Giao trinh bai tap ch7 p1 130925102022 phpapp02

Slides ĐTCS&ƯD CHƯƠNG Được phép mang vào phòng thi BỘ NGUỒN BÁN DẪN MỘT CHIỀU 6.1 BBĐ Bộ nguồn bán dẫn 6.1 Thiết kế nguồn chỉnh lưu 6.2 Bộ nguồn xung 6.2.1 Sơ đồ nguồn xung dùng nghòch lưu 6.2.2 Sơ đồ nguồn xung flyback 6.2.3 Điều khiển nguồn xung 6.3 Sơ đồ điều khiển vòng kín BBĐ: Đọc thêm tiết, tập 2/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi BBĐ VÀ BỘ NGUỒN BÁN DẪN: Bộ nguồn bán dẫn ≡ BBĐ đứng quan điểm sử dụng SƠ ĐỒ KHỐI: - Mạch công suất: lọc đầu vào, biến đổi (mạch điện tử công suất) lọc ngỏ - Khối đo lường - Mạch phát xung, điều khiển vòng kín bảo vệ Lọc đầu vào (*) Lưới Mạch Phát xung Điều khiển vòng kín (*) BÀI TOÁN THIẾT KẾ: - Hai phương án: tải tổng quát hay tải cụ thể (ví dụ động cơ) Bộ Biến đổi Lọc đầu (*) Tải Bảo vệ Phản hồi Đặt khối có dấu (*) không cần - Điều khiển ngỏ ra, hạn chế dòng/áp - Hạn chế nhiễu: ngỏ vào, ngỏ ra, vô tuyến - Bài toán khởi động / dừng (soft start) 3/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 4/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Còn gọi nguồn xung hay cấp điện đóng ngắt (switching power supply) VI.1 BỘ NGUỒN MỘT CHIỀU BÁN DẪN: So sánh hai loại: Là nguồn cung cấp điện chiều Nhóm Ưu Nhược Có cấu trúc giống cho loại tải Điều khiển pha công suất lớn (MW) tần số đóng ngắt bé (tần số lưới) => mạch lọc ngỏ có trò số lớn Phân loại nguồn chiều: - Theo biến đổi: Bộ nguồn chiều dùng BBĐ điều khiển pha: (Biến áp) > Chỉnh lưu (điều khiển pha) BBĐ áp AC > Biến áp tần số lưới > Chỉnh lưu D BBĐ áp chiều Tần số làm việc cao nên công suất đến 100kw ảnh hưởng hài bậc cao nhỏ dùng transistor - Phân loại theo dạng tải: động chiều, tải điện hóa, điện công nghệ, mạch điện tử Còn gọi nguồn chỉnh lưu, ( ) khối không cần Có thể chia làm hai nhóm: Bộ nguồn chiều dùng BBĐ áp chiều: • tải áp: Tải cần áp phẳng, tiêu biểu thiết bò điện tử [Biến áp > Chỉnh lưu D > lọc] > BBĐ [Chỉnh lưu D -> lọc] -> BBĐ -> Biến áp tần số cao -> Chỉnh lưu D Khi dùng nguồn chiều, khối [ ] • tải dòng: gồm tải lại - không cần áp phẳng - Yêu cầu cách ly nguồn – tải dùng điện lưới: Sử dụng biến áp (ghép từ trường) 5/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Ví dụ nguồn DC: VI.2 BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU: 6/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD a Chọn sơ đồ chỉnh lưu: xem xét yếu tố Các bước thiết kế nguồn bán dẫn: • Có sử dụng biến áp (BA) hay không: - Thiết kế sơ mạch động lực: • Một pha hay nhiều pha: yêu cầu => sơ đồ => tính chọn gần thông số mạch động lực • Sơ đồ tia hay cầu: - Tính toán xác để kiểm tra sơ đồ chọn: Dùng giải tích – mô – thực nghiệm mô hình thu nhỏ Có thể thực nhiều thiết kế sơ chọn thiết kế tối ưu - Tính toán hệ thống điều khiển bảo vệ, lập vẽ lắp đặt xây dựng quy trình thi công, thử nghiệm, hiệu chỉnh Thiết kế sơ chỉnh lưu điều khiển pha (ĐKP): Gồm bước sau: Được phép mang vào phòng thi - Tính chọn mạch lọc ngỏ Cầu điều khiển hoàn toàn (SCR) hay không hoàn toàn (SCR + D): • Sử dụng sơ đồ đặc biệt: - nối tiếp, song song chỉnh lưu: - Sơ đồ pha có kháng cân - Sử dụng BBĐ áp AC phiá sơ cấp biến áp dùng chỉnh lưu diod thứ cấp: - Chọn sơ đồ chỉnh lưu ¾ Áp bé (chục V) dòng tải lớn (hàng nghìn A): - Tính toán chế độ hoạt động: điện áp (thứ cấp biến áp) góc kích SCR ¾ Áp lớn (chục nghìn V), dòng bé (chục A) - Tính chọn chỉnh lưu biến áp 7/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi b Tính toán điện áp (thứ cấp biến áp) góc kích SCR: 8/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi c Tính chọn chỉnh lưu biến áp: • áp ngỏ phụ thuộc áp cung cấp góc kích SCR - Đònh mức áp chỉnh lưu: giá trò max áp dây • Sụt áp mạch bao gồm: - Đònh mức dòng chỉnh lưu dòng qua BA (nếu có): - Sụt áp chỉnh lưu: V/ Diod V / SCR - Sụt áp chuyển mạch dòng liên tục - Sụt áp nguồn hay biến áp Khi tính toán sơ bộ, sụt áp tổng cộng 15% - 20%, góc kích SCR tối thiểu 10 – 15o Nếu sơ đồ không dùng biến áp: góc điều khiển pha tối thiểu αmin < (40 - 50 ) O Góc kích tối đa: Thường chọn khoảng 150 O Ví dụ 1: Chọn sơ đồ tính thông sớ chỉnh lưu 220VDC/100A dòng cho điều khiển động chiều kích từ độc lập, lưới công nghiệp 380VAC ba pha Để tính dòng, cần chọn dạng dòng theo loại tải nhằm nâng cao độ xác cho thiết kế sơ Ví dụ tính toán: Thiết kế chỉnh lưu cho điều khiển động DC kích từ độc lập 400 V/ 200A từ lưới điện pha 380V (áp dây): chọn sơ đồ, tính toán thông số hoạt động chỉnh lưu điều khiển pha, tính dòng trung bình, áp ngược cực đại SCR, dòng hiệu dụng qua phần tử mạch khác Thiết kế chỉnh lưu cho điều khiển động DC kích từ độc lập 180 V/ 20A từ lưới điện công nghiệp 220V/380V: 9/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi d Tính chọn mạch lọc ngỏ ra: 10/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi VI.3 BỘ NGUỒN XUNG (SWITCHING POWER SUPPLY): Một số nguồn chiều có mạch lọc: Sơ đồ ổn áp đóng ngắt thay ổn áp tuyến tính: - Bộ cấp điện cho mạch điện tử : lọc LC hình Γ Mạch ổn áp đóng ngắt có đặc điểm: - Các nạp accu công suất lớn lọc L nối tiếp - Ưu: hiệu suất cao, giảm kích thước tản nhiệt giá thành - Một số trường hợp nguồn xi mạ kim loại có lọc LC - Nhược: có nhấp nhô áp Điều khiển nguồn chỉnh lưu: ΔV Bao gồm: + - Mạch phát xung + giới hạn góc kích max/min V + đònh góc kích ban đầu (150o làm việc cực tính) - Khối bảo vệ: dòng / áp (vào – ra) - Khối điều khiển vòng kín _ S1 Io Q1 Vo Hình VI.3.1 Ổn áp tuyến tính L + V Điều khiển i o Tải D1 Io v o _ C Hình VI.3.2 Ổn áp đóng ngắt nguồn xung = chỉnh lưu diod đầu vào + ổn áp đóng ngắt Sơ đồ khối: [Biến áp > Chỉnh lưu D > lọc] > BBĐ 11/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 12/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi [Chỉnh lưu D -> lọc] -> BBĐ -> Biến áp tần số cao -> Chỉnh lưu D Ví dụ tính toán: Tính toán mạch động lực bộnguồn xung: ngỏ 5V/20 A, ngỏ vào 260 VDC Cấp điện đóng ngắt (bộ nguồn xung) sử dụng nghòch lưu: T1 + C1 S1 D1 C3 V C2 S2 Q S1 C1 k -Q L1 C3 V v o S2 mạch điều khiển điều rộng xung dẩy kéo Io T1 _ mạch động lực S1 D1 CLK D2 áp Sơ cấp biến áp T1 + Dao động tam giác u ĐB T1 _ L1 C2 S2 Thứ cấp biến áp sau chỉnh lưu io D2 - Chọn tần số ngỏ 20 Khz, độ rộng xung tương đối α = ton/T= 0.5 => biên độ sau chỉnh lưu 5/0.5 = 10 V => biên độ thứ cấp: 10 + 0.6 = 10.6 V; tỉ số biến áp: 260 / (2 * 10.6) = 12.3 - trò trung bình dòng qua L1 (chính dòng tải Io) = 20 A - dòng trung bình qua D: kat Io = 1.5 * 20 = 30 A; - áp qua D > 10 V: chọn 25 V, loại diod: Schotky - Dòng hiệu dụng thứ cấp 20 / = 14 A ; sơ cấp: 14 / 12.3 = 1.2 A 13/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 14/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Chọn ngắt điện nghòch lưu: theo biên độ dòng qua nó, 20 /12.3 = 1,6 A Chọn transistor đóng ngắt công suất, dòng đònh mức A / 600 V Sơ đồ nguồn xung Flyback dùng 38xx: Sơ đồ bảo vệ áp cho ngắt điện nguồn xung Flyback: V C v C R D v C 2V v D T v D V Q Q off Q on t Bài tập: Từ mô tả hoạt động bảo vệ xung áp, biện luận ảnh hưởng lên điện áp vD lúc Q khóa việc thay đổi giá trò điện trở R Sơ đồ nguồn xung dùng BBĐ áp chiều loại Forward: 15/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Bài tập: Vẽ dạng dòng áp phần tử mạch điện hình VI.3.4 bên, cho biết nguyên lý để chọn số vòng cuộn dây trả lượng T1 16/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Bộ nguồn: Ổn áp hạn dòng V+ D2 L1 C1 Nạp accu: Ổn dòng hạn áp U U lv Q D1 I gh I VI.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN BỘ NGUỒN MỘT CHIỀU: Bài toán điều khiển biến đổi (BBĐ): độ) - đảm bảo chất lượng ngỏ chế độ tónh (xác lập) động (quá - Hạn chế dòng điện qua BBĐ - Điều khiển trình khởi động dừng BBĐ (soft start/stop): => Sử dụng hệ thống điều khiển (HTĐK) nhiều vòng (điều khiển trạng thái hay tọa độ) HTĐK tọa độ: đặt2 + _ ĐKx2 PID đặt1 + _ Đối tượng ĐKx1 PID P1 x1 P2 phản hồi x2 17/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Hệ thống điều khiển bao gồm: - đối tượng điều khiển: nhiều khối quán tính nối tiếp P1, P2, … có ngỏ thông số x1, x2, … cần điều khiển - Các điều khiển hay hiệu chỉnh (HC) nối tiếp ĐKx1, ĐKx2, … có ngỏ bão hòa tạo thành nhiều vòng phản hồi âm Bình thường, ĐKx2 xác đònh ngỏ HT x2 theo đặt2 Khi bão hòa, ĐKx1 giữ ngỏ tương ứng (là x1) giá trò mong muốn mức bão hòa ĐKx2 Ví dụ 1: Với nguồn chiều: Vòng điều khiển điện áp x2 = U, U U Nạp accu: Ổn dòng hạn áp ĐKx2 đặt2 + PID _ Được phép mang vào phòng thi đặt1 + _ PID gh I P1 x1 P2 x2 phản hồi Quan sát: Hai nguồn ổn áp có hạn dòng (bộ cấp điện ổn áp) ổn dòng có giới hạn áp (bộ nạp accu) có sơ đồ điều khiển, khác cách vận hành Ví dụ 2: HT điều khiển nhiệt Ví dụ 3: HT truyền động điện Hiệu chỉnh HT hệ thống điều khiển tọa độ: I Đối tượng ĐKx1 lv vòng điều khiển dòng điện x1 = I Bộ nguồn: Ổn áp hạn dòng 18/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD a Nguyên lý hiệu chỉnh: 19/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD đặt2 + _ ĐKx2 Được phép mang vào phòng thi đặt1 + _ PID Đối tượng ĐKx1 PID P1 x1 P2 x2 phản hồi Đối tượng công nghiệp: W= K s.∏ i =1 (Ti s + 1) n => sử dụng hiệu chỉnh PID HC = K p + K i / s + K d s = (khối quán tính ) 20/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Khi cho hệ số 0, ta nhận sơ đồ điều khiển P, PD, I, PI: Hiệu chỉnh P HC = K p = Hiệu chỉnh PD Hiệu chỉnh I HC = K i / s = hiệu chỉnh PI HC = K p + K i / s = Ti s (Ta s + 1) Ti s Hiệu chỉnh PI dùng cho HT có mức nhiễu lớn - hiệu chỉnh PID vòng từ b Hiệu chỉnh PID (vi tích phân tỉ lệ): Ki: khác zero làm cho HT vô sai, bé kéo dài thời gian xác lập, có dạng: Ti (T s + 1) HC = K p + K d s = a Ti (Ta s + 1)(Tb s + 1) Ti s - Các vòng không phép hiệu chỉnh thành đặc tính có dao động dùng PP khử cực – zero Được phép mang vào phòng thi (T s + 1)(Tb s + 1) tăng cao gây dao động HC = K p + K i / s + K d s = a Kp: đònh sai số HT Ki = 0, Ti s với Kd chỉnh đònh chất lượng động học HT Bài tập: chứng minh ổn đònh đối tượng có hàm truyền W= K s.∏ i =1 (Ti s + 1) n hiệu chỉnh PID bất chấp bậc n mẫu số Ví dụ ứng dụng hiệu chỉnh PI mạch điện tử: MẠCH TẠO HÀM DỐC Thiết kế mạch PI dùng OPAM: 21/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi V R2 C1 R1 U1 -Ufhồi R1 POT2 Vo R3 7 D1 1/s C V ặt R1 = R2 VR1 T4 =>ặt = Ufhồi U3B U2 nguồn xung Flyback dùng 38xx 10k wđ bước 2: tăng Ki đến HT có đáp ứng dao động bước 3: tăng Kd (nếu có sử dụng) và/hay tinh chỉnh Kp, Ki (nếu cần) để HT có đáp ứng mong muốn tkđ d Ý nghiã thực tiễn hiệu chỉnh tọa độ: - Các máy móc công nghiệp (thường khối quán tính nối tiếp) cần hiệu chỉnh PID wđ Được phép mang vào phòng thi bước 1: Cho Ki, Kd = 0, tăng dần Kp đến HT gần có dao động R4 0.01uF POT1 22/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD t Hình : tín hiệu đặt hàm RAMP - Bộ hiệu chỉnh PID có sẵn biến đổi hay điều khiển công nghiệp, cần chỉnh thông số (bằng cách quan sát đáp ứng) - hiệu chỉnh tọa độ (nhiều vòng) cho phép điều khiển nhiều thông số trình, đáp ứng yêu cầu máy móc công nghiệp c Các bước để tìm thông số PID thực nghiệm: e Bộ tạo hàm dốc (RAMP): 23/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Nguyên lý hoạt động: V wđ C1 R1 U1 POT2 wđ Vo R3 7 D1 V U2 tkđ t R4 0.01uF POT1 10k Hình : tín hiệu đặt hàm RAMP - có BBĐ, thực chức soft start (khởi động mềm) - điều khiển trình khởi động - Chống vọt lố HT điều khiển có tích phân  ... lưu D > lọc] > BBĐ [Chỉnh lưu D -> lọc] -> BBĐ -> Biến áp tần số cao -> Chỉnh lưu D Khi dùng nguồn chiều, khối [ ] • tải dòng: gồm tải lại - không cần áp phẳng - Yêu cầu cách ly nguồn – tải dùng... SCR - Đònh mức áp chỉnh lưu: giá trò max áp dây • Sụt áp mạch bao gồm: - Đònh mức dòng chỉnh lưu dòng qua BA (nếu có): - Sụt áp chỉnh lưu: V/ Diod V / SCR - Sụt áp chuyển mạch dòng liên tục - Sụt... phòng thi - Tính chọn mạch lọc ngỏ Cầu điều khiển hoàn toàn (SCR) hay không hoàn toàn (SCR + D): • Sử dụng sơ đồ đặc biệt: - nối tiếp, song song chỉnh lưu: - Sơ đồ pha có kháng cân - Sử dụng