Thiết kế bộ băm xung áp cho động cơ ô tô một chiều

víi nhau. b. Cùc tõ phô : Cùc tõ phô ®­îc ®Æt trªn c¸c cùc tõ chÝnh vµ dïng ®Ó c¶i thiÖn ®æi chiÒu . Lâi thÐp cña cùc tõ phô th­êng lµm b»ng thÐp khèi vµ trªn th©n cùc tõ phô cã ®Æt d©y quÊn mµ cÊu r¹o gièng nh­ d©y quÊn cùc tõ chÝnh. Cùc tõ phô ®­îc g¾n vµo vá m¸y nhê nh÷ng bul«ng. c. G«ng tõ : G«ng tõ dïng lµm m¹ch tõ nèi liÒn c¸c cùc tõ, ®ång thêi lµm vá m¸y. Trong ®éng c¬ ®iÖn nhá vµ võa th­êng dïng thÐp dµy uèn vµ hµn l¹i. Trong m¸y ®iÖn lín th­êng dïng thÐp ®óc. Cã khi trong ®éng c¬ ®iÖn nhá dïng gang lµm vá m¸y. d. C¸c bé phËn kh¸c. - N¾p m¸y : §Ó b¶o vÖ m¸y khái nh÷ng vËt ngoµi r¬i vµo lµm h­ háng d©y quÊn vµ an toµn cho ng­êi khái ch¹m vµo ®iÖn. Trong m¸y ®iÖn nhá vµ võa n¾p m¸y cßn cã t¸c dông lµm gi¸ ®ì æ bi. Trong tr­êng hîp nµy n¾p m¸y th­êng lµm b»ng gang. - C¬ cÊu chæi than : ®Ó ®­a dßng ®iÖn tõ phÇn quay ra ngoµi. C¬ cÊu chæi than bao gåm cã chæi than ®Æt trong hép chæi than nhê mét lß xo t× chÆy lªn cæ gãp. Hép chæi than ®­îc cè ®Þnh trªn gi¸ chæi than vµ c¸ch ®iÖn víi gi¸. Gi¸ chæi than cã thÓ quay ®­îc ®Ó ®iÒu chØnh vÞ trÝ chæi than cho ®óng chç. Sau khi ®iÒu chØnh xong th× dïng vÝt cè ®Þnh l¹i. 1. 2.2 PhÇn quay hay r«to. Bao gåm nh÷ng bé phËn chÝnh sau : a. Lâi s¾t phÇn øng : dïng ®Ó dÉn tõ. Th­êng dïng nh÷ng tÊm thÐp kü thuËt ®iÖn dµy 0,5mm phñ c¸ch ®iÖn máng ë hai mÆt råi Ðp chÆt l¹i ®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn. Trªn l¸ thÐp cã dËp h×nh d¹ng r·nh ®Ó sau khi Ðp l¹i th× dÆt d©y quÊn vµo. Trong nh÷ng ®éng c¬ trung b×nh trë lªn ng­êi ta cßn dËp nh÷ng lç th«ng giã ®Ó khi Ðp l¹ thµnh lâi s¾t cã thÓ t¹o ®­îc nh÷ng lç th«ng giã däc trôc. Trong nh÷ng ®éng c¬ ®iÖn lín h¬n th× lâi s¾t th­êng chia thµnh nh÷ng ®o¹n nhá, gi÷a nh÷ng ®o¹n Êy cã ®Ó mét khe hë gäi lµ khe hë th«ng giã. Khi m¸y lµm viÖc giã thæi qua c¸c khe hë lµm nguéi d©y quÊn vµ lâi s¾t. Trong ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nhá, lâi s¾t phÇn øng ®­îc Ðp trùc tiÕp vµo trôc. Trong ®éng c¬ ®iÖn lín, gi÷a trôc vµ lâi s¾t cã ®Æt gi¸ r«to. Dïng gi¸ r«to cã thÓ tiÕt kiÖm thÐp kü thuËt ®iÖn vµ gi¶m nhÑ träng l­îng r«to. b. D©y quÊn phÇn øng. D©y quÊn phÇn øng lµ phÇn ph¸t sinh ra suÊt ®iÖn ®éng vµ cã dßng ®iÖn ch¹y qua. D©y quÊn phÇn øng th­êng lµm b»ng d©y ®ång cã bäc c¸ch ®iÖn. Trong m¸y ®iÖn nhá cã c«ng suÊt d­íi vµi kw th­êng dïng d©y cã tiÕt diÖn trßn. Trong m¸y ®iÖn võa vµ lín th­êng dïng d©y tiÕt diÖn ch÷ nhËt. D©y quÊn ®­îc c¸ch ®iÖn cÈn thËn víi r·nh cña lâi thÐp. §Ó tr¸nh khi quay bÞ v¨ng ra do lùc li t©m, ë miÖng r·nh cã dïng nªm ®Ó ®Ì chÆt hoÆc ®ai chÆt d©y quÊn. Nªm cã lµm b»ng tre, gç hay bakelit. c. Cæ gãp : dïng ®Ó ®æi chiÒu dßng ®iÑn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu. Cæ gãp gåm nhiÒu phiÕn ®ång cã ®­îc m¹ c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng líp mica dµy tõ 0,4 ®Õn 1,2mm vµ hîp thµnh mét h×nh trôc trßn. Hai ®Çu trôc trßn dïng hai h×nh èp h×nh ch÷ V Ðp chÆt l¹i. Gi÷a vµnh èp vµ trô trßn còng c¸ch ®iÖn b»ng mica. §u«i vµnh gãp cã cao lªn mét Ýt ®Ó hµn c¸c ®Çu d©y cña c¸c phÇn tö d©y quÊn vµ c¸c phiÕn gãp ®­îc dÔ dµng. d. C¸c bé phËn kh¸c. - C¸nh qu¹t : dïng ®Ó qu¹t giã lµm nguéi m¸y. M¸y ®iÖn mét chiÒu th­êng chÕ t¹o theo kiÓu b¶o vÖ. ë hai ®Çu n¾p m¸y cã lç th«ng giã. C¸nh qu¹t l¾p trªn trôc m¸y , khi ®éng c¬ quay c¸nh qu¹t hót giã tõ ngoµi vµo ®éng c¬. Giã ®i qua vµnh gãp, cùc tõ lâi s¾t vµ d©y quÊn råi qua qu¹t giã ra ngoµi lµm nguéi m¸y. - Trôc m¸y : trªn ®ã ®Æt lâi s¾t phÇn øng, cæ gãp, c¸nh qu¹t vµ æ bi. Trôc m¸y th­êng lµm b»ng thÐp cacbon tèt. 2. 3 . § Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu : 2.3.1. §éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp hoÆc song song: Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬: BiÓu thÞ quan hÖ gi÷a tèc ®é (n)vµ m«men (M) w w0 M M®m Do R­ rÊt nhá, nªn khi t¶i thay ®æi tõ kh«ng ®Õn ®Þnh møc th× tèc ®é gi¶m rÊt Ýt cho nªn ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch song song rÊt cøng. Víi ®Æc ®iÓm nh­ vËy, ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch song song ®­îc dïng trong nh÷ng tr­êng hîp tèc ®é hÇu nh­ kh«ng ®æi khi t¶i thay ®æi. 2.3.2. §éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch nèi tiÕp: ë ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch nèi tiÕp, dßng ®iÖn kÝch thÝch chÝnh lµ dßng ®iÖn phÇn øng : It= I­=I. VËy trong ph¹m vi kh¸ réng cã thÓ biÓu thÞ: F=KF.I trong ®ã hÖ sè tû lÖ KF chØ lµ h»ng sè trong vïng I (0,8 ¸ 0,9)I®m th× h¬i gi¶m xuèng do hiÖn t­îng b·o hoµ m¹ch tõ. Nh­ vËy, biÓu thøc ®Æc tÝnh c¬ cã d¹ng: M=CM.F.I­=CM. Þ nÕu bá qua R­ th×: hay: M= Nh­ vËy khi m¹ch tõ ch­a b·o hoµ, ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp cã d¹ng lµ ®­êng hypebol bËc hai. w* M* M®m Ta thÊy, ë ®éng c¬ mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp, tèc ®é quay n gi¶m rÊt nhanh khi M t¨ng. Vµ khi mÊt t¶i (M=0, I=0) th× n cã trÞ sè rÊt lín. V× vËy th­êng chØ cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc víi t¶i tèi thiÒu P2=(0,2 ¸ 0,25)P®m. Tõ d¹ng ®Æc tÝnh c¬ ta còng cã nhËn xÐt lµ ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kÝch thÝch nèi tiÕp rÊt mÒm Þ ®éng c¬ nèi tiÕp rÊt ­u viÖt trong nh÷ng n¬i cÇn më m¸y nÆng nÒ vµ cÇn tèc ®é thay ®æi trong mét vïng réng. 2.3.3 §éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch hçn hîp: Lo¹i nµy ®­îc chÕ t¹o gåm hai cuén d©y nèi tiÕp vµ song song. T¸c dông cña d©y quÊn kÝch thÝch song song vµ nèi tiÕp bï nhau hoÆc ng­îc nhau. Trªn thùc tÕ ng­êi ta chØ sö dông lo¹i kÝch thÝch hçn hîp bï v× ®éng c¬ ng­îc kh«ng ®¶m b¶o ®­îc ®iÒu kiÖn lµm viÖc æn ®Þnh. §éng c¬ kÝch thÝch hçn hîp bï cã ®Æc tÝnh c¬ mang tÝnh chÊt trung gian gi÷a hai lo¹i kÝch thich song song vµ nèi tiÕp. Khi t¶i t¨ng th× tõ th«ng t¨ng, do ®ã ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kÝch thÝch hçn hîp bï mÒm h¬n so víi ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kÝch thÝch song song. Tuy nhiªn møc ®é t¨ng cña tõ th«ng kh«ng m¹nh nh­ ë ®éng c¬ kÝch thÝch nèi tiÕp cho nªn ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch hçn hîp bï cøng h¬n so víi ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kÝch thÝch nèi tiÕp. Tõ nh÷ng ®Æc tÝnh c¬ trªn ta thÊy r»ng ®éng c¬ mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp vµ hçn hîp ®¸p øng ®­îc yªu cÇu truyÒn ®éng. Nã cã nh­ng ­u ®iÓm : + §Æc tÝnh c¬ mÒm vµ ®é cøng thay ®æi theo phô t¶i. §iÒu nµy rÊt thÝch hîp trong giao th«ng cã yªu cÇu tèc ®é thay ®æi theo t¶i. + Cã kh¶ n¨ng qu¸ t¶i lín vÒ m«men vµ kh¶ n¨ng khëi ®éng tèt h¬n. Nhê vËy cho phÐp lµm viÖc ë m«i tr­êng kÐo t¶i nÆng nÒ. + V× tõ th«ng cña ®éng c¬ chØ phô thuéc vµo dßng phÇn øng I­ nªn kh¶ n¨ng chÞu t¶i cña ®éng c¬ kh«ng chÞu ¶nh h­ëng cña sôt ¸p l­íi ®iÖn nªn rÊt thÝch hîp cho nh÷ng truyÒn ®éng dïng trong nghµnh giao th«ng cã ®­êng d©y cung cÊp ®iÖn ®i kÌm theo t¶i. Thùc tÕ trong lÜnh vùc nµy ®éng c¬ kÝch thÝch nèi tiÕp ®­îc sö dông. Tuy nhiªn ng­êi ta còng dïng c¶ ®éng c¬ kÝch thÝch hçn hîp v× nã cho phÐp thùc hiÖn h·m t¸i sinh n¨ng l­îng mµ vÉn ®¶m b¶o tèt c¸c yªu cÇu truyÒn ®éng. x2. C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬. ViÖc ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÐo t¶i trong giao th«ng cã thÓ dïng ph­¬ng ph¸p ®iÖn kÕt hîp c¶ ph­¬ng ph¸p c¬ qua c¬ cÊu b¸nh r¨ng ®Ó t¨ng d¶i ®iÒu chØnh. §iÒu chØnh b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÖn cµng tèt bao nhiªu cµng gi¶m ®é phøc t¹p & cång kÒnh cña c¬ cÊu c¬ khÝ bÊy nhiªu. Thùc tÕ tån t¹i hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p cÊp cho ®éng c¬; tøc lµ thay ®æi U­. §iÒu chØnh ®iÖn ¸p cÊp cho m¹ch kÝch tõ ; tøc lµ thay ®æi tõ th«ng F. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi F cã thÓ thay ®æi ®­îc liªn tôc & gi÷ ®­îc hiÖu suÊt cña ®éng c¬ lµ kh«ng ®æi v× sù ®iÒu chØnh dùa trªn viÖc t¸c dông lªn m¹ch kÝch thÝch cã c«ng suÊt nhá so víi c«ng suÊt ®éng c¬. Nh­ng do b×nh th­êng ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é ®Þnh møc, øng víi kÝch thÝch tèi ®a (F=F®m=Fmax), nªn chØ cã thÓ ®iÒu chØnh theo h­íng gi¶m tõ th«ng; tøc lµ ®iÒu chØnh tèc ®é trong vïng trªn tèc ®é & giíi h¹n ®iÒu chØnh tèc ®é bÞ h¹n chÕ bëi c¸c ®iÒu kiÖn c¬ khÝ vµ ®¶o chiÒu quay nªn ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng thÝch hîp trong tr­êng hîp ®éng c¬ kÐo t¶i giao th«ng. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ chØ cho phÐp ®iÒu chØnh tèc ®é quay d­íi tèc ®é ®Þnh møc v× kh«ng thÓ n©ng cao ®iÖn ¸p lªn trªn U®m cña ®éng c¬. Ph­¬ng ph¸p nµy cho phÐp ®iÒu chØnh triÖt ®Ó v× cã nh÷ng ­u ®iÓm sau: + HiÖu suÊt ®iÒu chØnh cao. + Kh«ng cã tæn hao trong m¸y ®iÖn khi ®iÒu chØnh. + ViÖc thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng, cô thÓ lµ gi¶m U­ Þ m«men ng¾n m¹ch Mnm gi¶m, dßng ng¾n m¹ch Inm gi¶m; ®iÒu nµy rÊt cã ý nghÜa trong lóc khëi ®éng ®éng c¬. + §é sôt tèc tuyÖt ®èi trªn toµn d¶i ®iÒu chØnh øng víi mét m«men lµ nh­ nhau. + §iÒu chØnh tr¬n trong toµn bé gi¶i ®iÒu chØnh. Tuy vËy, ph­¬ng ph¸p nµy ®ßi hái c«ng suÊt ®iÒu chØnh cao, vµ ®ßi hái ph¶i cã nguån ®iÖn ¸p ®iÒu chØnh ®­îc. Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ta thÊy viÖc chän ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng lµ thÝch hîp cho ®éng c¬ kÐo t¶i giao th«ng. MÆc dï, d¶i ®iÒu chØnh chØ cho phÐp thÊp h¬n tèc ®é ®Þnh møc nh­ ta cã thÓ më réng d¶i ®iÒu chØnh nhê kÕt hîp víi c¬ cÊu c¬ khÝ. x3. Giíi thiÖu nguyªn lý chung cña bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu. Nh­ ë trªn ®· ®Ò cËp, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®­îc lùa chän trong ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬. Thùc tÕ, ®Ó thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ ng­êi ta cã thÓ thay ®æi gãc më chËm a nÕu dïng bé biÕn ®æi lµ hÖ thèng chØnh l­u, hoÆc thay ®æi tÇn sè b¨m trong tr­êng hîp bé biÕn ®æi lµ bé b¨m xung ¸p mét chiÒu. ViÖc sö dông hÖ thèng chØnh l­u tiristor - ®éng c¬ chØ øng dông trong tr­êng hîp t¶i cña nã lµ lo¹i ®éng c¬ c«ng suÊt lín, sö dông s¬ ®å chØnh l­u tiristor – ®éng c¬ mét chiÒu lu«n ®i kÌm theo viÖc ®­a thªm bé läc kång kÒnh nªn chØ kh¶ dông cho truyÒn ®éng ®Çu m¸y tÇu ®iÖn kÐo t¶i lín. Víi lo¹i ®éng c¬ c«ng suÊt nhá th× viÖc dïng bé b¨m xung ¸p mét chiÒu lµ phï hîp. V× thiÕt bÞ b¨m xung lµm viÖc víi hiÖu suÊt cao (theo tÝnh to¸n lµ xÊp xØ b»ng 1); Ýt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é vµ ®iÒu kiÖn m«i tr­êng v× tham sè ®iÒu kiÓn lµ thêi gian ®ãng më; ®Æc biÖt lµ cã kÝch th­íc nhá gän (tÝnh c¶ läc), nªn rÊt phï hîp víi xe ®iÖn di ®éng. Sau ®©y giíi thiÖu nguyªn lý chung cña bé b¨m xung, ®ång thêi ph©n tÝch kh¸i l­îc vÒ c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn chÕ ®é lµm viÖc cña bé b¨m xung - ¸p còng nh­ vÊn ®Ò lùa chän thiÕt bÞ ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu vÒ chØ tiªu kü thuËt vµ kinh tÕ. T¶i ChØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn L2 · · · · · · K D C1 C2 S¬ ®å nguyªn lý cña bé b¨m xung ¸p mét chiÒu Trªn s¬ ®å th× bé b¨m xung ¸p lµm viÖc nh­ mét c«ng t¸c t¬ tÜnh (K) ®ãng më liªn tôc 1 c¸ch chu k× . Nhê vËy mµ biÕn ®æi ®­îc ®iÖn ¸p mét chiÒu kh«ng ®æi E thµnh c¸c xung ®iÖn ¸p mét chiÒu Utb cã trÞ sè cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc. §iÖn ¸p Utb nµy ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ sÏ lµm thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ « t«. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p th× 0<Utb<E. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é t¨ng ¸p th× E<Utb<0. Trong s¬ ®å trªn L,C lµ bé phËn läc ®Ó san b»ng vµ gi÷ cho ®iÖn ¸p t¶i thùc tÕ lµ kh«ng ®æi ,môc ®Ých lµ gi¶m hÖ sè ®Ëp m¹ch n©ng cao chÊt l­îng ®iÒu chØnh . §iÖn ¸p trªn t¶i thu ®­îc phô thuéc vµo tÇn sè ®ãng c¾t kho¸ K.Trong khi ®ã c¸c h¹n chÕ vÒ c«ng nghÖ vµ tæn hao cña bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu quyÕt ®Þnh giíi h¹n tÇn sè lµm viÖc cña bé biÕn ®æi .§Ó tr¸nh c¸c sãng kh«ng mong muèn vµ tõ ®Êy tr¸nh ®­îc Momen ®Ëp m¹ch th× tÇn sè ph¶i lín h¬n mét møc nµo ®ã .TÇn sè ®ãng c¾t cµng nhanh th× cµng gi¶m ®­îc kÝch th­íc cña bé läc ,nh­ng nÕu qu¸ lín sÏ sinh ra nhiÔu v« tuyÕn .V× vËy ph¶i c©n nh¾c ®Ó lùa chän ®­îc bé biÕn ®æi lµm viÖc ë d¶i tÇn thÝch hîp( d­íi 1KHz). Thùc tÕ th­êng dïng tÇn sè b¨m kho¶ng 400Hz ¸ 600Hz. Thùc tÕ kho¸ K trªn s¬ ®å nguyªn lý ®­îc thay b»ng kho¸ ®iÖn tö cô thÓ lµ Tiristor hoÆc Transistor(C«ng suÊt hoÆc MOS). Dïng Tiristor cã ­u ®iÓm lµ trÞ sè giíi h¹n cao ,lµm viÖc ch¾c ch¾n rÎ tiÒn,tæn hao khi dÉn nhá nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ më chËm nªn chØ sö dông réng r·i ë tÇn sè ®ãng më thÊp (d­íi 500Hz). Transistor MOS thÝch hîp víi d¶i tÇn sè chuyÓn m¹ch cao h¬n 100KHz. Transistor c«ng suÊt thÝch hîp víi d¶i tÇn tõ 20->100Khz,cã gi¸ thµnh rÎ h¬n,tæn hao Ýt h¬n MOS. Víi hÖ thèng dïng Transistor th× yªu cÇu lµm m¸t kh«ng cao b»ng Tiristor,nh­ng Tiristor l¹i cho phÐp dÔ b¶o vÖ chèng l¹i c¸c sù cè h¬n Transistor .V× vËy ë nh÷ng m«i tr­êng lµm viÖc nÆng nÒ viÖc sö dông Transistor lµ h¹n chÕ. ViÖc sö dông lo¹i linh kiÖn nµo dïng trong bé biÕn ®æi trong thùc tÕ lµ dùa vµo kh¶ n¨ng kinh tÕ kü thuËt vµ trong nhiÒu tr­êng hîp th× viÖc lùa chän kh«ng râ rµng . Ngoµi sù ¶nh h­ëng cña c¸c th«ng sè kü thuËt lµ tÇn sè ®ãng c¾t, giíi h¹n vÒ c¸c linh kiÖn th× chÊt l­îng ®iÒu chØnh tèc ®é «t« cßn phô thuéc vµo c¶ c¬ cÊu ®iÒu chØnh lµ kÝn hay hë. Dïng s¬ ®å ®iÒu chØnh kÝn (cã vßng ph¶n håi) sÏ t¨ng thªm tÝnh æn ®Þnh tèc ®é víi mét tÇn sè ®ãng c¾t nhÊt ®Þnh, n©ng cao ®­îc chÊt l­îng ®iÒu chØnh. ch­¬ng II: Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu cã nhiÒu ­u ®iÓm trong truyÒn ®éng giao th«ng. Bé b¨m xung ¸p biÕn ®æi ®­îc ®iÖn ¸p mét chiÒu tõ 0 ®Õn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p nguån US mét c¸ch tr¬n liªn tôc. PhÇn trªn còng ®· ®Ò cËp tíi nguyªn lý chung cña bé biÕn ®iÖn ¸p mét chiÒu, ë ch­¬ng nµy ta ®i chi tiÕt giíi thiÖu tæng quan nguyªn lý ®iÒu chØnh, c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vµ mét sè s¬ ®å b¨m xung ¸p thùc tÕ. x 1 . Nguyªn lý Nguyªn lý chung lµ biÕn ®æi gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p mét chiÒu ë c¸c møc kh¸c nhau. Ura t t1 t2 T BB§ mét chiÒu US Ura Ura lµ mét d·y xung vu«ng (lý t­ëng) cã ®é réng t1 vµ ®é nghØ t2. §iÖn ¸p ra b»ng gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p xung. Nguyªn lý c¬ b¶n cña c¸c bé biÕn ®æi nµy lµ ®iÒu khiÒn c¸c phÇn tö c«ng suÊt b»ng ph­¬ng ph¸p xung. §Ó cã hiÖu suÊt lín th× ®iÖn ¸p sôt trªn c¸c phÇn tö c«ng suÊt ë tr¹ng th¸i më ph¶i nhá, dßng qua nã ë tr¹ng th¸i më rÊt nhá. x2. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra Cã hai ph­¬ng ph¸p: Thay ®æi ®é réng xung (t1). Thay ®æi tÇn sè xung (T hoÆc f). 2.1. Ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®é réng xung Néi dung cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ thay ®æi t1, gi÷ nguyªn T Þ 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). 2.2. 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 Ura=US khi vµ Ura=0 khi f=0. 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. x3. C¸c d¹ng c¬ b¶n Dùa vµo c¸ch m¾c kho¸ xung, c¸c bé läc vµ nguån cung cÊp mµ cã c¸c d¹ng s¬ ®å sau: 3.1. BiÕn ®æi h¹ ¸p: S¬ ®å nguyªn lý nh­ sau: L1 D1 US Ura Cläc t¶i PhÇn tö ®iÒu chØnh quy ­íc lµ kho¸ K ( thùc tÕ lµ Tiristor hoÆc Tranzitor). §Æc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ kho¸ K, 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 Ura ®Ó tho¸t dßng t¶i khi kho¸ K ng¾t. + K ®ãng Þ US ®­îc ®Æt vµo ®Çu cña bé läc. Lý t­ëng th× Ut¶i = US (nÕu bá qua sôt ¸p trªn c¸c van trong bé biÕn ®æi). + K më Þ hë m¹ch gi÷a nguån vµ t¶i, nh­ng vÉn cã dßng It¶i do n¨ng l­îng tÝch luü trong cuén L vµ Lt¶i, dßng ch¹y qua D, do ®ã Ura=Ut¶i’ =0. Nh­ vËy, Ut¶i tb £ US. T­¬ng øng ta cã bé biÕn ®æi h¹ ¸p. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: 3.2. BiÕn ®æi t¨ng ¸p: S¬ ®å nh­ sau: L1 D1 US Ura Cläc t¶i K §Æc ®iÓm: L1 nèi tiÕp víi t¶i, Kho¸ K m¾c song song víi t¶i. Cuén c¶m L1 kh«ng tham gia vµo qu¸ tr×nh läc gîn sãng mµ chØ cã tô C ®ãng vai trß nµy. + K ®ãng, dßng ®iÖn tõ +US qua L1 ® K ® -US. Khi ®ã D t¾t v× trªn tô cã UC (®· ®­îc tÝch ®iÖn tr­íc ®ã). + K ng¾t, dßng ®iÖn ch¹y tõ +US qua L1 ® D ® T¶i. V× tõ th«ng trong L1 kh«ng gi¶m tøc thêi vÒ kh«ng do ®ã trong L1 xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng tù c¶m eL, cã cïng cùc tÝnh US. Do ®ã tæng ®iÖn ¸p: U=US+eL ® lµm D th«ng ® Ut¶i=US+eL. VËy ta cã bé biÕn ®æi t¨ng ¸p. §Æc tÝnh cña bé biÕn ®æi lµ tiªu thô n¨ng l­îng tõ nguån US ë chÕ ®é liªn tôc vµ n¨ng l­îng truyÒn ra t¶i d­íi d¹ng xung nhän. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: 3.3. BiÕn ®æi ®¶o cùc: S¬ ®å m¾c nh­ sau: L1 D1 US Ura Cläc t¶i K L1 chØ ®ãng vai trß tÝch luü n¨ng l­îng. C ®ãng vai trß läc. + K ®ãng, trªn L1 cã US, dßng ch¹y tõ +US ® K ® L1 ® -US. N¨ng l­îng tÝch luü trong cuén c¶m L1; ®i-«t D t¾t; Ut¶i=UC, tô C phãng ®iÖn qua t¶i. + K 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; Ut¶i sÏ ng­îc chiÒu víi US. VËy ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ®¶o dÊu so víi US. Gi¸ trÞ tuyÖt ®èi |Ut¶i| cã thÓ lín h¬n hay nhá h¬n US. 3.4. BiÕn ®æi c«ng suÊt lín theo nguyªn lý nhiÒu nhÞp: §Æc ®iÓm: M¾c song song n bé biÕn ®æi riªng lµm viÖc cïng mét t¶i vµ nguån US. §Ó gi¶m ®é gîn sãng cña It¶i vµ Ut¶i , c¸c kho¸ K1, K2, K3, ¼ lµm viÖc lÖch pha nhau mét gãc 2p/n. Khi ®ã mçi bé biÕn ®æi chÞu dßng ®iÖn It¶i/n ; tÇn sè lµm viÖc f=fS/n. Cã thÓ lµm viÖc ë hai chÕ ®é : lÇn l­ît vµ ®ång thêi. NhËn xÐt: C¸c bé biÕn ®æi (3 & 4) cã ­u ®iÓm ë chç lµ cho phÐp nhËn ®­îc ®iÖn ¸p ra t¶i Ut¶i cao h¬n ®iÖn ¸p nguån cung cÊp US, song chóng chØ thÝch hîp víi d¶i c«ng suÊt nhá nªn Ýt th«ng dông. x4. transistor c«ng suÊt : 4.1 CÊu t¹o : Transistor lµ linh kiÖn b¸n dÉn gåm 3 líp : PNP hay NPN. Transistor PNP: a).CÊu t¹o b). Ký hiÖu ( b ) C B E ( a ) E B C N P P ( a ) E C B P N N C B E ( b ) Transistor NPN a). CÊu t¹o b). Ký hiÖu VÒ mÆt vËt lý transistor gåm 3 phÇn : phÇn ph¸t, phÇn nÒn vµ phÇn thu. Vïng nÒn (B) rÊt máng. Transistor c«ng suÊt cã cÊu tróc vµ ký hiÖu nh­ nhau: ( b ) ( a ) E IC B UBE IE C IB UCE E · · B C Transistor c«ng suÊt a). CÊu tróc b). Ký hiÖu 4. 2 Nguyªn lý ho¹t ®éng : · · · Base p - IE + IC IE Colector Emiter C C E E N · · · · N p · · · - + RE UEE UCC RC ·· · P H×nh ?<? S¬ ®å ph©n cùc transistor. §iÖn thÕ UEE ph©n cùc thuËn mèi nèi B – E (PN) lµ nguyªn nh©n lµm cho vïng ph¸t (E) phãng ®iÖn tö vµo vïng P (cùc B) . HÇu hÕt c¸c ®iÖn tö ( electron) sau khi qua vïng B råi qua tiÕp mèi nèi thø hai phÝa bªn ph¶i h­íng tíi vïng N ( cùc thu ), kho¶ng 1% electron ®­îc gi÷ l¹i vïng B. C¸c lç trèng vïng nÒn di chuyÓn vµo vïng ph¸t. Mèi nèi B - E ë chÕ ®é ph©n cùc thuËn nh­ mét diode, cã ®iÖn kh¸ng nhá vµ ®iÖn ¸p r¬i trªn nã nhá th× mèi nèi B - C ®­îc ph©n cùc ng­îc bëi ®iÖn ¸p UCC . B¶n chÊt mèi nèi B - C nµy gièng nh­ mét diode ph©n cùc ng­îc vµ ®iÖn kh¸ng mèi nèi B - C rÊt lín. Dßng ®iÖn ®o ®­îc trong vïng ph¸t gäi lµ dßng ph¸t IE. Dßng ®iÖn ®o ®­îc trong m¹ch cùc C ( sè l­îng ®iÖn tÝch qua ®­êng biªn CC trong mét ®¬n vÞ thêi gian lµ dßng cùc thu IC  ). Dßng IC gåm hai thµnh phÇn : - Thµnh phÇn thø nhÊt ( Thµnh phÇn chÝnh ) lµ tû lÖ h¹t Electron ë cùc ph¸t tíi cùc thu . Tû lÖ nµy phô thuéc duy nhÊt vµo cÊu tróc cña transistor vµ lµ h»ng sè ®­îc tÝnh tr­íc ®èi víi tõng transistor riªng biÖt. H»ng sè ®· ®­îc ®Þnh nghÜa lµ a. VËy thµnh phÇn chÝnh cña dßng IC lµ aIE, th«ng th­êng a = 0,9 ® 0,999. - Thµnh phÇn thø hai lµ dßng qua mèi nèi B - C ë chÕ ®é ph©n cùc ng­îc l¹i khi IE = 0. Dßng nµy gäi lµ dßng ICBO - nã rÊt nhá. - VËy dßng qua cùc thu : IC = a.IE + ICBO . *C¸c th«ng sè cña transistor c«ng suÊt IC : Dßng colector mµ transistor chÞu ®­îc . UCEsat : §iÖn ¸p UCE khi transistor dÉn b·o hoµ . UCEO : §iÖn ¸p UCE khi m¹ch bad¬ ®Ó hë, IB = 0. UCEX : §iÖn ¸p UCE khi bad¬ bÞ kho¸ bëi ®iÖn ¸p ©m, IB <0. ton : Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó UCE tõ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p nguån U gi¶m xuèng UCEsat » 0. tf : Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó iC tõ gi¸ trÞ IC gi¶m xuèng 0. tS : Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó UCE tõ gi¸ trÞ UCEsat t¨ng ®Õn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p nguån U. P : C«ng suÊt tiªu t¸n bªn trong transitor. C«ng suÊt tiªu t¸n bªn trong transistor ®­îc tÝnh theo c«ng thøc P = UBE.IB + UCE.IC. - Khi transistor ë tr¹ng th¸i më : IB = 0, iC = 0, nªn P = 0. - Khi transistor ë tr¹ng th¸i ®ãng : UCE = UCEsat . ( b ) ( a ) IC UCE b a UCE IC IC · Trong thùc tÕ transistor c«ng suÊt th­êng ®­îc cho lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸ : IB = 0, IC = 0, transistor ®­îc coi nh­ hë m¹ch. Nh­ng víi dßng ®iÖn gèc ë tr¹ng th¸i cã gi¸ trÞ b·o hoµ , th× transistor trë vÒ tr¹ng th¸i ®ãng hoµn toµn. Transistor lµ mét linh kiÖn phô thuéc nªn cÇn phèi hîp dßng ®iÖn gèc vµ dßng ®iÖn gãp. ë tr¹ng th¸i b·o hoµ ®Ó duy tr× kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn vµ ®Ó tr¸nh ®iÖn tÝch ë cùc gèc qu¸ lín, dßng ®iÖn gèc ban ®Çu ph¶i cao ®Ó chuyÓn sang tr¹ng th¸i dÉn nhanh chãng. ë chÕ ®é kho¸ dßng ®iÖn gèc ph¶i gi¶m cïng qui luËt nh­ dßng ®iÖn gãp ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng chäc thñng thø cÊp. ( b ) ( a ) IC UCE b a UCE IB IC · Tr¹ng th¸i dÉn vµ tr¹ng th¸i bÞ kho¸ a) Tr¹ng th¸i ®ãng m¹ch hay ng¾n m¹ch IB lín, IC do t¶i giíi h¹n b) Tr¹ng th¸i hë m¹ch IB = 0. C¸c tæn hao chuyÓn m¹ch cña transistor cã thÓ lín. Trong lóc chuyÓn m¹ch, ®iÖn ¸p trªn c¸c cùc vµ dßng ®iÖn cña transistor còng lín. TÝch cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p cïng víi thêi gian chuyÓn m¹ch t¹o nªn tæn hao n¨ng l­îng trong mét lÇn chuyÓn m¹ch. C«ng suÊt tæn hao chÝnh x¸c do chuyÓn m¹ch lµ hµm sè cña c¸c thong sè cña m¹ch phô t¶i vµ d¹ng biÕn thiªn cña dßng ®iÖn gèc . * §Æc tÝnh tÜnh cña transistor UCE = f(IC). §Ó cho khi transistor ®ãng, ®iÖn ¸p sôt bªn trong cã gi¸ trÞ nhá, ng­êi ta ph¶i cho nã lµm viÖc ë chÕ ®é b·o hoµ, tøc lµ IB ph¶i ®ñ lín ®Ó IC cho ®iÖn ¸p sôt UCE nhá nhÊt. ë chÕ ®é b·o hoµ, ®iÖn ¸p sôt trong transistor c«ng suÊt b»ng 0,5 ®Õn 1V trong khi ®ã tiristor lµ kho¶ng 1,5 V §Æc tÝnh tÜnh cña transistor: UCE = f ( IC ). Vïng tuyÕn tÝnh Vïng gÇn b·o hoµ Vïng b·o hoµ UCE IC 4. 3 øng dông cña transistor c«ng suÊt : Transistor c«ng suÊt dïng ®Ó ®ãng c¾t dßng ®iÖn mét chiÒu cã c­êng ®é lín. Tuy nhiªn trong thùc tÕ transistor c«ng suÊt th­êng cho lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸ . IB = 0 , IC = 0 : transistor coi nh­ hë m¹ch . ch­¬ng III: c¸c ph­¬ng ¸n Tæng thÓ Thùc tÕ cã rÊt nhiÒu s¬ ®å b¨m xung ¸p mét chiÒu víi nhiÒu ®Æc ®iÓm kh¸c nhau tuú môc ®Ých sö dông, song chóng ®Òu lµm viÖc dùa trªn nh÷ng nguyªn lý cña c¸c d¹ng c¬ b¶n nh­ ®· giíi thiÖu ë môc trªn. D­íi ®©y xin giíi thiÖu mét sè s¬ ®å b¨m xung ¸p: x1. Bé b¨m nèi tiÕp : 1. 1 Nguyªn lý ho¹t ®éng : S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ®­îc biÓu diÔn nh­ sau : (-) (+) Id D0 ID0 LC DC U E Ud + · - · C + - · · · · · · VS1 · VS2 · Ld Rd ­ S¬ ®å nguyªn lý cña bé b¨m nèi tiÕp . trong ®ã : VS1 : lµ tiristor chÝnh. VS2 : lµ tiristor phô, dïng ®Ó ng¾t bé b¨m. LC, DC, C : lµ c¸c phÇn tö chuyÓn m¹ch, t¹o m¹ch cho tô C. D0 : Diode hoµn n¨ng l­îng, duy tr× dßng qua t¶i khi bé b¨m ng¾t. Bé b¨m nèi tiÕp lµ mét kho¸ ®iÖn S b»ng tiristor ®­îc ®iÒu khiÓn ®ãng më trong hÖ thèng mét c¸ch chu kú. Khi S ®ãng th× ®iÖn ¸p ngâ ra trªn t¶i Ud = U cpnf khi S më th× Ud = 0. Gi¶ sö ë tr¹ng th¸i ban ®Çu VS1 vµ VS2 ®Òu bÞ kho¸, tô C ®­îc n¹p ®Çy víi b¶n cùc d­¬ng ë phÝa trªn nh­ ghi chó trong h×nh trªn Cho xung ®iÒu khiÓn kÝch tiristor VS1 , VS2 më, dßng ®iÖn tõ cùc d­¬ng cña nguån U ch¹y qua VS1 vµo phô t¶i (R, L, E) råi trë vÒ cøc ©m cña nguån U. §ång thêi tô C sÏ phãng ®iÖn teo vßng : VS1 - LC - DC - C vµ tô C ®­îc n¹p ®iÖn theo chiÒu ng­îc l¹i . §iÖn ¸p ra trªn t¶i Ud = U . Khi cho xung ®iÒu khiÓn kÝch tiristor phô VS2, VS2 më, ®Æt ®iÖn ¸p gi÷a hai b¶n cùc cña tô C lªn VS1 lµm cho VS1 bÞ kho¸ l¹i. Lóc nµy ®iÖn ¸p ra trªn t¶i Ud =0. Thay ®æi tû sè thêi gian ®ãng vµ thêi gian ng¾t cña VS1 sÏ ®iÒu chØnh ®­îc gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p ra trªn t¶i. Gäi T lµ chu kú cña bé b¨m, T= T®g + Tng . Trong ®ã : T®g = aT lµ thêi gian ®ãng m¹ch cña VS1 . Tng = T - T®g lµ thêi gian ng¾t m¹ch. a = T®g/T lµ tû sè ®ãng cña chu kú. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iªn ¸p ra trªn t¶i : Khi ta thay ®æi tû sè ®ãng a th× cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc Utb. Cã hai c¸ch ®Ó thay ®æi a : - Gi÷ cè ®Þnh chu kú xung T ( tÇn sè cè ®Þnh) , thay ®æi thêi gian ®ãng m¹ch T®g cña bé b¨m. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc gäi lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®é réng xung . - Gi÷ cè ®Þnh thêi gian ®ãng m¹ch T®g thay ®æi chu kú cña bé b¨m T ( tÇn sè biÕn thiªn ) . Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc gäi lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu tÇn . Khi a = 0 tøc lµ T®g ta cã Utb = 0, bé b¨m th­êng xuyªn ng¾t m¹ch, n =0 . Khi a = 1 tøc lµ T®g = T ta cã Utb = U, bé b¨m th­êng xuyªn ®ãng m¹ch, n = nmax. Trong hÖ thèng, thêi gian ®ãng m¹ch T®g cã thÓ ®iÒu chØnh tuú theo ý muèn nh­ng T®g kh«ng thÓ nhá h¬n mét nöa chu kú cña m¹ch dao ®éng LC, tøc lµ ph¶i ®¶m b¶o : Ta cã s¬ ®å biÓu diÔn ®iÖn ¸p ra trªn t¶i Ud nh­ sau : Tñg Tng T Utb Ud U t 0 S¬ ®å biÓu diÔn ®å thÞ ®iÖn ¸p ngâ ra trªn t¶i Ud XÐt qu¸ tr×nh dao ®éng cña dßng t¶i : Trong kho¶ng thêi gian 0< T < T®g kho¸ S ®ãng ®iÖn. §iÖn ¸p ra trªn t¶i Ud = U , dßng ®iÖn t¶i I t¨ng tõ gi¸ trÞ nhá nhÊt Imin ®Õn gi¸ trÞ lín nhÊt Imax. BiÓu thøc I ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch gi¶i ph­¬ng tr×nh cña m¹ch ®iÖn khi S ®ãng: BiÓu thøc tæng qu¸t cña dßng ®iÖn sÏ lµ : T¹i thêi ®iÓm t =0 th× : Thay gi¸ trÞ K1 vµo ta ®­îc : Khi t = T®g ta cã trÞ sè lín nhÊt cña dßng ®iÖn : Ta nhËn thÊy trong gia ®o¹n S ®ãng th× dßng t¶i t¨ng tõ trÞ sè nhá Imin ®Õn Imax theo quy luËt cña hµm sè mò. Lý luËn t­¬ng tù, xÐt trong kho¶ng thêi gian T®g < t < T, S ng¾t ®iÖn, ®iÖn ¸p ra trªn t¶i Ud = 0 th× dßng ®iÖn trªn t¶i gi¶m theo hµm mò vµ kh t = T th× ®¹t gi¸ trÞ Imin . Trong ®ã : T­ = L/R . Khi S ®ãng liªn tôc th×: i = I = Imax = Imin = ( U - E )/R NÕu T®g cña kho¸ S gi¶m nhá ®Õn gi¸ trÞ tíi h¹ T®ggh th× Imin = 0. Lóc nµy hÖ thèng sÏ lµm viÖc ë biªn giíi chuyÓn tõ chÕ ®é liªn tôc sang chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n. Imax Imax Imax Imin Imin Imin I t 0 U Ud t 0 T dg Tng T IS t 0 ID0 t 0 Ta cã ®å thÞ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn ë chÕ ®é liªn tôc vµ gi¸n ®o¹n cña bé b¨m nh­ sau : §å thÞ biÓu diÔn ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ngâ ra ë chÕ ®é liªn tôc vµ gi¸n ®o¹n cña bé m¨m nèi tiÕp. 1 .2 C¸ch ®iÒu chØnh tèc ®é : I­ L­ D0 E­ + · - · U · · · Ñ Khi ®iÖn ¸p nguån mét chiÒu U kh«ng ®æi, tèc ®é cña ®éng c¬ sÏ thay ®æi nhê sù thay ®æi tû sè thêi gian ®ãng ng¾t kho¸ S. Ta cã s¬ ®å nguyªn lý hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ sö dông bé b¨m nèi tiÕp nh­ sau : S¬ ®å m¹ch ®éng lùc hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ sö dông bé b¨m nèi tiÕp . Trong chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc v× Tx = T nªn ta cã Utb = aU víi 0 £ a £ 1. §èi víi t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã dßng trung b×nh cña phÇn øng lµ I, søc ®iÖn ®éng E th× ta cã : E = Utb – IRö víi : Theo c«ng thøc trªn hä c¸c ®Æc tÝnh tèc ®ä hay ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña ®éng c¬ ë chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc lµ mét hä c¸c ®­êng th¼ng song songg øng víi c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña a. Trong chÕ ®é dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, ta cÇn gi÷ cho gi¸ trÞ T®g hay a cè ®Þnh th× ®­êng biªn liªn tôc lµ mét nöa ®­êng elip vÏ b»ng c¸c nÐt ®øt. Dßng trung b×nh liªn tôc Itblt cã trÞ sè lnh¬ nhÊt lµ Itblt = 0 øng víi n = 0 ( Khi a =0 ) vµ n = nmax ( Khi a = 1 ). a1 M, I n MC amin = 0 amax = 1 a2 a3 n1 n2 n3 nmax Hä ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña hÖ thèng b¨m nèi tiÕp ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu . Nh­ vËy, trong hÖ thèng b¨m nèi tiÕp sÏ ®¶m b¶o cho m¸y ®iÖn lµm viÖc ë tr¹ng th¸i ®éng c¬. Khi S më th× Ud = U vµ khi S ®ãng th× Ud = 0. V©y ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trung b×nh qua ®éng c¬ lu«n lu«n d­¬ng. HÖ thèng nµy sÏ lµm viÖc ë gãc phÇn t­ thø nhÊt cña mÆt ph¼ng to¹ ®éU, I U I §å thÞ biÓu diÔn ph¹m vi ®iÒu chØnh cña hÖ thèng sö dông bé b¨m nèi tiÕp x2. Bé b¨m song song : 2. 1 Nguyªn lý ho¹t ®éng: S¬ ®å nguyªn lý cña bé b¨m song song ®­îc biÓu diÔn nh­ sau : U E Ud Id IT - · · + · · D L R ­ T · S¬ ®å nguyªn lý cña bé b¨m song song. L : lµ ®iÖn c¶m cña phÇn øng ®éng c¬ kÕt hîp víi ®iÖn c¶m bæ sung ®Ó gi÷ cho dßng Id = const. XÐt trong kho¶ng thêi gian 0 <t < aT th× tiristor T më, diode D ®­îc ph©n cùc ng­îc nªn bÞ kho¸ ®Ó tr¸nh llµm ng¾n m¹ch nguån U . Lóc nµy : Ie = 0, Ud = 0, IT = Id. Trong kho¶ng thêi gian aT < t < T th× kho¸ D më. Lóc nµy: Ie = Id , Ud = U, IT = 0. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p mét chiÒu : Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn tr¶ vÒ nguån : Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn ch¹y qua tiristor : Ph­¬ng tr×nh m¹ch t¶i khi m¸y ®iÖn ë tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh : Ta cã d¹ng sãng cña ®iÖn ¸p ngâ ra Ud vµ cña dßng Ie, IT nh­ sau : U aT T Ud t 0 Ie t 0 IT t 0 Id S¬ ®å biÓu diÔn d¹ng sãng cña ®iÖn ¸p ngâ ra, dßng Ie vµ IT. 2. 2 C¸ch ®iÒu chØnh tèc ®é : - · · + · · D L­ U · Ñ M¹ch ®éng lùc cña hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu sö dông bé b¨m song song. Khi t¶i lµ mét m¸y ®iÖn mét chiÒu, bé b¨m song song sÏ cho phÐp thùc hiÖn h·m t¸i sinh. Trong chÕ ®é h·m, m¸y ®iÖn sÏ lµm viÖc nh­ lµ mét m¸y ph¸t ®iÖn, tr¶ n¨ng l­îng vÒ nguån ®· tõng nu«i nã khi nã lµm viÖc ë tr¹ng th¸i ®éng c¬ ®iÖn. Tõ biÓu thøc Ie ta nhËn thÊy r»ng cã thÓ khãng chÕ dßng ®iÖn h·m t¸i sinh b»ng c¸ch t¸c ®éng vµo tû sè chu kú a. Tõ ph­¬ng tr×nh m¹ch t¶i khi m¸y ®iÖn ö tr¹ng th¸i h·m t¸i sinh ®Ó cã thÓ tiÕn hµnh h·m t¸i sinh cho m¸y ®iÖn, n¨ng l­îng trë vÒ nguån th× Id >0 do ®ã søc ®iÖn ®éng E >Ud . Nh­ vËy, khi S më th× Ud = 0 vµ khi S ng¾t th× Ud = U dßng ®iÖn h­íng vÒ chiÒu ©m mÆc dï Ud d­¬ng. Do ®ã ph¹m vi ®iÒu chØnh sÏ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau : U I §å thÞ biÓu diÔn ph¹m vi ®iÒu chØnh cña hÖ thèng sö dông b¨m song song. x 3. bé b¨m xung ¸p lo¹i B : 3.1 Nguyªn lý ho¹t ®éng : L1 · · · · · · · R E S1 S2 id ud C · · S¬ ®å nguyªn lý cña bé b¨m xung ¸p lo¹i nµy nh­ sau: D2 US D1 Gi¶i thÝch: + S1, S2 lµ lo¹i ®iÒu khiÓn hoµn toµn ( Transistor c«ng suÊt) + T¶i cña bé b¨m xung ¸p lµ ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp cã thÓ thay thÕ b»ng R-L-E; trong ®ã E lµ søc ph¶n ®iÖn ®éng cña ®éng c¬. + D1lµ Diod hoµn n¨ng l­îng ;D2 lµ diod cã t¸c dông tr¶ n¨ng l­îng t¸i sinh cho nguån. §Ó chiÒu dßng ®iÖn t¶i nh­ h×nh vÏ ta cho S1 ho¹t ®éng nh­ mét kho¸ ®ãng c¾t ;cßn S2 kh«ng lµm viÖc .Khi S1 më dßng ®iÖn tõ nguån ch¶y qua S1 qua t¶i vµ trë vÒ ©m nguån .Khi S1 kho¸ dßng t¶i ®­îc khÐp m¹ch qua ®iod D1 ®¶m b¶o dßng t¶i lµ liªn tôc ngay c¶ khi S1 kho¸ . §Ó ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng ®éng c¬ (dßng id) ta cho S2 vµ D2 vµo vËn hµnh cßn S1 ng¾t. Khi ®ã ,do qu¸n tÝnh ®éng c¬ vÉn quay theo chiÒu cò mÆc dï bÞ ng¾t ra khái nguån ® E > 0. Lóc nµy m¹ch t¶i chØ cã nguån duy nhÊt E khÐp m¹ch qua S2 ® xuÊt hiÖn dßng ®iÖn ch¹y ng­îc l¹i chiÒu ban ®Çu .C«ng suÊt ®iÖn tõ cña ®éng c¬ lµ:P®t= Id.E > 0. C«ng suÊt lóc nµy ®­îc tÝch luü trong cuén c¶m L. Khi S2 ng¾t, trªn ®iÖn c¶m L sinh ra søc ®iÖn ®éng tù c¶m (DUL) cïng chiÒu víi E.Tæng hai søc ®iÖn ®éng nµy lín h¬n ®iÖn ¸p nguån US lµm D2 dÉn ng­îc dßng vÒ nguån vµ tr¶ l¹i phÇn n¨ng l­îng ®· tÝch luü trong cuén c¶m L. §Ó ®¶m b¶o S2 dÉn dßng ®iÖn ng­îc ngay khi dßng thuËn qua D1 t¾t ta ph¸t xung vµo më S2 ®ång thêi víi viÖc ph¸t xung kho¸ S1. Sau ®©y lµ biÓu ®å d¹ng sãng m« t¶ ho¹t ®éng cña s¬ ®å: i®k1 i®k2 ud id US iD1 iD2 iS Ud Id BiÓu ®å d¹ng sãng dßng, ¸p US1 Tõ biÓu ®å d¹ng sãng ta cã nhËn xÐt : + Dßng qua phÇn øng ®éng c¬ lµ liªn tôc nÕu ta ®¶m b¶o S2 dÉn tr­íc hoÆc sau khi dßng qua D1 t¾t. + Dßng ®iÖn qua phÇn øng ®éng c¬ cã phÇn ©m nªn gi¸ trÞ trung b×nh cña nã cã thÓ nhá bÊt kú ,thËm chÝ b»ng 0 hoÆc ©m .§iÒu nµy cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc b»ng c¸ch thay ®æi thêi gian dÉn cña S1 vµ S2. NhËn xÐt: ¦u ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ: + Dßng qua t¶i lu«n lµ liªn tôc,do ®ã t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho ®éng c¬ ho¹t ®éng ªm. + Cã thÓ thùc hiÖn ®­îc qu¸ tr×nh t¸i sinh n¨ng l­îng. 3.2 C¸c biÓu thøc cã liªn quan: V× t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nªn ta cã thÓ thay thÕ b»ng t¶i R-L-E, trong ®ã: E: Søc ph¶n ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ R: §iÖn trë d©y quÊn cña ®éng c¬ L: §iÖn c¶m d©y quÊn cña ®éng c¬ X¸c ®Þnh Imax vµ Imin : Khi H ®ãng m¹ch (t­¬ng ®­¬ng víi viÖc më S1) ta cã : ; víi Sö dông ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi Laplace ta ®­îc: Khi míi b¾t ®Çu cho bé biÕn ®æi lµm viÖc th× Id=0. Nh­ng sau mét vµI chu kú, dßng Id sÏ biÕn ®éng vµ x¸c lËp gi÷a hai gi¸ trÞ Imax vµ Imin ( Do D1 & D2 dÉn khi S1 kho¸). Do ®ã Id(0)=Imin . Thay vµo ph­¬ng tr×nh trªn ta ®­îc: Tra b¶ng gèc ¶nh ta t×m ®­îc: Khi m¹ch hë ( t­¬ng ®­¬ng víi viÖc kho¸ S1 më S2). Ta cã ph­¬ng tr×nh trong giai ®o¹n D1 dÉn : (V× tÇn sè ®ãng c¾t cao nªn coi nh­ E kh«ng ®æi trong suèt qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña bé b¨m xung ) T­¬ng tù nh­ vËy ta t×m ®­îc nghiÖm VËn dông c¸c s¬ kiÖn : t=eT Þ Id=Imax t=T Þ Imin=Id Trong ®ã: X¸c ®Þnh ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i : Tõ biÓu ®å d¹ng sãng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn t¶i, ta cã: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng t¶i : Tõ ph­¬ng tr×nh cña m¹ch t¶i ta cã: §é nhÊp nh« cña dßng ®iÖn t¶i : Ta cã: (Khi lÊy gi¸ trÞ xÊp xØ nh­ trªn ta coi R=0) Tõ biÓu thøc võa tÝnh ®­îc ta thÊy r»ng :Khi T=const th× ®é nhÊp nh« DId lµ hµm cña tû sè chu kú e .Tõ ®ã ta cã ; Cho Do ®ã DIdmax= VËy muèn cho dßng ®iÖn t¶i Ýt nhÊp nh«,cÇn t¨ng tÇn sè b¨m f hoÆc t¨ng ®iÖn c¶m L(b»ng c¸ch nèi thªm 1 ®iÖn c¶m nèi tiÕp víi phÇn øng ®éng c¬). Gi¸ trÞ trung b×nh dßng qua van: Ta cã : Gi¸ trÞ trung b×nh qua diod : NhËn xÐt: Qua c¸c ph­¬ng ph¸p ®· nªu trªn ta chän ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn dïng b¨m xung ¸p lo¹i B v× nã cã nh÷ng ­u ®iÓm sau: + Dßng qua t¶i lu«n lµ liªn tôc,do ®ã t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho ®éng c¬ ho¹t ®éng ªm. + Cã thÓ thùc hiÖn ®­îc qu¸ tr×nh t¸i sinh n¨ng l­îng. MÆt kh¸c s¬ ®å sö dông Transistor v× nã cã nh÷ng ­u ®iÓm sau: + Cã thÓ sö dông víi tÇn sè ®ãng c¾t cao. + §iÒu khiÓn ®­îc hoµn toµn, kh«ng cÇn thªm c¸c m¹ch phô trî cho viÖc kho¸ c­ìng bøc nh­ ë thyristor. + ThÝch hîp víi c«ng suÊt nhá... Tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p nµy cã nh­îc ®iÓm lµ m¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p h¬n. Trong qu¸ tr×nh quay theo mét chiÒu x¸c ®Þnh nµo ®ã 1 van lu«n ë tr¹ng th¸i dÉn b·o hoµ Þ G©y ra tæn hao dÉn lín . S¬ ®å m¹ch lùc khi dïng Transistor nh­ sau: Ch­¬ng IV: ThiÕt kÕ m¹ch lùc x1 Chän van m¹ch lùc : Chän ®éng c¬: U®m=48V;I®m = 60A; Rw= 0,2W; Lw= 0,1mH; h=83%. Víi tÇn sè lµm viÖc th«ng th­êng lµ f=400Hz Þ T=2.5 ms. Tõ c¸c th«ng sè trªn ta tÝnh ®­îc: Ew®m= Udm- Rw.I®m=48 - 0,2 ´ 60 = 36V. ViÖc chän van b¸n dÉn m¹ch lùc ®­îc chän theo c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van. Hai th«ng sè c¬ b¶n ®Ó chän van lµ: + Gi¸ trÞ dßng trung b×nh lín nhÊt cña van (Itb max); ®©y lµ gi¸ trÞ dßng lín nhÊt mµ van cã thÓ chÞu ®­îc øng víi chÕ ®é lµm m¸t tèt nhÊt cho van (chÕ ®é lý t­ëng). Trong thùc tÕ, kh«ng ®¹t ®­îc ®iÒu kiÖn lµm m¸t lý t­ëng nªn viÖc sö dông van kh«ng ®­îc qu¸ gi¸ trÞ nµy. + Gi¸ trÞ biªn ®é ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt cho phÐp ®Æt lªn van (Ung­îc max ); nÕu v­ît qu¸ gi¸ trÞ nµy th× van bÞ chäc thñng. Nh­ ®· ®Ò cËp ë phÇn tr­íc, ta dïng c¸c van b¸n dÉn lµ c¸c tranzito c«ng suÊt; tøc lµ c¸c van ®iÒu kiÓn hoµn toµn. XuÊt ph¸t tõ ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ, ta chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t lµ lµm m¸t c­ìng bøc b»ng qu¹t giã, víi c¸c c¬ cÊu: Van + c¸nh t¶n nhiÖt chuÈn + tèc ®é giã (12 m/s). V× vËy: Itb van thùc= (0,4 ¸ 0,5) Itb van max. Chän tranzito c«ng suÊt (T1 ¸ T4). Tõ biÓu thøc dßng trung b×nh qua van x¸c ®Þnh ë trªn, ta cã: Itb Van = IT = e.Id Þ Itb van max thùc = Id max = Þ Tõ biÓu ®å d¹ng sãng ®iÖn ¸p ®Æt trªn van, ta thÊy ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van lµ US; tøc lµ : Ung van max = US = 48V. Tõ kÕt qu¶ hai th«ng sè tÝnh to¸n ®­îc ë trªn ta chän lo¹i transistor c«ng suÊt lo¹i ESM 3004 cã c¸c th«ng sè sau: M· hiÖu UCE ,V UCE0 , V UCE..sat,V IC, A b IB, A toff, ms ton, ms ts, ms Pm, W ESM 3005 600 500 1.5 120 12 10 1 1,5 3,5 400 Chän c¸c ®i-ot (D1 ¸ D4). BiÓu thøc dßng trung b×nh qua c¸c ®i-èt lµ: ID = Id.(1-e) Þ ID max thùc = Id max = 60A. Còng tõ ®å thÞ d¹ng sãng cña diode ta thÊy r»ng ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn c¸c diode lµ: 48V. VËy ta chän lo¹i BYT60 do h·ng Thomson chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè: M· hiÖu Itb , A Umax , V BYT 60 60 200 ¸ 1000 x2.ThiÕt kÕ m¹ch trî gióp : Thùc tÕ lµ tæn hao chuyÓn m¹ch cña tranzitor c«ng suÊt lín h¬n rÊt nhiÒu so víi tr­êng hîp nã lµm viÖc víi t¶i x¸c ®Þnh. MÆt kh¸c, so víi tiristor kh¶ n¨ng chÞu qu¸ t¶i cña tranzitor kÐm h¬n. Trong tr­êng hîp cô thÓ lµ tranzitor ph¶i lµm viÖc nh­ mét kho¸ ®iÖn tö ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn víi tÇn sè ®ãng c¾t lín, th× tæn thÊt n¨ng l­îng khi chuyÓn tr¹ng th¸i lµ ®¸ng kÓ, v× n¨ng l­îng tæn thÊt tØ lÖ víi tÇn sè ho¹t ®éng cña Tranzitor. V× vËy, ®Ó gi¶m nhá tæn thÊt khi chuyÓn m¹ch vµ tr¸nh cho tranzitor lµm viÖc qu¸ nÆng nÒ th× ng­êi ta sö dông thªm c¸c m¹ch ”trî gióp”. C¸c phÇn tö chñ yÕu cña m¹ch trî gióp lµ L2 vµ C2 . Chøc n¨ng cña L2 lµ h¹n chÕ sù t¨ng cña ic trong qu¸ tr×nh tranzitor ®ãng m¹ch, cßn tô ®iÖn C2 cã t¸c dông lµm chËm sù t¨ng cña VCC trong qu¸ tr×nh tranzitor c¾t m¹ch. S¬ ®å m¹ch trî gióp nh­ sau: R1 1k D1 DIODE D2 DIODE R2 1k L2 1uH Q1 NPN C2 1uF T¶i c¶m M¹ch trî gióp ®ãng: C¶m kh¸ng L2 lµm chËm qu¸ tr×nh t¨ng cña ic tõ 0®Ic x¸c ®Þnh. §iÖn trë R1 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn do hiÖn t­îng tù c¶m xuÊt hiÖn trªn L khi transistor khãa. Diot D1 chØ cho phÐp dßng do hiÖn t­îng tù c¶m ®i qua. M¹ch trî gióp kho¸: Tô ®iÖn C2 cã t¸c dông lµm chËm sù t¨ng cña vce tõ 0®+E trong qu¸ tr×nh transistor c¾t m¹ch. §iÖn trë R2 lµ ®iÖn trë phãng ®iÖn cña tô C khi transistor dÉn. Diod D2 lµ diod n¹p cña tô C khi transistor kho¸. Khi biÓu diÔn m¹ch lùc trªn s¬ ®å nguyªn lý ta kh«ng ®­a thªm c¸c m¹ch trî gióp vµo nh»m ®¬n gi¶n ho¸ m¹ch nh­ng thùc tÕ mçi tranzitor sö dông ®Òu thiÕt kÕ m¹ch trî gióp ®i kÌm. Ch­¬ng V: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn x1. C¸c khèi c¬ b¶n cña m¹ch ®iÒu khiÓn 1.1. M¹ch t¹o dao ®éng: +12V 1 Gnd 2 Trg 3 Out 4 Rst 5 Ctl 6 Thr 7 Dis 8 Vcc 555 + CT .067uF + C1 .01uF RA 52k RB 0.4k R1 2k Bé t¹o dao ®éng Timer555 §Ó t¹o ®­îc xung vu«ng víi tÇn sç 400Hz ta sö dông vi m¹ch t¹o dao ®éng Timer555 víi c¸c th«ng sè cho nh­ trªn:Vra(3) = 0.1 V ®Õn 11.5 V, Ira(3)max = 0.2A Vcc R1 R2 C 6,2 S¬ ®å thay thÕ cña vi m¹ch nh­ sau: :Tr¹ng th¸i (møc logic) lµ ®Çu ra ®¶o cña FF S-R trong vi m¹ch Nguyªn lý ho¹t ®éng: Khi =1 th× Transistor dÉn b·o hoµ ,tô dÉn ®iÖn qua Transistor nªn ®iÖn ¸p trªn tô Uc gi¶m Khi tô Uc gi¶m tíi Uc= th× =0. Ur = “1” Ur t1 t2 T t t BiÓu ®å d¹ng sãng cña Timer555 ë chÕ ®é ®a hµi phiÕm ®Þnh Khi Uc t¨ng tíi Uc= th× =1 Transistor l¹i dÉn b·o hoµ. U r = “0” Kho¶ng thêi gian t1 phô thuéc vµo tn¹p,víi tn¹p=(RA+RB)C Kho¶ng thêi gian t2 phô thuéc vµo tphãng ,víi tphãng=RBC Qua tÝnh to¸n ta ®­îc t1=(RA+RB)Cln2 t2= RBCln2 Chän C=0,067mF;RB=0,4kW ÞRA=52kW;ta sÏ ®­îc tÇn sè dao ®éng cña Timer lµ f=400Hz 1.2. M¹ch t¹o xung r¨ng c­a: Bé t¹o xung r¨ng c­a ZY6 +V 15V PNP 1k R 1k C2 0.8uF Q1 MSD601-ST1 Ta sö dông m¹ch nh­ sau: T1 T2 Víi c¸c th«ng sè ®­îc chän nh­ sau: Transistor: T2 Chän lo¹i NPN:MSD601_ST1 Vceo = 40V,IC = 100mA T1 Chän lo¹i PNP :2SA1126 : Vceo =600V, IC = 100 mA, b =100 Diod Zener DZ: Chän lo¹i ZY6; Zener Silic ; Uz=6V;P=1W Trong s¬ ®å nµy th× T1 ,Dz R t¹o ra nguån dßng vµ nguån dßng nµy ®­îc n¹p cho tô C I= = 6 (mA) Trong ®ã: Uz:§iÖn ¸p æn ®Þnh cña Diod Zener Dz. b:HÖ sè khuyÕch ®¹i cña Transistor T1. Nguyªn lý ho¹t ®éng: -Khi T2 bÞ kho¸ (Kh«ng cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo cùc gèc):Tô C ®­îc n¹p ®iÖn Uc= ®iÖn ¸p ®ång bé r¨ng c­a tuyÕn tÝnh víi thêi gian ,ta cã UCmax = 14 V (v× tn¹p = RB .C. ln2 = 1.8.10-5 s) -Khi T2 th«ng (Cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo cùc gèc):Lóc nµy tô C phãng ®iÖn qua T2 nªn Uc nhanh chãng gi¶m vÒ 0 (Coi R@0) 1.3. Kh©u so s¸nh : Ta sö dông vi m¹ch LMC6762A/NS víi s¬ ®å nh­ sau: +V -10V +V 10V Rvar +V -15V +V 15V LMC6762A/NS Urc Ura M¹ch so s¸nh lµ m¹ch b¸o hiÖu sù b»ng nhau gi÷a ®iÖn ¸p cÇn so s¸nh Uv vµ ®iÖn ¸p chuÈn Uref §Çu ra cña m¹ch so s¸nh lµ møc logic cao hoÆc thÊp (®iÖn ¸p ra d¹ng xung vu«ng cã ®é lín phô thuéc vµo ®iÖn ¸p b·o hoµ cña vi m¹ch so s¸nh vµ cã ®é rçng xung phô thuéc vµo ®iÖn ¸p chuÈn), Nguyªn lý ho¹t ®éng: -Kh.i Uv>Uref th× Ur=-Ubh-Vcc -Khi Uv<Uref th× Ur=+Ubh+Vcc 1.4. M¹ch ph¶n håi d­¬ng dßng ®iÖn vµ ph¶n håi ©m tèc ®é : -§Ó ph¶n håi d­¬ng dßng ®iÖn: Ta dïng Sensor dßng S1 ®Ó nhËn biÕt dßng ®iÖn phÇn øng cña ®éng c¬ ,sau ®ã cho qua bé khuyÕch ®¹i víi hÖ sè K .M¹ch sÏ ph¶n håi d­¬ng dßng ®iÖn vÒ bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn R(I). - §Ó ph¶n håi ©m tèc ®é: Ta sö dông m¸y ph¸t tèc nèi cïng trôc víi trôc ®éng c¬ ,®iÖn ¸p ®Çu ra cña m¸y ph¸t tèc tû lÖ víi tèc ®é theo biÓu thøc sau:U=¡w vµ ®­îc ph¶n håi trë l¹i vµo bé ®iÒu chØnh tèc ®é. + Khi dïng m¹ch ph¶n håi ©m tèc ®é ®Ó gi¶m sai sè tèc ®é ,tøc lµ lµm t¨ng ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ nh­ vËy sÏ lµm t¨ng gi¸ trÞ cña dßng ®iÖn ng¾n m¹ch vµ momen ng¾n m¹ch , g©y nguy hiÓm cho ®éng c¬ khi bÞ qu¸ t¶i vµ g©y háng hãc cho c¸c bé phËn truyÓn lùc . + §Ó gi¶i quyÕt m©u thuÉn gi÷a yªu cÇu vÒ æn ®Þnh tèc ®é vµ yªu cÇu vÒ h¹n chÕ dßng ®iÖn ng­êi ta th­êng dïng ph­¬ng ph¸p ph©n vïng t¸c dông .Trong vïng biÕn thiªn cho phÐp cña m«men vµ dßng ®iÖn phÇn øng ®Æc tÝnh c¬ cÇn cã ®é cøng thÝch hîp ®Ó ®¶m b¶o sai sè lµ nhá. + Khi dßng ®iÖn vµ momen qu¸ ph¹m vi cho phÐp nµy th× ta ph¶i gi¶m m¹nh ®é cøng c¬ cña ®Æc tÝnh c¬ ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn . + MÆt kh¸c ,trong qu¸ tr×nh khëi ®éng ,h·m ,®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ th­êng cã yªu cÇu gi÷ cho gia tèc kh«ng ®æi ®Ó ®¹t ®­îc tèi ­u vÒ thêi gian qu¸ ®é cÇn cã ®o¹n ®Æc tÝnh c¬ cã ®é cøng b»ng kh«ng. + Nh­ vËy c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh ®­îc nèi theo cÊp ®éc lËp víi nhau ,viÖc ph©n vïng t¸c dông gi÷a æn ®Þnh tèc ®é vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn . + §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé R(w) lµ ®iÖn ¸p ®Æt dßng ®iÖn phÇn øng Ui ®Æt . + Bé ®iÒu chØnh dßng R(I) cã nhiÖm vô duy tr× dßng phÇn øng lu«n b»ng gi¸ trÞ Ui ®Æt.Bé R(w) : U®I = (V) Trong ®ã : U®I lµ ®iÖn ¸p ®Æt vµo bé ph¶n håi dßng ®iÖn. T = R1. C lµ h»ng sè thêi gian tÝch ph©n K = R2 / R1 hÖ sè khuyÕch ®¹i e = U® - Uph lµ ®é sai lÖch ®iÖn ¸p Khi U® = Uph ® e = 0 ® U®I = h»ng sè ® tèc ®é cña ®«ng c¬ æn ®Þnh. U® > Uph ® e >0 ® U®I t¨ng ® tèc ®é ®éng c¬ t¨ng tíi khi e = 0. U®< Uph ® e <0 ®U®I gi¶m Kh©u ph¶n håi I: §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é vµ ®Æc tÝnh c¬ * Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña c¸c vßng ph¶n håi : Khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh thay ®æi tèc ®é, gi¶ sö xÐt khi khëi ®éng ®éng c¬. Do cã sù thay ®æi ®ét ngét U® trong khi Uph tèc ®é ch­a thay ®æi kÞp nªn sai lÖch ®Çu vµo dw = U® - Uph cã gi¸ trÞ lín . §iÓm lµm viÖc cña R(w) sÏ rÊt s©u trong vïng b·o hoµ cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh, tÝn hiÖu ra cña R(w) sÏ lµ U®I = U®I max = const, m¹ch vßng tèc ®é bÞ “ng¾t” ra khái s¬ ®å. Do ho¹t ®éng cña m¹ch vßng dßng ®iÖn mµ dßng ®iÖn mµ dßng ®iÖn phÇn øng ®­îc duy tr× ë gi¸ trÞ I = I®max t­¬ng øng tÝn hiÖu vµo cña m¹ch vßng lµ U®i max, ®iÓm b¾t ®Çu khëi ®éng lµ ®iÓm A. Tèc ®é ®éng c¬ t¨ng dÇn lªn nh­ng dßng ®iÖn phÇn øng vÉn ®­îc duy tr× ë gi¸ trÞ I = I®max chõng nµo bé ®iÒu chØnh tèc ®é R(w) ch­a ra khái vïng b·o hoµ .§o¹n dÆc tÝnh c¬ khëi ®éng lµ ®o¹n AB cã ®é cøng b»ng kh«ng vµ dßng ®iÖn kh«ng ®æi. T¶i ®iÓm B tèc ®é w = wB sao cho dw = dwB , ®iÓm lµm viÖc cña R(w) b¾t ®Çu ra khái vïng b·o hoµ vµ lät vµo vïng tuyÕn tÝnh cña ®Æc tÝnh, m¹ch vßng t«c ®é b¸t ®Çu ph¸t huy t¸c dông ®iÒu chØnhcïng víi m¹ch vßng dßng ®iÖn t¹o ®o¹n ®Æc tÝnh BC cã ®é cøng tho¶ m·n ®¹t ®é chÝnh x¸c cao. C¸c qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh tèc ®é vµ khi qu¸ t¶i lín còng x¶y ra t­¬ng tù trªn. 1.5 BiÕn trë R® : Dïng ®Ó t¹o ®iÖn ¸p ®Æt U® Theo yªu cÇu D = 25 : 1 ; ®Æt tèc ®é lín nhÊt khi U® = 15 V,chän biÕn trë 10 kW. Khi tèc ®é nhá nhÊt U® = 15/25 = 0,6 V, vÞ trÝ biÕn trë R®= 10.0,6/15 = 0,4 kW ta chèt l¹i ë ®ã . Cßn biÕn trë Rph ta dïng ®Ó ®iÒu chØnh soa cho Uph phï hîp víi U®. 1.6. Mét sè m¹ch phô trî kh¸c: a.M¹ch c¸ch ly: S¬ ®å nguyªn lý: M¹ch c¸ch ly ®­îc dïng ë ®©y lµ mét phÇn tö ghÐp quang m¾c nèi tiÕp víi m¹ch khuÕch ®¹i dïng transistor m¾c kiÓu Darlington. PhÇn tö ghÐp quang lµ thiÕt bÞ gåm hai m¹ch: M¹ch s¬ cÊp dïng ®Ìn LED (diod quang) lµ phÇn tö ph¸t tia s¸ng. M¹ch thø cÊp lµ photo-transistor dïng ®Ó nhËn biÕt tia s¸ng. M¹ch s¬ cÊp vµ thø cÊp c¸ch ly hoµn toµn, ®iÖn trë c¸ch ®iÖn kho¶ng 1011W. Tû sè gäi lµ tû sè truyÒn dßng (CRT). Khi Un=+15V th× diod quang ph¸t s¸ng do vËy photo transistor sÏ dÉn dßng IC. Dßng IC ®­îc dïng ®Ó ®iÒu khiÓn më transistor m¾c kiÓu Darlington cã hÖ sè khuÕch ®¹i lín, dßng Idk ®· ®­îc khuÕch ®¹i sÏ lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó më van c«ng suÊt. C¸c ®iÖn trë R3, R4, R5, R6 ®­a vµo cã t¸c dông t¹o ra mét sôt ¸p ®iÒu khiÓn më c¸c transistor lóc dßng ra ®ñ lín vµ chuyÓn tõ më sang kho¸ nhanh h¬n. Chän th«ng sè cho m¹ch: PhÇn tö ghÐp quang ®­îc chän ë ®©y lµ 4N32 cã th«ng sè nh­ sau: IFm=10mA Ungmax=6V UDth=1,25V CRT=500% VCEO=30V UCEsat=0,75V Do Un lµ tÝn hiÖu ra cña m¹ch so s¸nh nªn Un=±15V vËy ¸p ng­îc ®Æt nªn diod lµ 15V sÏ lín h¬n ¸p ng­îc cña diod quang do vËy cÇn ph¶i l¾p thªm mét diod D bªn ngoµi ®Ó b¶o vÖ, ë ®©y chän diod BA220 cã ¸p thuËn ®¹t 0,75V. Gi¸ trÞ ®iÖn trë R tèi thiÓu: Ta cã thÓ chän R=2kW, Víi tû sè truyÒn dßng lµ 500% do vËy IC= 50mA, dßng nµy sÏ lµ qu¸ nhá nÕu ta dïng ®Ó diÒu khiÓn transistor c«ng suÊt ESM 3005 ®· chän ë phÇn thiÕt kÕ bé b¨m(dßng ®iÒu khiÓn IB cña nã lµ 5A). Tuy nhiªn ®iÒu nµy ®­îc kh¾c phôc b»ng c¸ch dïng m¹ch khuÕch ®¹i c«ng suÊt. Transistor ®­îc chän dïng ®Ó khuÕch dßng lµ 2N3903 cã hÖ sè khuÕch ®¹i b=120. VËy trÞ sè dßng ®iÒu khiÓn sÏ lµ: Idk=IC. b=50.10-3.120= 6 A Gi¸ trÞ ®iÖn trë R1: Transistor 2N3903 cã UCEsat=0,75V do vËy: b. Vi m¹ch NAND: Sö dông vi m¹ch 4011 hä CMOS. §©y lµ m¹ch Vµ ®¶o ,®Çu ra cña m¹ch cã møc logic cao nÕu mäi ®Çu vµo cña m¹ch ®Òu cã møc logic thÊp. §Ó b¶o vÖ vi m¹ch khi cã ®iÖn ¸p ©m, ta ph¶i khö ®iÖn ¸p ©m b»ng diode. Ta chän zenner 15V ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cho m¹ch ®iÒu khiÓn. c.m¹ch lÆp : Sö dông khuyÕch thuËt to¸n kh«ng ®¶o TL084 víi s¬ ®å nh­ sau: M¹ch lÆp Cã chøc n¨ng gi¶m IB vµo Transistor nh»m b¶o vÖ Transistor cña m¹ch t¹o xung r¨ng c­a x2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn - Ban ®Çu khi më m¸y ,ng­êi vËn hµnh ®Æt tèc ®é cho ®éng c¬ lµ Uw®,sau ®ã Ên nót më m¸y T, ®ãng vµo lµm cho ®iÖn ¸p®iÒu khiÓn U®k ®­îc ®­a tõ bé so s¸nh ra lµ ±15V .Lóc ®ã khi U=15V th× T1 th«ng ,T2 kho¸ vµ khi U=-15V th× T1 kho¸ T2 th«ng , T1 th«ng nªn ®éng c¬ ®­îc ®Æt ®iÖn ¸p vµ quay - Khi muèn ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ,ng­êi vËn hµnh thay ®æi l¹i Uw® b»ng c¸ch ®iÒu chØnh l¹i gi¸ trÞ cña U®k tøc lµ lµm thay ®æi nªn U= thay ®æi theo, ®iÒu chØnh e tr¬n ®­îc th× ta sÏ cã mét d¶i tèc ®é tr¬n . x3 TÝnh to¸n b¶o vÖ B¶o vÖ hÖ thèng m¹ch lùc: §Ó b¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ khái hiÖn t­îng ng¾n m¹ch vµ qu¸ t¶i vÒ dßng ®iÖn ta dïng cÇu ch× hoÆc aptomat, ngoµi ra ë ®Çu vµo ®iÖn ¸p nguån ta dïng mét cÇu dao ®Ó ®ãng c¾t m¹ch khi cã sù cè x¶y ra. Chän cÇu ch× b¶o vÖ hÖ thèng m¹ch lùc nhËn ®iÖn tõ l­íi nªn ta ph¶i m¾c cÇu ch× vµo ®­êng d©y cung cÊp, cô thÓ lµ ta m¾c vµo phÝa s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. C¸c th«ng sè ®Æc tr­ng cho cÇu ch× lµ dßng ®iÖn ®Þnh møc vµ ®iÖn ¸p ®Þnh møc. ØChän cÇu ch×: Nh­ ph©n tÝch ë trªn ta ®· cã: Dßng ®iÖn ch¹y vµo ®éng c¬ I®m = 60A §iÖn ¸p ®Æt lªn ®éng c¬ U = 48V Dßng b¶o vÖ cña cÇu ch× ®­îc chän theo Ibv =1,3Ilv. Do vËy ta chän ®­îc hai cÇu ch× b¶o vÖ cã c¸c th«ng sè sau: Dßng t¸c ®éng It® =1,5.60 = 90A §iÖn ¸p ®Þnh møc U®mcc =48V Do ®ã ta ®Æt ë ®Çu vµo m¹ch lùc cÇu ch× lo¹i ®iÖn ¸p thÊp kiÓu èng PP-2 do Liªn X« chÕ t¹o :I®m = 100A, I®m d©ych¶y = 100A. ØB¶o vÖ van: * B¶o vÖ qu¸ dßng: Khi van b¸n dÉn lµm viÖc cã dßng ®iÖn ch¹y qua van g©y nªn sôt ¸p trªn van, do cã tæn hao DP = DU.Ilv, tæn hao nµy g©y ra nhiÖt lµm ®èt nãng van, mÆt kh¸c c¸c van b¸n dÉn chØ chÞu ®­îc mét nhiÖt ®é tèi ®a cho phÐp To nµo ®ã. Do ®ã chóng ph¶i ®­îc ®¶m b¶o lµm viÖc an toµn: Tuy nhiªn,®èi víi c¸c van b¸n dÉn ta sö dông, ta thÊy: Van ë m¹ch lùc: DP = DU.Ilv=1,5.60=90W tæn hao lµ kh¸ lín do ®ã nh­ ë phÇn trªn ta cã phÇn m¹ch trî gióp vµ qu¹t giã * B¶o vÖ qu¸ ¸p: Trong qóa tr×nh lµm viÖc,do c¸c nguyªn nh©n mµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn van t¨ng vät, v­ît qua gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®Ønh mµ nã chÞu ®­îc do ®ã sÏ g©y nªn h­ háng. C¸c nguyªn nh©n g©y qua ¸p th­êng lµ: Tõ nguån cung cÊp: do ®æi chiÒu c¸c c«ng t¾c t¬, do sÐt hay do dao ®éng cña nguån. Tõ bé biÕn ®æi do sù chuyÓn m¹ch cña c¸c thiÕt bÞ kh¸c ë chÕ ®é qu¸ ®é hay do ®iÖn ¸p hå quang cña cÇu ch× khi nã t¸c ®éng bëi cã sù cè. §Ó b¶o vÖ c¸c van, chèng l¹i sù qu¸ ®é cña ®iÖn ¸p nãi trªn, ta th­êng dïng m¹ch RC m¾c song song víi van cÇn b¶o vÖ ®ãng vai trß h¹n chÕ ®Ønh cña ®iÖn ¸p c¶m øng trong qóa tr×nh dÉn ng­îc cña van. * B¶o vÖ qu¸ t¶i ®éng c¬: do khi bÞ kÑt trôc déng c¬, hay ®éng c¬ lµm viÖc qu¸ t¶i ta dïng role nhiÖt ®Ó b¶o vÖ ®éng c¬. Chän lo¹i r¬le cã I®mRL = 1,2 - 1,4I®m. §Ó tiÖn lîi cho viÖc b¶o vÖ qu¸ ¸p ta ®Æt mét ¸p t« m¸t ë ®Çu vµo m¹ch lùc. Cßn ë mçi Transistor ®­îc b¶o vÖ bëi cÇu ch× nh­ ®· chän ë trªn x7 thiÕt kÕ nguån cung cÊp cho IC CÊu t¹o TL497 S¬ ®å thùc tÕ lµ mét b¨m xung ®­îc thùc hiÖn b»ng mät Transistor nhê xung ®­îc b¨m mµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®­a qua ®­îc biÕn ¸p do khi b¨m xung th× cã sù biÕn thiªn ®iÖn ¸p g©y nªn biÕn thiªn tõ th«ng bªn trong m¸y biÕn ¸p > Qua m¸y biÕn ¸p do ta chØnh ®Þnh sè vßng d©y ë cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp mµ ta cã ®­îc cÊp diÖn ¸p cÇn thiÕt ®Ó lµm nguån nu«i cho c¸c kh©u trong s¬ ®å m¹ch ®iÌu khiÓn . Chñ yÕu lµ 5 V vµ 15 V. §iÖn ¸p ra thùc tÕ còng lµ d¹ng xung do ®ã ta cã hÖ thèng chØnh l­u ®Ó ®­îc ®iÖn ¸p 1 chiÒu phôc vô cho viÖc ®iÒu khiÓn. §Ó thùc hiÖn ®­îc m¹ch b¨m xung ta cÇn cã m¹ch ®iÒu khiÓn kÝch xung cho transistor thùc hiÖn ®­îc ®iÒu nµy ta sdsö dông IC Tl497 ®­îc ghÐp nèi nh­ trªn h×nh vÏ ho¹t ®éng cña IC nµy cho xung kÝch më Transistor th«ng qua c¸c ch©n 14, 13, 10 víi tÇn sè xung cè ®Þnh theo c¸c th«ng sè cña m¹ch . §ång thêi tÝn hiÖu ph¶n håi lÊy tõ t¶I vÒ lµ yÕu tè ®iÒu khiÓn ®é réng s­ên d­¬ng cña xung kÝch më . Sao cho c©n b»ng víi ®iÖn ¸p ®Çu ra (BA) theo chØnh ®Þnh BA cã thÓ cho ra nhiÒu cÊp ®iÖn ¸p tuú thuéc vµo sè cuén d©y vµ vßng d©y bè trÝ trong MBA _D1 lµm nhiÖm vô hoµn n¨ng l­îng, l­u dßng khi T ng¾t ( Do MBA cã cuén c¶m nªn khi ng¾t m¹ch th× vÉn cßn tõ d­ nªn vÉn con dßng ®iÖn d­ trong cuén ®©y biÕn ¸p) S¬ ®å nguån cung cÊp: KÕt LuËn Qua nhiÒu tuÇn lµm viÖc ,tíi nay em ®· hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc §iÖn Tö C«ng SuÊt cña m×nh. Víi nhiÖm vô thiÕt kÕ ®iÒu chØnh ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu dïng b¨m xung mét chiÒu . Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, gióp em n¾m v÷ng h¬n lý thuyÕt ®· d­îc häc vµ cã thªm nhiÒu sù hiÓu biÕt vÒ thùc tÕ. Tuy nhiªn, do néi dung c«ng viÖc hoµn toµn míi mÎ vµ tÇm hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n m«n häc kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt. Em mong c¸c thÇy c« chØ b¶o gióp ®ì ®Ó em hoµn thµnh tèt h¬n nhiÖm vô cña m×nh. Em xin tr©n thµnh c¶m ¬n! Tµi liÖu tham kh¶o 1.Gt : §iÖn tö c«ng suÊt (TL1) tg: NguyÔn BÝnh. 2.Bµi tËp §iÖn Tö C«ng SuÊt (TL2) Tg :Ph¹m Quèc H¶i 3. Gt Kü ThuËt M¹ch §iÖn Tö.(TL3) Tg : Ph¹m Minh Hµ. 4.Gt:Vi M¹ch Vµ M¹ch T¹o Sãng . Tèng V¨n On chñ biªn (TL4) 5.Gt:Bé khuyÕc ®¹i xö lý vµ IC tuyÕn tÝnh.(TL5) tg : WILLIAM D.STANLEY. 6.Gt TruyÒn ®éng ®iÖn tg:Bïi Quèc Kh¸nh