Đề tài Thiết kế bộ băm xung 1 chiều có đảo chiều để điều chỉnh động cơ 1 chiều

mục lục: Lời nói đầu Giới thiệu về động cơ điện một chiều I.1 Đặt vấn đề ộng cơ điện một chiều. I.2.1 Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều I.2.2 Động cơ điện kích thích I.2 Tổng quan về độc lập I.3 Các vấn đề khác khi điều khiển động cơ điện một chiều. I.3.1 Các góc phần tư làm việc I.3.2 Các chế độ làm việc của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập I.3.3 Vấn dề phụ tải I.4 Các phương án tổng thể Chương II Mạch băm xung II.1 Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC) II.1.1 Phương pháp thay đổi độ rộng xung II.1.2 Phương pháp thay đổi tần số xung II.1.3 Nhận xét II.2 Các sơ đồ băm xung II.2.1 Sơ đồ giảm áp (Step-down (Buck)) II.2.2 Biến đổi tăng áp (step-up (boost)) II.2.3 Sơ đồ băm đảo cưc (Step-down/up (buck-boost)) II.2.4 Bộ đảo dòng II.2.5 Bộ đảo áp II.2.6 Bộ Chopper lớp E 1. Sơ đồ nguyên lý 2. Các phương pháp điều khiển II.3 Kết luận II.3.1 Chọn mạch lực II.3.2 Chọn phương pháp điều khiển II.3.3 Chọn van bán dẫn Chương III Thiết kế mạch lực III.1. Tính toán chọn van III.1.1 Chọn Diode cụng suất III.1.2 Chọn các van bán dẫn Chương IV Thiết kế mạch điều khiển IV.1. Yêu cầu chung của mạch điều khiển IV.2. Nguyên lý của mạch điều khiển

doc74 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 3035 | Lượt tải: 3download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Thiết kế bộ băm xung 1 chiều có đảo chiều để điều chỉnh động cơ 1 chiều, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
dω>0 Pc=Mdω<0 ω M Mc Mc Mc Mc Tr¹ng th¸i h·m vµ tr¹ng thaÝ ®éng c¬ ®­îc ph©n bè trªn ®Æc tÝnh c¬ ë gãc phÇn t­ t­¬ng øng víi chiÒu m«men vµ tèc ®é nh­ h×nh vÏ. + I, III: tr¹ng th¸i ®éng c¬ ( cïng chiÒu víi M). + II, IV: tr¹ng th¸i h·m ( ng­îc chiÒu víi M). C«ng suÊt c¬ Pc¬=M®. C«ng suÊt ®iÖn cña ®éng c¬ P®=Pc¬+P (P: tæn hao c«ng suÊt) 1.3.2 C¸c chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp a) Khëi ®éng XuÊt ph¸t tõ ph­¬ng tr×nh ®Æ tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (*) Khi khëi ®éng nªn .ë ®éng c¬ c«ng suÊt trung b×nh vµ lín th× R­ th­êng cã gi¸ trÞ nhá nªn dßng ®iÖn khëi ®éng ban ®Çu (dßng ng¾n m¹ch) t­¬ng ®èi lín Víi gi¸ trÞ dßng lín, sÏ kh«ng cho phÐp vÒ mÆt chuyÓn m¹ch vµ ph¸t nãng cña ®éng c¬ còng nh­ sôt ¸p trªn l­íi ®IÖn.t¸c h¹i nµy cßn nghiªm träng h¬n ®èi víi nh÷ng hÖ thèng cÇn khëi ®éng (Khi h·m m¸y còng x¶y ra hiÖn t­îng t­¬ng tù). VËy qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ còng ph¶i g¾n víi chÕ ®é khëi ®éng. Ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn tèi thiÓu DÔ ®i ®Õn mét nhËn xÐt lµ lùa chän ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn gi¶m ¸p phÇn øng lµ phï hîp h¬n c¶ v× khi khèng chÕ dßng ng¾n m¹ch o chÕ ®é khëi ®éng cßn h¹n chÕ ®­îc ®iÖn ¸p khëi ®«ng. Do ®iÒu khiÓn lµ lµm gi¶m ¸p. b) ChÕ ®é h·m. H·m lµ tr¹ng th¸i mµ ®éng c¬ sinh ra m«men quay ng­îc chiÒu tèc ®é quay, §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã ba tr¹ng th¸i h·m: h·m t¸i sinh, h·m ng­îc, vµ h·m ®éng n¨ng. b.1) H·m t¸i sinh X¶y ra khi tèc ®é quay cña ®éng c¬ lín h¬n tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng. Khi ®ã U­ > E­. §éng c¬ lµm viÖc nh­ mét m¸y ph¸t ®iÖn song song víi l­íi. So víi chÕ ®é ®éng c¬, dßng ®iÖn vµ m«men h·m ®· ®æi chiÒu x¸c ®Þnh theo biÓu thøc . TrÞ sè h·m sÏ lín dÇn cho ®Õn khi c©n b»ng víi m«men phô t¶i th× hÖ thèng lµm viÖc æn ®Þnh víi tèc ®é . V× s¬ ®å ®Êu d©y cña m¹ch ®éng c¬ kh«ng ®æi nªn ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ t­¬ng tù nh­ng m«men cã gi¸ trÞ ©m. §­êng ®Æc tÝnh c¬ n»m trong gãc phÇn t­ thø hai vµ thø t­ (h×nh 2-14 tt®) Trong h·m t¸i sinh, dßng ®iÖn h·m ®æi chiÒu vµ c«ng suÊt ®­îc ®­a tr¶ vÒ l­íi ®iÖn cã gi¸ trÞ P = (E-U) I. §©y lµ ph­¬ng ph¸p h·m kinh tÕ nhÊt v× ®éng c¬ sinh n¨ng l­îng h÷u Ých. VÝ dô: c¬ cÊu n©ng h¹ cÇn trôc. Khi n©ng t¶i ®éng c¬ ®­îc ®Êu vµo nguån theo cùc tÝnh thuËn vµ lµm viÖc trªn ®Æc tÝnh c­ lµm trong gãc phÇn t­ thø nhÊt. Khi muèn h¹ t¶i ph¶i ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬. Lóc nµy nÕu m«men do träng t¶i g©y ra lín h¬n m«men ma s¸t trong c¸c bé phËn chuyÓn ®éng cña ®éng c¬ xh tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh. Tèc ®é h¹ cÇn trôc t¨ng dÇn tíi b.2) H·m ng­îc X¶y ra khi phÇn øng d­íi t¸c dông cña ®éng n¨ng tÝch luü trong c¸c bé phËn chuyÓn ®éng hoÆc do thÐe n¨ng quay ng­îcchiÒu víi m« men ®iÖn tõ cña ®éng c¬, m«men cña ®éng c¬ khi ®ã chãng l¹i sù chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu s¶n xuÊt. b.2.1) H·m ng­îc khi ®­a ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng (t¨ng t¶i) §Æc tÝnh h·m ng­îc s®® t¸c dông cïng chiÒu víi ®iÖn ¸p l­íi, §éng c¬ lµm viÖc nh­ mét m¸y ph¸t nèi tiÕp víi l­íi ®iÖn, biÕn ®iÖn n¨ng nhËn tõ l­íi ®iÖn vµ c¬ n¨ng thµnh nhiÖt ®èt nãng ®iÖn trë tæng m¹ch phÇn øng, v× vËy tæn thÊt lín. b.2.2) §¶o chiÒu ®iÖn ¸p phÇn øng Dßng ®iÖn Ih ng­îc chiÒu víi chiÒu lµm viÖc cña ®äng c¬ vµ cã thÓ kh¸ lín Nªn rÊt nguy hiÓm ph¶i cã biÖn ph¸p h¹n chÕ dßng trong ph¹m vi cho phÐp: c) H·m ®éng n¨ng Lµ tr¹ng th¸i ®éng c¬ lµm viÖc nh­ mét m¸y ph¸t mµ n¨ng l­îng c¬ häc cña ®éng c¬ ®­îc tÝch luü ®­îc trong qu¸ tr×nh lµm viÖc tr­íc ®ã biÕn thµnh ®iÖn n¨ng tiªu t¸n d­íi d¹ng nhiÖt c.1) H·m ®éng n¨ng tô kÝch tõ ®éc lËp Khi ta c¾t phÇn øng ®éng c¬ khái l­íi ®iÖn mét chiÒu vµ ®ãng vµo mét ®iÖn trë h·m Chøng tá Ihdvµ Mhd ng­îc chiÒu víi tèc ®é ban ®Çu. N¨ng l­îng chñ yÕu ®­îc t¹o ra do ®éng n¨ng tiªu tèn chØ n»m trong m¹ch kÝch tõ. c.2) H·m ®éng n¨ng tù kÝch Nh­îc ®iÓm lµ nÕu mÊt ®iÖn th× kh«ng thùc hiÖn h·m ®­îc do cuén d©y kÝch tõ vÉn ph¶i nèi víi nguån.muèn kh¾c phôc ng­êi ta sö dông ph­êng ph¸p h·m ®éng n¨ng tù kÝch tõ. Nã x¶y ra khi ta c¾t c¶ phÇn øng lÉn cuén kÝch tõ ra khái l­íi ®iÖn khi ®«ng c¬ quay ®Ó ®ãng vµo mét ®iÖn trë h·m. Trong qu¸ tr×nh h·m tèc ®é gi¶m dÇn, dßng kÝch tõ gi¶m dÇn vµ do ®ã tõ th«ng gi¶m dÇn vµ lµ hµm tèc ®é v× vËy ®Æc tÝnh c¬ nh­ ®Æc tÝnh kh«ng t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn tù kÝch thÝch vµ phi tuyÕn.so víi ph­¬ng ph¸p h·m ng­îc. H·m ®éng n¨ng cã hiÖu qu¶ kÐm h¬n khi chóng cã cïng tèc ®é vµ m«men c¶n, tuy nhiªn h·m ®éng n¨ng ­u viÖt h¬n vÒ mÆt n¨ng l­îng ®Æc biÖt h·m ®éng n¨ng tù kÝch v× kh«ng tiªu thô n¨ng l­îng tõ l­íi. Sö dông ®­îc kÓ c¶ khi mÊt ®iÖn. 1.3.3 VÊn dÒ phô t¶i §Æc tÝnh cña phô t¶i còng lµ vÊn ®Ò cÇn ph¶i quan t©m khi ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. Víi c¸c lo¹i kh¸c nhau ta sÏ chän ph­¬ng ph¸p phï hîp vµ tÝnh to¸n kh¸c nhau.cã thÓ ph©n ra thµnh 3 lo¹i c¬ b¶n theo sù thay ®æi cña m«men c¶n theo tèc ®é. Khi tèc ®é ®éng c¬ thay ®æi, m«men phô t¶i cã thÓ lµ + Kh«ng ®æi: thang m¸y... (1) + T¨ng: nh­ trong qu¹t giã, b¬m... + Gi¶m: c¸c c¬ cÊu m¸y cuèn d©y, cuèn giÊy, truyÒn ®éng quay trôc chÝnh m¸y c¾t gät kim lo¹i... 1 2 3 4 Ta th­êng mong muèn ®Æc tÝnh nµy lµ tuyÕn tÝnh (4) v× vÊn ®Ò thiÕt kÕ sÏ phøc t¹p lªn rÊt nhiÒu khi sù thay ®æi l¹i lµ phi tuyÕn ®Æc biÖt lµ khi t¶i biÕn ®æi. Nªn ë ®©y ta sÏ chØ xÐt tr­êng hîp phô t¶i cã m«men lµ h»ng sè trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. Qua ph©n tÝch trªn ®©y, viÖc ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p phÇn øng ®­îc chän lµ phï hîp. gi¶i ph¸p mµ ng­êi ta th­êng dïng hiÖn nay lµ b¨m xung ¸p ®iÒu khiÓn dã ra b»ng bé b¨m xung ¸p mét chiÒu mµ ta sÏ ®Ò cËp ë vÊn ®Ò tiÕp theo. I.4.Ph©n tÝch c¸c ph­¬ng ¸n tæng thÓ. I.4.1.c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ I.4.1.1.HÖ sè ®Ëp m¹ch ®iÖn ¸p ra c¸c bé chØnh l­u §iÖn ¸p ra c¸c bé chØnh l­u cã hÖ sè ®Ëp m¹ch: k= Trong ®ã: k lµ hÖ sè ®Ëp m¹ch U lµ biªn ®é sãng hµi bËc 1 U lµ thµnh phÇn kh«ng ®æi k= lµ sè lÇn ®Ëp m¹ch trong 1 chu k× ®iÖn ¸p l­íi lµ gãc më HÖ sè ®Ëp m¹ch k ë 1 sè s¬ ®å chØnh l­u víi c¸c gãc më kh¸c nhau: 0 30 60 89 ChØnh l­u tia 3 pha 0.25 0.50 1.32 43 ChØnh l­u cÇu 3 pha 0.057 0.206 0.597 19.64 I.4.1.2.C«ng su©t tÝnh to¸n MBA nguån S: S ChØnh l­u tia 3 pha 1.35P ChØnh l­u cÇu 3 pha 1.05 P I.4.2.Ph©n tÝch c¸c ph­¬ng ¸n I.4.2.1.S¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha cã ®iÒu khiÓn S¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha cã nh÷ng ®Æc ®iÓm sau: -HÖ sè sö dông MBA lµ 1.35, kh¸ lín so víi 1.05 cña s¬ ®å cÇu 3 pha. V× vËy lµm t¨ng ®¸ng kÓ c«ng suÊt, kÝch th­íc vµ khèi l­îng MBA. -HÖ sè ®Ëp m¹ch lín, d¹ng ®iÖn ¸p ra xÊu dÉn ®Õn t¨ng kÝch th­íc bé läc -§Ó t¶I ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu cã thÓ ®¶o chiÒu quay th× ph¶I ®Êu song song ng­îc 2 bé chØnh l­u, lµm t¨ng sè l­îng van, kÝch th­íc, gi¸ thµnh thiÕt bÞ. V× nh÷ng lÝ do trªn mµ ta kh«ng dïng s¬ ®å nµy. I.4.2.2.S¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn §Æc ®iÓm s¬ ®å nµy: -Khi gãc ®iÒu khiÓn thay ®æi tõ 0 ®Õn 90 th× hÖ sè ®Ëp m¹ch thay ®æi kh¸ nhiÒu, tõ 0.057 ®Õn 19.64. Nh­ vËy d¹ng ®iÖn ¸p ra còng kh«ng ®Ñp, lµm t¨ng kÝch th­íc, khèi l­îng bé läc tr­íc khi cÊp cho t¶I ®éng c¬. -Còng nh­ s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha, ®Ó cã thÓ ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ ta ph¶I ®Êu song song ng­îc 2 bé chØnh l­u, dÉn ®Õn t¨ng sè l­îng van, t¨ng kÝch th­íc thiÕt bÞ. I.4.2.3.Dïng 1 bé chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®iÒu khiÓn vµ 1 bé b¨m xung 1 chiÒu cã ®¶o chiÒu. §Æc ®iÓm: -HÖ sè sö dông MBA lµ 1.05, nªn c«ng suÊt thiÕt kÕ, khèi luîng MBA gi¶m ®I nhiÒu -§iÖn ¸p ra bé chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®iÒu khiÓn cã hÖ sè ®Ëp m¹ch lµ 0.057 kh¸ b»ng ph¼ng nªn gi¶m ®uîc kÝch th­íc, khèi luîng bé läc tr­íc khi cÊp cho m¹ch b¨m ¸p 1 chiÒu. -M¹ch b¨m ¸p 1 chiÒu víi tÇn sè b¨m xung 200-400 Hz ®· cã thÓ cho chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra kh¸ tèt -Ngoµi ra bé b¨m xung 1 chiÒu lµm viªc tin cËy, ®é chÝnh x¸c cao, dÔ ®iÒu chØnh. Qua ph©n tÝch trªn ta they víi yªu cÇu thiÕt bÞ gän nhÑ, chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt th× chän s¬ ®å b¨m xung 1 chiÒu cã ®¶o chiÒu lµ hîp lý. Chương II BĂM XUNG MỘT CHIỀU (BXDC) II.1 Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC): BXDC có chức năng biến đổi điện áp một chiều, nó có ưu điểm là có thể thay đỏi điện áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi cao vì tổn thất của bộ biến đổi chủ yếu trên các phần tử đóng cắt rất nhỏ. So víi c¸c ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu nh­ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh b»ng biÕn trë, b»ng m¸y ph¸t mét chiÒu, b»ng bé biÕn ®æi cã kh©u trung gian xoay chiÒu, b»ng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn... th× ph­¬ng ph¸p dïng m¹ch b¨m xung cã nhiÒu ­u ®iÓm ®¸ng kÓ: ®iÒu chØnh tèc ®é vµ ®¶o chiÒu dÔ dµng, tiÕt kiÖm n¨ng l­îng, kinh tÕ vµ hiÖu qu¶ cao, ®ång thêi ®¶m b¶o ®­îc tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh cña ®éng c¬. Cïng víi sù ph¸t triÓn vµ øng dông ngµy cµng réng r·i c¸c linh kiÖn b¸n dÉn c«ng suÊt lín ®· t¹o nªn c¸c m¹ch b¨m xung cã hiÖu suÊt cao, tæn thÊt nhá, ®é nh¹y cao, ®iÒu khiÓn tr¬n tru, chi phÝ b¶o tr× thÊp, kÝch th­íc nhá. M¹ch b¨m xung ®Æc biÖt thÝch hîp víi c¸c ®éng c¬ mét chiÒu c«ng suÊt nhá. Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốn mặc dù điện thế đầu vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đầu ra của chỉnh lưu), tải có thể thay đổi.Với một giá trị điện thế vào cho trước, điện thế trung bình đầu ra có thể điều khiển theo hai cách: - Thay đổi độ rộng xung. - Thay đổi tần số băm xung. t t1 t2 T II.1.1 Ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®é réng xung Néi dung cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ thay ®æi t1, gi÷ nguyªn T. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p ra khi thay ®æi ®é réng lµ: Trong ®ã ®Æt: lµ hÖ sè lÊp ®Çy, cßn gäi lµ tØ sè chu kú. Nh­ vËy theo ph­¬ng ph¸p nµy th× d¶i ®iÒu chØnh cña Ura lµ réng (0 < e £ 1). II.1.2 Ph­¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè xung Néi dung cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ thay ®æi T, cßn t1 = const. Khi ®ã: VËy Ud = U . Ngoµi ra cã thÓ phèi hîp c¶ hai ph­¬ng ph¸p trªn. Thùc tÕ ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é réng xung ®­îc dïng phæ biÕn h¬n v× ®¬n gi¶n h¬n, kh«ng cÇn thiÕt bÞ biÕn tÇn ®i kÌm. II.1.3 Nhận xét Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM (Pulse Width Modulation).Theo phương pháp này tân số băm xung sẽ là hằng số.Việc điều khiển trạng thái đóng mỏ của van dựa vào viêc so sánh một điện áp điều khiển với một sóng tuần hoàn (thường là dạng tam giác(Sawtooth)) có biên độ đỉnh không đổi.Nó sẽ thiết lập tần số đóng cắt cho van,tần số đóng cắt này là không đổi với dải tẩn từ 400Hz đến 200kHz.Khi thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược lại khóa van. off on Ura II.2 Các sơ đồ băm xung: S¬ ®å nguyªn lý nh­ sau: PhÇn tö ®iÒu chØnh quy ­íc lµ kho¸ S (van bán dẫn điều khiển). §Æc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ kho¸ S, cuén c¶m vµ t¶i m¾c nèi tiÕp. T¶i cã tÝnh chÊt c¶m kh¸ng hoÆc dung kh¸ng. Bé läc L & C. §i-«t m¾c ng­îc víi Ud ®Ó tho¸t dßng t¶i khi kho¸ K ng¾t. + S ®ãng Þ U ®­îc ®Æt vµo ®Çu cña bé läc. Lý t­ëng th× ud = U (nÕu bá qua sôt ¸p trªn c¸c van trong bé biÕn ®æi). + S më Þ hë m¹ch gi÷a nguån vµ t¶i, nh­ng vÉn cã dßng id do n¨ng l­îng tÝch luü trong cuén L vµ Lt¶i, dßng ch¹y qua D, do ®ã ud=0. Nh­ vËy, Ud £ U. T­¬ng øng ta cã bé biÕn ®æi h¹ ¸p. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: S¬ ®å nh­ sau: §Æc ®iÓm: L nèi tiÕp víi t¶i, kho¸ S m¾c song song víi t¶i. Cuén c¶m L kh«ng tham gia vµo qu¸ tr×nh läc gîn sãng mµ chØ cã tô C ®ãng vai trß nµy. + S ®ãng, dßng ®iÖn tõ +U qua L ® S ® -U. Khi ®ã D t¾t v× trªn tô cã UC (®· ®­îc tÝch ®iÖn tr­íc ®ã). + S ng¾t, dßng ®iÖn ch¹y tõ +U qua L ® D ® T¶i. V× tõ th«ng trong L kh«ng gi¶m tøc thêi vÒ kh«ng do ®ã trong L xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng tù c¶m eL, cã cïng cùc tÝnh U. Do ®ã tæng ®iÖn ¸p: ud =U + eL. VËy ta cã bé biÕn ®æi t¨ng ¸p. §Æc tÝnh cña bé biÕn ®æi lµ tiªu thô n¨ng l­îng tõ nguån U ë chÕ ®é liªn tôc vµ n¨ng l­îng truyÒn ra t¶i d­íi d¹ng xung nhän. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: a. S¬ ®å m¾c nh­ sau: Tải là động cơ mmột chiều được thay bởi mạch tương đương R-L-E. L1 chØ ®ãng vai trß tÝch luü n¨ng l­îng. C ®ãng vai trß läc b. Hoạt động + S ®ãng, trªn L1 cã U, dßng ch¹y tõ +U ® S ® L1 ® -U. N¨ng l­îng tÝch luü trong cuén c¶m L1; ®i-«t D t¾t; Ud =UC, tô C phãng ®iÖn qua t¶i. + S ng¾t, cuén c¶m L1 sinh ra søc ®iÖn ®éng ng­îc chiÒu víi tr­êng hîp ®ãng Þ D th«ng Þ n¨ng l­îng tõ tr­êng n¹p vµ C, tô C tÝch ®iÖn; ud sÏ ng­îc chiÒu víi U. VËy ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ®¶o dÊu so víi U. Gi¸ trÞ tuyÖt ®èi |Ud| cã thÓ lín h¬n hay nhá h¬n U nguồn II.2.4 Bộ Chopper lớp C (Bộ đảo dòng) Sơ đồ nguyên lý Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tương đương R-L-E Nguyên lý hoạt động. Chế độ động cơ: Trong khoảng , động cơ được nối nguồn qua ,điện áp đặt lên động cơ là U. Trong khoảng , ngắt,động cơ được nối ngắn mạch qua ,điện áp đặt lên động cơ là 0. Chế độ hãm tái sinh: Trong khoảng , ngắt,động cơ được nối nguồn qua ,điện áp đặt lên động cơ làU. Trong khoảng , dẫn,động cơ được nối ngắn mạch qua ,điện áp đặt lên động cơ là 0. Biểu đồ dạng sóng dòng và áp trên tải t t t t 0 0 0 0 d.)Tính toán các thông số trên sơ đồ. Trong khoảng () dẫn, điện áp đặt lên động cơ là U, ta có: . Giải bằng phương pháp toán tử Laplace: Trong khoảng () dẫn, điện áp đặt lên động cơ là 0, ta có: . Giải bằng phương pháp toán tử Laplace: ; trong đó Điện áp trung bình trên động cơ: Dòng điện trung bình: Độ nhấp nhô dòng điện: Do nên sử dụng công thức tính gần đúng ta được Dòng trung bình qua () là: Dòng trung bình qua () là: II.2.5 Bộ đảo áp a) Sơ đồ nguyên lý b) Nguyên tắc điều khiển: Chu kì đóng cắt của mỗi van là T, S1 và S2 được kích dẫn lệch pha một khoảng thời gian T/2, mỗi van S1, S2 được kích với góc dẫn γ. c) Nguyên lý hoạt động Chế độ động cơ () t t t t 0 0 0 0 Trong các khoảng và thì S1 và S2 cùng dẫn, điện áp đặt lên phần ứng động cơ là U, dòng điện qua động cơ tăng từ tới Imax ta có phương trình: . Trong các khoảng và thì S1 và S2 không đồng thời dẫn,do đó động cơ được nối ngắn mạch qua các diot D1 hoặc D2,điện áp dặt lên động cơ là 0,dòng điện qua động cơ giảm từ xuống , ta có phương trình . Các thông số của mạch Biểu thức dòng tải Trong khoảng : điện áp đặt lên động cơ là U. Dòng qua động cơ tăng từ Imin tới Imax. Phương trình dòng qua động cơ: Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace ta có: . Trong khoảng : dòng id ngắn mạch qua S1 và D2 điện áp đặt lên động cơ là 0, id giảm từ Imax về Imin. Phương trình dòng qua động cơ: . Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace ta có: trong đó Với điều kiện , dựa vào hai phương trình trên ta có: ; trong đó Độ nhấp nhô dòng điện: Điện áp trung bình đặt trên động cơ: Dòng điện trung bình Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các phần tử là V Dòng trung bình qua các van S1, S2: Dòng trung bình qua các diot: Chế độ hãm tái sinh () Trong khoảng động cơ được ngắn mạch qua S1 và D2, dòng điện qua động cơ tăng từ Imin tới Imax, điện áp đặt lên động cơ là 0, ta có phương trình:(đối với sơ đồ này thì khi làm việc ở chế độ hãm tái sinh phải đảo chiều quay của động cơ).Giải phương trình trong khoảng xét ta được:(1) Trong khoảng , động cơ trả năng lượng về nguồn qua các diot D1 và D2, dòng qua động cơ giảm từ Imax xuống Imin, ta có phương trình . Giải phương trình trong khoảng xét ta được:(2) Điện áp trung bình đặt lên động cơ: Dòng điện trung bình là: Dòng trung bình qua các van S1, S2 là: Dòng trung bình qua các diot D1, D2là: Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các van là: 2.2.6 Bộ Chopper lớp E §©y lµ bé b¨m xung mét chiÒu cã ®¶o chiÒu 1. Sơ đồ nguyên lý ë ®©y ta sö dông van b¸n dÉn IGBT. Bé BXMC dïng van ®iÒu khiÓn hoµn toµn IGBT cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p vµ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn t¶i . Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng tù ®éng cã yªu cÇu ®¶o chiÒu ®éng c¬ do ®ã bé biÕn ®æi nµy th­êng hay dïng ®Ó cÊp nguån cho ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã nhu cÇu ®¶o chiÒu quay. C¸c van IGBT lµm nhiÖm vô kho¸ kh«ng tiÕp ®iÓm .C¸c §i«t §1,§2,§3,§4 dïng ®Ó tr¶ n¨ng l­îng ph¶n kh¸ng vÒ nguån vµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh h·m t¸i sinh. Cã c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kh¸c nhau nh­ : §iÒu khiÓn ®éc lËp,®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng vµ ®iÒu khiÓn ®èi xøng . 2. Các phương pháp điều khiển a.Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éc lËp NÕu ta muèn ®éng c¬ ch¹y theo chiÒu nµo th× ta sÏ chØ cho mét cÆp van ch¹y ,cÆp cßn l¹i sÏ kho¸. +Muèn cho ®éng c¬ quay thuËn cho S1,S2 dÉn ,S3,S4 nghØ . +Muèn cho ®éng c¬ quay nghÞch cho S1,S2 nghØ ,S3,S4 dÉn . b. Phương pháp điều khiển không đối xứng Gi¶ sö ®éng c¬ quay theo chiÒu thuËn (®éng c¬ sÏ lµm viÖc ë gãc phÇn t­ thø 1vµ thø 2) t­¬ng øng víi cÆp van S1,S2 lµm viÖc ,S3 lu«n bÞ kho¸ ,S4 ®­îc ®ãng më ng­îc pha víi S1. Bé BXMC cã 3 tr¹ng th¸i lµm viÖc : Tr¹ng th¸i 1: E>Et : §éng c¬ lµm viÖc ë gãc phÇn t­ thø nhÊt .N¨ng l­îng cÊp cho ®éng c¬ ®­îc cÊp tõ nguån th«ng qua c¸c van S1,S2 dÉn trong kho¶ng 0t1 . +Trong kho¶ng t1T :N¨ng l­îng tÝch tr÷ trong ®iÖn c¶m sÏ duy tr× cho dßng ®iÖn theo chiÒu cò vµ khÐp m¹ch qua S2,§4. Tr¹ng th¸i 2: E<Et : §éng c¬ lµm viÖc ë gãc phÇn t­ thø 2 (chÕ ®é h·m) +Trong kho¶ng 0t1 :§éng c¬ tr¶ n¨ng l­îng vÒ nguån th«ng qua c¸c §i«t §1,§2 (I§1=I§2=It) +Trong kho¶ng t1T :S4 dÉn ,dßng t¶i khÐp m¹ch qua §2 ,S4 (I§2=IS4=It) Tr¹ng th¸i 3: E=Et : +Trong kho¶ng 0t0: Et >E :§éng c¬ tr¶ n¨ng l­îng vÒ nguån qua §1 vµ §2 (I§1=I§2=It) +Trong kho¶ng t0t1 :E>Et : §éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ N¨ng l­îng tõ nguån qua S1 ,S2 cÊp cho ®éng c¬ +Trong kho¶ng t1t2: S1 khãa ,S4 më .N¨ng l­îng tÝch luü trong ®iÖn c¶m sÏ cÊp cho ®éng c¬ vµ duy tr× dßng ®iÖn qua §2 ,§4 +Trong kho¶ng t2T :Khi n¨ng l­îng dù tr÷ trong ®iÖn c¶m hÕt ,suÊt ®iÖn ®éng ®éng c¬ sÏ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn vµ dßng t¶i sÏ khÐp m¹ch qua S4 ,§2 §Ó ®éng c¬ lµm viÖc theo chiÒu ng­îc l¹i ,luËt ®iÒu khiÓn c¸c van sÏ thay ®æi theo chiÒu ng­îc l¹i C¸c biÓu thøc tÝnh to¸n: +Gi¸ trÞ dßng trung b×nh qua t¶i Ta cã Do ®ã R.It +E=U +Dßng trung b×nh qua van Víi Rót gän ta cã IS =It +Dßng trung b×nh qua §i«t +Gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p ra t¶i Ut=U VËy ®Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ta chØ cÇn ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i c.Phương pháp điều khiển đối xứng Cách 1: Điện áp ra đơn cực tính (Unipolar Voltage Switching) Nguyên tắc điều khiển Chu kì đóng cắt của các van bán dẫn là 2T; S1 dẫn trong khoảng , S2 dẫn trong khoảng ;S3 dẫn trong khoảng , và S4 dẫn trong khoảng . +Chế độ làm việc ở góc phần tư 1() t t t 0 0 t t t * Trong khoảng 1, S1 và S2 được kích dẫn, động cơ được nối với nguồn U, dòng phần ứng tăng. * Trong khoảng2, S2 tắt, S3 được kích dẫn, do phần ứng có tính chất điện cảm nên dòng qua phần ứng ngắn mạch qua S1 và D3. Lúc này điện áp đặt lên động cơ là 0, dòng trong động cơ giảm. * Trong khoảng 3, S2 lại được kích dẫn, S3 tắt, do đó động cơ được cấp điện áp U từ nguồn, dòng qua phần ứng tăng. * Trong khoảng 4, S4 được kích dẫn, S1 tắt, do đó dòng qua phần ứng khép mạch qua S2 và D4, dòng qua phần ứng giảm do ngược chiều suất điện động E. Tính các thông số trong mạch Khảo sát trong một chu kì biến thiên T của dòng điện phần ứng. Trong khoảng động cơ được nối với nguồn qua S1, S4; dòng qua phần ứng tăng từ tới , ta có:. Giải phương trình trong khoảng xét ta được: Do đó với . Trong khoảng , động cơ được ngắn mạch qua S1 và D3,điện áp đặt lên động cơ là 0, dòng phần ứng giảm từ tới ,ta có . Giải phương trình trên ta được: Do đó Giải ra ta được: ; trong đó Độ nhấp nhô dòng điện: Do nên sử dụng công thức tính gần đúng ta được . Điện áp trung bình trên động cơ: Dòng điện trung bình: Dòng điện trung bình qua S1, S4 là Dòng điện trung bình qua D2, D3 là +Chế độ làm việc ở góc phần tư 2(). Để chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm tái sinh bằng cách sthay đổi chiều dòng điện tức là tức là giảm γ hoặc tăng E.Để quá trình điều khiển được đơn giản ta chọn phương pháp giảm γ gần tới 0,5 mà do tính quán tính của động cơ nên E biến đổi chậm, do đó , dòng qua phần ứng đổi chiều. t t t 0 0 t t t * Trong khoảng 1: S1 và S3 nhận tín hiệu điều khiến, sức điện động sinh ra dòng điện chảy qua D1 và S3. Trong khoảng này, dòng qua phần ứng tăng và tích lũy năng lượng trong điện kháng mạch phần ứng. * Trong khoảng 2: S3 tắt, S1 và S4 được kích dẫn, do tính chất điện kháng nên dòng qua phần ứng sẽ qua D1, U và D4, năng lượng được đưa trả về nguồn, dòng qua phần ứng giảm. * Trong khoảng 3: S1 tắt, S2 và S4 được kích dẫn, khi đó dòng qua phần ứng khép mạch qua S2 và D4, dòng qua phần ứng tăng. * Trong khoảng 4: S1 và S4 được kích dẫn, S2 tắt,dòng phần ứng chảy qua D1, U và D4,năng lượng phần ứng trả về nguồn, dòng qua phần ứng giảm. Chế độ làm việc của động cơ ở các góc phần tư 3 và 4 ứng với . Cách 2: Điện áp ra đảo cực tính (Bipolar Voltage Switching) Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp điều khiển này các cặp van S1 và S2; S3 và S4 lập thành hai cặp van mà trong mỗi cặp thì hai van được điều khiển đóng cắt đồng thời. Tín hiệu điều khiển được tạo ra bằng cách so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa (thường là dạng xung tam giác): -Nếu Udk>utua thì S1 và S2 được kích dẫn; S3 và S4 được kích tắt. -Nếu Udk<utua thì S1và S2 được kích tắt; S3 và S4 được kích dẫn. Biểu đồ dạng sóng dòng, áp trên tải t t t t t t 1 2 3 4 Chế độ hoạt động: +Trong khoảng 1: S1 và S2 được kích dẫn, S3 và S4 được kích tắt, động cơ được nối với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax. +Trong khoảng 2:S1và S2 được kích tắt,S3 và S4 được kích dẫn,nhưng do tải có tính cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua D3 và D4 về nguồn, S3 và S4 bị đạt điện áp ngược bởi hai diode D3 và D4 nên khoá, dòng id giảm từ Imax về 0. +Trong khoảng 3:S3 và S4 được kích dẫn, điện áp đặt lên động cơ là –U, dòng id tăng theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Imin theo chiểu dương). +Trong khoảng 4: S3 và S4 được kích tắt, S1 và S2 được kích dẫn, nhưng do trước đó dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng id tiềp tục chảy theo chiều cũ, khép mạch qua các diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặt điện áp ngược bởi hai diode D1 và D2 phân cực thuận nên khoá, do đó id giảm theo chiều ngược lại từ Imin về 0. Tính toán các thông số của mạch: +Trong khoảng , S1 và S2 dẫn hoặc khi D1 và D2 dẫn thì điện áp đặt lên động cơ là U,ta có phương trình:. Giải phương trình bằng phương pháp toán tử Laplace với sơ kiện đầu Ta có: trong đó . Trong khoảng, S3 và S4 dẫn hoặc D3 và D4 dẫn, điện áp đặt lên động cơ là -U ta có:. Giải bằng phương pháp toán tử Laplace: Điện áp trung bình trên động cơ +Trong khoảng 0<t<γT điện áp đặt lên động cơ là U; và trong khoảng γT<t<T điện áp đặt lên động cơ là –U nên điện áp trung bình đặt lên động cơ là: -Dòng điện trung bình qua động cơ là: -Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các Diode là -Gi¸ trÞ dßng trung b×nh qua t¶i lµ -Dßng trung b×nh qua §i«t : (Sö dông khai triÓn hµm ex theo khai triÓn Maclaurin ) -Dßng trung b×nh qua van : T­¬ng tù ta cã IS=γIt -§iÖn ¸p ra t¶i cã gi¸ trÞ trung b×nh lµ Ut=(2γ-1)U +Ta thÊy nÕu γ=0.5 th× Ut=0 +NÕu γ>0.5 th× Ut >0 +NÕu γ< 0.5 th× Ut <0 Nh­ vËy b»ng c¸ch thay ®æi gi¸ trÞ γ mµ ta thay ®æi ®­îc gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra t¶i vµ c¶ dÊu cña nã .Do ®ã sÏ ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬ II.3 Kết luận II.3.1 Chọn mạch lực Qua các mạch phân tích ở trên ta thấy để phù hợp đảo chiều động cơ (một cách chủ động) ta chọn bộ chopper lớp E (cầu BXDC), mạch này cho phép năng lượng đi theo 2 chiều Ud, Id có thể đảo chiều một cách độc lập. Hơn nữa mạch này rất thông dụng (dùng trong DC-DC, DC-AC converter) do đó việc tìm mua các phần tử cũng dễ dàng hơn II.3.2 Chọn phương pháp điều khiển Trong mạch này ta chọn cách điều khiển đối xứng cách 2 sẽ cho mạch điều khiển đơn giản hơn. Mặt khác cách điều khiển này cho phép chúng ta đảo chiều động cơ dễ dàng do khi đảo chiều (chuyển chế độ làm việc) ta chỉ việc điều chỉnh g II.3.3 Chọn van bán dẫn Trong sơ đồ chopper lớp E ta chọn van bán dẫn là IGBT vì: IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu quá tải lớn của transistor thường, tần số băm điện áp cao thì làm cho động cơ chạy êm hơn Công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ nên làm cho đơn giản đáng kể thiết kế của các bộ biến đổi và làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ ,hơn nữa nó cũng làm tiết kiệm năng luợng (điều khiển) IGBT là phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, nó đang dần thay thế transistor BJT nó ngày càng thông dụng hơn do đó việc mua thiết bị cũng đơn giản hơn.Cùng với sự phát triển của IGBT thì các IC chuyên dụng điều khiển chúng (IGBT Driver) ngày càng phát triển và hoàn thiện do đó việc điều khiển cũng chuẩn xác và việc thiết kế các mạch điều khiển cũng đơn giản, gọn nhẹ. Chương 4 Thiết kế mạch điều khiển là minh chứng cho điều này Chương III THIẾT KẾ MẠCH LỰC Sơ đồ mạch lực như sau: Chọn tần số băm xung f = 500 Hz III.1. Tính toán chọn van III.1.1 Chọn Diode công suất Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy: +Dòng điện trung bình chạy qua Diode ID = (1-)It Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =6(A) Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % . Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =6/0.5=12(A) Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên các van ) là Ungmax=E=400(V) Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 Ungv =ku.Ungmax = 2.5*400=1000(V). Từ hai thông số trên ta chọn 4 Diode loại CR20-100 với các thông số sau : Ký hiÖu Imax(A) Un(V) Ith(A) Ir(A) Tcp(A) U(V) 1N2455R 20 1000 20 10uA 200 1.1 Trong đó : Imax :dòng điện làm việc cực đại cho phép qua van Ungv : điện áp ngược cực đại cho phép đặt lên van Ipik : đỉnh xung dòng điện ΔU :tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diode Ith : dòng điện thử cực đại Ir :dòng điện rò ở nhiệt độ 250 C Tcp : nhiệt độ cho phép làm việc. III.1.2 Chọn các van bán dẫn Xuất phát từ yêu cầu về công nghệ ta phải chọn van bán dẫn là loại van điều khiển hoàn toàn là IGBT. +Tính dòng trung bình chạy qua van: Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy: Dòng điện trung bình chạy qua van lµ : IS =It Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =6(A) + Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % . Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =6/0.5=12(A) Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên các van ) là Ungmax=E=400(V) Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 Ungv =ku.Ungmax = 2.5*400=1000(V). Từ các tính toán trên ta chọn 4 van IGBT …có các thông số sau: Chủng loại Nhà sản xuất Loại vỏ(chân) Icmax A Vce Pd max(W) Vce(sat Ices Internal Diode IRG4PH30K IR TO247(A) 20,00 1200,00 100,00 4,00 250,00 No IV.ThiÕt kÕ bé nguån chØnh l­u mét chiÒu cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp . Th«ng sè ®éng c¬ : +§iÖn ¸p ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ U®m=400 (V) +Dßng ®iÖn ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ I®m=6(A) 1.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh l­u . +)Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu d©y D/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn . M¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá ,chØ cì chôc KVA trë l¹i ,sôt ¸p trªn ®iÖn trë lín kho¶ng 4% ,sôt ¸p trªn cuén kh¸ng Ýt h¬n kho¶ng 2% .§iÖn ¸p sôt trªn 2 §i«t kho¶ng 2V +)TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n : 1-TÝnh c«ng suÊt biÓu kiÕn cña M¸y biÕn ¸p : S = Ks . Pd 2-§iÖn ¸p pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : Up =127 (V) 3-§iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i : Udo =Ud +2. DUv +DUdn + DUba Trong ®ã : 2.DUv =2 (V) lµ sôt ¸p trªn 2 §i«t m¾c nèi tiÕp DUdn 0 lµ sôt ¸p trªn d©y nèi DUba = DUr + DUx lµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . Chän s¬ bé : DUba =6% .Ud =6% .400 = 24.0 (V) Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i ta cã : Ud0 ==400+2+0+24.0=424.0 (V) §iÖn ¸p pha thø cÊp pha m¸y biÕn ¸p : U2= =424.0/2.34=181.2 (V) 4-Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p : I2 === 4.90 (A) 5-Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : I1 = KbaI2 = .I2 = . 4.90 = 6.99 (A) *)TÝnh s¬ bé m¹ch tõ (X¸c ®Þnh kÝch th­íc b¶n m¹ch tõ) 6-TiÕt diÖn s¬ bé trô . QFe =kQ . Trong ®ã : kQ lµ hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t ,lÊy kQ = 6 . m lµ sè trô cña m¸y biÕn ¸p f lµ tÇn sè xoay chiÒu , ë ®©y f = 50 (Hz) Ta cã c«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p lµ : S2= 3.U2.I2=3.181,2.4,90=2664(VA) S1=3.U1.I1=3.127.6,99=2664(VA) Thay sè ta ®­îc : QFe=6 . =25,29(cm2) 7-§­ßng kÝnh trô : d = = = 5,67 (cm) ChuÈn ho¸ ®­êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 6 (cm) 8-Chän lo¹i thÐp $330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô Bt =1 (T) 9-Chän tû sè m= = 2,3 , suy ra h = 2,3 . d = 2,3.6 = 13,8 (cm) Ta chän chiÒu cao trô lµ 14( cm) *)TÝnh to¸n d©y quÊn . 10- Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . W1== = 208 (vßng) 11- Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p : W2 = .W1=.208 = 297 (vßng) 12- Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p . Víi d©y dÉn b»ng ®ång ,m¸y biÕn ¸p kh« ,chän J1= J2= 2 (A/mm2) 13- TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . S1 = = = 3.50 (mm2) Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S1 = 3.56 (mm2) KÝch th­íc d©y dÉn cã kÓ c¸ch ®iÖn S1c® = a1.b1= 1,45.2,63 =3.81(mm x mm) 14- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖnk trong cuén s¬ cÊp . J1= = = 1,96 (A/mm2) 15- TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p . S2 = = = 2.45 (mm2) Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S2= 2,43 (mm2) KÝch th­íc d©y dÉn cã kÓ c¸ch ®iÖn : S2c® = a2.b2 = 1,08.2,44=2,64 (mm x mm) 16- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp . J2= = =1,68 (A/mm2) *)KÕt cÊu d©y dÉn s¬ cÊp : Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc 18- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y tren mét líp cña cuén s¬ cÊp . W11= . kc=.0,95 = 40 (vßng) Trong ®ã : kc= 0,95 lµ hÖ sè Ðp chÆt . h lµ chiÒu cao trô . hg lµ kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp . Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn g«ng lµ 1,5 cm . 19- TÝnh s¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp : n11= = =5.2 (líp) 20- Chän sè líp n11=6 líp .5 líp x 40 vßng vµ 1 líp x 8 vßng 21- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp : h1= = = 11,07 (cm) 22- Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy : S01= 0,1 cm. 23- Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp a01= 1,0 cm . 24- §­êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn . Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =6+ 2.1 - 2.0,1 = 7,8 (cm) 25- §­êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp . Dt1= Dt + 2.S01=7,8 + 2.0,1= 8 (cm) 26- Chän bÒ dÇy gi÷a hai líp d©y ë cuén s¬ cÊp : cd11= 0,1 mm 27- BÒ dÇy cuén s¬ cÊp . Bd1= (a1+cd11).n11= (0,145 + 0,1).6 = 1,47 (cm) 28- §­êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp . Dn1= Dt1+2.Bd1=8 + 2.1,47= 10,94 (cm) 29- §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp . Dtb1= == 9,47 (cm) 30- ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp . l1 = W1.p.Dtb= p.208.9,47 =6188,2 (cm) 31- Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp :cd01= 1,0 cm *) KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp . 32- Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp . h1= h2 = 11,07 (cm) 33- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp . W12= = = 43.1(vßng) 34- TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp . n12= = = 6,89 (líp) 35- Chän sè líp d©y quÊn thø cÊp n12= 7 líp .Chän 6 líp x 43vßng vµ 1líp x 39 vßng. 36- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp h2= = = 11,04 (cm) 37- §­êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp. Dt2 = Dn1+ 2.a12 = 10,94 + 2.1 = 12,94 (cm) 38- Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp : cd22= 0,1 (mm) 39- BÒ dÇy cuén thø cÊp . Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,108 + 0,01).7= 0,826 (cm) 40- §­êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 12,94 + 2.0,826 =14,59 (cm) 41- §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp . Dtb2= = = 13,77 (cm) 42- ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp . l2 = p.W2.Dtb2 = p.297.13,77 = 12848 (cm) 43- §­êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y . D12= = =11,3 (cm) r12= = 5,65 (cm) 44- Chän kho¶ng c¸ch gi÷a hai cuén thø cÊp :a22= 2 (cm) *)TÝnh kÝch th­íc m¹ch tõ . 45- Víi ®­êng kÝnh trô d= 6 cm ,ta cã sè bËc lµ 3 trong nöa tiÕt diÖn trô . 46- Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô . Qbt= 2.(1,6.5,5+1,1.4,5+0,7.3,5) = 32,4 (cm2) 47- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô . QT= khq.Qbt = 0,95.32,4 = 30,78 (cm2) 48- Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô . dt = 2.(1,6+1,1+0,7)= 6,8 (cm) 49- Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc . BËc 1 n1= = 64 l¸ BËc 2 n2= = 44 l¸ BËc 3 n3= = 28 l¸ *)§Ó ®¬n gi¶n trong viÖc chÕ t¹o g«ng tõ ,ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch th­íc sau . ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô : b = dt = 6,8 cm ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng tËp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô : a = 5,5 cm TiÕt diÖn g«ng Qbg= a x b = 37,4 (cm2) 50- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng . Qg= khq.Qbg = 0,95 .37,4 = 35,53 (cm2) 51- Sè l¸ thÐp dïng trong mét g«ng . hg = = = 136 (l¸) 52- TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô . BT = = = 0,8935 (T) 53- MËt ®é tõ c¶m trong g«ng . Bg = BT. = 0,8935 .= 0,774(T) 54- ChiÒu réng cöa sæ . c= 2.(a01+Bd1+a12+Bd2) + a22 = 2.(1+1,47+1+0,826) + 2 = 10,6 (cm) 55- TÝnh kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m trôc . c’ = c+d = 10,6 + 6 = 16,6 (cm) 56- ChiÒu réng m¹ch tõ . L= 2.c +3.d = 2.10,6 + 3.6 = 39,2 (cm) 57- ChiÒu cao m¹ch tõ . H = h + 2.a = 14 + 2.5,5 = 25 (cm) *) TÝnh khèi l­îng cña s¾t vµ ®ång . 58- ThÓ tÝch cña trô . VT = 3.QT.h = 3.30,78.14 =1292,76 (cm3) 59- ThÓ tÝch cña g«ng . Vg = 2.Qg.L = 2.35,53.39,2 = 2785,55 (cm3) 60- Khèi l­îng cña trô . MT= VT . mFe = 1,29276 . 7,85 = 10,15 (Kg) 61- Khèi l­îng cña g«ng . Mg = Vg . mFe = 2,7856.7,85 = 21,87 (Kg) 62- Khèi l­îng cña s¾t . MFe= MT+Mg = 10,15+ 21,87= 32,02 (Kg) 63- ThÓ tÝch ®ång . VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.(3,56.10-4.618,82+ 2,43.10-4.1284,8) = 1,563 (dm3) 64- Khèi l­îng cña ®ång . MCu = VCu . mCu = 1,563.8,9 =13,91 (Kg) *) TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p . 65- §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 0 C . R1= r.= 0,02133. = 0,371 (W) Trong ®ã r75 = 0,02133 (W) 66- §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750C . R2= r.= 0,02133. = 1,128 (W) 67- §iÖn trë cña m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . RBA = R2 + R1=1,128+ 0,371 =1,88 (W) 68- Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p . DUr = RBA.Id = 1,88 . 6 = 11,28 (V) 69- §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . XBA= 8 .p2.(W)2..w.10-7 = 8 .p2.2972.. 10-2.314.10-7 = 0,991 (W) 70- §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . LBA = = = 0,00316 (H) = 3,16 (mH) 71- Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . DUx = XBA.Id = 0,991.6 = 5,68 (V) Rdt =.XBA = 0,95 (W) 72- Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p . DUBA= = =12,63 (V) 73- Tæng trë ng¾n m¹ch qui ®æi vÒ thø cÊp . ZBA = = = 2,13 (W) 74- Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p . DPn = 3.RBA .I2 = 3.1,88.4,902 = 135,42(W) I:dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p DP% = .100 = .100 = 5,08 % 75- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông . Unr= .100 = .100 = 5,08 % 76- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng . Unx = .100 = .100 =2,46 % 77- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m . Un= == 5,64(%) 78- Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp . I2nm= = = 85,07 (A) 79- HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u . h = = = 90,1 % 2.TÝnh chän Diode : TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i ,®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt ,®iÖn ¸p lµm viÖc ,c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®­îc tÝnh nh­ sau : +)§iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ Diode ph¶i chÞu : Unmax=Knv.U2 =Knv .=.400 = 418,88 (V). Trong ®ã : Knv = Ku= §iÖn ¸p ng­îc cña van cÇn chän : Unv = KdtU . Un max =2,5 . 418,88 = 1047,20 Trong ®ã : KdtU - hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ,chän KdtU =2,5 . +) Dßng lµm viÖc cña van ®­îc tÝnh theo dßng hiÖu dông : Ilv = Ihd = Khd .Id = ==3,46 (A) (Do trong s¬ ®å cÇu 3 pha ,hÖ sè dßng hiÖu dông :Khd =) . Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch to¶ nhiÖt ; Kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ ,víi ®iÒu kiÖn ®ã dßng ®Þnh møc cña van cÇn chän : I®m =Ki . Ilv =3,2 .3,46 = 11,07 (A) (Ki lµ hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn vµ chän Ki =3,2) tõ c¸c th«ng sè Unv ,I®mv ta chän 6 Diode lo¹i SKR20/12 do nhµ s¶n xuÊt IR s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau : §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van : Un = 1200 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =20 (A) Dßng ®iÖn thö cùc ®¹i : Ith =60 (A) Dßng ®iÖn rß : Ir =4 (mA) Sôt ¸p lín nhÊt cña Diode ë tr¹ng th¸i dÉn lµ : DU = 1,55 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=180 oC Chương IV: Mạch điều khiển IV.1. Yªu cÇu chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn - Yªu cÇu vÒ ®é réng xung ®iÒu khiÓn ®ã lµ ph¶i thay ®æi ®­îc ®é réng xung ®iÒu khiÓn. - Yªu cÇu vÒ ®é dèc s­ên tr­íc cña xung (cµng cao th× viÖc më cµng tèt th«ng th­êng - Ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c van lùc theo ®óng pha vµ víi gãc ®iÒu khiÓn cÇn thiÕt. - §¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn min ®Õn max t­¬ng øng víi ph¹m vi thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i cña m¹ch lùc. - Cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc víi c¸c chÕ ®é ®· tÝnh to¸n nh­ chÕ ®é khëi ®éng, h·m t¸i sinh, ®¶o chiÒu quay... - Cã ®é ®èi xøng ®iÒu khiÓn tèt, tøc lµ gãc ®iÒu khiÓn víi mäi van kh«ng v­ît qu¸ 10 ®Õn 30 ®iÖn. - Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«ng nghiÖp tèt: kh«ng ®­îc g©y ra c¸c nhiÔu v« tuyÕn. - §é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh. - Thùc hiÖn c¸c yªu cÇu b¶o vÖ c¸c van nÕu cÇn nh­ ng¾t c¸c xung ®iÒu khiÓn khi cã sù cè, th«ng b¸o c¸c hiÖn t­îng kh«ng b×nh th­êng cña l­íi vµ b¶n th©n m¹ch m¹ch ®iÒu khiÓn . - Cã ®é tin cËy cao. IV.2. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ so s¸nh mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U§K thay ®æi ®­îc víi mét ®iÖn ¸p tam gi¸c cã tÇn sè cao sè cao. §iÓm c©n b»ng gi÷a Utg vµ U®k sÏ lµ ®iÓm ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Ó më c¸c van b¸n dÉn. B»ng c¸ch thay ®æi U§K ta sÏ thay ®æi ®­îc ®é réng xung ®iÒu khiÓn trong khi vÉn gi÷ tÇn sè ®iÒu khiÓn kh«ng ®æi. S¬ ®å chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ: U§ T¹o trÔ (chèng ng¾n m¹ch) IG BT C¸ch ly quang T¹o dao ®éng T¹o xung tam giac So s¸nh T¹o U§K 2.1) Kh©u t¹o dao ®éng vµ kh©u t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c. Ng­êi ta th­êng dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó t¹o ra xung ch÷ nhËt vµ xung gi¸c . Ở ®©y ta dïng 2 khuÕch ®¹i thuËt to¸n: OA1 lµ 1 trigger smith ®Çu vµo kh«ng ®¶o, OA2 lµ mét kh©u tÝch ph©n. Chóng t¹o thµnh 1 m¹ch ph¸t xung ch÷ nhËt vµ xung tam gi¸c chuÈn. B»ng viÖc nèi m¹ch Trigger Smith nèi tiÕp víi m¹ch tÝch ph©n cã ph¶n håi sÏ t¹o nªn dao ®éng: xung ch÷ nhËt ë ®Çu ra m¹ch Trigger Smith vµ xung tam gi¸c ë ®Çu ra OA2. a)XÐt OA1 cã d¹ng: §©y lµ Trigger Smith ®Çu vµo kh«ng ®¶o víi tÝn hiÖu vµo cña OA1 lµ Ura2. §iÓm lËt tr¹ng th¸i ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: §©y chÝnh lµ ®iÓm lËt tr¹ng th¸i. Gi¶ thiÕt IC lý t­ëng ta cã: UP=UN=0 Ura.R=-Ura.R Víi gi¶ thiÕt c¸c OA lµ lý t­ëng th× ta coi Ura =E vµ d¹ng Ura(t) lµ cung vu«ng víi 2 ®iÓm lËt trang th¸i lµ . b ) Víi OA2: §©y lµ m¹ch tÝch ph©n. §iÖn ¸p vµo cña m¹ch tÝch ph©n lµ Ura1 Ta cã: Ura= Ta cã ®å thÞ d¹ng Ura(t) hay Utựa : Do ®iÓm lËt tr¹ng th¸i cña OA1 lµ nªn gi¸ trÞ ®Çu vµo cña Ura lµ - vµ gi¸ trÞ cuèi cña Uralµ + ( qu¸ tr×nh tÝch ph©n thuËn) vµ qu¸ tr×nh tÝch ph©n ng­îc th× gi¸ trÞ ®Çu ra cñ Ura lµ - - Trong kho¶ng 0t th× Ura =+E= const Ta cã: Ura=- Ura = -.E.t1+=- 2 = E.t1 t1=2RC Tõ h×nh vÏ ta thÊy thêi gian n¹p phãng b»ng nhau( víi h»ng sè thêi gian RC) vµ ®iÖn ¸p cuèi qu¸ tr×nh phãng n¹p cã ®é lín b»ng nhau. Do ®ã ta cã xung ra ®èi xøng. Chu k× dao ®éng: T= t1+t2= 2. t1 = 4. RC Hay tÇn sè xung: f== 2.2) Kh©u so s¸nh: §Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm më van IGBT ta sÏ so s¸nh 2 tÝn hiÖu lµ Utùa vµ U®k.Ta sÏ dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô nµy bëi v× nh÷ng lý do sau: + Tæng trë vµo cña OA rÊt lín nªn kh«ng g©y ¶nh h­ëng tíi c¸c ®iÖn ¸p ®­a vµo so s¸nh, nã cã thÓ t¸ch biÖt hoµn toµn chóng ®Ó kh«ng t¸c ®éng sang nhau. + TÇng vµo cña OA th­êng lµ khuÕch ®¹i vi sai, mÆt kh¸c sè tÇng nhiÒu nªn hÖ sè khuÕch ®¹i kh¸ lín. V× thÕ ®é chÝnh x¸c so s¸nh cao, ®é trÔ kh«ng qu¸ vµi ms. + Kh©u so s¸nh dïng OA còng cã 2 kiÓu ®Êu c¸c ®iÖn ¸p lµ so s¸nh 2 cöa vµ so s¸nh 1 cöa. So s¸nh 1 cöa Hai ®iÖn ¸p Utùa vµ U®k ®­îc ®­a tíi cïng 1 cùc cña OA th«ng qua 2 ®iÖn trë ®Çu vµo R1,R2. Cöa cßn l¹i, ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c so s¸nh th× ®Êu qua ®iÖn trë R3=R1//R2 xuèng ®Êt. §iÓm lËt tr¹ng th¸i lµ Un=Up=0 =0 Udk=-.Utùa BiÓu thøc nµy cho thÊy ®iÖn ¸p ra ®¶o ng­îc tr¹ng th¸i th× 2 ®iÖn ¸p so s¸nh cÇn ph¶i tr¸i dÊu nhau. b)So s¸nh 2 cöa: Udk vµ Utùa tíi 2 cùc kh¸c nhau cña OA. §iÖn ¸p ra tu©n theo quy luËt : Ura=Ko.(U+-U-) Víi Ko lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña OA §iÓm lËt tr¹ng th¸i øng víi Utùa=U®k. + Khi Utùa >U®k th× DU= Utùa- U®k > 0 Uso s¸nh =+Ura max. + Khi Utùa < U®k th× DU<0 Uso s¸nh =-Ura max. Nh­ vËy c¸c ®iÖn ¸p ®­a vµo so s¸nh ph¶i cïng dÊu th× míi cã hiÖn t­îng thay ®æi tr¹ng th¸i ®Çu ra.Vµ ®é chªnh lÖch tèi ®a gi÷a 2 cöa tr¹ng th¸i khi lµm viÖc kh«ng ®­îc v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp cña lo¹i OA ®· chän. KÕt luËn: Ta sÏ sö dông s¬ ®å so s¸nh 2 cöa. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Khi ®iÒu chØnh U®k th× ta sÏ ®iÒu chØnh ®­îc g= tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc ®é réng xung. Tõ ®ã sÏ ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ra t¶i. 2.3) Bé ®¶o dÊu: V× ë ®©y cã 4 IGBT trong ®ã cø 2 van t¹o thµnh 1 cÆp ®ãng më ®ång thêi. V× thÕ ta sÏ cÇn 2 ®­êng tÝn hiÖu,mçi ®­êng tÝn hiÖu sÏ ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng 1 cÆp van. §Ó cã 2 ®­êng tÝn hiÖu tr­íc khi ®­a vµo kh©u logic ph©n xung ta sÏ dïng 1 bé ®¶o dÊu dïng IC thuËt to¸n. §©y thùc chÊt lµ 1 bé ®¶o víi ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®¶o chÝnh lµ ®Çu ra cña bộ so s¸nh. Hai ®iÖn trë R3 chän b»ng R4 Ta cã Uss2=-.Uss1=- Uss1 Nh­ vËy Uss2 chÝnh lµ tÝn hiÖu ®¶o cña Uss1 2.5) Kh©u t¹o trÔ. §Ó ®¶m b¶o ch¾c ch¾n r»ng hai van th¼ng hµng kh«ng cïng dÉn, ta sÏ thªm vµo tr­íc cÆp van T1,T2 mét kh©u t¹o trÔ. S¬ ®å: C¸c cæng logic ch¹y hä CMOS víi nguån cung cÊp lµ 15V Riªng cæng NAND ph¶i chän hä cã ng­ìng Trigger Smith. ë ®©y ta chän lo¹i CD4093. Nguyªn lý lµm viÖc: Thêi gian trÔ ®­îc x©y dùng bëi ttrÔ = 0,693.R11.C11. §Ó m¹ch lµm viÖc an toµn th× ta ph¶i cã ttrÔ>toff cña van. Dùa vµo Datasheet cña lo¹i IGBT ®· chän ta sÏ x¸c ®Þnh R11, C11. 2.6) Kh©u c¸ch ly, t¹o ®iÖn ¸p ®ãng më van §Ó ®¶m b¶o cach ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ta sÏ sö dông kh©u c¸ch ly quang. ¦u ®iÓm næi bËt cña kh©u c¸ch ly quang lµ: §¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn (®é c¸ch ®iÖn ®Õn vµi KV) vµ truyÒn ®­îc xung cã ®é réng tuú ý. 2.7) Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ãng më van. V× IGBT lµ phÇn tö ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p, gièng nh­ MOSFET nªn yªu cÇu ®iÖn ¸p cã mÆt liªn tôc trªn cùc ®iÒu khiÓn ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é kho¸, më. TÝn hiÖu më cã biªn ®é UGE=E1, tÝn hiÖu kho¸ cã biªn ®é -UGE=-E1 cung cÊp cho m¹ch G-E th«ng qua ®iÖn trë RG ,RP. M¹ch G-E ®­îc b¶o vÖ b»ng §iot æn ¸p ë møc kho¶ng [-15 V; +15 V] . Do cã tô kÝ sinh gi÷a G vµ E nªn kÜ thuËt ®iÒu khiÓn MOSFET cã thÓ ®­îc ¸p dông, tuy nhiªn ®iÖn ¸p kho¸ ph¶i lín h¬n. §iÖn ¸p ®ãng më UGE phô thuéc vµo IGBT ®· chän. §iÖn trë RG ¶nh h­ëng ®Õn tæn hao c«ng suÊt ®iÒu khiÓn. §iÖn trë RG nhá, gi¶m thêi gian x¸c lËp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ,gi¶m ¶nh h­ëng cña , gi¶m tæn thÊt n¨ng l­îng trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn nh­ng l¹i lµm m¹ch ®iÒu khiÓn nh¹y c¶m h¬n víi ®iÖn c¶m ký sinh trong m¹ch ®iÒu khiÓn. CS , RS lµ m¹ch trî gióp ®Ó gi¶m thêi gian ®ãng më IGBT . CS cã trÞ sè 0,1 mF RS =1033 W RP =2,2 KW RG = 3,327W ZD1 , ZD2 cã ®iÖn ¸p æn ¸p kho¶ng 15V. IV.3. TÝnh to¸n chi tiÕt m¹ch ®iÒu khiÓn: Trong toµn bé s¬ ®å m¹ch ta sö dông toµn bé 6IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n, ë ®©y ta sö dông 6 IC lo¹i TL 084 do h·ng TexasInstruments chÕ t¹o, mçi IC nµy cã 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Th«ng sè cña TL084 : + §iÖn ¸p nguån nu«i : Vcc = ±18(V) chän Vcc = ±15(V) + HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo : ± 30 (V) + NhiÖt ®é lµm viÖc : T = -25¸ 850 C + C«ng suÊt tiªu thô : P = 680 (mW) = 0,68 (W) + Tæng trë ®Çu vµo : Rin= 106 ( MW) + Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ira = 30 ( pA). + Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp : du/dt = 13 (V/ms) S¬ ®å ch©n cña IC TL084 Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ ®Ó Ilv < 1 (m A). 3.1) Kh©u t¹o dao ®éng vµ t¹o ®iÖn ¸p: Chu kú xung tam gi¸c T=4RC ë ®©y ta chän tÇn sè b¨m xung f = 500 Hz phï hîp víi yªu cÇu t¶i ®éng c¬. Ta cã T=1/ f =1 / 500 = 2(ms) VËy ta cã T = 4RC =2.10-3 Chän R1=R2=47k , chän C= 0,01uF R=50 k 3.2) Kh©u so s¸nh: Chän ®iÖn trë h¹n chÕ dßng vµo tr­íc hai cöa cña K§TT lµ R3=R4>. Chän ®Ó h¹n chÕ Iv < 1mA R3=R4 > =11k. Chän R3=R4 =12(k) 3.3) Kh©u ®¶o dÊu: §©y thùc chÊt lµ mét bé céng ®¶o víi R6 =R7 Khi ®ã Uss1= -Uss2 Chän R6 =R7 =10 k 3.5) Kh©u t¹o trÔ : Ta cã thêi gian trÔ Ttr=0,693R1.1C1.1=0,693.R12C1.2=0,693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 V× thêi gian khãa cña IGBT rÊt nhá (200ns) nªn ë ®©y ta chØ cÇn chän Ttr = 7us = 0,693 R1.1C1.1=0,693.R12C12 =0,693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 Chän C1.1=C1.2 =C1.3=C1.4=0,1uF => R1.1 = R1.2= R1.3= R1.4==100 Cæng NAND ta chän lo¹i CD4093 Cæng AND ta chän lo¹i CD4081 Toµn bé m¹ch ®iÖn ph¶i dïng 4 cæng AND nªn ta chän mét IC 4081 hä CMOS. Mét IC 4081 cã 4 cæng AND, cã c¸c th«ng sè: +Nguån nu«i IC : Vcc = 3¸15 (V), ta chän: Vcc = 15 (V). +NhiÖt ®é lµm viÖc : - 40o C ¸ 80o C +§iÖn ¸p øng víi møc logic “1”: 2¸4,5 (V). +Dßng ®iÖn nhá h¬n 1mA +C«ng suÊt tiªu thô P=2,5 (mW/1 cæng). S¬ ®å ch©n cña 4081 3.6) Kh©u c¸ch ly, t¹o ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT §Ó æn ¸p +15V vµ -15V th× ta dïng 2 diode zener 15V ®Êu song song ng­îc. * §Ó thay ®æi tèc ®é cña ®éng c¬ th× ta thay ®æi U®k th«ng qua chiÕt ¸p. Khi U®k thay ®æi lµm cho γ thay ®æi vµ ®é réng xung thay ®æi (®iÖn ¸p phÇn øng thay ®æi). IV.4.ThiÕt kÕ nguån nu«i cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn 1. TÝnh to¸n c¸c tham sè cho m¹ch nguån nu«i . Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 15 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é còng nh­ c¸c bé lÊy ph©n ¸p, ®ãng më IGBT. Ta dïng m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha dïng ®i«t. Chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha, 3 trô, trªn mçi trô cã 2 cuén d©y: mét Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 15 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, c¸c nguån ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT, c¸c IC vµ khuÕch thuËt to¸n... §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7815 vµ 7915. §iÖn ¸p ®Çu ra cña c¸c IC nµy chän 15V. §iÖn ¸p ®Çu vµo chän 20V. §iÖn ¸p thø cÊp cña c¸c cuén a1, b1, c1 lµ : U21= Chän U21=14(V) §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p LM7815 vµ LM7915.C¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy: §iÖn ¸p ®Çu vµo : UV = 7¸35 (V). §iÖn ¸p ®Çu ra : Ura= 15(V) víi IC 7815. Ura= -15(V) víi IC 7915 Dßng ®iÖn ®Çu ra :Ira = 0¸1 (A). Tô ®iÖn C1, C3 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. Chän C1= C2 =C3 =C4 = 470 (mF) 2. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p nguån nu«i 1- Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho t¹o nguån nu«i, chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô, trªn mçi trô cã 3 cuén d©y, mét cuén s¬ cÊp vµ hai cuén thø cÊp. 2-§iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµm ®iÖn ¸p ®ång pha lÊy ra thø cÊp lµm nguån nu«i: U2= 14 (V). 3- Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p : I2= 1( m A) 4- C«ng suÊt nguån nu«i cÊp cho c¸ch li quang : P1=4.U2 . I2d = 4.14.1.10-3 = 0,056 (W) . 5- C«ng suÊt tiªu thô ë 5 IC TL 084 sö dông lµm khuÕch thuËt to¸n vµ 8 cæng NAND, 4 cæng AND. P2 = 17. PIC = 17.0,68= 11,56(W) 6- C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i. PN = P1 +P2 PN = 0,056 +11,56 = 11,616 ( W) . 7- C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y: S= 1,05. PN = 1,05. 11,616 = 12,1968 ( VA). 8- Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2 = S/ (6.U2) = 12,1968/ (6.14) = 0,145 (A) 9- Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : I1 = S/ (3.U2 )= 12,1968/(3. 220) = 0,01848(A) 10- TiÕt diÖn trô cña m¸y biÕn ¸p ®­îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm : Qt= kQ. =1,71( cm2) Trong ®ã: kQ= 6- hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t. m= 3 : sè trô cña biÕn ¸p . f = 50 (Hz) : tÇn sè ®iÖn ¸p l­íi. ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô tiªu chuÈn ta cã: Qt= 1,71 (cm2). KÝch th­íc m¹ch tõ l¸ thÐp dµy s = 0,5 (mm) Sè l­îng l¸ thÐp : 68 l¸ a=12mm b=16mm h=30mm hÖ sè Ðp chÆt kc= 0,85 . C¸c th«ng sè kÝch th­íc cña m¸y biÕn ¸p: 11- Chän mËt ®é tõ c¶m B =1T ë trong tô ta cã sè vßng d©y s¬ cÊp : w1 = =5795 ( vßng) 12- Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1= J2= 2,75 (A/mm2) TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp: S1= = 0,00672 (mm2) ®­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : d1= = 0,092 (mm) Chän d1= 0,1 mm ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. §­êng kÝnh cã kÓ c¸ch ®iÖn: dlcd = 0,12 (mm). 13- Sè vßng d©y quÊn thø cÊp : W2=W3= W1. U2/ U1=W1. U3/ U1=369 ( vßng) 14- TÝnh chän ®i«t cho bé chØnh l­u nguån nu«i : + Dßng ®iÖn hiÖu dông qua ®i«t : ID.HD = = 0,099 (A) + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ ®i«t ph¶i chÞu : UNmax= . U2 = .14=34.29 (V) + Chän ®i«t cã dßng ®Þnh møc: Idm³ Ki . IDMD =10.0,1=1,1 (A) Chän ®i«t cã ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : Un= ku. UNmax=2,5.34=85 (V) Chän ®i«t lo¹i KII208A cã c¸c th«ng sè: + dßng ®iÖn ®Þnh møc: Idm = 1,5 (A) + ®iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña ®i«t: UN=100 (V). Chương V :Mô phỏng Mô phỏng mạch lực dung Matlab 7.0 : 1 Sơ đồ tổng thể Sử dụng Matlab Simulink để mô phỏng. Phần mềm nay cung cấp cho ta đầy đủ các khối cần thiết của mạch lực mạch điều khiển và tải động cơ một chiều kích từ độc lập. Sơ đồ mô phỏng như sau: Mạch băm xung một chiều có đảo chiều: he_thong.mdl Trình tự mô phỏng: chạy M-file nhap_thong_so.m tiếp theo chạy sơ đồ he_thong.mdl, kích đúp lên các để quan sát trực tiếp ud, id, vận tốc và dòng phần ứng. Mã nguồn của nhap_thong_so.m: %nhapthongsoBXDC.m U=400;%dien ap nguon(V) f=500;%tan so bam xung Hz T=1/f; y=0.525;%y=tx/T lay y=1 hoac 0.525(+) y=0-0.475 (-) R=0.50;%dien tro phan ung Ohms L=0.012;%dien cam phan ung Henry Rkt=240;%dien tro phan cam Ohms Lkt=120;%dien cam phan cam Henry Lm=1.8;%dien cam ho cam Henry Jqt=0.5;%momen quan tinh dong co v0=30;%toc do ban dau %co v0 de rut ngan thoi gian mo phong do ta khong quan tam qua trinh qua do Mt=0;%mo men tai Kết quả mô phỏng : a. Với g=0,525: * Đồ thị dòng quá độ và tốc độ của động cơ: * Dòng điện phần ứng quá độ và điện áp ra tải: b. Với g=0,95: * Dòng điện phần ứng quá độ và tốc độ động cơ : * Dòng điện phần ứng xác lập và điện áp ra tải : Mô phỏng mạch điều khiển bằng Circuit Maker 1.Khâu tạo điện áp tam giác 2.Khâu so sánh 3.Khâu đảo dấu 4.Khâu tạo trễ Tµi liÖu tham kh¶o 1.Ph¹m Quèc H¶i,D­¬ng V¨n Nghi.Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,1997 2.Ph¹m Quèc H¶i,TrÇn Träng Minh ,Vâ Minh ChÝnh.§iÖn tö c«ng suÊt Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2004 3.NguyÔn BÝnh .§iÖn tö c«ng suÊt Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o dôc ,2000 4.NguyÔn V¨n LiÔn ,NguyÔn ThÞ HiÒn .TruyÒn ®éng ®iÖn Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2000 5.Lª V¨n Doanh ,TrÇn V¨n ThÞnh .§iÖn tö c«ng suÊt –Lý thuyÕt vµ øng dông Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi ,2005 6.Bïi §×nh Tiªu .C¬ së truyÒn ®éng ®iÖn Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kÜ thuËt Hµ Néi

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docBK0398.DOC