Hệ truyền động xung áp một chiều

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NỘI DUNG

- Động cơ một chiều kích từ độc lập Π - 32 có số liệu sau: Pđm = 2.2Kw; Uưđm = 220V; Iđm = 24A; nđm = 1500v/p; jĐC = 0,105kg.m2; Rư = 0,285(Ω); Lư = 0,0247(H); Ukt =
220V; Ikt = 0,3A

- Mạch xung áp đảo chiều
- Yêu cầu bài toán: Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động cơ điều chỉnh từ 0v/p đến
1500v/p khi mang tải định mức

PHẦN THUYẾT MINH

1. Khái quát chung về hệ truyền động xung áp động cơ một chiều
2. Tính chọn mạch lực và các thiết bị liên quan
3. Thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển cho bộ xung áp
4. Phân tích hoạt động của mạch điều khiển
5. Phương pháp điều chỉnh và ổn định tốc độ cho hệ thống truyền động điện.

1

1


I Khái quát chung về hệ truyền động xung áp một chiều
1 Tổng quan động cơ một chiều
1.1. Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều
Độn g c ơ m ột ch i ề u ba o gồm 2 ph ầ n ph ầ n cả m ( phầ n tĩn h ) và phầ n
ứ n g (phần quay).
* Phần cảm (stator)

Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừalà vỏ má y
và cá c cự c từ ch ín h c ó dâ y qu ấ n k ích từ (h ìn h 1. 1) , dòn g đ iệ n ch ạ y trong
dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiên nhau.
Cực từ chính gắn với vỏ máy nhờ các bulông. Ngoài ra máy điện một chiềucòn có nắp
máy, cực từ phụ và cơ cấu chổi than.

Hình 1.1
Cực từ chính

2

2


* Phần ứng (rotor)
Rôto gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và trục máy.

Hình 1.2 Lá thép rôto

Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều

1. Lõi thép phần ứng: Hình trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm,
phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép được dập các lỗ thông gió và rãnh để đặt dây
quấn phần ứng (hình 1.2).
2. Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt trong cácrãnh của
phần ứng tạo thành một hoặc nhiề u vòng kín. Phần tử của dây quấn là m ộ t b ối
dâ y gồm m ộ t h oặ c nh iề u v òn g dâ y , ha i đầ u n ố i v ới h a i ph iế n gó p
c ủa vành góp (hình 1.3a). hai cạnh tác dụng của phần tử đặt trong hai rãnh dưới
haicực từ khác tên (hình 1.3b).
3. Cổ góp (vành góp) hay còn gọi là vành đổi chiều gồm nhiều phiến đồnghình

đuôi nhạn được ghép thành một khối hình trụ, cách điện với nhau và cách điện
với trục máy.Các bộ phận khác như trục máy, quạt làm mát máy…
1.2- Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Trên hình 1.4 khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trongdâ y
qu ấ n ph ầ n ứ n g c ó dòn g đ iệ n . Cá c tha nh dẫ n a b và c d ma n g dòn g đi ệ n
n ằ m trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mômen tác

3

3


dụnglên rôto, làm quay rôto. Chiều lực tác dụng được xác định theo quy tắc bàn tay

trái(hình 1.4a).
Hình 1.4 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Kh i phầ n ứn g qua y đư ợ c nử a v òn g, vị tr í tha nh dẫ n a b , c d đ ổi ch ỗ
n ha u (hình 1.4b), nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện một
chiều biếnđổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực
tác dụng không đổi, do đó lực tác dụng lên rôto cũng theo một chiều nhất định,
đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi.Chế độ làm việc định mức của máy điện
nói chung và của động cơ điện mộtchiều nói riêng là chế độ làm việc trong những
điều kiện mà nhà chế tạo quy định.Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng
ghi trên nhãn máy gọi là nhữngđại lượng định mức.
1.Công suất định mức Pđm(kW hay W).
2.Điện áp định mức Uđm(V).
3.Dòng điện định mức Iđm(A).
4.Tốc độ định mức nđm(vòng/ph).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ…
C h ú ý : C ôn g su ấ t đ ịnh m ứ c ch ỉ c ôn g su ấ t đư a ra củ a má y đi ệ n . Đ ối v ớ i

máy phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, còn đối với động cơ đó là công
suất đưa ra trên đầu trục động cơ

4

4


2 Tổng quan về bộ biến đổi xung áp
2 . 1 . C ấ u t r ú c v à p h â n l o ạ i b ộ b i ế n đ ổ i x u n g á p
* Bộ biến đổi xung áp giảm áp
Sơ đồ nguyên lý

Nguyên lý hoạt động :

Phần tử điều chỉnh quy ước là khóa S ( van bán dẫn điều khiển được )Đặc điểm của sơ
đồ này là khóa S, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp. Tải có tính chấtcảm kháng hoặc
dung kháng. Bộ lọc L & C. Điôt mắc ngược với Ud để thoát dòngtải khi ngắt khóa K.+ S
đóng thì U được đặt vào đầu của bộ lọc. Nếu bỏ qua tổn thất trong các van và các
phần tử thì Ud=U+ S mở thì hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng id do năng
lượngtích lũy trong cuộn L và cảm kháng của tải, dòng khép kín qua D, do vậy
Ud=0 Như vậy, Ud ≤ U. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.

* Bộ biến đổi xung áp tăng áp

5

5

Đặc điểm:
L nối tiếp với tải, khoá S mắc song song với tải. Cuộn cảm L không tham gia vào quá
trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này.+ S đóng, dòng điện từ +U qua L → S
→ -U. Khi đó D tắt vì trên tụ có UC (đã được tích điện trước đó).+ S ngắt, dòng điện
chạy từ +U qua L → D → Tải. Vì từ thông trong L không giảm tức thời về không do đó
trong L xuất hiện suất điện động tự cảm có cùng cực tính với U. Do đó tổng điện áp: ud
=U + eL. Vậy ta có bộ biến đổi tăng áp.Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ
nguồn U ở chế độ liên tụcvà năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn.

6

6


* Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp
Sơ đồ nguyên lý:

Tải là động cơ mmột chiều được thay bởi mạch tương đương R-L-E. L1 chỉđóng vai trò
tích luỹ năng lượng. C đóng vai trò lọc.
Nguyên lý hoạt động :
+ S đóng, trên L1 có U, dòng chạy từ +U → S → L1 → -U. Năng lượng tích luỹ trong
cuộn cảm L1; đi-ôt D tắt; Ud =UC, tụ C phóng điện qua tải.+ S ngắt, cuộn cảm L1 sinh ra
sức điện động ngược chiều với trường hợp đóng ⇒D thông⇒năng lượng từ trường nạp và
C, tụ C tích điện; ud sẽ ngược chiềuvới U.Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U. Giá trị
tuyệt đối |Ud| có thể lớn hơnhay nhỏ hơn U nguồn
* Bộ băm xung một chiều có đảo chiều

7

7

Ở đây ta sử dụn van bán dẫn IGBT Bộ BXM dùng van điều khiển hoàn toànIGBT có khả
năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng điện tải
Trong các hệ truyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ do
đó bộ biến đổi này thường hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập
có nhu cầu đảo chiều quay.Các van IGBT làm nhiệm vụ khoá không tiếp điểm .Các Điôt
Đ1,Đ2,Đ3,Đ4dùng để trả năng lượng phản kháng về nguồn và thực hiện quá trình hãm
tái sinh.Có các phhương pháp điều khiển khác nhau như: Điều khiển độc lập,
điềukhiển không đối xứng và điều khiển đối xứng
* Lựa chọn bộ biến đổi
- Lựa chọn mạch lực
Qua các mạch phân tích ở trên ta thấy để phù hợp đảo chiều động cơ (mộtcách chủ
động) ta chọn bộ băm xung một chiều có đảo chiều (cầu BXDC), mạch nà y ch o
ph é p nă n g l ư ợn g đi th e o 2 c h iề u U d, I d c ó th ể đả o c h iề u m ộ t cá ch
đ ộ c lập. Hơn nữa mạch này rất thông dụng (dùng trong DC-DC, DC-AC converter) dođó
việc tìm mua các phần tử cũng dễ dàng hơn.
-Lựa chọn van bán dẫnChọn van IGBT bởi :
+ IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khảnăng 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 thiếtkế của các bộ
biến đổi và làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ, hơn nữa nócũng làm tiết kiệm
năng luợng (điều khiển).
+ IGBT là phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, nó đang dần thay thế transistor B J T n ó
ngày càng thông dụng hơn do đó việc mua thiết bị cũng
đ ơ n g i ả n hơn.Cùng với sự phát triển của IGBT thì các IC chuyên dụng điều

8

8


khiển chúng( IG B T D ri ve r ) n gà y cà n g phá t tr iể n và h oà n th iệ n do đó v iệ c
đ iề u kh iể n cũ n g chuẩn xác và việc thiết kế các mạch điều khiển cũng đơn giản, gọn
nhẹ.
1.1.3. Phân loại
Có nhiều cách phân loại các bộ biến đổi xung áp môt chiều, tuỳ thuộc vào
cách mắc khoá điện từ song song hay nối tiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung
áp thành nối tiếp hay song song (hình 1.3 và 1.4). Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi
tuỳ thuộc vào điện áp ra, ví dụ như bộ biến đổi xung áp ở hình 1.4a là bộ biến đổi
xung áp có điện áp ra nhỏ hơn điện áp vào, còn bộ biến đổi xung áp ở hình 1.4b là bộ
biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơn điện áp vào.
Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảo
chiều (hình 1.3 và 1.4) hoặc bộ biến đổi xung áp có đảo chiều (hình 1.6)
Trong giao thông, để cấp điện cho nhiều động cơ của một doàn tàu người ta có
thể mắc song song nhiều phụ tải (hình 1.5b) hoặc bộ biến đổi xung áp có thể có nhiều
mạch nhánh song song (hình 1.5b), và trong trường hợp này có bộ biến đổi xung áp
cong được gọi bộ biến đổi xung áp nhiều pha, so với các bộ biến đổi xung áp nêu trên
hình (hình 1.3 và 1.4)

9

9


Hình 1.3. Bộ biến đổi xung áp nối tiếp: a, b, c, d

Hình 1.4. Bộ biến đổi xung áp song song: a và b

Do cách ghép nối khác nhau để nhận được những đặc tính mong muốn, bộ biến đổi
xung áp còn có những tên gọi khác nhau tuỳ thuộc vào các đặc điểm phân loại đã nếu
trên.

10

10


Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi xung áp với các mạch phụ tải mắc song song

Hình 1.6 Bộ biến đổi xung áp có đảo chiều

11

11


1.1.4. Sơ đồ cấu trúc
Cấu trúc của bộ biến đổi xung áp một chiều thường có dạng như ở hình1.7.

Hình 1.7

12

12


II.Tính chọn mạch lực và các thiết bị liên quan
2.1 Tính chọn động cơ một chiều

Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu người ta đưa ra nhiều phương án khác
nhau, rồi sau đó so sánh các phương án trên phương diện kinh tế và kỹ thuật để chọn ra
phương án tối ưu.
Đây là động cơ sử dụng năng lượng điện 1 chiều.Gồm động cơ điện 1 chiều kích từ
độc lập,kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp.
Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai động cơ có kết cấu phức tạp,giá thành cao
nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế.
2.1.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp
Ta thấy loại này có cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng kích từ chính là
dòng phần ứng động cơ .
Do vậy khi Iư biến đổi thì từ thông ɸ cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tượng từ dư (tổn thất
phụ) lớn.
ɸdư = ɸđm /5
Mà động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ ở dạng phi tuyến (hypecbol ), nên
đặc tính cơ mềm và độ cứng lại thay đổi theo phụ tải.
Mặt khác, từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả năng chịu tải của
động cơ bị ảnh hưởng rất lớn của điện áp lưới. Điều này gây khó khăn trong quá trình
điều chỉnh và ổn định tốc độ, quá trình này chỉ có hiệu quả ở tốc độ rất thấp và hiệu quả
không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này là rất khó khăn.
Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu.
2.1.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập
Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ ɸ = const khi tải
thay đổi.
Phương trình đặc tính cơ:
w = U/(K ɸ) – RI/(K ɸ) = U/(K ɸ) – RM(K ɸ)2

13

13

Vì ɸ = const nên quan hệ w(M) là quan hệ đường thẳng. Độ cứng đặc tính
cơ:
β = - (Kɸ)2/R = const

Đặc tính động cơ một chiều kích từ độc lập

Nhận xét: Loại động cơ này cho phép quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và
dễ điều chỉnh. Từ phương trình đặc tính cơ cho thấy loại động cơ này có thể điều
chỉnh tốc độ tới 3 cách là điêù chỉnh Uư, Rf, và ik.

Tính chọn van bán dẫn công suất

14

14


-Tính chọn Điôt mạch van
Qua phân tích các mạch lực ta thấy+ Dòng điện trung bình chạy qua diode Với giá trị
dòng định mức động cơ Iđm = 6A
Chọn chế độ làm mát là van có cánh tỏa nhiệt với đủ điẹn tích bề mặtvà có quạt thông
gió, khi đó cho dòng điện làm việc cho phép chạy qua van tới 50% Iđm
Lúc đó dòng chạy qua van cần chọn :
Iđmv = Ki /Imax = 6/0.5 = 12(A)
Qua các biểu đồ ta thấy : Điện áp ngược cực đại đặt trên mỗi van ( bỏ qua sụt áp trên
mỗi van là U = 400V
Chọn hệ số quá điện áp Ku= 2.5Ungv= 2.5.400 = 1000(V)
Chọn 4 diode loại CR20-100 có các thông số sau
Ký hiệu

1N2445

Imax(A)
20

Un(V)
1000

Ỉ(A)
20

Ith(A)
10u

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.

-Tính chọn IGBTTính dòng trung bình chạy qua van:

15

15

Tep

20

ΔU(V)
1.1


Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy:
Dòng điện trung bình chạy qua van lμ : IS =γ 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 vàcó
quạt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới

50 % Idm

.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 van (bỏ qua sụt áp trên các
van ) là Ungmax=E=400(V)
(V).Từ các tính toán trên ta chọn 4 van IGBT …có các thông số sau

Loại

Loại vỏ

Ic max

Vce

Pdm

Vce(sat)

Uce(uA)

In.Diode

ỈG4PH30
K

TO247A

20

120

100W

4

250

NO

Tính chọn Điôt mạch chỉnh lưu
Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải ,điều kiện toả nhiệt ,điện
áplàm việc, các thông số cơ bản của van được tính như sau :
+) Điện áp ngược lớn nhất mà Diode phải chịu :
Unmax=Knv.U2 =418,88 (V).
Điện áp ngược của van cần chọn :
Unv = KdtU . Un max =2,5 . 418,88 = 1047,20

Trong đó :KdtU - hệ số dự trữ điện áp ,chọn KdtU =2,5 .
+) Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng :Ilv =3,46 (A)
(Do trong sơ đồ cầu 3 pha ,hệ số dòng hiệu dụng :Khd =0,57)

16

16


Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt ;
Không có quạt đối lưu không khí ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần
chọn :
Iđm =Ki . Ilv =3,2 .3,46 = 11,07 (A)
(Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn Ki =3,2)từ các thông số Unv ,Iđmv ta chọn 6 Diode
loại SKR20/12 do nhà sản xuấtIR sản xuất có các thông số sau :
Điện áp ngược cực đại của van : Un = 1200 (V)
Dòng điện định mức của van : Iđm =20 (A)
Dòng điện thử cực đại : Ith =60 (A)
Dòng điện rò : Ir =4 (mA)
Sụt áp lớn nhất của Diode ở trạng thái dẫn là : ΔU = 1,55 (V)
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax=1800C

III. Thiết kế mô phỏng mạch điều khiển cho bộ xung áp

3.1.Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển
* Yêu cầu chung của mạch điều khiển
M ạ ch đ iề u kh i ể n điề u kh iể n bă m xu n g á p m ột ch iề u cầ n đư ợ c xâ y
dự n g theo các nguyên tắc và yêu cầu sau:
-Tạo được xung mở IGBT có biên độ điện áp là +15V, độ rộng theo yêu cầu điều
khiển.

-Tạo được xung khóa IGBT có biên độ điện áp là -5V, độ rộng theo yêu cầu.
-Tạo được 2 kênh điều khiển 2 nhóm van IGBT theo luật điều khiển đối xứng.
- Đảm bảo các van đóng, mở an toàn tức là nhóm van này khóa chắc chắnthì nhóm van
còn lại mới được mở.

17

17


-Tần số làm việc của mạch điều khiển là 2kHz

Sơ đồ

*Khâu tạo điện áp tam giác

18

18


Để m ạ ch đ iề u kh iể n h oạ t đ ộn g tố t v ớ i l uậ t điề u kh iể n đố i xứ n g ta
c h ọn phương pháp tạo điện áp tựa là điện áp tam giác bằng tích phân sóng vuông
Giải thíc nguyên tắc hoạt động

Khuếch thuật toán U1 có hồi tiếp dương bằng điện trở R1, đầu ra có t r ị s ố
điện áp bão hòa và dấu phụ thuộc hiệu điện áp hai cổng (+) và
( - ) . Đầu vào (+) có 2 tín hiệu, một tín hiệu không đổi lấy từ đầu ra của U1, mộttín hiệu
biến thiên lấy từ đầu ra của khuếch thuật toán U2. Điện áp chuẩn so sánh để quyết
định đổi dấu điện áp ra của U1 là trung tính vào (-). Giả sửđầu ra của U1 âm,

khuếch thuật toán U2 tích phân đảo dấu cho điện áp cósườn đi lên của điện
áp tựa. Điện áp vào của (+) lấy từ R1 và R2, hai điện áp này trái dấu nhau. Điện
áp vào qua R2 biến thiên theo đường nạp của tụ,còn điện áp vào qua R1 không đổi,
tới khi nào U(+) = 0 thì đầu ra của U1 đổi dấu thành dương. Chu kỳ điện áp của U1
cứ luân phiên đổi dấu như vậycho ta điện áp tựa như có dạng tam giác như hình vẽ.Tần
số của điện áp tựa được tính dựa vào công thức sau
F = 1/(4.R3C1R1/R2)
Do tần số làm việc yêu cầu của mạch điều khiển là 2kHz nên tần số
l à m việc của mạch tạo xung tam giác cũng phải là 2 kHz. Điều đó làm nảy sinhv ấ n đ ề

19

19


l à k h u ế c h t h u ậ t t o á n k h ô n g t h ể c h ọ n l o ạ i b ì n h t h ư ờ n g m à t a p h ả i chọn
loại có tốc độ làm việc nhanh.
Tính toán:
- Chọn khuếch thuật toán là loại IC LM318 của hãng Texas Instrument có tốc
độ làm việc nhanh

Kí hiệu KĐTT tương ứng với chân IC

20

20


Điện áp nguồn cấp ( VCC)
Dải thông

Slew rate
Để tần số làm việc là 2 kHz ta chọn:

20V
15MHz
70V/us

R1 = 0.47kΩ
R2 = 4.7kΩ
→ C1 = 0.0266μF

Giải thích nguyên tắc hoạt động
Việc thay đổi giá trị điện áp điều khiển quyết định hệ số γ của mạch điều khiển
xung áp.
-Khi Uđk=0 thì γ=0.5
-Khi Uđk=Uđỉnh thì γ=1
-Khi Uđk= - Uđỉnh thì γ=0
Do điện áp tựa có dạng tuyến tính nên việc điều chỉnh tốc độ động cơ một cách tuyến tính
với phạm vi 25:1 có thể đưa về việc điều chỉnh điện ápđiều khiển tuyến tính trong phạm
vi 25 lần.
Khâu tạo điện áp điều khiển sử dụng IC LM317 có tác dụng tạo ra nguồn ổn áp
thay đổi từ 1.2 đến 37V

Thông số chính
Dải điện áp
Dòng ra giới hạn

21

1,2 đến 37V

1,5 A

21


Sai số

1,5 %

Các tụ C1 C2 C3 có tác dụn ổn áp đầu vào và đầu ra để đảm bảo nguồn áp có dạng và giá
trị không đổi .
Ta chọn C1 = C2 = C3 = 1 (μF)
Điện trở R1 và biến trở R2 được chọn sao cho có thể tạo ra một Uout biếnthiên trong dải
từ 1.25 đến 1.25*25=31.25 (V). Điện áp này được lấy ra phùhợp với điện áp tựa trong bộ
so sánh nhờ vào 2 điện trở R3, R4 mắc nối tiếp như sau

họn R1=0.24kΩ thế thì:
- khi Uout 1.25V thì R2 = 0 kOhm
- khi Uout 31.25V thì R2 = 5760 kOhmnhư vậy ta có thể chọn R2 là loại biến trở
6kΩĐể đưa điện áp điều khiển thích hợp với Utựa tại bộ so sánh ta dùng 2 điệntrở mắc
nối tiếp là R3 và R4. Để có thể tận dụng tốt nhất công suất động cơ,thỏa mãn nhu cầu
của γ (0.526 < γ < 0.9) đã đặt ra ở phần mạch lực, ta cầntính toán để Uđk như
sau:
-Phương trình của Utựa theo thời gian:
khi t=0 → Utựa (0) = 0V
Khi t=T/4 = 0.125ms → Utựa (0.125*10-3) = 10V

22

22

-Utựa = 8*104.t (V)
-Phương trình của γ theo thời gian (chỉ mang tính chất toán học):khi t=0 thì Uđk = 0
(Uđk cắt Utựa tại t=0) → γ = 0.5khi t=T/4 = 0.125ms thì Uđk = 10V (Uđk cắt Utựa tại
t=0.125ms) → γ= 1
-γ = 0.125*10-3.t + 0.5
-Khi γ = 0.526 thì t=6.5*10-6s → Utựa = 0.52(V) → Uđk = 0.52V
-Khi γ = 0.9 thì t=10-4s → Utựa = 8V → Uđk = 8V.
-Dựa vào kết quả tính toán ở trên, ta cần tìm R3 và R4 sao cho Uđk biến thiên từ 0.52V
đến 8V.
Áp dụng (*) ta chọn R4=52kΩ và R3=73kΩ

IV Phân tích hoạt động động của mạch điều khiển
4.3.Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
Khâu tạo điện áp tam giác sẽ cho ta một điện áp tựa có dạng tam giácthuận tiện cho
khâu so sánh tiếp theo. Khâu tạo điện áp tựa này thực
chất bao gồm 2 khâu là khâu phát xung đồng bộ và khâu tạo xung răng cưa (dạng tam
giác). Khâu này sẽ quyết định luôn tần số điều khiển các IGBT. Sở dĩ ta chọn
điện áp tựa dạng này là vì có 2 ưu điểm sau:
»Đảm bảo an toàn cho việc đóng mở các van bán dẫn. Với 2 điện ápđ i ề u k h i ể n
l ệ c h n h a u c ỡ 0 . 2 V đ ư a v à o 2 m ạ c h s o s á n h t ư ơ n g ứ n g 2 k ê n h điều khiển
2 nhóm IGBT ta có thể tin tưởng rằng trong toàn bộ quá trìnhhoạt động, nhóm
van này khóa chắc chắn thì nhóm van còn lại mới
được phát xung mở. Giải pháp này ưu điểm hơn cách sử dụng khâu trễ để đảm bảo an
toàn cho các van bán dẫn.

23

23

»Đ i ệ n á p t ự a dạ n g t a m g i á c g ồ m c ả m i ề n â m l ẫ n m i ề n d ư ơ n g
c h o phép ta đảo chiều động cơ đơn giản bằng cách đảo dấu điện áp điều khiểnđưa vào
mạch so sánh.
-Đ i ệ n á p t ự a đ ư ợ c đ ư a v à o c á c b ộ s o s á n h ( C o m p a r a t o r ) c ù n g
v ớ i điện áp điều khiển để thu được điện áp dạng xung ±Ubh thích hợp với
cáck ê n h đ i ề u k h i ể n m à l u ậ t đ ó n g m ở v à l u ậ t đ i ề u k h i ể n đ ố i x ứ n g đ ặ t
r a . Đ ể đảm bảo phạm vi điều chỉnh tốc độ là 25:1 ta cần đưa điện áp điều
khiển vào với biên độ biến thiên 25 lần. Công việc này được thực hiện nhờ bộ
ổnáp dùng IC LM317. Ở đây ta cần dùng 2 bộ ổn áp LM317 để đưa vào 2 điện áp điều
khiển chênh lệch nhau cỡ 0.2V.
-Việc đảo chiều quay động cơ đựợc thực hiện nhờ bộ đảo dấu điện á p đ i ề u
k h i ể n . N gu y ê n l ý c ủ a b ộ đ ả o d ấ u n à y t h ự c c h ấ t l à m ạ c h t ổ h ợ p tuyến tính
một thành phần dùng khuếch đại thuật toán

V Phương pháp ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ cho hệ thống
5.1- Nguyên lý khởi động.
Đóng áp tô mát cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện (mạch kích từ, máy
biến áp động lực, nguồn nuôi mạch điều khiển. Khi đó mạch tạo xung điều khiển tạo ra
các xung điều khiển. Để điều khiển các xung này,chúng được đưa tới mạch phát xung để
điều khiển mở các thyristor thông qua máy biến áp xung. Để tạo ra các xung điều khiển,
ta phải tạo ra tín hiệu điều khiển U đk nhờ mạch khuếch đại trung gian và tín hiệu này được so sánh với điện áp răng cưa. Do mạch khuếch đại trung gian tạo ra tín hiệu U đk nên
nó điều khiển được góc mở α của bộ chỉnh lưu . Khi khởi động dòng khởi động rất lớn

24

24

nên mạch vòng dòng điện tham gia vào để tự động hạn chế dòng điện đồng thời mạch
vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hoà do U VIC3 = -Ucđ + γn rất âm ( do n nhỏ ) , động cơ được khởi độngt rên đoạn đặc tính thứ 2 , tốc độ tăng dần đến điểm D thì mạch vòng tốc
độ tham gia vào để tăng độ cứng đặc tính cơ , động cơ được khởi động trên đoạn đặc tính
DC , đến điểm C mạch vòng dòng điện không tham gia nữa và chỉ còn mạch vòng tốc
độ , động cơ đợc khởi động trên đoạn đặc tính cơ tự nhiên và tiến tới làm việc xác lập tại
điểm ứng với tải định mức .
5.2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ .
Để thay đổi tốc độ động cơ ta thay đổi điện áp chủ đạo trên biến trở WR. Khi U cđ
thay đổi làm cho góc α thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi.
UVIC2 = -Ucđ + γn
Khi thay đổi Ucđ sẽ thay đổi được góc mở α => Ud thay đổi và tốc độ cũng thay đổi theo .
Ví dụ muốn tăng tốc độ ta tăng Ucđ : UVIC2 sẽ âm nhiều lên => URIC2 sẽ dương nhiều lên
=> URIC3 sẽ âm nhiều lên , Tr mở nhiều dẫn đến U đk giảm nhỏ tức là góc α giảm nhỏ =>
Ud tăng lên và tốc độ tăng theo.
Quá trinh giảm tốc cũng xảy ra tương tự khi ta giảm Ucđ sẽ làm cho góc α tăng lên và tốc
độ giảm xuống.
5.3- Nguyên lý ổn định tốc độ.
Giả sử động cơ đang làm việc ở một tốc độ quay nhất định, ứng với giá trị điện áp
đặt nào đó.Giả sử vì một lý do nào đó tốc độ động cơ tăng đột ngột nghĩa là γn tăng làm
cho Uđk tăng do đó làm cho góc mở α tăng và điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm để
động cơ trở về giá trị ban đầu.
Nếu vì một lý do nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì tương tự như trên γn sẽ giảm
làm cho điện áp Uđk giảm tạo ra góc α giảm, điện áp phần ứng động cơ tăng làm cho tốc
độ động cơ tăng trở về giá trị ban đầu.

25

25