Thiết kế bộ băm xung một chiều có đảo chiều

y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế băm xung chiều có đảo chiều , Tháng năm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Đề bài: Thiết kế băm xung chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng) để điều chỉnh tốc độ động chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) với số liệu cho trước: Phương án Điện áp Dòng điện định Điện áp phần Phạm vi điều lưới (VAC) mức ứng chỉnh tốc độ 110 220 380 20 15 120 220 100 10:1 15:1 20:1 127 V 6A 400 V 25:1 300 10 600 15:1 Chương I Giới thiệu động điện chiều I.1 Đặt vấn đề Cùng với phát triển ngày mạnh mẽ ngành công nghiệp chiều rộng lẫn chiều sâu,điện máy điện đóng vai trị quan trọng , thiếu phần lớn ngành công nghiệp đời sống sinh hoạt người Nó ln trước bước làm tiền đề mũi nhọn định thành công hệ thống sản xuất công nghiệp Không quốc gia nào, sản xuất khơng sử dụng điện máy điện Do tính ưu việt hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải , máy phát động điện xoay chiều có cấu tạo đơn giản công suất lớn, dễ vận hành mà máy điện (động điện) xoay chiều ngày sử dụng rộng rãi phổ biến Tuy nhiên động điện chiều giữ vị trí định cơng nghiệp giao thơng vận tải, nói chung thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục phạm vi rộng (như máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động không đồng để chế tạo động điện chiều cỡ giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp ưu điểm mà máy điện chiều thiếu sản xuất đại Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song ưu điểm lớn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y c d o m w o o c u -tr a c k w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải Nếu thân động không đồng đáp ứng đáp ứng phí thiết bị biến đổi kèm (như biến tần ) đắt tiền động điện chiều khơng điều chỉnh rộng xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao Ngày hiệu suất động điện chiều công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, động điện cơng suất trung bình lớn khoảng 85% ÷ 94% Cơng suất lớn động điện chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm 1000v Hướng phát triển cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo máy cơng suất lớn vấn đề rộng lớn phức tạp với vốn kiến thức cịn hạn hẹp phạm vi đề tài em đề cập nhiều vấn đề lớn mà đề cập tới vấn đề thiết kế băm xung chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều động chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng Đây phương pháp dùng phổ biến để điều chỉnh động điện chiều kích từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động theo phương pháp đối xứng Đây phương pháp mang lại hiệu kinh tế cao sử dụng rộng rãi tính đặc điểm bật mà chúng em phân tích đề cập sau I.2 Tổng quan động điện chiều I.2.1) Giới thiệu số loại động điện chiều Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ứng với cách ta có loại động điện loại: - Kích thích độc lập: nguồn chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên :I = Iư - Kích thích song song: nguồn chiều có cơng suất vơ lớn điện áp ko đổi, mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It - Kích thích nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vịng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It - Kích thích hỗn hợp ta có: I = Iu +It Với loại động tương ứng với đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển ứng dụng tương đối khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Trong đề tài ta xét đên động điện chiều kích từ độc lập biện pháp hữu hiệu để điều khiển loại động I.2.2 Động điện chiều kích từ độc lập +Phương trình đặc tính cơ: phương trình biểu thị mối quan hệ tốc độ (n) mơmen (M) động có dạng chung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Ru + R f Uu − M KΦ ( KΦ ) Thơng qua phương trình này, ta thấy phụ thuộc tốc độ động vào mômen động thông số khác (mơmen, từ thơng ), từ đưa phương án để điều chỉnh động (tốc độ) với phương án tối ưu Với điều kiện Uư = const, It = const từ thơng động khơng đổi, quan hệ tuyến tính đường đặc tính động đường thẳng Thường dạng đặc tính đường thẳng mà giao điểm với trục tung ứng với mơmen ngắn mạch cịn giao điểm với trục tung ứng với tốc độ không tải động ω= Người ta đưa thêm đại lượng β = ΔM để đánh giá độ cứng Đặc tính dốc Δω cứng ( β lớn) tức mômen biến đổi nhiều tốc độ biến đổi ngược lại Đặc tính dốc mềm tức mơmen biến đổi tốc độ biến đổi nhiều thay đổi ω ω ω Mt M Mnm Để hiểu nguyên lý lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước hết ta xét đặc tính động điện Đó quan hệ tốc độ quay với mơmen (hoặc dịng điện) động +Đặc tính tự nhiên động cơ: động vận hành chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức không nối thêm điện kháng, điện trở vào động cơ) Trên đặc tính tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, ωđm +Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi tham số nguồn hoạc nối thêm đIện trở, điện kháng Để so sánh đặc tính với nhau, người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính cơ: β=ΔΜ/Δω (tốc độ biến thiên mơmen so với vận tốc) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c a) Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ kích từ độc lập thể đây: Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau: gọi động điện kích từ độc lập Phương trình đặc tính xuất phát: U u = E u + ( Ru + R f ) I u +Uư: điện áp phần ứng +Eư: sức điện động phần ứng +Rư: điện trở mạch phần ứng : Rư=rư +rcf +rb +rct +rư: điện trở cuộn dây phần ứng +rcf: điện trở cuộn cực từ phụ +ri: điện trở cuộn bù +rct: điện trở tiếp xúc chổi điện +Rf: điện trở phụ mạch phần ứng +Iư: dòng điện mạch phần ứng +Eư xác định theo biểu thức sau: pN Eu = ⋅ Φ ⋅ω 2π a + p: số đơi cực từ + N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng + A: số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng + Φ : từ thơng kích từ cực từ +ω: tốc độ góc pN K= 2πa Trong K hệ số cấu tạo động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c E u = K e Φn ω = 2πn / 60 = n / 9,55 Vì pN Φn 60a K Ke = = 0,105 K 9,55 Eu = Suy U u Ru + R f − Iu KΦ KΦ Biểu thức (*) phương trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ động xác định M dt = K Φ.I u Suy I u = M dt / KΦ Thay vào (*) ta Ru + R f U ω= u − M dt KΦ ( KΦ ) Nếu bỏ qua tổn thất thép mômen trục động mômen điện từ M Ta có Ru + R f U ω= u − M KΦ ( KΦ ) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Đồ thị hình vẽ: Φ= ω ω ω Nhận xét : + Iư=0 M=O ta có Mt Mnm M LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c ω= d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Uu = ω0 Ru + R f Đây tốc độ không tải lý tưởng động +ω = I u = U : Ru + R f M = K Φ.I nm = M nm : Dòng điện ngắn mạch Mômen ngắn mạch Uu RI − = ω − Δω KΦ KΦ Ru + R f U ω= u − M = ω − Δω KΦ ( KΦ) ω= R = Ru + R f ω0 = Uu KΦ R R M Iu = KΦ (KΦ )2 Từ tốc độ đơng điện chiều phụ thuộc vào đại lượng là: Uư, R, I Như thông qua đại lượng biến thiên mà ta điều khiển tốc độ động điện chiều Δω = b) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Điều chỉnh tốc độ động điện chiều nội dung truyền động điện nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất.Điều chỉnh tốc độ dùng phương pháp tuý điện tác động lên thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay động điện Tốc độ quay động điện thường bị thay đổi biến thiên tải ,của nguồn hay chế độ làm việc mở máy ,hãm máy gây sai số so với tốc độ ,kĩ thuật mong muốn Trong hệ thống truyền động điện thường vào số tiêu kinh tế ,kĩ thuật ,các tiêu tính thiết kế điều chỉnh động điện Trong thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều + Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động + Điều chỉnh cách thay đổi từ thông phần ứng hay thay đổi điện áp phần ứng cấp cho mạch kích từ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c + Điều chỉnh b thay đổi đ điện trở phụ mạch phầần ứng ý điều nh điện áp p phần ứn ng b.1) Nguyên lý Chỉ áp dụng d với động điện m chiều kích k thích độc đ lập song làm việc chếế độ kích thhích độc lââp Loại nàày cần có thhiết bị nguuồn như: máy m phát điện chiều u kích từ độộc lập, chỉnh lưu l điều khhiển có ức biến lượnng điện xo oay chiều thành t chiều có sđđ Eb điiều chỉnh nhờ n tín hiiệu điều khiểnn Uđk Ta có c phương trình E b − E u = I u ( R b + R ud ) ω = Eb R + R ud − b R ud K dm I u K Φ dm K Φ ® Km ω = ω (U dk ) − M β Vì từ thơng củ động giữ khơng đổii nên đặc tính t cũnng khơng đổi đ Tốc độ khơng k tải lí tưởng tuỳỳ thuộc giiá trị Uđk c hệ thốnng Đồ thịị tuyến tínhh nói phươn ng pháp nàyy triệt đểể Để xác định đ dải điều chỉnh tốốc độ Chú ý: + Phhương pháp p có từ thơng khơơng đổi nên đặc tính có độ cứng c khôngg đổi + Tốốc độ khôn ng tải lý tưở ởng tuỳ thuuộc vào giáá trị điện áp Uđk hệ thống d nói n phương g pháp nàyy điều khiểnn triệt đểể + Giiải điều chỉnh tốc độ hệ tthhống bị chặặn đặcc tính bảản đặc tính ứng với điện đ áp địn nh mức từ thông định đ mức Tốc độ nhhỏ củaa dải điều khiển k bị giới hạn yêêu cầu sai s số tốc độ đ mô men m khởi độộng +Vớ ới cấu c máy cụụ thể có ω max , K M , M dm xác địnhh phhạm vi điềều chỉnh D phhụ thuộc tu uyến tính vào v giá trị độ đ cứng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c ω max = ω max − M dm ω = ω − M dm d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c β β M nm = M c max = K M M dm Để thoả mãn khả q tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mơn men ngắn mạch M nm = M c max = K M M dm (KM: hế số mômen tải) Họ đặc tính đường thẳng song song nên ta có M ω = ( M nm − M dm ) = dm ( K M − 1) ω max − D= (K M M dm β β ω max β −1 M dm = − 1) M dm / β KM −1 β Với ω max , K M , M dm xác định máy D phụ thuộc tuyến tính vào β Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động điện chiều thiết bị nguồn điều chỉnh điện trở mạch phần ứng gấp khoảng lần điện trở phần ứng động tính sơ được: ω max β / M dm ≤ 10 Do phạm vi điều chỉnh tốc độ không vượt 10, Vậy với yêu cầu để ta điều chỉnh dải điện áp dải điều chỉnh cho Điều chỉnh tốc độ phương pháp thích hợp trường hợp Mt=const toàn dải điều chỉnh b.2) Điều chỉnh từ thơng động Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều khiển mômen điện từ động điện M = K Φ.I u Do mạch kích từ động điện chiều phi tuyến hệ điều chỉnh từ thông phi tuyến LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Từ sơ đồ ta ek dΦ iu = + ωk rb + rk dt rk: điện trở dây quấn phần ứng rb : điện trở nguồn đIện áp kích thích ω k : số vịng dây cuộn kích từ Thường điều chỉnh từ thơng điện áp phần ứng Uđm đặc tính thấp vùng điều khiển từ thơng đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thơng định mức gọi đặc tính (đơi đặc tính tự nhiên) Tốc độ lớn dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế khả chuyển mạch cổ góp điện Khi giảm từ thơng dẫn đến tăng vận tốc góc điều kiện chuyển mạch cổ góp bị xấu mặt khác phải bảo đảm I cho phép Kết mômen cho phép động giảm nhanh kể giữ nguyên I momen giảm nhanh b.3) Thay đổi điện trở phụ Rf Từ phương trình đặc tính (*) Φ= U u Ru + R f − Iu KΦ KΦ (*) Thực tế ngày người ta không dùng phương pháp Vì phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ quay vùng tốc độ định mức, kèm theo tổn hao lượng điện trở phụ, làm giảm hiệu suất động điện Vì phương pháp áp dụng động điện có cơng suất nhỏ thực tế thường dùng động điện cần trục c) Kết luận LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Trong phần ta tính tốn cặp điện trở R3 R4 thỏa mãn yêu cầu γ Trong phần ta giữ nguyên giá trị cho cặp R31 R41; cịn cặp điện trở R32 R42 tính tốn cho thỏa mãn u cầu an tồn cho đóng mở van Với IGBT chọn phần mạch lực, ta cần tính thời gian trễ ttrễ > toff Dựa vào phương trình Utựa theo thời gian, ta có: Utựa = 8*104.t (V) Thời gian trễ cần thiết ttrễ =1μs nên điểm chuyền đổi điện áp tựa phải chênh giá trị: 8*104 * 1* 10-6 = 0.08 (V) Cặp điện trở R32, R42 cần chọn cho Uđk2 biến thiên khoảng R42 0.44 44 = = R32 + R42 1.25 125 Chọn R42=44kΩ R32=81kΩ Khâu đảo chiều động (dùng cơng tắc vị trí): Nguyên tắc đảo chiều động : - Đầu tiên giảm tốc độ động không - Ấn nút để chuyển tốc độ theo chiều ngược lại Nút bấm thiết kế công tắc liên động để thực chuyển mạch tín hiệu điều khiển - Theo tính chất Uđk trình bày trên, phận tạo trễ đảm bảo an toàn cho van định phân áp nhờ cặp điện trở R31, R41 R32, R42 Do đó, điện áp điều khiển đổi chiều đường cấp Uđk1 biến thành đường cấp Uđk2 đảm bảo nhóm van đóng nhóm van mở - Khâu đảo chiều điện áp Uđk đảo dấu sử dụng khuếch thuật toán Bộ đảo dấu đảo dấu giá trị không đổi khơng địi hỏi tần số làm việc cao Tuy nhiên, để đồng thiết bị yêu cầu tần số cao, ta chọn đảo dấu khuếch thuật toán LM7131A/NS Sơ đồ đảo dấu sau: 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c R1 V1 R2 + U1 LM7131A/NS Rcb V2 Thực chất đảo dấu khuếch đại đảo, ta chọn R1=R2=1kΩ, Rcb có tác dụng cân điện trở vào nên ta chọn 0.5kΩ Khâu so sánh phân kênh: Sơ đồ: Vtua R1 LM7131A/NS U1 + -12 R3 Vdk1 R2 D1 DIODE 12 Vdk2 LM7131A/NS R4 U2 + -12 R5 Vmo1 R6 Vmo2 D2 DIODE 12 R7 LM7131A/NS U4 + -12 R9 R8 D4 DIODE 12 LM7131A/NS R10 U3 + -12 R11 12 Vkhoa1 R12 Vkhoa2 D3 DIODE Giải thich nguyên lý hoạt động: Với giá trị Uđk ta đem so sánh với giá trị Utựa để tạo xung đưa đến trộn xung phía sau Hai xung Umở1 Ukhóa1 đồng với nhau, xung mức cao xung mức thấp Trễ khoảng hai xung Umở2 Ukhóa2 đồng với Khuếch thuật tốn sử dụng loại có thời gian tác động nhanh tạo điều kiện cho xung có sườn lên, sườn xuống dốc Ta dùng loại LM7131A/NS hãng National Semiconductor sản xuất - Sơ đồ chân: 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c - Thơng số chính: Nguồn cung cấp 2.7V đến 12V Điện áp offset 7mV Dòng vào offset 3.5μA Dòng Bias 35μA Tần số làm việc 70Mhz - Bốn Diode có tác dụng cắt xung âm Tính tốn: - Các điện trở R1, R2, R4, R5, R7, R8, R10, R11 có tác dụng hạn chế dịng vào khuếch thuật toán nên ta chọn đồng 1kΩ - Các Diode chọn loại làm việc tần số cao FJT1100 có tiêu chất lượng sau: Điện áp ngược cực đại Dòng qua van cực đai Tần số làm việc Công suất tiêu tán 25V 150mA 1MHz 250mW Khâu tạo xung chùm: Sơ đồ mạch: R -12 LM318 + V8 12 R2 R3 D1 DIODE C2 R1 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Giải thích nguyên lý hoạt động: Đây mạch tạo dao động dùng khuếch thuật tốn, thơng dụng Khuếch thuật toán sử dụng so sánh hai cửa Tụ C liên tục phóng, nạp làm cho khuếch thuật toán đảo trạng thái mối lần điện áp tụ đạt trị số chia điện áp R1, R2 Chu kỳ dao động tính theo công thức sau: T=2RCln( + R1 ) R2 Tính tốn: - Khuếch thuật tốn dùng loại có tốc độ cao LM318 nêu - Ta chọn cho (R2 + R1) cỡ 20 (kΩ) Thông thường ta chọn R2 < R1 Vậy ta chọn giá trị sau: R1=15kΩ R2=4.7kΩ Từ công thức ràng buộc ta có R C2 = 12.5 * 10-6 Ta chọn R=5.6kΩ C2 = 0.0022μF - Chọn D1 Diode FJT1100 Khâu trộn xung: Mạch trộn xung dùng cổng logic AND, có tín hiệu cần trộn xung nên mạch cần cổng AND, ta dùng IC 7408 hãng Texas Instrument sản xuất có tích hợp cổng AND IC Đặc tính kỹ thuật IC sau: 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Khâu khuếch đại xung: +15V R20 D7 C6 R19 T2 T1 R21 Nguyên tắc: Để cách ly mạch lực mạch điều khiển ta dùng biến áp xung Tuy nhiên tính chất vi phân biến áp xung nên khơng cho phép truyền xung rộng vài miligiây Chính tính chất mà ta phải truyền xung rộng dạng xung chùm để biến áp xung hoạt động bình thường Để đơn giản mạch dồng thời bảo đảm hệ 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c số khuếch đại dòng cần thiết tầng khuếch đại ta dùng kiểu Dalinton Sơ đồ mạch hình vẽ Để đảm bảo điện áp bên cuộn sơ cấp BAX 15(V) ta chọn nguồn nuôi có giá trị Vcc = 20 (V) (Vì cịn phải tính đến sụt áp điện trở) Khi có tín hiệu xung vào bóng T2 mở đồng thời làm mở ln T1 Lúc xuất dịng điện chạy từ nguồn nuôi qua R20, qua cuộn sơ cấp T1 xuống đất thành lập cuộn sơ cấp điện áp U1 Điện trở R20 có tác dụng bảo vệ T1 tránh dịng I1 vượt q giá trị IC1max Tính tốn: Transistor T1: Từ tính tốn máy biến áp xung ta có I1 = IC1 = (mA) Điện áp ngược đặt lên T1 20 (V) Vậy ta chọn T1 loại BC108 có thơng số sau: ICmax = 0.1 (A) PCmax = 0.3 (W) UCmax = 20 (V) Βmax = 110 (lần) Ta có R 20 > VCC 20 = = 200(Ω) Ỉ chọn R20 = 250 (Ω) I C max 0.1 Kiểm tra lại sụt áp R20 gây ra: UR20 = 250 * I1 = 250 * * 10-3 = 0.25(V) Ỉ U1 = 20- UR20 = 19.75 > 15 (V) Ỉ R20 lựa chọn phù hợp để đảm bảo điện áp sơ cấp đặt 15 (V) Tuy nhiên R20 mắc nối tiếp cuộn sơ cấp với biến áp xung nên dẫn, làm giảm điện áp đặt vào biến áp xung, để giữ điện áp ban đầu biến áp xung nguồn VCC ta đưa thêm tụ C6 vào Lúc giai đoạn T1 khóa tụ điện kịp nạp đến trị số nguồn Ta có: tn tx 25 × 10 −6 C6 < = = = 0.033( μF ) 3.R20 3.R20 × 250 Chọn C6 = 33(nF) Diode D7 có tác dụng bảo vệ tải cho bóng bán dẫn Khi T1 khóa, điện áp cuộn sơ cấp tăng cao ( U = L di ; i biến thiên nhanh nên U1 lớn), dt khơng có D7 cảm ứng sang thứ cấp U2 gây hỏng cực điều khiển bóng Nếu có D7 xuất dòng khép mạch vòng qua D7, R20 bảo vệ bóng Ta có Uđkmax = 20 (V) (tra từ datasheet bóng IGBT chọn) Vậy điện áp sơ cấp lớn cho phép là: 20 * = 60 (V) 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c 60 ⎧ = 0.3( A) ⎪I D = Dòng áp dùng tính tốn cho D7 là: ⎨ 200 ⎪⎩U D = 15(V ) ⎧ I tb max = 0.2( A) ⎪U = 40(V ) Chọn D7 loại 2N3903 có thơng số ⎪⎨ ng max ⎪ PC max = 0.35(W ) ⎪β = 50 ⎩ Transistor T2: 0.33 × 10 −3 Ta có IC2 = = = × 10 −6 ( A) nhỏ Vậy chọn T2 BC108 β1 110 I C1 Điện trở R19 có nhiệm vụ hạn chế dịng vào T2 β β V U v max ≤ R19 ≤ cc với S hệ số bão hòa từ, ta lấy S = 1.2 I v max S I max 110 × 50 × 20 ⇒ R19 ≤ = 917(kΩ) × Vậy chọn R19 = 900 (kΩ) Như ta tính xong khâu khuyếch đại xung trùm Ở ta không cần diode chống xung âm xung điều khiển ta vào phận KĐX loại bỏ phần bị âm mạch so sánh tạo xung chùm Máy biến áp xung: BAX1 Máy biến áp xung thực nhiệm vụ: - Cách li mạch lực mạch điều khiển - Phối hợp trở kháng - Nhân thành nhiều xung (BAX nhiều cuộn thứ cấp) cho van cần mở đồng thời Mạch điều khiển gồm có biến áp xung, tạo xung mở cho van, tạo xung khóa cho van Biến áp xung dùng để mở van: Chọn vật liệu làm lõi sắt Do van ta làm việc tần số cao (cỡ kHz) nên ta chọn vật liệu lõi Ferit dạng xuyến, hình trụ Ở miền từ hóa lõi sắt phần 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Tính tốn kích thước tổng Thể tích lõi sắt k ba U I t x ΔU x × 15 × 10 −3 × 25 × 10 −6 × 0.2 V = = = 0.0125 × 10 −6 (m ) = 0.0125(cm ) ΔB.ΔH 0.2 × 30 Với: ⎧k ba = ⎪U = U = 15(V ) G ⎪ ⎪ I = I G = 1(mA) ⎪ ⎨ −6 ⎪t x = f = 25 × 10 xc ⎪ ⎪ΔB = 0.2 ⎪ ⎩ΔH = 30 Vậy ta chọn lõi thép Ferit miền từ hóa phần dạng trụ có tham số sau: Loại lõi sắt 905 Đường kính ngồi (mm) Đường kính (mm) Diện tích lõi từ: 0.101 (cm2) Diện tích cửa sổ: 0.034 (cm2) Điện áp dòng bên sơ cấp: ⎧U = U = 15(V ) ⎪ I2 ⎨ ⎪⎩ I = = 1(mA) Số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp: W1 = U t x 15 × 25 × 10 −6 = = 185(vong ) ΔB.S ba 0.2 × 0.101 × 10 − W2 = W1 185 = = 185(vong ) k ba Biến áp xung dùng để khóa van: Thể tích lõi sắt k ba U I t x ΔU x × × 10 −3 × 25 × 10 −6 × 0.2 V = = = 4.17.10 −9 (m ) = 4.17(mm ) ΔB.ΔH 0.2 × 30 Với: 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c ⎧k ba = ⎪U = U = 5(V ) G ⎪ ⎪ I = I G = 1(mA) ⎪ ⎨ −6 ⎪t x = f = 25 × 10 xc ⎪ ⎪ΔB = 0.2 ⎪ ⎩ΔH = 30 Vậy ta chọn lõi thép Ferit miền từ hóa phần dạng trụ có tham số sau: Loại lõi sắt 905 Đường kính ngồi (mm) Đường kính (mm) Diện tích lõi từ: 0.101 (cm2) Diện tích cửa sổ: 0.034 (cm2) Điện áp dòng bên sơ cấp: ⎧U = U = 5(V ) ⎪ I2 ⎨ ⎪⎩ I = = 1(mA) Số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp: W1 = U t x 15 × 25 × 10 −6 = = 185(vong ) ΔB.S ba 0.2 × 0.101 × 10 − W2 = W1 185 = = 185(vong ) k ba Khâu chuẩn hóa tín hiệu điều khiển: Khâu đặt sau biến áp xung, có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ biến áp xung thành tín hiệu điện áp phù hợp để đóng mở van Để đóng mở van, yêu cầu điện áp mở +15V điện áp khóa -5V Ta điều chế cách đảo dấu điện áp +5V thành -5V mạch đảo dấu trình bày trên, sau dùng mạch cộng tương ứng để cộng điện áp +15V với -5V tương ứng Sơ đồ mạch cộng sau: 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c V31 LM7131A/NS R53 Vra V1 + V2 R54 R47 V29 R51 R55 Ta có: Ura= (U1 + U2) R51 + R55 với R53 = R54 2.R53 Chọn R51 = R55 = R53 = R54 = 1kΩ Khuếch thuật tốn chọn loại có tốc độ nhanh LM7131A/NS Tín hiệu điện áp từ sau khâu chuẩn hóa đưa vào cực điều khiển IGBT Mô Mạch điều khiển: Động quay thuận: Lúc chưa tác động vào nút ấn Đồ thị điện áp khâu so sánh: A: u2_6 B: s1_1 C: u4c_10 12.50 V 7.500 V 2.500 V -2.500 V -7.500 V -12.50 V 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 3.500ms 3.000ms 3.500ms Hinh Điện áp so sánh cho nhóm van 1,2 A: u2_6 B: u9_2 C: u4d_12 12.50 V 7.500 V 2.500 V -2.500 V -7.500 V -12.50 V 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms Hinh Điện áp so sánh cho nhóm van 3,4 64 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Đồ thị điện áp sau khâu trộn xung: 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms A: u4c_10 B: u4c_8 3.500ms 12.50 V -12.50 V 12.50 V C: u4d_12 D: u4d_11 -12.50 V Hinh Trộn xung mở van 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms A: u4c_10 B: u4c_8 3.500ms 12.50 V -12.50 V 12.50 V C: u4d_12 D: u4d_11 -12.50 V Hinh Tron xung khóa van Đồ thị điện áp sau biến áp xung: A: bax1_3 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms 3.500ms 17.50 V B: bax4_3 -2.500 V 17.50 V -2.500 V Hinh Đồ thị điện áp dùng để mở van (15V) 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c A: bax2_3 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms 3.500ms 7.000 V B: bax3_3 -1.000 V 7.000 V d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c -1.000 V Hinh Đồ thị điện áp dùng để khóa van (5V) Đồ thị điện áp sau khâu chuẩn hóa tín hiệu: A: u14_6 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms 3.500ms 17.50 V B: u13_6 -7.500 V 17.50 V -7.500 V Hinh Mở van +15V khóa van -5V Động quay ngược: Sau ấn nút đảo chiều động Đồ thị điện áp khâu so sánh: A: u2_6 B: s1_1 C: u4c_10 12.50 V 7.500 V 2.500 V -2.500 V -7.500 V -12.50 V 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 3.500ms Hinh Đồ thị điện áp khâu so sánh nhóm van 1, 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c 12.50 V A: u2_6 B: s2_1 C: u4d_12 7.500 V 2.500 V -2.500 V -7.500 V -12.50 V 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 3.500ms Hinh Đồ thị điện áp khâu so sánh nhóm van 3, Đồ thị điện áp sau khâu trộn xung: 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms A: u4c_10 B: u4c_8 3.500ms 12.50 V -12.50 V 12.50 V C: u4d_12 D: u4d_11 -12.50 V Hinh 10 Đồ thị điện áp sau trộn xung để mở van 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms A: u3_6 B: u4a_3 3.500ms 12.50 V -12.50 V 12.50 V C: u4b_4 D: u4b_6 -12.50 V Hinh 11 Đồ thị điện áp sau trộn xung để khóa van Đồ thị điện áp sau biến áp xung: A: bax1_3 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms 3.500ms 17.50 V B: bax4_3 -2.500 V 17.50 V -2.500 V Hinh 12 Điện áp sau biến áp xung để mở van (15V) 67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c A: bax2_3 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms 3.500ms 7.000 V B: bax3_3 -1.000 V 7.000 V d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c -1.000 V Hinh 13 Điện áp sau biến áp xung để khóa van (5V) Đồ thị điện áp sau khâu chuẩn hóa tín hiệu: A: u14_6 1.000ms 1.250ms 1.500ms 1.750ms 2.000ms 2.250ms 2.500ms 2.750ms 3.000ms 3.250ms 3.500ms 17.50 V B: u13_6 -7.500 V 17.50 V -7.500 V Hinh 14 Mở van +15V khóa van -5V Tài liệu tham khảo 1.Phạm Quốc Hải,Dương Văn Nghi.Phân tích giải mạch điện tử công suất Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,1997 2.Phạm Quốc Hải,Trần Trọng Minh ,Võ Minh Chính.Điện tử cơng suất 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com y o c u -tr a c k c d o m o w w w d o C lic k to bu y bu to k lic C w w w N O W ! h a n g e Vi e N PD ! XC er O W F- w m h a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,2004 3.Nguyễn Bính Điện tử công suất Nhà xuất Giáo dục ,2000 4.Nguyễn Văn Liễn ,Nguyễn Thị Hiền Truyền động điện Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,2000 5.Phạm Quốc Hải ,Dương Văn Nghi,Nguyễn Văn Liễn,Nguyễn Thị Hiền Điều chỉnh tự động truyền động điện 6.Báo Tự động hoá Ngày nay- Số tháng 1&2 7.Lê Văn Doanh ,Trần Văn Thịnh Điện tử công suất –Lý thuyết ứng dụng Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,2005 8.Trần Trọng Minh Bài giảng điện tử công suất Nhà xuất Giáo dục ,2002 Nguyễn Phùng Quang Matlab Simulink cho kĩ sư điều khiển tự động Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,2004 10.Nhóm phát triển phần mềm tin học điện tử EDA Hướng dẫn sử dụng ORCAD 9.2 Nhà xuất trẻ 2000 11.Matlab.User’s guide Prentice Hall,1995 12.Bùi Đình Tiêu Cơ sở truyền động điện Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội 13.Lê Văn Doanh ,Cyril Lander Điện tử công suất điều khiển động điện Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,2004 Và trang Web : 14.Alldatasheet.com 15.INF.com 16.IGBT.com 17.IGBT-scaledriver.com 69 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... cập tới vấn đề thiết kế băm xung chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều động chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng Đây phương pháp dùng phổ biến để điều chỉnh động điện chiều kích từ... Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Chương II BĂM XUNG MỘT CHIỀU (BXDC) II.1 Giới thiệu băm xung chiều (BXDC): BXDC có chức biến đổi điện áp chiều, có ưu điểm thay đỏi điện áp phạm vi rộng mà hiệu... a n g e Vi e w PD XC er F- c u -tr a c k c Đề bài: Thiết kế băm xung chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối xứng) để điều chỉnh tốc độ động chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) với số liệu cho trước: