thiết kế bộ băm xung một chiều

Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Mục lục Chương I Khái Quát Công Nghệ………………………………….…… I.1) Cấu tạo…………………………………………………………3 I.2) Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ song song ………………………………………………………….4 I.3) Mở máy hãm động điện chiều………………… .5 I.4) Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ song song .6 I.5) Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ………………………….8 Chương II Tính Chọn Mạch Lực………….…………………………… .9 II.1) Giới thiệu chung băm xung chiều………….… .9 II.2) Chọn Mạch Lực……………………………………………….10 II.2.1) Nguyên lí hoạt động…………………………………… 10 II.2.2)Cơng thức tính tốn………………………………………11 II.3) Tính tốn mạch lực ………………………………….… 13 Chương III – Tính chọn mạch điều khiển …………………………… 14 III.1) Chọn khâu trọng mạch điềukhiển…………………………14 III.1.1) Mạch tạo điện áp cưa…………………………… 14 III.1.2) Mạch so sánh…………………………………… 16 III.1.3) Mạch chia, mạch tạo trễ mạch khuếch đạị xung…….17 III.1.4) Mạch phản hồi …………………………………… 18 III.1.5) Sơ đồ mạch điều khiển.………….……………… 19 III.2) Tính chọn thiết bị …………………………………………… 20 III.2.1)Mạch tạo điện áp cưa……………………………20 III.2.2)Mạch so sánh………………………………………….21 III.2.3) Mạch chia, mạch tạo trễ mạch khuếch đại xung…22 III.2.4)Mạch phản hồi…………………………………………22 Bảng trị số toàn phần tử linh kiện sử dụng………… 23 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… 24 Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Lời nói đầu Trong thực tế ngày nay, có nhiều loại động đông điện đồng bộ,động không đồng bộ, động điện chiều…, động điện chiều có ưi điểm riêng nhiều ứng dụng thực tế; Động điện chiều đời từ lâu với phát triển trình độ khoa học kỹ thuật, ưu điểm chúng ngày tận dụng cách triệt đẻ, tinh vi sang tạo Để động điện chiều hoạt động thao yều cầu công nghệ, ta cần nhiệu yếu tố công nghệ chế tạo, người vận hành … , điều chỉnh điện áp chiều ( băm xung chiều – BXMC) có vai trị đặc biệt quan trong, BXMC tối ưu dễ vận hànhm, tăng chất lượng làm việc tăng tuổi thọ động Ngày , sử dụng động điện chiều luôn gắn liện với , khơng thể thiếu yếu tố quan trọng điều chỉnh BXMC Vậy thiết kế BMXC ? Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, chúng em giao đồ án mơn học điện tử công suất với đề tài : Thiết kế băm xung môtj chiều để điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ song song lấy nguồn nặp từ acqui Với cố gắng thân nói riêng nhóm nói chung hướng dẫn thầy cô giáo môn đặc biệt TS Võ Minh Chính trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này, Đồ án bao gồm ba phần : Chương I Chương II Chương III : Khái Qt Cơng Nghệ : Tính Chọn Mạch Lực : Tính Chọn Mach Điều Khiển Do lần đầu làm đồ án chưa có kinh nghiệm nên em khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy giúp đỡ, hướng dẫn, bảo để kiến thức em vể đồ án hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày 25 tháng 12 năm 2009 Sinh Viên Đào Thị Hiện Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Chương I – Khái Quát Công Nghệ I.1) Cấu tạo máy điện chiều Máy điện chiều cấu tạo gồm hai thành phần chính: gồm phần tĩnh phần quay 1) Phần cảm (stator): Phần cảm phần tạo từ trường tĩnh động gồm có phần sau đây: - Cực từ chính: Là phận sinh từ trường, gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ + Lõi sắt kích từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon ghép lại tán chặt + Dây quấn kích từ: quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối và tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ - Cực từ phụ: đặt cực dùng để cải thiện đổi chiều, lõi thép thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn giống cực từ - Gơng từ: dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy - Chổi than : Cacbon tiếp xúc với cổ góp để đưa dịng điện từ nguồn chiều vào rôto Chổi than đặt trung tính hình học động 2) Phần ứng (rotor): Phần ứng phần cho dòng điện chiều chạy nó, tương tác dịng điện I từ thơng  sinh mơmen quay Nó gồm ba phần chính: - Lõi thép : thép kĩ thuật điện (Fe - Si) mỏng ghép lại với nhau, có xẻ rãnh để đặt bối dây - Dây quấn phần ứng: phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua, cấu tạo gồm dây đồng tròn ghép thành phần tử (bối dây), bối dây ghép theo kiểu dây quấn xếp đơn hay dây quấn phức tạp tuỳ u cầu mơmen lớn hay nhỏ - Cổ ghóp : gồm phiến góp cách điện với nhau, phiến góp nối với đầu mút bối dây để đưa dòng điện vào phần ứng Ngồi cịn có phận khác gồm cánh quạt dùng để làm nguội máy, trục máy Tùy theo phương pháp kích từ người ta chia động chiều thành dạng kích từ nối tiếp, kích từ song song, kích từ hỗn hợp, kích từ độc lập Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Hình I- Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ nối tiếp (a), kích từ song song(b), kích từ hỗn hợp(c), kích từ độc lập(d) Khi nguồn chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song I.2) Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ song song: 1) Định nghĩa: Phương trình đặc tính đồ thị miêu tả mối quan hệ mô men điện từ Mđt tốc độ góc  động 2) Đặc tính cơ:  E U  I Ru  E  K . Từ phương trình cân điện áp :  U I Ru U M Ru     K  K  K  K   Độ cứng đặc tính cơ:   n n0 nyc n1 TN M  ( K  )   Ru MC MC1  lớn đặc tính cứng Đồ thị: 0  U K  Mmm= Ru : Mômen mở máy U k  : tốc độ khơng tải lí tưởng Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều I.3) Mở máy hãm động điện chiều: 1) Mở máy: Từ phương trình điện áp phần ứng : U=Eu+Ru.Iu  Iu  U  Eu Ru U p.N n. Khi mở máy n=0  Eu= 60a =0.Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iumở = Ru Ru nhỏ Iumở lớn khoảng (20  30) Iđm làm hỏng chổi than cổ góp Để giảm dòng điện mở máy ta dùng biện pháp sau: + Dùng biến trở mở máy R mở: Mắc biến trở vào mạch phần ứng lúc có biến trở : Iưmở =U/(Rư+Rmở ) Lúc đầu để Rmở max, trình mở tốc độ tăng lên Eư tăng lên điện trở giảm dần đến 0, máy làm việc điện áp định mức + Giảm điện áp đặt vào phần ứng: Phương pháp phương pháp thường dùng dịi hỏi có nguồn điện điều chỉnh điện áp nguồn chỉnh lưu, hệ máy phát động hay băm xung chiều Phương pháp dùng kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng tiện lợi 2) Các trạng thái hãm động cơ: Hãm trạng thái mà động sinh mô men quay ngược chiều tốc độ quay Trong tất trạng thái hãm động làm việc chế độ máy phát Tùy theo cách biến đổi lượng hãm người ta chia làm trạng thái hãm: a) Hãm tái sinh: Năng lượng động trả vể nguồn xẩy tốc độ quay động lớn tốc độ không tải lý tưởng Khi hãm tái sinh Eu>Uu, động làm việc máy phát điện song song với lưới , so với chế độ động dịng điện mơ men hãm đổi chiều Đường đặc tính trạng thái hãm tái sinh nằm góc phần tư thứ II thứ IV mặt phẳng toạ độ.Trong trạng thái hãm tái sinh dịng điện hãm đổi chiều cơng suất đưa trả lưới điện có giá trị P = (E –U) I Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều b) Hãm ngược: Năng lượng nguồn động bị tiêu tán dạng nhiệt Xẩy phần ứng tác dụng động tích luỹ phận chuyển động mômen quay ngược chiều với mômen điện từ động Mômen sinh động chống lại chuyển động cấu sản suất có hai trường hợp hãm ngược : Đưa điện trở vào mạch phần ứng đảo chiều điện áp phần ứng c) Hãm động năng: Là trạng thái động làm việc máy phát mà lượng học động tích luỹ q trình làm việc trước biến thành điện tiêu tán mạch hãm dạng nhiệt Như ta thấy hãm tái sinh phương pháp hãm tiết kiệm lượng nhất, điều cần thiết, động chạy acqui Vì vậy, thiết kế băm điện áp, ta cố gắng điều khiển động hãm tái sinh I.4) Điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ song song: Động điện chiều có đặc điểm là: - Ưu điểm : điều chỉnh tốc độ dễ dàng, nhiều kênh điều khiển - Nhược điểm: sử dụng nguồn điện chiều Với phát triển công nghệ bán dẫn máy điện chiều trở thành cấu thiếu truyền động điện Từ phương trình vận tốc:  I Ru M Ru U U    K  K  K  K  Ta có phương pháp để điều chỉnh tốc độ động điện chiều sau : 1) Thay đổi tốc độ động cách thay đổi điện áp: n n0 ncb n1 TN( Udm) n2 U1 U2 U3 n3 Udm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3 M MC Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Đặc điểm : - Đặc tính đường song song với đặc tính tự nhiên động cơ, độ cứng đặc tính khơng thay đổi - Do U giảm điều chỉnh giảm tốc độ động - Có thể thay đổi U băng van bán dẫn 2) Thay đổi điện trở phần ứng Ru: n n0 ncb n1 TN Rf1 n2 Rf2 n3 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 ncb > n1 > n2 > n3 MC M, I Rf3 Đặc điểm : - Khi thêm Ruf vào phần ứng động độ cứng đặc tính giảm hay đặc tính động giảm có nghĩa với thay đổi nhỏ tải dẫn đến thay đổi lớn  nên khơng ổn định thực tế điều chỉnh tốc độ băng Ru sử dụng - Ngoài thêm R u vào phần ứng có nghĩa tăng tổn hao làm nóng động Phương pháp sử dụng để giảm dòng mở máy khởi động động 3) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông: Đặc điểm :- Vì từ thơng lõi thép dễ bão hoà nên người ta thường điều chỉnh giảm từ thông động Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều - Khi từ thông dm giảm đến i có Mik đó, Mc< Mik việc giảm  làm tăng tốc độ động cơ, Mc >Mik việc giảm  làm tốc độ động n ñm > 1 > 2 ncb < n1 < n2 1 n1 n2 2  ñm ncb M MC M2 M1 Mn Trên thực tế điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng khó thực quan hệ () phi tuyến I.5) Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ: Từ phân tích trên, ta thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ phương pháp điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp phần ứng khả thi tin cậy nhất, dễ điều chỉnh có đặc tính cứng Với phát triển kĩ thuật bán dẫn ngày phương pháp điều chỉnh hồn tồn dễ dàng thực đem lại hiệu cao Trong khuôn khổ đồ án này, ta thiết kế băm xung chiều có đảo chiều cách thay đổi điện áp phần ứng, ngồi cịn thực chức mở lại máy (reset) hãm tái sinh động Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều CHƯƠNG II - TÍNH CHỌN MẠCH LỰC II.1) Giới thiệu chung băm xung chiều: 1) Nguyên lý: Bộ băm điện áp chiều cho phép từ nguồn điện chiều U s tạo điện áp tải Ura điện áp chiều điều chỉnh US Ura BBĐ chiều Ura t1 t2 t T Ura dãy xung vng (lý tưởng) có độ rộng t1 độ nghỉ t2 Điện áp giá trị trung bình điện áp xung: U = γ Us (γ=t1/T) Nguyên lý biến đổi dùng quy luật đóng mở van bán dẫn cơng suất cách có chu kỳ để điều chỉnh hệ số γ đảm bảo thay đổi giá trị điện áp trung bình tải 2) Các phương pháp điều chỉnh điện áp ra: a) Phương pháp thay đổi độ rộng xung: Nội dung phương pháp thay đổi t1, giữ nguyên T  Giá trị trung bình điện áp thay đổi độ rộng là: U tai  t1 U S  U S T Đào Thị Hiện đó:  t1 T hệ số lấp đầy, gọi tỉ số chu kỳ Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Như theo phương pháp dải điều chỉnh Ura rộng (0 <   1) b) Phương pháp xung - tần: Nội dung phương pháp thay đổi T, t1 =const Khi đó: t U tai  U S t1 f U S T f  Vậy Ura=US t1 U ra=0 f=0 Ngoài phối hợp hai phương pháp Thực tế phương pháp biến đổi độ rộng xung dùng phổ biến đơn giản hơn, khơng cần thiết bị biến tần kèm II.2) Chọn Mạch Lực Do yêu cầu đồ án thiết kế băm xung chiều để điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ song song, Thoả mãn yêu cầu ta chọn mạch lực biến đổi xung áp hai nhịp Sơ đồ hình vẽ: iD1 + Us - D1 iK1 it V1 L iD2 V2 iK2 EĐ D2 Đ/c UR Trong :V1,V2 van điều khiển hoàn toàn D1,D2, diot Sơ đồ cho phép động làm việc góc phần tư thứ ( chế độ động cơ) góc phần tư thứ hai ( chế độ hãm) II.2.1) Nguyên lí hoạt động Các van V1, V2 đóng mở ngược pha với chu kỳ T Van V1 dẫn điện khoảng ÷ t1 (V2 khố), K2 dẫn điện khoảng t1 ÷ t2 (V1 khoá) Van V1 V2 điều khiển tín hiệu điều khiển Ug1 Ug2 Trong q trình làm việc có ba trạng thái sau : Đào Thị Hiện 10 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Trạng thái 1: Nếu UR > EĐ, ( U = E.γ) lượng từ nguồn cấp cho động Động làm việc góc phần tư thứ (hình e) Trong khoảng từ ÷ t1 dịng điện từ nguồn qua V1 qua động : iV1 = it = i1 Trong khoảng từ t1 ÷ t3 dịng điện từ nguồn qua diot D2 và: iD2 = it Trạng thái : Nếu UR < EĐ, dòng lượng từ động trở nguồn qua diot D1 động làm việc chế độ hãm tái sinh (hình f) Trong khoảng từ ÷ t1 dịng điện từ động nguồn qua D1 qua : iD1 = it = i1, động hãm tái sinh Trong khoảng từ t1 ÷ t3 V2 mở, dịng tải khép mạch qua V2 và: i V2 = it, động thực hãm động Trạng thái : Nếu UR  EĐ , trạng thái dịng tải đảo dấu (Hình g) Trong khoảng từ ÷ to tương ứng với trạng thái U R < EĐ động làm việc máy phát tra lượng nguồn qua D1 và: iD1 = it = i1 Trong khoảng từ to ÷ t1 tương ứng với trạng thái U R > EĐ, nguồn cấp lượng cho động thông qua V1 : iK1 = it Trong khoảng từ t1 ÷ t2, V2 mở (V1 khố) dòng tải giữ nguyên theo chiều cũ (trong mạch có điện cảm L) nên dịng tải khép mạch qua diot D2 i D2 = it giảm thời điểm t2 (năng lượng tích trữ cuộn cảm L lúc giảm 0) Trong khoảng từ t2 ÷ t3, sức điện động động làm cho dòng điện đảo chiều dòng tải qua V2 (động làm việc chế độ hãm động năng) II.2.2)Cơng thức tính tốn : t1 (  ) T - Giá trị trị trung bình điện áp tải : Utb Us - Giá trị dịng trung bình qua van V1 : I K I t - Giá trị dịng trung bình qua diot D1: I D1 I t - Giá trị dòng trung bình qua van V2: I K (1  ) I t - Giá trị dịng trung bình qua diot D2: I D (1  ) I t - Điện áp ngược lớn đặt lên van: Ung = US Đào Thị Hiện 11 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Ug1 T a) b) Ug2 Thiết kế băm xung chiều t1 t2 t t UR US c) U tb t iV1 iV iD2 e) f) iV t iD1 t iV2 i g) t0 iD1 t2 t1 iV1 iD2 t3 t iV2 uD1, uD1 US h) Đào Thị Hiện t Đồ thị điện áp 12dịng điện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều II.3)Tính toán mạch lực: II.3.1) Chọn van V1,V2 Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật van V1, V2 sơ đồ thiết bị bán dẫn cơng suất sau đáp ứng được: GTO, BJT, MOSFET, IGBT Đối với băm xung chiều dùng cho động có điện áp định mức 12V dịng điện 40A sử dụng van IGBT làm khóa đóng cắt hợp lí - Để chọn van IGBT, ta cần tính tốn IC MAX (dịng trung bình lớn qua van) điện áp ngược lớn UCES van IGBT - Vì van IGBT có diode nối ngược chiều nên khơng phải chịu điện áp ngược Các giá trị dòng áp lớn đạt mạch hoạt động chế độ khắc nghiệt van - Ta có dịng điện lớn qua van dòng định mức qua tải: Imax = Itải = 40 (A) - Vậy Ichọn = ki.Imax = 4.40 = 160 (A) ,ở ta chọn k i = (với điều kiện làm mát tự nhiên) - Chọn IGBT loại GA200SA60U so nhà sản xuất IR có thơng số sau: Loại Ucemax/(v) Icmax /(A) Uce(sat) / Pdmax /(W) Ices /µA (V) GA200SA60U 600 200 1,9 500 1000 II.3.2 Chọn Diot D1,D2: - Chọn diot D1, D2 có điện áp ngược lớn U ngmax = US = 12(V), có dịng làm việc max lớn I chọn = ki.Imax = 4.40 = 160A (với điều kiện làm mát tự nhiên) - Vậy chọn D1, D2 loại B3-200do Đông Âu sản xuất: Ký hiệu Ihd Itb Uo Rđ Ungmax RT I rò (A) (A) (V) 10 -5 Ω (V) oC/W (mA) B3-200 320 200 1,1 110 600-3600 0,12 10 Đào Thị Hiện 13 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển So Sánh tạo xung Tạo điện áp cưa Mạch chia, mạch tạo trễ, mạch khuếch đại xung Van động lực Tải Uđk Ucđ Uph Phản hồi III.1) Chọn Các Khâu Trong Mạh Điều Khiển : III.1.1) Mạch tạo điện áp cưa: Mạch có nhiệm vụ tạo điện áp tựa cưa với tần số theo ý muốn người thiết kế Mạch gồm mạch phát xung dao động dùng IC555 mạch tạo điện áp tựa cưa dùng BT Mạch hình vẽ Đào Thị Hiện 14 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều R1 Ucc R R2 OA1 T1 R R S T Q1 OA2 R3 Q R0 T2 R T3 U rc C2 U3 C1 R4 IC 555 Đồ thị điện áp xung : U3 Urc T1 t1 t2 T2 t3 t T t Đồ thị điện áp xung Nguyên lý : Giả sử thời điểm t = 0, U3 = Ucc (điện áp đầu vi mạch IC555), T2 mở U U RC  CC T1 RC làm cho T3 khoá, tụ C2 nạp điện qua R4 tới điện áp Đào Thị Hiện 15 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Đồng thời thời điểm này, U3 = Ucc nên đầu Q Triger RS có điện áp =>T1 khố, tụ C1 nạp điện qua R1 R2, U c1 U cc (1  e Tại t =t1, U C1   t ( R1 R ) C ) 2U CC làm OA1 thay đổi trạng thái, Triger thay đổi trạng thái => Q1 = 0, Q = Ucc => T1 mở, tụ C1 phóng điện qua T1 R2 Trong giai đoạn Q1 = U3 = => T2 khố làm T3 dẫn, tụ C2 phóng điện qua T3 U U C1  CC làm OA2 chuyển trạng thái => Triger chuyển trạng thái Tại t = t2, => Q = 0, T1 tụ C1 nạp điện Đồng thời thời gian Q1 =U = Ucc => T2 mở, T3 khoá => tụ C2 lại nạp điện, trình trở lại trạng thái ban đầu Đồ thị điện áp hình vẽ Tính tốn : T = C1.(R1+2R2).ln2 ; U RC T1 = C1.(R1+R2).ln2 ; T2 = C1.R2.ln2 ; U  CC T1 RC III.1.2) Mạch so sánh : Mạch có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa cưa với điện áp điều khiển Tại thời điểm điện áp cưa điện áp điều khiển phát lệnh mở van bán dẫn Mạch so sánh sử dụng IC khuếch đại thuật tốn, sơ đồ mạch hình vẽ Urc Uđk R5 R6 -E - OA3 + +E Rhc Dz Ura Nguyên lý : Điện áp đầu khâu tạo xung đưa vào đầu vào đảo KĐTT điện áp điều khiển đưa vào đầu vào khơng đảo KĐTT Nếu U RC>Uđk Đào Thị Hiện 16 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều điện áp Ura = +E, URC toff van thời gian tính tốn sau chọn van mạch lực Mạch khuếch đại: tạo xung có đủ cơng suất (đủ điện áp dịng điện) mở đóng van động lực thêm nhiệm vụ cách ly mạch lực với mạch điều khiển Vì điện áp mạch lực nguồn ác quy có điện áp 36V, điện áp thấp nên khơng cần thiết phải có mạch cách ly nguồn điều khiển với nguồn lực Để đảm bảo chất lượng xung điều khiển , giảm kích thước mạch điều khiển ta chọn mạch chia, mạch tạo trễ mạch khuếch đại xung sử dụng vi mạch NAND, AND, BT Photo – Transistor Sơ đồ hình vẽ Đào Thị Hiện 18 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều NAND 2.1 +15V C3 +5V AND2.1 +25V R20 R1.8 Ug1 R1.7 T 1.4 AND Ura R1.9 T 1.5 AND 2.2 NAND +15V C3 +5V NAND 2.2 R20 R2.8 +25V R2.9 Ug2 R2.7 T 2.4 T 2.5 Start Stop +5V III.1.4) Mạch phản hồi : Mạch phản hồi có nhiệm vụ ổn định tốc độ động tải thay đổi Ta thấy tải thay đổi làm tốc độ động thay đổi khơng có khâu phản hồi Do vậy, để ổn định tốc độ cho động ta thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ, dùng máy phát tốc nối cứng trục với động Khi tải động thay đổi ( giảm ), tốc độ động thay đổi ( tăng) làm tốc độ máy phát tốc FT thay đổi ( tăng) dẫn đến điện áp phản hồi Uph= kFT nFT thay đổi ( tăng ) ngược lại ( điện áp điều khiển giữ nguyên ) Do ta lấy điện áp phản hồi âm tốc độ thông qua máy phát tốc FT so sánh với điện áp đặt Uđ Mạch phản hồi hình vẽ : Từ mạch phản hồi ta có Đào Thị Hiện 19 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS e Thiết kế băm xung chiều R13  R12 R R11  U d  13 U ph R12 R11  R10 R12 Chọn R10= R11=R12=R13 nên e =Ud - Uph U dk Ud e  R14 R 15  R16  1   R17  R16  R14 R15    Chọn R14 = R15 = R16 = R17 nên Uđk = Uđ + e Ở chế tĩnh , chỉnh định VR2 cho Uđ = Uph đển e = Ở chế độ động Uph > Ud ( độ đông tăng) e mang dấu âm Uđk giảm làm góc dẫn  van động lực giảm, điện áp đặt vào động giảm, tốc độ động giảm giá trị đặt ngược lại +15V +15V R10 R21 R11 RX OA2 R12 Ud R 13 +15V R14 e R15 Udk OA3 WR1 Ð/C WR2 -15V -15V Uph R17 FT R16 III.1.5) Sơ đồ mạch điều khiển III.2 Tính chọn thiết bị III.2.1) Mạch tạo điện áp cưa : Từ ta có : T = C1.(R1+2R2).ln2 ; T1 = C1.(R1+R2).ln2 ; T2 = C1.R2.ln2 ; U U RC  CC T1 RC T=T1+T2 = C1.(R1+2R2).ln2; Đào Thị Hiện 20 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Để phù hợp với u cầu tải động cần có dãy xung vng có tần số f = 500hz ; f  1 T  0,002 s 2ms f 500 T => Theo đề tài dải điều chỉnh động 10/1 =>  = 1/10 ÷ ;  T1 T   min  0,1 10 Mặt khác Vậy chọn  = 0,04 => T2 T 0,04.2 0,08ms Chọn IC 555 loại NA555, có thơng số : Loại NA555 Chọn C1 = 0,1F => R1  UCC(V) 4,5÷16 R2  UI (V) UCC IO(mA) 200 T2 0,08  10 1,15K C1 ln 0,1.0,693 ; T1 (2  0,08)  R2  103  1,15.103 26,55K C1 ln 0,1.0,0693 Chọn C2 = 0,1F, Ucc = 15V => I CT  R4  T1 (2  0,08).10   27,7 K ln 2.C ln 2.0,1.10  U CC 15  0,54mA R4 27,7.10 => Chọn Tranzito T2, T3 loại N-P-N có I C> 15mA, có Uce>Ucc=15V Vậy chọn T2, T3 có thông số sau : Loại Pmax(mW) fmax(Mhz) Tmax(oC) BC155 175 400 175 Đào Thị Hiện 21 Vcb 40 Vce 40 Veb Ic(mA) / 20 20/70 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS I bT  Thiết kế băm xung chiều I CT 20 U 15  1mA R3  CC  15K  20 I bT 1.10  Chọn R0 = R3 = 15KΩ III.2.2) Mạch so sánh : Chọn R5 , R6 có giá trị 10K Chọn khuếch đại thuật tốn OA1+ loại TL084M, có thơng số sau: Loại TL084M Ucc /V 15V Icc/mA 2,5 UICR/V -12÷15V IIB/pA 200 RV/ 1012 Chọn Diốt ổn áp Dz loại KC156A có thơng số : Loại UZ (V) Pmax (mW) KC156A 5,6 300 -3 Chọn Rhc : Rhc = 15/55.10 =0,27.10 =270 Rđ () 46 Imax (mA) 55 III.2.3) Mạch chia, mạch tạo trễ mạch khuếch đại : Với yêu cầu IGBT GA200SA60U cần điện áp điều khiển U ge = 20V, Ige = 1000µA Vậy : Chọn nguồn Ucc1 = 25V 25  20  5 K 6 Chọn R1.9 = R2.9 = 1000.10 => I CT  25 5mA 5.10 Chọn TransistorT1.5, T2.5 loại N-P-N có I C> 5mA, có Uce>Ucc1 = 25V loại Transistor Optocuplers IS 357 có thông số sau : Operating Temperature : -30o - 100oC Input to Output Voltage : 3750VDC Input Diote :  Forward DC current :  Peak forward curenr :  Revers voltage :  Power dissipation : Output transistor :  Collector- Emitter voltage : Đào Thị Hiện 22 50mA 1.0A 6V 70mW 60V Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều  Emitter- Collector voltage :  Collector current :  Collector power dissipation : Chọn R1.8 =R2.8 5V 50mA 150mW 3 = 50.10 = 100Ω Chọn transistor T1.4 T2.4là loại N-P-N có Ic >50mA, Uce >5V, ta chọn : Loại 2N852 P(mW) 300 F(Mhz) 280 Vcbo(V) 20 Vceo(V) 12 Vebo(V) Ic(A) 200 Hệ số KĐ 20 I CT 200  10mA  20 IBT4 = 3 Chọn R1.7 = R2.7 = 10.10 = 500 Chọn vi mạch AND1, AND2.1 AND2.2 loại SN74AHC08 có thông số: Supply voltage range, VCC −0.5 V to V Input voltage range, VI (see Note 1) −0.5 V to V Output voltage range, VO (see Note 1) −0.5 V to VCC + 0.5 V Input clamp current, IIK (VI < 0) −20mA Output clamp current, IOK (VO < or VO > VCC) ±20mA Continuous output current, IO (VO = to VCC) ±20mA Continuous current through VCC or GND ±5mA Chọn vi mạch NAND1, NAND2.1, NAND2.2 loại SN74AHC00 có thơng số : Supply voltage range, VCC −0.5 V to V Input voltage range, VI (see Note 1) −0.5 V to V Output voltage range, VO (see Note 1) −0.5 V to VCC + 0.5 V Input clamp current, IIK (VI < 0) −20 mA Output clamp current, IOK (VO < or VO > VCC) 20 mA Continuous output current, IO (VO = to VCC)  25 mA Continuous current through VCC or GND …………………… 50 mA Đào Thị Hiện 23 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Thời gian trễ ttr = 0,693R20 C5.1 thời gian khóa IGBT nhỏ IGBT đóng mở với tần số 500kHz cần chọn R 20=100Ω,C3 =0,1μF có đủ thời gian trễ cần thiết III.2.4) Mạch phản hồi: Chọn R10 = R11 = R12 = R13 = 10KΩ Chọn R14 = R15 = R16 = R17 = 10 KΩ Chọn KĐTT OA2,KĐTT OA3 giống KĐTT OA1 loại TL084M,có thơng số BẢNG SỐ LIỆU CÁC THIẾT BỊ ĐƯƠC DÙNG TRONG SƠ ĐỒ KÝ HIỆU V1,V2 LOẠI THIẾT BỊ IGBT GA200SA60U D1, D2 T2, T3, T1.4, T1.5, T2.4, T2.5 OA1, OA2, OA3 B3-200 N-P-N BC155 THÔNG SỐ Ic max =200A ; Uce=600V ; Uce(sat)=1,9V Iđm =320A ; Ung=600-3600V Uce=40V; Ic=20mA; =20; f=400MHz TL084 Ucc=15V ; Icc=2,8mA ; NA555 SN74AHC08 UI=-12÷15V ; II=200pA ; Rv=1012 Ucc=4,5÷16V ;Io=200mA Ucc=-0,5÷7V ;Icc=50mA IC555 AND1, AND2.1, AND2.2 NAND1, NAND2.1, NAND2.2 UO=-0,5÷0,5V ;IO=25mA SN74AHC00 UO=-0,5÷0,5V ;IO=25mA DZ KC 156A C1, C2, C3 R0, R3 R1 R2 R4 R2 R3 R4 R5, R6 R1.7, R2.7 C1, C2, C3 Điện trở « « « « « « « « Đào Thị Hiện UIN=-0,5÷7V Ucc=-0,5÷7V ;Icc=50mA UIN=-0,5÷7V Uz=5,6V ;Imax=55mA ; Pmax=300mW 0,1F 15 26,55K 1,15K 27,7K 28K 16K 800K 10K 500 24 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS R1.8, R2.8 R1.9, R2.9 R10÷R17 R20 Thiết kế băm xung chiều « « « « 100 5K 10K 100 Tài liệu tham khảo Điện tử công suất Nguyễn Bính – nxb KHKT Điện tử cơng suất TS Võ Minh Chính - NXB KHKT Phạm Quốc Hải Trần Trọng Minh Phân tích giải mạch điện tử công suất Phạm Quốc Hải Dương Văn Nghi Bài giảng điện tử công suất thầy Võ Minh Chính Truyền Động Điện Bùi Quốc Khánh Nguyễn Văn Liễn Nguyễn Thị Hiền Đào Thị Hiện 25 Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 ... ta thiết kế băm xung chiều có đảo chiều cách thay đổi điện áp phần ứng, ngồi cịn thực chức mở lại máy (reset) hãm tái sinh động Đào Thị Hiện Lớp CH Tự Động Hóa- K 12 Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung. ..Đồ án ĐTCS Thiết kế băm xung chiều Lời nói đầu Trong thực tế ngày nay, có nhiều loại động đơng điện đồng bộ, động không đồng bộ, động điện chiều? ??, động điện chiều có ưi điểm riêng... băm xung chiều CHƯƠNG II - TÍNH CHỌN MẠCH LỰC II.1) Giới thiệu chung băm xung chiều: 1) Nguyên lý: Bộ băm điện áp chiều cho phép từ nguồn điện chiều U s tạo điện áp tải Ura điện áp chiều điều