thiết kế băm xung áp 1 chiều điều khiển

thiết kế băm xung áp 1 chiều có đảo chiều điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập sử dụng van IGBT mô phỏng bằng psim bạn nào cần bản word thì ib m , mình gửi cho đồ án này mình làm kỳ vừa rồi, quan trọng là cách trả lời vấn đáp nữa mới được điểm cao, còn nội dung thì tương đối đầy đủ . Các bạn tải về tham khảo nha

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Electric Power University –EPU ĐỒ ÁN : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài : Thiết kế băm xung áp chiều có đảo chiều – điều chỉnh tốc độ động Giảng viên hướng dẫn : T/s Phạm Thị Thùy Linh Sinh viên thực hiên : Nguyễn Thị Mỹ Duyên Nguyễn Trọng Quý Đức Lê Hữu Hùng Lớp : D10-CNTD3 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Lời nói đầu Ứng dụng điện tử cơng suất truyền động điện – điều khiển tốc độ động điện lĩnh vực quan trọng ngày phát triển Các nhà sản xuất không ngừng cho đời sản phẩm công nghệ phần tử bán dẫn công suất thiết bị điều khiển kèm Do thực đồ án chúng em cố gắng cập nhật kiến thức mới, công nghệ lĩnh vực điểu khiển phần tử bán dẫ công suất Với yêu cầu thiết kế mạch băm xung chiều để điều khiển động điện chiều kích từ độc lập có yêu cầu đảo chiều quay theo nguyên tắc đối xứng, chúng em cố gắng tỡm hiểu kĩ cỏc phương án công nghệ cho thiết kế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, yêu cầu kinh tế Với hy vọng đồ án điện tử công suất thiết kế kĩ thuật áp dụng thực tế nên chúng em cố gắng mơ tả cụ thể, tỉ mỉ tính tóan cụ thể thơng số sơ đồ mạch Mặc dù chúng em nỗ lực cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi tâm cao nhiên lần chúng em làm đồ án, đặc biệt trình độ hiểu biết chúng em nhiều hạn chế nên chúng em tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận phê bình góp ý thầy để giúp chúng em hiểu rõ vấn đề đồ án ứng dụng thực tế để đồ án chúng em hoàn thiện Và chúng em hi vọng tương lai không xa, chúng em áp dụng kiến thức hiểu biết thu từ đồ án đời sinh viên chúng em vào thực tế phát triển đồ án sau Trong trình làm đồ án chúng em nhận giúp đỡ bảo tận tình giáo Phạm Thị Thùy Linh Chúng em xin chân thành cảm ơn cô hi vọng cô giúp đỡ chúng em nhiều việc học tập chúng em sau Nhóm sinh viên thực : Nguyễn Thị Mỹ Duyên Nguyễn Trọng Quý Đức Lê Hữu Hùng MỤC LỤC Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài : Thiết kế băm xung áp chiều có đảo chiều cấp cho phần ứng động chiều kích từ độc lập, có đảo chiều quay Thông số động : P = kW; Udm = 220V ; Idm = 15A; ndm = 3000 v/ph Dải điều chỉnh tốc độ D = 4:1 Động kéo tải momen có tính chất Mc = Mdm Chế độ dòng liên tục , yêu cầu dùng van IGBT 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 4.1 4.2 CHƢƠNG I : KIẾN THỨC TỔNG QUÁT Giới thiệu chung động điện chiều Động điện chiều kích từ độc lập Giới thiệu băm xung áp chiều Khái niệm , phân loại băm xung áp Các sơ đồ băm xung Phân tích sơ đồ băm xung áp chiều có đảo chiều cấp cho tải phần ứng Van IGBT CHƢƠNG : NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH LỰC Thiết kế mạch lực Sơ đồ mạch lực đầy đủ phần tử bảo vệ Chức phần tử mạch Tính tốn phần tử mạch Tính tốn chọn van Diode IGBT Tính tốn Rư , Eư Lư chế độ định mức Tính chọn thiết bị bảo vệ CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Yêu cầu chung mạch điều khiên Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển Tính chọn mạch điều khiển Khâu phát xung chủ đạo tạo điện áp cưa Khâu so sánh Bộ đảo dấu Khâu tạo trễ Khâu khuếch đại công suất Khâu tạo điện áp điều khiển Khâu hạn chế góc điều khiển γmin max CHƢƠNG : MÔ PHỎNG Giới thiệu phần mềm mô PSIM Mô mạch lực mạch điều khiển KẾT LUẬN 61 Nguyễn Thị Mỹ Duyên 4 12 12 12 22 32 40 40 40 40 41 42 42 44 44 45 45 47 49 50 52 52 53 56 57 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƢƠNG I : KIẾN THỨC TỔNG QUÁT I.1 Giới thiệu động điện chiều - Định nghĩa : Động điện chiều máy điện chuyển đổi lượng điện chiều sang lượng Máy điện chuyển đổi từ lượng sang lượng điện máy phát điện - Nguyên lý hoạt động : Động điện chiều làm việc dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ a Cấu tạo động điện chiều Gồm có phần stator( phần cảm), rotor ( phần ứng), phần chỉnh lưu ( chổi than cổ góp) - Stator động điện chiều thường hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện - Rotor có cuộn dây quấn nối với nguồn điện chiều - Bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện chuyển động quay rotor liên tục Thơng thường phận gồm có cổ góp chổi than tiếp xúc với cổ góp b Phân loại Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ứng với cách ta có loại động điện loại: - Kích thích độc lập: nguồn chiều có cơng suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên:I = Iư - Kích thích song song: nguồn chiều có cơng suất vơ lớn điện áp ko đổi, mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It - Kích thích nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It - Kích thích hỗn hợp ta có: I = Iu +It Với loại động tương ứng với đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển ứng dụng tương đối khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố.Trong đề tài ta xét đến động điện chiều kích từ độc lập biện pháp hữu hiệu để điều khiển loại động I.2 Động điện chiều kích từ độc lập a Đặc điểm cấu tạo nguyên lý hoạt động - Động chiều kích từ độc lập : Dòng điện kích từ động lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng động b Phƣơng trình đặc tính + Phương trình đặc tính cơ: phương trình biểu thị mối quan hệ tốc độ góc (Ꞷ) mơmen (M) động có dạng chung Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT  Ru  R f Uu  M K ( K) Thơng qua phương trình này, ta thấy phụ thuộc tốc độ động vào mômen động thông số khác (mômen, từ thông ), từ đưa phương án để điều chỉnh động (tốc độ) với phương án tối ưu Với điều kiện Uư = const, It = const từ thơng động khơng đổi, quan hệ tuyến tính đường đặc tính động đường thẳng Thường dạng đặc tính đường thẳng mà giao điểm với trục tung ứng với mơmen ngắn mạch giao điểm với trục tung ứng với tốc độ không tải lý tưởng động Người ta đưa thêm đại lượng β = để đánh giá độ cứng đặc tính Đặc tính dốc cứng ( β lớn ) tức mômen biểu kiến thay đổi tốc độ biểu kiến thay đổi ngược lại Đặc tính dốc mềm tức momen biểu kiến biến đổi tốc độ biến đổi nhiều thay đổi Hình 1.1 Đồ thị đặc tính động điện chiều Để hiểu nguyên lý lựa chọn phương pháp điều chỉnh tối ưu, trước hết ta xét đặc tính động điện Đó quan hệ tốc độ quay với mơmen (hoặc dòng điện) động +Đặc tính tự nhiên động cơ: động vận hành chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức không nối thêm điện kháng, điện trở vào động cơ) Trên đặc tính tự nhiên ta có điểm làm việc định mức có giá trị Mđm, ωđm +Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi tham số nguồn nối thêm đIện trở, điện kháng Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Để so sánh đặc tính với nhau, người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính cơ: β = (tốc độ biến thiên mômen so với vận tốc) * Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ kích từ độc lập thể đây: Hình 1.2 Sơ đồ tương đương động điện chiều kích từ độc lập Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau: gọi động điện kích từ độc lập Phương trình đặc tính xuất phát: +Uư: điện áp phần ứng +Eư: sức điện động phần ứng +Rư: điện trở mạch phần ứng : Rư=rư +rcf +rb +rct +rư: điện trở cuộn dây phần ứng +rcf: điện trở cuộn cực từ phụ +ri: điện trở cuộn bù +rct: điện trở tiếp xúc chổi điện +Rf: điện trở phụ mạch phần ứng +Iư: dòng điện mạch phần ứng +Eư xác định theobiểu thức sau: Eu  pN    2a + p: số đơi cực từ + N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng + A: số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng + Ф: từ thơng kích từ cực từ +: tốc độ góc pN K 2a Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Trong K hệ số cấu tạo động Eu  K e n   2n / 60  n / 9,55 Vì pN n 60a K Ke   0,105K 9,55 Eu  Suy  U u Ru  R f  Iu K K Biểu thức (*) phương trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ động xác định M dt  K .I u Suy I u  M dt / K Thay vào (*) ta Ru  R f U  u  M dt K ( K) Nếu bỏ qua tổn thất thép mơmen trục động mơmen điện từ M Ta có Ru  R f U  u  M K ( K) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Đồ thị hình vẽ: Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 1.3 Đồ thị đặc tính động chiều kích từ độc lập Nhận xét : + Iư = M = ta có Uu   0 Ru  R f Đây tốc độ không tải lý tưởng động +ω = I u  U : Dòng điện ngắn mạch Ru  R f M = K.Ф.Imm = Mmm Mômen ngắn mạch U RI  u      K K Ru  R f U  u  M     K ( K) Từ tốc độ đông điện chiều phụ thuộc vào đại lượng là: Uư, R, I Như thông qua đại lượng biến thiên mà ta điều khiển tốc độ động điện chiều c Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Điều chỉnh tốc độ động điện chiều nội dung truyền động điện nhằm đáp ứng yêu cầu cơng nghệ máy sản xuất.Điều chỉnh tốc độ dùng phương pháp tuý điện tác động lên thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay động điện Tốc độ quay động điện thường bị thay đổi biến thiên tải ,của nguồn hay chế độ làm việc mở máy ,hãm máy gây sai số so với tốc độ ,kĩ thuật mong muốn Trong hệ thống truyền động điện thường vào số tiêu kinh tế ,kĩ thuật ,các tiêu tính thiết kế điều chỉnh động điện Trong thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều + Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động + Điều chỉnh cách thay đổi từ thông phần ứng hay thay đổi điện áp phần ứng cấp cho mạch kích từ + Điều chỉnh thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng c.1 Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng Chỉ áp dụng với động điện chiều kích thích độc lập song làm việc chế độ kích thích độc lâp Loại cần có thiết bị nguồn như: máy phát điện chiều kích từ độc lập, chỉnh lưu điều khiển có chức biến lượng điện xoay chiều thành chiều có sđđ Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Hình 1.4 Sơ đồ biến đổi để điều chỉnh tốc độ cách điều chỉnh điện áp phần ứng Ta có phương trình Eb  Eu  I u ( Rb  Rud )  Eb R  Rud  b Rud K dm I u K dm K  Km    (U dk )  M  Vì từ thơng động giữ khơng đổi nên đặc tính khơng đổi Tốc độ khơng tải lí tưởng tuỳ thuộc giá trị Uđk hệ thống Đồ thị tuyến tính nói phương pháp triệt để Để xác định dải điều chỉnh tốc độ Chú ý: + Phương pháp có từ thơng khơng đổi nên đặc tính có độ cứng khơng đổi Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT + Tốc độ khơng tải lý t¬ưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk hệ thống nói ph¬ương pháp điều khiển triệt để + Giải điều chỉnh tốc độ hệ tthống bị chặn đặc tính đặc tính ứng với điện áp định mức từ thông định mức Tốc độ nhỏ dải điều khiển bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mô men khởi động +Với cấu máy cụ thể có xác định phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng Vì từ thông động giữ không đổi nên đặc tính khồn đổi Tốc độ khơng tải lý tưởng tùy thuộc vào giá trị U ĐK hệ thống Đồ thị tuyến tính nói phương pháp triệt để Để xác định giải điều chỉnh tốc độ Chú ý: + Phương pháp có từ thơng khơng đổi nên đặc tính có độ cứng khơng đổi + Tốc độ khơng tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk hệ thống nói phương pháp điều khiển triệt để + Giải điều chỉnh tốc độ hệ tthống bị chặn đặc tính đặc tính ứng với điện áp định mức từ thông định mức Tốc độ nhỏ dải điều khiển bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mô men khởi động +Với cấu máy cụ thể có ω0max, KM , Mđm xác định phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị độ cứng M nm  M c max  K M M dm Để thoả mãn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mơn men ngắn mạch Mmmmin = Mcmax = KM.Mđm (KM: hế số mômen tải) Họ đặc tính đường thẳng song song nên ta có Với ω0max, KM ,Mđm xác định máy D phụ thuộc tuyến tính vào β Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động điện chiều thiết bị nguồn điều chỉnh điện trở mạch phần ứng gấp khoảng lần điện trở phần ứng động tính sơ được: 0 max  / M dm  10 Do phạm vi điều chỉnh tốc độ khơng vượt q 10, Vậy với yêu cầu để ta điều chỉnh dải điện áp dải điều chỉnh cho Điều chỉnh tốc độ phương pháp thích hợp trường hợp Mt=const tồn dải điều chỉnh c.2 Điều chỉnh từ thông động 10 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Hình 3.7 Sơ đồ so sánh cửa đưa tới cực OA thông qua điện trở đầu vào Hai điện áp Utựa Uđk R1,R2 Cửa lại, để tăng độ xác so sánh đấu qua điện trở R3=R1R2 xuống đất Điểm lật trạng thái U n = Up=0  U tua U dk  R R1 R2 =0  Udk = - Utựa 1 R1  R1 R Biểu thức cho thấy điện áp đảo ngược trạng thái điện áp so sánh cần phải trái dấu b So sánh cửa: Udk Utựa tới cực khác OA Điện áp tuân theo quy luật: Ura=Ko.(U+-U-) Với K0 hệ số khuếch đại OA Hình 3.8 Sơ đồ so sánh hai cửa Điểm lật trạng thái ứng với Utựa = Uđk + Khi Utựa Uđk U = Utựa- Uđk   U so sánh =-U max + Khi Utựa  Uđk U0  U so sánh = +U max Như điện áp đưa vào so sánh phải dấu có tượng thay đổi trạng thái đầu ra.Và độ chênh lệch tối đa cửa trạng thái làm việc không vượt giới hạn cho phép loại OA chọn  Kết luận: Ta sử dụng sơ đồ so sánh cửa Nguyên lý hoạt động sơ đồ : Khi điều chỉnh Uđk ta điều chỉnh = Từ điều khiển điện áp tải c Tính tốn thơng số khâu so sánh 48 Nguyễn Thị Mỹ Duyên to tức điều chỉnh độ rộng xung T ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chọn điện trở hạn chế dòng vào trước hai cửa KĐTT R3=R4 > Uv Chọn để hạn Iv chế Iv < 1mA R3=R4 > =11k Chọn R3=R4 =12(k ) d Mơ Hình 3.9 đồ điện áp khâu so sánh 3.3.3 Bộ đảo dấu a Sơ đồ Vì có IGBT van tạo thành cặp đóng mở đồng thời.Vì ta cần đường tín hiệu, đường tín hiệu điều khiển hoạt động cặp van Để có đường tín hiệu trước đưa vào khâu logic phân xung ta dùng đảo dấu dùng IC thuật toán Hình 3.10 Sơ đồ đảo dấu Đây thực chất đảo với điện áp đầu vào đảo đầu so sánh Hai điện trở R3 chọn R4 Ta có Uss2=- R4 Uss1=- Uss1 R3 Như Uss2 tín hiệu đảo Uss1 b Tính tốn thơng số Đây thực chất cộng đảo với R6 =R7 Khi Uss1= -Uss2 49 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chọn R6 =R7 =10 k  c Mơ Hình Đồ thị điện áp khâu đảo dấu 3.3.4 Khâu tạo trễ a Sơ đồ Để đảm bảo chắn hai van thẳng hàng không dẫn, ta thêm vào trước cặp van T1, T2 khâu tạo trễ Hình 3.10 Sơ đồ khâu tạo trễ dùng cổng logic họ CMOS Các cổng logic chạy họ CMOS với nguồn cung cấp 15V Riêng cổng NAND phải chọn họ có ngưỡng Trigger Smith ta chọn loại CD4093 Nguyên lý làm việc: 50 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 3.10 đồ thị làm việc khâu tạo trễ dùng cổng logic Thời gian trễ xây dựng ttrễ = 0,693.R11.C11 Để mạch làm việc an tồn ta phải có ttrễ > toff van Dựa vào Datasheet loại IGBT chọn ta xác định R11 C11 b Tính tốn thơng số Ta có thời gian trễ Ttr=0,693R1.1C1.1=0.693.R12C1=0.693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 Vì thời gian khóa IGBT nhỏ (200ns) nên ta cần chọn Ttr = 7us = 0,693 R1.1C1.1=0,693.R12C12 =0.693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 Chọn C1.1=C1.2 =C1.3=C1.4=0,1uF 7.10 6 => R1.1 = R1.2= R1.3= R1.4= =100  0.693.10 7 Cổng NAND ta chọn loại CD4093 Cổng AND ta chọn loại CD4081 Toàn mạch điện phải dùng cổng AND nên ta chọn IC 4081 họ CMOS Một IC 4081 có cổng AND, có thơng số: +Nguồn ni IC: Vcc = 315 (V), ta chọn: Vcc = 15 (V) +Nhiệt độ làm việc: - 40o C  80o C +Điện áp ứng với mức logic “1”: 24.5 (V) +Dòng điện nhỏ 1mA +Cơng suất tiêu thụ P=2,5 (mW/1 cổng) 51 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT +Vc c 14 11 12 13 10 & & & & đồ S chân 4081IC 4081 H×nh Sơ 1.38 đồca c hân 3.3.5 Khõu khuch i cụng suất Hình 3.11 Sơ đồ cấu trúc khối khuếch đại dùng cách ly quang Mô 3.3.6 Khâu tạo điện áp điều khiển 52 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT + Hình 3.12 Khâu tạo điện áp điều khiển 3.3.7 Khâu hạn chế gia tốc điện áp du/dt Trong trình điều khiển điện áp biến thiên qua nhanh làm dòng tải đột biến gây tổn ại cho tải Để tránh tượng ta đặt khâu hạn chế tốc độ tăng điện áp , sử dụng khâu trễ tụ điện Hình 3.13 khâu hạn chế gia tốc điện áp 3.3.8 Khâu điều chỉnh tự động 53 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 3.14 Khâu điều chỉnh tự động sử dụng điều chỉnh PI Để loại trừ sai số ta dùng mạch PI (mạch vô sai) , mạch PI có quan hệ vào là: )+∫ ( Ura = Uđk = -[( ) ( ) Nếu cần ổn định tham số cần phải tuân theo quy luật Để đơn giản chọn R1=R2 Thành phần tích phân mạch PI gây tượng trễ điều chỉnh cần thơi gian để tích phân , giá trị tụ C1 ảnh hưởng định đến tốc độ tác động nha h hệ thống ( R1 tham gia thành phần Kp nên không dùng để điều chỉnh KI ), tùy theo qn tính hệ thống để tính chọn C1 Ta có quan hệ góc điều khiển điện áp điều kiển Uđk = URCmax( ) Xác định góc điều khiển với điện áp định mức : Điện áp định mức :220V Chú ý : Bộ điều chỉnh PI khơng tạo đặc tính mềm 3.3.7 Khâu hạn chế góc điều khiển γmin - γmax Hình 3.15 Sơ đồ khâu hạn chế γmin - γmax Trong P1 = P2 =10k điều chỉnh biến trở để thay đổi giá trị P1 , P2 : γ max = 0.65 Umin P2max ; P1 = => γ = 0.025 Umax P1max ; P2 = => 54 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Kết luận : Trong tồn sơ đồ mạch ta sử dụng toàn 6IC khuếch đại thuật toán, ta sử dụng IC loại TL 084 hãng TexasInstruments chế tạo, IC có khuếch đại thuật tốn Thơng số TL084 + Điện áp nguồn nuôi : Vcc = 18(V) chọn Vcc = 10(V) + Hiệu điện hai đầu vào :  30 (V) + Nhiệt độ làm việc : T = -25 850 C + Công suất tiêu thụ : P = 680 (mW) = 0,68 (W) + Tổng trở đầu vào : Rin= 106 ( M) + Dòng điện đầu : Ira = 30 ( pA) + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : du/dt = 13 (V/s) Sơ đồ chân IC TL084 55 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƢƠNG : MÔ PHỎNG 4.1 Giới thiệu phần mềm mô PSIM Phần mềm sử dụng để mô phần mềm PSIM PSIM phần mềm mô thiết kế đặc biệt để mô mạch điện tử công suất, hệ truyền động điện Thư viện PSIM phong phú đa dạng với khả mô nhanh, giao diện thân thiện, dễ sử dụng phân tích dạng sóng tốt, PSIM cơng cụ mơ mạnh mẽ cho việc phân tích biến đổi điện tử cơng suất, thiết kế vòng điều khiển kín, nghiên cứu hệ thống truyền động điện Có nhiều ưu điểm PSIM khơng cần đòi hỏi máy tính phải có cấu hình mạnh MATLAB Khi bạn khởi động chương trình PSIM Schematic chạy đầu tiên, vào File ≫ new giao diện sau: 4.2 Mô mạch điều khiển mạch lực Hình 4.1 Phần chuẩn (Standard) gồm File, Edit, View Subcircuit, Element, Simulate, Option, Window, Help Mọi thao tác PSIM thực từ chuẩn Thanh bao gồm công cụ hay dùng, New Save Open… lệnh thường dùng Wire (nối dây), Zoom, Run Simulation (chạy mô phỏng)… Thanh linh kiện thường dùng điện trở, cuộn cảm, tụ điện, thyristor… 56 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Sau mơ xong mạch lực mạch điều khiển , vào simulate >> Simulatiom Control Biểu tượng đồng hồ , đặt vào vị trí tùy ý khung , hộp thoại Time Step bước thời gian tính tốn , Total Time tổng thời gian bạn muốn chương trình chạy mơ phỏng, đơn vị giây Đó thơng số quan trọng Việc đặt Time Steo Total Time cần phù hợp với mạch Time Step nhỏ mô xác đường đồ thị mịn, nhiên chọn Time Step nhỏ Total Time lớn thời gian chạy lâu Chọn xong thông số mô phỏng, bạn chạy mô cách: Simulate ≫ Run Simulation Chương trình PSIM Simulation chạy sau SIMVIEW tự động chạy cửa sổ chương trình SIMVIEW Nếu không ra, bạn vào Simulate ≫ Run SIMVIEW Cửa sổ SIMVIEW với hộp thoại, hộp thoại có đại lượng hiển thị, bạn muốn hiển thị đồ thị chọn đại lượng ấn Add, sau OK Tên đại lượng để mặc định, bạn nên đặt lại tên theo ý để dễ theo dõi cách click đúp đặt lại tên phần tử PSIM Schematic Cần lưu ý là, đại lượng có giá trị khác nhau, hiển thị hệ trục tọa độ khơng nhìn thấy đồ thị đại lượng nhỏ, để quan sát đầy đủ, bạn hiển thị đồ thị hệ khác cách: Screen ≫ Add Screen Muốn thêm hay bớt đồ thị screen nào, bạn click chuột vào khu vực screen đó, dấu màu đỏ góc bên phải screen, đánh dấu screen chọn, sau dùng lệnh Screen ≫ Add/Delete Curve 4.2 Mô mạch lực mạch điều khiển a) Cài đặt thông số Cài đặt thông số cho Simulation Control: - Time Step: 1E-0.05 Total Time: 0.04 b) Mô : Do sử dụng phương pháp điều khiển đối xứng nên ta không cần khâu xác định chiều dòng phương pháp khác van chạy với quy luật chung giống 57 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 4.2 Sơ đồ mơ mạch lực mạch điều khiển PSIM 58 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT b) Kết mơ phỏng: * Dòng áp động với γ = 0.4875 Trên đồ thị ta thấy : thời gian dẫn to = 9.75* Chu kỳ T = 1/500 = 0.002 => Mô với = = = 0.4875 Động quay ngược : Hình 4.3 Đồ thị dòng áp động với γ = 0.4875 * Dòng áp động với γ = 0.485 Trên đồ thị ta thấy : thời gian dẫn to = 0.00097 => Mô với = = = 0.485 Động quay ngược : Hình 4.4 Đồ thị dọng áp động với γ = 0.485 59 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT * Dòng áp động với γ = 0.52 Trên đồ thị ta thấy : thời gian dẫn to = 0.00104 => Mô với = = = 0.52 Hình 4.3 Đồ thị dòng áp động với γ = 0.52 * Dòng áp động với γ = 0.575 Trên đồ thị ta thấy : thời gian dẫn to = 0.00115 => Mô với = = = 0.575 Hình 4.4 Đồ thị dòng áp động với 60 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Kết luận : Thông qua đồ án em đưa số kết luận sau : Để điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập ta sử dụng :  Mạch lực dùng chopper lớp E ( cầu băm xung chiều ) mạch cho phép lượng theo chiều nên Ud, Id đảo chiều cách độc lập mạch thơng dụng nên việc tìm mua phần tử dễ kiếm  Van điều khiển ta chọn van IGBT : IGBT có nhiều ưu điểm vượt trội van bán dẫ khác : - Đóng cắt dễ dàng - Chịu dòng áp lớn , sụt áp bé điều khiển điện áp - Công suất điều khiển nhỏ nên làm đơn giản đáng kể mạch điều khiển  Chọn van IGBT  Về phương pháp điều khiển : - Sử dụng phương pháp điều khiển đối xứng : van bán dẫn chia thành nhóm , nhóm hoạt động chiều dọng tải , van nhóm điều khiển ( mở khóa ) Nhóm mở nhóm phải khóa ngược lại - Phương pháp có ưu điểm : Mạch điều khiển đơn giản , cho phép đảo chiều dễ dàng cần thay đổi γ ( điều khiển độ rộng xung ) - γ > 0.5 Ut > - γ < 0.5 Ut < - γ = 0.5 Ut = Nên muốn điều chỉnh tốc độ đảo chiều quay ta cần điều chỉnh γ quy luật 61 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Tài liệu tham khảo : Phân tích giải mạch điện tử cơng suất : Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,1997 Điện tử công suất lý thuyết, thiết kế, ứng dụng : Lê Văn Doanh Nhà xuất khoa học kỹ thuật Điện tử cơng suất : Nguyễn Bính Nhà xuất Giáo dục ,2000 Truyền động điện : Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền Nhà xuất Khoa học kĩ thuật Hà Nội ,2000 62 Nguyễn Thị Mỹ Duyên ... L. (1  a1b1 ) (1  b1 1 ) E ID   (1   )  (1   ) I t  a1 R +Giá trị trung bình điện áp tải: Ut=  U Vậy để điều khiển động ta cần điều khiển γ để điều chỉnh điện áp tải c Phƣơng pháp điều. .. D = 4 :1 Động kéo tải momen có tính chất Mc = Mdm Chế độ dòng liên tục , yêu cầu dùng van IGBT 1. 1 1. 2 1. 3 1. 3 .1 1.3.2 1. 3.3 1. 3.4 2 .1 2 .1. 1 2 .1. 2 2.2 2.2 .1 2.2.2 2.2.3 3 .1 3.2 3.3 3.3 .1 3.3.2... tuỳ thuộc vào điện áp ra, ví dụ biến đổi xung áp biến đổi xung áp có điện áp nhỏ điện áp vào, biến đổi xung áp biến đổi xung áp có điện áp lớn điện áp vào Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia