3. Kiến thức chuyên môn:
4.1Mạch mô phỏng
4.1.1 Mô phỏng psim
Mô phỏng bộ “điều khiển tốc độ động cơ qua bộ chỉnh lưu toàn kỳ 1 pha” bằng phần mềm psim như hình sau (ở đây ta mô phỏng động cơ DC kích từ độc lập):
Tốc độ động cơ khi góc kích α = 1200 là n = 216 vòng/phút:
Thêm điện trở phụ (Rf = 0,75Ω) với góc kích α = 1200 tốc độ giảm: n = 156 vòng/phút
4.1.2 So sánh thực tế
Trên thực tế bộ điều khiển tốc độ động cơ có động cơ quay khi được điều chỉnh quay nhanh nhất với tốc độ khoảng 200 vòng/phút, nhưng với phần mềm mô
phỏng psim thì đo được tốc độ tại góc kích 1200 là n = 216 vòng/phút.
Ở đây có sự chênh lệch nhỏ so với thực tế, nguyên nhân có thể là do động cơ mua trên thực tế với các tiêu chuẩn, thông số chỉ gần giống với động cơ trong phần mềm mô phỏng, điện áp đầu vào nguồn 220V có thể không ổn định hoặc máy biến áp 220/12VAC không hoàn toàn giống trong phần mềm mô phỏng, sự tổn thất điện áp rơi trên thyristor, độ chính xác của các thông số của linh kiện chỉ mang tính tương đối, không hoàn toàn chính xác như trong mô phỏng.
4.2 Mạch thực tế
4.2.1 Các khối mạch điều khiển thyristor
- Khối nguồn
Có nhiệm vụ cung cấp nguồn năng lượng cho khối cách ly ngõ ra lấy từ lưới điện xoay chiều 220VAC có tần số f = 50Hz.
- Khối cách ly ngõ vào và ngõ ra:
Hai khối này làm nhiệm vụ cách ly mạch điều khiển thyristor với phần công suất của mạch chỉnh lưu, phân dòng từ phần công suất chảy vào phần điều khiển hay ngược lại. Các khối này thường được sử dụng máy biến áp để cách ly.
- Khối đồng bộ:
Đưa điện áp vào mạch tích phân, làm cho dạng sóng lệch đi một góc 900
và lấy điện áp này so sánh với điện áp điều khiển. Sơ đồ đồng bộ cosin và đồ thị điện áp:
Đồng bộ cosin
Dạng sóng đồng bộ
Tạo đồng bộ cosin trong khoảng từ 0 đến 1800, Uđk và Uđb (chỉ cắt một điểm). Yêu cầu ứng với mỗi giá trị của t thì có một giá trị của U.
- Khối so sánh:
Ta sử dụng đặc tính của OPAMP để thực hiện so sánh điện áp đầu vào cổng V+ và V-, so sánh giữa điện áp đồng bộ (cosin) với điện áp điều khiển Uđk. Khi
Uđb=Uđk thì OPAMP sẽ phát ra một xung vuông để kích cho thyristor. - Khối tạo xung:
Có nhiệm vụ sửa dạng xung đầu ra của bộ so sánh sao cho có độ rộng và biên độ thích hợp với thyristor cần kích. Có thể chọn dòng kích lớn, điện áp kích nhỏ hoặc ngược lại. độ rộng xung được quyết định bởi thời gian dòng qua thyristor đạt đến giá trị dòng cài (tra trong sổ tay nghiên cứu ứng với loại thyristor sử dụng).
Trong thực tế mạch tạo xung vuông thường sử dụng mạch vi phân.
Gọi tx là độ rộng xung: tx = C (R1 // R2) Chọn C = 0.47µF
Chọn R1 và R2 sẽ được độ rộng xung tx thích hợp.
* Nguyên lý hoạt động:
a) Khi điều chỉnh biến trở RV1 kéo lên trên (tăng giá trị biến trở) Bán kỳ dương:
- Dòng điện từ nguồn V1 chạy thành 2 nhánh tới thyristor T1 và điện trở R1. Dòng điện tới chân số 2 của con opamp U1, tại đây U1 sẽ so sánh điện áp giữa chân + và chân -, vì V+ < V- nên điện áp ra tại chân số 1 bằng 0. Chân số 2 của opamp U2 sẽ so sánh điện áp giống như U1, vì V+ > V- nên dòng ra tại chân số 1 của U2 lớn hơn 0. Điện trở R2 có nhiệm vụ hạn dòng. Dòng điện qua diode D4 tới diode D3và kích cho thyristor T1. T1 dẫn khi đồng thời có dòng kích và đang ở trạng thái dẫn thuận, như vậy T1 sẽ dẫn và dòng tới động cơ và làm động cơ quay. Diode D4 có nhiệm vụ chống dòng xuống mass mà không qua động cơ. Còn điện trở R3 và R4 thì hạn dòng nếu dòng qua R2 vẫn còn quá lớn và dẫn dòng xuống mass.
Bán kỳ âm: hoàn toàn tương tự và động cơ được điều khiển ở cả 2 bán kỳ. b) Khi biến trở RV1 kéo xuống dưới (giảm giá trị biến trở)
- Nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống với trường hợp a). Chỉ có điều dòng kích qua D3 (đối với bán kỳ dương) hoặc dòng kích qua D5 (đối với bán kỳ âm) sẽ giảm và dòng điện kích này giảm phụ thuộc vào độ lớn của giá trị biến trở. Giá trị biến trở càng nhỏ, dòng điện kích càng nhỏ và động cơ quay càng chậm. Giá trị biến trở bằng 0, dòng điện kích bằng 0 và động cơ không quay.
Nhận xét: Động cơ được điều khiển tốc độ ở cả 2 bán kỳ và tốc độ này tỷ lệ thuận với giá trị của biến trở RV1.
CHƢƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
5.1 Kết luận
Đề tài đã trình bày nội dung về máy điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng, ứng dụng bộ chỉnh lưu 1 pha toàn kỳ có điều khiển để điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều.
5.2 Hƣớng phát triển của đề tài
Do thời gian còn hạn chế nên đề tài của em chỉ tập trung vào việc mô phỏng trên psim động cơ điện một chiều kích từ độc lập, chưa mở rộng vấn đề của động cơ điện một chiều và so sánh giữa chúng.
Tuy đề tài chỉ mang tính lý thuyết, nội dung nêu ra gồm mạch mô phỏng và mạch thực tế, lý thuyết về máy điện một chiều cũng như bộ chỉnh lưu có điều khiển toàn kỳ 1 pha, nhưng em được sự giúp đỡ của các bạn đã làm mạch điều khiển thực tế động cơ một chiều với đề tài được giao “điều khiển tốc độ động cơ qua bộ chỉnh lưu toàn kỳ 1 pha”.
Đề tài của em có thể mở rộng ra điều khiển tốc độ cho động cơ xoay chiều với bộ biến đổi điện áp trong môn điện tử công suất đã được học.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Văn Nhờ, Giáo trình điện tử công suất 1, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh, năm 2002.