Trong caùc ngaønh coâng nghieäp saûn xuaát vaø ñôøi soáng, coâng taùc ñieàu khieån vaän haønh hieäu quaû caùc thieát bò nhaèm taêng khaû naêng saûn xuaát, taêng chaát löôïng, ñoàng thôøi tieát kieäm ñöôïc chi phí saûn xuaát cuõng nhö moïi chi phí cho vieäc truøng tu baûo döôõng thieát bò saûn xuaát giöõ moät vò trí quan troïng. Ñieàu khieån maùy ñieän laø moät lónh vöïc nghieân cöùu öùng duïng caùc thieát bò, khí cuï vaø sô ñoà ñieàu khieån ñeå phuïc vuï caùc nhu caàu thay ñoåi caùc ñaïi löôïng cuûa chuyeån ñoäng nhö moâmen, toác ñoä hay ñieàu khieån vò trí tuyø theo caùc yeâu caàu phaùt sinh cuûa moãi loaïi hình saûn xuaát. Ñoäng cô moät chieàu ñöôïc söû duïng töø laâu trong caùc heä truyeàn ñoäng coù ñieàu khieån toác ñoä yeâu caàu daûi ñieàu chænh lôùn, ñoä oån ñònh toác ñoä cao vaø caùc heä thöôøng xuyeân hoaït ñoäng ôû cheá ñoä khôûi ñoäng, haõm vaø ñaûo chieàu. Nhôø coù ñaëc tính ñieàu chænh toác ñoä toát neân ñöôïc söû duïng raát phoå bieán trong coâng nghieäp. Moät soá öùng duïng quan troïng cuûa ñoäng cô moät chieàu nhö truyeàn ñoäng cho xe ñieän, maùy coâng cuï, maùy naâng vaän chuyeån, maùy caùn, maùynghieàn, .v.v… Để điều khiển động cơ một chiều có rất nhiều phương pháp như: sử dụng hệ thống máy phát – động cơ (F-Đ), hệ thống chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor hay bộ băm áp một chiều .v.v. Trong bài tập của mình em xin trình bày một số hiểu biết về bộ băm áp một chiều.
Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn mơn truyền đơng điện LỜI NĨI ĐẦU Trong ngành công nghiệp sản xuất đời sống, công tác điều khiển vận hành hiệu thiết bị nhằm tăng khả sản xuất, tăng chất lượng, đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất chi phí cho việc trùng tu bảo dưỡng thiết bị sản xuất giữ vị trí quan trọng Điều khiển máy điện lónh vực nghiên cứu ứng dụng thiết bị, khí cụ sơ đồ điều khiển để phục vụ nhu cầu thay đổi đại lượng chuyển động mômen, tốc độ hay điều khiển vị trí tuỳ theo yêu cầu phát sinh loại hình sản xuất Động chiều sử dụng từ lâu hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao hệ thường xuyên hoạt động chế độ khởi động, hãm đảo chiều Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên sử dụng phổ biến công nghiệp Một số ứng dụng quan trọng động chiều truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máynghiền, v.v… Để điều khiển động chiều có nhiều phương pháp như: sử dụng hệ thống máy phát – động (F-Đ), hệ thống chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor hay băm áp chiều v.v Trong tập em xin trình bày số hiểu biết băm áp chiều Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện Chương 1: Nguyên lý mạch điều khiển băm áp chiều Bộ băm áp dùng để biến đổi điện áp chiều không đổi thành xung chiều có trị số trung bình Utb biến đổi Utb điều chỉnh từ đến lớn nhât điện áp nguồn cấp cho băm Mạch điều khiển băm áp chiều có nhiệm vụ xác định thời điểm mở khoá van bán dẫn chu kì chuyển mạch Điện áp tải điều khiển tính Utb = γ.U Trong γ = ton/T ton thời gian van bán dẫn đóng điện động chu kỳ xung T thời gian chu kỳ xung Mạch điều khiển băm áp thường gồm phần Uđiều khiển Tạo tần số So sánh Khuyếch đại Phần tạo tần số: có nhiệm vụ tao điện áp tựa cưa U rc với tần số theo ý muốn người thiết kế Tần số điều áp chiều thường chọn lớn (hàng chục KHz) Tần số lớn hay bé khả chịu tần số van bán dẫn Nếu van động lực Tiristor tần số khâu tạo tần số khoảng 1-5 KHz Nếu van động lực Tranzitor lưỡng cực, trường, IGBT tần số hàng chục KHz Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đơng điện U U U U®k t t γ γ Tck γ Tck a t Tck c b C¸c dạng điện áp tựa mạch điều khiển điều áp mét chiỊu Phần so sánh: có nhiệm vụ xác định thời điểm đóng cắt van bán dẫn Tại thời điểm điện áp tựa lớn điện áp điều khiển phát lệnh mở khố van bán dẫn ngược lại URC - điện áp tựa Nguyên lí Uk - in ỏp iu khin URC Uđk t UTải γ t1 t2 t3 t4 t5 t Phần khuếch đại: có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở van bán dẫn Một xung coi phù hợp để mở van xung có đủ cơng suất (đủ dịng điện điện áp điều khiển), cách ly mạch điều khiển với mạch Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện động lực nguồn động lực hàng chục vơn trở lên Hình dạng xung điều khiển phụ thuộc loại van động lực sử dụng Chương 2: Nguyên lý mạch động lực băm áp chiều Sau xung điều khiển khuyếch đại đủ lớn, xung đưa tới để đóng mở van bán dẫn Van bán dẫn dùng băm áp tiristor, GTO, transistor cơng suất, MOSFET , IGBT v.v Trong em xin trình bày nguyên lý mạch động lực dùng van bán dẫn tiristor Bộ băm áp chia làm loại: băm nối tiếp, băm song song, băm hỗn hợp Bộ băm nối tiếp (bộ giảm áp): 1 Nguyên lý hoạt động: Sơ đồ nguyên lý hệ thống biểu diễn sau: + • • (-) + C (+) - VS2 • U - VS1 DC • • • • • Id Rd • LC Ld D0 ID0 Ud ↑ E • Trong đó: - VS1: Là tiristor - VS2: Là tiristor phụ, dùng để ngắt băm - Lc,Dc, C: Là phần tử chuyển mạch, tạo mạch nạp cho tụ C - D: Diode hoàn lượng, trì dòng qua tải băm ngắt Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn mơn truyền đơng điện Bộ băm nối tiếp khóa điện S tiristor điều khiển đóng mở hệ thống cách chu kỳ Khi S đóng điện áp ngỏ tải Ud = U S mở Ud = Giả sử trạng thái ban đầu VS1 VS2 bị khóa, tụ C nạp đầy với cực dương phía ghi hình Cho xung điều khiển kích tiristor V S1, VS1 mở, dòng điện từ cực dương nguồn U chạy qua VS1 vào mạch phụ tải ( R, L, E ) trở cực âm nguồn U Đồng thời tụ C phóng điện theo vòng: V S1Lc-Dc-C tụ C nạp điện theo chiều ngược lại Điện áp tải Ud = U Khi cho xung điều khiển kích tiristor phụ V S2, VS2 mở, đặt điện áp hai cực tụ C lên V S1 làm cho VS1 bị khóa lại Lúc điện áp tải Ud = Thay đổi tỷ số thời gian đóng thời gian ngắt V S1 điều chỉnh giá trị trung bình điện áp tải Utb = γ.U Có hai cách để thay đổi γ: - Giữ cố định chu kỳ xung T ( tần số cố định ), thay đổi thời gian đóng mạch Ton băm Phương pháp gọi phương pháp điều khiển độ rộng xung (PWM) - Giữ cố định thời gian đóng mạch Ton, thay đổi chu kỳ băm T ( tần số biến thiên ) Phương pháp gọi phương pháp điều tần Khi γ= tức Ton = ta có Utb = 0, băm thường xuyên ngắt mạch Khi γ= tức Ton = T ta có Utb = U, băm thường xuyên đóng mạch Ta có sơ đồ biểu diễn điện áp tải Ud sau: Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện Ud U Utb Tđg T t Tng 2 Cách điều chỉnh tốc độ: Khi điện áp nguồn chiều U không đổi, tốc độ động thay đổi nhờ thay đổi tỷ số thời gian đóng ngắt khóa S Ta có sơ đồ nguyên lý hệ thống điều chỉnh tốc độ động sử dụng băm nối tiếp sau: + • • U - • Lư Iư D0 Đ • • 2 Bộ băm song song (bộ tăng áp): 2 Nguyên lý hoạt động: Sơ đồ nguyên lý băm song song biểu diễn sau: + D • • Id IT U Ud T R L • ↑ E - • • Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đơng điện L: Là điện cảm phần ứng động kết hợp với điện cảm bổ sung để giữ cho dòng Id = const Xét khoảng thời gian < t < γT tiristor T mở, diode D phân cực ngược nên bị khóa để tránh làm ngắn mạch nguồn U Lúc này: Utb = Trong khoảng thời gian γT < t < T T khóa D mở Lúc Utb = U Giá trị trung bình điện áp chiều: Utb = (1-γ).U U Ud t Ie Id t IT αT t T Sơ đồ biểu diễn dạng xung điện áp ngõ Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn mơn truyền đơng điện 2 Cách điều chỉnh tốc độ: + D • • U Lư Đ • - • • Khi tải máy điện chiều, băm song song cho phép thực hãm tái sinh Trong chế độ hãm, máy điện làm việc máy phát điện, trả lượng trở nguồn nuôi nó làm việc trạng thái động điện Ta nhận thấy khống chế dòng điện hãm tái sinh cách tác động vào tỷ số chu kỳ γ Để tiến hành hãm tái sinh cho máy điện, trả lượng trở nguồn Id > sức điện động E > Ud Như vậy, S mở Utb = S ngắt Utb = U Bộ băm đảo dòng: Nguyên lý hoạt động: Bộ băm đảo dòng kết hợp băm nối tiếp băm song song Bộ băm đảo dòng cho phép truyền lượng theo hai chiều Ta có sơ đồ nguyên lý băm đảo dòng trình bày sau : Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn mơn truyền đơng điện + • I2 • D2 T1 U • • • Id R T2 D1 Ud • L ↑ E - • • • Cách điều chỉnh tốc độ: Khi tải máy điện chiều, U nguồn điện áp chiều không đổi máy điện làm việc hai trạng thái: Động máy phát Ở trạng thái động cơ: T2 khóa, T1 mở khoảng thời gian γ1T chu kỳ Lúc điện áp tải là: U tb = động E = Utb - RId = γ1U - RId với Id > γ1U sức điện động Ở trạng thái máy phát: T1 khóa, T2 mở khoảng thời gian chu kỳ Lúc điện áp tải là: U tb = ( - γ2T γ2 )U sức điện động động cô: E = Utb - RId = ( - γ2 )U - RId với Id < Mối quan hệ tỷ số chu kỳ γ1 γ2 γ1 + γ2 = Như vậy, với băm đảo dòng, cách tác động vào γ1 γ2 ta có họ đặc tính điện động điện chiều hai trạng thái động hãm tái sinh Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện n α2 = 0,25 0,5 α1 = 0,75 0,5 0,75 0,25 Chương 3: Sơ đồ phần băm áp 3.1 Phần tạo tần số Tạo điện áp cưa dao động đa hài M, I Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện Tạo điện áp cưa mạch tích phân 3.2 Phần so sánh U Uđk Urc t _ + Uss t a b 3.3 Phần khuyếch đại Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện Các xung điều khiển thường khuyếch đại mạch khuyếch đại công suất theo kiểu ghép biến áp theo sơ đồ sau Trong sơ đồ sơ đồ thứ có phức tạp điều khiển lại dùng nguồn đơn nên dễ dàng sử dụng sơ đồ thứ hai dùng Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện nguồn đối xứng Chính sơ đồ thứ thường sử dụng nhiều Xung điều khiển khuyếch đại đủ lớn dùng để đóng cắt tiristor T1 T2 mạch động lực Chương 4: Ưu điểm nhược điểm băm áp chiều 4.1 Ưu điểm - Sử dụng cho trình điều khiển tốc độ hãm động chiều - Dải điều khiển rộng so với mạch điều chỉnh tuyến tính - Tốc độ mơ tơ quay nhanh cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so với cấp điện áp tương đương với điện áp trung bình chuỗi xung PWM - Tổn hao lượng so với phương pháp điều chỉnh điện áp chiều liên tục - Ít nhạy cảm với mơi trường tham số điều chỉnh thời gian đóng cắt để đặt cắt điện áp đặt lên tải - Kích thước nhỏ 4.2 Nhược điểm - Cần mạch điện tử bổ trợ - giá thành cao - Các xung kích lên 12 Volt gây nên tiếng ồn mơ tơ khơng gắn chặt tiếng ồn tăng lên gặp phải trường hợp cộng hưởng vỏ - Ngồi việc dùng chuỗi xung điều chế PWM làm giảm tuổi thọ mô tơ - Tần số đóng mở lớn dễ gây nhiễu vơ tuyến - Phải dùng lọc đầu tăng qn tính q trình điều khiển sử dụng mạch điều khiển kín Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện .. .Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện Chương 1: Nguyên lý mạch điều khiển băm áp chiều Bộ băm áp dùng để biến đổi điện áp chiều khơng đổi thành xung chiều có... dẫn Một xung coi phù hợp để mở van xung có đủ cơng suất (đủ dịng điện điện áp điều khiển) , cách ly mạch điều khiển với mạch Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện động. .. điều khiển lại dùng nguồn đơn nên dễ dàng sử dụng sơ đồ thứ hai dùng Điều khiển động chiều sử dụng băm áp tập lớn môn truyền đông điện nguồn đối xứng Chính sơ đồ thứ thường sử dụng nhiều Xung điều