TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NỘI DUNGĐộng cơ một chiều kích từ độc lập Π 32 có số liệu sau: Pđm = 2.2Kw; Uưđm = 220V; ¬Iđm = 24A; nđm = 1500vp; jĐC = 0,105kg.m2; Rư = 0,285(Ω); Lư = 0,0247(H); Ukt = 220V; Ikt = 0,3AMạch xung áp đảo chiềuYêu cầu bài toán: Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động cơ điều chỉnh từ 0vp đến 1500vp khi mang tải định mức PHẦN THUYẾT MINH1.Khái quát chung về hệ truyền động xung áp động cơ một chiều2.Tính chọn mạch lực và các thiết bị liên quan3.Thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển cho bộ xung áp4.Phân tích hoạt động của mạch điều khiển 5.Phương pháp điều chỉnh và ổn định tốc độ cho hệ thống truyền động điện.I Khái quát chung về hệ truyền động xung áp một chiều1 Tổng quan động cơ một chiều1.1. Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiềuĐộng cơ một chiều bao gồm 2 phần phần cảm (phần tĩnh) và phần ứng(phần quay). Phần cảm (stator)Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừalà vỏ máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 1.1), dòng điện chạytrong dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiênnhau. Cực từ chính gắn với vỏ máy nhờ các bulông. Ngoài ra máy điện một chiềucòn có nắp máy, cực từ phụ và cơ cấu chổi than. Hình 1.1 Cực từ chính Phần ứng (rotor)Rôto gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và trục máy. Hình 1.2 Lá thép rôto Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều1. Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5mm, phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép được dập các lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng (hình 1.2).2. Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt trong cácrãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vòng kín. Phần tử của dây quấn làmột bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp củavành góp (hình 1.3a). hai cạnh tác dụng của phần tử đặt trong hai rãnh dưới haicực từ khác tên (hình 1.3b).3. Cổ góp (vành góp) hay còn gọi là vành đổi chiều gồm nhiều phiến đồnghình đuôi nhạn được ghép thành một khối hình trụ, cách điện với nhau và cáchđiện với trục máy.Các bộ phận khác như trục máy, quạt làm mát máy…1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiềuTrên hình 1.4 khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trongdây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện nằmtrong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mômen tác dụnglên rôto, làm quay rôto. Chiều lực tác dụng được xác định theo quy tắc bàn tay trái(hình 1.4a). Hình 1.4 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiềuKhi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau(hình 1.4b), nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện một chiều biếnđổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, do đó lực tác dụng lên rôto cũng theo một chiều nhất định, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi.Chế độ làm việc định mức của máy điện nói chung và của động cơ điện mộtchiều nói riêng là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo quy định.Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy gọi là nhữngđại lượng định mức.1.Công suất định mức Pđm(kW hay W).2.Điện áp định mức Uđm(V).3.Dòng điện định mức Iđm(A).4.Tốc độ định mức nđm(vòngph).Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ…Chú ý: Công suất định mức chỉ công suất đưa ra của máy điện. Đối với máy phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, còn đối với động cơ đó là công suất đưa ra trên đầu trục động cơ 2 Tổng quan về bộ biến đổi xung áp2.1.Cấu trúc và phân loại bộ biến đổi xung áp Bộ biến đổi xung áp giảm áp Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động :Phần tử điều chỉnh quy ước là khóa S ( van bán dẫn điều khiển được )Đặc điểm của sơ đồ này là khóa S, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính chấtcảm kháng hoặc dung kháng. Bộ lọc L C. Điôt mắc ngược với Ud để thoát dòngtải khi ngắt khóa K.+ S đóng thì U được đặt vào đầu của bộ lọc. Nếu bỏ qua tổn thất trong cácvan và các phần tử thì Ud=U+ S mở thì hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng id do năng lượngtích lũy trong cuộn L và cảm kháng của tải, dòng khép kín qua D, do vậy Ud=0 Như vậy, Ud ≤ U. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp. Bộ biến đổi xung áp tăng áp Đặc điểm:
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI NỘI DUNG - Động chiều kích từ độc lập Π - 32 có số liệu sau: Pđm = 2.2Kw; Uưđm = 220V; Iđm = 24A; nđm = 1500v/p; jĐC = 0,105kg.m2; Rư = 0,285(Ω); Lư = 0,0247(H); Ukt = 220V; Ikt = 0,3A - Mạch xung áp đảo chiều - Yêu cầu toán: Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động điều chỉnh từ 0v/p đến 1500v/p mang tải định mức PHẦN THUYẾT MINH Khái quát chung hệ truyền động xung áp động chiều Tính chọn mạch lực thiết bị liên quan Thiết kế mô mạch điều khiển cho xung áp Phân tích hoạt động mạch điều khiển Phương pháp điều chỉnh ổn định tốc độ cho hệ thống truyền động điện 1 I Khái quát chung về hệ truyền động xung áp một chiều Tổng quan động một chiều 1.1 Cấu tạo đặc tính động chiều Độn g c m ột ch i ề u ba o gồm ph ầ n ph ầ n m ( phầ n tĩn h ) phầ n ứ n g (phần quay) * Phần cảm (stator) Phần cảm gọi stator, gồm lõi thép làm thép đúc, vừa mạch từ vừalà vỏ má y cá c cự c từ ch ín h c ó dâ y qu ấ n k ích từ (h ìn h 1) , dòn g đ iệ n ch y dây quấn kích từ cho cực từ tạo có cực tính liên tiếp luân phiên Cực từ gắn với vỏ máy nhờ bulông Ngoài máy điện chiềucòn có nắp máy, cực từ phụ cấu chổi than Hình 1.1 Cực từ 2 * Phần ứng (rotor) Rôto gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp trục máy Hình 1.2 Lá thép rôto Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện chiều Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các thép dập lỗ thông gió rãnh để đặt dây quấn phần ứng (hình 1.2) Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt cácrãnh phần ứng tạo thành nhiề u vòng kín Phần tử dây quấn m ộ t b ối dâ y gồm m ộ t h oặ c nh iề u v òn g dâ y , i đầ u n ố i v ới h a i ph iế n gó p c vành góp (hình 1.3a) hai cạnh tác dụng phần tử đặt hai rãnh haicực từ khác tên (hình 1.3b) Cổ góp (vành góp) hay gọi vành đổi chiều gồm nhiều phiến đồnghình đuôi nhạn ghép thành khối hình trụ, cách điện với cách điện với trục máy.Các phận khác trục máy, quạt làm mát máy… 1.2- Nguyên lý làm việc động điện chiều Trên hình 1.4 cho điện áp chiều U vào hai chổi điện A B, trongdâ y qu ấ n ph ầ n ứ n g c ó dòn g đ iệ n Cá c tha nh dẫ n a b c d ma n g dòn g ệ n n ằ m từ trường chịu lực tác dụng tương hỗ lên tạo nên mômen tác 3 dụnglên rôto, làm quay rôto Chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái(hình 1.4a) Hình 1.4 Mô tả nguyên lý làm việc động điện chiều Kh i phầ n ứn g qua y đư ợ c nử a v òn g, vị tr í tha nh dẫ n a b , c d đ ổi ch ỗ n u (hình 1.4b), nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện chiều biếnđổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, lực tác dụng lên rôto theo chiều định, đảm bảo động có chiều quay không đổi.Chế độ làm việc định mức máy điện nói chung động điện mộtchiều nói riêng chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo quy định.Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi nhữngđại lượng định mức 1.Công suất định mức Pđm(kW hay W) 2.Điện áp định mức Uđm(V) 3.Dòng điện định mức Iđm(A) 4.Tốc độ định mức nđm(vòng/ph) Ngoài ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ… C h ú ý : C ôn g su ấ t đ ịnh m ứ c ch ỉ c ôn g su ấ t đư a củ a má y ệ n Đ ối v i máy phát điện công suất đưa đầu cực máy phát, động công suất đưa đầu trục động 4 Tổng quan về bộ biến đổi xung áp C ấ u t r ú c v p h â n l o i b ộ b i ế n đ ổ i x u n g á p * Bộ biến đổi xung áp giảm áp Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động : Phần tử điều chỉnh quy ước khóa S ( van bán dẫn điều khiển )Đặc điểm sơ đồ khóa S, cuộn cảm tải mắc nối tiếp Tải có tính chấtcảm kháng dung kháng Bộ lọc L & C Điôt mắc ngược với Ud để thoát dòngtải ngắt khóa K.+ S đóng U đặt vào đầu lọc Nếu bỏ qua tổn thất van phần tử Ud=U+ S mở hở mạch nguồn tải, có dòng id lượngtích lũy cuộn L cảm kháng tải, dòng khép kín qua D, Ud=0 Như vậy, Ud ≤ U Tương ứng ta có biến đổi hạ áp * Bộ biến đổi xung áp tăng áp 5 Đặc điểm: L nối tiếp với tải, khoá S mắc song song với tải Cuộn cảm L không tham gia vào trình lọc gợn sóng mà có tụ C đóng vai trò này.+ S đóng, dòng điện từ +U qua L → S → -U Khi D tắt tụ có UC (đã tích điện trước đó).+ S ngắt, dòng điện chạy từ +U qua L → D → Tải Vì từ thông L không giảm tức thời không L xuất suất điện động tự cảm có cực tính với U Do tổng điện áp: ud =U + eL Vậy ta có biến đổi tăng áp.Đặc tính biến đổi tiêu thụ lượng từ nguồn U chế độ liên tụcvà lượng truyền tải dạng xung nhọn 6 * Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp Sơ đồ nguyên lý: Tải động mmột chiều thay mạch tương đương R-L-E L1 chỉđóng vai trò tích luỹ lượng C đóng vai trò lọc Nguyên lý hoạt động : + S đóng, L1 có U, dòng chạy từ +U → S → L1 → -U Năng lượng tích luỹ cuộn cảm L1; đi-ôt D tắt; Ud =UC, tụ C phóng điện qua tải.+ S ngắt, cuộn cảm L1 sinh sức điện động ngược chiều với trường hợp đóng ⇒D thông⇒năng lượng từ trường nạp C, tụ C tích điện; ud ngược chiềuvới U.Vậy điện áp tải đảo dấu so với U Giá trị tuyệt đối |Ud| lớn hơnhay nhỏ U nguồn * Bộ băm xung chiều có đảo chiều 7 Ở ta sử dụn van bán dẫn IGBT Bộ BXM dùng van điều khiển hoàn toànIGBT có khả thực điều chỉnh điện áp đảo chiều dòng điện tải Trong hệ truyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động biến đổi thường hay dùng để cấp nguồn cho động chiều kích từ độc lập có nhu cầu đảo chiều quay.Các van IGBT làm nhiệm vụ khoá không tiếp điểm Các Điôt Đ1,Đ2,Đ3,Đ4dùng để trả lượng phản kháng nguồn thực trình hãm tái sinh.Có phhương pháp điều khiển khác như: Điều khiển độc lập, điềukhiển không đối xứng điều khiển đối xứng * Lựa chọn biến đổi - Lựa chọn mạch lực Qua mạch phân tích ta thấy để phù hợp đảo chiều động (mộtcách chủ động) ta chọn băm xung chiều có đảo chiều (cầu BXDC), mạch nà y ch o ph é p nă n g l ợn g th e o c h iề u U d, I d c ó th ể đả o c h iề u m ộ t cá ch đ ộ c lập Hơn mạch thông dụng (dùng DC-DC, DC-AC converter) dođó việc tìm mua phần tử dễ dàng -Lựa chọn van bán dẫnChọn van IGBT : + IGBT phần tử kết hợp khả đóng cắt nhanh MOSFET khảnăng chịu tải lớn transistor thường, tần số băm điện áp cao làm cho động chạy êm + Công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ nên làm cho đơn giản đáng kể thiếtkế biến đổi làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ, nócũng làm tiết kiệm luợng (điều khiển) + IGBT phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, dần thay transistor B J T n ó ngày thông dụng việc mua thiết bị đ n g i ả n hơn.Cùng với phát triển IGBT IC chuyên dụng điều 8 khiển chúng( IG B T D ri ve r ) n gà y cà n g phá t tr iể n h oà n th iệ n v iệ c đ iề u kh iể n cũ n g chuẩn xác việc thiết kế mạch điều khiển đơn giản, gọn nhẹ 1.1.3 Phân loại Có nhiều cách phân loại biến đổi xung áp môt chiều, tuỳ thuộc vào cách mắc khoá điện từ song song hay nối tiếp mà người ta chia biến đổi xung áp thành nối tiếp hay song song (hình 1.3 1.4) Cũng phân biệt biến đổi tuỳ thuộc vào điện áp ra, ví dụ biến đổi xung áp hình 1.4a biến đổi xung áp có điện áp nhỏ điện áp vào, biến đổi xung áp hình 1.4b biến đổi xung áp có điện áp lớn điện áp vào Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: biến đổi xung áp không đảo chiều (hình 1.3 1.4) biến đổi xung áp có đảo chiều (hình 1.6) Trong giao thông, để cấp điện cho nhiều động doàn tàu người ta mắc song song nhiều phụ tải (hình 1.5b) biến đổi xung áp có nhiều mạch nhánh song song (hình 1.5b), trường hợp có biến đổi xung áp cong gọi biến đổi xung áp nhiều pha, so với biến đổi xung áp nêu hình (hình 1.3 1.4) 9 Hình 1.3 Bộ biến đổi xung áp nối tiếp: a, b, c, d Hình 1.4 Bộ biến đổi xung áp song song: a b Do cách ghép nối khác để nhận đặc tính mong muốn, biến đổi xung áp có tên gọi khác tuỳ thuộc vào đặc điểm phân loại 10 10 1.1.4 Sơ đồ cấu trúc Cấu trúc biến đổi xung áp chiều thường có dạng hình1.7 Hình 1.7 12 12 II.Tính chọn mạch lực các thiết bị liên quan 2.1 Tính chọn động một chiều Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu người ta đưa nhiều phương án khác nhau, sau so sánh phương án phương diện kinh tế kỹ thuật để chọn phương án tối ưu Đây động sử dụng lượng điện chiều.Gồm động điện chiều kích từ độc lập,kích từ nối tiếp kích từ hỗn hợp Với động chiều kích từ hỗn hợp lọai động có kết cấu phức tạp,giá thành cao nên ta loại bỏ không phù hợp tiêu kinh tế 2.1.1 Động chiều kích từ nối tiếp Ta thấy loại có cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động nên dòng kích từ dòng phần ứng động Do Iư biến đổi từ thông ɸ biến đổi gây tượng từ dư (tổn thất phụ) lớn ɸdư = ɸđm /5 Mà động chiều kích từ nối tiếp có đặc tính dạng phi tuyến (hypecbol ), nên đặc tính mềm độ cứng lại thay đổi theo phụ tải Mặt khác, từ thông động phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả chịu tải động bị ảnh hưởng lớn điện áp lưới Điều gây khó khăn trình điều chỉnh ổn định tốc độ, trình có hiệu tốc độ thấp hiệu không cao, tốc độ cao đạt điều khó khăn Do vậy, động không phù hợp với yêu cầu 2.1.2 Động chiều kích từ độc lập Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ ɸ = const tải thay đổi Phương trình đặc tính cơ: w = U/(K ɸ) – RI/(K ɸ) = U/(K ɸ) – RM(K ɸ)2 13 13 Vì ɸ = const nên quan hệ w(M) quan hệ đường thẳng Độ cứng đặc tính cơ: β = - (Kɸ)2/R = const Đặc tính động chiều kích từ độc lập Nhận xét: Loại động cho phép tải lớn, dải điều chỉnh rộng dễ điều chỉnh Từ phương trình đặc tính cho thấy loại động điều chỉnh tốc độ tới cách điêù chỉnh Uư, Rf, ik Tính chọn van bán dẫn công suất 14 14 -Tính chọn Điôt mạch van Qua phân tích mạch lực ta thấy+ Dòng điện trung bình chạy qua diode Với giá trị dòng định mức động Iđm = 6A Chọn chế độ làm mát van có cánh tỏa nhiệt với đủ điẹn tích bề mặtvà có quạt thông gió, cho dòng điện làm việc cho phép chạy qua van tới 50% Iđm Lúc dòng chạy qua van cần chọn : Iđmv = Ki /Imax = 6/0.5 = 12(A) Qua biểu đồ ta thấy : Điện áp ngược cực đại đặt van ( bỏ qua sụt áp van U = 400V Chọn hệ số điện áp Ku= 2.5Ungv= 2.5.400 = 1000(V) Chọn diode loại CR20-100 có thông số sau Ký hiệu 1N2445 Imax(A) 20 Un(V) 1000 Ỉ(A) 20 Ith(A) 10u Trong : Imax :dòng điện làm việc cực đại cho phép qua van Ungv : điện áp ngược cực đại cho phép đặt lên van Ipik : đỉnh xung dòng điện ΔU :tổn hao điện áp trạng thái mở Diode Ith : dòng điện thử cực đại Ir :dòng điện rò nhiệt độ 250 C Tcp : nhiệt độ cho phép làm việc -Tính chọn IGBTTính dòng trung bình chạy qua van: 15 15 Tep 20 ΔU(V) 1.1 Qua phân tích mạch lực ta thấy: Dòng điện trung bình chạy qua van lμ : IS =γ It Với giá trị dòng điện định mức động Itđm =6(A) + Chọn chế độ làm mát van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt vàcó quạt thông gió, dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % Idm Lúc dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = Ki / Imax =6/0.5=12(A) Qua biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên van (bỏ qua sụt áp van ) Ungmax=E=400(V) (V).Từ tính toán ta chọn van IGBT …có thông số sau Loại Loại vỏ Ic max Vce Pdm Vce(sat) Uce(uA) In.Diode ỈG4PH30 K TO247A 20 120 100W 250 NO Tính chọn Điôt mạch chỉnh lưu Tính chọn dựa vào yếu tố dòng tải ,điều kiện toả nhiệt ,điện áplàm việc, thông số van tính sau : +) Điện áp ngược lớn mà Diode phải chịu : Unmax=Knv.U2 =418,88 (V) Điện áp ngược van cần chọn : Unv = KdtU Un max =2,5 418,88 = 1047,20 Trong :KdtU - hệ số dự trữ điện áp ,chọn KdtU =2,5 +) Dòng làm việc van tính theo dòng hiệu dụng :Ilv =3,46 (A) (Do sơ đồ cầu pha ,hệ số dòng hiệu dụng :Khd =0,57) 16 16 Chọn điều kiện làm việc van có cánh toả nhiệt đầy đủ diện tích toả nhiệt ; Không có quạt đối lưu không khí ,với điều kiện dòng định mức van cần chọn : Iđm =Ki Ilv =3,2 3,46 = 11,07 (A) (Ki hệ số dự trữ dòng điện chọn Ki =3,2)từ thông số Unv ,Iđmv ta chọn Diode loại SKR20/12 nhà sản xuấtIR sản xuất có thông số sau : Điện áp ngược cực đại van : Un = 1200 (V) Dòng điện định mức van : Iđm =20 (A) Dòng điện thử cực đại : Ith =60 (A) Dòng điện rò : Ir =4 (mA) Sụt áp lớn Diode trạng thái dẫn : ΔU = 1,55 (V) Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax=1800C III Thiết kế mô phỏng mạch điều khiển cho bộ xung áp 3.1.Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển * Yêu cầu chung mạch điều khiển M ch đ iề u kh i ể n điề u kh iể n bă m xu n g p m ột ch iề u cầ n đư ợ c xâ y dự n g theo nguyên tắc yêu cầu sau: -Tạo xung mở IGBT có biên độ điện áp +15V, độ rộng theo yêu cầu điều khiển -Tạo xung khóa IGBT có biên độ điện áp -5V, độ rộng theo yêu cầu -Tạo kênh điều khiển nhóm van IGBT theo luật điều khiển đối xứng - Đảm bảo van đóng, mở an toàn tức nhóm van khóa chắnthì nhóm van lại mở 17 17 -Tần số làm việc mạch điều khiển 2kHz Sơ đồ *Khâu tạo điện áp tam giác 18 18 Để m ch đ iề u kh iể n h oạ t đ ộn g tố t v i l uậ t điề u kh iể n đố i xứ n g ta c h ọn phương pháp tạo điện áp tựa điện áp tam giác tích phân sóng vuông Giải thíc nguyên tắc hoạt động Khuếch thuật toán U1 có hồi tiếp dương điện trở R1, đầu có t r ị s ố điện áp bão hòa dấu phụ thuộc hiệu điện áp hai cổng (+) ( - ) Đầu vào (+) có tín hiệu, tín hiệu không đổi lấy từ đầu U1, mộttín hiệu biến thiên lấy từ đầu khuếch thuật toán U2 Điện áp chuẩn so sánh để định đổi dấu điện áp U1 trung tính vào (-) Giả sửđầu U1 âm, khuếch thuật toán U2 tích phân đảo dấu cho điện áp cósườn lên điện áp tựa Điện áp vào (+) lấy từ R1 R2, hai điện áp trái dấu Điện áp vào qua R2 biến thiên theo đường nạp tụ,còn điện áp vào qua R1 không đổi, tới U(+) = đầu U1 đổi dấu thành dương Chu kỳ điện áp U1 luân phiên đổi dấu vậycho ta điện áp tựa có dạng tam giác hình vẽ.Tần số điện áp tựa tính dựa vào công thức sau F = 1/(4.R3C1R1/R2) Do tần số làm việc yêu cầu mạch điều khiển 2kHz nên tần số l m việc mạch tạo xung tam giác phải kHz Điều làm nảy sinhv ấ n đ ề 19 19 l k h u ế c h t h u ậ t t o n k h ô n g t h ể c h ọ n l o i b ì n h t h n g m t a p h ả i chọn loại có tốc độ làm việc nhanh Tính toán: - Chọn khuếch thuật toán loại IC LM318 hãng Texas Instrument có tốc độ làm việc nhanh Kí hiệu KĐTT tương ứng với chân IC 20 20 Điện áp nguồn cấp ( VCC) Dải thông Slew rate Để tần số làm việc kHz ta chọn: 20V 15MHz 70V/us R1 = 0.47kΩ R2 = 4.7kΩ → C1 = 0.0266μF Giải thích nguyên tắc hoạt động Việc thay đổi giá trị điện áp điều khiển định hệ số γ mạch điều khiển xung áp -Khi Uđk=0 γ=0.5 -Khi Uđk=Uđỉnh γ=1 -Khi Uđk= - Uđỉnh γ=0 Do điện áp tựa có dạng tuyến tính nên việc điều chỉnh tốc độ động cách tuyến tính với phạm vi 25:1 đưa việc điều chỉnh điện ápđiều khiển tuyến tính phạm vi 25 lần Khâu tạo điện áp điều khiển sử dụng IC LM317 có tác dụng tạo nguồn ổn áp thay đổi từ 1.2 đến 37V Thông số Dải điện áp Dòng giới hạn 21 1,2 đến 37V 1,5 A 21 Sai số 1,5 % Các tụ C1 C2 C3 có tác dụn ổn áp đầu vào đầu để đảm bảo nguồn áp có dạng giá trị không đổi Ta chọn C1 = C2 = C3 = (μF) Điện trở R1 biến trở R2 chọn cho tạo Uout biếnthiên dải từ 1.25 đến 1.25*25=31.25 (V) Điện áp lấy phùhợp với điện áp tựa so sánh nhờ vào điện trở R3, R4 mắc nối tiếp sau họn R1=0.24kΩ thì: - Uout 1.25V R2 = kOhm - Uout 31.25V R2 = 5760 kOhmnhư ta chọn R2 loại biến trở 6kΩĐể đưa điện áp điều khiển thích hợp với Utựa so sánh ta dùng điệntrở mắc nối tiếp R3 R4 Để tận dụng tốt công suất động cơ,thỏa mãn nhu cầu γ (0.526 < γ < 0.9) đặt phần mạch lực, ta cầntính toán để Uđk sau: -Phương trình Utựa theo thời gian: t=0 → Utựa (0) = 0V Khi t=T/4 = 0.125ms → Utựa (0.125*10-3) = 10V 22 22 -Utựa = 8*104.t (V) -Phương trình γ theo thời gian (chỉ mang tính chất toán học):khi t=0 Uđk = (Uđk cắt Utựa t=0) → γ = 0.5khi t=T/4 = 0.125ms Uđk = 10V (Uđk cắt Utựa t=0.125ms) → γ= -γ = 0.125*10-3.t + 0.5 -Khi γ = 0.526 t=6.5*10-6s → Utựa = 0.52(V) → Uđk = 0.52V -Khi γ = 0.9 t=10-4s → Utựa = 8V → Uđk = 8V -Dựa vào kết tính toán trên, ta cần tìm R3 R4 cho Uđk biến thiên từ 0.52V đến 8V Áp dụng (*) ta chọn R4=52kΩ R3=73kΩ IV Phân tích hoạt động động của mạch điều khiển 4.3.Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển Khâu tạo điện áp tam giác cho ta điện áp tựa có dạng tam giácthuận tiện cho khâu so sánh Khâu tạo điện áp tựa thực chất bao gồm khâu khâu phát xung đồng khâu tạo xung cưa (dạng tam giác) Khâu định tần số điều khiển IGBT Sở dĩ ta chọn điện áp tựa dạng có ưu điểm sau: »Đảm bảo an toàn cho việc đóng mở van bán dẫn Với điện ápđ i ề u k h i ể n l ệ c h n h a u c ỡ V đ a v o m c h s o s n h t n g ứ n g k ê n h điều khiển nhóm IGBT ta tin tưởng toàn trìnhhoạt động, nhóm van khóa chắn nhóm van lại phát xung mở Giải pháp ưu điểm cách sử dụng khâu trễ để đảm bảo an toàn cho van bán dẫn 23 23 »Đ i ệ n p t ự a n g t a m g i c g m c ả m i ề n â m l ẫ n m i ề n d n g c h o phép ta đảo chiều động đơn giản cách đảo dấu điện áp điều khiểnđưa vào mạch so sánh -Đ i ệ n p t ự a đ ợ c đ a v o c c b ộ s o s n h ( C o m p a r a t o r ) c ù n g v i điện áp điều khiển để thu điện áp dạng xung ±Ubh thích hợp với cáck ê n h đ i ề u k h i ể n m l u ậ t đ ó n g m v l u ậ t đ i ề u k h i ể n đ ố i x ứ n g đ ặ t r a Đ ể đảm bảo phạm vi điều chỉnh tốc độ 25:1 ta cần đưa điện áp điều khiển vào với biên độ biến thiên 25 lần Công việc thực nhờ ổnáp dùng IC LM317 Ở ta cần dùng ổn áp LM317 để đưa vào điện áp điều khiển chênh lệch cỡ 0.2V -Việc đảo chiều quay động đựợc thực nhờ đảo dấu điện p đ i ề u k h i ể n N gu y ê n l ý c ủ a b ộ đ ả o d ấ u n y t h ự c c h ấ t l m c h t ổ h ợ p tuyến tính thành phần dùng khuếch đại thuật toán V Phương pháp ổn định tốc độ điều chỉnh tốc độ cho hệ thống 5.1- Nguyên lý khởi động Đóng áp tô mát cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện (mạch kích từ, máy biến áp động lực, nguồn nuôi mạch điều khiển Khi mạch tạo xung điều khiển tạo xung điều khiển Để điều khiển xung này,chúng đưa tới mạch phát xung để điều khiển mở thyristor thông qua máy biến áp xung Để tạo xung điều khiển, ta phải tạo tín hiệu điều khiển U đk nhờ mạch khuếch đại trung gian tín hiệu so sánh với điện áp cưa Do mạch khuếch đại trung gian tạo tín hiệu U đk nên điều khiển góc mở α chỉnh lưu Khi khởi động dòng khởi động lớn 24 24 nên mạch vòng dòng điện tham gia vào để tự động hạn chế dòng điện đồng thời mạch vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hoà U VIC3 = -Ucđ + γn âm ( n nhỏ ) , động khởi độngt rên đoạn đặc tính thứ , tốc độ tăng dần đến điểm D mạch vòng tốc độ tham gia vào để tăng độ cứng đặc tính , động khởi động đoạn đặc tính DC , đến điểm C mạch vòng dòng điện không tham gia mạch vòng tốc độ , động đợc khởi động đoạn đặc tính tự nhiên tiến tới làm việc xác lập điểm ứng với tải định mức 5.2 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ Để thay đổi tốc độ động ta thay đổi điện áp chủ đạo biến trở WR Khi U cđ thay đổi làm cho góc α thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi UVIC2 = -Ucđ + γn Khi thay đổi Ucđ thay đổi góc mở α => Ud thay đổi tốc độ thay đổi theo Ví dụ muốn tăng tốc độ ta tăng Ucđ : UVIC2 âm nhiều lên => URIC2 dương nhiều lên => URIC3 âm nhiều lên , Tr mở nhiều dẫn đến U đk giảm nhỏ tức góc α giảm nhỏ => Ud tăng lên tốc độ tăng theo Quá trinh giảm tốc xảy tương tự ta giảm Ucđ làm cho góc α tăng lên tốc độ giảm xuống 5.3- Nguyên lý ổn định tốc độ Giả sử động làm việc tốc độ quay định, ứng với giá trị điện áp đặt đó.Giả sử lý tốc độ động tăng đột ngột nghĩa γn tăng làm cho Uđk tăng làm cho góc mở α tăng điện áp đặt vào phần ứng động giảm để động trở giá trị ban đầu Nếu lý làm cho tốc độ động giảm tương tự γn giảm làm cho điện áp Uđk giảm tạo góc α giảm, điện áp phần ứng động tăng làm cho tốc độ động tăng trở giá trị ban đầu 25 25 Ví Dụ : tốc độ động tăng , γn tăng lên => UVIC2 = -Ucđ + γn bớt âm , URIC2 bớt dương , UrIC3 bớt âm,TR mở nên Uđk tăng lên , góc α tăng lên dẫn đến Ud giảm nhỏ tốc độ động giảm theo cho phù hợp lượng đặt ban đầu 5.4 : Nguyên lý hãm dừng hệ thống Khi muốn dừng hệ thống ta ấn nút dừng, cắt toàn hệ thống khỏi nguồn cung cấp đồng thời đặt điện trở hãm vào động cơ, động thực hãm động , toàn lượng tích luỹ động giải phóng qua Rh , tốc độ giảm dần , tốc độ gần giảmgần ta cắt Rh để động hãm tự Hết 26 26 [...]... pháp ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ cho hệ thống 5.1- Nguyên lý khởi động Đóng áp tô mát cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện (mạch kích từ, máy biến áp động lực, nguồn nuôi mạch điều khiển Khi đó mạch tạo xung điều khiển tạo ra các xung điều khiển Để điều khiển các xung này,chúng được đưa tới mạch phát xung để điều khiển mở các thyristor thông qua máy biến áp xung Để tạo ra các xung. ..Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi xung áp với các mạch phụ tải mắc song song Hình 1.6 Bộ biến đổi xung áp có đảo chiều 11 11 1.1.4 Sơ đồ cấu trúc Cấu trúc của bộ biến đổi xung áp một chiều thường có dạng như ở hình1.7 Hình 1.7 12 12 II.Tính chọn mạch lực và các thiết bị liên quan 2.1 Tính chọn động cơ một chiều Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu người... đến 8V Áp dụng (*) ta chọn R4=52kΩ và R3=73kΩ IV Phân tích hoạt động động của mạch điều khiển 4.3.Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển Khâu tạo điện áp tam giác sẽ cho ta một điện áp tựa có dạng tam giácthuận tiện cho khâu so sánh tiếp theo Khâu tạo điện áp tựa này thực chất bao gồm 2 khâu là khâu phát xung đồng bộ và khâu tạo xung răng cưa (dạng tam giác) Khâu này sẽ quyết định luôn tần số... :Tmax=1800C III Thiết kế mô phỏng mạch điều khiển cho bộ xung áp 3.1.Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển * Yêu cầu chung của mạch điều khiển M ạ ch đ iề u kh i ể n điề u kh iể n bă m xu n g á p m ột ch iề u cầ n đư ợ c xâ y dự n g theo các nguyên tắc và yêu cầu sau: -Tạo được xung mở IGBT có biên độ điện áp là +15V, độ rộng theo yêu cầu điều khiển -Tạo được xung khóa IGBT có biên độ điện áp là -5V, độ rộng theo... nguồn cấp ( VCC) Dải thông Slew rate Để tần số làm việc là 2 kHz ta chọn: 20V 15MHz 70V/us R1 = 0.47kΩ R2 = 4.7kΩ → C1 = 0.0266μF Giải thích nguyên tắc hoạt động Việc thay đổi giá trị điện áp điều khiển quyết định hệ số γ của mạch điều khiển xung áp -Khi Uđk=0 thì γ=0.5 -Khi Uđk=Uđỉnh thì γ=1 -Khi Uđk= - Uđỉnh thì γ=0 Do điện áp tựa có dạng tuyến tính nên việc điều chỉnh tốc độ động cơ một cách tuyến... chỉnh và ổn định tốc độ, quá trình này chỉ có hiệu quả ở tốc độ rất thấp và hiệu quả không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này là rất khó khăn Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu 2.1.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ ɸ = const khi tải thay đổi Phương trình đặc tính cơ: w = U/(K ɸ) – RI/(K ɸ) = U/(K ɸ) – RM(K ɸ)2 13 13... chiều kích từ độc lập,kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai động cơ có kết cấu phức tạp,giá thành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế 2.1.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp Ta thấy loại này có cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng kích từ chính là dòng phần ứng động cơ Do vậy khi Iư biến đổi thì từ thông ɸ cũng biến đổi sẽ gây... tựa như có dạng tam giác như hình vẽ.Tần số của điện áp tựa được tính dựa vào công thức sau F = 1/(4.R3C1R1/R2) Do tần số làm việc yêu cầu của mạch điều khiển là 2kHz nên tần số l à m việc của mạch tạo xung tam giác cũng phải là 2 kHz Điều đó làm nảy sinhv ấ n đ ề 19 19 l à k h u ế c h t h u ậ t t o á n k h ô n g t h ể c h ọ n l o ạ i b ì n h t h ư ờ n g m à t a p h ả i chọn loại có tốc độ làm việc nhanh... a v à o 2 m ạ c h s o s á n h t ư ơ n g ứ n g 2 k ê n h điều khiển 2 nhóm IGBT ta có thể tin tưởng rằng trong toàn bộ quá trìnhhoạt động, nhóm van này khóa chắc chắn thì nhóm van còn lại mới được phát xung mở Giải pháp này ưu điểm hơn cách sử dụng khâu trễ để đảm bảo an toàn cho các van bán dẫn 23 23 »Đ i ệ n á p t ự a dạ n g t a m g i á c g ồ m c ả m i ề n â m l ẫ n m i ề n d ư ơ n g c h o phép ta... bằng cách đảo dấu điện áp điều khiểnđưa vào mạch so sánh -Đ i ệ n á p t ự a đ ư ợ c đ ư a v à o c á c b ộ s o s á n h ( C o m p a r a t o r ) c ù n g v ớ i điện áp điều khiển để thu được điện áp dạng xung ±Ubh thích hợp với cáck ê n h đ i ề u k h i ể n m à l u ậ t đ ó n g m ở v à l u ậ t đ i ề u k h i ể n đ ố i x ứ n g đ ặ t r a Đ ể đảm bảo phạm vi điều chỉnh tốc độ là 25:1 ta cần đưa điện áp điều