Chương 5 Tìm hiểu một số mạch điều khiển động cơ điện một chiều docx

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp
ChươngV:
TÌM HIỂU MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
I/ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUAY THUẬN, QUAY NGHỊCH
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển và mạch động lực như hình V-1.
Trong mạch này ứng dụng chủ yếu là transistor công suất và các diode công
suất.
Các transistor Q
1
, Q
2
, Q
3
, Q
4
, Q
5
, Q
10
, Q
11
, Q
12
: là loại C828
Các transistor Q
6
, Q
7
, Q
8

, Q
9
: là loại R468
Diode D
1
, D
2
, D
3
, D
4
, D
6
là loại 4N4007
Mạch dùng mạch so sánh vi sai Q
1
và Q
2
Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:
Ta có mức điện áp chuẩn (điện áp mong muốn điều chỉnh bởi biến trở VR
1
)
được tạo bởi DZ
1
, R
2
và R
1
Khi điện áp chỉnmh lưu 2 bán kỳ của diode D
1

, D
2
thấp hơn so với ở mức điện
áp chuẩn thì dòng điện đi qua R
6
đến cực B của Q
2
thấp dẫn đến Q
2
phân cực nghòch
nên Q
2
ở trạng thái ngắt. Khi Q
2
ở trạng thái ngắt thì dòng điện đi từ D
1
→ R
1
→ R
4
→
R
30
→ R
9
. Đến cực B của transistor Q
3
nên Q
3
được phân cực thuận Q

3
dẫn khi Q
3
dẫn
dòng điện đi từ D
1
→ R
1
→ R
10
→ R
3
→ R
9
→ mass nên điện áp đặt trên R
11
thấp
Transistor Q
4
phân cực nghòch, Q
4
ngắt (khóa) dòng được đi từ D
1
→ R
1
→ R
12
→ R
14
→

R
15
→ mass nên tại cực B của Q
5
có dòng điện phân cực thuận cho Q
5
, Q
5
dẫn điện
dòng điện đi từ D
5
→ R
16
→ Q
5
→ R
17
: Q
6
ngắt điện vì điện áp trên cực B của Q
6
= 0
nên dòng điện tại cực B của Q
7
phân cực thuận cho Q
7
, Q
7
dẫn điện. Động cơ DC
nhận một điện áp âm dòng điện đí từ động cơ DC → R

18
→ Q
7
→ mass. Vậy động cơ
DC được nối mass
Cũng tại thời điểm điện áp chỉnh lưu của diode D
1
D
2
thấp hơn so với điện áp
chuẩn nên Q
1
dẫn nên điện áp đặt lên cực B của Q
12
bằng không nên Q
12
phân cực
nghòch Q
12
ngắt. Nên điện áp của mạch chỉnh lưu đặt lên cực B và điện trở R
26
. Phân
cực cho Q
11
, Q
11
phân cực thuận. Q
11
dẫn điện áp đặt lên điện trở R
23

thấp làm cho
Q
10
phân cực nghòch Q
10
ngắt kéo theo Q
9
ngắt, lúc này điện áp chỉnh lưu đặt lên D
6
dẫn làm cho Q
8
dẫn làm cho led 2 sáng động cơ được cấp nguồn dương từ D
4
→ Q
8
→ động cơ. Nên động cơ được quay thuận
Khi ta điều chỉnh biến trở VR
1
có điện áp đặt vào cực B của transistor Q
1
nhỏ
hơn điện áp đặt vào cực C của transistor Q
1
lúc này Q
1
phân cực nghòch Q
1
ngư ng
Trang 88
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp

dẫn dòng điện chỉnh lưu đi từ D
1
→ R
1
→ R
3
→ R
29
→ R
28
→ mass tại cực B
của transistor Q
12
có điện áp làm cho Q
12
phân cực thuận dẫn dòng điện chỉnh lưu đi
từ D
1
→ R
1
→ R
27
→ R1
2
→ R
25
→ mass. Khi Q
12
dẫn điện đặt lên cực B của Q
11

giảm
làm cho Q
11
phân cực nghòch Q
11
ngưng dẫn, khi Q
11
ngưng dẫn điện áp chỉnh lưu đặt
lên cực B của transistor Q
10
và điện trở R
23
phân cực thuận cho Q
10
, Q
10
dẫn điện làm
cho cực B của Q
8
có điện áp giảm Q
8
phân cực nghòch Q
8
ngắt, khi Q
10
dẫn điện cực
B của Q
9
có .điện áp phân cực cho Q
9

, Q
9
dẫn điện động cơ được cấp nguồn mass
cho động cơ qua Q
9
.
Tại thời điểm này điện áp của mạch chỉnh lưu được so sánh qua mạch khuếch
đại vi sai Q
1
Q
2
điện áp tại cực B của Q
2
so sánh với điện áp cực E của Q
2
điện áp tại
cực B cao hơn lúc này Q
2
được phân cực thuận Q
2
dẫn điện nên dòng điện trên cực B
Q
3
giảm Q
3
phân cực nghòch ngắt. Điện áp chỉnh lưu đặt lên cực B của Q
4
tạo cho Q
4
được phân cực thuận Q

1
dẫn điện dòng điện trên điện trở R
14
và 0 cực B của Q
5
giảm
nên Q
5
phân cực ngược Q
5
ngắt, khi Q
5
ngắt thì Q
7
cũng ngắt điện áp chỉnh lưu từ
diode D
5
đặt vào diode D
3
và transistor Q
6
phân cực thuận Q
6
dẫn điện cấp nguồn
dương cho động cơ từ D
4
→ R
19
→ Q
6

→ động cơ. Vậy động cơ quay nghòch đến LED
1 sáng
II/ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN SCR
Sơ đồ mạch như hìnhV-2
Trong sơ đồ này việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách
điều khiển SCR thực chất là điều khiển góc mở α kích cho SCR từ đó làm thay đổi
điện áp đặt vào động cơ.
Khi ta nhấn nút start cuộn dây Rơle M có điện đóng tiếp điểm M ở dưới SCR
lại và mở các tiếp điểm thường đóng ra động cơ bắt đầu khởi động khi đường 1
dương SCR đã được kích, dòng điện sẽ được đi qua câu trò fuse chỉnh lưu diode 4SR
qua tiếp điểm M đặt vào phần ứng động cơ.
Cuộn dây kích từ động cơ được nắn điện áp 2 bán kỳ cấp điện cho cuộn kích
từ field khi đường 1 dương diode 1SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ
+ Khi đường 2 dương diode 2SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ
mạch được bảo vệ bằng 2 diode zenzer (thy) bảo vệ sự tăng vọt điện áp đặt
lên SCR vậy (thy) là một ổn áp xoay chiều tự nối tắt khi điện áp cao nhưng không
chập mạch ,khi nối tắt dòng điện tăng lên sẽ làm cầu chì fuse chảy nhanh.
Khi ấn nút dừng cuộn dây rơle coil M mất điện mở tiếp điểm M dưới SCR ra
và đóng tiếp điểm M lại. Điện trở 2R là điện trở hãm khi đóng tiếp điểm M động cơ
sẽ bò hãm động năng và ngừng ngay.
Trang 89
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp
Khi ta điều chỉnh biến trở VR ở mức cao dòng điện qua transistor Q
1
nhỏ (Q
1
đóng vai trò như một biến trở) tụ điện 4C được nạp chậm qua hai điện trở 15R và
13R, tụ điện C phóng yếu làm cho kích SCR trễ như hình V-2a phần ứng động cơ
nhận một điện áp thấp tốc độ động cơ quay chậm
Khi ta điều chỉnh biến trở ở mức thấp dòng điện đi qua cực E của transistor

lớn tụ điện 4C nạp nhanh hơn. Khi đó SCR được kích sớm hơn dòng điện lớn hơn
chạy trong phần ứng động cơ sinh ra môment lớn → tốc độ động cơ quay nhanh như
hình V-2b.
Điều chỉnh điện áp ở biến trở là điều chỉnh tốc độ mong muốn còn để ổn đònh
động cơ ta có phản hồi điện áp từ phần ứng động cơ điện áp phản hồi này qua điểm
K qua điện trở 4R.
Khi động làm việc với tải tăng tốc độ động cơ giảm (khi đó biến trở VR chỉnh
cố đònh) dòng điện tăng nên điện áp giảm phản hồi qua 4R về chân B của transistor
1Q làm cho 1Q dẫn mạch tụ 4C được nạp nhanh và SCR được kích sớm để nâng tốc
độ động cơ lên bằng với tốc độ yêu cầu
Khi tại điểm K có điện áp cao điện áp phản hồi về chân 1Q tăng làm 1Q dẫn
yếu 4C nạp chậm kích mở trễ cho SCR để cấp điện áp cho phần ứng tới khi cân
bằng tốc độ theo yêu cầu, tụ 3C tụ san bằng điện áp.
Tụ 2C tụ cho phép thời gian mở máy. Tốc độ sẽ tăng chầm chậm
III/ MẠCH ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU
Sơ đồ mạch như hình IV-3
Khi cấp nguồn V vào biến áp BA thứ cấp của biến áp có điện áp cung cấp
cho mạch chỉnh lưu, nhưng động cơ chưa được cấp điện vì 2 thyristor chưa được kích
mở.
Trang 90
Dòng điện phần ứng Dòng điện phần ứng
a)UJT kích trễ b)UJT kích sớm
HÌNH V-2
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp
Tại mạch điều khiển cũng được cấp nguồn bởi bộ nắn điện D
3
, D
4
tụ điện C

7
sẽ được nạp điện tại cực B của T
2
điện áp nhỏ dần nhỏ đến một giá trò nào đó T
2
dẫn điện điện áp tại ngõ vào (-) của Op amp OP
1
giảm dẫn đến điện áp ở ngõ ra của
OP
1
là tăng (OP
1
: khuếch đại đảo) diode D
3
dẫn điện nạp điện cho tụ C
8
khi tụ C
8
nạp bằng giá trò V
c
(+) thì UJT sẽ cho tụ C
8
xả qua tại cuộn dây sơ cấp của biến áp
xung BAX
1
có một điện áp xung cuộn dây thứ cấp của biến áp xung BAX
2
có xung
để kích thyristor th
1

và thyristor th
2
Th
1
và th
2
dẫn điện cấp điện một chiều cho phần ứng động DC
Động cơ bắt đầu hoạt động
Động cơ sẽ quay với tốc độ được đặt bởi biến trở VR
4
sẽ điều chỉnh điện áp
phân cực cho T
2

T
2
dẫn yếu điện áp ngõ vào ( - ) OP
1
tăng điện áp ngõ ra OP
1
giảm tụ điện C
8
nạp chậm th
1
và th
2
bò kích trở tốc độ động cơ chạy chậm T
2
dẫn mạnh điện áp ngõ
vào (-) OP

1
giảm điện áp ngõ ra OP
1
tăng tụ điện C
8
nạp nhanh th
1
và th
2
sẽ được
kích sớm động cơ sẽ chạy nhanh
Khi điều chỉnh biến trở VR
3
ta có thể điều chỉnh độ phân cực của transistor T
3
lúc đó điều chỉnh được thời gian nạp của tụ điện C
7,
điều chỉnh được thời gian nạp
của tụ C
7
là điều chỉnh được mức độ tăng tốc và giảm tốc của động cơ còn VR
3
là
biến trở thay đổi độ ổn đònh của hệ thống.
Khi động cơ làm việc mà tải tăng tốc độ động cơ giảm dòng điện phần ứng
tín hiệu này được phản hồi qua điện trở R
17
và R
18
đến Op amp OP

2
(nếu dòng điện
lớn khi khởi động thì tụ điện C
4
sẽ bảo vệ chưa cắt khi động cơ đang khởi động) tăng
OP
2
là khuếch đại không đảo nên dòng điện ngõ ra OP
2
tăng dòng điện này sẽ qua
R
21
→V
R2
→ R
4
→ ngõ vào ( + ) OP
1
tăng làm cho ngõ ra OP
1
cũng tăng tụ điện C
8
nạp nhanh kích th
1
và th
2
mở sớm tăng điện áp cho phần ứng động cơ để động cơ ổn
đònh tốc độ khâu này là khâu phản hồi dương dòng
VR
1

là biến trở chỉnh tinh lấy tốc độ chuẩn
VR
2
là biến trở hiệu chỉnh tốc độ đáp ứng ngõ vào OP
1
Khi tải nhẹ tốc độ động cơ tăng dòng điện phần ứng tăng điện áp đặt trên R
11
và R
12
tăng tín hiệu này được phản hồi về ngõ vào ( - ) của OP
1
qua điện trở R
7
, R
2
sẽ có điện áp tăng ngõ ra của OP
1
sẽ có điện áp giảm tụ điện C
8
nạp chậm
Kích mở th
1
và th
2
trễ – điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ giảm xuống
tốc độ động cơ giảm xuống cho tới khi ổn đònh.
Đây là khâu phản hồi âm áp của động cơ
Các tụ C
1
, C

2
và C
5
, C
6
là các tụ bảo vệ chống nhiễu cho Opamp OP
1
, OP
2
Các diode D
1
D
2
và D
8
D
7
là các diode bảo vệ ngõ vào opamp OP
1
OP
2


Trang 91
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp
Chương VI :
KẾT LUẬN
I- TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU
II- TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
III- HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Trang 92
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đồ n Tốt Nghiệp
I/ TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU
Sau 8 tuần nỗ lực nghiên cứu và vận dụng kiến thức đã học tại trường Đại
học sư phạm kỹ thuật, em đã hoàn thành đề tài “Ứng dụng linh kiện điện tử công
suất trong điều khiển động cơ một chiều” được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn
Trọng Thắng đề tài có nội dung như sau :
1- Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn công suất lớn.
2- Ứng dụng của linh kiện bán dẫn công suất trong điều khiển động cơ
điện một chiều
3- Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC và ứng dụng bộ điều khiển lập
trình trong điều khiển động cơ
4- Tìm hiểu một số mạch điều khiển động cơ trong thực tế sản xuất
II/ TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Do thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế có hạn nên việc phân tích
các sơ đồ mạch ứng dụng của điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình plc và
chưa được phong phú sâu sắc, việc tính toán các linh kiện đòi hỏi phải có thời gian
chính vì lẽ đó nên đồ án đã có một số hạn chế trên.
III/ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI:
Với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý và kỹ thuật điện tử đề tài này có thể
được phát triển sâu hơn và kết hợp với hệ thống vi xử lý để điều khiển động cơ điện
một cách hoàn hảo, tin cậy.
Trang 93