Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp ChươngV: TÌM HIỂU MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I/ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUAY THUẬN, QUAY NGHỊCH Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển và mạch động lực như hình V-1. Trong mạch này ứng dụng chủ yếu là transistor công suất và các diode công suất. Các transistor Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , Q 10 , Q 11 , Q 12 : là loại C828 Các transistor Q 6 , Q 7 , Q 8 , Q 9 : là loại R468 Diode D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 6 là loại 4N4007 Mạch dùng mạch so sánh vi sai Q 1 và Q 2 Nguyên lý hoạt động của mạch như sau: Ta có mức điện áp chuẩn (điện áp mong muốn điều chỉnh bởi biến trở VR 1 ) được tạo bởi DZ 1 , R 2 và R 1 Khi điện áp chỉnmh lưu 2 bán kỳ của diode D 1 , D 2 thấp hơn so với ở mức điện áp chuẩn thì dòng điện đi qua R 6 đến cực B của Q 2 thấp dẫn đến Q 2 phân cực nghòch nên Q 2 ở trạng thái ngắt. Khi Q 2 ở trạng thái ngắt thì dòng điện đi từ D 1 → R 1 → R 4 → R 30 → R 9 . Đến cực B của transistor Q 3 nên Q 3 được phân cực thuận Q 3 dẫn khi Q 3 dẫn dòng điện đi từ D 1 → R 1 → R 10 → R 3 → R 9 → mass nên điện áp đặt trên R 11 thấp Transistor Q 4 phân cực nghòch, Q 4 ngắt (khóa) dòng được đi từ D 1 → R 1 → R 12 → R 14 → R 15 → mass nên tại cực B của Q 5 có dòng điện phân cực thuận cho Q 5 , Q 5 dẫn điện dòng điện đi từ D 5 → R 16 → Q 5 → R 17 : Q 6 ngắt điện vì điện áp trên cực B của Q 6 = 0 nên dòng điện tại cực B của Q 7 phân cực thuận cho Q 7 , Q 7 dẫn điện. Động cơ DC nhận một điện áp âm dòng điện đí từ động cơ DC → R 18 → Q 7 → mass. Vậy động cơ DC được nối mass Cũng tại thời điểm điện áp chỉnh lưu của diode D 1 D 2 thấp hơn so với điện áp chuẩn nên Q 1 dẫn nên điện áp đặt lên cực B của Q 12 bằng không nên Q 12 phân cực nghòch Q 12 ngắt. Nên điện áp của mạch chỉnh lưu đặt lên cực B và điện trở R 26 . Phân cực cho Q 11 , Q 11 phân cực thuận. Q 11 dẫn điện áp đặt lên điện trở R 23 thấp làm cho Q 10 phân cực nghòch Q 10 ngắt kéo theo Q 9 ngắt, lúc này điện áp chỉnh lưu đặt lên D 6 dẫn làm cho Q 8 dẫn làm cho led 2 sáng động cơ được cấp nguồn dương từ D 4 → Q 8 → động cơ. Nên động cơ được quay thuận Khi ta điều chỉnh biến trở VR 1 có điện áp đặt vào cực B của transistor Q 1 nhỏ hơn điện áp đặt vào cực C của transistor Q 1 lúc này Q 1 phân cực nghòch Q 1 ngư ng Trang 88 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp dẫn dòng điện chỉnh lưu đi từ D 1 → R 1 → R 3 → R 29 → R 28 → mass tại cực B của transistor Q 12 có điện áp làm cho Q 12 phân cực thuận dẫn dòng điện chỉnh lưu đi từ D 1 → R 1 → R 27 → R1 2 → R 25 → mass. Khi Q 12 dẫn điện đặt lên cực B của Q 11 giảm làm cho Q 11 phân cực nghòch Q 11 ngưng dẫn, khi Q 11 ngưng dẫn điện áp chỉnh lưu đặt lên cực B của transistor Q 10 và điện trở R 23 phân cực thuận cho Q 10 , Q 10 dẫn điện làm cho cực B của Q 8 có điện áp giảm Q 8 phân cực nghòch Q 8 ngắt, khi Q 10 dẫn điện cực B của Q 9 có .điện áp phân cực cho Q 9 , Q 9 dẫn điện động cơ được cấp nguồn mass cho động cơ qua Q 9 . Tại thời điểm này điện áp của mạch chỉnh lưu được so sánh qua mạch khuếch đại vi sai Q 1 Q 2 điện áp tại cực B của Q 2 so sánh với điện áp cực E của Q 2 điện áp tại cực B cao hơn lúc này Q 2 được phân cực thuận Q 2 dẫn điện nên dòng điện trên cực B Q 3 giảm Q 3 phân cực nghòch ngắt. Điện áp chỉnh lưu đặt lên cực B của Q 4 tạo cho Q 4 được phân cực thuận Q 1 dẫn điện dòng điện trên điện trở R 14 và 0 cực B của Q 5 giảm nên Q 5 phân cực ngược Q 5 ngắt, khi Q 5 ngắt thì Q 7 cũng ngắt điện áp chỉnh lưu từ diode D 5 đặt vào diode D 3 và transistor Q 6 phân cực thuận Q 6 dẫn điện cấp nguồn dương cho động cơ từ D 4 → R 19 → Q 6 → động cơ. Vậy động cơ quay nghòch đến LED 1 sáng II/ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN SCR Sơ đồ mạch như hìnhV-2 Trong sơ đồ này việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách điều khiển SCR thực chất là điều khiển góc mở α kích cho SCR từ đó làm thay đổi điện áp đặt vào động cơ. Khi ta nhấn nút start cuộn dây Rơle M có điện đóng tiếp điểm M ở dưới SCR lại và mở các tiếp điểm thường đóng ra động cơ bắt đầu khởi động khi đường 1 dương SCR đã được kích, dòng điện sẽ được đi qua câu trò fuse chỉnh lưu diode 4SR qua tiếp điểm M đặt vào phần ứng động cơ. Cuộn dây kích từ động cơ được nắn điện áp 2 bán kỳ cấp điện cho cuộn kích từ field khi đường 1 dương diode 1SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ + Khi đường 2 dương diode 2SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ mạch được bảo vệ bằng 2 diode zenzer (thy) bảo vệ sự tăng vọt điện áp đặt lên SCR vậy (thy) là một ổn áp xoay chiều tự nối tắt khi điện áp cao nhưng không chập mạch ,khi nối tắt dòng điện tăng lên sẽ làm cầu chì fuse chảy nhanh. Khi ấn nút dừng cuộn dây rơle coil M mất điện mở tiếp điểm M dưới SCR ra và đóng tiếp điểm M lại. Điện trở 2R là điện trở hãm khi đóng tiếp điểm M động cơ sẽ bò hãm động năng và ngừng ngay. Trang 89 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp Khi ta điều chỉnh biến trở VR ở mức cao dòng điện qua transistor Q 1 nhỏ (Q 1 đóng vai trò như một biến trở) tụ điện 4C được nạp chậm qua hai điện trở 15R và 13R, tụ điện C phóng yếu làm cho kích SCR trễ như hình V-2a phần ứng động cơ nhận một điện áp thấp tốc độ động cơ quay chậm Khi ta điều chỉnh biến trở ở mức thấp dòng điện đi qua cực E của transistor lớn tụ điện 4C nạp nhanh hơn. Khi đó SCR được kích sớm hơn dòng điện lớn hơn chạy trong phần ứng động cơ sinh ra môment lớn → tốc độ động cơ quay nhanh như hình V-2b. Điều chỉnh điện áp ở biến trở là điều chỉnh tốc độ mong muốn còn để ổn đònh động cơ ta có phản hồi điện áp từ phần ứng động cơ điện áp phản hồi này qua điểm K qua điện trở 4R. Khi động làm việc với tải tăng tốc độ động cơ giảm (khi đó biến trở VR chỉnh cố đònh) dòng điện tăng nên điện áp giảm phản hồi qua 4R về chân B của transistor 1Q làm cho 1Q dẫn mạch tụ 4C được nạp nhanh và SCR được kích sớm để nâng tốc độ động cơ lên bằng với tốc độ yêu cầu Khi tại điểm K có điện áp cao điện áp phản hồi về chân 1Q tăng làm 1Q dẫn yếu 4C nạp chậm kích mở trễ cho SCR để cấp điện áp cho phần ứng tới khi cân bằng tốc độ theo yêu cầu, tụ 3C tụ san bằng điện áp. Tụ 2C tụ cho phép thời gian mở máy. Tốc độ sẽ tăng chầm chậm III/ MẠCH ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Sơ đồ mạch như hình IV-3 Khi cấp nguồn V vào biến áp BA thứ cấp của biến áp có điện áp cung cấp cho mạch chỉnh lưu, nhưng động cơ chưa được cấp điện vì 2 thyristor chưa được kích mở. Trang 90 Dòng điện phần ứng Dòng điện phần ứng a)UJT kích trễ b)UJT kích sớm HÌNH V-2 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp Tại mạch điều khiển cũng được cấp nguồn bởi bộ nắn điện D 3 , D 4 tụ điện C 7 sẽ được nạp điện tại cực B của T 2 điện áp nhỏ dần nhỏ đến một giá trò nào đó T 2 dẫn điện điện áp tại ngõ vào (-) của Op amp OP 1 giảm dẫn đến điện áp ở ngõ ra của OP 1 là tăng (OP 1 : khuếch đại đảo) diode D 3 dẫn điện nạp điện cho tụ C 8 khi tụ C 8 nạp bằng giá trò V c (+) thì UJT sẽ cho tụ C 8 xả qua tại cuộn dây sơ cấp của biến áp xung BAX 1 có một điện áp xung cuộn dây thứ cấp của biến áp xung BAX 2 có xung để kích thyristor th 1 và thyristor th 2 Th 1 và th 2 dẫn điện cấp điện một chiều cho phần ứng động DC Động cơ bắt đầu hoạt động Động cơ sẽ quay với tốc độ được đặt bởi biến trở VR 4 sẽ điều chỉnh điện áp phân cực cho T 2 T 2 dẫn yếu điện áp ngõ vào ( - ) OP 1 tăng điện áp ngõ ra OP 1 giảm tụ điện C 8 nạp chậm th 1 và th 2 bò kích trở tốc độ động cơ chạy chậm T 2 dẫn mạnh điện áp ngõ vào (-) OP 1 giảm điện áp ngõ ra OP 1 tăng tụ điện C 8 nạp nhanh th 1 và th 2 sẽ được kích sớm động cơ sẽ chạy nhanh Khi điều chỉnh biến trở VR 3 ta có thể điều chỉnh độ phân cực của transistor T 3 lúc đó điều chỉnh được thời gian nạp của tụ điện C 7, điều chỉnh được thời gian nạp của tụ C 7 là điều chỉnh được mức độ tăng tốc và giảm tốc của động cơ còn VR 3 là biến trở thay đổi độ ổn đònh của hệ thống. Khi động cơ làm việc mà tải tăng tốc độ động cơ giảm dòng điện phần ứng tín hiệu này được phản hồi qua điện trở R 17 và R 18 đến Op amp OP 2 (nếu dòng điện lớn khi khởi động thì tụ điện C 4 sẽ bảo vệ chưa cắt khi động cơ đang khởi động) tăng OP 2 là khuếch đại không đảo nên dòng điện ngõ ra OP 2 tăng dòng điện này sẽ qua R 21 →V R2 → R 4 → ngõ vào ( + ) OP 1 tăng làm cho ngõ ra OP 1 cũng tăng tụ điện C 8 nạp nhanh kích th 1 và th 2 mở sớm tăng điện áp cho phần ứng động cơ để động cơ ổn đònh tốc độ khâu này là khâu phản hồi dương dòng VR 1 là biến trở chỉnh tinh lấy tốc độ chuẩn VR 2 là biến trở hiệu chỉnh tốc độ đáp ứng ngõ vào OP 1 Khi tải nhẹ tốc độ động cơ tăng dòng điện phần ứng tăng điện áp đặt trên R 11 và R 12 tăng tín hiệu này được phản hồi về ngõ vào ( - ) của OP 1 qua điện trở R 7 , R 2 sẽ có điện áp tăng ngõ ra của OP 1 sẽ có điện áp giảm tụ điện C 8 nạp chậm Kích mở th 1 và th 2 trễ – điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ giảm xuống tốc độ động cơ giảm xuống cho tới khi ổn đònh. Đây là khâu phản hồi âm áp của động cơ Các tụ C 1 , C 2 và C 5 , C 6 là các tụ bảo vệ chống nhiễu cho Opamp OP 1 , OP 2 Các diode D 1 D 2 và D 8 D 7 là các diode bảo vệ ngõ vào opamp OP 1 OP 2 Trang 91 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp Chương VI : KẾT LUẬN I- TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU II- TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU III- HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trang 92 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp I/ TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Sau 8 tuần nỗ lực nghiên cứu và vận dụng kiến thức đã học tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật, em đã hoàn thành đề tài “Ứng dụng linh kiện điện tử công suất trong điều khiển động cơ một chiều” được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thắng đề tài có nội dung như sau : 1- Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn công suất lớn. 2- Ứng dụng của linh kiện bán dẫn công suất trong điều khiển động cơ điện một chiều 3- Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC và ứng dụng bộ điều khiển lập trình trong điều khiển động cơ 4- Tìm hiểu một số mạch điều khiển động cơ trong thực tế sản xuất II/ TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Do thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế có hạn nên việc phân tích các sơ đồ mạch ứng dụng của điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình plc và chưa được phong phú sâu sắc, việc tính toán các linh kiện đòi hỏi phải có thời gian chính vì lẽ đó nên đồ án đã có một số hạn chế trên. III/ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: Với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý và kỹ thuật điện tử đề tài này có thể được phát triển sâu hơn và kết hợp với hệ thống vi xử lý để điều khiển động cơ điện một cách hoàn hảo, tin cậy. Trang 93 . Nghiệp ChươngV: TÌM HIỂU MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I/ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUAY THUẬN, QUAY NGHỊCH Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển và mạch động lực như hình V-1. Trong mạch. trong điều khiển động cơ điện một chiều 3- Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC và ứng dụng bộ điều khiển lập trình trong điều khiển động cơ 4- Tìm hiểu một số mạch điều khiển động cơ trong. dương cho động cơ từ D 4 → R 19 → Q 6 → động cơ. Vậy động cơ quay nghòch đến LED 1 sáng II/ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN SCR Sơ đồ mạch như hìnhV-2 Trong sơ đồ này việc điều chỉnh