Giáo trình: Thiết kế bộ biến tần: NGUỒN ÁP BA PHA CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC

A. SƠ Đồ KHốI MạCH ĐộNG LựC Mạch động lực dùng để truyền tải năng lượng điện cung cấp cho động cơ. Mạch này là một bộ biến tần gián tiếp bao gồm các khối sau: I. Chức năng: 1. Khối chỉnh lưu: Khối chỉnh lưu dùng để biến đổi nguồn AC sang nguồn DC theo sự phân loại dựa vào van được sử dụng ta có ba phương pháp sau: + Chỉnh lưu không điều khiển dùng Diode. + Chỉnh lưu có điều khiển dùng Thyritor. + Chỉnh lưu bán điều khiển dùng Diode và Thyristor. Đối với lưới điện áp ba pha ta có hai cách mắc sơ đồ: Hình tia và hình cầu. Đối với lưới điện một pha ta có 3cách mắc chỉnh lưu: So sánh sơ đồ hình tia và hình cầu ta thấy: + Sơ đồ hình tia đơn giản hơn, số van ít nên độ sụt áp và tổn thất bé. + Sơ đồ hình cầu có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn nên ta có thể chọn được loại van có thông số về điện áp ngược nhỏ hơn. + Máy biến áp ứng với sơ đồ cầu được sử dụng triệt để hơn. + Sơ đồ cầu cho chất lượng điện áp ra tốt hơn. Với yêu cầu thiết kế: Sử dụng lưới điện một pha và điều chỉnh được. Do vậy ta dùng sơ đồ cầu chỉnh lưu, dùng Thyristor. Mạch chỉnh lưu được cung cấp điện bởi máy biến áp. Do đó phụ tải được cách ly với lưới điện, vận hành được an toàn thuận tiện, hạn chế được dòng ngắn mạch trong mạch chỉnh lưu và hạn chế tốc độ tăng của dòng Anode, cải thiện được hình dạng dòng điện trong lưới. 2. Khối lọc: Điện áp ra của khối chỉnh lưu là điều chỉnh nhưng không bằng phẳng mà nhấp nhô, gọi là sự đập mạch. Do đó để cho dòng điện áp ít thay đổi ta cần có khối lọc. Khối lọc dùng để tách từ một tín hiệu phức tạp những thành phần có tần số nằm trong một dải nhất định và loại đi những thành phần nằm ngoài dải đó. Dải tần số mạch lọc cho tín hiệu đi qua gọi là dải thông của nó. Hiện tượng đập mạch tạo ra cách thành phần sóng hài gây nên sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích, làm giảm hiệu suất của mạch chỉnh lưu. Để đánh giá chất lượng của mạch lọc ta xem xét hệ số đập mạch của mạch lọc: Kp= Kp càng nhỏ chất lượng lọc càng lớn. a.Lọc bằng tụ C: Tụ C mắc song song với tải. Tụ không cho thành phần một chiều đi qua mà chỉ cho thành phần xoay chiều đi qua và một ít sóng hài bậc thấp. Điện dung càng lớn, dòng và áp trên tải càng đỡ đập mạch và hiệu quả lọc càng cao. Hệ số đập mạch b.Lọc bằng cuộn cảm L: Cuộn cảm L mắc nối tiếp với tải Rt, nó có tác dụng cho dòng điện một chiều đi qua dễ dàng, ngăn cản thành phần xoay chiều đi qua và do đó có thể giảm được độ đập mạch dòng và áp. Hệ số đập mạch Bộ lọc này thích hợp với tải công suất vừa và lớn. c.Lọc dùng tụ C và cuộn cảm L: Bộ này sử dụng tổng hợp tác dụng của cuộn cảm L và tụ C để lọc. Do đó các sóng hài càng được giảm nhỏ trước khi tải ra và như vậy dòng điện ra tải và điện áp đặt lên tải ít nhấp nhô. Theo yêu cầu cần thiết, động cơ (tải) có công suất tương đối nhỏ (0,75 KW), để giảm kích thước lắp ráp và giá thành của mạch thiết kế ta chỉ cần bộ lọc tụ điện. Tuy nhiên trong thiết kế này, để tăng chất lượng cung cấp điện cho tải, cũng như tạo sự an toàn làm việc cho bộ nghịch lưu ta sử dụng bộ lọc là tổng hợp L và C. 3.Khối nghịch lưu áp : Khối nghịch lưu áp dùng để biến đổi điện áp một chiều sau bộ lọc thành xoay chiều để cung cấp cho động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc. Các van bán dẫn dùng trong bộ nghịch lưu áp có thể là MOSFET , Thyristor hoặc Transistor. a.Dùng Thyristor: Dùng Thyristor trong mạch nghịch lưu điện áp thì cần phải có bộ phận chuyển mạch cho Thyristor gồm có các tụ điện và các cuộn cảm nên giá thành cao và khả năng đóng cắt ở tần số thấp. b.Dùng Transistor: Transistor lưỡng cực chuyển mạch nhanh hơn Thyristor nhưng cần phải có mạch trợ giúp khi làm việc trong điều kiện: f > 5 KHz hoặc VCEO> 60 V; IC > 5A. Do sự phát triển của công nghệ bán dẫn rất mạnh mẽ ngày nay, chúng ta có thể lựa chọn cho mình một loại bán dẫn công suất tùy thộc vào yêu cầu điều khiển của chúng ta. ở đây em đã chọn dùng loại Transistor lưỡng cực(BJT) để điều khiển. Transistor được điều khiển mở bằng dòng Bazơ và bị ngắt ngay khi mất dòng điều khiển. Điều này thuận lợi hơn nhiều so vời việc dùng Thyristor để nghịch lưu. II. Nguyên lí hoạt động: 1. Bộ chỉnh lưu: ứng với nửa chu kì dương của điện áp nguồn tại thời điểm ? =?cho xung mở T1 ,T3. Tại thời điểm ? = ? + ? cho xung điều khiển mở T2,T4 (vì sự có mặt của Lc của máy biến áp nên dòng iT1,3 không thể giảm đột ngột từ Id xuống không mà dòng iT2,4 cũng không tăng đột ngột từ 0 tới Id). ở đây ta bỏ qua hiện tượng trùng dẫn. Vì có điện cảm L nên dòng tải là dòng liên tục. Giá trị trung bình của điện áp sau chỉnh lưu là: Giá trị trung bình của dòng điện chảy qua mỗi Thyristor: Giá trị trung bình của dòng điện tải: Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp máy biến áp: Điện áp ngược lớn nhất đặt lên mỗi Thyristor: 2.Bộ nghịch lưu: Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu: Các Transistor được mở lần lược theo thứ tự T1, T2, T3... T6, T1 với góc lệch giữa hai Transistor là ?/3 mỗi van dẫn là ? = ?. Như vậy tại bất kì thời điểm nào cũng có ba Transistor dẫn trong đó 2 Transistor thuộc nhóm này với 1 Transistor nhóm kia tạo nên điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ. Thời điểm các Transistor T1, T3, T5 và T2, T4, T6 bắt đầu dẫn lệch nhau 1200 do đó điện áp ra của bộ nghịch lưu cũng lệch nhau về thời gian một góc là 1200. Điện áp pha của động cơ có dạng xung chữ nhật tại thời điểm các Transistor chuyển mạch thì áp pha có đột biến nhảy cấp. Điện áp trên tải chỉ có hai giá trị: Ud/3 (khi nó bị đấu song song với pha khác) hoặc 2Ud/3 (khi nó đấu nối tiếp với nhóm song song kia). Điện áp dây có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 1200. Dòng điện của động cơ chậm sau điện áp pha tương ứng một góc ? = arctg(?L/R) có dạng xoay chiều không sin, tăng và giảm theo hàm mũ. Đồ thị xung biểu diễn trật tự đóng cắt của các Transistor và đồ thị dòng điện tải, điện áp pha và điện áp dây như sau: Hình 4.9 dồ thị xung kích mở Transistor vaf dạng điện áp tải Từ dạng điện áp ra tải ta có: Giá trị hiệu dụng của điện áp pha: Dòng diện tải có ba đoạn khác nhau trong nửa chu kỳ. Trong khoảng từ: 0 ? ?/3 Trong khoảng: ? /2 ? ? /3 Trong khoảng 2? /3 ? ?: Với: ở nửa chu kỳ sau quy luật dòng điện tương tự như dấu ngược với nửa chu kỳ trên. Khai triển Furier điện áp dây và điện áp pha: Tần số điện áp ra có thể dược thay đổi bằng cách thay đổi nhịp điệu đóng cắt của các Transistor. B. TíNH TOáN MạCH ĐộNG LựC: 1. Tính toán các thông số động cơ: - Các thông số cho trên động cơ: Pđm = 0,75Kw fđm = 50Hz P = 2 nđm = 1410v/phút Uđm = 380/220V Iđm = 2/3,5A - Các số liệu đo được ứng với thí nghiệm trên động cơ: U(V) 15 10 15 10 I(A) 0,8 0,6 0,8 0,6 - Thí nghiệm không tải: U1(V) 100 150 202 250 300 340 I(A) 0,29 0,42 0,53 0,7 0,84 1 P1(W) 4 12 21,2 38 88 94 P2(W) 2 6 12,8 26 38 56 - Thí nghiệm ngắn mạch: UN(V) 20 30 40 50 60 IN(A) 0,36 0,56 0,81 1 1,2 Tính toán: Điện trở Stator ở nhiệt độ 250C: Trong đó: Ui; Ii: lần lượt là điện áp và dòng điện thí nghiệm trên động cơ: R’S = 1/(4.2).?15/0,8 + 10/0,6 + 15/0,8 + 10/0,6? = 8,854(?) Điện trở stator ở nhiệt độ làm việc bình thường(400C): RS = R’S + (40-25).0,04.R’S = 9,385(?) +Tốc độ góc định mức động cơ: ?õm =2?.nõm/60 = 2?.1410/60 = 147,65(rad/s) Momen định mức: Mõm = Põm/?õm = 750/147,65 = 5,083(Nm) Công suất điện từ định mức: P?õm = ?.Mõm/P = 2.?.50.5,083/2 = 798,03(W) Hệ số công suất: Hệ số trược S: S = 1 - (nđm/n1) = 1 - 1410/1500 = 0,061 Điện trở roto: Rr = S.P(đm/3I2đm = 0,061.798,03/(3.2)2 = 4,056(() Điện ngắn mạch trở động cơ: RN = R? + Rr = 9,385 + 4,056 = 13,441(?) Tổng trở ngắn mạch động cơ: Điện cảm tản: LS? = 0,586.L? = 0,586.0,093 = 0,054(H) Lr? = L? - LS? = 0,093 - 0,054 = 0,039(H)

Chơng IV THIếT Kế Bộ BIếN TầN NGUồN áP BA PHA CHO ĐộNG CƠ KHÔNG ĐồNG Bộ ROTO LồNG SóC Trang 48 A SƠ Đồ KHốI MạCH ĐộNG LựC Mạch động lực dùng để truyền tải lợng điện cung cấp cho động Mạch biến tần gián tiếp bao gồm khối sau: CHẩN LOĩC NGHậCH K LặU H LặU Hỗnh 4.1 Sồ õọử khọỳi hóỷ thọỳng nghởch lổu I Chức năng: Khối chỉnh lu: Khèi chØnh lu dïng ®Ĩ biÕn ®ỉi ngn AC sang nguồn DC theo phân loại dựa vào van đợc sử dụng ta có ba phơng pháp sau: + Chỉnh lu không điều khiển dùng Diode + Chỉnh lu có điều khiển dùng Thyritor + Chỉnh lu bán điều khiển dùng Diode Thyristor Đối với lới điện áp ba pha ta có hai cách mắc sơ đồ: Hình tia D1 D5 D3 U d D4 D6 Ud D2 Hỗnh 4.2 Sồ õọử chốnh lổu ba pha hỗnh cỏửu duỡng Diode vaỡ sồ õọử chốnh lổu ba pha hỗnh tia duỡng Diod hình cầu Đối với lới điện pha ta có 3cách mắc chỉnh lu: Trang 49 U U U d d d (a) (b) (c) Hỗnh 4.3 Så âäư chènh lỉu mäüt pha dng diode a) Chốnh lổu nổớa soùng b) Chốnh lổu hỗnh tia toaỡn soùng; c) Chốnh lổu hỗnh cỏửu toaỡn soùng So sánh sơ đồ hình tia hình cầu ta thấy: + Sơ đồ hình tia đơn giản hơn, số van nên độ sụt áp tổn thất bé + Sơ đồ hình cầu có điện áp ngợc đặt lên van nhỏ nên ta chọn đợc loại van có thông số điện áp ngợc nhỏ + Máy biến áp ứng với sơ đồ cầu đợc sử dụng triệt để + Sơ đồ cầu cho chất lợng điện áp tốt Với yêu cầu thiết kế: Sử dụng lới điện pha điều chỉnh đợc Do ta dùng sơ đồ cầu chỉnh lu, dùng Thyristor Mạch chỉnh lu đợc cung cấp điện máy biến áp Do phụ tải đợc cách ly với lới điện, vận hành đợc an toàn thuận tiện, hạn chế đợc dòng ngắn mạch mạch chỉnh lu hạn chế tốc độ tăng dòng Anode, cải thiện đợc hình dạng dòng điện lới Khối lọc: Điện áp khối chỉnh lu điều chỉnh nhng không phẳng mà nhấp nhô, gọi đập mạch Do dòng điện áp thay đổi ta cần có khối lọc Khối lọc dùng để tách từ tín hiệu phức tạp thành phần có tần số nằm dải định loại thành phần nằm dải Dải tần số mạch lọc cho tín hiệu qua gọi dải thông Hiện tợng đập mạch tạo cách thành phần sóng hài gây nên tiêu phí lợng cách vô ích, làm giảm hiệu suất mạch chỉnh lu Để đánh giá chất lợng mạch lọc ta xem xét hệ soùnglọc: haỡi lồùn nhỏỳt cuớa số đập Bión mạch õọỹ mạch Ud(Id) Giaù trở trung bỗnh cuớa Ud(Id) Trang 50 Kp= Kp nhỏ chất lợng lọc lớn a.Lọc tụ C: Tụ C mắc song song với tải Tụ không cho thành phần chiều qua mà cho thành phần xoay chiều qua sóng hài bậc thấp Điện dung lớn, dòng áp tải đỡ đập mạch hiệu lọc cao Hệ số đập mạch U Uc Rt Kp CRt Hỗnh 4.4 Loỹc bũng tuỷ b.Lọc cuộn cảm L: Cuộn cảm L mắc nối tiếp với tải Rt, có tác dụng cho dòng L điện chiều qua dễ dàng, it ngăn cản thành phần xoay chiều U Hỗnh 4.5 LoỹcUt bũng qua giảm đợc độ Rt cuọỹn caớm đập mạch dòng áp Hệ số đập R Kp t mạch 3T Bộ lọc thích hợp với tải công suất vừa lớn c.Lọc dùng tụ C cuộn cảm L: Trang 51 Bộ sử dụng tổng hợp tác dụng cuộn cảm L tụ C để lọc Do sóng hài đợc giảm nhỏ trớc tải nh dòng điện tải điện áp đặt lên tải nhấp nhô Theo yêu cầu cần thiết, động (tải) có công suất tơng đối nhỏ (0,75 KW), để giảm kích thớc lắp ráp giá thành mạch thiết kế ta cần lọc tụ điện Tuy nhiên thiết kế này, để tăng chất lợng cung cấp điện cho tải, nh tạo an toàn làm việc cho nghịch lu ta sử dụng lọc tổng hợp L C 3.Khối nghịch lu áp : Khối nghịch lu áp dùng để biến đổi điện áp chiều sau lọc thành xoay chiều để cung cấp cho động không đồng ba pha rôto lồng sóc Các van bán dẫn dùng nghịch lu áp MOSFET , Thyristor Transistor a.Dùng Thyristor: Dùng Thyristor mạch nghịch lu điện áp cần phải có phận chuyển mạch cho Thyristor gồm có tụ điện cuộn cảm nên giá thành cao khả đóng cắt tần số thấp b.Dùng Transistor: Transistor lỡng cực chuyển mạch nhanh Thyristor nhng cần phải có mạch trợ giúp làm việc điều kiện: f > KHz hc VCEO> 60 V; IC > 5A Do phát triển công nghệ bán dẫn mạnh mẽ ngày nay, lựa chọn cho loại bán dẫn công suất tùy vào yêu cầu điều khiển em đà chọn dùng loại Transistor lỡng cực(BJT) để điều khiển Transistor đợc điều khiển mở dòng Bazơ bị ngắt dòng điều khiển Điều thuận lợi nhiều so vời việc dùng Thyristor để nghịch lu II Nguyên lí hoạt động: V1 L T1 T5 C C 220V V2 D1 T3 D5 D3 ÂK T4 V4 V3 Trang V2 T2 T6 D4 D2 D6 Hỗnh 4.6 Sồ õọử nguyón lyù maỷch õọỹng lổỷc 52 Bộ chỉnh lu: ứng với nửa chu kì dơng điện áp nguồn thời điểm =cho xung mở T1 ,T3 Tại thời điểm = + cho xung điều khiển mở T2,T4 (vì có mặt Lc máy biến áp nên dòng iT1,3 giảm đột ngột từ Id xuống không mà dòng iT2,4 không tăng đột ngột từ tới Id) ta bỏ qua tợng trùng dẫn Vì có điện cảm L nên dòng tải dòng liên tục Giá trị trung bình điện áp sau chØnh lu lµ: U2 Ud T1 T4 T2 T3 U t U d t   2 V2.Cos 2.V2.Sin d 2. Hỗnh 4.7 Sồ õọử nguyón lyù Giá trị trung bình dòng vaỡ daỷng soùng chốnh lổu điện chảy qua Thyristor: cáöu mäüt pha Id   I I d d 2. Giá trị trung bình dòng điện tải: Ud Id    2.V2.Sin  E U  E d d R R Giá trị hiệu dụng dòng ®iƯn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: Id     I d d I d   Điện áp ngợc lớn đặt lên Thyristor: U ng  2.V2 Trang 53 + T1 T5 - T4 T2 T3 D1 D5 D3 T6 D4 D6 D2 Hỗnh 4.8 Så âäư ngun l nghëch lỉu Transistor 2.Bé nghÞch lu: Nguyên lý hoạt động nghịch lu: Các Transistor đợc mở lần lợc theo thứ tự T1, T2, T3 T6, T1 víi gãc lƯch gi÷a hai Transistor /3 van dẫn = Nh thời điểm có ba Transistor dẫn Transistor thuộc nhóm với Transistor nhóm tạo nên điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động Thời điểm Transistor T1, T3, T5 T2, T4, T6 bắt đầu dẫn lệch 1200 điện áp nghÞch lu cịng lƯch vỊ thêi gian mét gãc 1200 Điện áp pha động có dạng xung chữ nhật thời điểm Transistor chuyển mạch áp pha có đột biến nhảy cấp Điện áp tải có hai giá trị: U d/3 (khi bị đấu song song với pha khác) 2Ud/3 (khi nã ®Êu nèi tiÕp víi nhãm song song kia) Điện áp dây có dạng xung chữ nhật với độ rộng 120 Dòng điện động chậm sau điện áp pha tơng ứng góc = arctg(L/R) có dạng xoay chiều không sin, tăng giảm theo hàm mũ Đồ thị xung biểu diễn trật tự đóng cắt Transistor đồ thị dòng điện tải, điện áp pha điện áp dây nh sau: Trang 54 UA áp tải Trang Hình 4.9 dồ thị xung kích mở Transistor vaf dạng điện 55 Ud ZA ZC Ud ZB ZA ZB 060 Ud ZC 6012 00 ZA ZB ZC 1201 800 Hỗnh 4.10 Caùc giai õoaỷn cuớa doỡng õióỷn taới Từ dạng điện áp tải ta có: Giá trị hiệu dụng điện áp pha: Uf  2 / 3 2U   2   / 3 Ud     Ud  d    d d    uf d  2.      / Dòng diện tải có ba đoạn khác nửa chu kỳ Trong khoảng từ:  /3 u   1   2     / Q  ia  d 1 e  3.R  1 a3  Trong kho¶ng:  /2   /3 u   1 a e  / Q  ib  d    3.R  1 a3  Trong kho¶ng 2 /3  : u   1 a 2 a   / Q  ia  d 1 e  3.R  1 a3  Víi: Q  RL  a e3Q ë nöa chu kú sau quy luật dòng điện tơng tự nh dấu ngợc với nửa chu kỳ Khai triển Furier điện áp dây ®iƯn ¸p pha: uAB  ud Sint  1/ 5Sin5t  1/7Sin7t  1/ 11Sin11t   1  uA  ud Sint  Sin5t  Sin7t  Sin11t   11  Tần số điện áp dợc thay đổi cách thay đổi nhịp điệu đóng cắt Transistor Trang 56 B TíNH TOáN MạCH ĐộNG LựC: Tính toán thông số động cơ: - Các thông số cho động cơ: Pđm = 0,75Kw fđm = 50Hz n®m = 1410v/phót I®m = 2/3,5A P=2 U®m = 380/220V - Các số liệu đo đợc ứng với thí nghiệm động cơ: U(V) 15 10 15 10 I(A) 0,8 0,6 0,8 0,6 - Thí nghiệm không tải: U1(V) 100 150 I(A) 0,29 0,42 P1(W) 12 P2(W) 202 0,53 21,2 12,8 - Thí nghiệm ngắn mạch: UN(V) 20 30 IN(A) 0,36 0,56 Tính toán: Điện trở Stator ë nhiƯt ®é 250C: 250 0,7 38 26 40 0,81 300 0,84 88 38 340 94 56 50 60 1,2 14U R'S   i 2Ii Trong đó: Ui; Ii: lần lợt điện áp dòng điện thí nghiệm động cơ: RS = 1/(4.2).15/0,8 + 10/0,6 + 15/0,8 + 10/0,6 = 8,854() §iƯn trở stator nhiệt độ làm việc bình thờng(400C): RS = RS + (40-25).0,04.RS = 9,385() +Tốc độ góc định mức động cơ: õm =2.nõm/60 = 2.1410/60 = 147,65(rad/s) Momen định mức: Mõm = Põm/õm = 750/147,65 = 5,083(Nm) Công suất điện từ định mức: Cos õm Põm 3U âmI âm  750 3.380.2 0,57 Pâm = .Mâm/P = 2..50.5,083/2 = 798,03(W) Hệ số công suất: Hệ số trợc S: Trang 57 Hình 4.18 khâu phat xung chử nhật Gi¶ thiÕt: Uc= E/3, S = 0, R = 1, v(3) =1, z = 0, T bị khóa Tụ điện C nạp điện thẹo mạch: E - R - D1 - xP2 - P 1- C1 - E §iƯn áp Uc tăng dần lên Khi Uc = E/3, Ta cã: R= 0, z = 1, v3 = 0, T mở Tụ điện C phóng điện theo mạch: C - P1- (1-x)P2 - D2 - R2 - T - C Điện áp Uc giảm dần Khi Uc = E/3: S = 0, v3 =1, z = 0, T bÞ khãa lại Xác định chu kỳ xung: Khi C nạp điện ta có phơng trình: I(R1+ xP2+ P1)+Uc = E, với i = C duc/dt duc/dt + a.uc = a.E, víi a = 1/(C(R1+ xP2 + P1)) Viết phơng trình dới dạng toán tử Laplace: p.Uc(p) - Uc(0) + aUc(p) = a.E/p, víi Uc(0) = E/3 Uc( p)  a.E E  p( p  a) 3( p  a) Vận dụng quan hệ hàm ảnh gốc ta có: E  at Uc(t)  E(1 e at)  e Điện áp Uc tăng theo hàm mũ Khi t = T1 th× Uc = 2E/3.VËy: T1 = 0,693C(R1 + xP2 + P1) Khi C phóng điện ta có phơng trình: t 2E   U c (t )  e Trang 70 Trong ®ã 2 = C[P1 + (1-x)P2 + R2] lấy gốc thời gian T1 Khi t =T2 U2 = E/3 Do T2 = 0,963C[P1 + (1-x)P2 + R2] Chu hú xung lµ T = 0,963C(R + R2 + 2P1+ P2) Tần số xung là: f = 1/T Để thay đổi đợc tần số xung ta cần thay đổi điện áp đóng xả tụ điện C, cách thay đổi vị trí biến trở P1 Nếu R2 = R2 = R x =1/2 T = T2 ë mäi tÇn sè BÊy giê T = 0,963C(2R1 + 2P1 + P2) Để phát xung cho mạch điều khiển chỉnh lu ta chọn mạch phát xung nh sau : VCC R1 5K D T R2 + - & + - & 5K UC C 5K * Hoạt động sơ đồ : -Điện cổng vào + OA1 2E/3 -Điện cổng vào - OA2 E/3 +Tụ điện C nạp điện qua R1 Diot D +Tụ điện C phóng điện qua R2 Transistor T Giả thiết ban đầu UC = E/3 ; S = “0”; R = “1”; V(3) = “1”; Z = 0; Transistor T bị khoá Tụ điện nạp điện, U C tăng lên theo hàm mũ Khi tụ C nạp ®iƯn ®Õn ®iƯn ¸p UC = 2E/3; R = “0”; Z = “1”; V(3) = “0”; T më Tơ ®iƯn phóng điện qua điện trở R T, điện ¸p UC gi¶m +Khi UC = E/3; S = “0”; Z = 0; V(3) = 1; T bị khoá lại *Xác định chu kỳ xung: -Khi tụ điện C nạp ta có phơng trình: Trang 71 i.R uc E duc  a.vc a.E dt víi víi duc dt a R 1.C i C ViÕt díi d¹ng to¸n tư Laplace : p.UC (p) - UC(0) + a.UC(p) = a.E/p víi UC(0) = E/3 a.E E   U C (p)  p(p  a) 3(p  a) Chun sang hµm gèc: UC(t) = E (1-e-at) + E/3.e-at Khi t = T1 th× UC(T1) = 2E/3 Thế vào phơng trình điện áp Uc(t) ta đợc T1 = 0,693.C.R1 +Khi C phóng điện ta có phơng trình: Uc(t) = 2E / 3.e t / CR Khi t = T2 (lÊy T1 lµm gèc thêi gian phãng ®iƯn), th× Uc(T2) = E/3, ®ã T2 = 0,693.C.R2 VËy chu kú xung lµ : T = T1 + T2 = 0,693.C.(R1 + R2) *TÝnh chän R1, R2 vµ tụ C: Để mạch chỉnh lu làm viêc tốt ta chän : R1 = R2 = 1( K ) C = 0,01 F Khâu khuyếch đại xung: Khâu có nhiệm vụ khuếch đại xung điều khiêớn, để xung có đủ công suất mở Thyristor T đồng thời vừa làm mạch cách ly mạch điều khiêớn mạch động lực Khâu khuếch đại xung ta dùng biến áp xung ghép bao gồm hai linh kiện quang Diod - Transitor hay gọi Transitor Mạch cách ly: Trang 72 Vcc Vdd R0 D0 R1 T0 G R3 T R2 H×nh 4.19 : Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly Khối có tác dụng cách ly mạch điều khiển mạch động lực, ngăn không cho điện áp phía mạch động lực "tràn" vào mạch điều khiển gây nguy hiểm Khối cách ly nhận tín hiệu từ ngõ mạch điều khiển, sau khuếch đại lên điện áp có biên độ đủ lớn để kích mở Thyristor Nguyên lý hoạt động: Bình thờng cha có tín hiệu vào ngõ vào cách ly, T bị phân cực ngợc nên hoạt động chế độ khóa, làm cho dòng chảy qua R0 xuống Diod D0 không nên coi nh Diod D0 không hoạt động nghĩa T0 nằm trạng thái khóa Khi có tÝn hiƯu møc ®é cao tõ khèi ®iỊu khiĨn ®a tới qua R3và kích mở cho T, lúc dòng ch¶y qua R xuèng Diod D0 råi qua T xuồng mass, nghĩa Diod D0 hoạt động làm cho T0 hoạt động, lúc có dòng chảy từ R chảy qua T0 xuống R2 tức có điện áp rơi R điện áp đa vào cực G Thyristor để mở Tính chọn phần tử mạch khuếch đại xung: Để cho Thyristor mở chắn ta chọn điện áp, dòng điều khiển đa vào cực G để mở Thyristor lµ UG = 3V, IG = 15mA Ta chän Transistor quang PT loại PC 817 có thông số nh sau: UCEMax = 35V; Hệ số truyền đạt 60%; Điều khiển cách ly 5Kv Ta coi điện áp rơi Transistor T 0, Transistor dẫn bảo hòa 0,2V điện áp rơi Diod D0 1V Chọn dòng qua R2 IR2 = 4mA, dòng IE cđa T0 lµ : Trang 73 IE = IG + IR2 = 15 + = 19 (mA) Chän R2 : R2 = UG / IR2 = / (4.10-3) = 750 () Chän R1 : IR1 = IC = IE  = 19 60/100 = 11,4 (mA) R1 = (5 - - 0,2) / 11,4.10-3 = 190 () Chọn dòng qua D0 20 mA : R0 = (5 - - 0,2) / 20.10-3 = 190 () Chọn Transistor T loại 2SE 776 có th«ng sè sau : VCemax = 75 V, ICmax = A, hệ số khuếch đại = Dòng vào cực bazơ T : Ib = Ic /  = 20 / = (mA) Chän dßng qua R 3lµ 20 mA : R3 = (5 - 0,6) / (20.10-3) = 220 () II Mạch điều khiển nghịch lu: Để điều khiển Transistor đóng mở theo yêu cầu, ta cần có mạch tạo xung chữ nhật có độ rộng theo yêu cầu thay đổi đợc tần số xung Yêu cầu đợc đặt tín hiệu vào mạch điều khiển tín hiệu điện áp Tín hiệu mạch điều khiển xung chữ nhật phải có tần số tỉ lệ tuyến tính với điện áp điều khiển (U ~ f) Nghĩa điện áp điều khiển tăng lên tần số xung phải tăng lên ngợc lại điện áp điều khiển giảm xuống tần số xung phải giảm xuống Khâu phát xung chử nhật : a Giới thiệu mạch biến đổi điện áp _ tần số (U/F _ VCO ) Trông mạch điều khiển biến tần , cần phải tạo mạch phát xung chữ nhật có tần số tỷ lệ với ®iƯn ¸p ®iỊu khiĨn Cơ thĨ ®iỊ khiĨn tần số động không đồng , tần số điện áp dòng điện f1 biến tần ®ỵc tÝnh f1 = f w + f Trong đó: fw : tần số quay trục động f2 : tần số trợt mạch rô to Thực tế ta tính đợc Uw ~ Fw U2 ~ F2 Vì U1 ~ F1 đợc tính U = Uw + U Trang 74 Khoaï +U1 Tờch phỏn So saùnh f1 -U1 Hình 4.20 - Nguyên lý mạch biến đối điện áp- tần số ( U/f -_VCO ) Nguyên lý mạch biến đổi điện áp - tần số tạo nên tỷ lệ tuyến tính f1 - u1 đợc trình bày hình vẻ Trong gồm khâu :nkhoá , mạch tích phân mạch so sánh , khoá chuyển mạch tạo điện áp + U1 - U1 để đa vào khâu tích phân , điều khiển khoá chuyển mạch khâu so sánh có đặc tính từ trễ Thực tế thực mạch U/f nhiều sơ đồ khác ,tuy cần xác định tiêu : độ tuyến tính ,vùng điều chỉnh tần số xung tỷ lệ tuyến tính với điện áp Một sơ đồ đảm bảo tiêu trình bày hình dới : Trang 75 2R1 U1 U3 C R1 R1 - A1 + R1 D2 - A3 + D1 - A2 + R4 R5 Hình 4.21 điện áp- tần số U2 R2 D3 Mạch nguyên lý biến ®èi ( U/f _ VCO ) t U1 U1 U3 T1 T2 U2 U2max T Hhình 4.22 - Đồ thị điện áp xung mạch Biến đổi U/f Mạch gồm KĐTT : A1 khâu tích phân ,A mạch so sánh có đặc tính trễ ,A3 khoá chuyển mạch Khi điện áp U1 < điện áp đầu A có giá trị âm , điôt D3 khoá , khâu tích phân có hai điện áp vào , ta có : Trang 76 0< t R4 = 2R2 Chän R2 = k( => R4 =10 k( Gäi fvco lµ tần số xung Clock , fT tần số điện ¸p t¶i => fvco = fT TÝnh chän R1 , C1 : NÕu chän fTmax = 70 Hz th× fvcomax = 420 Hz mµ : f vco max  R2  R4 U max 8U max R4 R1C1 Chän U1max = 12 V => 151200 R1 C1 =180 Chän R1 = 15 K => C1 = 0,0793 F TÝnh chän U1min : NÕu chän fTmin = 30 Hz fvcomin = 120 Hz mà : f vco   120 = 35,162 U1min  U1min = 3,413 Trang R2  R4 U 8U max R4 R1C1 (V ) 78 Để khoá làm việc chắn phải chọn R < R1 => R5 = K khâu phân phối xunh : Yêu cầu khâu phân phối xung tạo đợc cac xung ®iỊu khiĨn më Tranzitor theo quy lt ®ãng mở Từ bảng dẩn điện c¸c tranzito ,ta cã nhËn xÐt : - Khi van T1 dẫn van T4 khoá tức van T1 có xung điều khiển T4 hoan toàn không cã xung ®iỊu khiĨn - Khi van T3 cã xung điều khiển T6 hoan toàn xung điều khiển - Khi van T5 có xung điều khiển T2 hoàn toàn xung điều khiển Để tạo đợc phân phối xung nh cần sử dụng cac Trigơ với đầu đảo không đảo Theo nh phân tích phải có Trigơ ( 3Trigơ đếm tối đa trạng thái tức có xung dầu vào có xung đầu ) Nhng chu kỳ điện áp có xung ( mổi xung cách 60( )nên ta xây dựng đếm modul bit ,tức đầu vào có xung xung clook ) đầu có xung , xung clook đơc cung cấp từ ngõ khâu phát xung chủ đạo mạch biến đổi điện áp _ tần số U / f Bộ đếm náy đơc xây dựng sở Trigơ D Bảng thật Trigơ D Qn 0 1 D 1 Qn+1 1 Nh vËy ta cã : D Qn+1 Từ bảng ta có bảng đầu vào kích Trigơ D Qn Trang Qn+1 D 79 1 1 1 Các trạng thái cần có tri gơ nh sau : CK Q1 Q2 Q3 Q1 Q2 Q3 Hỗnh 4.20b Giaớn õọửxung cuớa bọỹõóỳ m3 Từ thành lập bảng trạng thái Trigơ : Vùn g Trang Trạng thái Trạng thái kế Đầu vào FFD 80 Q3 0 1 Q2 0 1 Q1 1 0 Q3 0 1 Q2 1 0 Q1 1 0 D3 0 1 D2 1 0 D1 1 0 Dựa vào bảng trạng thái Trigơ ta tìm đợc liên hệ đại lợng vào , cần phải tối giản hàm bool theo phơng pháp Karnaugh q2q1 q3 00 11 10 0 x x 1 01 11 10 q2q1 q3 00 Trang 01 1 x X 0 d3=q2 d1=q3 81 q2q1 q3 00 01 11 10 0 1 x x T2 T1 D1 Q1 D2 CK1 CK d2=q1 Q2 D3 CK2 T4 Q3 CK3 Q3 Q2 Q1 T3 T6 T5 Hình 4.25 Sơ đồ nguyên lý đếm Mạch cách ly: Vcc Vdd R0 D0 R1 T0 G R3 T R2 Hình 4.26 : Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly Trang 82 Khối có tác dụng cách ly mạch điều khiển mạch động lực, ngăn không cho điện áp phía mạch động lực "tràn" vào mạch điều khiển gây nguy hiểm Khối cách ly nhận tín hiệu từ ngõ mạch điều khiển, sau khuếch đại lên điện áp có biên độ ®đ lín ®Ĩ kÝch më Transistor, ®ång thêi kh«ng có tín hiệu điều khiển tạo điện áp ngợc đặt vào cực G Transistor để khóa Nguyên lý hoạt động: Bình thíng cha cê tín hiệu vào ngđ vào cách ly, T bị phân cực ngợc nên hoạt động chế độ khóa, làm cho dòng chảy qua R0 xuống Diod D0 không nên coi nh Diod D0 không hoạt động nghĩa T0 nằm trạng thái khóa Khi có ë tÝn hiƯu møc ®é cao tõ khèi ®iỊu khiĨn ®a tíi qua R3vµ kÝch më cho T, lóc nµy dòng chảy qua R xuống Diod D0 qua T xuồng mass, nghĩa Diod D hoạt động làm cho T0 hoạt động, lúc có dòng chảy từ R chảy qua T0 xuống R2 tức có điện áp rơi R điện áp đa vào cực G TRANSITOR để mở Tính chọn phần tử mạch khuếch đại xung: Để cho TRANSITOR mở chắn ta chọn điện áp, dòng điều khiển đa vào cực G để më TRANSITOR lµ U G = 3V, IG = 800mA Ta chọn Transistor quang PT loại PC 817 có th«ng sè nh sau: UCEMax = 35V; HƯ sè trun đạt 60%; Điều khiển cách ly 5Kv Ta coi điện áp rơi Transistor T 0, Transistor dẫn bảo hòa 0,2V điện áp rơi Diod D0 1V Chọn dòng qua R2 IR2 = 4mA, dòng IE T0 : IE = IG + IR2 = 800 + = 804 (mA) Chän R2 : R2 = UG / IR2 = / (4.10-3) = 750 (K) Chän R1 : IR1 = IC = IE  = 804 60/100 = 482,4 (mA) R1 = (5 - - 0,2) / 482,4.10-3 = () Chọn dòng qua D0 20 mA : R0 = (5 - - 0,2) / 20.10-3 = 190 () Chän Transistor T lo¹i 2SE 776 cã thông số sau : VCemax = 75 V, ICmax = A, hệ số khuếch đại = Dòng vào cực bazơ T : Ib = Ic /  = 20 / = (mA) Trang 83 Chọn dòng qua R3 20 mA : R3 = (5 - 0,6) / (20.10-3) = 220 () S¬ đồ mạch điều khiển nghich lu nh hình vẽ : §iỊu khiĨn b»ng tay: Khi ®iỊu khiĨn b»ng tay theo quy luËt U/f = h»ng sè ta dïng biÕn trë với giả thiết U(R) f(R) tuyến tính(theo đoạn) Để điều khiển tốc độ động vùng dới tốc độ ta tuân thủ theo nguyên tắc trên, điều chỉnh tốc độ động tốc dộ ta khống chế để không thay đổi điện áp mà thay đổi tần số theo sơ đồ khống chế nh 12 V sau: Trang 84 ... 0 D1 1 0 Dựa vào bảng trạng thái Trigơ ta tìm đợc liên hệ đại lợng vào , cần phải tối giản hàm bool theo phơng ph¸p Karnaugh q2q1 q3 00 11 10 0 x x 1 01 11 10 q2q1 q3 00 Trang 01 1 x X 0 d3=q2