Đề cương sơ bộ Đề bài Điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng bộ biến đổi xung áp.doc

Đề cương sơ bộ Đề bài Điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng bộ biến đổi xung áp.

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ

Đề bài : Điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng bộ biến đổi xung áp

Lời nói đầu

Chương 1 : Tổng quan về động cơ một chiều

1.1 Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

1.2 Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập

* Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng

* Phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ

Chương 2 : Tổng quan về bộ biến đổi xung áp

2.1 Cấu trúc và phân loại bộ biến đổi xung áp

* Bộ biến đổi xung áp nối tiếp ( xung áp giảm áp )

* Bộ biến đổi xung áp song song ( xung áp tăng áp )

* Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp

* Lựa chọn bộ biến đổi

2.2 Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp

* Phương pháp thay đổi độ rộng xung

* Phương pháp thay đổi tần số băm xung

* Lựa chọn phương pháp điều khiển

Chương 3 : Thiết kế mạch điều khiển

3.1 Sơ đồ mạch động lực

3.2 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển

* Khâu tạo điện áp tam giác

* Khâu so sánh tạo xung điều khiển van

* Khâu tạo xung chùm

* Khâu khuếch đại xung chùm

* Biến áp xung

3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển

Chương 4 : Mô phỏng mạch điều khiển

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cả

về chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan trọng ,không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh hoạtcủa con người Nó luôn đi trước một bước làm tiền đề nhưng cũng là mũi nhọnquyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp Không mộtquốc gia nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truyền tải ,

cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn,

dễ vận hành mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụngrộng rãi và phổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhấtđịnh như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cầnđiều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máycông cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạođộng cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loạimàu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn nhưng do những ưu điểm của

nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại

Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện haymáy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhấtcủa động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bảnthân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thìphải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động

cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúcmạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75%

÷85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94% Côngsuấtlớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vàokhoảngvài trăm cho đến 1000v Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu,

nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó

là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp củamình trongphạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cậptới vấn đề thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh tốc độ có đảo chiều củađộng cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc đối xứng Đây là một trongnhững phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện nay để điều chỉnh động cơ điệnmột chiều kích từ độc lập với yêu cầu đảo chiều quay động cơ theo phương phápđối xứng Đây là một phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và được sử dụngrộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm nổi bật

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1.1 Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều

Động 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 vừa

là 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

* 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 chiều

1 Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5

mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các lá thép được dập các lỗ thông gió và rãnh đểđặt 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 chiều

Trên 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 chiều

Khi 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, đảmbảo 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

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 vớimáy 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

1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Về phương diện điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có nhiều ưu việthơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễdàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chấtlượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện mộtchiều nói chung và động cơ một chiều kích từ độc lập nói riêng :

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện mộtchiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phầnứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ Trong công nghiệp thường sử dụng bốnloại bộ biến đổi chính:

• Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiềuhoặc máy điện khuếch đại (KĐM)

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền độngnhư:

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động

cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có hệ truyền động điều chỉnh tựđộng) và loại điều khiển theo mạch hở (hệ truyền động điều khiển hở) Hệ điềuchỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điềuchỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở Ngoài ra các hệtruyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều còn được phân loại theotruyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay Đồng thời tuỳ thuộc vàocác phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần

tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồnnhư máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển vv Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành mộtchiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk

§ BB§

Hình II-1 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này cóđiện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống nhưsau:

Eb - Eư = Iư.Rb + RưđIư

u dm

ud b dm

K

R R K

Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống

bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từthông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bịgiới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động Khi mô men tải làđịnh mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Để thoả mãn khả khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnhphải có mô men ngắn mạch là:

) 1 (

max 0 max

M

dm

K

M M

K

M D

vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng ? Khi điềuchỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng cac thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trởtổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thểtính sơ bộ được:

Vì thế với tải có đặc tính mô men không đổi thì có giá trị phạm vi diềuchỉnh tốc độ cững không vượt quá 10 Đói với các máy có yêu cầu cao về dải điều

chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở”như trên là không thoả mãn được.

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyềnđộng một chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì

độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốctương đối đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nóicách khác , nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ khôngvượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏhơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ởđặc tính cơ thấp nhất là:

min min

min min

o o

thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép Đểlàm việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ thống truyền độngđiện kiểu vòng kín

được giữ nguyên, do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mô men nằm trong hình chữ nhật bao bởi các

là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ

IưEb = Iư Eư + Iư2(Rb + Rưđ)Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mô men do động cơ sinh ra đúng bằng

mô men tải trên trục: M* = Mc* và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải làMc* = (?* )x thì

sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ.

Điều chỉnh từ thông kích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mô men

Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thôngcũng là

hệ phi tuyến:

k b

k k







trong đó: rk - điện trở dây quấn kích thích,

rb - điện trở của nguồn điện áp kích thích,

Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:

Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyênbằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thôngchính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức,từ thông định mức và được gọi làđạc tính cơ bản (đôi khi chính là đặc tính tự nhiên của động cơ) Tốc độ lớn nhấtcủa dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện.Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyểnmạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bìnhthường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết qủa là mô men chophép trên trục động cơ giảm rất nhanh Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phầnứng thì độ cứng đặc tính cơ cững giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:

Hình II-4 Sơ đồ thay thế (a) Đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh từ thôngđộng cơ (b) Quan hệ ?(ikt),(c)

Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà

từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng b•o hoà củađặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộcvào thông số kết cấu của máy điện:

1 - Hiệu suất điều chỉnh cao (phương trình điều khiển là tuyến tính, triệt để)hơn khi ta dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng nên tổn hao công suấtđiều khiển nhỏ.

2 - Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đến mômenngắn mạch giảm, dòng ngán mạch giảm Điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởiđộng động cơ

3 - Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen điềuchỉnh xác định là như nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục

Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải

có nguồn áp điều chỉnh được xong nó là không đáng kể so với vai trò và ưu đIểmcủa nó Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi

Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP

2.1 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

+ S ngắt, dòng điện chạy từ +U qua L → D → Tải Vì từ thông trong L khônggiảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm có cùng cựctính với U Do đó tổng điện áp: ud =U + eL Vậy ta có bộ biến đổi tăng áp.

Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U ở chế độ liên tục

và năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn

* Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp

Sơ đồ nguyên lý:

Tải là động cơ mmột chiều được thay bởi mạch tương đương R-L-E L1 chỉđóng vai trò tích luỹ năng lượng C đóng vai trò lọc

Nguyên lý hoạt động :

+ S đóng, trên L1 có U, dòng chạy từ +U → S → L1 → -U Năng lượng tích

luỹ trong cuộn cảm L1; đi-ôt D tắt; Ud =UC, tụ C phóng điện qua tải

+ S ngắt, cuộn cảm L1 sinh ra sức điện động ngược chiều với trường hợp đóng

Ở đây ta sử dụn van bán dẫn IGBT Bộ BXM dùng van điều khiển hoàn toànIGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải

Trong các hệ trngruyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ do đó

bộ biến đổi này tthường hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từđộc 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 năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá trình hãm tái sinh

Có các phhương pháp điều khiển khác nhau như : Điều khiển độc lập, điềukhiển không đối xứng và điều khiển đối xứng

* Lựa chọn bộ biến đổi

- Lựa chọn mạch lực

Qua các mạch phân tích ở trên ta thấy để phù hợp đảo chiều động cơ (mộtcách chủ động) ta chọn bộ băm xung một chiều có đảo chiều (cầu BXDC), mạchnày cho phép năng lượng đi theo 2 chiều Ud, Id có thể đảo chiều một cách độclập Hơn nữa mạch này rất thông dụng (dùng trong DC-DC, DC-AC converter) do

đó việc tìm mua các phần tử cũng dễ dàng hơn

- Lựa chọn van bán dẫn

Chọn van IGBT bởi :

+ IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả

năng chịu quá tải lớn của transistor thường, tần số băm điện áp cao thì làm chođộng cơ chạy êm hơn.

+ Công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ nên làm cho đơn giản đáng kể thiết

kế của các bộ biến đổi và làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ, hơn nữa nócũng làm tiết kiệm năng luợng (điều khiển)

+ IGBT là phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, nó đang dần thay thế transistorBJT nó ngày càng thông dụng hơn do đó việc mua thiết bị cũng đơn giảnhơn.Cùng với sự phát triển của IGBT thì các IC chuyên dụng điều khiển chúng(IGBT Driver) ngày càng phát triển và hoàn thiện do đó việc điều khiển cũngchuẩn xác và việc thiết kế các mạch điều khiển cũng đơn giản, gọn nhẹ

2.2 Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp

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

- Thay đổi độ rộng xung

- Thay đổi tần số băm xung

* Phương pháp thay đổi độ rộng xung

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

là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.

Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng(0 < ε ≤1)

* Phương pháp thay đổi tần số băm xung

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

Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM(Pulse Width Modulation).Theo phương pháp này tân số băm xung sẽ làhằng số.Việc điều khiển trạng thái đóng mỏ của van dựa vào viêc so sánhmột điện áp điều khiển với một sóng tuần hoàn (thường là dạng tam giác(Sawtooth)) có biên độ đỉnh không đổi.Nó sẽ thiết lập tần số đóng cắt chovan,tần số đóng cắt này là không đổi với dải tẩn từ 400Hz đến 200kHz.Khi

 Phương pháp điều khiển bộ băm xung có đảo chiều

Nguyên tắc điều khiển

Theo phương pháp điều khiển này các cặp van S1 và S2; S3 và S4 lập thànhhai cặp van mà trong mỗi cặp thì hai van được điều khiển đóng cắt đồngthời

Tín hiệu điều khiển được tạo ra bằng cách so sánh điện áp điều khiển vớiđiện áp tựa (thường là dạng xung tam giác):

-Nếu Udk>utua thì S1 và S2 được kích dẫn; S3 và S4 được kích tắt.-Nếu Udk<utua thì S1và S2 được kích tắt; S3 và S4 được kích dẫn.

Biểu đồ dạng sóng dòng, áp trên tải

Chế độ hoạt động:

+Trong khoảng 1: S1 và S2 được kích dẫn, S3 và S4 được kích tắt, động cơđược nối với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax.

+Trong khoảng 2:S1và S2 được kích tắt,S3 và S4 được kích dẫn,nhưng do tải

có tính cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua D3 và D4 vềnguồn, S3 và S4 bị đạt điện áp ngược bởi hai diode D3 và D4 nên khoá, dòng

id giảm từ Imax về 0

+Trong khoảng 3:S3 và S4 được kích dẫn, điện áp đặt lên động cơ là –U,dòng id tăng theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Imin theo chiểu dương).+Trong khoảng 4: S3 và S4 được kích tắt, S1 và S2 được kích dẫn, nhưng dotrước đó dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng id tiềp tục chảy theochiều cũ, khép mạch qua các diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặt điện

áp ngược bởi hai diode D1 và D2 phân cực thuận nên khoá, do đó id giảmtheo chiều ngược lại từ Imin về 0

Chương 3 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Mạch cấp nguồn một chiều cho động cơ

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí

tự nhiên Máy biến áp công suất nhỏ ,chỉ cỡ chục KVA trở lại ,sụt áp trên

điện trở lớn khoảng 4% ,sụt áp trên cuộn kháng ít hơn khoảng 2% Điện ápsụt trên 2 Điôt khoảng 2V.

 Tính chọn van bán dẫn công suất

- Tính chọn Điôt mạch van

Qua phân tích các mạch lực ta thấy

+ Dòng điện trung bình chạy qua diode

Với giá trị dòng định mức động cơ Iđm = 6A

Chọn chế độ làm mát là van có cánh tỏa nhiệt với đủ điẹn tích bề mặt

và có quạt thông gió, khi đó cho dòng điện làm việc cho phép chạy quavan tới 50% Iđm

Lúc đó dòng chạy qua van cần chọn :

Iđmv = Ki.Imax = 6/0.5 = 12(A)Qua các biểu đồ ta thấy : Điện áp ngược cực đại đặt trên mỗi van( bỏqua sụt áp trên mỗi van là U = 400V

Chọn hệ số quá điện áp Ku= 2.5  Ungv= 2.5.400 = 1000(V)

Trong đó :

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 ở trạng thái mở của Diode

Ith : dòng điện thử cực đại

Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy:

Dòng điện trung bình chạy qua van lμ : IS =γ It

Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =6(A)

+ Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và

có quạt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới

50 % Idm

Lúc đó dòng điện qua van cần chọn :

Iđmv = ki Imax =6/0.5=12(A)Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi van (bỏ qua sụtáp

trên các van ) là Ungmax=E=400(V)

Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 → Ungv =ku.Ungmax =2.5*400=1000(V)

Từ các tính toán trên ta chọn 4 van IGBT …có các thông số sau:

)

Vce(V)

Pdmax

Vce(sat)

Ice(uA)

In.Diode

IRG4PH30

K

TO247A

Điện áp ngược của van cần chọn :

Unv = KdtU Un max =2,5 418,88 = 1047,20

Trong đó :

KdtU - hệ số dự trữ điện áp ,chọn KdtU =2,5

+) Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng :

Ilv =3,46 (A)