầu, bỏ khâu LSB 1.1.2 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo số cách sau đây: − − − Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: pha, hai pha, ba pha, pha, … Phân loại theo loại van bán dẫn mạch van + Chỉnh lưu không điều khiển (Mạch van dùng Diode) + Chỉnh lưu có điều khiển (Mạch van dùng Thysistor) + Chỉnh lưu bán điều khiển (Mạch van dùng Diode Thysistor) Phân loại theo sơ đồ mắc van với nhau: + Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ số lượng van số pha nguồn cấp cho mạch van Tất van đấu chung đầu với – + catôt chung, anôt chung Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong nửa số van mắc chung catôt, nửa lại mắc chung anốt 1.2.Xây dựng sơ đồ khối Hình 1.2: Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển động chiều với tốc độ ổn định 1.3 Giới thiệu chỉnh lưu cầu pha 1.3.1 Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải RL Cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển Mạch chỉnh lưu cầu pha gồm van Thysistor T1 ->T4 đấu thành a) − nhóm: + T1, T2 gọi nhóm dương chúng kích thời gian nửa + chu kỳ dương điện áp pha T3, T4 gọi nhóm âm chúng kích thời gian nửa chu kỳ − âm điện áp pha Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van lấy trực tiếp từ lưới điện − thông qua máy biến áp Nguồn sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha tải RL Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha b) Nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu cầu pha Giả sử Ld = ∞ điện áp phía thứ cấp u2 = ω U2 sin t với góc điều khiển α Xét mạch làm việc chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp Trước thời điểm ω t= v1 cặp van T1 T3 dẫn điện ta có: uT2 = uT3 = 0; utải = - u2 ; uT1 = uT4 = u2; iT2 = iT3 = itải ; iT1 = iT4 = 0.Đến thời điểm ω t= v1 cấp xung điều khiển mở cặp van T T4 lúc cặp van T1 T4 dẫn điện, cặp van T1 T3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện, ta có: u T1 = uT4 = 0; utải = u2; uT2 = uT3 = - u2; iT1= iT4= itải; iT2 = iT3 = Đến thời điểm ω t = π, u2 = có xu hướng âm dần - u2 = có xu hướng dương dần Tuy nhiên điện áp nguồn lúc tác động ngược chiều với chiều dẫn dòng dòng điện qua tải, suất điện động cảm ứng L d tạo cho cặp van T1 T4 tiếp tục dẫn điện, cặp van T1 T3 chưa dẫn chưa có xung điều khiển kích mở Lúc ta có: uT1= uT4= 0; utải = u2 < 0; uT2 = uT3 = - u2 > 0; iT1 = iT4= itải; iT2 = iT3= Đến thời điểm ω t =π+ α phát xung điều khiển mở cặp van T2 T3, lúc cặp van T2 T3 dẫn điện cặp van T1 T4 bị phân cực ngược nên không dẫn điện Ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4 = u2 < 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= Đến thời điểm ω t =2π, u2= có xu hướng dương dần, cịn - u = có xu hướng âm dần, nhiên cặp van T T3 tiếp tục dẫn suất điện động cuộn cảm tải tạo để chống lại biến thiên dòng điện Cặp van T T4 chưa dẫn điện chưa có xung điều khiển kích mở ta có: uT2= uT3 = 0; uT1 = uT4= u2 > 0; utải = - u2; iT2 = iT3 = itải; iT1= iT4= c) Giản đồ dòng điện, điện áp Hình 1.4: Đồ thị làm việc chỉnh lưu điều khiển cầu pha d) Ứng dụng mạch chỉnh lưu cầu pha Mạch dung với nhiều loại phụ tải khác nhau, với nhiều ưu tiên riêng (các cặp van phiên dẫn, điều chỉnh trơn điện áp đầu ra) 1.3.2 Cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển tải RL a) Cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển gồm van Thysistor T1, T2 van Diode D1, D2 Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van lấy trực tiếp từ lưới điện thông qua máy biến áp − Sơ đồ nguyên lý: U2 U2 D2 T T1 A F T D B Rd E Ld F T1 A D D2 B Rd Ld Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý mắc cực tính ngược cực tính 10 E Hình 2.18: Mơ hình điều khiển tốc độ động có PI Hình 2.19: Điều khiển tốc độ động có điều khiển PI Hình 2.20: Điều khiển tốc độ động có điều khiển PI thêm cản Hình 2.21: Điều khiển tốc độ động có điều khiển PI (khi có cản) 2.1.1 Xây dựng điều khiển PI Hình 1: Sơ đồ điều khiển PI Khối PI gồm khâu: Khâu tỷ lệ (bộ P)và khâu tích phân (bộ I) Khâu tỷ lệ ta sử dụng mạch khuếch đại đảo Ta sử dụng biến trở RV6 để thay đổi hệ số P − Ta có: Chọn = 10kΩ Có => RV6 = 967.1 Ta chọn RV6 1kΩ Khâu tích phân ta sử dụng mạch tích phân Ta sử dụng biến trở RV7 để thay đổi hệ số I Ta có: Chọn = 1µF Có => RV7 = 719424 Ta chọn RV7 100kΩ CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH 3.1 Liệt kê thiết bị Bảng 3.1: Bảng liệt kê thiết bị ST T Tên Tiền Số lượng Biến áp 85,000đ 2 10 11 12 13 14 15 Tryritor BT 151 Diode 1N4007 Diode cầu Điện trở Tụ hóa Tụ gốm MOC 3020 Biến trở 10k Dây nối đực TCA 785 LM 741 IC L7815CV Biến trở 100k IC L7915CV 4,000đ 12,000đ 5,000đ 5,000đ 5,000đ 1,000đ 5,500đ 2,500đ 22,000đ 35,000đ 15,000đ 18,000 23,000đ 18,000đ 2 Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều 3.2 Xây dựng sơ đồ lắp đặt 3.2.1 Xây dựng mạch nguồn điều khiển − Mạch nguồn đơn cực: Hình 3.1: Mạch nguồn đơn cực − Mạch nguồn lưỡng cực: Hình 2.2: Mạch nguồn lưỡng cực 3.2.2 Xây dựng mạch động lực Hình 3.3: Xây dựng mạch động lực 3.2.3 Xây dựng mạch điều khiển vịng hở Hình 3.4: Xây dựng mạch điều khiển vịng hở 3.2.4 Mạch điều khiển vịng kín Hình 3.5: Xây dựng mạch điều khiển vịng kín 3.2.5 Tiến hành lắp đặp thực tế a Mạch hở thực tế - Với tín hiệu đặt 0V + Khi khơng có cản Hình 6: Mạch hở tín hiệu đặt 0V + Mạch hở có cản Hình 7: Mạch hở có cản lên trục động b Mạch kín thực tế Hình 8: Tồn mạch điều khiển vịng kín thực tế + Khi tín hiệu đặt 0V Khơng có cản Hình 9: Mạch vịng kín tín hiệu đặt 0V + Khi có cản Hình 10: Mạch vịng kín có cản lên trục động 3.3 Kết luận – Đánh giá Đường link video chạy thực tế: a Đối với mạch vòng hở Bảng 2: Các trường hợp làm thực nghiệm với mạch hở Điện áp đặt 14.95V 14.95V 10V 10V 8V 8V 6V 6V 0V 0V + + + + + Hệ thống hoạt động ổn định với dải điện áp đặt từ 0-10V thông qua biến trở 10K ơm Xung kích mở van điều khiển ic TCA785 hoạt động tốt thông qua hai bóng led ta thấy dõ điều Đối với giá trị đặt 0V điện áp động 17.77V Đối với giá trị đặt 10V điện áp động 0V, động ngừng hoạt động Động hoạt động ta tắc động lên trục động làm cho tốc độ động quay chậm lại, điện áp động giảm, dịng tăng hệ thống chưa có điều khiển vịng kín tác động động để trở lại tốc độ đặt b Đối với mạch vịng kín Bảng 3: Các trường hợp làm thực nghiệm với mạch điều khiển vịng kín Điện áp vào động 0V 0V 0V 0V 13.65V 13.5V 14.11V 13.86V 15.07V 14.83V + Hệ thống mạch điều khiển vịng kín hoạt động tương đối ổn định Tín hiệu có giá trị sấp sỉ gần tín hiệu đặt Khi tín hiệu đặt từ biến trở 0V mạch cơng suất cấp cho đơng + 15.07 V Khi tín hiệu đặt từ biến trở 10V mạch cơng suất ngừng cấp nguồn + + cho động cơ, động tắt + Với tín hiệu đặt từ biến trở 10K động hoạt động, ta tác động cản lên trục động cơ, lúc đầu tốc độ đông giảm dần sau máy phát tốc gửi tín hiệu phản hồi điều khiển điều khiển tốc độ động trở + sấp sỉ với tốc độ đặt Vì mạch điều khiển vịng kín nên ta ghì trục động khó so với mạch vịng hở có tín hiệu từ máy phát tốc gửi cho điều khiển để hệ thống cố gắng trì tốc độ với tín hiệu đặt - Nguyên nhân gây sai số: + Do làm trịn tính tốn lựa chọn thiết bị + Do linh kiện điện tử mua loại dẻ tiền để giảm chi phí nên độ xác chưa cao + Trong trình thực nghiệm thơng số đo đạc bị làm trịn nên hiệu chỉnh chưa xác KẾT LUẬN Thơng qua môn Đồ án lần này, với việc kết hợp kiến thức học thông qua hướng dẫn thầy hướng dẫn tìm tịi thân, nhóm em hiểu nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lưu cầu pha, cách xây dựng điều khiển PI điều khiển tốc độ động cơ, … Tuy nhiên, kiến thức cịn hạn chế nên đồ án nhóm em khó tránh khỏi sai sót Em mong thầy góp ý để đồ án nhóm em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy … giúp em q trình hồn thiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy! TÀI LIỆU THAM KHẢO ... khối mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển động chiều với tốc độ ổn định 1.3 Giới thiệu chỉnh lưu cầu pha 1.3.1 Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển tải RL Cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển. .. hình điều khiển tốc độ động có PI Hình 2.19: Điều khiển tốc độ động có điều khiển PI Hình 2.20: Điều khiển tốc độ động có điều khiển PI thêm cản Hình 2.21: Điều khiển tốc độ động có điều khiển PI... phiên dẫn, điều chỉnh trơn điện áp đầu ra) 1.3.2 Cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển tải RL a) Cấu trúc mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển gồm