Giáo trình Điện tử công suất II A - Lê Văn Doanh

100 trang ngocly 3420

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện tử công suất II A - Lê Văn Doanh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_dien_tu_cong_suat_ii_a_le_van_doanh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Điện tử công suất II A - Lê Văn Doanh

Moân hoïc ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT II A THIEÁT KEÁ - ÑIEÀU KHIEÅN - ÖÙNG DUÏNG) TAØI LIEÄU THAM KHAŒO - Power Electronics : Converters , Applications , and Design , NED MOHAN , New York, John Wiley, 3 rd edition 2003 . - Electric drives, Ion Boldea, CRC, 2nd edition 2005 - Modern Power Electronics and AC Drives, B.K.Bose, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J., 2003 - Ñieàu chænh Töï ñoäng Truyeàn ñoäng ñieän, Buøi Quoác Khaùnh vaø moät soá taùc giaû khaùc, NXB Khoa hoïc Kyõ thuaät, Haø noäi, in laàn 2, 2001 - Ñieàu khieån soá ñoäng cô ñieän, Vuõ vaên Doanh, NXB Khoa hoïc Kyõ thuaät, Haø noäi, 1999 CHÖÔNG TRÌNH Chöông moät : Caùc ngaét ñieän baùn daãn Tính choïn vaø baûo veä – Maïch laùi ngaét ñieän. Chöông hai : Boä nguoàn moät chieàu baùn daãn Caùc boä nguoàn moät chieàu ñieàu khieån pha : Sô ñoà khoái - phaïm vi öùng duïng – Caùc böôùc thieát keá – Tính toaùn maïch loïc Maïch phaùt xung ñieàu khieån pha Heä thoáng ñieàu khieån nhieàu voøng. Caáp ñieän ñoùng ngaét: Sô ñoà khoái – Khaûo saùt caáp ñieän duøng boä bieán ñoåi loaïi Flyback. – Maïch ñieàu khieån. Chöông ba: Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô moät chieàu duøng boä bieán ñoåi Caùc vaán ñeà cuûa truyeàn ñoäng ñieän töï ñoäng duøng boä bieán ñoåi Sô ñoà heä thoáng chænh löu ñoäng cô vaø caùc cheá ñoä laøm vieäc – Giôùi thieäu boä bieán ñoåi ñaûo chieàu vaø truyeàn ñoäng ñieän ñaûo chieàu quay. Heä thoáng duøng boä bieán ñoåi aùp moät chieàu (Chopper) – Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô chaáp haønh moät chieàu. HT ñieàu khieån ñoäng cô böôùc. Chöông boán : Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô xoay chieàu duøng boä bieán ñoåi Ñaëc tính ñoäng cô xoay chieàu : Phöông trình ñaëc tính cô - söï laøm vieäc ôû nguoàn khoâng hình sin. Ñieàu chænh aùp ñoäng cô xoay chieàu : sô ñoà khôûi ñoäng ñoäng cô KÑB. Ñieàu chænh taàn soá ñoäng cô xoay chieàu : caùc nguyeân taéc thay ñoåi ñieän aùp , haïn cheá soùng haøi - sô ñoà ñieàu khieån nghòch löu nguoàn aùp - sô ñoà ñieàu khieån bieán taàn V/F . Ñieàu khieån vecto. Ñieàu khieån ñoäng cô ñoàng boä. Trang 1/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Chöông naêm: Boä nguoàn xoay chieàu baùn daãn Nguoàn taàn soá coâng nghieäp : Nguyeân lyù OÅn aùp AC vaø UPS. Nguoàn taàn soá cao vaø gia nhieät caûm öùng : nguyeân taéc gia nhieät caûm öùng - nghòch löu noái tieâp - nghòch löu song song . Caùc boä nguoàn taàn soá cao duøng thyristor CHÖÔNG MOÄT : NGAÉT ÑIEÄN BAÙN DAÃN I. TÍNH CHOÏN NÑBD : 1. Loaïi linh kieän coâng suất: a. Diod: - Chænh löu (+ taàn soá thaáp), phuïc hoài nhanh (fast recovery) laøm vieäc ôû taàn soá cao. - coâng ngheä thöôøng – suït aùp moái noái pn ≈ 0.7 V, Schotty – suït aùp moái noái pn ≈ 0.3 V, chænh löu taàn soá cao nhöng aùp khoùa thaáp. b. SCR: - Chænh löu, Nghòch löu. - Ñaëc tính cöïc coång: amplified: doøng kích beù, LASCR: kích baèng quang c. GTO vaø Thyristor-coù-caáu-truùc-phöùc-taïp: Söû duïng cho boä bieán ñoåi duøng NÑBD moät chieàu (taét cöôõng böùc) ôû coâng suaát lôùn, aùp raát cao. - BJT: - SW: ñoùng ngaét, AF: aâm taàn, IF hay HF: cao taàn, low noise: ít nhieãu. - Choïn theo heä soá khueách ñaïi, Darlington - MosFET: AF (ít gaëp), SW (thoâng duïng), doøng vaøi chuïc A). 2.Ñònh möùc aùp: VDRM > katV * Vlvmax Vlvmax : AÙp laøm vieäc max. VDRM : AÙp khoùa. katV : heä soá an toaøn aùp ≥ 2. 3. Ñònh möùc doøng: Cô sôû cho vieäc tính choïn ñònh möùc doøng laøsöï phaùt noùng cuûa linh kieän khi laøm vieäc. Ñieàu kieän: Nhieät ñoä moái noái θJ < Nhieät ñoä cho pheùp θcp - Söï truyeàn nhieät töø tinh theå baùn daãn ra moâi tröoøng xung quanh: moái noái θJ Æ voû SCR θC Æ taûn nhieät θH Æ moâi tröôøng θA. Trang 2/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
töông öùng phöông trình: θJ − θA = ΔP ⋅ (R JC + R CH + R HA ) + RJC: ñieän trôû nhieät moái noái (Junction) – voû (Case) + RCH: ñieän trôû nhieät voû – taûn nhieät (Heatsink) + RHA: ñieän trôû nhieät taûn nhieät – moâi tröôøng (Ambience) Giaûi maïch ÑTCS => toån hao coâng suaát ΔP Tính toaùn nhieät => θJ . Neáu θJ < θcp thì naâng ñònh möùc linh kieän (giaûm RJC) hay caûi thieän ñieàu kieän taûn nhieät (giaûm RHA , RCH). - Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán khaû naêng taûi: Löïc eùp vaø beà maët tieáp xuùc linh kieän – taûn nhieät. Nhieät ñoä moâi tröôøng. Caùch laép linh kieän coâng suaát voû Cheá ñoä taûn nhieät: trong buoàng kín, ñoái löu töï TO220AB vaøo taûn nhieät nhieân, cöôõng böùc. - Phöông phaùp tính gaàn ñuùng: Choïn theo doøng trung bình hay hieäu duïng + kieåm tra nhieät ñoä voû linh kieän. Doøng laøm vieäc trung bình IO < Giaù trò trung bình ñònh möùc IAVE hay Doøng laøm vieäc hieäu duïng IR < Giaù trò hieäu duïng ñònh möùc IRMS Quan heä giöõa hai giaù trò naøy cuûa chænh löu (D hay SCR): IRMS = 1.57 IAVE Ñoái vôùi transistor (BJT, MosFET): xem caùc ñoà thò cuûa nhaø saûn xuaát, IRMS , IAVE laø haøm soá cuûa daïng doøng ñieän. Heä soá an toaøn doøng 1.3 – 2. - Söû duïng doøng ñieän max cho caùc linh kieän gaén maïch in hay ñònh möùc beù (< 20A). 4. Caùch laép ñaët (voû – case), cheá ñoä taûn nhieät (SCR), cheá ñoä caùch ñieän vôùi voû. TO220AB TO48 TO118 TO200AB ADD A-PAK (TO208AA) (TO209AE) 5. Phaân loaïi theo chaát löôïng: Haøng khoâng, quaân söï – coâng nghieäp – thöông maïi. Trang 3/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
II. BAÛO VEÄ LINH KIEÄN VAØ BBÑ: 1.Baûo veä doøng: + Baûo veä doøng cöïc ñaïi ( ngaén maïch – quaù doøng töùc thôøi): Caàu chì taùc ñoäng nhanh: thoâng soáø i2dt (tích phaân doøng bình phöông): baûo ∫T veä linh kieän coâng suaát. Caàu chì thoâng thöôøng: Taùch rôøi phaàn hö hoûng, haïn cheá lan truyeàn. CB ( ngaét maïch töï ñoäng – Aptomat ): nhö caàu chì thoâng thöôøng + Baûo veä quaù taûi ( quaù doøng coù thôøi gian ): CB ( ngaét maïch töï ñoäng – Aptomat ) Rô le nhieät Maïch haïn doøng cuûa boä ñieàu khieån voøng kín. 2. Baûo veä aùp: (quaù aùp daïng xung) 260v R4 10k C 103 FR105 T (4) IRF450 RC noái tieáp maéc song song (1), Varistor laø loaïi ñieän trôû giaûm nhanh khi aùp lôùn hôn trò soá ngöôõng (2), vaø caùc boä loïc nhieãu nguoàn(3) goàm caùc maéc loïc LC hình π. Coù theå choáng caùc xung aùp ôû maïch DC baèng maïch D + R + C nhö hình (4). RC (Snubber) song song ngaét ñieän. II. MAÏCH LAÙI NÑBD: Sô ñoà khoái heä thoáng ñieàu khieån BBÑ: Ñieàu khieån Maïch Khueách ñaïi Gheùp voøng kín phaùt xung xung noái NÑBD Ñieàu khieån Maïch laùi (driver) 1. Maïch laùi Thyristor: Phaân loaïi theo caùch 6V gheùp. R4 a. Gheùp tröïc tieáp: 2.2 ohm 220 Maïch laùi = maïch khueách ñaïi doøng, XUNG DK R2 Q1 C1061 2.2 ohm thöôøng taûi cöïc E, cung caáp IG > IGT R5 100 SCR Soá lieäu thöôøng gaëp: R1 0.1 uF R3 R? VGT = 2 volt ; IG = Iñm /KI vôùi KI = 100 300 C1 100 R b. Gheùp quang: Muïc ñích: caùch ly Ñieàu khieån - Ñoäng löïc Trang 4/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Duøng OPTRON (Optocoupler) transistor 6V 1 4 2.2 ohm (thoâng duïng) vaø OPTRON Triac hoï MOC ñeå OPTO1 ñieàu khieån ôû aùp AC beù hôn hay baèng 220 V. 2 3 Q1 Q2 1K OPTRON = LED + linh kieän quang ñieän; 2.2 ohm duøng ñeå truyeàn xung qua moâi tröôøng quang. 4K7 R2 SCR R1 4k7 100 OPTRON thoâng thöôøng coù thôøi gian treã lôùn 4K7 hôn vaøi micro giaây => taàn soá toái ña ñeán vaøi chuïc KHz. Sô ñoà kích SCR duøng OPTRON thoâng thöôøng. OPTRON hoï MOC cuûa Motorola coù linh kieän quang ñieän laø phototriac coù aùp khoaù ñeán 400 volt, doøng vaøi chuïc mA cho pheùp kích TRIAC < 10 A tröïc tieáp ôû ñieän 220 VAC Höôùng daãn söû duïng OPTRON hoï MOC (cuûa Motorola) ñeå laùi TRIAC. c. Gheùp bieán aùp: Nguyeân taéc bieán aùp xung (BAX): Khi ñaët haøm naác vaøo sô caáp BAX, doøng töø hoùa sô caáp vaø töø thoâng loõi theùp taêng theo haøm muõ vaø ôû thöù caáp seõ coù aùp caûm öùng tæ leä vôùi ñaïo haøm töø thoâng loõi theùp naøy. Khi aùp sô caáp baèng 0 (heát xung), doøng töø hoaù cuûa BAX caàn coù ñöôøng phoùng ñieän (thöôøng qua D phoùng ñieän song song ngöôïc sô caáp). Trang 5/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Maïch laùi xung heïp: VCC BAX SCR D2 100 47n D2 3k3 3.3 ohm D1 3k3 Q1 3k3 Maïch laùi xung heïp duøng BAX Daïng xung doøng, aùp Yeâu caàu cuûa daïng xung ñeå BAX laøm vieäc: + Thôøi gian coù xung ñuû nhoû ñeå maïch töø khoâng baûo hoøa. + Thôøi gian nghó ñuû lôùn ñeå doøng töø hoaù bieán aùp (kheùp maïch qua diod phoùng ñieän D2) veà 0. = > BAX truyeàn ñöôïc xung heïp: thôøi gian nghó >> thôøi gian coù xung. Maïch laùi SCR xung roäng duøng BA: T1 D23 ÑK SCR 24VX R36 BAX SCR P 3k3 D25 3.3 100 SCR D19 AÙp pha 22 100 TRANSCT C22 R37 47n 2u2 Q1 Dao ñoäng 220/9 VAC 3k3 BAX Maïch söû duïng chuoãi xung Maïch söû duïng SCR phuï 2. Maïch laùi Transistor: a. Daïng xung ñieàu khieån toái öu: - Thí nghieäm ñoùng ngaét taûi R vaø RL: VCC VCC L i C Rt i Rt C VBB Q VBB Q R2 v R2 v R1 CE R1 CE (b) Daïng doøng aùp khoâng vaø coù Snubber (1) (a) Doøng aùp taûi R taûi RL Trang 6/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
Nhaän xeùt doøng aùp treân transistor khoâng thay ñoài töùc thôøi khi ñoùng ngaét chöùng toû laø coâng suaát töùc thôøi tieâu taùn treân linh kieän raát lôùn luùc naøy. Söï phaùt nhieät naøy khoâng ñaùng keå khi taàn soá ñoùng ngaét beù nhöng trôû leân laø tieâu hao chính cuûa transistor khi laøm vieäc trong caùc boä bieán ñoåi hieän ñaïi coù taàn soá ñoùng ngaét lôùn . I cb i I B D dt VBB R Q t R2 R1 C Ing Daïng doøng cöïc B toái öu cho ñoùng ngaét maïch Snubber Ñeåø giaûm toái thieåu toån hao coâng suaát nhaèm naâng taàn soá laøm vieäc leân cao: + Duøng maïch hoã trôï chuyeån maïch (ví duï nhö maïch Snubber cho quaù trình ngaét) + Duøng maïch laùi taïo doøng cöïc B toái öu ñeå transistor coù theå chuyeån maïch nhanh. Tuï moái noái BE coù aûnh höôûng lôùn ñeán quaù trình ñoùng ngaét cuûa BJT. Doøng IB toái öu phaûi coù khaûnaêng nạp vaø xaûnhanh tuï ñieän naøy. Icb laø trò soá doøng ñieän cöôõng böùc naïp tuï ñeå BJT ñoùng nhanh, Idt laø doøng ñieän vöøa ñuû duy trì söï baûo hoøa cuûa transistor (khoâng baûo hoøa saâu) vaø Ing laø doøng xaû tuï, giuùp taét nhanh. b. Sô ñoà gheùp tröïc tieáp: - Taùc duïng RB, tuï gia toác.(a) - Transistor Darlington vaø nguyeân lyù maïch keïp Baker (b) - Maïch laùi tích cöïc (d) VCC 1uF Q2 C Q1 VBB Q Q Q T R2 Q2 R3 R2 2.2k Q1 R1 D R1 (a) (b) (c)- VCC (d) c. Gheùp bieán aùp vaø maïch laùi tæ leä (c) d. Gheùp baèng quang (OPTRON): Duøng nguoàn ñoäc laäp cho maïch laùi. OPTRON (Caùch ly tín hieäu ÑK) + söûa daïng + khueách ñaïi coâng suaát (Gheùp tröïc tieáp). Maïch ñieän töông töï nhö laùi SCR. Trang 7/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
3. Maïch laùi MosFET vaø IGBT: - Ñieàu khieån baèng aùp. Dz7v2 D - Caùc thoâng soá: C4 330p Ngöôõng ñieän aùp ñieàu khieån 3 – 5 V G S R11 Tieâu bieåu 0 – 10 V (hay 15 V) 0 15volt +/- 10 V (hay 15 V) 47 22K 510/3W D4 Giôùi haïn hö hoûng cöïc coång (thoâng thöôøng) +/- 20 V - Maïch laùi: Maïch laùi MOSFET 5 – 7 A laøm vieäc ôû BBÑ Flyback 50 kHz. Taàn soá thaáp: laùi tröïc tieáp töø vi maïch 12V Taàn soá cao: Maïch laùi töông töï BJT nhöng caáp ñieän 15 – 20V. 4. Maïch laùi MOSFET coâng suaát coù baûo veä doøng: Hình 4.19 ñöôïc trích töø moät taïp chí ñieän töû coâng nghieäp ñeå tham khaûo moät maïch laùi MosFET coâng suaát coù baûo veä doøng. Ñoäng cô moät chieàu M laø taûi cuûa BBÑ xung ñieän aùp vôùi ngaét ñieän laø MosFET 12A / 60V, maõ hieäu IRF131. Taùc ñoäng baûo veä doøng ñöôïc thöïc hieän qua R - S Flip Flop. Nguyeân lyù naøy coøn gaëp trong caùc vi maïch ñieàu khieån boä nguoàn xung. +V +V R -Q M RS FF C M 5 VI PHAÂN S Q D D 15v 15v OPTRON IRF131 10K ÑK Q 7 1K COÅNG 330 1 1 4 1k 3 2 ferrite 4 6 io 2N2222 SO 1nF 100 SAÙNH 2 3 220 SHUNT Imax 0.33 ohm OPTRON Hình 4.19 (a) (b) R - S flip flop, ñöôïc set ôû moãi ñaàu chu kyø ñoùng ngaét vaø reset khi doøng vöôït quaù giaù trò cho pheùp. Nhö vaäy khi coù quaù doøng, 4 MosFET seõ bò khoùa ngay, nhöng laïi ñöôïc t cho pheùp ôû chu kyø ñoùng ngaét keá tieáp. 3 Keát quaû laø khi coù quaù doøng, ñoä roäng t xung töông ñoái seõ giaûm ñeå haïn cheá doøng cöïc C io ñaïi. Caùc daïng soùng cho ôû hình 4.19.c: t 4: ngoû ra coång NAND 4, laø tín hieäu 7 ñieàu roäng xung töø maïch ñieàu khieån, qua t optron. Hình 4.19.c 3: ngoû ra coång NAND 3, tín hieäu set cuûa RS flip flop. C: cöïc C cuûa BJT 2N2222, xuoáng thaáp khi doøng vöôït quaù giaù trò ñaët xaùc ñònh baèng bieán trôû 100 ohm, noái song song vôùi shunt 0.33 ohm ñeå laáy tín hieäu doøng iO. 7: tín hieäu cöïc coång MosFET. Caùc coång NAND 6, 1, 2, 7 söû duïng CD4011 laø CMOS caáp ñieän 15V, laùi tröïc tieáp MosFET baèng daây daãn ñi qua oáng ferrite ñeå choáng dao ñoäng vaø nhieãu taàn soá cao, ôû vò trí cuûa 7 coù theå duøng coång NAND song song ñeå taêng khaû naêng taûi doøng. Caùc coång 4, 3, 5 laø caùc Trang 8/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
coång NAND Smit-tri-gô CD4093 cho pheùp söûa daïng xung. 5. Maïch laùi GTO: SW1 R1 • Nguyeân lyùñieàu khieån: +V GTO kích daãn I /I = vaøi chuïc A G R2 - Vbias kích ngaét IA/-IG < 10 nhôø –Vbias. D3 • Snubber coù C lôùn khaéc phuïc nhöôïc ñieåm du/dt thaáp D1 D2 E • Xung – IG coù bieân ñoä lôùn do C T phoùng ñieän, - IA/IG < 10 . C1 SW2 - Maïch ví duï. 6. Caùch taïo nguoàn aâm cho BJT, IGBT vaø GTO: 5v 24v R4 taûi < 1A 3k3 1 4 OPTO R4 Q3 2 3 1k R4 1N4007 DZ1 MosFET ÑK R2 3k3 12v 1k 1N4007 10u taûi 10A SO SAÙNH 2 MAÏCH LAÙI SAU: 15v R4 15v R5 C 1k 220 103 Q1 R4 R3 3k3 100 R3 MosFET 10 mA Q3 y 10 mA R5 330 1 4 1 4 330 R2 MosFET OPTO DZ1 OPTO 1k ha IGBT 2 3 2 3 12v Trang 9/ chuong 1.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm II.4 HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN VOØNG KÍN: 1. Baøi toaùn ñieàu khieån BBÑ: Ngoaøi tính caùch laø moät heä thoáng töï ñoäng (HTTÑ) - yeâu caàu ñaûm baûo chaát löôïng ngoû ra trong cheá ñoä tónh (xaùc laäp) vaø ñoäng (quaù ñoä), BBÑ coøn coù hai baøi toaùn quan troïng sau: - Doøng ñieän qua BBÑ hay caùc ñaïi löôïng cuûa taûi phuï thuoäc doøng ñieän (nhö momen cuûa ñoäng cô moät chieàu) phaûi ñöôïc haïn cheá khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp. - Ñieàu khieån quaù trình khôûi ñoäng vaø döøng BBÑ. Moät caùch toång quaùt, lyù thuyeát ÑKTÑ coù theå ñöôïc söû duïng ñeå giaûi caùc baøi toaùn treân. Tuy nhieân, ta thöôøng gaëp ôû caùc BBÑ coâng nghieäp moät sô ñoà ñieàu khieån voøng kín gioáng nhau, ñoù laø heä thoáng ñieàu khieån (HTÑK) nhieàu voøng. HTÑK naøy coøn goïi laø ñieàu khieån traïng thaùi hay toïa ñoä vì caùc bieán caàn ÑK cuõng laø caùc bieán traïng thaùi cuûa HT – cuõng laø caùc toïa ñoä cuûa maët phaúng pha moâ taû HT. Caùc vaán ñeà cuûa HTÑK ñöôïc khaûo saùt trong muïc naøy coù theå ñöôïc duøng cho caùc boä nguoàn DC vôùi caùc taûi khaùc nhau, töø caáp ñieän cho maïch ñieän töû hay ñieän phaân ñeán ñieàu khieån ñoäng cô trong chöông sau. 2. HTÑK toïa ñoä: Ñieàu khieån Ñoái töôïng ñaët2 ñaët1 x1 x2 + + ÑKx2 ÑKx1 P1 P2 _ _ phaûn hoài Hình II.4.1 Heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä coù sô ñoà khoái nhö hình II.4.1, bao goàm: - ñoái töôïng ñieàu khieån laø nhieàu khoái quaùn tính noái tieáp (treân hình laø hai khoái noái tieáp P1 vaø P2), thöôøng laø BBÑ (ngoû vaøo laø tín hieäu ñieàu khieån), taûi cuûa noù vaø caùc maùy saûn xuaát. Ngoû ra cuûa caùc khoái naøy seõ laø nhöõng thoâng soá caàn ñieàu khieån, thöôøng laø caùc bieán traïng thaùi cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån, ôû hình treân laø x1, x2. - Boä ñieàu khieån hay hieäu chænh (HC) noái tieáp coù soá löôïng baèng soá khoái cuûa ñoái töôïng, coù phaûn hoài aâm laø caùc bieán traïng thaùi cuûa ñoái töôïng, thöôøng ñöôïc goïi laø boä ñieàu khieån caùc bieán töông öùng. Ngoû ra cuûa boä HC voøng ngoaøi laø tín hieäu ñaët cho voøng trong. Vaäy ta ñaõ coù HTÑK hai voøng treân hình II.4.1 vaø neáu ñoái töôïng coù n khoái noái tieáp töông öùng n bieán traïng thaùi caàn ñieàu khieån, HT seõ coù n voøng vôùi n boä hieäu chænh noái tieáp. HTÑK toïa ñoä cho pheùp ñieàu khieån ñöôïc cuøng luùc caùc bieán traïng thaùi x1, x2 trong quaù ñoä cuõng nhö xaùc laäp. Chaát löôïng quaù ñoä (ñoäng hoïc) cuûa HT ñöôïc ñaûm baûo baèng quaù trình hieâïu chænh caùc voøng vaø chaát löôïng tónh (xaùc laäp) cuûa caùc bieán traïng thaùi coù ñöôïc khi caùc tín hieäu ñaët cuûa chuùng khoâng ñoåi (ñieàu naøy xaûy ra khi boä HC voøng ngoaøi baûo hoøa). HTĐK tọa độ còn là cơ sở cho việc ứng dụng các BBĐ (có bộ hiệu chỉnh bên trong) vào công nghiệp, người sử dụng sẽ thay đổi các thông số bộ hiệu chỉnh để ứng dụng có chất lượng mong muốn. Trang 19/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm U Ví duï: Vôùi boä nguoàn DC, hai bieán traïng thaùi caàn U ñieàu khieån laødoøng ñieän I = x1 (voøng trong) vaø ñieän aùp lv V = x2 (voøng ngoaøi). Ñaây laø 2 thoâng soá cuûa maët phaúng taûi cho bieát söï laøm vieäc cuûa BBÑ nhö hình II.4.2. Bình thöôøng, voøng ñieâuø khieån ngoaøi giöõ aùp ra oån ñònh ôû giaù trò Ulv . Khi taûi taêng, aùp ra giaûm laøm taêng sai leäch voøng I I ngoaøi, boä ñieàu khieån aùp taêng tín hieäu ñaët cho boä ñieàu gh khieån doøng cuûa voøng trong: doøng, aùp taûi taêng cho ñeán khi Hình II.4.2: BBĐ ổn áp và hạn boä ñieàu khieån aùp baûo hoøa. HT seõ laøm vieäc treân ñaëc dòng tính haïn doøng I =Igh vì tín hieäu ñaët cuûa boä ñieàu khieån doøng khoâng thay ñoåi. Vaäy boä nguoàn DC bình thöôøng giöõ oån ñònh aùp ra ôû giaù trò laøm vieäc V = Ulv vaø haïn cheá doøng ôû giaù trò I = Igh khi bò quaù taûi. 3. Hieäu chænh HT heä thoáng ñieàu khieån toïa ñoä: Moät caùch toång quaùt, ñeå coù theå ñieàu khieån ñöôïc n bieán traïng thaùi nhö ñaõ giôùi thieäu ôû muïc 1. , ta coù theå tính toaùn hieäu chænh laàn löôït n voøng töø trong ra ngoaøi baèng nhöõng kyõ thuaät cuûa ÑKTÑ. Tuy nhieân, vôùi caùch nhìn thuïc teá, trong phaàn naøy ta seõ moâ taû moät thuaät toaùn ñôn giaûn, coù theå duøng cho haàu heát caùc BBÑ coâng nghieäp. Quaù trình chænh ñònh thoâng soá caùc boä hieäu chænh laøm saün cuûa BBÑ duøng trong coâng nghieäp cuõng tieán haønh töông töï: tieán haønh chænh ñònh caùc voøng töø trong ra ngoaøi. Vôùi nhaän xeùt laø haàu heát caùc ñoái töôïng coâng nghieäp bao goàm caùc khoái quaùn tính (chæ coù cöïc ôû phaàn aâm truïc hoaønh), HTÑKù nhieàu voøng coù theå söû duïng boä hieäu chænh PID vôùi phöông phaùp khöû cöïc – zero ñeå ñöa heä thoáng veà caùc kieåu maãu (model) vôùi chaát löôïng bieát tröôùc. a. Hai HT maãu (model): - HT Toái öu module: Haøm truyeàn voøng hôû phaûn hoài ñôn vò sau hieäu chænh coù daïng: 1 W (s) = h 2⋅T ⋅ s ⋅(T ⋅ s +1) HT voâ sai vôùi ngoû vaøo haøm naác, coù döï tröõ pha 65O , döï tröõ bieân laø voâ cuøng (giaûn ñoà Nyquyist khoâng caét truïc thöïc). Quaù trình quaù ñoä coù daïng baäc hai tôùi haïn, voït loá POT = 4.3% , thôøi gian leân 4.7T vaø thôøi gian ñaït Hình II.4.3 Giaûn ñoà Bode Wh cuûa HT toái öu 95% bieân ñoä xaùc laäp laø 7 T. module HT toái öu module laø khoái cô sôû, cho pheùp thöïc hieän algorit hieäu chænh PID cho HTÑK toïa ñoä (nhieàu voøng). - Toái öu ñoái xöùng: Haøm truyeàn voøng hôû phaûn hoài ñôn vò sau hieäu chænh coù daïng: (4⋅T ⋅ s +1) Wh (s) = Hình II.4.4: Giaûn ñoà Bode Wh cuûa HT ñoái xöùng 8⋅T 2 ⋅ s2 ⋅(T ⋅ s +1) Giaûn ñoà Bode hình II.4.4 coù hai ñieåm gaûy ñoái xöùng qua ñieåm caét truïc hoaønh ωc. Trang 20/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm HT voâ sai vôùi ngoû vaøo haøm doác, coù döï tröõ pha 36O, döï tröõ bieân voâ cuøng, voït loá POT = 43% , thôøi gian leân laø 3 T, thôøi gian quaù ñoä laø 14.6 T . HT toái öu ñoái xöùng laø keát quaû cuûa khaâu hieäu chænh coù tích phaân moät ñoái töôïng coù khaâu tích phaân ôû ngoû ra, nhôø ñoù heä thoáng seõ khoâng sai soá theo nhieãu. Ñeå giaûm voït loá, caàn söû duïng tín hieäu ñaët laø haøm doác hay qua khaâu quaùn tính. b. Hieäu chænh PID (vi tích phaân tæ leä): - PID ñôn giaûn, deå thöïc hieän baèng maïch ñieän töû vaø chöông trình soá, raát hay gaëp trong coâng nghieäp: (1)(1)Tsab+ Ts+ HC=+ Kpi K/ s + K d s = trong ñoù: Tsi Kp, Ki, Kd : laø caùc heä soá khueách ñaïi töông öng vôùi caùc khaâu tæ leä, tích phaân, vi phaân, caùc heä soá coù theå baèng 0 töông öùng vôùi ñieàu khieån P, PD, I, PI. Ta, Tb, Ti laø caùc thôøi haèng. => PID coù hai zero vaø moät cöïc ôû goác toïa ñoä. Theo nguyeân lyù khöû cöïc – zero, caùc zero duøng ñeå loaïi boû caùc cöïc khoâng mong muoán vaø tích phaân nhaèm trieät tieâu sai soá xaùc laäp, Ti xaùc ñònh ñaëc tính quaù ñoä mong muoán. d. Ví duï hieäu chænh: - Ñoái töôïng baäc 2 coù vaø khoâng coù tích phaân: K Hieäu chænh PI ñeå coù toái öu module W = Ts++1( Ts 1) ()12 T1 > T2 K W = Hieäu chænh PI ñeå coù toái öu ñoái xöùng sTs(1)+ 2 vaø P ñeå coù toái öu module - Ñoái töôïng baäc 3 coù vaø khoâng coù tích phaân: K Hieäu chænh PID ñeå coù toái öu module W = Ts+++111 Ts Ts ()()()123 T1 > T2 > T3 K W = Hieäu chænh PID ñeå coù toái öu ñoái sTs++11 Ts ()()12 xöùng, vaø PD ñeå coù toái öu module Nhaän xeùt: - Caùc voøng trong chæ coù theå hieäu chænh thaønh toái öu module ñeå coù theå hieäu chænh tieáp caùc voøng ngoaøi. Vieäc choïn kieåu maãu cho hieäu chænh voøng ngoaøi phuï thuoäc vaøo ñaëc tính quaù ñoä mong muoán cuûa HT. - Vôùi boäïhieäu chænh PID, ta chæ coù theå khöû ñöôïc 2 zero, do ñoù maãu soá haøm truyeàn ñoái töôïng caàn ñöa veà baäc 3 keå caû tích phaân. d. Caùc haøm truyeàn gaàn ñuùng: Nhö ñaõ khaûo saùt ôû treân, ñeå coù theå thöïc hieän vieäc hieäu chænh heä thoáng nhieàu voøng theo nguyeân lyù khöû cöïc – zero, ñoái töôïng bò giôùi haïn ôû baäc 3 vaø chæ coù cöïc treân truïc thöïc, ta caàn phaûi söû duïng moät soá quan heä gaàn ñuùng, döïa vaøo cô sôû laøñaëc tính pha hai HT coù cuøng giaù trò trong vuøng khaûo saùt nhö sau: - Xaáp xæ haøm truyeàn voøng kín HT toâí öu module veà quaùn tính baäc 1 ñeå coù theå tieáp tuïc Trang 21/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm hieäu chænh caùc voøng ngoaøi theo nguyeân lyù khöû cöïc – zero. Haøm truyeàn voøng kín HT toâí öu module ñöôïc thay baèng haøn truyeân töông ñöông nhö sau: Wh 11 Wk == 12.(.1)12.1++++WTsTsh Ts - Thu goïn caùc khaâu quaùn tính coù haèng soá thôøi gian beù veàùquaùn tính ñeå giaûm baäc maãu soá caùc haøm truyeàn ñoái töôïng coù baäc > 4: KK Wh = trong ñoù Tn laø caùc thôøi (.1)(.1)(Ts12++ Ts∏ Tsnn + 1)(.1)(.1)(.1) Ts 12 ++ Ts∑ Ts + n n haèng beù. Töông töï, khaâu treã thôøi gian T cuõng töông ñöông vôùi quaùn tính baäc 1 thôøi haèng T. 3. Caùc maïch ñieän thöôøng duøng: a. Boä hieäu chænh PID duøng 1 OPAM: R3 C1 R2 C2 C1 R4 R2 C2 7 R1 4 U R1R U 3 6 2 Vi 2 V 6 Vo fh 3 R5 V 4 7 ñk Vñaët Hình II.4.5 (a) Sô ñoà lyù thuyeát boä hieäu chænh (b) Sô ñoà thöïc teá: PID > sôùm treã pha, chæ PID coù vi phaân ôû ñöôøng phaûn hoài. b. Boä hieäu chænh PID duøng 4 OPAM: Tæ leä Hình II.4.5.c (Xem taøi lieäu ÑKTÑ) Cho pheùp chænh ñoäc laäp töøng thaønh phaàn PID. Vi phaân + Vi Vo Tích phaân c. Maïch haïn cheá bieân ñoä: (c) Vì ngoû ra cuûa boä hieäu chænh voøng ngoaøi laø tín hieäu ñaët cuûa boä hieäu chænh voøng trong, möùc baûo hoøa cuûa boä hieäu chænh voøng ngoaøi seõ xaùc ñònh giôùi haïn cuûa bieân ñoä ngoû ra cuûa voøng trong. Caùc maïch thay ñoåi möùc baûo hoøa (haïn cheá bieân ñoä) ngoû ra KÑTT thöôøng duøng. V 4 R2 D1 R1 2 U1 6 POT1 Vi 3 4 U Vo 2 D1 7 R3 7 V 6 Hình II.4.6 (b) Vi R1 3 Vo 3 6 Maïch duøng 7 2 KÑTT phuï U2 POT1 Hình II.4.6 (a) Maïch haïn cheá bieân ñoä 4 R4 ngoû ra duøng diod (baûo hoøa ôû V1 > 0) 0.01uF 10k Trang 22/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm d. Maïch taïo haøm doác (RAMP): Khi tín hieäu ñaët cuûa caùc BBÑ laø haøm naác, HT luoân coù voït loá ngoû ra khaù cao do sai soá quaù lôùn ban ñaàu, nhaát laø khi söû duïng kieåu maãu toái öu ñoái xöùng. trong coâng nghieäp, tín hieäu Hình II.4.7 V wñ 4 C1 v(t) R1 2 U1 wñ 6 3 t POT2 Vo D1 7 R3 7 V 0 tkñ t Ñoà thò toác ñoä ñaët cuûa truyeàn 3 6 2 ñoäng naâng haï buoàng thang U2 POT1 Hình 5 : tín hieäu ñaët haøm RAMP maùy 4 R4 (a) (b) (c) 0.01uF 10k ñaët thöôøng coù daïng haøm doác, hay ít ra laø haøm muõ (1 – e-t/T) cuûa maïch naïp tuï. ÔÛ nhöõng heä thoáng ñieàu khieån caùc chuyeån ñoäng coù ngöôøi nhö ôû thang maùy, khoâng chæ tín hieäu ñaët maø caùc ñaïo haøm cuûa noù cuõng caàn lieân tuïc ñeå traùnh gia toác vaø ñoä giaät lôùn, taïo caûm giaùc an toaøn, thoaûi maùi cho ngöôøi söû duïng. Hình II.4.7 cho ta moät maïch ñieän taïo haøm doác duøng hai KÑTT. e. Ví duï sô ñoà ñieàu khieån voøng kín: Maïch ñieàu khieån voøng kín (ñöôïc ñôn giaûn hoùa) HT ñieàu khieån aùp, doøng ñoäng cô DC: - Ufh Ifh MAÏCH R7 Phaûn hoài doøng R8 D2 D3 ÑOÄNG LÖC C1 Phaûn hoài aùp - - Ufh C2 R9 D4 Phaûn hoài aùp R10 VCC R12 C3 R11 11 + VCC R13 C4 Taïo haøm doác M1 2 U1A Q4 RUN / STOP1 1 6 U1B U1C Ñeán maïch 3 7 9 phaùt xung R15 5 8 kích SCR Q5 POT R16 R17 10 shunt 4 C5 Phaûn hoài doøng R18 - VCC Ñieàu khieån aùp Ñieàu khieån doøng Ifh Hình II.4.8 Coù theå nhaän xeùt sô ñoà voøng kín naøy coù theå duøng cho boä nguoàn DC vôùi caùc taûi khaùc nhau, khi thay theá Ufh baèng ngoû ra caàn ñieàu khieån Ñeå yù caùc maéc loïc hình T ôû caùc ñöôøng phaûn hoài laøm phaúng caùc nhaáp nhoâ doøng, aùp treân taûi vaø caùch söû duïng khueách ñaïi ñaûo daáu duøng KÑTT. Neáu ta duøng maïch phaùt xung kích ñoàng POT1 boä SCR vôùi ñoàng boä raêng cöa coù goùc ñieàu khieån - Vcc pha α = 0 khi Uñk = 0, giöõa boä hieäu chænh vaø R maïch phaùt xung caàn coù boä dôøi möùc sao cho 9 8 Maïch Uñk = 0 töông öùng ngoû ra boä hieäu chænh doøng Uñk1 R 10 Uñk ÑKP kích laø cöïc ñaïi: Uñk = - (Uñk1 - Vcc) SCR Khi Uñk1 Æ VCC, Uñk Æ0 Hình II.4.9 maïch dôøi möùc Loïc nhieãu vaø caùch ly: Trong Hình R/2 R/2 II.4.8, caùc boä loïc hình T duøng RC loïc nhieãu Vi Vo ôû ñaàu vaøo vaø caùch ly giöõa caùc taàng ñeå choáng 104 caùc khaû naêng caøi hay dao ñoäng cuûa khueách ñaïi thuaät toaùn. Hình II.4.10: Loïc T giöõa caùc taàng: ñieän trôû R Trang 23/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm taùch laøm ñoâi, theâm vaøo tuï ñieän 0.1 uF II.5 BOÄ NGUOÀN XUNG (SWITCHING POWER SUPPLY): (sô ñoà khoái 2 muïc I.1) Khaùc vôùi caùc boä nguoàn SCR coù taàn soá laø vieäc toái ña vaøi traêm Hz, caùc boä nguoàn xung söû duïng transistor ñoùng ngaét ôû haøng chuïc hay traêm KHz cho pheùp giaûm kích thöôùc, giaù thaønh heä thoáng, maïch loïc coù trò soá beù khi taûi caàn aùp ra phaúng. Do ñoù, chuùng thích hôïp vôùi taûi caàn aùp ra phaúng vaø vì vaäy trong muïc naøy, caùc sô ñoà ñeàu coù boä loïc LC ngoû ra maëc duø khoâng phaûi taûi naøo cuõng caàn ñeán chuùng. 1. Sô ñoà oån aùp ñoùng ngaét thay theá oån aùp tuyeán tính: Δ V S1 io L + Q1 Io + D1 I V V o Ñieàu khieån _ v C _ Vo o Hình II.5.1 OÅn aùp tuyeán tính Hình II.5.2 OÅn aùp ñoùng ngaét BBÑ aùp moät chieàu laøm vieäc ¼ maët phaúng taûi + loïc LC taûi coù theå thay theá caùc oån aùp tuyeán tính quen thuoäc vôùi caùc ñaëc ñieåm: - Öu: hieäu suaát cao, kích thöôùc beù, giaù haï khi coâng suaát ñuû lôùn. - Nhöôïc: coù nhaáp nhoâ aùp ra, maïch ñieàu khieån phöùc taïp. Hai nguyeân lyù ñieàu khieån: - Ñieàu roäng xung (caàn ñieàu khieån voøng kín ñeå oån ñònh ngoû ra). - Duøng so saùnh coù treã , aùp ra dao ñoäng quanh giaù trò ñaët nhöng taàn soá laøm vieäc thay ñoåi theo taûi. Dao ñoäng tam giaùc u S ÑB on Phaûn hoài Uñk Hình II.5.3 (a) Nguyeân lyù ñieàu roäng off xung , (b) So saùnh coù treã (Smit trigger) Ñaët SO SAÙNH SMIT 2. Sô ñoà boä nguoàn duøng nghòch löu: Ñeå taêng hieäu quaû cuûa boä nguoàn T1 + xung, ngöôøi ta duøng bieán aùp taêng (giaûm) D1 L1 C1 S1 C3 aùp taàn soá cao vôùi vieäc ñöa boä ñoùng ngaét ra phía tröôùc, trôû thaønh boä nghòch löu 1 V pha ñieàu roäng xung nhö hình II.5.4.a. T1 S2 AÙp ra sau chænh löu thöù caáp coù _ C2 D2 daïng ñieàu roäng xung nhö tröôùc. Hình II.5.4 (a)maïch ñoäng löïc (phaàn nghòch löu) Trang 24/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm Sô ñoà ñieàu khieån coù daïng hình 1 Q S1 beân, goàm boä ñieàu roäng xung laøm vieäc ôû 2 3 Dao ñoäng tam giaùc 2 CLK taàn soá ngoû ra, duøng T FF (chia 2) ñeå u - Q ÑB taùch ra hai xung luaân phieân (ñaåy keùo) 4 6 ñoùng ngaét hai ngaét ñieän. Uñk 5 S2 (Xem taøi lieäu tham khaûo veà vi (b) maïch ñieàu khieån ñieàu roäng xung daåy keùo (duøng ñieàu maïch TL 494) khieån nghòch löu trong caáp ñieän ñoùng ngaét) 3. Thieát keá boä nguoàn xung duøng nghòch löu: a. Maïch ñoäng löïc boä nghòch löu: Ví duï tính toaùn gaàn ñuùng: Tính toaùn aùp Sô caáp bieán aùp maïch ñoäng löïc boä caáp ñieän duøng nghòch löu v (sô ñoà ½ caàu hình II.5.4.a), Ngoû ra o Thöù caáp bieán aùp 5 V / 20 A, ngoû vaøo 260 VDC. i Io o sau chænh löu - Choïn taàn soá ngoû ra 20 Khz, ñoä roäng xung töông ñoái α = ton/T= 0.5. => bieân ñoä aùp thöù caáp 5/0.5 = 10 V. (c) Daïng doøng, aùp Giaû söû diod caàu suït aùp toång 0.6 V (duøng diod Schotky), bieân ñoä thöù caáp bieán aùp laø 10 + 0.6 = 10.6 V. => tæ soá bieán aùp 260 / (2 * 10.6) = 12.3. Phaân tích daïng doøng, => trò trung bình doøng qua L1 cuõng chính laø doøng taûi Io, giaû söû doøng qua Diod laø phaúng, bieân ñoä cuûa noù cuõng laø Io = 20 A. Choïn doøng trung bình qua D laø kat. Io = 1.5 * 20 = 30 A; aùp qua D > 10 V, choïn 25 V, loaïi Schotky. Hieäu duïng cuoän daây thöù caáp 20 / 2= 14 A , hieäu duïng cuoän daây sô: 14 / 12.3 = 1.2 A Choïn ngaét ñieän nghòch löu theo bieân ñoä doøng qua noù, baèng 20 /12.3 = 1,6 A => Ngaét ñieän 5 A / 600 V. b. Tính toaùn maïch loïc: Khai trieån Fourier daïng soùng ñieàu roäng xung, giaû söû doøng taûi BBÑ laø lieân tuïc: 2V −1 hay Vnononon=−nπ 1cos nwt ; θn = tg⎣⎦⎡⎤ sin nwt /1cos( − nwt ) 2V −1 Vntgnnn =−nπ 1cos2.;πα θn =⎣⎦⎡⎤ sin2./1cos2. πα() − πα ñoä roäng xung töông ñoái α = ton/T, Vn laø bieân ñoä soùng haøi baäc n. LC maïch loïc ñöôïc tính nhö ñaõ ví duï ôû phaàn chænh löu. Ñeå yù taûi ñöôïc xem laø nguoàn doøng ñeå ñôn giaûn caùc phöông trình. 4. Khaûo saùt boä bieán ñoåi aùp moät chieàu loaïi FLYBACK: Boä bieán ñoåi aùp moät chieàu xeáp vaøo loaïi flyback khi chu kyø hoaït ñoäng goàm hai pha: Pha 1: Ngaét ñieän ñoùng (ON). Cuoän daây ñöôïc naïp naêng löôïng töø nguoàn, taûi söû duïng naêng löôïng tích tröû trong tuï ñieän song song ( tuï loïc ngoû ra ). Trang 25/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm Pha 2: Ngaét ñieän ngaét (OFF). Cuoän daây chuyeån (phoùng) naêng löôïng qua taûi vaø naïp naêng löôïng vaøo tuï ñieän. S1 D + i i s D + i L S1 s C Io C Io V L V v L L i i _ C v C v C S2 C _ D (a) (b) S1 D L2 D L1 i + i i + i L2 L1 L2 C Io s i C Io T L V V v i i L1 S1 _ C v _ C v n:1 C C (c) (d) Hình II.5.5: Caùc sô ñoà BBÑ daïng Flyback: Nhö vaäy, nguyeân taéc hoaït ñoäng boä bieán ñoåi loaïi FLYBACK ñoái nghòch vôùi caùc boä baêm ñieän aùp (chopper), khi taûi ñöôïc noái nguoàn khi ngaét ñieän ñoùng (ON) vaø söû duïng naêng löôïng tích tröõ khi ngaét ñieän khoùa. Coù 4 sô ñoà ñöôïc trình baøy treân hình II.5.5: (a) : Boä bieán ñoåi ñaûo cöïc tính: ñöôïc duøng cho khaûo saùt cô baûn vì coù soá phaàn töû laø ít nhaát. (b) Sô ñoà taêng giaûm aùp. (c) Sô ñoà taêng giaûm aùp coù bieán aùp. (d) Sô ñoà taêng aùp. Sô ñoà (a) coù soá phaàn töû ít nhaát, (b) coù cuøng hoaït ñoäng vôùi (a) nhöng khoâng ñaûo cöïc tính, (c) töông töï nhöng söû duïng bieán aùp vaø (d) taêng aùp. a. Khaûo saùt sô ñoà caên baûn: [Hình II.5.5 (a)] Ñeå khaûo saùt gaàn ñuùng, ta giaû thieát caùc ñieän aùp, doøng ñieän ñeàu bieán thieân tuyeán tính, ñieàu naøy coù theå ñaït ñöôïc khi: - Chu kyø ñoùng ngaét T raát beù vôùi chu kyø cuûa maïch coäng höôûng LC ( baèng 2π LC ). - Taûi laø nguoàn doøng Io, chính laø giaù trò trung bình cuûa doøng taûi khi boû qua caùc nhaáp nhoâ . Caùc giaû thieát naøy cuõng ñöôïc söû duïng trong caùc phaàn khaûo saùt tieáp theo. Xem hình II.5.6 trình baøy caùc daïng aùp, doøng cuûa maïch ôû cheá ñoä töïa xaùc laäp, khi caùc Trang 26/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm tín hieäu thay ñoåi coù chu kyø. - Khi 0 Hình II.5.6: Daïng aùp, doøng BBÑ hình II.5.5.a Diod D khoâng daãn ñieän vì phaân cöïc ngöôïc: anod coù ñieän theá aâm trong khi catod döông. C phoùng ñieän qua taûi: dv Io=− CC ⇒ v =−Io t + V V laø giaù trò ban ñaàu, khi t =0 dt CbñbñC Io Io tt==−+⇒Δ=Δ=−= tON : S1 ngaét, doøng qua cuoän daây khoâng theå maát ñi vì noù bieåu hieän naêng löôïng tích tröõ trong cuoän daây, kheùp maïch qua D, phoùng ñieän qua C vaø taûi: dv di i = Io + i = Io + C C ; v = −v = L L L C dt L C dt Goïi IL laø trò trung bình doøng qua L, VC trò trung bình aùp qua C, cuõng laø trò trung bình aùp treân taûi. ΔV ΔI Laáy trung bình hai veá phöông trình treân : I = Io + C C ; V = L L L Δt C Δt Theá caùc giaù trò ΔΔILC , VtTt vaøo, ñeå yù Δ=− on , ta nhaän ñöôïc: VVIIo==<>ton ; T II.5.3 CLTt−−on Tton Nhö vaäy, doøng qua cuoän daây i thay ñoåi tuyeán tính trong khoaûng I − ΔI ,I + ΔI , aùp L L 2 L 2 v treân tuï C thay ñoåi trong khoaûng V − ΔV ,V + ΔV . AÙp ra coù theå lôùn hay beù hôn aùp nguoàn C C 2 C 2 phuï thuoäc tON / T, nhaáp nhoâ aùp ra chæ phuï thuoäc doøng taûi Io vaø tuï loïc C, nhaáp nhoâ doøng ra phuï thuoäc aùp vaøo V vaø cuoän daây L. Tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn: Giaû söû ta giöõ tON khoâng ñoåi khi giaûm Io. ΔI khoâng ñoåi trong khi IL giaûm theo Io. Doøng iL khoâng ñoåi daïng nhöng bieân ñoä thaáp daàn. Khi T ΔI IL = Io ≤ ta coù tröôøng hôïp doøng qua L T−ton 2 giaùn ñoaïn (hình II.5.7).: Trong khoaûng tON, doøng qua L ñöôïc naïp töø 0 ñeán giaù trò cöïc ñaïi. Khi S1 khoùa, L phoùng ñieän qua taûi vaø C nhöng doøng seõ veà 0 tröôùc khi S1 ñoùng trôû laïi. Goïi tX laø thôøi gian coù doøng qua L. Thôøi gian L Trang 27/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm naïp naêng löôïng vaãn nhö cuõ: ΔI = V t , nhöng thôøi L on Hình II.5.7: Daïng aùp, doøng BBÑ hình 4.8.a khi doøng giaùn ñoaïn gian taûi söû duïng naêng löôïng tích tröõ trong tuï taêng leân, theo hình 3, baèng (T – tX + tON) vaø nhaáp nhoâ aùp ΔV = Io (T − t + t ) . C x on Thôøi gian L phoùng naêng löôïng thay ñoåi, baèng Δt = ( tX – tON ) laøm cho caùc quan heä ñieän aùp vaø doøng trung bình thay ñoåi: ton ΔV T−(tx −ton) T VC = V ; IL = Io + C = Io(1 + ) = Io( ) tx −ton tx −ton tx −ton tx −ton ΔI V T 2.L.Io T khi doøng giaùn ñoaïn, IL = ⇒ ton = Io( ) ⇒ tx = tON + 2 2L tx −ton V ton Nhaän xeùt laø khi doøng giaùn ñoaïn, trò soá trung bình cuûa aùp ra taêng, theo lyù thuyeát seõ ñeán voâ cuøng khi Io baèng 0 ( maïch khoâng taûi ). Coù theå giaûi thích hieän töôïng naøy laø do naêng löôïng chæ coù theå truyeàn moät chieàu: nguoàn Æ cuoän daây Æ tuï ngoû ra vaø aùp treân tuï seõ taêng ñeán voâ cuøng theo naêng löôïng naïp vaøo. Trong thöïc teá, luoân luoân coù toån hao trong maïch, toån hao naøy taêng theo ñieän aùp vaø ngay khi khoâng taûi, naêng löôïng naïp vaøo seõ caân baèng vôùi toån hao ôû moät giaù trò höõu haïn cuûa aùp ra. Moät nhaän xeùt khaùc laø giöõa tröôøng hôïp iL phoùng ñieän qua taûi, naïp ñieän cho C vaø iL = 0 coøn coù tröôøng hôïp C vaø L cuøng cung caáp doøng cho taûi. Do ñoù caùc tính toaùn treân chæ laø gaàn ñuùng. 2. Caùc sô ñoà khaùc: a. Sô ñoà hình II.5.5(b): Hoaït ñoäng hoaøn toaøn gioáng nhö sô ñoà caên baûn hình 1.(a) nhöng aùp ra khoâng ñaûo daáu. S1 vaø S2 ñöôïc ñieàu khieån baèng cuøng tín hieäu, ñoùng maïch ñeå naïp naêng löôïng vaøo cuoän daây vaø khi ngaét, cuoän daây seõ phoùng ñieän qua hai diod D1 vaø D2, cung caáp doøng naïp tuï vaø cho taûi Io.Caùch noái naøy coøn giaûm ñieän aùp ñaët vaøo ngaét ñieän ôû traïng thaùi khoùa so vôùi sô ñoà II.5.5(a). b. Sô ñoà hình II.5.5 (c): Laø sô ñoà thöôøng gaëp nhaát trong caùc boä nguoàn. Bieán aùp T coù hai nhieäm vuï: caùch ly nguoàn vaø taûi, laøm cuoän daây tích tröõ naêng löôïng cho boä bieán ñoåi. T laø bieán aùp khoâng baûo hoøa, tæ soá voøng daây sô/thöù laø n, L1 vaø L2 laàn löôït laø töï caûm cuoän daây sô vaø thöù caáp. Vôùi cuøng giaû thieát cuûa khaûo saùt sô ñoà caên baûn, caùc keát qua nhaän ñöôïc cuõng coù daïng töông töï. Ta coù caùc quan heä cuûa bieán aùp: 2 n L2 = L1 ; nIL1 = IL2 ; vL1 = n ⋅ vL2 - Khi S1 ñoùng: 0 L1 L1 on C C on - Khi S1 ngaét: tON < t < T , löu yù giaû thieát doøng lieân tuïc: iL2 = Io + iC vaø vL1 = n vL2 = n vC , theá caùc giaù trò töông öùng vaø laáy trung bình: Hình II.5.8: Daïng aùp, doøng BBÑ hình II.5.5(b) Trang 28/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm dvC ΔV 1 T n ⋅ iL1 = iL1 = Io + C ⇒ n ⋅ IL1 = Io + ⇒ IL1 = ( )Io dt Δt n T−ton di di ΔI t v = v = L2 L2 = L2 L1 ⇒ V = L2 L1 ⇒ V = 1 ( on )V C L2 dt n dt C n Δt C n T−ton Bieåu thöùc tính giaù trò trung bình caùc aùp ra vaø doøng qua cuoän daây gioáng nhö tröôøng hôïp caên baûn nhöng coù theâm tæ soá bieán aùp n. Nhaáp nhoâ doøng tæ leä nghòch vôùi giaù trò töï caûm cuoän daây, nhöng caàn löu yù laø caùc töï caûm khoâng ñöôïc lôùn quaù ñeå bieán aùp bò baûo hoøa, khi maø doøng naïp cuoän daây chính laø doøng töø hoùa cho bieán aùp. Khaûo saùt tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn cuõng nhaän ñöôïc nhöõng keát quaû töông töï. c. Sô ñoà taêng aùp hình II.5.5.(d): Khi bieán aùp T noái ôû daïng töï ngaãu, tæ soá 1:n vaø noái tieáp vôùi aùp vaøo, ta nhaän ñöôïc sô ñoà 2 taêng aùp. Caùc thoâng soá: L2 = n L1 ; IL1 = nIL2 ; n ⋅ vL1 = vL2 . Chöùng minh töông töï vaø ñeå yù khi S1 ngaét, cuoän daây phoùng ñieän: ΔI t ta coù : v = V + v ⇒ V = V + nL2 L1 ⇒ V = V [1 + n( on )] C L2 C Δt C T−ton Ta cuõng coù : ΔI = V t ; ΔV = ΔV = Io t L1 L1 on C C on vaø trò trung bình doøng ñieän cuoän daây trong pha naïp ñieän I = n T Io L1 T−ton 3. Khi boä bieán ñoåi coù nhieàu ngoû ra: D1 (hình 4.12 ) _ C1 I1 Caùc boä nguoàn xung thöôøng caàn nhieàu L1 V1 caáp ñieän aùp ôû ngoû ra, coù theå caùch ñieän vôùi nhau + S nhö ôû hình 5. Sô ñoà thöôøng duøng bieán aùp coù D2 + nhieàu cuoän thöù caáp. + i I2 L L2 C2 V2 Giaû söû bieán aùp coù moät cuoän sô caáp vaøø n _ cuoän thöù caáp. V v L D3 Caùc cuoän daây coù thoâng soá n, L; n , L ; _ _ 1 2 C3 I3 ; n, L laø thoâng soá cuûa cuoän sô caáp. L3 V3 Caùc töï caûm quan heä vôùi nhau: + L LL123 L 22=== 22 Hình 4.12: BBÑ Fly back nhieàu ngoû ra ()nn()123() n() n VV123 V V quan heä caùc ñieän aùp caûm öùng: = === ; nn123 n n vaø doøng ñieän treân cuoän daây nI= ∑ nii I i Töø ñoù, suy ra ôû cheá ñoä doøng lieân tuïc vôùi i laø chæ soá cuoän daây: Ii - nhaáp nhoâ aùp ôû moãi cuoän daây thöù caáp: Δ=VtCi on ; Ci V - nhaáp nhoâ doøng ôû cuoän sô caáp: Δ=I t L L on ntion⎛⎞ - Trung bình aùp ra moãi cuoän daây thöù caáp: VVCi = ⎜⎟ nTt⎝⎠− on Trang 29/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm 1 ⎛⎞T - Trung bình doøng ñieän cuûa cuoän sô caáp: IL = ⎜⎟∑ nIii nT⎝⎠− ton i Ñeå yù laø khi S1 ngaét, doøng ñieän chæ caàn phoùng lieân tuïc treân moät cuoän daây thöù caáp laø ñaûm baûo heä thoáng laøm vieäc ôû cheá ñoä doøng lieân tuïc. Löu yù: Maëc duø cheá ñoä doøng lieân tuïc laø cô sôû cuûa khaûo saùt lyù thuyeát, caùc boä nguoàn thöïc teá ña soá laøm vieäc ôû doøng giaùn ñoaïn. Ñeå ñaûm baûo oån ñònh aùp ra, caàn coù coù phaûn hoài aùp ñeå chænh tON töï ñoäng. Tuy nhieân, caùc boä nguoàn flyback ñeàu vaãn khoâng theå laøm vieäc ôû cheá ñoä khoâng taûi, vaø nhaø saûn xuaát phaûi duøng moät ñieän trôû laøm taûi giaû, ñeà phoøng tröôøng hôïp ngoû ra khoâng taûi hay taûi quaù beù. Ví duï II.5.1: a. Cho sô ñoà hình II.5.5.(c), aùp nguoàn V = 260 volt, taàn soá ñoùng ngaét f = 20 KHz, taûi ñònh möùc Vo = 5 volt, Io = 5 ampe. Tính caùc thoâng soá maïch ñeå nhaáp nhoâ aùp ra ΔV = 20 mV, nhaáp nhoâ doøng qua ngaét ñieän ΔI baèng 50 % trò trung bình. T = 1/f = 50 micro giaây, choïn tON = 0.6 T = 0.6/ 20000 = 30 micro giaây. suy ra C = Io*tON/ ΔV = 5*30 E -6 / 20 E -3 = 7.5 E –3 = 7500 uF suy ra tæ soá bieán aùp n =(V * tON)/ [(T - tON )* Vo] = 78 vaø trò trung bình doøng qua L (trong khoaûng naïp ñieän) IL = (Io * T)/ [(T - tON )* n] = ( 5 * 50) / [(50 – 30)*78] = 0.16 ampe nhaáp nhoâ doøng ΔI = 0.16 * 0.5 = 0.08 ampe. => L = (260 * 30 E –6) / 0.08 = 0.0975 H. Doøng cöïc ñaïi qua ngaét ñieän S: Imax = IL + ΔI / 2 = 0.20 ampe b. Vôùi heä thoáng tính ñöôïc ôû caâu a., ñoä roäng xung töông ñoái beù nhaát cho pheùp tON/Tø= 0.1, tính doøng taûi toái thieåu ñeå heä thoáng coù doøng lieân tuïc luùc naøy: tON = 0.1 * 50 = 5 micro giaây. Nhaáp nhoâ doøng ΔI = 260*5 E –6 / 0.0975 = 0.0133 ampe. Ñeå coù doøng lieân tuïc, trò toái thieåu Imin = 0 hay trung bình doøng qua sô caáp bieán aùp IL phaûi lôùn hôn moät nöûa nhaáp nhoâ doøng ΔI, baèng 0.00667 ampe vaø doøng taûi töông öùng : => Io = IL * n *(T – tON) / T = 0.00667 * 78*(50 – 5)/50 = 0.468 ampe Baøi taäp II.5.1: Tính toaùn chính xaùc cho sô ñoà hình 4.8.a (sô ñoà cô baûn): Khaûo saùt chu kyø töïa xaùc laäp (khi caùc daïng soùng laäp laïi ôû moãi chu kyø). - Khi ngaét ñieän S ñoùng, caùc bieåu thöùc khoâng ñoåi, coù daïng cuûa . di VL=⇒=+L iV tI I laø giaù trò ban ñaàu, khi t =0 dt LbñbñL VV t==+⇒Δ=Δ=−= ton:() it L onLL t on I bñ I I L it L () on I bñ t on - Khi S ngaét: dv di coù caùc phöông trình i = Io + i = Io + C C ; v = −v = L L ñieàu kieän ban ñaàu L C dt L C dt iIIILbñ(0;0) ==+Δ vVVV C( ) ==−Δ . Trang 30/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm Heä phöông trình naøy coù theå ñoåi laïi thaønh phöông trình baäc 2 theo vC nhö sau: 2 d vC LC + vC = 0 vôùi caùc ñieàu kieän ñaàu: dt2 dv v ()0 = V ; C ()0 = 1 i ()0 = 1 ()I − I C min dt C C C max o nghieäm vC coù daïng vC = A sinwt + Bcos wt vôùi w = 1/ LC , A vaø B laø haèng soá tích phaân phuï thuoäc hai ñieàu kieän ñaàu. Coù theå tính ñöôïc: L vC = Z()Imax − Io sinwt + Vmin cos wt vôùi Z = C laø toång trôû soùng maïch coäng höôûng V LC. vaø i = i + I = − min sinwt + ()I − I cos wt + I L C o Z max o o Vôùi giaû thieát doøng lieân tuïc, theá t = T – tON vaøo, ta coù laïi caùc giaù trò aùp doøng ôû ñaàu chu kyø vC = Vbñ vaø iL = Ibñ nhö sau: Vbñ = Z()Imax − Io X + VminY vaø Vmin I = − X + ()I − I Y + I vôùi X = sinw(T – tON), Y = cosw(T – tON) bñ Z max o o Boán phöông trình töø ñeán cho pheùp ta tính ñöôïc Vmin, Vbñ, Imax, Ibñ, vieát ñöôïc bieåu thöùc moâ taû daïng soùng aùp treân tuï vaø doøng qua cuoän daây: 1 ⎡ Io ⎤ Io Vmin = V ⋅ wton ⋅ X − ton ()1− Y ; Vmax = Vmin + ton ()1− Y 2 + X 2 ⎣⎢ C ⎦⎥ C 1 V V Imax = Io + [ ton ()1− Y − Io ⋅ wton ⋅ X]; Ibñ = Imax − ton ()1− Y 2 + X 2 L L Daïng soùng aùp treân tuï vaø doøng qua L coù daïng dao ñoäng trong khoaûng L phoùng ñieän qua C thay vì ñöôøng thaúng nhö trong khaûo saùt gaàn ñuùng. Trong thöïc teá, do C thöôøng raát lôùn, chu kyø T cuûa maïch thöôøng raát beù so vôùi chu kyø dao ñoäng LC, do ñoù caùc ñöôøng cong coù theå xem laø ñöôøng thaúng. Caùc coâng thöùc gaàn ñuùng coù theå suy ra trôû laò khi khai trieån Taylor caùc haøm löôïng giaùc: sin x xaáp xæ (x – x3/3) cos x baèng 1 – x2/2. Baøi taäp II.5.1 cho thaáy söï phöùc taïp cuûa vieäc tính toaùn chính xaùc, seõ taêng leân khi khi khaûo saùt tröôøng hôïp doøng giaùn ñoaïn. Tính toaùn gaàn ñuùng luoân ñöôïc söû duïng trong thöïc teá. 4. Nguyeân lyù ñieàu khieån ñoä roäng xung (PWM) loaïi doøng ñieän: Trong moät phaàn tröôùc ta ñaõ tìm hieåu nguyeân lyù ñieàu cheá ñoä roäng xung. Khi ñoù thôøi gian ñoùng vaø ngaét cuûa ngaét ñieän thay ñoåi theo tín hieäu ñaët aùp, coù theå goïi chi tieát hôn laø ñieàu roäng xung loaïi ñieän aùp ñeå phaân bieät vôùi nguyeân lyù ñieàu khieån ñoä roäng xung (PWM) loaïi doøng ñieän. Nguyeân lyù naøy cho pheùp cuøng luùc thay ñoåi ñoä roäng xung vaø kieåm soaùt bieân ñoä doøng qua ngaét ñieän, raát thích hôïp vôùi caùc boä bieán ñoåi aùp moät chieàu daïng flyback vì nhôø khaû naêng kieåm soaùt ñöôïc doøng ñieän, ta luoân khoáng cheá ñöôïc giaù trò doøng naïp cuoän daây, traùnh quaù doøng qua ngaét ñieän khi cuoän daây baûo hoøa vì ñieän trôû cuoän daây raáp beù. Trang 31/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm Nguyeân lyù ñieàu khieån ñöôïc trình R-S F F baøy treân hình II.4.13 beân. Maïch dao ñoäng (thöôøng laø naïp xaû) xaùc ñònh ñoä Set S roäng xung toái ña cuûa BBÑ, taùc ñoäng vaøo Dao ñoäng Reset ngoû SET cuûa RS FF ñeå ñoùng ngaét ñieän Q S ôû ñaàu chu kyø, taùc ñoäng vaøo RESET ñeå Phaûn hoài doøng khoùa S khi ñoä roäng xung töông ñoái daït giaù trò toái ña. Ñieàu naøy thöïc hieän ñöôïc Shunt nhôø SET vaø RESET taùc ñoäng baèng caïnh Ñieàu Ñaët doøng khieån aùp leân vaø xuoáng. Moät maïch so saùnh coù theå khoùa ngaét ñieän S khi doøng qua noù vuôït qua giaù trò ñaët bôûi boä ñieàu Hình 4.13: Boä ñieàu roäng xung loaïi doøng ñieän khieån aùp. Boä ñieàu khieån aùp seõ taêng tín hieäu ñaët doøng qua S coù ñöôïc aùp ra cao hôn. Ñeå yù doøng ñieän naøy luoân coù quaùn tính, khoâng thay ñoåi töùc thôøi (maïch coù tính caûm khaùng). Trong hình II.4.13 , coång OR ñeå RESET Flip Flop töø hai nguoàn. Vi maïch hoï 38xx trong phaàn phuï luïc sau cho ta sô ñoà thöïc teá cuûa boä ñieàu roäng xung loaïi doøng ñieän. 5. Sô ñoà caûi thieän heä soá coâng suaát boä caáp ñieän (nguoàn) ñoùng ngaét: Vieäc söû duïng chænh löu diod ôû ngoû vaøo ñaõ caûi thieän raát nhieàu tình traïng söû duïng löôùi ñieän cuûa caùc boä nguoàn moät chieàu so vôùi khi duøng chænh löu SCR. Tuy nhieân, toång trôû vaøo cuûa caùc boä caáp ñieän ñoùng ngaét khoâng töông ñöông vôùi ñieän trôû (heä soá coâng suaát nhoû hôn ñôn vò) vì coù tuï ñieän loïc ôû sau chænh löu ñiod. Khi ñoù, ngoaøi doøng xung ban ñaàu khi ñoùng vaøo löôùi ñieän raát lôùn, ôû traïng thaùi xaùc laäp doøng nguoàn laø nhöõng xung naïp tuï, nhö ñöôïc veõ treân hình II.4.14. Khi ñoù, heä soá coâng suaát khoâng baèng ñôn vò vì BBÑ coù tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng cho caùc haøi baäc cao. Ñeà heä soá coâng suaát baèng 1, doøng vaøo boä nguoàn caàn coù daïng hình sin, cuøng pha vôùi aùp (hình II.4.15). Ñoù laø nhieäm vuï cuûa boä caûi thieän heä soá coâng suaát, coù sô ñoà khoái nhö sau: Löôùi AC > Chænh löu D > [tuï beù > Maïch caûi thieän HSCS >] tuï lôùn > BBÑ AÙp DC v in C Nguoàn i i C C C Hình 4.14: AÙp vaø doøng tuï loïc nguoàn C iC = |in| in v C1 i L L Nguoàn i = i n L C1 S C2 Hình 4.15: AÙp vaø doøng tuï loïc nguoàn C iL = |in|, C1 coù giaù trò raát beù (doøng qua noù khoâng ñaùng keå), C2 Trang 32/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
coù giaù trò lôùn, caáp ñieän cho BBÑ aùp moät chieàu. Gaïch treân ñaàu caùc kyù hieäu doøng cho bieát ñaây laø giaù trò trung bình vì S ñoùng ngaét ôû taàn soá raát cao. Phaàn trong ngoaëc vuoâng [ ] laø phaàn boå sung vaøo boä nguoàn xung ñeå caûi thieän heä soá coâng suaát. Maïch ñieän naøy coù nhieäm vuï naïp tuï ñieän ôû ngoû vaøo BBÑ aùp moät chieàu baèng moät doøng hình sin, coù bieân ñoä phuï thuoäc vaøo coâng suaát tieâu thuï ôû ngoû ra, S vaø L laø moät boä nguoàn Flyback ñeå naïp tuï C2, söû duïng nguyeân lyù ñieàu roäng xung loaïi doøng ñieän. Ñeå doøng qua L coù trò trung bình laø hình sin cuøng pha vôùi löôùi ñieän, tín hieäu ñaët doøng cuûa boä ñieàu roäng xung naøy coù daïng hình sin, bieân ñoä theå hieän yeâu caàu aùp treân tuï C2. Heä soá coâng suaát coù theå leân ñeán 0.997 theo taøi lieäu Switchmode Power Supply Reference Manual (1999) cuûa haõng ON Semiconductor (tröôùc ñaây laø moät boä phaän cuûa Motorola) khi öùng duïng vi maïch MC34262 cuûa Motorola theo sô ñoà nguyeân lyù hình II.4.16 sau. Phaàn ñieàu roäng xung loaïi doøng ñieän töông töï nhö so ñoà vi maïch hoï 384x, söï khaùc bieät naèm ôû phaàn so saùnh aùp ra ñeå taïo tín hieäu ñaët doøng: ngoõ ra cuûa boä ñieàu khieån aùp (khueách ñaïi sai soá – Error Amp.) ñöôïc nhaân vôùi hình sin nguoàn ñeå taïo ra tín hieäu ñaët doøng ñieän. Ñieän dung tuï ñieän nhoû C1 baèng 1uF vaø ñieän dung tuï loïc nguoàn chính C2 baèng 220 uF ñeå coù ñöôïc boä nguoàn DC 230 V/3.5 A töø löôùi ñieän 92 – 135 V AC. Trang 33/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
hình II.4.16 Maïch caûi thieän heä soá coâng suaát duøng vi maïch MC34262. PHUÏ LUÏC VI MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN BOÄ NGUOÀN XUNG 3842 1. GIÔÙI THIEÄU CHUNG: Phaàn phuï luïc naøy giôùi thieäu hoï vi maïch 3842 3846, ñieàu khieån boä nguoàn xung loaïi FLYBACK, söû duïng MOSFET. Ngöôøi ta goïi nhoùm vi maïch naøy laø ñieàu roäng xung loïai doøng ñieän (current mode PWM) khaùc vôùi nguyeân taéc PWM moâ taû ôû II.5.1. MosFET seõ daãn ñieän töø ñaàu chu kyø vaø seõ bò khoùa khi doøng vöôït qua giaù tri ñaët bôûi ngoû ra boä hieäu chænh. Nguyeân taéc ñieàu khieån nhö vaäy raát thích hôp vôùi caùc BBÑ loaïi flyback bieán ñoåi naêng löôïng qua trung gian doøng ñieän. Caùc vi maïch trong nhoùm chæ khaùc nhau vaøi thoâng soá phuï thuoäc maõ soá. Tieáp ñaàu ngöõ cho bieát nhaø cheá taïo, soá ñaàu töø 1 (1842) ñeán 3 (3842) phuï thuoäc nhieät ñoä laøm vieäc. Trang 34/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
Hình PL4.1 Sô ñoà khoái vaø moâ taû chaân EC 3842, soá chaân trong ngoaëc khi söû duïng voû DIP14. Vi maïch EC 3842 laø boä ñieàu cheá ñoä roäng xung loaïi doøng ñieän, chuyeân duøng cho BBÑ flyback coù sô ñoà khoái hình PL4.1, caáp ñieän ñeán 30 volt (phuï thuoäc maõ soá) , bao goàm: - Maïch oån aùp 5V / 20 mA (chaân 8/14) cho maïch ngoaøi vaø aùp chuaån 2.5 V cho maïch khueách ñaïi sai soá ERROR AMPLIFIER (boä hieäu chænh). - Maïch baûo veä giaûm aùp nguoàn caáp ñieän Under Voltage Lock Out, khoâng cho maïch laøm vieäc khi nguoàn giaûm xuoáng döôùi giaù trò cho pheùp (phuï thuoäc maõ soá). - Boä dao ñoäng taàn soá cöïc ñaïi laø 500 kHz, chænh baèng RC ôû chaân 4/7. - Ngoû ra laùi MosFET duøng maïch boå phuï transistor, doøng tieâu bieåu +/- 200mA. - Maïch khueách ñaïi sai soá ERROR AMPLIFIER (thöïc chaát laø boä hieäu chænh voøng kín) coù ngoû vaøo laø tín hieäu ñaët V REF = 2.5 V vaø tín hieäu phaûn hoài Voltage Feedback Input (chaân 2/3), taùc ñoäng leân boä phaùt xung ñieàu roäng sao cho sai leäch ngoû vaøo cuûa noù giaûm veà 0. - Söï ñieàu cheá ñoä roäng xung loaïi doøng ñieän thöïc hieän baèng boä so saùnh doøng vaø set-reset flip-flop. Boä so saùnh doøng coù hai ngoû vaøo laø ñieän aùp tæ leä vôùi doøng ñieän taûi I SENSE vaø ngoû ra maïch khueách ñaïi sai soá ERROR AMP. Khi I SENSE > ngoû ra ERROR AMP (sau khi giaûm aùp), boä so saùnh seõ leân 1, reset RS FF vaø MosFET bò khoùa. Nhö vaäy giaù trò ñænh doøng qua MosFET seõ ñöôïc xaùc ñònh bôûi sai leäch ñieän aùp phaûn hoài so vôùi giaù trò ñaët. RS FF chæ ñoåi traïng thaùi, cho pheùp MosFET laøm vieäc khi baét ñaàu chu kyø laøm vieäc môùi (caùc daïng soùng treân hình PL4. 2). - Ñoä roäng xung töông ñoái α cöïc ñaïi coù theå khoáng cheá baèng caùch choïn tuï dao ñoäng CT . Ñoái vôùi vi maïch maõ soá töø 3844 – 3846, trò soá naøy laø 0.5. Ñieàu naøy raát khaùc so vôùi lyù thuyeát laø phaïm vi thay ñoåi töø 0 1. Lyù do laø ñeå traùnh baûo hoøa cuoän daây. Trang 35/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
hình PL4. 2: Caùc daïng soùng ôû caùc chaân khi thay ñoåi ñoä roäng xung. 3. Maïch tieâu bieåu: Hình PL4.3 laø sô ñoà boä nguoàn xung duøng vi maïch 3842 (3844). Sô ñoà naøy tieåu bieåu cho caùc maïch nguoàn loïai flyback, trong ñoù ngaét ñieän IGBT thöôøng ñöôïc thay theá baèng MosFET. Naêng löôïng ñöôïc cung caáp töø löôùi qua baûo veä quaù aùp duøng varistor vaø boä giaûm nhieãu LC. RTC laø ñieän trôû thay ñoåi theo nhieät, haïn cheá doøng naïp tuï loïc nguoàn C1, C2 khi ñoùng nguoàn. R3 laø ñieän trôû caáp nguoàn ban ñaàu ( ñieàn trôû moài) cho maïch ñieàu khieån, nguoàn thaät söï cho maïch ñieàu khieån laáy töø bieán aùp, chænh löu qua D1. R8, C4 laø hai phaàn töû xaùc ñònh taàn soá dao ñoäng. R9, C5 laø maïch phaûn hoài doøng qua IGBT, ñöa vaøo so saùnh. Vieäc oån ñònh ñieän aùp ngoû ra thöïc hieän qua vi maïch oån aùp song song TL431, so saùnh aùp ra vaø chuaån 2.5V beân trong ñeå thay ñoåi doøng phaân cöïc OPTRON PC817. Transistor ôû ngoû ra OPTRON seõ thay ñoåi doøng cöïc thu vaø laøm thay ñoåi ñoä roäng xung laùi IGBT. Hình PL4.3 Sô ñoà boä nguoàn xung coù vaø khoâng coù duøng vi maïch TL431. Doøng taûi caûm nhaän veà qua RC tröôùc khi vaøo so saùnh ñeå loïc boû gai doøng ban ñaàu khi turn-on MosFET. Trang 36/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
PHUÏ LUÏC 2: Vi maïch ñieàu roäng xung TL494 1. Moâ taû: TL494 laø vi maïch cuûa haûng Texas Instrument ñaïi dieän cho nhoùm vi maïch ñieàu khieån caáp ñieän ñoùng ngaét (nguoàn xung) loaïi söû duïng nghòch löu (muïc II.5.2 – hình II.5.4) hay UPS offline coâng suaát beù, bao goàm: - Boä dao ñoäng raêng cöa duøng RC taïo soùng mang cho boä ñieàu roäng xung, taàn soá laøm vieäc töø 1 kHz ñeán 300 kHz. - Boä so saùnh Dead time control comparator xaùc ñònh beà roäng xung toái ña, lôùn nhaát khi ñieän aùp chaân DTC baèng 0. - Boä so saùnh PWM ñònh beà roäng xung theo aùp ngoû ra cuûa caùc boä khueách ñaïi sai soá. Hai boä so saùnh naøy taùc ñoäng möùc thaáp neân xung ra coång OR seõ laø xung coù beà roäng beù hôn. Trang 37/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
- Pulse steering Flip Flop laø boä chia hai, keát hôïp vôùi coång NOR ôû ngoû ra cho ta taùc ñoäng ñaåy keùo: hai transistor ngoû ra Q1 vaø Q2 luaân phieân laøm vieäc. Chaân 13 (output control) coù theå caáâm taùc ñoäng cuûa Flip Flop, khi ñoù Q1 vaø Q2 laøm vieäc gioáng nhau. Hai transistor naøy coù cöïc E vaø C noái ra ngoaøi thuaän tieän cho thieát keá maïch ñoäng löïc. - Hai boä khueách ñaïi sai soá laø caùc khueách ñaïi thuaät toaùn coù theå ñöôïc duøng ñeå phaûn hoài oån ñònh ñieän aùp ngoû ra vaø baûo veä boä bieán ñoåi. Ñeå yù ngoû ra coù caùc diod vaø taûi baèng nguoàn doøng 0.7 mA noái xuoáng GND laøm cho ñieän aùp chaân 3 seõ coù trò soá cuûa ngoû ra cao hôn vaø xung heïp hôn. - Vi maïch coøn coù nguoàn chuaån 5 V ôû chaân 14. 2. Sô ñoà thöû nghieäm: - Caùc ngoû vaøo khueách ñaïi thuaät toaùn ñöôïc noái ñeå caùc ngoû ra laø thaáp nhaát ñeå khoâng coøn taùc duïng. Cöïïc E cuûa Q1, Q2 noái GND: taûi laáy ôû cöïc C - Vieäc thöû nghieäm thöïc hieän qua vieäc thay ñoåi aùp ôû hai chaân DTC vaø FEEDBACK vôùi caùc daïng soùng ño ñöôïc ôû hình trang sau. Ñeå yù taûi ôû chaân FEEDBACK laø ngoàn doøng 0.7 mA neân ta coù theå ñieàu khieån chaân naøy baèng bieán trôû 10k noái nguoàn REF 5 V ôû chaân 14. Trang 38/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
3. Taàn soá dao ñoäng raêng cöa coù theå tính theo ñoà thò sau: 4. Maïch boä nguoàn maùy tính ATX duøng TL494 Trang 39/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
Trang 40/ chuong 2 Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm CHÖÔNG 3 ÑIEÀU KHIEÅN ÑCÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU III.1 CAÙC KHAÙI NIEÄM VEÀ TRUYEÀN ÑOÄNG ÑIEÄN: 1. Caùc khaùi nieäm caên baûn: - TTÑ laø heä thoáng (HT) bieán ñoåi ñieän naêng -> cô naêng cung caáp cho caùc maùy moùc coâng nghieäp (cung caáp söùc keùo ñieän – electric drive). Truyeàn ñoäng ñieän (electric drive) coøn coù nghiaõ laø noái truïc baèng ñieän theo sô ñoà sau: Cô (nguoàn) > [Maùy phaùt ñieän]I > ñeán Ñieän IV. >Ñieåm laøm vieäc cuûa ñcô laø moät ñieåm (M,ω) trong maët phaúng naøy. Vôùi moät boä thoâng soá cuûa ñoäng cô, ta coù moät quan heä M(ω) goïi laø ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô vaø vôùi moät taûi cuï theå, ta coù quan heä momen caûn chuyeån ñoäng theo toác ñoä Mc(ω) goïi laø ñaëc tính cô phuï taûi. - Phöông trình caên baûn TÑÑ vaø chuyeån ñoäng: Khi caùc truïc noái cöùng vaø giaû söû khoâng coù ma saùt nhôùt (tæ leä toác ñoä), ta coù phöông trình caên baûn cuûa chuyeån ñoäng (pt 2 Newton cho chuyeån ñoäng quay) cho heä thoáng coù thoâng soá taäp trung vaø khoâng ñaøn hoài: dw MMMJñC=− = Mñ goïi laø momen ñoäng cuûa chuyeån ñoäng quay, J laø dt momen quaùn tính toaøn HT qui ñoåi veà truïc ñoäng cô. dω /dt ñöôïc goïi laø gia toác chuyeån ñoäng. Töø coù theå suy ra caùc traïng thaùi cuûa ω Ñcô: M c M M > MC: ñcô taêng toác, M < MC: ñcô giaûm toác ωo A 0 M = MC: ñcô khoâng ñoåi toác ñoä hay coøn goïi laø coù ñieåm laøm vieäc xaùc laäp. Ñaây chính laø giao ñieåm cuûa ñaëc tính cô ñoäng cô vaø phuï taûi. Ñieåm laøm vieäc xaùc laäp naøy ñöôïc goïi laø oån B ñònh (tónh) hay caân baèng (beàn) khi coù ngoaïi II I löïc hay nhieãu laøm ñieåm laøm vieäc thay ñoåi thì M 0 Mñ /Δω < 0. Khi ñoù HT seõ coù gia toác theo 1 chieàu trôû veà ñieåm laøm vieäc cuõ. IV III Ví duï: Hình 3.1 cho ta ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä rotor loàng soùc vaø ñaëc tính cô phuï taûi cuûa noù coù trò soá khoâng ñoåi s (Momen caûn haèng soá). ÔÛ toác ñoä ñoàng boä, Hình 3.1 Ñaëc tính cô ñoäng cô KÑB vaø caùc momen ñoäng cô baèng 0. A laø ñieåm laøm vieäc oån ñieåm laøm vieäc ñònh vaø B laø ñieåm laøm vieäc khoâng oån ñònh tónh. Trang 1/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm 2. Ñaëc tính ñieàu chænh cuûa TÑÑ: Khi ñieàu chænh thoâng soá ñieän, ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô thay ñoåi, quyõ ñaïo caùc ñieåm laøm vieäc ñeå ñoäng cô cung caáp momen max maø khoâng hö hoûng (Mcp) ñöôïc goïi laøñaëc tính ñieàu chænh cuûa ñoäng cô. Ñaëc tính ñieàu chænh thöôøng ñöôïc theå hieän ôû daïng momen cho pheùp Mcp(ω), hay coâng suaát cho pheùp Pcp(ω) khi toác ñoä thay ñoåi. Ñaëc tính ñieàu chænh giuùp ta choïn loaïi taûi ñeå taän duïng khaû naêng ñoäng cô öùng moät phöông aùn ñieàu khieån hay tìm ra phöông aùn ñieàu khieån thích hôïp vôùi moät loaïi taûi cho tröôùc. Caùc giôùi haïn cuûa ñoäng cô: AÙp U Mcp = K.Φñm.Iñm = haèng soá . Vaäy ñieàu khieån aùp phaàn öùng ñoäng cô DC coù ñaëc tính ñieàu chænh laø momen haèng soá hay coâng suaát taêng tæ leä toác ñoä, thích hôïp vôùi taûi coù MC Hình 3.2: Ñaëc tính ñieàu chænh ñoäng cô moät khoâng ñoåi. chieàu kích töø ñoäc laäp Khi ñieàu khieån aùp töø thoâng (Φ MCIk=⋅=⋅.φ I E e EC=⋅e ω Hình 3.3a Trong ñoù: U: Ñieän aùp phaàn öùng ñoäng cô. E, I: söùc ñieän ñoäng, doøng ñieän phaàn öùng cuûa ñoäng cô. I ñöôïc vieát in hoa ñeå chæ giaù trò Trang 2/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm trung bình. R: ñieän trôû töông ñöông cuûa caùc suït aùp treân phaàn öùng, L: töï caûm maïch ñieän phaàn öùng, Tñt = L/R goïi laø haèng soá thôøi gian ñieän töø ε: Phaûn öùng phaàn öùng cuûa ñoäng cô, luoân ñöôïc boû qua khi khaûo saùt truyeàn ñoäng ñieän. Ce: Haèng soá ñieän töø cuûa ñoäng cô moät chieàu, tæ leä (heä soá k) vaøo töø thoâng φ cuûa cuoän kích töø. M: momen ñoäng cô, ôû cheá ñoä xaùc laäp baèng momen caûn treân truïc. ω: toác ñoä, tính baèng rad/giaây. Trong cheá ñoä xaùc laäp, doøng trung bình khoâng ñoåi, suy ra: 1 wURI=−⋅() Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñcô DC. Ce Neáu doøng taûi giaùn ñoaïn, ta khoâng coù quaù ñoä ñieän töø vì doøng ñieän taûi laø nhöõng xung coù daïng khoâng ñoåi, ñaït cheá ñoä töïa xaùc laäp ngay sau khi thay ñoåi xung ñieàu khieån: Tñt = 0 - Haøm truyeàn BBÑ: Moät caùch gaàn ñuùng, taát caû BBÑ luoân coù daïng moät khaâu treã vì ngoû ra cuûa noù khoâng theå thay ñoåi giöõa hai laàn phaùt xung ñieàu khieån. Haøm truyeàn BBÑ coù theå ñöôïc tuyeán tính hoùa thaønh khaâu quaùn tính nhö daïng sau: −TBD KBD Hs()= KBD . e trong ñoù 1+ sTBD KBÑ laø tæ soá trung bình aùp ra VO treân aùp ñieàu khieån UÑK ôû ngoû vaøo maïch ñieàu khieånBBÑ. KBÑ xaùc ñònh töø sô ñoà phaùt xung ñieàu khieån ñeå taïo ra daïng aùp treân taûi töông öùng. KBÑ thay ñoåi theo cheá ñoä taûi vaø maïch phaùt xung. Nhö ñaõ khaûo saùt, ñeå coù KBÑ khoâng bò aûnh höôûng bôûi taûi, BBÑ caàn laøm vieäc ôû doøng lieân tuïc. TBÑ laøhaèng soá thôøi gian, tính baèng trung bình cuûa chu kyø phaùt xung ñieàu khieån (thôøi gian cuûa hai xung lieân tieáp). Ví duï: TBÑ cuûa BBÑ aùp DC laø chu kyø T cuûa tín hieäu ñieàu khieån ngaét ñieän. Khi caùc ngaét ñieän laø transistor, ta coù theå xem BBÑ laø boä khueách ñaïi taùc ñoäng töùc thôøi vì taàn soá ñoùng ngaét cuûa transistor raát cao. 2. Cheá ñoä haõm cuûa TÑÑ: a. Khaùi nieäm veà cheá ñoä haõm: Hai truïc toïa ñoä chia maët phaúng ñaëc tính cô ra laøm 4 phaàn töông öùng vôùi hai cheá ñoä laø vieäc cuûa ñoäng cô: Phaàn tö I vaø III coù momen M cuøng chieàu toác ñoä ω , P = M.ω > 0, maùy ñieän laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoäng cô: Ñieän naêng > cô naêng. ñieänPhaàn tö II vaø IV coù momen M ngöôïc chieàu toác ñoä ω , P = M.ω ñieän naêng. Cheá ñoä naøy coøn goïi laøcheá ñoä haõm vì momen ñoäng cô choáng laïi chuyeån ñoäng. Caùc cheá ñoä haõm: Quan saùt ñoäng cô DC laøm vieäc vôùi nguoàn aùp, ñaëc tính cô laø ñöôøng thaúng phöông trình treân hình 3.3a. Trang 3/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm ω haõm taùi sinh wo I I + + haõm ñoäng cô ñoäng naêng _ + A V A V + II I M _ haõm _ _ III IV ngöôïc Hình 3.3b: Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô DC kích töø ñoäc laäp Haõm taùi sinh Haõm ngöôïc Khi w > wO = U/Ce laø toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng, ñieåm laøm vieäc di chuyeån sang phaàn tö thöù II: ta coù cheá ñoä haõm taùi sinh (regenerative braking). Khi ñoù E = Ce .w > U, doøng ñieän ñaûo chieàu, ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt traû naêng löôïng veà nguoàn. Khi w < 0 , ñoäng cô ñaûo chieàu quay, ñieåm laøm vieäc di chuyeån sang phaàn tö thöù IV: ta coù cheá ñoä haõm ngöôïc. Khi ñoù E = Ce .w < 0 cuøng chieàu vôùi aùp nguoàn laøm doøng ñieän taêng cao öùng vôùi moment haõm lôùn. Tröôøng hôïp naøy xaûy ra khi ta ñoùng nguoàn theo chieàu ngöôïc laïi moät ñoäng cô ñang quay, ñoäng cô seõ haõm raát nhanh tröôùc khi khôûi ñoäng theo chieàu ngöôïc laïi. Khi U = 0 , ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt, doøng ñieän I = – E/R ñaûo chieàu laøm cho momen M = Ce .I < 0 : ñieåm laøm vieäc di chuyeån sang phaàn tö thöù II, ta coù cheá ñoä haõm ñoäng naêng (dynamic braking). Khi ñoù, cô naêng bieán thaønh ñieän naêng tieâu taùn treân ñieän trôû cuûa maïch. Cheá ñoä haõm naøy ñöôïc goïi laø ñoäng naêng vì thöôøng ñöôïc duøng ñeå haõm döøng ñoäng cô ñang quay, naêng löôïng haõm chính laø ñoäng naêng cuûa chuyeån ñoäng. Ñoäng cô khoâng ñoàng boä cuõng coù nhöõng quaù trình haõm tuông töï khi ta quan saùt ñaëc tính cô treân hình 3.1. Tröôøng hôïp ñoäng cô laøm vieäc ôû toác ñoä lôùn hôn toác ñoä ñoàng boä ωΟ, M < 0 töông öùng cheá ñoä haõm. Ta coù haõm taùi sinh vì ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt, chuyeån naêng löôïng veà löôùi AC. Khi ñoù HT caàn nguoàn cô naêng, ví duï ñoäng cô ñang ñöôïc moät ñoäng cô khaùc keùo hay HT ñang coù naêng löôïng tích tröõ daïng ñoäng naêng hay theá naêng caàn tieâu taùn. - ÖÙng duïng cheá ñoä haõm trong truyeàn ñoäng ñieän: Ñoäng cô ñieän laøm vieäc ôû cheá ñoä haõm trong hai tröôøng hôïp: * Haõm döøng ñoäng cô ñang quay hay giaûm toác ñoä: Ñeå döøng hay giaûm toác nhanh ñoäng cô ñang quay ôû toác ñoä cao, ñoäng naêng cuûa boä phaän chuyeån ñoäng caàn ñöôïc tieâu hao. Cheá ñoä haõm cho pheùp bieán ñoåi cô naêng naøy thaønh ñieän naêng töông öùng vôùi momen haõm, chæ toàn taïi trong quaù trình quaù ñoä. * Haõm ñoäng cô bò keùo do moät ngoaïi löïc, ví duï nhö haï taûi theá naêng hay xaû cuoän giaáy hay toân. Löïc haõm cuûa ñoäng cô caân baèng löïc keùo laøm heä thoáng chuyeån ñoäng ñeàu. Khi ñoù ñoäng cô laøm vieäc nhö maùy phaùt, bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän naêng. b. Cheá ñoä haõm taùi sinh cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng BBÑ ñoäng cô: Ñeå giuùp ñoäng cô laøm vieäc ôû cheá ñoä haõm, BBÑ caàn coù khaû naêng nghòch löu – chuyeån naêng löôïng ñieän töø taûi veà nguoàn. Löu yù khoâng phaûi BBÑ naøo cuõng coù khaû naêng naøy, ví duï nhö caùc boä bieán ñoåi sau khoâng theå nghòch löu: Chænh löu ñieàu khieån pha, sô ñoà chỉnh lưu ñieàu khieån khoâng hoaøn toaøn (SCR + D), BBÑ aùp DC sô ñoà 1 phaàn tö (1 quadrant) maët phaúng taûi. Trang 4/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm BBÑ aùp DC sô ñoà 2 phaàn tö cho pheùp haõm taùi sinh ñoäng cô DC deã daøng vì noù laøm vieäc ñöôïc ôû phaàøn tö I vaø II: VO > 0 vaø IO coù theå ñaûo chieàu. Chæ caàn giaûm trung bình aùp ra VO nhoõ hôn söùc ñieän ñoäng E cuûa ñoäng cô, doøng taûi IO = (VO – E) / R ñaûo chieàu, M 0 V D2 V _ S2 o - Hình 3.4.a:HT truyeàn ñoäng duøng ñoäng cô DC vaø BBÑ aùp DC, sô ñoà laøm vieäc 2 phaàn tö Hình 3.4.b: Quyû ñaïo pha khi haõm döøng BBÑ hai phaàn tö (haõm taùi sinh) baèng caùch giaûm daàn VO veà 0. Ví duï1: (hình 3.4b) Ñieàu khieån haõm ω döøng xe ñieän chaïy baèng BBÑ hai phaàn tö vaø nguoàn accu (hình 3.4.a). Giaõ söû xe ñang chaïy vôùi toác ñoä w1 (ñieåm A) vaø ta muoán döøng nhanh. Coù theå ngaét ñieän ñoäng cô vaø söû duïng thaéng cô khí , khi ñoù ñoäng naêng chuû yeáu bieán thaønh nhieät do masaùt. Nhöng neáu ta giaûm daàn aùp ra VO cuûa BBÑ, doøng ñieän IO seõ ñaûo M chieàu, ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt vaø BBÑ seõ laøm vieäc trong cheá ñoä taêng aùp, naïp naêng löôïng trôû veà accu. Vì theá phöôngphaùp naøy ñöôïc goïi laø haõm taùi sinh. Hình 3.4.c: Quyû ñaïo pha khi haõm döøng duøng ñieän trôû (haõm ñoäng naêng). Ví duï2: (hình 3.4b)ø Ñeå döøng nhanh ñoäng cô DC, ngöôøi ta coù theå ngaét nguoàn, noái taét phaàn öùng baèng moät R nhoû. Ñoäng cô bieán thaønh maùy phaùt, doøng ñieän ñaûo chieàu taïo ra momen haõm vaø ñoäng naêng HT seõ tieâu taùn trong maïch phaàn öùng, phöông trình ñaëc tính cô ñoäng cô khi haõm R laø:ω =− 2 M , Momen haõm giaûm nhanh khi toác ñoä veà khoâng (hình 3.4c) ()kφ Trong khi ñoù, quy trình Chænh löu Diod Nghòch löu nguoàn aùp haõm ôû ñoäng cô DC duøng chænh L löu ñieàu khieån pha phöùc taïp hôn R nhieàu nhö seõ trình baøy trong caùc C muïc sau cuûa chöông naøy. Q7 ABC Ñoái vôùi bieán taàn nguoàn aùp coâng suaát trung bình vaø beù (hình 3.5), ñaàu vaøo thöôøng laø chænh löu diod Hình 3.5: Maïch ñoäng löïc bieán taàn coù khaâu trung gian neân BBÑ khoâng traû naêng DC vaø nghòch löu nguoàn aùp. Trang 5/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm löôïng veà löôùi ñöôïc nhöng boä nghòch löu nguoàn aùp laïi coù ñaëc tính thuaän nghòch. Khi taûi boä nghòch löu laø ñoäng cô khoâng ñoàng boä laøm vieäc trong traïng thaùi haõm, cô naêng ñöôïc bieán thaønh ñieän naêng vaø chæ coù theå tích tröõ ôû tuï loïc C. IGBT Q7 vaø ñieän trôû R coù nhieäm vuï tieâu thuï naêng löôïng naøy ñeå traùnh quaù aùp maïch ñieän moät chieàu. Vieäc haõm chuyeån ñoäng baèng ñieän trong ñoù tieâu thuï ñieän naêng (töø cô naêng bieán thaønh) qua ñieän trôû ñöôïc goïi laø haõm ñoäng naêng (dynamic braking). ÔÛ bieán taàn coâng suaát lôùn, chænh löu ñaàu vaøo phaûi duøng SCR vôùi khaû naêng laøm vieäc ôû phaàn tö thöù hai, khi ñoù naêng löôïng seõ ñöôïc traû veà löôùi: haõm taùi sinh. 4. Caùc baøi toaùn cuûa TÑÑ: - Ñieàu khieån momen: Ngoaøi baøi toaùn ñieàu khieån momen trong quaù trình taêng, giaûm toác, trong raát nhieàu tröôøng hôïp caàn phaûi ñieàu khieån momen trong cheá ñoä xaùc laäp. Coù theå keå: * Yeâu caàu baûo veä quaù taûi (cô vaø ñieän) vì momen khi laøm vieäc tæ leä vôùi doøng ñieän qua ñoäng cô do söï coá hay khi lam vieäc bình thöôøng (ñaëc tính maùy xuùc) baûo veä doøng cuûa BBÑ. * Moät soá daïng taûi yeâu caàu laøm vieäc ôû momen hay löïc keùo ñaët tröôùc, ví duï nhö caùc phöông tieän vaän taûi do ngöôøi laùi khoâng theå ñieàu khieån töï ñoäng theo toác ñoä, caùc cô caáu cuoän giaáy, saûn phaåm daïng baêng caàn toác ñoä thay ñoåi theo ñöôøng kính cuoän. - Ñieàu khieån toác ñoä: Laø baøi toaùn quen thuoäc, toác ñoä luoân aûnh höôûng chaát löôïng vaø naêng suaát cuûa maùy moùc. Do ñoù ñieàu chænh vaø oån ñònh toác ñoä cho truyeàn ñoäng caùc maùy moùc coâng luoân laø baøi toaùn caên baûn cuûa TÑÑ. - Ñieàu khieån vò trí: trong moät soá maùy moùc, ta caàn ñieàu khieån vò trí moät boä phaän coâng taùc ví duï nhö toaï ñoä ñieåm khoan, vò trí boác dôõ taûi trong caàu truïc töï ñoäng (khoâng ngöôøi ñieàu khieån), buoàng thang maùy. Hai baøi toaùn quan troïng cuûa ñieàu khieån vò trí laø: * Taùc ñoäng nhanh: Toái thieåu thôûi gian di chuyeån. Baøi toaùn naøy thöôøng keát hôïp vôùi caùc yeâu caàu khaùc nhö haïn cheá gia toác, toác ñoä. * Döøng chính xaùc vaø haïn cheá voït loá: Ñaây laø moät yeâu caàu daãn ñeán giaûm tính taùc ñoäng nhanh, theo ñoù ñoäng cô phaûi di chuyeån daàn ñeán vò trí ñích khoâng voït loá vaø giaûm toái thieåu sai soá. Baøi toaùn ñieàu khieån vò trí nhö vaäy thöôøng ñöôïc giaûi quyeát baèng caùch choïn sô ñoà ñieàu khieån thích hôïp vaø tính toaùn tín hieäu ñaët theo quyõ ñaïo pha chuyeån ñoäng toái öu. Quyõ ñaïo pha chuyeån ñoäng toái öu coù theå moâ taû ñôn giaûn laø heä thoáng caàn coù ñoà thò thích hôïp cho toác ñoä, gia toác khi khôûi ñoäng, hoaït ñoäng vaø giaûm toác tröôùc khi ñeán ñích. Ví duï: Duøng Simulink ñeå moâ phoûng quaù trình ñieàu khieån vò trí khi hieäu chænh 3 voøng toái öu module khi tín hieäu ñaàu vaøo laø haøm naác vaø haøm doác. Trang 6/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm + 1 10 10 1 - 10 pmult([1 0],[0.5 1])(s) s 10s Sum1 H1 Hieäu chænh M P1 H3 H2 Mux + 1 10 - 20 Auto-Scale Graph Sum2 Gain1 Hieäu chænh toác ñoä P2 Mux + 2.5 Ñaët 5.u(t) - 1 Moâ hình hieäu chænh 3 voøng toái öu mo dule, Sum3 Hieäu chænh vò trí P3 Giaû söû ñoái töôïng coù 2 tích phaân Caùc khaâu baûo hoøa ôû +/- 4 ñôn vò Hình 3.6: Moâ hình Simulink hieäu chænh 3 voøng toái öu module. Momen, toác ñoä, vò trí laø ba bieán traïng thaùi cuûa truyeàn ñoäng ñieän vaø ta coù theå söû duïng ñieàu khieån toïa ñoä. Khi ñoù, ta coù theå ñieàu khieån vò trí (voøng ngoaøi cuøng) vôùi momen, toác ñoä (caùc voøng trong) ñöôïc giöõ trong giôùi haïn ñònh tröôùc. Duøng Simulink moâ phoûng HT vaø keát quaû hieäu chænh 3 voøng thaønh toái öu module ñöôïc trình baøy treân hình 3.6. Trong ví duï naøy, hieäu Hình 3.7a: Keát quaû khaûo saùt moâ hình vôùi tín hieäu ñaët haøm naác. chænh P ñöôïc duøng vì caùc haøm truyeàn ñoái töôïng ñeàu coù tích phaân, giaû söû naøy tuy khoâng phuø hôïp ñoäng cô thöïc nhöng khoâng laøm thay ñoåi yù nghóa cuûa phöông phaùp. Töø ñoà thò, khi toác ñoä haèng soá, vò trí taêng tuyeán tính theo thôøi gian, momen ñoäng cô khi ñoù gaàn baèng khoâng vì ñoäng cô khoâng coù momen caûn. Quaù ñoä toác ñoä coù daïng cuûa ñöôøng cong baäc hai tôùi haïn. Hình 3.7b: Keát quaû khaûo saùt moâ hình vôùi tín hieäu ñaët haøm doác - Ñieàu khieån theo baùm (tuøy ñoäng): Laø moät daïng ñieàu khieån vò trí, khi vò trí ñaët thay ñoåi Trang 7/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm theo thôøi gian vaø nhö vaäy ñoäng cô caàn phaûi taùc ñoäng ñuû nhanh ñeå coù theå baùm theo. Hình 3.7 cho thaáy hieäu chænh thaønh toái öu module khoâng ñaït yeâu caàu baùm theo haøm doác. Nhö ta ñaõ bieát, ñeå voâ sai vôùi haøm doác caàn phaûi hieäu chænh toái öu ñoái xöùng. Ta coù theå döïa vaøo sô ñoà khoái hình 3.6 ñeå hieäu chænh toái öu ñoái xöùng cho khaâu vò trí ñeå kieåm tra. Trong thöïc teá, ngoaøi phaàn hieäu chænh toïa ñoä, ngöôøi ta coøn ñöa vaøo caùc phaûn hoài/hieäu chænh song song ñeå caûi thieän ñaëc tính quaù ñoä khi duøng maïch analog. Khi ñieàu khieån soá, thoâng soá PID seõ ñöôïc ñieàu chænh töï ñoäng trong quaù trình laøm vieäc, thích hôïp vôùi traïng thaùi heä thoáng vaø chaát löôïng ñoäng hoïc mong muoán trong töøng giai ñoaïn. 5. Quaù trình khôûi ñoäng: Ñoäng cô ñieän laø moät taûi ñoäng: vôùi cuøng doøng ñieän, suït aùp qua noù taêng theo toác ñoä quay. Do ñoù khi ñoùng tröïc tieáp vaøo löôùi ñeå khôûi ñoäng, doøng qua ñoäng cô luoân luoân lôùn. Doøng ñieän naøy coù theå töø 5 ñeán 7 laàn doøng ñònh möùc, coù theå gaây suït aùp laøm aûnh höôûng caùc taûi khaùc trong löôùi ñieän. Nhaát laø ñoái vôùi taûi ñoäng cô, suït aùp lôùn coù theå khieán caùc ñoäng cô naøy suït toác vaø taêng doøng. Vì vaäy khi coâng suaát ñoäng cô khaù lôùn hay ôû caùc khu vöïc yeâu caàu chaát löôïng ñieän naêng cao, nguôøi ta caàn coù boä khôûi ñoäng. Khi ñoù doøng ñieän seõ ñöôïc giôùi haïn ôû giaù trò cho pheùp. Khi giaûm doøng khôûi ñoäng, ta caàn ñeå yù ñeán momen khôûi ñoäng , noù caàn phaûi lôùn hôn momen caûn ñeå HT coù theå taêng toác. Boä khôûi ñoäng coøn coù khaû naêng ñieàu khieån momen ñoäng ñeå haïn cheá öùng suaát trong caùc phaàn töû chuyeån ñoäng, nhaèm traùnh hö hoûng, taêng ñoä beàn ví duï nhö ôû baêng taûi, thieát bò coâng nghieäp giaáy, in, vaûi Ñieàu naøy cuõng töông ñöông vôùi vieäc giôùi haïn gia toác cuûa chuyeån ñoäng. Trong caùc boä khôûi ñoäng chaát löôïng cao ta coù theå ñaët tröôùc thôøi gian khôûi ñoäng hay taêng toác (acceleration) töông öùng vôùi moät daïng ñöôøng cong taêng toác choïn tröôùc, coù theå laø haøm doác (RAMP) hay chöõ S. Thôøi gian khôûi ñoäng daøi gia toác nhoû hay momen ñoäng, öùng suaát nhoû. Töông töï ta cuõng coù theå choïn thôøi gian vaø daïng cuûa ñöôøng cong giaûm toác (deceleration). III.2 TÑÑ ÑCÔ DC DUØNG CHÆNH LÖU ÑIEÀU KHIEÅN PHA: 1. Sô ñoà khoái: Ñeå ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô DC töø löôùi coâng nghieäp, boä chænh löu coù theå ñöôïc duøng ñeå cung caáp aùp phaàn öùng vaø doøng kích töø nhö trình baøy treân hình. - Trong caùc HT TÑÑ ñoäng cô DC CL Diod CL SCR ÑC hay SCR duøng BBÑ, göôøi ta thöôøng duøng ñoäng cô kích Löôùi töø ñoäc laäp hay hoãn hôïp, ít khi duøng ñoäng cô α noái tieáp vì khoù ñieàu chænh: toác ñoä taêng raát cao khi khoâng taûi. Maïch kích Ñoàng boä - ÔÛ coâng suaát nhoû ñeán trung bình vaø Uñk khoâng ñaûo chieàu, boä chænh löu ñieàu khieån Phaûn hoài Hieäu khoâng hoaøn toaøn (SCR + Diod) coù theå ñöôïc chænh duøng vì kinh teá vaø ñôn giaûn. ÔÛ coâng suaát trung bình vaø lôùn hay khi caàn laøm vieäc ôû cheá Ñaët toác ñoä ñoä haõm, boä chænh löu ñieàu khieån toaøn phaàn Boä ñieàu khieån luoân ñöôïc söû duïng. BBÑ ñaûo chieàu seõ ñöôïc xeùt ñeán khi caàn ñaûo chieàu ñoäng cô hay traû naêng löôïng veà löôùi thöôøng xuyeân. - Chænh löu ñieàu khieån pha chæ duøng cho maïch kích töø khi caàn hoaït ñoäng ôû toác ñoä cao Trang 8/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm hôn toác ñoä cô baûn, vaø nhö ta ñaõ bieát töø ví duï ôû muïc III.1.2, töø thoâng chæ ñöôïc giaûm khi aùp ñaõ taêng ñeán giaù trò ñònh möùc. 2. Sô ñoà ñieàu khieån HT chænh löu - Ñcô: Ñieän aùp Ñieàu khieån R 2 Khoái BBÑ 2 R phaùt xung 300/5 A 4 kích SCR 4 phaûn hoài TI 2 300/5 A 3 doøng 3 POT TI 1 1 1 Ñieàu Khieån doøng Hình 3.8b hình 3.8a Vôùi baøi toaùn ñieàu khieån momen vaø toác ñoä, sô ñoà ñieàu khieån toïa ñoä cho boä nguoàn DC ôû chöông 2 ñeàu coù theå duøng laïi cho HT ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô DC khi ñeå yù momen tæ leä vôùi doøng ñieän ñoäng cô vaø toác ñoä laø ñaïi löôïng caàn ñieàu khieån ñöôïc phaûn hoài ôû voøng ngoaøi thay cho ñieän aùp. ÔÛ caùc ñoäng cô coâng suaát beù hay ôû moät soá maïch ñieàu khieån ñôn giaûn, voøng doøng ñieän chæ laø maïch ngaét duøng BJT nhö hình 3.8a. Khi ñoù transistor laø moät ñieän trôû thay ñoåi, noù laøm giaûm aùp ñieàu khieån UÑK deán maïch kích giaûm aùp ra vaø giaûm doøng ra töông öùng vôùi vò trí cuûa bieán trôû POT, sao cho aùp treân cöïc BE cuûa BJT baèng 0.6 V. Tín hieäu doøng coù theå laáy qua moät shunt + maïch khueách ñaïi caùch ly (ôû caùc HT chaát löôïng cao) hay duøng bieán doøng ôû tröôùc chænh löu neáu doøng löôùi khoâng coù thaønh phaàn DC (hình 3.8b). Do taûi khoâng coù trung tính, chæ caàn hai bieán doøng laø ñuû cho heä thoáng 3 pha. Ñeå ñieàu khieån toác ñoä, toát nhaát laø phaûn hoài toác ñoä. Coù theå duøng maùy phaùt toác laø loaïi maùy phaùt ñieän ñaëc bieät, coù ngoû ra tæ leä tuyeán tính vôùi toác ñoä quay. Coù ba loaïi: Maùy phaùt toác DC, AC ( tacho generator) coù ngoû ra laø ñieän aùp vaø xung (pulse tacho generator) cho ra chuoãi xung coù taàn soá tæ leä tuyeán tính vôùi toác ñoä quay. Ta caàn chænh löu vaø loïc phaúng cho ngoû ra AC tacho generator vaø bieán ñoåi taàn soá ra ñieän aùp cho phaùt toác xung (coøn ñuôïc goïi laø boä maõ hoùa goùc quay töông ñoái – incremental rotary encoder) khi söû duïng caùc boä ñieàu khieån analog ñöôïc trình baøy trong chöông 2. Khi khoâng caàn chính xaùc, ta coù theå phaûn hoài ñieän aùp ngoû ra boä bieán ñoåi ñeå giöõ oån ñònh aùp ra vaø buø suït toác do taûi (doøng ñieän) thay ñoåi. Ngöôøi ta coøn goïi laø nguyeân taéc phaûn hoài aâm aùp, döông doøng khi ñeå yù ñeán daáu cuûa caùc phaûn hoài. Coù theå CM (lyù thuyeát) laø vôùi caùc tæ leä thích hôïp, phaûn hoài naøy cho ta phaûn hoài toác ñoä, khi ñoù noù ñöôïc goïi laø phaûn hoài caàu toác ñoä. (xem laïi hình II.4.8) Baøi taäp: Tìm heä soá α, β ñeå phaûn hoài aâm ñieän aùp Uñc vaø phaûn hoài döông doøng I töông ñöông phaûn hoài aâm toác ñoä ω. Höôùng daãn: Ñoàng nhaát hai veá bieåu thöùc aùp phaûn hoài Ufh = – α.Uñc + β.I ≡ – γ.ω, vôùi γ laø heä soá tæ leä. 3. Haøm truyeàn boä chænh löu vaø daïng aùp ñoàng boä – aûnh höôûng cuûa doøng giaùn ñoaïn: AÙp duïng caùc tính chaát chung cuûa haøm truyeàn BBÑ (muïc II.1 5) cho sô doà chænh löu, ta coù caùc nhaän seùt sau: - Haèng soá thôøi gian TBÑ cuûa chænh löu ñieàu khieån pha baèng 20/m (ms) khi taàn soá löôùi laø Trang 9/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm 50 Hz, m laø soá xung. - Heä soá khueách ñaïi KBÑ thay ñoåi theo cheá ñoä doøng taûi vaø maïch phaùt xung. Khi doøng taûi lieân tuïc (L taûi ñuû lôùn hay ôû boä chænh löu ñaûo chieàu ñieàu khieån chung) KBÑ chæ phuï thuoäc maïch ñieàu khieån. Bieåu thöùc cho trung bình aùp ngoû ra: 1 Vo = Vdo.cosα khi ñieàu khieån hoaøn toaøn hay VVodo=+(1 cosα ) khi ñieàu khieån khoâng 2 hoaøn toaøn. Vdo laø trung bình aùp ra chænh löu diod. Quan heä α vaø aùp ñieàu khieån Uñk xaùc ñònh töø sô ñoà phaùt xung. Coù theå chöùng minh deã daøng laø chæ khi duøng boä phaùt xung theo nguyeân lyù so −1 saùnh vaø ñoàng boä cosin , KBÑ môùi coù theå laø haèng soá. Thaät vaäy, khi ñoù α = cos (UUdk / dbmax ) suy ra KVUVUBD== o// dk do dbmax . - AÛnh höôûng cuûa doøng giaùn ñoaïn: Nhö ta ñaõ bieát, maïch ñoäng löïc khoâng coù quaùn tính ñieän töø khi doøng giaùn ñoaïn. Ñieàu naøy aûnh höôûng khaù lôùn ñoái vôùi ñoäng hoïc cuûa heä thoáng söû duïng chænh löu ñieàu khieån pha: haøm truyeàn hieäu chænh HT khi doøng lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn laø khaùc nhau. Khi caàn chaát löôïng ñoäng hoïc cao, ngöôøi ta söû duïng hai boä hieäu chænh cho hai tröôøng hôïp doøng taûi, duøng moät boä kieåm tra doøng baèng khoâng ñeå choïn boä hieäu chænh laøm vieäc. 4. Haõm ñoäng cô DC: ( Söï laøm vieäc 2 phaàn tö maët phaúng ñaëc tính cô cuûa HT chænh löu ñoäng cô DC). Ta ñaõ bieát boä chænh löu ñieàu khieån hoaøn toaøn coù theå laøm vieäc ôû 2 phaàn tö thöù I töông öùng vôùi cheá ñoä chænh löu vaø phaàn tö thöù IV öùng vôùi cheá ñoä nghòch löu. Trong cheá ñoä ñoäng cô, HT laøm vieäc ôû phaàn tö thöù I: VO, E > 0. Muoán haõm döøng moät ñoäng cô ñang quay, ñaàu tieân ta giaûm VO baèng caùch taêng α, ñeå doøng qua ñoäng cô giaûm veà 0 (t2). Sau ñoù khoùa xung kích SCR vaø ñaûo cöïc Hình 3.9: Haõm vaø ñaûo chieàu ñoäng cô moät chieàu khi duøng tính ñoäng cô ñeå chuaån bò cho cheá ñoä contactor ñaûo chieàu nghòch löu. Ñeå haïn cheá doøng qua BBÑ khi kích xung trôû laïi, ta taêng goùc α ñeán giaù trò max töông öùng vôùi aùp nghòch löu cöïc ñaïi vaø giaûm daàn (t3). Khi trò soá tuyeät ñoái |VO| baét ñaàu beù hôn trò soá tuyeät ñoái cuûa söùc ñieän ñoäng |E| ñoäng cô, doøng ñieän xuaát hieän trôû laïi (t4) vaø ta coù quaù Trang 10/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm trình haõm. Goùc kích α giaûm daàn cuøng vôùi bieân ñoä cuûa E khi toác ñoä ñoäng cô giaûm ñeå duy trì momen haõm cho ñeán khi ñoäng cô döøng (t5). Vieäc ñöa goùc ÑK pha α veà giaù trò max khi haõm ñeå traùnh quaù doøng ñöôïc goïi laø kyõ thuaät “PHASE BACK”, noù ñaûm baûo trung bình aùp ra khi ñoùng ñieän luoân beù hôn (soá ñaïi soá) söùc phaûn ñieän, neân doøng ñieän qua maïch khi noái söùc phaûn ñieän vaøo BBÑ luoân baèng khoâng. Ñeå doøng ñieän khoâng cho doøng vöôït quaù giaù trò cho pheùp trong quaù trình haõm, toác ñoä giaûm goùc α phaûi töông öùng vôùi toác ñoä giaûm söùc ñieän ñoäng taûi E vì I = (VO – E)/R . Voøng ñieàu khieån momen (doøng ñieän cuõng coù khaû naêng haïn cheá doøng khi quaù ñoä. Ta coøn gaëp laïi kyõ thuaät naøy trong caùc sô ñoà ñieàu khieån TÑÑ ñaûo chieàu quay. 5.TÑÑ ñaûo chieàu quay: a. Caùc sô ñoà: Vo Chænh löu ñieàu khieån pha duø coù theå cung caáp aùp ra > 0 vaø 0 (laøm vieäc phaàn tö thöù I vaø IV cuûa maët phaúng taûi VO, IO) hình 3.10a . Ñeå coù theå ñaûo chieàu doøng Phaàn tö I Io ñieän taûi, coù hai sô ñoà chính: - Söû duïng caùc tieáp ñieåm ñaûo chieàu (hình 3.10 b vaø c): Hình veõ ñang coù tieáp ñieåm T ñoùng, cung caáp 1 chieàu doøng taûi, neáu T Phaàn tö IV ngaét vaø N ñoùng doøng taûi seõ ñöôïc pheùp ñaûo chieàu. Hình 3.10a Io + + _ T N Löôùi Taûi Taûi Löôùi Löôùi _ N T _ + Hình 3.10 Sô ñoà nguyeân lyù: (a) Ñaûo chieàu duøng tieáp ñieåm (b) BBÑ ñaûo chieàu - BBÑ ñaûo chieàu: Goàm hai boä chænh löu cung caáp hai chieàu doøng taûi, hình 3.10.(c) A T1 T2 T3 i laø sô ñoà nguyeân lyù vaø hình 3.10.(d) laø sô ñoà B o cuï theå vôùi caùc boä chænh löu hình tia. C v KCB o1 b. Nguyeân lyù ñieàu khieån BBÑ ñaûo T4 T5 T6 v chieàu: o Taûi v Ñeå hai BBÑ cung caáp cuøng giaù trò VO o2 cho taûi, caùc goùc ñk pha cuûa hai BBÑ seõ coù N quan heä nhö sau khi giaû söû doøng taûi laø lieân tuïc: hình 3.10.d BBÑ 1 cung caáp aùp trung bình VO1 vôùi goùc α1, BBÑ 2 cung caáp aùp VO2 vaø α2. VO =VO1 = Vdo.cos α1 = VO2 = -Vdo.cos α2 => cos α1 = - cos α2 hay α1 + α2 = π neáu α1 > 0 : BBÑ 1 laø chænh löu => α2 < 0 : BBÑ 2 laø nghòch löu. Duøø caùc trò trung bình hai BBÑ laø baèng nhau, giaù trò töùc thôøi cuûa chuùng khoâng baèng nhau laøm xuaát hieän doøng ñieän caân baèng (coøn goïi laø tuaàn hoaøn – circulation) chæ chaïy qua hai boä chænh löu khi chuùng cuøng laøm vieäc. Doøng caân baèng coù theå raát lôùn neáu ta khoâng coù toång trôû haïn cheá chuùng. Ngöôøi ta coù caùc caùch ñieàu khieån sau: - Ñieàu khieån rieâng: Moãi luùc chæ cho moät boä chænh löu laøm vieäc töông öùng vôùi chieàu doøng Trang 11/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm ñieän hoaït ñoäng hay mong muoán. Nhö vaäy khoâng coù doøng caân baèng. Vôùi cuøng ñieän aùp VO treân taûi, khi ñaûo chieàu doøng thì moät BBÑ laø chænh löu, boä coøn laïi laø nghòch löu vaø ngöôïc laïi. Nghòch löu Chænh löu Ñieàu khieån Ñieàu khieån chung hay hoån rieâng hôïp Hình 3.11a: Ñaêïc tính cô truyeàn ñoäng ñaûo chieàu khi ñieàu khieån chung vaø rieâng. Öu ñieåm quan troïng cuûa vieäc ñieàu khieån rieâng laø maïch ñoäng löïc reû tieàn, hieäu suaát cao hôn ñieàu khieån chung. Nhöôïc ñieåm laø maïch ñieàu khieån phöùc taïp vaø ñaëc tính ñoäng keùm, caàn coù thôøi gian caû hai BBÑ khoâng laøm vieäc khi chuyeån BBÑ laøm vieäc ñeå traùnh tröôøng hôïp coù theå caû hai BBÑ cuøng daãn ñieän. - Ñieàu khieån chung (ñoàng thôøi): Hai BBÑ cuøng coù xung ñieàu khieån nhöng chæ coù moät boä coù doøng taûi, doøng caân baèng ñöôïc haïn cheá baèng cuoän khaùng KCB vaø qui luaät ñieàu khieån thích hôïp. Coù hai caùch phoái hôïp : tuyeán tính vaø phi tuyeán. • Phoái hôïp tuyeán tính: Goïi α1, α2 laø goùc ñieàu khieån pha hai boä chænh löu. Caùc aùp trung bình VO1 = VO2 = VO cho ta α1 = π - α2, töông töï nhö ñaõ khaûo saùt ôû ñieàu khieån rieâng. AÙp treân cuoän khaùng caân baèng vcb = vo1 – vo2 khoâng coù thaønh phaàn moät chieàu (trò trung Hình 3.11b Haõm vaø ñaûo chieàu ñoäng cô khi duøng BBÑ ñaûo bình baèng 0) coù theå chieàu ñieàu khieån chung tính töông töï nhö khaùng caân baèng cuûa boä chænh löu saùu pha coù khaùng caân baèng. Doøng Trang 12/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm caân baèng coù taùc duïng laøm doøng qua caùc BBÑ luoân lieân tuïc. • Phoái hôïp phi tuyeán: Ñeå giaûm nhoû kích thöôùc cuoän khaùng caân baèng trong khi vaãn haïn cheá doøng caân baèng ôû giaù trò mong muoán, ngöôøi ta ñieàu khieån cho aùp ra nghòch löu lôùn hôn aùp ra chænh löu: α2 = π + δ - α1 hay α1 + α2 > π Ñieàu khieån chung coù lôïi laø maïch ñieàu khieån ñôn giaûn, doøng taûi luoân lieân tuïc. Baát lôïi laø taêng giaù thaønh vaø toån hao coâng suaát cao do coù doøng caân baèng. Hình 3.11b cho ta quaù trình quaù ñoä cuûa BBÑ ñaûo chieàu ñieàu khieån chung khi haõm vaø ñaûo chieàu ñoäng cô moät chieàu. Ñeå yù hai BBÑ luoân coù doøng ñieän (toái thieåu laø doøng caân baèng), quaù ñoä xaûy ra moät caùch lieân tuïc. - Ñieàu khieån hoån hôïp: Sô ñoà ñieàu khieån hoån hôïp coù maïch ñoäng löïc nhö sô ñoà ñieàu khieån chung vaø ñieàu khieån chung khi doøng taûi beù vaø ñieàu khieån rieâng khi doøng taûi lôùn. Nhö vaäy ta ñaõ taän duïng taát caû öu ñieåm cuûa hai sô ñoà. c. Maïch ñieàu khieån chænh löu ñaûo chieàu ñieàu khieån rieâng: Ta bieát raèng ôû boä chænh löu keùp ñieàu khieån rieâng, moãi luùc chæ coù moät boä chænh löu laøm vieäc. Do ñoù haït nhaân cuûa maïch ñieàu khieån boä chænh löu ñaûo chieàu ñieàu khieån rieâng laø boä choïn hay ñònh höôùng xung ñeán moät trong hai boä chænh löu. Hai boä chænh löu coù theå duøng chung hay rieâng maïch phaùt xung nhöng caàn ñeå yù laø vôùi moät giaù trò aùp trung bình VO treân taûi, boä laøm vieäc trong cheá ñoä chænh löu coù goùc ñieàu khieån pha α thì boä laøm vieäc trong cheá ñoä nghòch löu nhaän xung goùc π − α. Coù hai nguyeân lyù ñeå choïn boä chænh löu: - Theo tín hieäu ñaët khi ta caàn ñaûo chieàu aùp ra: choïn laøm vieäc ôû phaàn tö I hay III. - Theo doøng ñieän taûi khi caàn ñaûo chieàu momen, chuyeån ñieåm laøm vieäc töø phaàn tö I sang II. Kyõ thuaät “phase back “ luoân ñöôïc öùng duïng ñeå traùnh quaù doøng khi cho boä chænh löu baét ñaàu laøm vieäc. Ví duï cho tröôøng hôïp choïn boä chænh löu theo tín hieäu ñaët: Khi baét ñaàu kích boä chænh löu 1, ñeå coù aùp ra döông, ta baét ñaàu baèng cho goùc ñieàu khieån pha giaù trò max vaø giaûm laàn ñeán giaù trò laøm vieäc. Töông töï, giaû söû boä chænh löu 1 ñang laøm vieäc vôùi VO > 0 (cheá ñoä chænh löu). Khi söùc phaûn ñieän cuûa taûi taêng daàn, neáu trung bình aùp ra boä chænh löu laø khoâng ñoåi, doøng taûi IO = (VO – E)/R giaûm laàn ñeán zero. Khi ñaõ ñaûm baûo doøng qua boä chænh löu 1 baèng khoâng, coù theå kích boä chænh löu 2 töø goùc αmax vaø cuõng giaûm daàn ñeán giaù trò laøm vieäc – Vo < 0 töông öùng vôùi cheá ñoä nghòch löu. Phaûn hoài ñieän aùp giuùp cho ta tìm ñeán ñieåm laøm vieäc vaø phaûn hoài aâm doøng haïn cheá khaû naêng quaù doøng coù theå xaûy ra. Ñeå ñaûm baûo doøng qua moät boä chænh löu thaät söï baèng khoâng tröôùc khi kích boä chænh löu coøn laïi, caàn delay moät baùn kyø tröôùc khi kích caùc SCR trôû laïi ñeå traùnh khaû naêng ngaén maïch hai boä chænh löu. III.3 TÑÑ ÑCÔ DC DUØNG BBÑ AÙP DC: 1. Giôùi thieäu chung: Nhö ta ñaõ bieát, BBÑ aùp DC coù theå duøng ñeå ñieàu khieån ñoäng cô DC trong caùc tröôøng hôïp: - Söû duïng trong caùc truyeàn ñoäng ñoäng cô chaáp haønh khi khai thaùc caùc öu ñieåm sau cuûa BBÑ aùp DC: taùc ñoäng nhanh nhôø söû duïng taàn soá ñieàu roäng xung lôùn (vôùi ngaét ñieän transistor), Trang 13/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm sô ñoà laøm vieäc 4 phaàn tö ñôn giaûn vaø reû tieàn hôn chænh löu ñieàu khieån pha. Khi duøng cho coâng suaát lôùn (vaøi traêm kW), caùc öu ñieåm naøy khoâng coøn vì caùc ngaét ñieän thyristor laøm vieäc ôû taàn soá thaáp hôn vaø yeâu caàu maïch taét phöùc taïp. Ngaøy nay, truyeàn ñoäng DC cho ñoäng cô chaáp haønh daàn bò thay theá baèng caùc HT truyeàn ñoäng duøng ñoäng cô AC vôùi chaát löôïng ngaøy caøng cao. - Nguoàn ñieän moät chieàu coù saün nhö tröôøng hôïp caùc heä thoáng vaän taûi coâng coäng ôû caùc nöôùc hay caùc heä thoáng duøng accu. Ngay caû ôû tröôøng hôïp naøy, caùc heä thoáng söû duïng ñoäng cô AC cuõng toû ra öu theá khi giaù thaønh caùc boä nghòch löu coâng suaát lôùn ñang giaûm nhanh. Vieäc thieát keá BBÑ coù caùc ñieåm caàn löu yù sau: - Moät caùc toång quaùt, sô ñoà khoái HT khoâng thay ñoåi so vôùi boä nguoàn hay chænh löu ñieàu khieån pha. - Ñeå haïn cheá doøng ñieän, beân caïnh vieäc söû duïng voøng ñieàu khieån doøng ñieän, ngöôøi ta coù theå tích hôïp vaøo maïch laùi boä phaän haïn doøng töùc thôøi, khoùa transistor ngay khi doøng ñieän vöôït quaù giaù trò cho pheùp (xem laïi chöông 1). Maïch haïn doøng naøy coù theå thay theá voøng doøng ñieän neáu taûi khoâng caàn haïn cheá momen (nhö ôû caùc heä thoáng ñieàu khieån vò trí caàn taùc ñoäng nhanh hay coâng suaát beù). - Vieäc choïn sô ñoà ñoäng löïc vaø ñieàu khieån caàn ñeà yù ñeán khaû naêng haõm cuûa BBÑ. 2. Caùc sô ñoà ñoäng löïc vaø thuaät toaùn ñieàu khieån: S1 i + + o D1 D1 D3 S1 S1 S3 + R D2 L io iVoo V V V E _ D2 D2 D4 _ S2 Vo _ S2 S4 (a) (b) (c) Hình 3.12: BBÑ laøm vieäc 1 phaàn tö maët phaúng taûi (a), 2 phaàn tö I vaø II (b), I vaø IV (b1) vaø 4 phaàn tö (c). Ñeå doøng ñieän trong hai sô sô ñoà (b) vaø (c) lieân tuïc, ñaûm baûo söï di chuyeån nhanh choùng cuûa ñieåm laøm vieäc töø + D3 phaàn tö thöù I qua II, ta caàn coù söï ñoùng ngaét ngöôïc pha giöõa S1 hai ngaét ñieän noái tieáp nhau: S1, S2 hay S3,S4. io V Thaät vaäy haõy xem sô ñoà (b). Khi S1 ñoùng, S2 ngaét Vo vaøngöôïc laïi: doøng taûi coù theå ñaûo chieàu maø aùp ra khoâng D2 ñoåi. Ví duï nhö khi S1 ñoùng, aùp ra seõ baèng V vaø khi S2 _ S4 ñoùng aùp ra baèng 0 baát chaáp chieàu doøng ñieän iO. Do ñoù sô ñoà (b) coù theå laøm vieäc trong cheá ñoä giaûm aùp (phaàn tö I) (b1) hay taêng aùp (phaàn tö II) phuï thuoäc töông quan giöõa trung bình aùp ra VO vaø söùc phaûn ñieän E cuûa ñoäng cô. Khi ñang keùo ôû toác ñoä cao: VO > E vaø IO > 0 , ta giaûm VO. Do ñoäng naêng phaàn quay, E khoâng thay ñoài töùc thôøi vaø > VO : IO ñaûo chieàu vaø ta coù cheá ñoä haõm cho ñeán khi VO > E trôû laïi. Trang 14/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm BAÛNG TOÙM TAÉT CAÙC PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU KHIEÅN SÔ ÑOÀ CAÀU (hình 3.12c) Caùch ñieàu khieån Phaàn tö laøm vieäc Ñaëc ñieåm SS1243=== S S 4 phaàn tö lieân tuïc chaát löôïng ñoäng hoïc toát nhaát, löu yù truøng daãn, nhaáp nhoâ doøng cao laøm taêng toån hao ñieàu roäng S1, S4 khi quay I cho quay thuaän, muoán haõm hay ñaûo chieàu caàn thay ñoåi thuaän, ñieàu roäng S2, S3 khi III quay ngöôïc luaät ñk, ñk ñôn giaûn, ít toån hao, khoâng quay nghòch theå truøng daãn SS12= cho ñk toác ñoä, I, II quay thuaän, haõm döøng toát, ñaûo chieàu caàn thay ñoåi III,IV quay ngöôïc luaät ñk, ít toån hao, löu yù truøng daãn SS43= ñeå choïn chieàu quay SSSS12,43== 4 phaàn tö lieân tuïc chaát löôïng ñoäng hoïc toát nhaát, nhaáp nhoâ SSwt14()=−π ø leäch nhau doøng thaáp vaø sô ñoà phöùc taïp nhaát, löu yù goùc π truøng daãn. Sô ñoà (b1) laø tröôøng hôïp cuûa sô ñoà (c) khi ta ñoùng ngaét S1, S4 (S2, S3 luoân ngaét) ñeå cung caáp doøng > 0 cho taûi vaø ñoùng ngaét S2, S3 ñeå cung caáp doøng delay -> ñoùng xung S2, S3 ôû aùp ra thích hôïp traùnh vieäc quaù doøng. Khi haõm döøng, ta coù theå noái taét phaàn öùng ñoäng cô baèng moät R nhoû ñeå haõm ñoäng naêng. Söï ñoùng ngaét ngöôïc pha giöõa hai ngaét ñieän noái tieáp nhau (S1, S2 hay S3,S4) trong BBÑ aùp DC coù moät nhöôïc ñieåm laø coù khaû naêng xaûy ra truøng daãn hai ngaét ñieän noái tieáp: S1 chöa khoùa khi ta ñoùng S2, laøm ngaén maïch nguoàn. Ñieàu naøy coù theå loaïi boû baèng moät khoaûng thôøi gian nhoû (vaøi microsec) khoâng coù ngaét ñieän laøm vieäc giöõa hai khoaûng daãn cuûa S1, S2, thöïc hieän chuû ñoäng baèng maïch phaùt xung hay moät maïch treã trong khoái laùi transistor. Ví duï veà maïch ñieàu khieån BBÑ aùp DC coâng suaát beù ( < 5A, < 36 V) Sau ñaây laø moät soá sô ñoà ÑÔN GIAÛN, khoâng coù maïch caûi thieän ñoùng ngaét, coù theå duøng ôû coâng suaát beù, taàn soá thaáp. - Khi doøng qua ñoäng cô < 1 A, ta coù theå duøng vi maïch SN754410 cuûa haûng Texas Instrument, coù voû daïng DIP16, trong coù 4 nöûa caàu ñoäc laäp coù theå gheùp thaønh hai caàu. Vôùi 2 coång EX-OR (CD4070 hay MC14070) ta ñieàu khieån caàu baèng caùc tín hieäu: • PWM: ñieàu roäng xung. • EN: cho pheùp hoaït ñoäng khi coù logic cao. • DIR: Choïn chieàu quay. Diod phoùng ñieän caàn duøng loaïi phuïc hoài nhanh, ví duï FR105 hay FR157. Ñeå traùnh hieän töôïng truøng daãn coù theå xaûy ra khi hai transistor cuûa nöûa caàu chuyeån maïch, moät ñieän trôû noái tieáp nguoàn ñöôïc theâm vaøo. Vi maïch SN754410 khoâng coù baûo veä nhieät hay quaù doøng nhö moät soá vi maïch ñieàu khieån ñoäng cô khaùc. Trang 15/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm CON1 VCC 1 2 C1 R1 220u/25v 5V 2.2/3W U2A U1A R2 14070 D1 PWM 1K 1 CON2 3 OUT1 2 3 2 2 1 R4 D4 EN 10K 1 SN754410 D7 J2 R8 5 4 7 6 1 R10 10K 6 2 DIR 1K 3 U1B D11 4 5 4 C2 14070 47u - MosFET keânh n IRF540 (IDmax = 33 A) vaø boå phuï IRF9540 (keânh p) coù theå ñöôïc laùi tröïc tieáp baèng caùc optron khi ta khoâng yeâu caàu ñaëc tính ñoùng ngaét toát nhö sô ñoà sau: VCC VCC V (töø 12 ñeán 24V) OPTO3 OPTO1 1 4 4 1 12V 3k3 Q3 3k3 Q1 12V 2 3 3 2 M? 1k 1k + - 330 A 330 1k 1k Q4 Q2 OPTO2 OPTO4 1 4 4 1 3k3 12V 3k3 12V 2 3 3 2 D21 D20 Q10 Q11 Q12 CHAÏY (Thuaän)HAÕM (ñoäng naêng) CHAÏY (Nghòch) Hình 3.13: Moät soá sô ñoà caàu vôùi maïch laùi ñôn giaûn. VCC coù theå baèng 5 V hay cao hôn khi thay ñoåi caùc ñieän trôû haïn doøng cuûa caùc LED ñaàu vaøo optron. Caùc diod oån aùp 12V duøng ñeå baûo veä quaù aùp cho coång cuûa MosFET khi aùp phaân cöïc lôùn hôn 20 V. Transistor haõm ñoäng naêng Q11 cho pheùp thöïc hieän vieäc haõm ñoäng naêng khi voâ hieäu hoùa transistor chaïy thuaän Q10 vaø nghòch Q11, caáp ñieän cho OPTO1 vaø OPTO3 phaân cöïc cho Q1 vaø Q3 daãn ñieän, noái ngaén maïch ñoäng cô. Löu yù doøng ngaén maïch töùc thôøi coù theå taêng ñeán giaù trò raát lôùn, coù theå laøm hoûng MosFET. Tín hieäu CHAÏY thuaän coù theå laø nghòch ñaûo cuûa CHAÏY nghòch ñeå ñieàu khieån ñöôïc 4 phaàn tö. Khi ñoù caàn coù bieän phaùp ñeà phoøng söï truøng daãn cuûa 2 MosFET maéc noái tieáp. Ngoaøi ra, Trang 16/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm ñeå traùnh caùc khaû naêng taùc ñoäng nhaèm, caàn coù söï lieân ñoäng cuûa ba tín hieäu ñieàu khieån ñeå traùnh ngaén maïch nguoàn (nhö sô ñoà ñieàu khieån ñoäng cô nhoû duøng vi maïch SN754410). III.4 ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ BÖÔÙC: 1. Nguyeân lyù hoaït ñoäng, phaân loaïi: Ñoäng cô böôùc thöôøng duøng laøm phaàn töû chaáp haønh trong caùc heä thoáng töï ñoäng, coù rotor chuyeån ñoäng töøng goùc xaùc ñònh (goïi laø böôùc) khi caùc cuoän daây ñöôïc cung caáp moät xung doøng ñieän, vaø nhôø xung doøng naøy ñeå giöõ ôû vò trí môùi cho ñeán xung keá tieáp. Nhôø ñoù, noù laø phaàn töû lyù töôûng cho caùc heä thoáng ñieàu khieån vò trí vôùi caùc öu ñieåm: tröïc tieáp ñieàu khieån vò trí – khoâng thoâng qua toác ñoä, chæ caàn ñieàu khieån voøng hôû vaø duøng kyõ thuaät soá. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát laø chæ coù theå cheá taïo ñöôïc loaïi coâng suaát beù. Coù ba loaïi ñoäng cô böôùc: - Ñoäng cô böôùc loaïi töø trôû (reluctance type) hình 3.14, rotor laø khoái saét töø coù nhöõng raêng di chuyeån tröôùc nhöõng cuoän daây sao cho töø trôû maïch laø beù nhaát töông öùng löïc huùt (holding torque) lôùn nhaát khi cuoän daây töông öùng coù doøng ñieän. Phuï thuoäc vaøo thöù töï kích Cuoän daây 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 Cuoän daây 2 0 1 0 0 1 0 0 1 0 Cuoän daây 3 0 0 1 0 0 1 0 0 1 Cöïc töø X Y X Y X Y X Y X Cuoän daây 1 2 3 1 2 3 1 2 3 thôøi gian > (a) Hình 3.14: (b) xung caùc cuoän daây ta coù söï di chuyeån cuûa rotor. Vôùi sô ñoà hình 3.14.a, ñoäng cô coù 3 cuoän daây vaø 4 raêng, caàn 9 xung ñeå rotor ñi ñöôïc ½ voøng nhö hình 3.14.b. - Ñoäng cô böôùc loaïi nam chaâm vónh cöûu: coù rotor laø nam chaâm vónh cöûu coù löïc keùo maïnh hôn vì keát hôïp löïc nam chaâm ñieän cuûa cuoän daây vaø nam chaâm rotor. Hình 3.15.a trình baøy caáu taïo cuûa ñoäng cô hai cuoän daây coù ñieåm giöõa vaø rotor laø 3 nam chaâm. Doøng ñieän chaûy qua cuoän 1a laøm caëp cöïc töø 1 coù cöïc tính nhö hình veõ, vaø cöïc tính naøy seõ ñaõo laïi neáu kích vaøo 1b. Nhö vaäy cuõng coù theå xem ñoäng cô naøy coù 4 cuoän daây moät cöïc tính hay hai cuoän daây laøm vieäc 2 cöïc tính. Sô ñoà xung ñieàu khieån ñoäng cô hình 3.15.b vaø 3.15.c khaùc nhau ôû choã moãi luùc coù 1 vaø 2 cuoän daây coù ñieän (single winding vaø two winding). Hình 3.16 trình baøy Cuoän daây 1a 1000100010001 Cuoän daây 1b 0010001000100 Cuoän daây 2a 0100010001000 (b) Cuoän daây 2b 0001000100010 thôøi gian > (a) Hình 3.15: Cuoän daây 1a 1100110011001 Cuoän daây 1b 0011001100110 Cuoän daây 2a 0110011001100 Trang 17/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm Cuoän daây 2b 1001100110011 thôøi gian > Hình 3.15.c: Hình 3.16: momen giöõ (holding torque) theo vò trí rotor öùng vôùi hai tröôøng hôïp ñieàu khieån cuûa ñoäng cô rotor nam chaâm vónh cöûu. Truïc tung öùng vôùi truïc moät cuoän daây, momen seõ cöïc ñaïi khi truïc cöïc töø rotor cuøng cöïc tính coù hoaønh ñoä baèng khoâng vaø cöïc tieåu (aâm) khi ngöôïc cöïc tính. Nhaän xeùt laø ñieàu khieån vôùi hai cuoän daây coù ñieän cho ra momen lôùn hôn nhöng tieâu taùn naêng löôïng nhieàu hôn. - Thöôøng gaëp hôn laø loaïi ñoäng cô böôùc hoãn hôïp vôùi rotor laø nam chaâm vónh cöûu nhöng coù caû raêng ñeå taêng ñoä phaân giaûi (soá böôùc trong moät voøng). Terminal 1 ++++ +++++ + Terminal 2 +++++ +++++ Terminal 3 ++ +++++ +++ Terminal 4 -+++++ +++++ Terminal 5 +++++ +++++ time > Hình 3.17: Ñoäng cô böôùc 5 pha noái sao. - Hình 3.17 cho ta sô ñoà noái daây ñoäng cô böôùc loaïi 5 pha noái sao, maïch ñoäng löïc goàm 5 nöûa caàu (10 ngaét ñieän) ñöôïc ñieàu khieån ñeå 5 ngoû ra coù cöïc tính theo trình töï treân cho 1 chieàu quay. Nguyeân taéc laø caùc ngoû ra thay ñoåi traïng thaùi theo thöù töï 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 (hình 3.17) cho moät chieàu quay vaø ngöôïc laïi cho chieàu ngöôïc. b. Sô ñoà ñieàu khieån: Hình 3.18: (a) (b) Trang 18/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A
(C) 2006 Huỳnh Văn Kiểm Hình 3.19: (a) (b) Hình 3.18.a vaø 3.18.b cho ta sô ñoà 24V nguyeân lyù maïch ñoäng löïc ñieàu khieån ñoäng cô R1 böôùc cuûa hai loaïi töø trôû vaø nam chaâm vónh cöûu ÑK1 R2 Q1 D1 (hay hoån hôïp). Tín hieäu ñieàu khieån (control 12V signals) taùc ñoäng caùc ngaét ñieän ñieän töû Tín hieäu ñieàu khieån (switches) – thöôøng laø transistor (BJT hay R3 FET), ñoùng ngaét caùc cuoän daây ñoäng cô (motor ÑK1 windings) vaøo nguoàn caáp ñieän moät chieàu (supply). ÑK2 Q2 Doøng qua Hình 3.19 (a) vaø (b) cho ta hai sô ñoà R4 cuoän daây logic ñeå ñieàu khieån ñoäng cô böôùc rotor nam chaâm vónh cöûu loaïi 4 cuoän daây, ñoùng ñieän moãi ÑK2 R5 laàn hai cuoän daây. Xung ñieàu khieån böôùc (take step) ñöa vaøo chaân xung nhòp C (CLK) cuûa D Hình 3.20: Maïch laùi cuoän daây 1 cöïc tính flip flop. sô ñoà (b) cho pheùp ñaûo chieàu quay töø tín hieäu chieàu (direction) ñieàu khieån coång EX– OR cuûa xung ñieàu khieån böôùc. Cuoän daây ñoäng cô böôùc coù theå ñöôïc xem nhö moät taûi RL bình thöôøng, nhöng ñeå coù daïng doøng toái öu: nhanh choùng ñaït ñöôïc bieân ñoä lôùn (ñeå cho ra momen quay lôùn), sau ñoù giaûm doøng veà giaù trò beù (haïn cheá phaùt noùng cuoän daây) ñuû giöõ rotor ñöùng yeân, sô ñoà hình 3.20 coù theå ñöôïc duøng. AÙp cung caáp taêng leân khaù cao (24V) vaø duøng R3 haïn doøng cho pheùp xaùc laäp doøng ñieän lôùn qua cuoän daây nhanh choùng vôùi Q1 vaø Q2 cuøng ñoùng. Khi rotor ñoäng cô ñeán vò trí môùi: Q1 taét, nguoàn caáp ñieän cuoän daây chæ coøn 12 V qua D1, ñaûm baûo doøng ñieän duy trì cho ñeán khi coù xung böôùc môùi. Caùc sô ñoà ñoäng löïc treân chæ taïo ra xung moät cöïc tính, thích hôïp nhaát vôùi loaïi 4 cuoän daây (6 ñaàu ra), vôùi moät soá loaïi khaùc (3, 5 pha) hay coâng suaát lôùn ta caàn xung 2 cöïc tính. Luùc ñoù moãi cuoän daây seõ ñöôïc noái vôùi moät caàu 4 transistor (BBÑ 4 phaàn tö) hay caùc ñaàu daây ñoäng cô ñöôïc noái vôùi moät caàu nhieàu pha (nghòch löu nhieàu pha) vôùi sô ñoà phaùt xung treân vôùi moät ít thay ñoåi. Trang 19/ chuong 3.doc Daøn baøi Ñieän töû coâng suaát II A