Đồ án môn học “Thiết bị điều khiển , chương 3

Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
1
Lời mở đầu
Sự phát triển kinh tế của mỗi n-ớc phụ thuộc rất nhiều vào mức
độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Để có thể đáp
ứng đ-ợc các yêu cầu của quá trình cơ giới hoá và tự động hoá các
hệ truyền động điện đ-ợc phát triển và có những thay đổi đáng kể.
Đặc biệt do công nghệ sản xuất các thiết bị điện tử công suất ngày
càng hoàn thiện, nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ
truyền động điện không những đáp ứng đ-ợc độ tác động nhanh,
độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích th-ớc và hạ giá
thành của hệ.
Mỗi sinh viên cần phải biết đ-ợc các b-ớc thiết kế một hệ điều
khiển tự động nhằm vận dụng những kiến thức mình đã đ-ợc học.
Qua việc thiết kế, em đã hiểu rõ hơn về nguyên lý cấu tạo cũng nh-
nguyên lý hoạt động của các thiết bị điện-điện tử .
D-ới sự h-ớng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Thanh Sơn
giảng viên bộ môn Thiết bị điện - điện tử, em đã hoàn thành đồ án
của mình với đề tài: Thiết kế bộ nguồn băm xung một chiều cấp
điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập nguồn cấp một
pha 220V/50Hz
Tuy nhiên trong quá trình thiết kế với trình độ còn hạn chế, đồ án
của em không tránh khỏi những sai sót, mong thầy nhận xét và góp
ý cho em. Em xin chân thành cảm ơn thầy.
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
2
Phần iii.
Thiết kế mạch điều khiển.
I. thiết kế mạch điều khiển:
Mạch điều khiển băm áp một chiều có nhiệm vụ xác định thời điểm mở
và khoá van bán dẫn trong một chu kì chuyển mạch. Điện áp tải khi điều

khiển đ-ợc tính
Trong đó:

CK
d
kd
d
T
t
tt
t



t
d
, t
k
, T
ck
: Thời gian dẫn, khoá van bán dẫn, chu kì đóng cắt.
U
1
: điện áp nguồn một chiều.
t
1
t
2
t
3

t
4
t
5
U
RC
U
đk
U
Tải
t
t

U
Tải
= .U
1
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
3
Mạch điều khiển cần đáp ứng yêu cầu điều khiển bằng các lệnh theo
một nguyên tắc nào đó.
Để điều khiển
với chu kì đóng cắt T
ck
không đổi cần phải điều khiển
khoảng thời gian dẫn của van bán dẫn trong chu kì đóng cắt.
Nguyên lí điều khiển thời gian dẫn của các van bán dẫn trong điều áp
một chiều có thể thực hiện nh- sau:
Tạo một điện áp tựa dạng điện áp răng c-a (hay điện áp tam giác) với
một tần số f xác định khá cao. Dùng một điện áp một chiều (làm điện áp

điều khiển) so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm điện áp tựa bằng điện áp
điều khiển thì phát lệnh mở hoặc khoá van bán dẫn.
Điện áp tựa U
rc
so sánh với điện áp điều khiển U
đk
. Tại các thời điểm 0,
t
1
, t
2
..... U
rc
= U
đk
sẽ phát lệnh mở hay khoá van bán dẫn. Tại các s-ờn lên
của điện áp tựa U
rc
phát lệnh mở van bán dẫn, tại s-ờn xuống của U
rc
sẽ phát
lệnh khoá van. Theo cách đó các van bán dẫn sẽ mở tại 0, t
2
, t
4
..., và khoá tại
t
1
, t
3

t
5
...
Độ rộng xung điện áp tải đ-ợc điều khiển khi điều chỉnh điện áp điều
khiển U
đk
. Trên hình tăng U
đk
sẽ giảm và giảm điện áp ra. Nghĩa là trong
tr-ờng hợp này U
đk
và U
tải
nghịch biến.
II. sơ đồ khối mạch điều khiển:
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
4
Mạch điều khiển điều áp một chiều gồm 3 khâu cơ bản:
Khâu tạo tần số có nhiệm vụ tao điện áp tựa răng c-a U
rc
với tần số
theo ý muốn ng-ời thiết kế. Tần số của các bộ điều áp một chiều th-ờng
chọn khá lớn (hàng chục kHz). Tần số này lớn hay bé là do khả năng chịu
tần số của van bán dẫn.
Khâu so sánh có nhiệm vụ xác định thời điểm điện áp tựa bằng điện áp
điều khiển. Tại các thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển thì phát
lệnh mở hoặc khoá van bán dẫn. Điện áp tựa dạng tam giác có hai s-ờn lên
và xuống, lệnh mở van động lực ở giao điểm s-ờn lên, thì ở giao điểm s-ờn
xuống sẽ phát lệnh khoá van và ng-ợc lại.
Khâu tạo xung, khuếch đại có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở van

bán dẫn. Một xung đ-ợc coi là phù hợp để mở van là xung có đủ công suất
(đủ dòng điện và điện áp điều khiển), cách ly giữa mạch điều khiển với mạch
động lực khi nguồn động lực hàng chục vôn trở lên. Hình dạng xung điều
khiển phụ thuộc loại van động lực đ-ợc sử dụng.
Van động lực là Tranzitor, xung điều khiển có dạng xung chữ nhật độ
rộng của các xung này bằng độ rộng xung điện áp tải
I. Thiết kế sơ đồ nguyên lý:
1. Khâu tạo tần số: tạo điện áp tam giác bằng tích phân sóng vuông
Tạo
tần số
So
sánh
Tạo
xung
khuếch
Van
động lực
Sơ đồ khối mạch điều khiển điều áp một chiều.
Đồ án môn học Thiết bị điều khiển
5
1
2
3
R
R
.C.R.4
1
f

Mạch tạo điện áp tam giác cũng có thể nhận đ-ợc từ bộ tích phân xung

vuông. Xung vuông có thể tạo bằng nhiều cách khác nhau. Tích phân
xung này chính là quá trình nạp, xả tụ.
U
t
U
A1
U
A2
A
V-
V+
R
3
R
1
A
2
A
1
C
R
2
_
+
+
_
Bộ tạo sóng điện áp vuông và tam giác bằng KĐTT
Đầu vào V
+
có hai tín hiệu, một tín hiệu không đổi lấy từ đầu ra của A

1
,
một tín hiệu biến thiên lấy từ đầu ra của A
2
. Điện áp chuẩn so sánh để quyết
định đổi dấu điện áp ra của A
1
là trung tính vào V
-
. Giả sử đầu ra của A
1
d-ơng U
A1
> 0, khuếch đại A
2
tích phân đảo dấu cho điện áp có s-ờn đi
xuống của điện áp tựa. Điện áp vào V
+
lấy từ R
1
và R
2
, hai điện áp này trái
dấu nhau. Điện áp vào qua R
2
biến thiên theo đ-ờng nạp tụ, còn điện áp vào
qua R
1
không đổi, tới khi nào U
V+

= 0 đầu ra của A
1
đổi dấu thành âm. Chu
kì điện áp ra của A
1
cứ luân phiên đổi dấu nh- vậy cho ta điện áp ra nh- hình
vẽ.
Tần số của điện áp tựa đ-ợc tính:
(2.24)