Xem mẫu
- ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ
Đề bài : Điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng bộ biến đổi xung áp
Lời nói đầu
Chương 1 : Tổng quan về động cơ một chiều
1.1. Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
1.2. Các chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích t ừ độc
lập
* Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng
* Phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ
Chương 2 : Tổng quan về bộ biến đổi xung áp
2.1. Cấu trúc và phân loại bộ biến đổi xung áp
* Bộ biến đổi xung áp nối tiếp ( xung áp giảm áp )
* Bộ biến đổi xung áp song song ( xung áp tăng áp )
* Bộ biến đổi xung áp tăng-giảm áp
* Lựa chọn bộ biến đổi
2.2. Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp
* Phương pháp thay đổi độ rộng xung
* Phương pháp thay đổi tần số băm xung
* Lựa chọn phương pháp điều khiển
Chương 3 : Thiết kế mạch điều khiển
3.1. Sơ đồ mạch động lực
3.2. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển
* Khâu tạo điện áp tam giác
* Khâu so sánh tạo xung điều khiển van
* Khâu tạo xung chùm
- * Khâu khuếch đại xung chùm
* Biến áp xung
3.3. Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển
Chương 4 : Mô phỏng mạch điều khiển
Kết luận
Tài liệu tham khảo
GV hướng dẫn SV thực hiện
- Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các ngành công nghiệp
cả về chiều rộng lẫn chiều sâu,điện và các máy điện đóng một vai trò rất quan
trọng ,
không thể thiếu được trong phần lớn các ngành công nghiệp và đời sống sinh
hoạt
của con người. Nó luôn đi trước một bước làm tiền đề nhưng cũng là mũi nhọn
quyết định sự thành công của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không
mộ t
quốc gia nào, một nền sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện.
Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: dễ sản xuất, dễ truy ền
tải..., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công
suất lớn, dễ vận hành... mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng
được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ
một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở
các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong ph ạm vi r ộng (nh ư trong
máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ không
đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do
sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn ...
nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thi ếu
trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện
hay
máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu đi ểm l ớn
nhất
của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như
bản
- thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc n ếu đáp ứng đ ược
thì
phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt ti ền thì
động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà
cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất
lượng cao.
Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng
75% ÷85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94%
.Công suấtlớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp
vào khoảngvài trăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật
liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn
hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến th ức còn
hạn hẹp của mình trongphạm vi đề tài này em không th ể đề c ập nhi ều v ấn đ ề
lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh
tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên t ắc
đối xứng . Đây là một trong những phương pháp được dùng phổ biến nhất hiện
nay để điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập với yêu c ầu đ ảo
chiều quay động cơ theo phương pháp đối xứng .Đây là một phương pháp mang
lại hiệu quả kinh tế cao và được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặc
điểm nổi bật
- Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1.1. Cấu tạo và đặc tính cơ của động cơ một chiều
Động cơ một chiều bao gồm 2 phần phần cảm (phần tĩnh) và phần ứng
(phần quay).
* Phần cảm (stator)
Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là m ạch t ừ
vừa là vỏ máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 1.1), dòng đi ện
chạy trong dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có c ực tính liên ti ếp luân
phiên nhau. Cực từ chính gắn với vỏ máy nhờ các bulông. Ngoài ra máy đi ện
một chiều còn có nắp máy, cực từ phụ và cơ cấu chổi than.
Hình 1.1 Cực từ chính
- * 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 thu ật đi ện dày 0,5
mm, phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép được d ập các l ỗ 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, đ ặt trong
các rãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vòng kín. Phần t ử c ủa dây
quấn là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phi ến
góp của vành góp (hình 1.3a). hai cạnh tác dụng của ph ần t ử đ ặt trong hai rãnh
dưới hai cực từ khác tên (hình 1.3b).
3. Cổ góp (vành góp) hay còn gọi là vành đổi chiều gồm nhiều phi ến
đồng hình đuôi nhạn được ghép thành một khối hình trụ, cách đi ện v ới 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, trong
dây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng đi ện n ằm
trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mômen tác
dụng lên 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
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau
(hình 1.4b), nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện m ột chi ều
biến đổi 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 chi ều
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
một chiều 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 những đại 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…
Chú ý: Công suất định mức chỉ công suất đưa ra của máy điện. Đối với
máy phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, còn đ ối v ới đ ộng c ơ
đó là công suất đưa ra trên đầu trục động cơ.
1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ
độc lập
Về phương diện điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều có nhiều ưu
việt hơn so với loại động cơ khác, không nh ững nó có kh ả năng đi ều ch ỉnh t ốc
- độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại
đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện
mộ t chiều nói chung và động cơ một chiều kích từ độc lập nói riêng :
• Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
• Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này c ấp cho m ạch
phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Trong công nghiệp thường sử
dụng bốn loại bộ biến đổi chính:
• Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một
chiều hoặc máy điện khuếch đại (KĐM)
• Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT)
• Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu tiristo (CLT)
• Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristo hoặc tranzito (BBĐXA)
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các h ệ truy ền
động như:
• Hệ truyền động máy phát-động cơ (F-Đ)
• Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ-Đ)
• Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT-Đ)
• Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor-động cơ (T-Đ)
• Hệ truyền động xung áp-động cơ (XA-Đ)
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều ch ỉnh tốc độ
động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín (ta có h ệ truy ền đ ộng
điều chỉnh tự động) và loại điều khiển theo mạch h ở (h ệ truy ền động đi ều
khiển hở). Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp,
nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ
truyền động hở. Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều còn được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không
- đảo chiều quay. Đồng thời tuỳ thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà
ta có truyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần
tư.
• Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng:
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị
nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ ch ỉnh l ưu đi ều
khiển vv... Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay
chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nh ờ tín hi ệu đi ều
khiển Uđk.
Lk I
Rb Ru®
U®k
BB§ §
Eb (Ud k) U Eu
Hình II-1. Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập.
Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này
có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không.
ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ th ống
như sau:
Eb - Eư = Iư.Rb + RưđIư
Eb R + Rud
ω= − b Iu (II-2-1)
KΦ dm KΦ dm
M
ω = ω 0 (U dk ) −
β
- Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ
cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá tr ị đi ện áp
điều khiển Uđk của hệ thống, do đó có thể nói ph ương pháp điều chỉnh này là
triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ
thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp ph ần ứng định
mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải
điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động.
Khi mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
M dm
ω max = ω 0 max − (II-2-2)
β
M dm
ω min = ω 0 min −
β
Để thoả mãn khả khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều
chỉnh phải có mô men ngắn mạch là:
Mnmmin = Mcmax = KM.Mdm
Trong đó KM là hệ số quá tải về mô men. Vì họ đặc tính cơ là các đường
thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính c ơ ta có th ể
viết:
1 M
ω min = ( M nm min − M dm ) = dm ( K M − 1)
β β
M dm ω 0 max . β
ω 0 max − −1
β M dm
D= = (II-2-3)
M dm KM −1
(K M − 1)
β
- W
Wo m a x
Wma x
W®k1
W®k1
Wo m in
Wmin M,I
0 M ®m M nm m in
Hình II-2. Xác định phạm vi điều chỉnh
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω0max, Mđm, KM là xác định,
vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng ? Khi
điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng cac thiết bị nguồn điều ch ỉnh thì
điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở ph ần ứng động c ơ.
Do đó có thể tính sơ bộ được:
ω o max β / M dm ≤ 10
Vì thế với tải có đặc tính mô men không đổi thì có giá trị phạm vi di ều
chỉnh tốc độ cững không vượt quá 10. Đói với các máy có yêu cầu cao về dải
điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì vi ệc s ử d ụng các h ệ
thống “hở” như trên là không thoả mãn được.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh c ủa
truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi đi ều ch ỉnh đi ện áp
phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải đi ều ch ỉnh là nh ư nhau, do
đó độ sụt tốc tương đối đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính th ấp nh ất c ủa d ải đi ều
chỉnh. Hay nói cách khác , nếu tại đặc tính cơ th ấp nh ất c ủa dải đi ều ch ỉnh mà
sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì h ệ truy ền đ ộng s ẽ làm
việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai
số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:
- ω o min − ω min ∆ω
s= =
ω o min ω o min
M dm
s= ≤ scp (II-2-4)
β ω o min
Vì các giá trị Mdm, ωmin, Scp la xác định nên có thể tính được giá trị t ối
thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép.
Để làm việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ thống truy ền
động điện kiểu vòng kín.
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì t ừ thông kích
từ được giữ nguyên, do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:
Mc.cp=Kφđm.Iđm=Mđm.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mô men nằm trong hình chữ nhật bao bởi
các đường thẳng ω = ωđm , M = Mđm và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng
chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong
hệ.
E = Eư + Iư(Rb + Rưđ)
IưEb = Iư Eư + Iư2(Rb + Rưđ)
Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mô men do động c ơ sinh ra đúng
bằng mô men tải trên trục: M* = Mc* và gần đúng coi đ ặc tính c ơ c ủa ph ụ t ải
là Mc* = (?* )x thì
ω*
ηu = (II-2-5)
ω * + R * (ω * )
x −1
- ω ω ω
ω®m 1
0
x=
ηu
-1
Μ
x=
Μ®m 1
Hình II-3 Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với các
loại tải khác nhau
Hình II-3 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các
trường hợp đặc tính tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện
áp phần ứng là rất thích hợp trong trường hợp mô men tải là hằng s ố trong toàn
dải điều chỉnh. Cũng thấy rằng không nên nối thêm đi ện trở ph ụ vào m ạch
phần ứng vì như vậy sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ.
• Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:
Điều chỉnh từ thông kích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mô
men điện từ của động cơ M = K φIư và sức điện động quay của động cơ Eư =
Kφω. Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh t ừ
thôngcũng là hệ phi tuyến:
ek dΦ
ik = + ωk (II-3-1)
rb + rk dt
trong đó: rk - điện trở dây quấn kích thích,
rb - điện trở của nguồn điện áp kích thích,
ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích,
Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:
φ = f [ik]
- Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên
bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ th ấp nh ất trong vùng đi ều ch ỉnh t ừ
thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định m ức,t ừ thông đ ịnh m ức và
được gọi là đạc tính cơ bản (đôi khi chính là đặc tính tự nhiên c ủa động c ơ).
Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển
mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của đ ộng c ơ thì
đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm
bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần ph ải giảm dòng đi ện ph ần
ứng cho phép, kết qủa là mô men cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh.
Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cững
giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:
( KΦ ) 2
β φ* = (φ * )
2
βΦ = hay
Ru
ω
ik I
ωmax
U®kΦ rbk rk
Lk E
ωk
a, § Æ tÝ c¬ b¶n
c nh
0
Μ®m Μ
i kωk
b,
L k(U®kΦ) Φ
0
c,
Hình II-4 Sơ đồ thay thế (a) Đặc tính điều chỉnh khi điều chỉnh từ thông
động cơ (b) Quan hệ ?(ikt),(c)
Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ
mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuy ến tính và vùng b•o
- hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuy ến tính và h ằng s ố
C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:
• Kết luận
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có nhiều hạn
chế
so với phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phương pháp thay đổi từ
thông bị
hạn chế bởi các điều kiện cơ khí: đó chính là điều kiện chuyển mạch của cổ
góp
điện. Cụ thể phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có các ưu điểm hơn
như sau :
1 - Hiệu suất điều chỉnh cao (phương trình điều khiển là tuy ến tính, tri ệt
để) hơn khi ta dùng phương pháp điều ch ỉnh điện áp ph ần ứng nên t ổn hao
công suất điều khiển nhỏ.
2 - Việc thay đổi điện áp phần ứng cụ thể là làm giảm U dẫn đ ến
mômen ngắn mạch giảm, dòng ngán mạch giảm. Điều này rất có ý nghĩa trong
lúc khởi động động cơ.
3 - Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với m ột mômen
điều chỉnh xác định là như nhau nên dải điều chỉnh đều, trơn, liên tục.
Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều ch ỉnh cao và đòi h ỏi
phải
có nguồn áp điều chỉnh được xong nó là không đáng kể so với vai trò và ưu
đIểm
của nó. Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi.
Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP
- 2.1. Cấu trúc và phân loại bộ biến đổi xung áp
* 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
chất cảm kháng hoặc dung kháng. Bộ lọc L & C. Điôt mắc ngược với Ud để
thoát dòng tải 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
lượng tích lũy trong cuộn L và cảm kháng của tải, dòng khép kín qua D, do v ậy
Ud=0
Như vậy, Ud ≤ U. Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp.
* Bộ biến đổi xung áp tăng áp
Sơ đồ nguyên lý :
- Đặc điểm:
L nối tiếp với tải, khoá S mắc song song với tải. Cuộn c ảm 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 tục
và năng lượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn.
* 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
chỉ đóng 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
chiều
với U.
Vậy điện áp ra trên tải đảo dấu so với U. Giá trị tuyệt đối |Ud| có thể lớn hơn
- hay nhỏ hơn U nguồn.
* Bộ băm xung một chiều có đảo chiều
Ở đây ta sử dụn van bán dẫn IGBT Bộ BXM dùng van điều khiển hoàn
toàn IGBT có khả năng thực hiện điều chỉnh điện áp và đảo chiều dòng đi ện
tải
Trong các hệ trngruyền động tự động có yêu cầu đảo chiều động cơ do
đó bộ biến đổi này tthường hay dùng để cấp nguồn cho động cơ một chi ều
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,Đ4 dùng 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 l ập,
điều khiển 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 h ợp đ ảo chi ều đ ộng c ơ
(một
cách chủ động) ta chọn bộ băm xung một chiều có đảo chiều (cầu BXDC),
mạch này cho phép năng lượng đi theo 2 chiều Ud, Id có th ể đ ảo chi ều m ột
- cách độc lập. Hơn nữa mạch này rất thông dụng (dùng trong DC-DC, DC-AC
converter) do đó việc tìm mua các phần tử cũng dễ dàng hơn.
- Lựa chọn van bán dẫn
Chọn van IGBT bởi :
+ IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và
khả
năng 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
thiết
kế của các bộ biến đổi và làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ, hơn
nữa nó cũng làm tiết kiệm năng luợng (điều khiển).
+ IGBT là phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, nó đang d ần thay th ế
transistor
BJT nó ngày càng thông dụng hơn do đó việc mua thiết bị cũng đơn gi ản
hơn.Cùng với sự phát triển của IGBT thì các IC chuyên d ụng đi ều khi ển chúng
(IGBT Driver) ngày càng phát triển và hoàn thiện do đó việc điều khi ển cũng
chuẩn xác và việc thiết kế các mạch điều khiển cũng đơn giản, gọn nhẹ.
2.2. Phương pháp điều khiển bộ biến đổi xung áp
Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong mu ốn
mặc dù
điện thế đầu vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đ ầu ra c ủa
chỉnh
lưu), tải có thể thay đổi.Với một giá trị điện th ế vào cho trước, đi ện th ế trung
bình
đầu ra có thể điều khiển theo hai cách:
- Thay đổi độ rộng xung.
- Thay đổi tần số băm xung.
- * Phương pháp thay đổi độ rộng xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T. Giá tr ị
trung bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:
t1.U
Ud = = γ .U
T
t1
Trong đó đặt : γ=
T
là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.
Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng(0 < ε ≤
1).
* Phương pháp thay đổi tần số băm xung
Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t1 = const. Khi đó:
t1.U
Ud = = t1. f .U
T
Ngoài ra có thể phối hợp cả hai phương pháp trên. Th ực t ế ph ương pháp
biến đổi độ rộng xung được dùng phổ biến hơn vì đơn giản hơn, không
cần thiết bị biến tần đi kèm.
Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM
nguon tai.lieu . vn
