Tài liệu Điều khiển động cơ điện một chiều P2 docx

Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 Chơng 2 các phơng pháp và sơ đồ ghép nối vi xử lý - máy tính để điều khiển động cơ điện một chiều Hiện nay do công nghệ mạch tổ hợp phát triển mạnh mẽ nên giá thành các thiết bị IC rất hạ. Trong công nghiệp kỹ thuật điều khiển số đợc áp dụng một cách rất rộng rãi. ở mức độ đơn giản, có thể thực hiện bộ điều khiển bằng các IC rời rạc cỡ nhỏ. ở mức độ trung bình có thể sử dụng các àP và các thiết bị ngoại vi đơn giản. ở những máy móc và hệ thống phức tạp yêu cầu đặc tính kỹ thuật cao có thể sử dụng microcomputer. Các hệ vi xử lý trong công nghiệp trớc năm 1976 thờng sử dụng loại 4 bit nh 4004, 4040. Khoảng từ những năm 1977 đến 1985 trên thị trờng khá phổ biến loại 8 bít nh 8080, 8085, Z80 Hiện nay các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao ngời ta thờng sử dụng các hệ vi xử lý 16 bits hoặc 32 bits. Phơng pháp điều khiển xung Transistor Hình2.1: Sơ đồ nguyên lý ghép nối máy tính điều khiển tốc độ động cơ Trong đó: Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 KĐCS: bộ khuếch đại công suất. ĐC: động cơ điện một chiều. FT : máy phát tốc. CL : mạch chỉnh lu điện áp cho máy phát tốc. Máy tính ngoài chức năng làm bộ so sánh, tạo chơng trình điều khiển tốc độ và định chiều quay cho động cơ còn làm chức năng của bộ biến đổi tín hiệu điều khiển. Tín hiệu ra của bộ DAC là các xung vuông có độ rộng thay đổi T = f(E). với E là sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đặt. Bộ khuếch đại công suất chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ phối hợp tải, cung cấp dòng điện để động cơ làm việc. Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 Nguyên lý hoạt động của mạch. Khuếch đại thuật toán làm nhiệm vụ của bộ phận kênh. Khi đầu vào (-) có tín hiệu U 1 > 0 còn U 2 = 0 thì đầu ra khuếch đại thuật toán bão hoà âm. Thế âm đặt vào các chân bazơ của Transistor T 1 và T 3 do đó T 3 phân cực thuận nên dẫn còn T 1 phân cực ngợc nên khoá. T 3 dẫn nên T 4 dẫn và động cơ quay theo chiều thuận. Khi U 1 = 0 và U 2 > 0 thì đầu ra khuếch đại thuật toán bão hoà dơng làm cho Transistor T 1 và T 2 dẫn làm cho động cơ sẽ quay theo chiều ngợc. Cuộn dây L và tụ C dùng để san bằng điện áp ra của động cơ khi đảo chiều quay. Hiện tợng này đợc giải thích nh sau: ta biết rằng máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ động cơ hoặc chế độ máy phát. Khi ta đặt điện áp kích từ hay điện áp phần ứng cho máy điện thì sẽ sinh ra trong máy điện một mômen làm quay rotor và máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ. Ngợc lại khi quay rotor của máy điện một chiều và đặt điện áp kích từ cho nó lúc này máy điện một chiều làm việc ở chế độ máy phát. Khi ta đảo chiều quay của động cơ điện một chiều, lúc đó ta không đặt điện áp vào phần ứng động cơ nữa (U u = 0) nhng động cơ vẫn quay theo quán tính vẫn có kích từ do vậy ở phần ứng động cơ ta có một sức điện động và động cơ làm việc ở chế độ máy phát. Độ lớn của sức điện động này phụ thuộc vào tốc độ động cơ lúc đảo chiều. )t(n.C)t(E c = Sức điện động này giảm dần theo thời gian vì tốc độ n(t) sẽ giảm dần. Do đó để bảo vệ các Transistor T 2 và T 4 ta mắc thêm D 7 và D 8 nối giữa colector và emitor của các Transistor này. Khi động cơ quay thuận mà ta đảo chiều quay thì thế A >V cc và D 7 thông, tiếp giáp C - E của Transistor T 4 không phải chịu điện áp ngợc : Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 )t(EVU ccng + = mà chỉ là : V7,0VU ccng + = Máy phát tốc và động cơ có trục gắn trực tiếp với nhau. Điện áp phần ứng của máy phát tốc phản ánh tốc độ thực tế của động cơ. Điện áp này đợc chỉnh lu bằng cầu điôt D 1 ữ D 4 để đa và ADC. Phải dùng cầu chỉnh lu bởi vì động cơ quay thuận nghịch nên điện áp ở máy phát tốc sẽ lúc dơng lúc âm tuỳ theo chiều quay của động cơ mà ADC chỉ chịu điện áp analog đa vào là lớn hơn 0 do vậy phải dùng cầu chỉnh lu để đảm bảo điện áp vào ADC là luôn dơng. Máy phát tốc chính là đờng phản hồi tốc độ của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ . Chơng trình điều khiển động cơ trong máy tính sẽ tính ra sai lệch E và lợng điều khiển U = f (E), sau đó lợng điều khiển sẽ đến một chơng trình biến lợng điều khiển U thành xung vuông có độ rộng thay đổi còn biên độ và tần số là hằng số. Đây chính là phơng pháp điều chế độ rộng xung vuông. Nếu sai lệch lớn thì lợng điều chỉnh U cũng lớn và do đó độ rộng của xung vuông cũng lớn. Giả sử ta đang cho động cơ quay ngợc ở của vào U 2 ta có xung dơng có độ rộng . Đầu ra của khuếch đại thuật toán cũng có xung vuông có độ rộng các Transistor T 1 và T 2 sẽ mở và thay đổi tốc độ động cơ. Khi ta đảo chiều động cơ thì các đầu ra của ADC đều bằng 0 và các Transistor T 1 ữ T 2 đều khoá. Động cơ đợc ngắt khỏi mạch động lực. R 4 là triết áp dùng để điều chỉnh cho 2 kênh điều khiển cân bằng nhau. Tức là khi U 1 = U 2 = 0 thì thế A bằng thế đầu ra của khuếch đại thuật toán. Các điốt D 5 , D 6 dùng để ổn định điện áp cung cấp cho khuếch đại thuật toán. Phơng pháp điều khiển động cơ một chiều bằng máy tính và bộ biến đổi Thyristor Sơ đồ điều khiển kinh điển Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 Trớc khi đi vào xây dựng hệ thống theo yêu cầu, ta xét một sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều bằng bộ biến đổi Thyristor chỉnh lu hai nửa chu kỳ kinh điển sau: Hình 2.3 - Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ một chiều Trong đó: 1: Bộ tạo điện áp đồng pha. 2: Máy phát xung răng ca. 3: Bộ so sánh. 4: Bộ khuếch đại xung công suất. 5: Biến áp xung (BAX). 6: Thyristor. Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42 [...]... cho ra một xung điện áp Lúc đó bộ khuếch đại T1 và T2và BAX sẽ mở Thyristor và bộ chỉnh lu D1 ữ D4 sẽ cho một điện áp chỉnh lu xác định (UCL) cung cấp cho động cơ làm việc Giá trị điện áp đặt vào động cơ tại thời điểm ban đầu là lớn nhất và động cơ làm việc ở chế độ khởi động Lúc đầu động cơ còn đứng yên và bắt đầu quay với tốc độ thấp, máy phát tốc ban đầu cha phát ra điện nhng khi tốc độ động cơ dần... kiểu Darlington Nh vậy góc sẽ tuỳ thuộc vào độ lớn của điện áp chủ đạo Rf làm nhiệm vụ giảm dòng đa vào cực điều khiển của Thyristor Ta thấy trong sơ đồ điều khiển xung Thyristor bắt buộc phải có điện áp đồng pha để đảm bảo qúa trình điều khiển thay đổi nhịp nhàng với pha điện áp động lực Giữa phần động lực ( điện áp cao) và phần điều khiển ( điện áp thấp) phải sử dụng biến áp xung nhằm chỉ thực hiện... tăng lên thì điện áp ra của máy phát tốc cũng tăng theo Điện áp phản hồi lấy từ máy phát tốc đa vào bộ biến đổi A/D Chơng trình trong máy tính sẽ thực hiện phép trừ của giá trị đặt tốc độ với tín hiệu phản hồi này và cho xung ra điều khiển từ D/A tăng dần từ 1 ữ 2 (1 < 2) lúc đó điện áp của bộ chỉnh lu sẽ giảm xuống, động cơ sẽ làm việc với một tốc độ ổn định Muốn thay đổi tốc độ động cơ ta chỉ việc... - Sơ đồ nguyên lý thực hiện đồng pha trong máy tính Sơ đồ điều khiển động cơ một chiều bằng máy tính và bộ biến đổi Thyristor Hình 2.7 - Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ĐCMC Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Chơng trình điều khiển trong máy tính sau khi đã đợc đồng bộ hoá với tín hiệu xoay chiều công suất lớn qua khối đồng pha (ĐF) sẽ tạo ra xung hẹp có độ rộng cần... mạch chỉnh lu lới điện 50Hz Điện áp một chiều sau bộ chỉnh lu này đợc đa tới khâu đồng pha (1) để tạo ra xung răng ca Để tạo ra xung răng ca ta lấy tín hiệu từ khâu đồng pha (1) đa vào mạch tạo xung theo nguyên lý phóng nạp tụ Transistor T1 đóng mở với tần số f=100Hz do sự so sánh giữa thế nguồn một chiều (+15V) và tín hiệu điện áp sau khi chỉnh lu Khi T1 khoá, tụ C1 đợc nạp qua điện trở R3 Hằng số... điện để sao cho điện áp cao không tràn sang phá hỏng các thiết bị bán dẫn Ta có thể bỏ hai khối: phát xung răng ca (2) và khối so sánh (3) nhờ thiết bị bên trong và điều khiển bằng phần mềm Khi đó ta chỉ sử dụng khối đồng pha (1) Việc tạo tín hiệu đồng pha rất đơn giản vì chỉ cần tạo điện áp dơng đa vào A/D của máy tính Hình 2.6 - Sơ đồ nguyên lý thực hiện đồng pha trong máy tính Sơ đồ điều khiển động. .. xung để điều khiển Thyristor Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sinh viên: Hà Ngọc Thắng Lớp: ĐKTĐ 2 K42 Nguyenvanbientbd47@gmail.com Sơ đồ nguyên lý gồm có bộ khuếch đại công suất dùng hai Thyristor T1 và T2, biến áp xung (BAX) bộ chỉnh lu công suất lớn D1 ữ D4, Thyristor (Th) các điôt chỉnh lu, cuộn kháng L Khi xây dựn xong chơng trình phần mềm điều khiển trên... của tín hiệu này phụ thuộc vào điểm đặt Khâu so sánh tiếp theo khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán để so sánh tín hiệu điện áp răng ca với điện áp chủ đạo Tại thời điểm hai tín hiệu này bằng nhau, khuếch đại thuật toán sẽ lật trạng thái , ở đầu ra của khuếch đại thuật toán điện áp ra có dạng là các chuỗi xung chữ nhật Khi có các xung âm của Transistor T2 và T3 sẽ mở cho dòng qua cuộn sơ cấp của... nạp qua điện trở R3 Hằng số thời gian nạp tụ: Tn =R3C1 Khi Transistor T1 mở thì C1 phóng điện qua T1, hằng số thời gian phóng: Tf = RCEC1 Vì RCE rất nhỏ nên Tf . này máy điện một chiều làm việc ở chế độ máy phát. Khi ta đảo chiều quay của động cơ điện một chiều, lúc đó ta không đặt điện áp vào phần ứng động cơ nữa. trong máy điện một mômen làm quay rotor và máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ. Ngợc lại khi quay rotor của máy điện một chiều và đặt điện áp kích