Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ - 0trang

được dùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ. Ngồi lĩnh vực điều khiển

hay ổn định tải thì PWM nó còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như là

: boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha...PWM chúng ta còn gặp nhiều trong

thực tế và các mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để

điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính khi

có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định

Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của

sườn dương hoặc là sườn âm.

Để dễ hiểu hơn ta có hình vẽ sau :



Hình 1.1.Đồ thị dạng xung điều chế PWM



Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên

(Sườn dương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính

bằng phần trăm tức là độ rộng của nó được tính như sau :

độ rộng = (t1/T).100 (%)

Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì điện áp đầu ra sẽ

càng lớn. Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là :

5



+ Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V)

+ Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V)

+ Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V)

Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì độ rộng xung nào.

1.1.1.Nguyên lý của phương pháp PWM

Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới

tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử

thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn.

Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng

Mosfet



Hình.1.2.Sơ đồ đóng ngắt nguồn với tải



6



Hình 1.3.Đồ thị xung của van điều khiển và đầu ra

Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân

điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.

* Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mở tồn bộ điện áp

nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa,

cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung

cấp tồn bộ , một phần hay khóa hồn tồn điện áp cung cấp cho tải.

+ Cơng thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :

Gọi to là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở )còn T là thời gian của cả

sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.

==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D

với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng %

Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng

bình trên tải sẽ là :

+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)

+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)

+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)

1.1.2.Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển

Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thơng dụng : Bằng phần cứng

và bằng phần mềm. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh

hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555,

LM556...Trong phần mềm được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo

bằng phần mềm thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng. Nên người

ta hay sử dụng phần mềm để tạo PWM

1.1.2.1 Tạo bằng phương pháp so sánh

7



Để tạo được bằng phương pháp so sánh thì cần 2 điều kiện sau đây :

+ Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM

+ Tín hiệu tựa là một điện áp chuẩn xác định mức cơng suất điều chế (Tín

hiệu DC)

Xét sơ đồ mạch sau :



Hình.1.4.Tạo xung vng bằng phương pháp so sánh

Chúng ta sử dụng một bộ so sánh điện áp 2 đầu vào là 1 xung răng cưa

(Saw) và 1 tín hiệu 1 chiều (Ref)

+ Khi Saw < Ref thì cho ra điện áp là 0V

+ Khi Saw > Ref thì cho ra điện áp là Urmax

Và cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì Output lại có chuỗi xung

độ rộng D thay đổi với tần số xung vuông Output = tần số xung răng cưa

Saw.

Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều chỉnh

R2 là có thể thay đổi độ rộng xung dễ dàng. Ngồi 555 ra còn rất nhiều các

IC tạo xung vuông khác



1.1.2.2 Tạo bằng phương pháp dùng IC dao động

8



Như chúng ta đã bít thì có rất nhiều IC có thể tạo được trực tiếp ra xung

vng mà khơng cần phải tạo tín hiệu tam giác làm gì vì trong đó nó đã tích

hợp sẵn hết cả rồi và ta chỉ việc lắp vào là xong. Tôi lấy ví dụ dùng dao động

IC555 vì con IC này vừa đơn giản lại dễ kiếm



Hình 1.5.Mạch tạo xung đơn giản dung 555

Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều chỉnh

R2 là có thể thay đổi độ rộng xung dễ dàng. Ngồi 555 ra còn rất nhiều các

IC tạo xung vuông khác

1.1.2.3 Tạo xung vuông bằng phần mềm.

Đây là cách tôi ưu trong các cách để tạo được xung vuông. Với tạo bằng

phần mềm cho độ chính xác cao về tần số và PWM. Với lại mạch của chúng

ta đơn giản đi rất nhiều. Xung này được tạo dựa trên xung nhịp của CPU

1.1.3.Một vài ứng dụng nổi bật của PWM

1.1.3.1.PWM trong điều khiển động cơ

Điều mà chúng ta dễ nhận thấy rằng là PWM rất hay được sử dụng trong

động cơ để điều khiển động cơ như là nhanh , chậm, thuận ,nghịch và ổn

định tốc độ cho nó. Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1

chiều. và sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC là :



9



Hình 1.6.Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC

Đây là mạch đơn giản điều khiển động cơ. Nếu muốn điều khiển động cơ

quay thuận quay ngược thì phải dùng đến cầu H.

1.1.3.2. Trong các bộ biến đổi xung áp

Trong các bộ biến đổi xung áp thì PWM đặc biệt quan trọng trong việc

điều chỉnh dòng điện và điện áp ra tải.Bộ biến đổi xung áp có nhiều loại như

là biến đổi xung áp nối tiếp và bộ biến đổi xung áp song song. Lấy 1 mạch

nguyên lý đơn giản trong bộ nguồn Boot đơn giản.Đây chỉ là mạch nguyên

lý.



Hình 1.7.Sơ đồ mạch nguyên lý của mạch nguồn Boot

Đây là nguyên lý của mạch nguồn Boot. Dùng xung điều khiển để tạo tích

lũy năng lượng từ trường để tạo điện áp ra tải lớn hơn điện áp vào.

Ngoài những cái trên thì PWM còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi

DC -AC , hay trong biến tần, nghịch lưu.



10



1.1.4.Ưu nhược điểm mạch PWM làm mạch điều khiển động cơ DC:

1.1.4.1.Ưu điểm:

- Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó loại

bỏ được mất mát về năng lượng đốt nóng hay năng lượng rò rỉ tại lối ra.

- Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính.

- Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM

so với khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi

xung PWM.

1.1.4.2.Nhược điểm:

- Cần các mạch điện tử bổ trợ - giá thành cao

- Các xung kích lên 12 Volt có thể gây nên tiếng ồn nếu mô tơ không được

gắn chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp phải trường hợp cộng hưởng

của vỏ.

- Ngoài ra việc dùng chuỗi xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ của

mô tơ.

1.2.Giới thiệu về mạch cầu H

Mạch cầu H là được gọi là mạch cầu H vì nó được cấu tạo bởi 4 transitor

hay là Fet. Đôi khi mạch cầu H cũng được cấu tạo bởi 2 transitor hay Fet

Tác dụng của transitor và Fet là các van đóng mở dẫn dòng điện từ nguồn

xuống tải với cơng suất lớn. Tìn hiệu điều khiển các van là tín hiệu nhỏ (điện

áp hay dòng điện) và cho dẫn dòng và điện áp lớn để cung cấp cho tải.

Hiểu như thế này tín hiệu điều khiển của mình là nhỏ thường là tín hiệu

đầu ra của vi điều khiển là nhỏ hơn 5V (do các điều chế PWM) mà điều

khiển động cơ cần dòng điện và điện áp lớn. Các van điều khiển hay các

chân điều khiển chỉ cần tín hiệu nhỏ (Điện áp hay dòng điện) là mở khóa

(Transitor) dẫn dòng cho tải. Nên thế mới dùng mạch cầu H

Mạch cầu H có thể đảo chiều dòng điện qua tải nên thế nó hay được dùng

trong các mạch điều khiển động cơ DC và các mạch băm áp. Đối với mạch

điều khiển động cơ thì mạch cầu H có thể đảo chiều động cơ quá là đơn giản.

chỉ cần mở khóa các van đúng chiều mà mình muốn.

1.2.1.Các dạng của mạch cầu H

Mạch cầu H được cấu tạo bởi 3 dạng chính:

11



a,Dạng 1

Được cấu tạo bởi 4 transitor (Fet) Cùng kênh N.Nguyên lý mạch được cấu

tạo như sau (dùng transitor để mình họa)



Hình 1.8. Sơ đồ nguyến lý mạch cầu H dùng Transistor

Đối với dạng này thì được cấu tạo bởi các transitor cùng kênh N. và chỉ

cần 2 tín hiệu điều khiển kích mở các transitor

b.Dang 2

Được cấu tạo bởi 2 cặp đôi transitor P,N hay FET (Thuận Ngược). Sơ đồ

nguyên lý cấu tạo của nó được cấu tạo như sau



Hình 1.9.Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dùng Transistor P,N hay Fet

Đối với thiết kế này quả là thấy khá là ổn định .Và như thế chúng ta sẽ thấy

là cần 4 tín hiệu điều khiển nhưng trong thực tế mình chỉ cần 2 tín hiệu điều

khiển đã có thể điều khiển được Cho nên kiểu dạng 2 này được sử dụng

12



nhiều trong lĩnh vực điều khiển hơn.

c.Dạng 3

Mạch cầu H dùng Rơle:Là một dạng “công tắc”(switch) cơ điện (electrical

mechanical device),chúng gồm các tiếp điểm cơ được điều khiển đóng mở

bằng dòng điện .Với khả năng đóng mở các tiếp điểm ,rơ le đúng là một lựa

chọn tốt để làm khóa cho mạch cầu H.Thêm nữa chúng lại được điều khiển

bằng tín hiệu điện,Nghĩa là chúng ta có thể dùng AVR (hay bất kỳ chip điều

khiển nào) để điều khiển Rowle, qua đó điêu khiển mạch cầu H.



Hình 1.10 Cấu tạo và hình dáng của rơle thơng dụng



1.2.2.Ngun tắc hoạt động chung của mạch cầu H

Trong hình 1, hãy xem 2 đầu Vvà GND là 2 đầu (+) và (-) của ắc quy, “đối

tượng” là động cơ DC mà chúng ta cần điều khiển , “đối tượng” này có 2 đầu

A và B, mục đích điều khiển là cho phép dòng điện qua “đối tượng” theo

13



chiều A đến B hoặc B đến A.Thành phần chính tạo nên mạch cầu H chính là

4 “khóa” L1.L2,R1 VÀ R2(L:Left,R:Right). Ở điều kiện bình thường 4 khóa

này “mở”,mạch cầu H khơng hoạt động.Tiếp theo ta khảo sát hoạt động của

mạch cầu H thơng qua các hình minh họa 1.11a và 1.11b



Hình 1.11.Ngun lý hoạt động mạch cầu H

Giả sử bằng cách nào đó mà 2 khóa L1 và R2 được “đóng lại” (L1 và R1

vẫn mở), dễ dàng hình dung có một dòng điện chạy từ V qua khóa L1 đến

đầu A và xuyên qua đối tượng đến đầu B của nó trước khi qua R2 và vè

GND (Như hình 1.11a).Như thế, với giả sử này sẽ có dòng điện chạy qua đối

tượng theo chiều từ A đến B.Bây giờ hãy giả sử khác đi rằng R1 và L2 đóng

trong khi L1 và R2 mở ,dòng điện lại xuất hiện và lần này nó sẽ chạy qua đối

tượng theo chiều từ B đến A như trong hình 1.11b (V->R1->A->L2>GND).Vậy là đã rõ chúng ta có thể dung mạch cầu H để đảo chiều dòng

điện qua một “đối tượng”(hay cụ thể là đảo chiều động cơ)

1.2.3 Ưu nhược điểm của cầu H.

a ) Ưu điểm : Sử dụng cầu H làm cho mạch trở nên đơn giản hơn và chỉ cần 1

nguồn điện.

b) Nhược điểm : Nếu như mạch điều khiển thì cùng bật 2 cơng tắc ở cùng 1

nửa cầu thì sẽ mạch động lực của chúng ta bị ngắn mạch nguồn. Nếu hiện

tượng xảy ra trong 1 thời gian ngắn (Quá độ ) Sẽ xuất hiện dòng trùng dẫn qua

van cơng suất làm tăng công suất tiêu tán trên van. Nếu thời gian trùng dẫn đủ

dài, dòng trùng dẫn sẽ lớn làm cháy van công suất.



CHƯƠNG II.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

14



Trong nền sản xuất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm

ưu thế so với động cơ điện một chiều. Đó là do sự ra đời của các máy

biến tần, tuy vậy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện Khơng Đồng Bộ

vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy, động cơ điện một chiều với đặc tính

điều chỉnh tốc độ rất tốt vẫn còn được dùng nhiều trong trong các ngành

cơng nghiệp có u cầu cao về điều chỉnh tốc độ.

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ điện một chiều dưới các góc độ:

• Ngun lý hoạt động chung.

• Cấu tạo chung.

• Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.

• Các chế độ khởi động của động cơ điện một chiều.

2.1. NGUYÊN LÝ CHUNG



Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng

cảm ứng điện từ.



I



Hình 2.1.Cấu tạo động cơ điện một chiều

Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng

lực từ. Vì vậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổi

than B thì các thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên cạnh đó do dòng

điện chỉ đi vào thanh dẫn nằm dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm

trên cực S nên dưới tác dụng của từ trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mơ

men có chiều khơng đổi và làm cho roto của máy quay.

Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần

15



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×