Quá trình khảo sát mạch điều khiển điện áp bằng cách thay đổi độ rộng xung p2 potx

0 Mc M Hình II.4 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ phương pháp thêm điện trở phụ Theo sơ đồ trên, ta có : Rư < R1 < R2 n0 > n1 > n2 > n3 Khi điện trở phụ R lớn độ cứng đường đặc tính giảm ngược lại Phương pháp cho tốc độ nhỏ tốc độ thêm điện trở vào không giảm nhỏ Rư Đồng thời, phương pháp cho tốc độ điều chỉnh nhảy cấp, mức độ nhảy cấp phụ thuộc vào số cấp khởi động Điều chỉnh tốc độ phương pháp thay đổi từ thông  n U + _ n1 n0 M MC M MN Hình II.5 CKT T RKT Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động phương pháp giảm từ thông Với phương pháp này, ta giảm từ thông thiết kế Ikt gần định mức,  gần bảo hoà Nếu tăng Ikt ,  không tăng Nhưng giảm Ikt ,  giảm nhiều Khi giảm từ thông thấp giá trị định mức, tốc độ động tăng lớn tốc độ đm > 1 > 2 ncb < n1 < n2 Khi giảm từ thông, tốc độ tăng lên cao tốc độ làm hỏng động cơ, nên thông thường người ta cho phép ncb = 3nđm Điều chỉnh tốc độ cách rẽ mạch phần ứng n U + Rss _ Rnt M CKT ncb n1 Mc TN Rẽ mạch phần ứng Rf = Rnt M Hình II.6 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ phương pháp rẽ mạch phần ứng RKT Phương trình đặc tính phương pháp : Udm Ru  kRnt nk  M Ke KeKm Rss Với : k Rss  Rnt Với phương pháp này, ta điều chỉnh tốc độ nhỏ tốc độ bản, tổn thất lượng thấp điều chỉnh tốc độ nhảy cấp CHƯƠNG III KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG I Bộ băm điện áp chiều Giơi thiệu Bộ băm xung chiều coi biến đổi DC/DC mà điện áp biến đổi đảm nhận linh kiện bán dẫn công suất Nhiệm vụ thay đổi điệ n áp theo yêu cầu điều chỉnh ổn định điện áp tải Băm xung chiều sử dụng nhiều thiết bị động điện chiều, phận nung đốt diện trở, cấu điện từ, mạch ổn áp dải rộng Van thích hợp với băm xung chiều loại mà điều khiển trình mở khoá van, thường dùng Transistor (lưởng cực, MOSFET, IGBT) Khi cần công suất tải lớn (dòng điện điện áp cao) ta phải dùng đến Tiristor Vì Tiristor linh kiện bán dẫn công suất chịu dòng điện qua lớn cho phép điện áp ngược đặt lên cao Để mạch băm xung hoạt động phần tử đóng vai trò van đóng mở phải điều khiển xung kích thời gian thích hợp Trong hầu hết linh kiện đóng mở bán dẫn công suất, việc đóng cắt thực cách đưa tín hiệu thích hợp vào chân điều khiển Đối với thyristor điều thực cực cổng có tác dụng việc kích mở thyristor mà Để tắt thyristor dẫn nguồn DC, ta phải thêm vào phần tử chuyển mạch để có diều kiện tắt đặt điện áp ngược hai đầu thyristor làm cho dòng chạy qua bị triệt tiêu Bộ băm xung chiều chia thành ba loại : – Bộ băm có van mắc song song tải điện cảm mắc nối tiếp với tải (kiểu song song) – Bộ băm đảo dòng Hai loại băm có ưu điểm cho điện áp tải lớn điện áp nguồn không thích hợp với tải có công suất lớn nên sử dụng – Bộ băm có van điện cảm mắc nối tiếp với tải (kiểu nối tiếp) Bộ băm cho điện áp nhỏ điện áp nguồn có ưu điểm sử dụng cho tải có công suất cao, thông dụng Trong phạm vi đồ án này, người thực đề cập đến băm có van mắc nối tiếp với tải Hoạt động dựa nguyên tắc đóng – ngắt tải với nguồn theo chu kỳ : chu kỳ T (hình aa), khoảng thời gian to cho van dẫn nên điện áp nguồn E đưa thẳng tải, khoảng thời gian lại (T-to) van hở, làm điện áp tải không Do điện áp trung bình chiều tải là: D.E  E d R Trong D = to/T tỷ số chu kỳ băm T It  to Hình III.1 Theo biểu thức ta thấy để điều chỉnh điện áp tải thay đổi độc lập to, T đồøng thời hai tham số này, thông dụng phương pháp thay đổi to giữ chu kỳ Tcố định Như từ điện áp nguồn không đổi liên tục, cách “băm” thành xung, ta điều chỉnh điện áp Để thiết kế hay khảo sát băm xung, người ta thường quan tâm đến chế độ dòng điện Theo nguyên lý hoạt động, khoảng thời gian van khóa, nguồn bị ngắt khỏi tải, nhiên tải có tính điện cảm nên dòng điện tải tiếp tục chảy quẩn qua điôt D2 nhờ lượng tích lũy điện cảm Căn vào tham số R, L, Ed (sức điện động bên tải) khoảng thời gian ngắt nguồn (T-to) mà dòng điện tải tồn đến van dẫn trở lại (gọi chế độ dòng điện liên tục ) tắt trước (chế độ dòng điện gián đoạn) Để biết mạch có làm việc chế độ dòng điện cần dựa theo điều kiện giới hạn hai chế độ sau : a Theo thời gian van dẫn tgh : L  L  Ed T R t gh  ln 1  (e  1) R  E  Nếu thời gian van dẫn thực tế to< tgh, dòng điện gián đoạn, ngược lại to> tgh, dòng điện liên tục b Theo trị số trung bình dòng điện tải giới hạn Igh : I gh  a1  e b 1 E ( D  a1 ); R  a1 R T L , b1  e R t L Neáu dòng thực tải It < Igh, dòng điện gián đoạn It > Igh, dòng điện liên tục c Theo trị số sức điện động Ed : Edgh  E.a1 b1  1  a1 Nếu Ed > Edgh dòng điện gián đoạn Nếu Ed < Edgh dòng điện liên tục Các biểu thức tính toán chế độ dòng điện liên tục : Điện áp trung bình tải : Ut = D.E Dòng điện trung bình qua tải : It  D.E  E d R Các dạng sóng thể nhö sau : ut E to T (T+to) 2T t it Imax Imin iT Imin Qui luaät biến thiên dòng điện tải it : Giai đoạn từ đến t0 : E  Ed E a1.b1  LR t i1 (t )   e R R  a1 Giai đoạn từ t0 đến T: t t t (t )   Rd E  b 1  R t  e L E R  a1 Giá trị cực đại dòng tải Imax: E  b11 Ed I max  i2 (t  0)  ( ) R  a1 R Giá trị cực tiểu dòng điện tải Imin: E a1.b1  a1 Ed I  i1 (t  0)   R  a1 R Độ đập mạch dòng điện tải I: E (1  b11 )(1  a1.b1 ) I  R  a1 Trị số trung bình dòng điện qua điôt: E L(1  b11 )(1  a1.b1 ) Ed t ID   (1  ) R TR (1  a1 ) R T Trị số ûtrung bình dòng ñieän qua van : E  t0 L (1  b11 )(1  a1.b1 )  t0 E d IV     R  T R.T  a1  TR Các biểu thức tính toán chế độ dòng điện gián đoạn : Đồ thị làm việc chế độ hình vẽ sau đây: ut E to Ed T it iT t in Imax t to t E Điện áp trung bình tải : t0 t E  Ed (1  n ) T T Trong tn khoảng thời gian dòng điện tải tiếp tục chảy kể từ ngắt nguồn E khỏi tải xác định theo biểu thức sau:  L  E  Ed t n  ln 1  (1  b11 ) R  Ed  Ut  Dòng điện trung bình qua tải : It  U t  Ed R Quy luật biến thiên dòng điện tải it : Giai đoạn từ đến t0 : t1 (t )  R  t E  Ed (1  e L ) R Giai đoạn từ to đến T (hay ñeán tn) : i2 (t )   R R  t  t Ed E  Ed (1  e L )  (1  b11 )e L R R Giá trị cực đại dòng tải Imax : E  Ed (1  b11 ) R giá trị dòng điện cực tiểu Imin tất nhiên không Giới thiệu băm xung chiều tắt cưỡng điện áp I max  Hình III.6 a Vai trò linh kiện mạch (hình III.6) : S1 SCR có nhiệm vụ nối ngắt nguồn với tải XK1 : mạch kích cho SCR1 S2 SCR phụ, tham gia vào việc ngắt (khoá) S1 XK2 : mạch kích cho SCR2 LC làm nhiệm vụ dao động, D1 ngăn dòng điện ngược, D2 bảo vệ cho mạch S1 ngắt b Nguyên lý hoạt động mạch : Giả sử SCR (S1, S2) lý tưởng linh kiện mạch tổn hao Khi nguồn chiều E cấp, trạng thái ban đầu : S1 S2 bị khoá (tức chưa có xung kích cực cổng) dòng điện chạy qua tải Để mạch hoạt động cách hợp lý cho tụ C nạp bàng cách cho xung điều khiển vào cực cổng S2, lúc mạch điện hình III.6 tương đương hình III.a : tụ điện C nạp theo đường E_ Rt _ C _ S2 _E dòng ic giảm dần theo hàm mũ từ giá trị đầu E/Rt Hình IIIA Hình IIIb Sau khoảng thời gian, tụ C nạp tới điện áp E nguồn, thực tế dòng điện tải giảm mức trì S2 dòng điện ngưng Khi có xung điều khiển vào cực cổng S1, làm S1 đóng mạch hình III.b, lúc tụ C phóng điện qua S1 - L –D1 – C nạp ngược lại Điện áp tụ tăng dần theo chiều ngược lại cuối cùng, diện áp uc = -E có xuất dao động LC Dao động LC mạch nạp vào tụ C kéo dài nửa chu kỳ (vì D1 ngăn dòng điện ngược) Lúc cho xung để mở S2, S1 chịu điện áp ngược uc = -E làm S1 ngưng dẫn (trạng thái chuyển từ hình III.b hình III.a) Gọi chu kỳ băm T: T = T1+T2 Thời gian đóng mạch S1 T1 : T1 = T Thời gian ngắt mạch S1 T2 =T –T1 tỷ số chu kỳ D = T1/T Gía trị trung bình điện áp tải : Ut  T DT  Udt  DU Bằng cách làm biến đổi tỷ số chu kỳ D (trong giữ cho tần số không đổi T=const) ta điều chỉnh giá trị trung bình điện áp chiều đặt tải  Trường hợp tải R+L : W  Li 2 c Tải trở kháng tích luỹ lượng điện từ : Khi dòng ic tăng trưởng, D2 hoàn trả lượng D2 đấu song song ngược với mạch tải để tạo đường phóng điện cho khối lượng điện từ nói trên, dòng ic giảm Lúc đầu dòng tải ic = 0, dòng ic xác lập Qua vài chu kỳ dòng ic biến động hai giá trị I1 I2 E i I2 I1 E pha độ T1 T2 T t t Ký hiệu băm điện áp là: Đ di dt L c  Ri c E  Khi Đ đóng ta có phương trình : L di dt c  Ri c  Còn Đ mở ta có : Giới thiệu việc băm xung chiều tắt cưỡng dòng điện Hình IIIC a Chức phần tử mạch : Hình thể mạch băm xung dùng SCR có phần tắt cưỡng Ngõ vào điện áp DC kí hiệu E, điện trở tải Rt Phần tử đóng mở mạch S1 việc kích mở thực xung kích XK1 Để khoá cho S1, ta dùng mạch khoá cưỡng gồm năm phần tử mắc vào hai đầu anode cathode S1 Trong hai diode D1, D2 R đóng vai trò hổ trợ việc chuyển mạch, hai phần tử chuyển mạch L C tạo thành mạch dao động S2 SCR phụ mà việc kích mở thực xung kích XK2 Diode D3 làm nhiệm vụ bảo vệ cho tải S1 ngắt b Nguyên lý hoạt động mạch : Trước hết ta giả sử SCR S1, S2 diode D1, D2 không dẫn điện, có nghóa dòng điện qua tải Trong khoảng thời gian này, tụ điện C nạp đến giá trị điện áp Vco thông qua điện trở R (hình III11) Hình III11 Hình III12 Sau tụ C nạp đầy, ta đưa xung kích vào S1 để nối tải với nguồn sơ đồ mạch điện vẽ lại hình III.12 Lúc điện áp tụ giữ nguyên giá trị nạp điện áp tải E Ic Hình III.13 Hình III.14 Nếu muốn khoá SCR S1, ta đưa xung kích vào S2 Lúc tụ điện C phóng điện qua S2, L lại C mạch điện vẽ lại hình III.13 Dòng ic xã qua cuộn cảm L tạo nên dao động Nữa chu kỳ đầu, dòng dao động chạy qua S2 nạp ngược lại cho tụ C Đến chu kỳ sau, tụ nạp đầy theo chiều ngược lại hình III.14, S2 ngắt dòng bắt đầu chạy ngược lại qua S1 Khi dòng qua S1 bị triệt tiêu, S1 ngắt dòng tiếp tục chạy qua diode D2 mắc song song ngược chiều với S1 để trì thời gian tắt cho S1 mạch vẽ lại hình III15 Sau S1 S2 ngắt dòng dao động chạy qua diode D1 xuống mass hình III16 tụ điện bắt đầu nạp ngược lại giá trị ban đầu, bắt đầu cho chu kỳ II Bộ tạo xung kích cho SCR : Nhiệm vụ mạch tạo xung kích Như ta biết, SCR dẫn tắt xung kích mà cần phải có phận làm cho tắt Bộ phận phải thoả mãn yêu cầu tắt củ a SCR Như khảo sát phần trên, băm xung chiều dùng hai linh kiện SCR, để nối tải với nguồn phụ để làm tắt Do vậy, mạch tạo xung kích cho SCR phải tạo hai xung kích xung kích đủ lớn để đảm bảo kích mở SCR Đồng thời, thời gian xuất hai xung kích điều chỉnh dạng sóng tải phụ thuộc vào hai xung kích Sơ đồ khối : Khối nguồn Bộ phận tạo sóng tam giác Bộ dao động tần số cao Bộ tạo vuông có chỉnh xung điều Mạch đơn ổn đặt trước độ rộng xung Bộ phận trộn tín hiệu Bộ phận đảo xung Mạch đơn ổn đặt trước độ rộng xung Bộ phận xuất xung điều khiển Hình III.17 Bộ phận tạo sóng tam giác nhằm mục đích làm tín hiệu so sánh cho tạo xung vuông có ... nhảy cấp CHƯƠNG III KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG I Bộ băm điện áp chiều Giơi thiệu Bộ băm xung chiều coi biến đổi DC/DC mà điện áp biến đổi đảm nhận linh kiện... pháp thay đổi to giữ chu kỳ Tcố định Như từ điện áp nguồn không đổi liên tục, cách “băm” thành xung, ta điều chỉnh điện áp Để thiết kế hay khảo sát băm xung, người ta thường quan tâm đến chế độ. .. Bộ dao động tần số cao Bộ tạo vuông có chỉnh xung điều Mạch đơn ổn đặt trước độ rộng xung Bộ phận trộn tín hiệu Bộ phận đảo xung Mạch đơn ổn đặt trước độ rộng xung Bộ phận xuất xung điều khiển