đồ án thiết kế chế tạo điều khiển tốc độ động cơ

mạch điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều bằng băm xung. Động cơ điện nói chung và động cơ 1 chiều nói riêng là thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lí điện từ, của hiện tượng cảm ứng điện từ. Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực từ. Vì vậy khi cho dòng điện chạy trong chổi than A đi ra chổi than B thì các thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ……… 3

1.1 Lời nói đầu 3

1.2 Kế hoạch thực hiện đồ án 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……….…… 6

2.1 Động cơ điện 1 chiều 6

2.1.1 Khái niệm 6

2.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều 6

2.1.3 Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ 10

2.2 Bộ biến đổi xung áp 1 chiều 17

2.2.1 Đặt vấn đề 17

2.2.2 Nguyên lí chung của bộ biến đổi xung áp 1 chiều 18

2.2.3 Các dạng băm xung cơ bản 20v 2.3 Phương pháp PWM 26

2.3.1Giới thiệu về phương pháp PWM 26

2.3.2 Nguyên lý của phương pháp PWM 27

2.3.3Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển 29

2.3.4 Một vài ứng dụng nổi bật của PWM 31

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH……….…………34

3.1 Sơ đồ khối 34

3.2 Mạch lực 35

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 35

3.2.2 Tính chọn 36

3.2.2.1Tính chọn MOSTFET 36

3.2.2.2 Tính chọn cầu chì 37

3.3 Mạch điều khiển 38

3.3.1 Mạch đảo chiều động cơ 38

3.3.2 Mạch điều khiển tốc độ động cơ .39

3.3.3 Khối nguồn 44

3.3.4 Nguyên lý hoạt động của toàn mạch 45

CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO MẠCH……….46

4.1 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ bord mạch 46

4.2 Phương hướng phát triển của đề tài 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ.

1.1 Lời nói đầu.

Điện tử công suất và truyền động điện là một môn học hay và lý thú, cuốn hút đượcnhiều sinh viên theo đuổi Chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộmôn điện tử công suất và truyền động điện.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sảnphẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.Trong

đồ án điện tử công suất lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều bằng phuơng pháp băm xung ” Sau thời gian

nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1pha đáp ứng được cơ bản yêu cầu của đề tài

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về lýthuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm.Tuy nhiên, chúng em đã nhận

được sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy giáo "Nguyễn Viết Ngư", sự góp ý

kiến của các bạn sinh viên trong lớp Được như vậy chúng em xin chân thành cảm

ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cô giáo

và bạn trong các đồ án sau này

Do kiến thức hạn chế nên trong quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránhkhỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ bỏ qua và có những đóng góp

ý kiến để chúng em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn nữa

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1.2 Kế hoạch thực hiện đồ án

1 1 -Nhận đồ án

-Đưa ra ý tưởng thục hiện

-Phân chia công việc

Cả nhóm

2 2 -Tìm hiểu động cơ điện 1 chiều và sơ đồ

mạch lực của mạch điều khiển

Cả nhóm

-Tìm kiếm linh kiện liên quan đến đồ án Cả nhóm

3 3+4 -Đưa ra cơ sở lí thuyết của đồ án

-Xây dựng sơ đồ khối

-Lựa chọn mạch lực, mạch điều khiển

Cả nhóm

4 5+6 -Thiết kế sơ đồ nguyên lí

-Tính chọn thông số

Cả nhóm

5 7 -Ráp mạch, khảo sát trên panel

-Đo đạc, kiểm tra tín hiệu

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày Tháng Năm CHỮ KÝ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

CHƯƠNG2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

2.1 Động cơ điện 1 chiều.

2.1.1 Khái niệm.

Động cơ điện nói chung và động cơ điện 1 chiều nói riêng là thiết bị điện từ quay,làm việc theo nguyên lý điện từ Khi đặt vào trong từ trường 1 dây dẫn cho dòngđiện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn )

và làm dây dân chuyển động Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng

2.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.

Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ

Hình 2.1.2.a - Cấu tạo động cơ điện một chiều

Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ Vìvậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổi than B thì cácthanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ Bên cạnh đó do dòng điện chỉ đi vào thanh dẫnnằm dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm trên cực S nên dưới tác dụng của từtrường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có chiều không đổi và làm cho roto củamáy quay

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạchkích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi làđộng cơ kích từ độc lập

I

Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U kt, dây cuốn kích từ sinh ra từ

thông Φ Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có

Φ max tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R kt đến nhỏ nhất có thể Cũng cần

đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó E ư = 0 và theo biểu thức U = E ư + R ư I ư thì dòng điện I ư

sẽ rất lớn làm cháy động cơ Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen

cản (M > M c ) rôto bắt đầu quay và suất điện động E ư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ

quay n Do sự xuất hiện và tăng lên của E ư , dòng điện I ư sẽ giảm theo, M giảmkhiến n tăng chậm hơn

*Cấu tạo chung:

Phần động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:

Phần tĩnh: Stato

Phần quay: Roto

* Stato : Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ

máy Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ Phần tĩnh bao gồm các

lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép cácbon dày0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đềuđược bọc cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên trên cáccực từ Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau

-Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hỏng dây quấn hay

an toàn cho người khỏi chạm phải điện

-Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than gồm

có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổithan được cố định lên giá chổi than và cách điện với giá đó Giá chổi có thể quayđược để đưa vị trí chổi than đúng chỗ

*Roto: Roto của động cơ điện một chiều bao gồm các bộ phận sau: lõi sắt phần

ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp và các bộ phận khác

Hình 2.1.2.c- Cấu tạo roto

a Lõi sắt phần ứng.

Dùng để dẫn từ Thường làm bằng những tấm thép KTĐ (thép hợp kim silix) dày 0.5

mm bôi cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

b.Dây quấn phần ứng.

Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thườnglàm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vàikilowatt) thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùngdây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nên có thể làm bằng tre, gỗ hay ba-ke-lit

c Cổ góp.

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng

d Các bộ phận khác.

Cánh quạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ Động cơ điện một chiều thường đượcchế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trêntrục động cơ Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi quavành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ.Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục động cơ

thường được làm bằng thép cácbon tốt

2.1.3 Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ.

a) Mở máy động cơ điện một chiều.

Phương trình cân bằng điện áp: U=Eư + RưIư suy ra Iư= (U- Eư)/ Rư

Khi mở máy, tốc độ n=0 suy ra Eư = kE nfi =0 suy ra Iư= U/ Rư

Vì Rư rất nhỏ, dòng điện phần ứng Iư lúc mở máy rất lớn Iư=(20¸25) Iđm , làm hỏng cổgóp, chổi than và ảnh hưởng đến lưới điện

Để giảm dòng điện mở máy, dùng các biện pháp :

- Dùng biến trở mở máy R Mở.

Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng, dòng điện mở máy lúc có biến trở mởmáy: IưMở =U/( Rư+RMở)

Lúc đầu để biến trở RMở lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên, điện trở

mở máy giảm dần đến không (hình 2.1.3.a )

- Giảm điện áp đặt vào phần ứng.

Phương pháp này được sử dụng khi có nguồn điện một chiều có thể điều chỉnh đượcđiện áp

Hình 2.1.3.a – Sơ đồ mở máy động cơ bằng giảm điện áp đặt vào phần ứng

*Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.

Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình tính tốc độ động cơ sau:

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần ứng.

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ.

Hình 2.1.3 a- Sơ đồ thay thế.

Hình 2.1.3.b- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi từ thông θ.

Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với cácgiá trị khác nhau của từ thông Khi từ thông giảm thì n0 tăng nhưng ∆n còn tăng

nhanh hơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau Chúng

sẽ cùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: Iư = (U/Rư) Phươngpháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức Giới hạn trong việc điềuchỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8

Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp khốngchế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng

-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.

Từ thông không đổi nên n0 không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi Một điều dễ thấy nữa là,

do ta chỉ có thể đưa thêm Rf chứ không thể giảm Rư nên ở đây chỉ điều chỉnh đượctốc độ dưới tốc độ định mức Do Rf càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thayđổi nhiều khi tải thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biếnthiên của I đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn)

Hình.2.1.3.c- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện trở phụ

R f trên mạch phần ứng.

-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Hình 2.1.3d- Sơ đồ khối.

Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức Tuy nhiên docách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện áp định mức nên thường giảmđiện áp U Khi U giảm thì n0 giảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n giảm Vì vậythường chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức Còn nếu lớn hơn thì chỉ điềuchỉnh trong phạm vi rất nhỏ

Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men không đổi

vì từ thông và dòng điện phần ứng đều không thay đổi (M = CM θ Iư)

Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn nữa

có thể đến 1:25

Phương pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không đổi

Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thểnói phương pháp này điều khiển là triệt để

Dải điều chỉnh tốc độ của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng vớiđiện áp định mức và từ thông định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giớihạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thìcác giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

ω max=ω 0 max− M đ m

¿β∨¿ ¿

ω min=ω 0 min− M đ m

¿β∨¿ ¿

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải cómômen ngắn mạch là:

2 lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

Hình 2.1.3.e- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp

Kết luận : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều

nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổiđiện áp Uu đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nóthu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bịhao tổn

b) Động cơ điện một chiều kích từ song song.

Để mở máy dùng biến trở mở máy RMở , để điều chỉnh tốc độ thường điều chỉnh Rđc Đường đặc tính cơ n = fi(M)

Hình 2.1.3.f - Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song.

2.2 Bộ biến đổi xung áp 1 chiều.

2.2.1 Đặt vấn đề

Các bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên tải.Nguyên lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với nguồntrong một khoảng thời gian t1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t0 theo một chu

kỳ lặp lại T Bằng cách thay đổi độ rộng của t1 hay t0 trong khoảng T ta thay đổi đượcgiá trị điện áp trung bình ra trên tải Nguyên lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp

ra trong một phạm vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất trên các phân tử điện tửcông suất rất nhỏ

Phân loại: Có nhiều cách phân loại các bộ biến đổi xung áp môt chiều, tuỳ thuộc vàocách mắc khoá điện từ song song hay nối tiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung

áp thành nối tiếp hay song song Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi tuỳ thuộc vào điện

áp ra, ví dụ như bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra nhỏ hơnđiện áp vào, còn bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơnđiện áp vào.Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung ápkhông đảo chiềuhoặc bộ biến đổi xung áp có đảo chiều.

2.2.2 Nguyên lí chung của bộ biến đổi xung áp 1 chiều.

Hình 2.2.2.a- Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung.

BX DC có chức năng biến đổi điện áp một chiều, nó có ưu điểm là có thể thay đổiđiện áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi cao vỡ tổn thất của bộbiến đổi chủ yếu trên các phần tử đóng cắt rất nhỏ

So với các phương pháp thay đổi điện áp một chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ mộtchiều như phương pháp điều chỉnh bằng biến trở, bằng máy phát một chiều, bằng bộbiến đổi có khâu trung gian xoay chiều, bằng chỉnh lưu có điều khiển thì phươngpháp dùng mạch băm xung có nhiều ưu điểm đáng kể: điều chỉnh tốc độ và đảo chiều

dễ dàng, tiết kiệm năng lượng, kinh tế và hiệu quả cao, đồng thời đảm bảo được trạngthái hãm tái sinh của động cơ Cùng với sự phát triển và ứng dụng ngày càng rộng rãicác linh kiện bán dẫn công suất lớn đã tạo nên các mạch băm xung có hiệu suất cao,tổn thất nhỏ, độ nhạy cao, điều khiển trơn tru, chi phí bảo trì thấp, kích thước nhỏ.Mạch băm xung đặc biệt thích hợp với các động cơ một chiều công suất nhỏ

Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốn mặc dù điện thếđầu vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đầu ra của chỉnh lưu), tải cóthể thay đổi.Với một giá trị điện thế vào cho trước, điện thế trung bình đầu ra có thểđiều khiển theo hai cách:

-Thay đổi độ rộng xung.

-Thay đổi tần số băm xung.

*Nguyên lý: Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức

khác nhau

Hình 2.2.2.b -Sơ đồ bộ biến đổi xung áp Hình 2.2.2.c- Dạng sóng

a Phương pháp thay đổi độ rộng xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T Giá trị trung bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:

 

Là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳNhư vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng (0 < 1)

b Phương pháp thay đổi tần số xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t1 = const Khi đó:

c Kết luận

Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM (Pulse Width Modulation), theo phương pháp này tần số băm xung sẽ là hằng số Việc điều khiển trạng thái đóng mở của van dựa vào viêc so sánh một điện áp điều khiển với một sóngtuần 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 2kHzđến 200kHz Khi Ucontrol > Ust thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược lại khóa van

Hình 2.2.2.d-Dạng sóng sau khi sử dụng phương pháp PWM.

2.2.3 Các dạng băm xung cơ bản

Dựa vào cách mắc khoá xung, các bộ lọc và nguồn cung cấp mà có các dạng sơ đồ:

a) Xung áp đảo dòng lớp B.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2.3.a-Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo dòng lớp B.

Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tươngđương R-L-E

L1 R E

id D1

ra khỏi nguồn  E > 0 Lúc này mạch tải chỉ có nguồn duy nhất E ngắn mạch qua

S2 xuất hiện dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu Công suất điện từ của động cơlà:Pđt= Id.E > 0

Công suất lúc này được tích luỹ trong cuộn cảm L Khi S2 ngắt, trên điện cảm L sinh

ra sức điện động tự cảm (UL) cùng chiều với E.Tổng hai sức điện động này lớn hơnđiện áp nguồn US làm D2 dẫn ngược dòng về nguồn và trả lại phần năng lượng đã tíchluỹ trong cuộn cảm L

Để đảm bảo S2 dẫn dòng điện ngược ngay khi dòng thuận qua D1 tắt ta phát xung vào

mở S2 đồng thời với việc phát xung khoá S1

b) Xung áp đảo áp lớp B.

Hình 2.2.3.b- Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo áp lớp B.

S1,S2,S3,S4 là cá van điều khiển hoàn toàn Trong sơ đồ này cho phép điều chỉnh vàđảo chiều quay của động cơ một cách linh hoạt, đặc tính làm việc cả ở 4 góc phần tư.Tuy nhiên, điều khiển các van sẽ rất phức tạp, ở đây ta chỉ nêu ra sơ đồ chứ khôngnghiên cứu sâu

c) Xung áp song song.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2.3.c- Sơ đồ nguyên lý xung áp song song.

Đặc điểm của sơ đồ này là L mắc nối tiếp với tải, khoá K mắc song song với tải Cuộncảm L không tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này + k đóng: dòng điện từ +Uqua L→S→-U Khi đó D tắt vì trên tụ có Uc (đã được tíchđiện từ trước đó)

+ k ngắt: dòng điện từ +Uqua L →D→Tải→-U Vì từ thông trong cuộn cảm L khônggiảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm

HÌnh 2.2.3.d- Sơ đồ biểu diễn dạng sóng của điện áp ngõ ra, dòng Ic và It.

d).Xung áp nối tiếp.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2.3.e-Sơ đồ nguyên lý xung áp nối tiếp.

Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K (thực tế là Tiristor hoặc Transistor) Đặc điểmcủa sơ đồ này là khoá K,cuộn cảm và tải mắc nối tiếp Tải có tính chất cảm hoặc dung

kháng Bộ lọc L-C, Diode D mắc ngược Ud có tác dụng thoát để thoát dòng tải khikhoá K ngắt.

+ K đóng: Us được đặt vào đầu của bộ lọc Lý tưởng thì Utải=Us (nếu bỏ qua sụt áptrên các van)

+ K mở: Hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng điện itải do năng lượng tíchluỹ trong cuộn cảm L và Ltải , dòng chạy qua D do đó Ura= Utải

Như vậy, Utải tb ≤ Us Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp

Đặc tính truyền đạt: WI = U t ả i

Us = α

,

Hình 2.2.3.f- Đồ thị điện áp, dòng điện ở chế độ liên tục.

Kết luận: trong đồ án này chúng em sử dụng xung áp nối tiếp do mạch điều khiển tốc

U t

U s

cơ thay đổi từ 0v-24v.Do đó chúng em dùng xung áp nối tiếp để có thể hạ áp dòng từ 24v xuống 0v và để dòng điện chạy vào động cơ không vượt quá 24v có thể gây ra quá tải, hỏng động cơ.

2.3 Phương pháp PWM.

2.3.1.Giới thiệu về phương pháp PWM.

Phương pháp điều chế PWM( Pulse Width Modulation)là phương pháp điều chỉnhđiện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộngcủa chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra

Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa nó còn đượcdùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tảithì PWM nó còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như là : boot, buck, nghịch lưu

1 pha và 3 pha PWM chúng ta còn gặp nhiều trong thực tế và các mạch điện điềukhiển Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử côngsuất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định

Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dươnghoặc là sườn âm

Hình 2.3.1- Dạng xung PWM

Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên (Sườn dương)

nó thay đổi dãn ra hoặc co vào Và độ rộng của nó được tính bằng phần trăm tức là

độ rộng của nó được tính như sau :

Độ rộng = (t1/T).100 (%)

Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ càng lớn Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là :

+ Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V)

+ Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V)

+ Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V)

Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì độ rộng xung nào

*.Ưu nhược điểm mạch PWM làm mạch điều khiển động cơ DC a.Ưu điểm

- Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó loại bỏ đượcmất mát về năng lượng đốt nóng hay năng lượng rò rỉ tại lối ra

- Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính

- Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so với khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi xung PWM

b.Nhược điểm

- Cần các mạch điện tử bổ trợ - giá thành cao

- Các xung kích lên 12 Volt có thể gây nên tiếng ồn nếu mô tơ không được gắn chặt

và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp phải trường hợp cộng hưởng của vỏ

- Ngoài ra việc dùng chuỗi xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ của mô tơ

2.3.2 Nguyên lý của phương pháp PWM

Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực hiện nhiệm vụ

đó trong mạch các van bán dẫn

Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn Dùng van đóng cắt bằng Mosfet