Đồ án Thiết kế mạch băm xung điều khiển trong tốc độ động cơ
1. Sơ lược về máy điện quay :
Trong thực tế sản xuất, các loại máy điện xoay chiều , đặc biệt là các máy
điện xoay chiều 3 pha được sử dụng rộng rãi .Các máy điên xoay chiều 3 pha
đèu làm việc dựa trên nguyên lý của từ trường quay và chúng được chia làm 3
loại chính: Máy điện đồng bộ, Máy điện không đồng bộ và Máy điện xoay
chiều có vành góp.
Hiện nay, các hệ thống truyền động, bộ phận dùng để biến đổi điện năng
thành cơ năng (hay cơ năng thành diện năng khi hãm) là động cơ điện. Các
động cơ điện thường dùng là:
Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, song song, nối tiếp, hỗn hợp
hay kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
Động cơ điện xoay chiều ba pha có cổ góp.
Động cơ không đồng bộ.
Trong đó, các khâu yêu cầu có điều chỉnh tốc độ thì chủ yếu sử dụng động
cơ một chiều và động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ (điều chỉnh
tốc độ bằng phương pháp điện). Động cơ điện xoay chiều KĐB thường được
sử dụng nhiều do ưu điểm kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, công suất lớn tuỳ ý,
hiệu xuất cao.Song việc điều chỉnh tốc độ động cơ còn gặp nhiều khó khăn,
nên khi cần điều chỉnh tốc độ của động cơ trong một hệ thống truyền động vẫn
chủ yếu sử dụng động cơ điện một chiều, mặc dù còn rất nhiều hạn chế như có
vành trượt (bộ góp điện) dễ gây ra phóng tia lửa điện, cháy, nổ; làm nhiễu
sóng mạnh. Hiệu suất chưa cao, hầu hết lưới điện cung cấp là điện xoay chiều
ba pha; Hệ điều chỉnh tốc độ phải chống nhiễu tốc, chất lượng hệ chưa cao nếu
chi phí cho điều chỉnh tốc độ không lớn Ngày nay,nhờ sự phát triển của khoa
học công nghệ , dặc biệt là trong lĩnh vực điện tử bán dẫn công suất lớn ,việc
điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ba pha đã trở nên dễ dàng hơn, kể
cả với những động cơ công suất lớn cỡ hàng trăm, hàng nghìn Kw. Chất lương
của hệ thống dần được cải thiện với chi phí thấp hơn.Chính vì thế động cơ
xoay chiều KĐB đang dần thay thế động cơ một chiều trong điều chỉnh tốc độ.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ truyền thống như sử dụng hộp số,
dây đai, cơ cấu thay đổi tốc độ khác được kết hợp với các phương pháp điện
hiện đại, điều chỉnh tốc độ sâu hơn, ổn định hơn và hiệu suất cao hơn.
Tóm tắt nội dung Đồ án Thiết kế mạch băm xung điều khiển trong tốc độ động cơ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
iôt ổn áp Đ2 thì điện áp tăng tới trị số +Ubh Ở nửa chu kỳ sau điện áp Ua>0 (OA1 bao hoà dương : Ua=+Ubh), điốt Đ1 khoá nên dòng điện qua R5 bằng 0. Lúc này dòng qua tụ C bằng dòng Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 41 đi qua điện trở R6 , dòng điện này ngược chiều với dòng đi qua tụ V ở nửa chu kỳ trước có nghĩa là tụ C phóng điện: tEUdt R E C Udti C Uuu oaoaRoacb 63 6 C.R 11 −=−=−== ∫∫ Do đó điện áp trên tụ C,cũng như điện áp ra, giảm xuống tuyến tính.Khi điện áp giảm đến không rồi âm xuống thì điốt Đ2 dẫn theo chiều thuận như các đi ốt thông thường, giữ cho điện áp ở giá trị xấp xỉ 0V. Từ đây mạch trở lại trạng thái đầu và điện áp nhận được trong một chu kỳ lưới điện áp xoay chiều có dạng răng cưa đi xuống. 2.5.Khâu so sánh (tạo xung điều khiển): Để xác định thời điểm mở van IGBT ta sẽ so sánh 2 tín hiệu là Utựa và Uđk.Ta sẽ dùng khuếch đại thuật toán để thực hiện nhiệm vụ này bởi vì những lý do sau: +Tổng trở vào của OA rất lớn nên không gây ảnh hưởng tới các điện áp đưa vào so sánh ,nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để không tác động sang nhau. +Tầng vào của OA thường là khuếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số khuếch đại khá lớn. Vì thế độ chính xác so sánh cao, độ trễ không quá vài μs. +Khâu so sánh dùng OA cũng có 2 kiểu đấu các điện áp là so sánh 2 cửa và so sánh 1 cửa. a)so sánh 1 cửa Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 42 Hình 19a: So sánh 1 cửa Hai điện áp Utựa và Uđk được đưa tới cùng 1 cực của OA thông qua 2 điện trở đầu vào R1,R2. Cửa còn lại, để tăng độ chính xác so sánh thì đấu qua điện trở R3=R1//R2 xuống đất. Điểm lật trạng thái là Un=Up=0 ⇔ 2 1 1 1 21 RR R Udk R Utua + + =0 ⇒Udk=- 1 2 R R .Utựa Biểu thức này cho thấy điện áp ra đảo ngược trạng thái thì 2 điện áp so sánh cần phải trái dấu nhau. b)So sánh 2 cửa: Uđk và Utựa tới 2 cực khác nhau của OA. Điện áp ra tuân theo quy luật : Ura=Ko.(U+-U-) Với Ko là hệ số khuếch đại của OA Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 43 Hình 19b: So sánh 2 cửa Điểm lật trạng thái ứng với Utựa=Uđk. +Khi Utựa >Uđk thì ΔU= Utựa- Uđk > 0 ⇒Uso sánh =+Ura max. +Khi Utựa < Uđk thì ΔU<0 ⇒Uso sánh =-Ura max. Như vậy các điện áp đưa vào so sánh phải cùng dấu thì mới có hiện tượng thay đổi trạng thái đầu ra.Và độ chênh lệch tối đa giữa 2 cửa trạng thái khi làm việc không được vượt quá giới hạn cho phép của loại OA đã chọn. Kết luận: Ta sẽ sử dụng sơ đồ so sánh 2 cửa. 2.6. Khâu tạo điện áp đóng mở van: Vì IGBT là phần tử điều khiển bằng điện áp, giống như MOSFET nên yêu cầu điện áp có mặt liên tục trên cực điều khiển để xác định chế độ khoá, mở. Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 44 Hình 20: Sơ đồ đóng mở mạch điều khiển cho IGBT Tín hiệu mở có biên độ UGE , tín hiệu khoá có biên độ - UGE cung cấp cho mạch G-E thông qua điện trở RG ,RP .mạch G-E được bảo vệ bằng Điot ổn áp ở mức khoảng [-18 V , +18 V] . Do có tụ kí sinh giữa G và E nên kĩ thuật điều khiển MOSFET có thể được áp dụng, tuy nhiên điện áp khoá phải lớn hơn. Điện áp đóng mở ± UGE phụ thuộc vao IGBT đã chọn. Điện trở RG ảnh hưởng đến tổn hao công suất điều khiển .Điện trở RG nhỏ, giảm thời gian xác lập tín hiệu điều khiển ,giảm ảnh hưởng của t CE d dU , giảm tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển nhưng lại làm mạch điều khiển nhạy cảm hơn với điện cảm ký sinh trong mạch điều khiển . CS , RS là mạch trợ giúp để giảm thời gian đóng mở IGBT . CS có trị số 0.1 μF RS =10± 33 Ω RP =2,2 KΩ RG = 3,3± 27Ω Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 45 ZD1 , ZD2 có điện áp ổn áp khoảng 18V. 3.Tính toán chi tiết mạch điều khiển : Trong toàn bộ sơ đồ mạch ta sử dụng toàn bộ 3 khuếch đại thuật toán . ở đây ta sử dụng 1 IC loại TL 084 do hãng TexasInstruments chế tạo, mỗi IC này có 4 khuếch đại thuật toán. Thông số của TL084 : +Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ± 15 (V) chọn Vcc = ± 12 (V) +Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : ± 30 (V) +Nhiệt độ làm việc : T = -25÷ 850 C +Công suất tiêu thụ : P = 680 (mW) = 0,68 (W) +Tổng trở đầu vào : Rin= 106 ( MΩ) +Dòng điện đầu ra : Ira = 30 ( pA). +Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : du/dt = 13 (V/μs) Dòng điện vào được hạn chế để Ilv < 1 (m A). H×nh 1.39 .S¬ ®å c h©n IC TL084 13 1 14 2 3 4 5 6 7 12 11 10 9 8 - - - - + + ++ Ucc Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 46 3.1. Nguồn nuôi cấp cho mạch điều khiển. a)Cuộn thứ cấp thứ nhất: Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng 2 vi mạch ổn áp 7812 và 7912.Điện áp đầu ra của các IC này chọn 12V. Điện áp đầu vào chọn 20V. Điện áp thứ cấp của các cuộn a1,b1,c1 là : U21= 34.2 Ud = 34.2 20 =8.547 Chọn U21=9(V) Các thông số chung của vi mạch này: Điện áp đầu vào : UV = 7÷35 (V). Điện áp đầu ra : Ura= 12(V) với IC 7812. Ura= -12(V) với IC 7912 Dòng điện đầu ra :Ira = 0÷1 (A). Tụ điện C1, C3 dùng để lọc thành phần sóng dài bậc cao. Chọn C1= C2 =C3 =C4 = 470 (μF) ; b)Cuộn thứ cấp thứ hai: Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng 2 vi mạch ổn áp 7815 và 7915.Điện áp đầu ra của các IC này chọn 15V. Điện áp đầu vào chọn 20V. Điện áp thứ cấp của các cuộn a1,b1,c1 là : U21= 34.2 Ud = 34.2 20 =8.547 Chọn U21=9(V) Các thông số chung của vi mạch này: Điện áp đầu vào : UV = 7÷35 (V). Điện áp đầu ra : Ura= 15(V) với IC 7815. Ura= -15(V) với IC 7915 Dòng điện đầu ra :Ira = 0÷1 (A). Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 47 Tụ điện C5, C7 dùng để lọc thành phần sóng dài bậc cao. Chọn C5= C6 =C7 =C8 = 470 (μF) Tính biến áp nguồn : Ua-1=8.547V Ia-1=1000mA Ua-2=8.547V Ia-2=1000mA Tính công suất : P2-1=3.U2-1.I2-1=3*8.547*1=25.641W P2-2=3.U2-2.I2-2=3*8.547*1=25.641W Tổng công suất :P∑=P2-1+P2-2=51.282W ⇒Chọn máy BA có P=60w Trên thực tế đối với loại MBA có công suất nhỏ ta có tiết diện lõi sắt : S=1,2 602,1=ΣS =9.295cm2 Chọn lá thép E30 với kích thước 30×30 . Với loại biến áp này ta có công thức Wo= S K -Wo:Số vòng /1V -K : hệ số kinh ngiệm (42÷60) (ở đây ta chọn K =50).Thay số vào ta có : W0= 295.9 50 =5.38vòng/1v -Số vòng cuộn dây sơ cấp : W1 = WoU1=5.38*220=1183.6vòng W2-1= Wo.U2-1=5.38*8.54=45.9452 vòng W2-2= W0.U2-2= 5.38*8.54=45.9452 vòng Chọn W1=1200 vòng Chọn W21=46 vòng Chọn W22=46 vòng -Tính tiết diên dây dẫn: Chọn MBA có hiệu suất n=0.85%. (Để đơn giản ta xem như điện trở của dây dẫn rất nhỏ) Tỉ số MBA : k= 1¦ 2¦ W W = 2 1 I I = 0383.0 1200 46 = Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 48 ⇒ I1=I2*0.0383=1*0.0383=0.0383 (A) Tiết diện dây sơ cấp: s1= 01532.05.2 0383.0 1 1 == J I ( J1=2.5 2mmA ) Đường kính dây sơ cấp: d1= 14.014.3 01532.0*4 14.3 4 ==s (mm2) Tương tự ta tinh được tiết diện dây và đường kính dây thứ cấp : s2= 4.05.2 1 1 2 == J I d2= 714.014.3 4.0*4 14.3 4 ==s (mm2) 3.2. Khâu tạo dao động : Tính toán chi tiết các phần tử khâu dao động xung vuông: Chu kỳ xung ra tại chân 3: T= 0,693.C1(R1+R2) Chọn tần số xung là 400Hz Chọn tụ điện C1=0.1μF ⇒ điện trở R1=R2=18kΩ 3.3. Khâu đảo dấu : Đây thực chất là một bộ cộng đảo với R3 =R4 Khi đó Uss1= -Uss2 Chọn R4 =R3 =10 kΩ 3.4. Khâu tạo điện áp răng cưa: Tụ điện C chọn 0.1μF. Điốt ổn áp Đ2 chọn theo biên độ điện áp răng cưa: chọn Uoa=12V. Điện trở R6 tính từ điều kiện sau thời gian Tph điện áp trên tụ giảm từ giá trị Uoa xuống đến 0 Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 49 0 2.. . )( 6 =−= RC TE UTu phoaphc Rút ra: CU TE R oa ph . . 6 = = 6 3 10.1,0.12 10.669,0.15 − − =8.3.103 (Ω) Vậy ta được giá trị điện trở R6 là 10K Do có hạn chế chặt chẽ về thời gian nạp tụ nên ta tính R2 từ biểu thức nạp cho tụ điện( chứ không bỏ qua như khi phân tích định tính): C t R E R UUtu Dbhc )()( 65 1 −−= Trong thời gian tn điện áp trên tụ phải vượt giá trị điện áp ổn áp, suy ra: oanDbh UC t R E R UU ≥−− )( 65 1 Từ đây ta rút ra R5: 6 5 . 7,0 R E t UC UR n oa bh + −≤ = 3 6 10.20 15 2,0 5.10.1,0 7,05,7 + − − = 2092.3(Ω) Chọn R5 = 2K 3.5. Khâu tạo điện áp so sánh Chọn điện trở hạn chế dòng vào trước hai cửa của KĐTT là R3=R4> Iv Uv .Chọn để hạn chế Iv < 1mA ⇒R8 > 310 12 − =12k . Chọn R8=20 (kΩ ) điện áp điều khiển ta chọn là 12v lấy từ nguồn tạo ra ở trên. Vậy biến trở R 7 phải thoả mãn: R 7 > 310 5 − =5k => Chọn R 7 =5(kΩ ) 3.6. Khâu tạo điện áp đóng mở IGBT Ta sử dụng Tranzito C828 có β =30 Đồ án điện tử công suất ====================================================== ====================================================== 50 ở đây ta mong muốn Tranzito làm việc như một khóa điện tử ,đóng mở theo chu kỳ của xung. - Để Tranzito làm việc ở chế độ mở thông bão hòa cần IB >IC/β Khi Tranzito mở thông bão hòa IC = 1110 )15(15 RR + −− = 1110 30 RR + Chọn R10=R11 =50 Ω Ö IC =30/100 =0,3(A) => IB > 300 3,0 =1(mA) Vậy R9 =RB< BI Uv = mA V 1 12 = 12k Ω Chọn R9 =10 k Ω
File đính kèm:
do_an_thiet_ke_mach_bam_xung_dieu_khien_trong_toc_do_dong_co.pdf
