CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.3 Tính toán mạch điều khiển
a) Khâu tạo dao đô Png và khâu tạo răng cưa.
Khuếch đại thuật toán đã chọn là loại TL084. Với điện áp cung cấp là ± 12V.
Chu kỳ dao động: T =4 RCR 1R 2 Chọn tần số băm xung f = 400 Hz Ta có:
Điện áp ra của khâu tạo dao động và tạo răng cưa có dạng răng cưa và có điện áp đỉnh bằng điện áp bão hoà của IC. Với nguồn cấp cho OA là 12V thì điện áp bão hoà của IC khoảng (80% ÷ 90%), 12 V ≈10 V. Ta tính chọn R1, R2, R, C để điện áp ra max của điện áp răng cưa là 10V. Khi đó ta có:
b) Khâu so sánh.
Hình 17: Khuếch đại thuật toán khâu so sánh
Điện áp răng cưa có giá trị max = 10V sau khi được tạo thành từ khâu tạo dao động và răng cưa được đưa vào khâu so sánh và được so sánh với điện áp Uđk để tạo thành điện áp Uss1. Điện áp điều khiển đưa vào khâu so sánh là điện áp một chiều có thể điều chỉnh giá trị trong khoảng – 10V đến + 10V.
c) Khâu xử lý tín hiệu.
Khâu xử lý tín hiệu bao gồm 1 phần tử NAND làm nhiệm vụ đảo dấu tín hiệu USS1 thành USS2. Phần tử NAND trong khâu xử lý tín hiệu có thể được chọn là một vi mạch của họ CMOS 74Cxx. Tín hiệu vào EN được đưa vào từ bên ngoài trên cơ sở những thông tin thu thập được từ khâu phản hồi. Tín hiệu EN dùng để điều khiển lúc nào thì cần đổi dấu của USS1 lúc nào thì giữ nguyên. quy tắc điều khiển của EN:
Mức 1, 0 thể hiện ở giá điện áp vào tương ứng ở mức cao, thấp.
Khi EN = 1: Khâu có 2 tín hiệu ra trái dấu nhau: USS1 và USS2 = - USS1
Khi EN = 0: Khâu có 2 tín hiệu ra bằng nhau: USS1 và USS2 = USS1
Nói cách khác: tín hiệu EN sử dụng khi cần cho động cơ hãm và khi đó EN = 0.
d) Khâu lôgic phân xung.
Khâu lôgic phân xung dùng tín hiệu USS1 và USS2 đã qua khâu xử lý tín hiệu để làmtín hiệu vào. Khâu này sử dụng một IC GD75188 họ CMOS gồm 4 phần tử NAND có cấu tạo như hình vẽ bên.
Thông số:
Điện áp cung cấp: ± 12V Dải nhiệt độ làm việc 0 đến 75o
Công suất tiêu thụ ở 25 C với điện áp cung cấp ± 12V là 576 mWo Điện áp vào nhỏ nhất ở mức cao là 1,9 V
Điện áp vào lớn nhất ở mức thấp là 0,8 V Dòng vào ở mức cao là 10 uA
Dòng vào ở mức thấp là - 1,6 mA
Chọn 2 Diode loại D10D1 để làm nhiệm vụ chặn các xung âm. Các điện trở R7 đến R12 trong mạch chọn khoảng 10 kΩ. Sơ đồ tổng hợp của khâu lôgic phân xung như sau:
Bảng trạng thái thể hiện quy luật điều khiển không đối xứng như sau:
Nhận xét: không được để chế độ cả USS1 và USS2 đều có giá trị 0 vì sẽ xảy ra ngắn mạch gây cháy hỏng, chập mạch. Tuy nhiên với quy luật điều chỉnh của tín hiệu EN ở khâu xử lý tín hiệu, thì khó xảy ra trường hợp cả USS1 và USS2 đều bằng 0.
e) Tính toán điện áp điều khiển
Như ta đã phân tích ở phần mạch lực thì ta đã biết, quy luật điều khiển không đối xứng có 2 cách: ứng với mỗi cách thì động cơ quay theo một chiều
khác nhau, muốn đảo chiều động cơ thì phải đổi cách điều khiển các van IGBT.
Tín hiệu USS1 và USS2 được tạo ra và được điều chỉnh từ khâu xử lý tín hiệu và khâu so sánh. Tín hiệu USS1 được tạo ra từ khâu so sánh và sẽ được điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh Uđk đã được tính toán từ trước. Điều chỉnh Uđk sẽ thay đổi được giá trị của USS1 và USS2 để điều khiển chế độ làm việc của các van IGBT theo quy luật lôgic đặt ra trong khâu lôgic phân xung.
Tín hiệu EN trong khâu xử lý tín hiệu sẽ quyết định chế độ làm việc của động cơ (chiều quay động cơ) là thuận hay nghịch, hay hãm.
Việc điều chỉnh Uss1 và Uss2 bằng Uđk còn có nghĩa là điều chỉnh giá trịγ. Điện áp đặt lên phần ứng của động cơ tỉ lệ với γ, nên điều chỉnh γ có thể điều chỉnh được giá trị điện áp đặt lên phần ứng của động cơ. Khi đó sẽ điều chỉnh được tốc độ của động cơ.
Như vậy, phải điều chỉnh điện áp Uđk và tín hiệu EN thu được từ khâu phản hồi tốc độ để điều chỉnh được chế độ làm việc của động cơ và ứng với từng chế độ quay thuận và quay ngược thì dải điều chỉnh tốc độ là 3:1.
Tín hiệu EN luôn ở mức cao (+12V) khi động cơ làm việc ở chế độ thuận và nghịch và tín hiệu EN ở mức thấp (0V) khi động cơ ở chế độ hãm.
Xét chế đô P quay thuận. (Uss1 =1; USS2 = 0)
Van S1 và S4 làm việc ngược nhau, van S2 luôn mở, van S3 luôn khoá.
Theo phần lý thuyết
Ta có: Ut = γU mà γ có giá trị từ 0 đến 1.
Khi γ = 1, điện áp đặt lên động cơ có giá trị lớn nhất. Ta có Ut=U =Uđm=12 V tương ứng với tốc độ lớn nhất ωmax. Vì dải điều chỉnh tốc độ của động cơ là 3:1. Do đó dải điều chỉnh điện áp ra tải tương ứng của động cơ sẽ là 3 :1. Khi đó, tốc độ ωmin sẽ tương ứng với điện áp đặt lên phần ứng động cơ là nhỏ nhất.
Utmin=Udm 3 =12
3=4 V Và Utmin=γ.Udm=Udm
3 ⟹γ =0,333
Như vậy dải điều chỉnh của γ là γ = 0,333 đến 1 + Ta có:
γmax=t0 max
T =1⇒T 2,5 ms= (giátrịtạo thànhở khâutạo daođộng ).
Mà khi Uđk > URC thì tín hiệu USS tạo thành có giá trị max, hình thành giá trị thời gian to cho động cơ quay thuận. Như vậy khi tomax= T tức là Uđk có giá trị lớn nhất = giá trị đỉnh trên của xung răng cưa = + 10V
Vậy Uđkmax = 12V cho điện áp phần ứng lớn nhất do đó tốc độ của động cơ lớn nhất.
+Ta cóγmin=tomin
T =0,333⇒t0 min=0,333.2,5=0,8325 ms Do đóγmin=tomin
T .URC=0,333.10 3,33 V khiđó tốc độđộngcơ nhỏnhất .= Như vậy bằng cách thay đổi U trong khoảng 3.33(V) đến 10(V) ta sẽ điềudk
chỉnh được tốc độ động cơ ở chế độ thuận trong dải điều chỉnh là 3:1
Xét chế đô P quay ngược. (Uss1 = 0; USS2 = 1)
Van S3 và S2 làm việc ngược nhau, van S4 luôn mở, van S1 luôn khoá.
Theo phần lý thuyết
Ta có: U = t γ U mà γ có giá trị từ 0 đến 1.
Khi γ = 1, điện áp đặt lên động cơ có giá trị lớn nhất. Ta có Ut=U =Udm=−12 V tương ứng với tốc độ lớn nhất ωmax và lúc này điện áp đặt lên động cơ ngược với chiều điện áp cung cấp. Vì dải điều chỉnh tốc độ của động cơ là 3:1. Do đó dải điều chỉnh điện áp ra tải tương ứng của động cơ sẽ là 3 :1. Khi đó, tốc độ ωmin sẽ tương ứng với điện áp đặt lên phần ứng động cơ là nhỏ nhất.
|Utmin|=Udm 3 =12
3=4 V Và Utmin=γ.Udm=Udm
3 ⟹γ =0,333
Như vậy dải điều chỉnh của γ là γ = -1 đến -0,333 + Ta có:
γmax=t0 max
T =1⇒T 2,5 ms= (giátrịtạo thànhở khâutạo daođộng ).
Mà khi U < U thì tín hiệu USS tạo thành có giá trị bằng 0, hình thành giáđk RC
trị thời gian to cho động cơ quay ngược. Như vậy khi tomax = T tức là U có giáđk
trị nhỏ nhất = giá trị đỉnh dưới của xung răng cưa = - 10V
Vậy Uđkmin = - 10V cho điện áp phần ứng lớn nhất do đó tốc độ của động cơ lớn nhất theo chiều ngược.
+Ta cóγmin=tomin
T =0,333⇒t0 min=0,333.2,5=0,8325 ms Do đóγmin=tomin
T .URC=−0,333.10=−3,33 V khi đótốc độđộngcơ nhỏnhất theochiều ngược.
Như vậy bằng cách thay đổi Udk trong khoảng -10(V) đến -3.33(V) ta sẽ điều chỉnh được tốc độ động cơ ở chế độ ngược trong dải điều chỉnh là 3 :1.