3.3 Chức năng hoạt động của cỏc thành phần
3.3.4 Khối cụng suất
Mụđun cụng xuất cú nhiệm vụ khuếch đại tớn hiệu điều khiển từ bộ điều khiển với mức điện ỏp 0 - 5V thành tớn hiệu cú cụng suất lớn với thế hiệu 0 – 400V và dũng từ 0 – 10A. Để làm đƣợc điều này chỳng ta phải sử dụng cỏc linh kiện cụng suất.
Trong đề tài này, tụi sử dụng mụđun cụng suất IRAMS10UP60 của hóng IRF.
Những nột sơ lược về IRAMS10UP60A: [3]
Với việc sử dụng IRAMS chỳng ta sẽ giảm cỏc thành phần phụ kiện bờn ngoài đồng thời đƣa ra khả năng bảo vệ cao cho hệ thống đồng thời sẽ giải quyết đƣợc một số vấn đề sau:
Đƣa ra một thời gian đúng mở hiệu quả giữa hai mức tớn hiệu High và Low của
IGBT.
Xõy dựng một mạch cú khả năng bảo vệ dũng quỏ tải khi cú sự đúng mở búng
cụng suất IGBT
Chọn đƣợc thời gian chuyển mạch thớch hợp để tối ƣu sự phỏt sinh của nhiễu
đồng thời tăng đƣợc hiệu quả của cụng suất.
Mạch nguyờn lý của IRAMS10UP60A:
IRAMS10UP60A đƣợc tớch hợp:
6 IGBT
6 điốt đảo mạch
Chip điều khiển dịch chuyển mức
3 đi ốt bootstrap
Điện trở kiểm soỏt nhiệt độ .
Sơ đồ khối của mụđun IRAMS10UP60A đƣợc mụ tả trong hỡnh 3.12. Nguyờn lý hoạt động của một đầu vào PWM đƣợc mụ tả trong hỡnh 1.13.
Bảng 3.2 Miờu tả cỏc chõn tớn hiệu của IRAMS10UP60A Thứ tự chõn Tờn tham chiếu Mụ tả 1 VB3 Tụ bootstap pha W 2 VS3 Đầu ra Pha W 3 NC Khụng dựng 4 VB2 Tụ Bootstrap pha V 5 VS2 Đầu ra pha V 6 NC Khụng dựng 7 VB1 Tụ Bootstrap pha U 8 VS2 Đầu ra Pha U 9 NC Khụng dựng
10 +VBus Điện ỏp 1 chiều lớn nhất 600V
11 NC Khụng dựng
12 Le1 Cực Emitter của pha U
Dựng để đo dũng điện chạy trong mạch của pha V
13 Le2 Cực Emitter của pha V
Dựng để đo dũng điện chạy trong mạch của pha V
14 Le3 Cực Emitter của pha W
Dựng để đo dũng điện chạy trong mạch của pha W
15 HIN1 Đầu vào xung mức cao của pha U
16 HIN2 Đầu vào xung mức cao của pha V
17 HIN3 Đầu vào xung mức cao của pha W
18 LIN1 Đầu vào xung mức thấp của pha U
19 LIN2 Đầu vào xung mức thấp của pha V
20 LIN3 Đầu vào xung mức thấp của pha W
21 ITRIP Tớn hiệu đƣa ra nhiệt độ quỏ tải của IRAMS
22 VCC Nguồn +15V
Hai búng cụng suất IGBT 1 và 2 đƣợc điều khiển đúng mở bởi một IC điều khiển. IC này cú một tần số chuyển mạch thớch hợp cho phộp đúng mở cỏc búng cụng suất một cỏch nhịp nhàng nhằm trỏnh sự xung đột giữa chỳng. Trƣớc khi đi vào phõn tớch nguyờn lý hoạt động của mạch, ta sẽ làm rừ khả năng điều khiển đúng mở của IC. Ta cú thể hỡnh dung mạch bờn ngoài của IC nhƣ sau:
Nếu đƣa vào một cặp xung PWM từ hai đầu vào Hin và Lin thỡ IC sẽ kiểm tra xem xung nào đang ở mức HIGH (hai xung Hin và Lin luụn cú mức tớn hiệu ngƣợc chiều nhau)
Khi nhận đƣợc xung Hin ở mức cao, ngay lập tức IC điều khiển sẽ đúng mạch ở sƣờn cao cho phộp IGBT1 hoạt động. Và khi Lin ở mức cao đồng nghĩa với Hin ở mức thấp thỡ IC điều khiển sẽ khúa IGBT1 và mở cổng điều khiển IGBT2. Việc khúa mở đƣợc diễn ra một cỏch nhịp nhàng theo một chu kỳ của dạng súng PWM đƣa vào. Dƣới đõy chỳng ta sẽ tỡm hiểu kỹ hơn nguyờn lý hoạt động của một pha.
Nếu cú xung tớn hiệu điều khiển đúng búng cụng suất IGBT2 thỡ ta coi nhƣ chõn Vs của IC điều khiển đƣợc nối với đất (GND). Tại thời điểm đú tụ Bootstrap Cbs
1
2
Hỡnh 3.13 .Nguyờn lý hoạt động của một đầu vào PWM
PWM
IGBT1
IGBT2
sẽ đƣợc nạp thụng qua điốt Dbs. Ở trờn ta thấy điện trở Rbs đƣợc nối với +15V. Mục đớch của điện trở này là nhằm giảm dũng chạy qua điốt. Sau khi nạp xong thỡ giữa cực Vb và Vs cú một hiệu điện thế khoảng +15V. Ta gọi điện thế này là Vbs. Trờn thực tế để mạch hoạt động đảm bảo, ngƣời ta phải chọn cỏc thụng số về điện trở, điốt và tụ một cỏch thớch hợp. Việc lựa chọn đú nhằm đỏp ứng cỏc tiờu chớ sau đõy:
Điện ỏp Vbs cần phải đƣợc duy trỡ ở một mức điện ỏp lớn hơn mức khúa điện
ỏp của IC điều khiển. Điều này đƣợc giải thớch nhƣ sau: Khi IC điều khiển đúng búng cụng suất IGBT2, quỏ trỡnh nạp kết thỳc, đồng thời mở búng cụng suất IGBT1. Lỳc này, búng IGBT1 sẽ thụng và điện ỏp Vs sẽ cú giỏ trị gần với Vbus. Khi đú điện ỏp Vb sẽ cú giỏ trị là Vbus + Vbs= Vbus + 15V; điện ỏp tại chõn Ho của IC cũng cú giỏ trị khoảng VBus +15V. Nhƣ vậy giữa hai cực của búng cụng suất IGBT1 (giữa chõn Ho và chõn Vs) cú một sự chờnh ỏp khoảng 10-15V. Đú cũng là điều kiện để búng cụng suất thụng.
Thực ra tụ Cbs khụng đƣợc nạp một cỏch chớnh xỏc giỏ trị điện ỏp 15V bởi vỡ
nú cú sự tiờu hao nhiệt khi chạy qua đi ốt và điện trở.
Khi búng cụng suất IGBT1 đƣợc đúng, tụ sẽ đƣợc phúng ra.
Kết luận:
Để xõy dựng đƣợc biến tần điều khiển động cơ, ta cần phải xõy dựng đƣợc 4 phần: khối nguồn, bộ điều khiển giao diện, bộ điều khiển trung tõm, khối cụng suất. Khối nguồn và khối cụng suất ta phải tớnh toỏn chớnh xỏc. Nếu ta khụng tớnh chớnh xỏc cú thể khụng đảm bảo cụng suất mong muốn. Bộ điều khiển giao diện và bộ điều khiển trung tõm đều đƣợc điều khiển bởi chớp PSoC. Ta cần phải chọn chớp PSoC nào đảm bảo đƣợc sự tớch hợp đầy đủ cỏc chức năng của hệ thống.
Thuật toỏn điều khiển động cơ 3 pha và cỏc chức năng bảo vệ đƣợc lập trỡnh trong PSoC. Đõy là phần quan trọng nhất đảm bảo bộ điều khiển hoạt động ổn định và đƣợc bảo vệ tốt. Độ chớnh xỏc của tốc độ động cũng phụ thuộc vào phần mềm tạo cỏc xung PWM điều biờn hỡnh sin. Trong cỏc biến tần hiện đại, phần mềm điều khiển và bảo vệ đúng vai trũ làm tăng tốc độ xử lý, mức độ thụng minh của biến tần. Phần sau sẽ đi sõu vào thiết kế phần mềm của bộ xử lý chuyờn dụng đƣợc thiết kế theo cụng nghệ tạo chip chuyờn dụng PSoC này.
CHƢƠNG 4
THIẾT KẾ CHI TIẾT VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 3 PHA 1 MÃ LỰC