Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
c.Phương pháp điều khiển không đối xứng

c.Phương pháp điều khiển không đối xứng

Tải bản đầy đủ - 0trang

∗ Trạng thái 1: γ E>Et : Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ nhất .Năng lượng cấp cho



động cơ được cấp từ nguồn thông qua các van S1,S2 dẫn trong khoảng 0 ÷ t1 .

+Trong khoảng t1 ÷T :Năng lượng tích trữ trong điện cảm sẽ duy trì cho dòng điện theo

chiều cũ và khép mạch qua S2,Đ4.

∗ Trạng thái 2: γ E


+Trong khoảng 0 ÷t1 :Động cơ trả năng lượng về nguồn thơng qua các Điơt Đ1,Đ2

(IĐ1=IĐ2=It)

+Trong khoảng t1 ÷T :S4 dẫn ,dòng tải khép mạch qua Đ2 ,S4 (IĐ2=IS4=It)

∗ Trạng thái 3: γ E=Et :



+Trong khoảng 0 ÷t0: Et > γ E :Động cơ trả năng lượng về nguồn qua Đ1 và Đ2

(IĐ1=IĐ2=It)

+Trong khoảng t0 ÷t1 : γ E>Et : Động cơ làm việc ở chế độ động cơ Năng lượng từ

nguồn qua S1 , S2 cấp cho động cơ

+Trong khoảng t1 ÷t2: S1 khóa ,S4 mở .Năng lượng tích luỹ trong điện cảm sẽ cấp

cho động cơ và duy trì dòng điện qua Đ2 ,Đ4

+Trong khoảng t2 ÷T :Khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết ,suất điện động động cơ

sẽ đảo chiều dòng điện và dòng tải sẽ khép mạch qua S4 ,Đ2

Để động cơ làm việc theo chiều ngược lại ,luật điều khiển các van sẽ thay đổi theo chiều

ngược lại. Trong trường hợp này, van và S 2 dẫn ngược nhau, van ln dẫn, van ln

khóa.

Các biểu thức tính tốn:

+­Giá trị dòng trung bình qua tải

Ta có L. + R.it + E = U

Do đó . + + .dt = .dt

R.It + E = γ U

=> It =

+ Dòng trung bình qua van Is =

Với a1 =



b1 = Rút gọn ta có Is = γIt



+Dòng trung bình qua Diot

ID = - It

+ GIá trị trung bình điện áp ra tải Ut = γU

Vậy để điều khiển động cơ ta chỉ cần điều khiển γ để điều chỉnh điện áp ra tải



CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH LỰC

2.1 Thiết kế mạch lực

Sơ­đồ­mạch­lực­như­sau:



Chức năng từng phần tử trong mạch:

-



Nguồn V: điện áp một chiều cung cấp cho động cơ.



-



Diot: bảo vện điện áp ngược đặt lên 2 đầu của van IGBT



2.2 Tính toán lựa chọn các phần tử trong mạch

a) Tính tốn động cơ:



Thơng số động cơ: P= 1kW, Udm= 200V, Idm= 10A, Ikt=0.5A, ndm=3000v/p

Tốc độ định mức của động cơ:

(rad/s)

Điện trở phần ứng

= 0.5(1-)= 0.5(1-)= 0.25(Ω).



Điện áp phần ứng:

=Udm- . Idm= 200-0.27x10=220 - 2.5= 117.5 v

b) Lựa chọn Diot:



Diot công suất được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản: dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều

kiên tản nhiệt, điện áp làm việc. Các thơng số cơ bản của van Diot được tính toán như sau:

khi bỏ qua sự sụt áp trên các van

+Dòng điện trung bình chạy qua Diode ID = (1- γ )It Với giá trị dòng điện định mức

động cơ là Itđm =18(A)

Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt

thơng gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % Idm

Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =18/0.5=36(A)

Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp

trên các van ) là: Ungmax=E=200(V)

Chọn hệ số quá điện áp ku = 2 nên Ungv =ku.Ungmax = 2*200=400(V).



c) Lựa chọn van IGBT



Xuất phát từ yêu cầu về công nghệ ta phải chọn van bán dẫn là loại van điều khiển hồn

tồn là IGBT.

+Tính dòng trung bình chạy qua van: Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy:

Dòng điện trung bình chạy qua van lµ : IS = γ It

Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =18(A)

+ Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt

thơng gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % Idm.

Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax =18/0.5=36(A).

Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên

các van ) là Ungmax=E=400(V).

Chọn hệ số quá điện áp ku = 2 nên Ungv =ku.Ungmax = 2*200=400(V).



Loại

BSM50GB60DL

C



NSX

eupec

Gmb

H



Điện­áp

Vcemax

(V)



Dòng

điện

ICmax­(A)­ở

25oC



Điện­áp

Vgeth

(V)



Cơng­suất

Ptotmax

(W)



R

(K/R)



600



75



5,5



250



0.5



Cực­điều­khiển­IGBT



Khâu­tạo­điện­áp­điêu­khiển



So­sánh



CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Cấu trúc tổng quát của mạch điều khiển

Sơ đồ khối mạch điều khiển:

3.2 Chức năng của từng khâu

Tạo­điện­áp­tam­giác

a) Khâu tạo dao

động và khâu tạo điện áp tam giác.



Người ta thường dùng khuếch đại thuật toán để tạo ra xung chữ nhật và xung

giác.



Logic­và­phân­xung­



Bằng việc nối mạch Trigger Smith nối tiếp với mạch tích phân có phản hồi sẽ tạo

nên dao động: xung chữ nhật ở đầu ra mạch Trigger Smith và xung tam giác ở đầu

ra OA2. Dạng của điện áp dao động hình chữ nhật và điện áp răng cưa



Khâu­xử­lý­tín­hiệu



Từ hình vẽ ta thấy thời gian nạp phóng bằng nhau( với hằng số thời gian RC)

và điện áp cuối q trình phóng nạp có độ lớn bằng nhau. Do đó xung ra là đối

xứng.

Chu kì dao động:

T= t1 + t2 = 2. t1 = 4. RC.(R1 / R2)

1

R

1

4.­RC­. 1

R2

T

Hay tần số xung f = =

Tần số dao động phụ thuộc vào tần số băm xung của mạch lực, có thể từ vài

trăm Hz đến vài chục KHz. (thường lấy chuẩn là 400 Hz).

Giá trị C1 thường được chọn theo tần số cao hay thấp. Khi tần số khoảng vài



µF

trăm Hz thì tụ C1 có giá trị khoảng 0,1 . Khi tần số khoảng vài chục KHz thì tụ

C1 có giá trị nhỏ đi nhiều.

b) Khâu so sánh:

Khâu so sánh dùng mạch so sánh 2 cửa để so sánh 2 tín hiệu U RC với Uđk để

quyết định thời điểm mở van IGBT. Cho Uđk và U RC

tới 2 cực khác nhau của OA.

Điện áp ra tuân theo quy luật: Ura = Ko. (U+ – U– )

Với Ko là hệ số khuếch đại của OA. Tuỳ thuộc vào

điện áp răng cưa và điều khiển đưa vào cửa nào của

OA mà điện áp ra xuất hiện sườn xung âm hoặc

dương ở thời điểm cân bằng giá trị giữa chúng. ở đây ta đưa Urc vào đầu âm còn

Uđk vào đầu dương (hình vẽ). Khi đó điện áp ra là: Ura = Ko. (Uđk – Urc )

Điểm lật trạng thái ứng với URC = Uđk.

+ Khi URC > Uđk thì ∆U = Uđk – URC < 0 ⇒ Uso sánh = âm điện áp bão hoà.

+ Khi URC < Uđk thì ∆U > 0 ⇒ Uso sánh = dương điện áp bão hoà.



Uph



Như vậy các điện áp đưa vào so sánh phải cùng dấu thì mới có hiện tượng

thay đổi trạng thái đầu ra. Và độ chênh lệch tối đa giữa 2 cửa trạng thái khi làm

việc không được vượt quá giới hạn cho phép của loại OA đã chọn.

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: điều chỉnh Uđk, sẽ điều chỉnh được U ss1 tức là

điều chỉnh được độ rộng xung. Từ đó sẽ điều chỉnh được điện áp ra tải.

c) Khâu xử lý tín hiệu.

Tín hiệu USS1 từ bộ so sánh được đưa vào khâu xử lý tín hiệu để trở thành 2 tín

hiệu USS1 và USS2 sẽ được đưa vào bộ lôgic phân xung để điều khiển các van

IGBT. Khâu xử lý tín hiệu bao gồm một phần tử

USS1

USS1

NAND có tín hiệu ra có thể điều chỉnh nhờ tín

hiệu vào EN để quyết định trạng thái ra của

USS2

USS2. Tín hiệu EN điều khiển lúc nào thì cần đổiEN

dấu của USS1 lúc nào thì giữ ngun. Phần tử

NAND trong khâu xử lý tín hiệu có thể được

Khâu­xử­lý­tín­hiệu

chọn là một vi mạch của họ CMOS 74Cxx.

d) Khâu logic phân xung.

Là khâu quyết định dạng xung đưa tới các IGBT và điều khiển đóng mở các

van này để tạo thành các chế độ quay thuận và quay nghịch của động cơ.

Ta lập bảng trạng thái sau:

USS1



USS2



S1



S2



S3



S4



Trạng thái động cơ



1



0



1



1



0



0



Quay thuận



1



1



0



1



0



1



Hãm



0



1



0



0



1



1



Quay ngược (đảo chiều quay)



1



1



0



1



0



1



Hãm



Từ bảng trạng thái trên, ta dùng một bộ NAND họ CMOS GD75188 dùng 4 phần

tử NAND. Sơ đồ tổng hợp của mạch logic phân xung:



Do các OA dùng nguồn ni hai cực tính nên sẽ xuất hiện các xung âm. Vì vậy ta

phải chặn các xung âm từ đầu ra bộ so sánh và bộ đảo dấu bằng các Điot.



3.3 Tính toán mạch điều khiển

a) Khâu tạo dao động và khâu tạo răng cưa.



Khuếch đại thuật toán đã chọn là loại TL084. Với điện áp cung cấp là ± 12V.



T = 4RC

Chu kỳ dao động:



R1

R2



Chọn tần số băm xung f = 400 Hz



Ta có:



1 1

T= =

= 0,0025s = 2,5 ms

f 400



T = 4RC



. Suy ra:



R1

R2



= 2,5 ms



Điện áp ra của khâu tạo dao động và tạo răng cưa có dạng răng cưa và có điện áp đỉnh

bằng điện áp bão hồ của IC. Với nguồn cấp cho OA là 12 V thì điện áp bão hồ của IC



÷







khoảng (80% 90%).12V 10V. Ta tính chọn R1, R2, R, C để điện áp ra max của điện áp

răng cưa là 10V. Khi đó ta có:



R 2 U cc 12

=

=

= 1,2

R1 U rc 10





R2 = 1,2.R1



Chọn R1 = 33 k







thì R2 = 1,2.R1 = 1,2.33 = 39,6 k



⇒ RC = 2,5.10−3.



R2

1,2

= 2,5.10−3.

4.R1

4



= 0,75.10-3







, lấy giá trị chuẩn là 39 k







chọn C = 0,1



µF



suy ra R = 7,5 k







b) Khâu so sánh.



Điện áp răng cưa có giá trị max = 10V sau khi được tạo thành từ

khâu tạo dao động và răng cưa được đưa vào khâu so sánh và được

so sánh với điện áp Uđk để tạo thành điện áp Uss1. Điện áp điều khiển

đưa vào khâu so sánh là điện áp một chiều có thể điều chỉnh giá trị

trong khoảng – 10V đến + 10V.



c)



Khâu xử lý tín hiệu.



Khâu xử lý tín hiệu bao gồm 1 phần tử NAND làm nhiệm vụ đảo dấu tín hiệu U SS1

thành USS2. Phần tử NAND trong khâu xử lý tín hiệu có thể được chọn là một vi mạch của

họ CMOS 74Cxx. Tín hiệu vào EN được đưa vào từ bên ngồi trên cơ sở những thơng tin

thu thập được từ khâu phản hồi.Tín hiệu EN dùng để điều khiển lúc nào thì cần đổi dấu của

USS1 lúc nào thì giữ ngun. quy tắc điều khiển của EN:



USS1



USS1



USS2



EN



Khâu­xử­lý­tín­hiệu



Mức 1, 0 thể hiện ở giá điện áp vào tương ứng ở mức cao, thấp.

Khi EN = 1: Khâu có 2 tín hiệu ra trái dấu nhau: USS1 và USS2 = - USS1

Khi EN = 0 : Khâu có 2 tín hiệu ra bằng nhau: USS1 và USS2 = USS1

Nói cách khác: tín hiệu EN sử dụng khi cần cho động cơ hãm và khi đó EN = 0.

d) Khâu lơgic phân xung.



Khâu lơgic phân xung dùng tín hiệu U SS1 và USS2 đã qua khâu xử lý tín hiệu để làm

tín hiệu vào. Khâu này sử dụng một IC GD75188 họ CMOS gồm 4 phần tử NAND có

cấu tạo như hình vẽ bên.



Thơng số:



X1



X2



Y



0



0



1



0



1



1



1



0



1



1



1



0



Điện áp cung cấp: ± 12V

Dải nhiệt độ làm việc 0 đến 75o

Công suất tiêu thụ ở 25oC với điện áp cung cấp ± 12V là 576 mW

Điện áp vào nhỏ nhất ở mức cao là 1,9 V

Điện áp vào lớn nhất ở mức thấp là 0,8 V

Dòng vào ở mức cao là 10



µ



A



Dòng vào ở mức thấp là - 1,6 mA

Chọn 2 Diode loại D10D1 để làm nhiệm vụ chặn các xung âm. Các điện trở R 7 đến

R12 trong mạch chọn khoảng 10 k







. Sơ đồ tổng hợp của khâu lôgic phân xung như sau:



Bảng trạng thái thể hiện quy luật điều khiển không đối xứng như sau:



USS1



USS2



S1



S2



S3



S4 Trạng thái động cơ



1



0



1



1



0



0



Quay thuận



1



1



0



1



0



1



Hãm



0



1



0



0



1



1



Quay ngược (đảo chiều quay)



1



1



0



1



0



1



Hãm



Nhận xét: không được để chế độ cả U SS1 và USS2 đều có giá trị 0 vì sẽ xảy ra ngắn

mạch gây cháy hỏng, chập mạch. Tuy nhiên với quy luật điều chỉnh của tín hiệu EN ở

khâu xử lý tín hiệu, thì khó xảy ra trường hợp cả USS1 và USS2 đều bằng 0.

e) Tính toán điện áp điều khiển



Như ta đã phân tích ở phần mạch lực thì ta đã biết, quy luật điều khiển khơng đối

xứng có 2 cách: ứng với mỗi cách thì động cơ quay theo một chiều khác nhau, muốn đảo

chiều động cơ thì phải đổi cách điều khiển các van IGBT.

Tín hiệu USS1 và USS2 được tạo ra và được điều chỉnh từ khâu xử lý tín hiệu và khâu

so sánh. Tín hiệu USS1 được tạo ra từ khâu so sánh và sẽ được điều chỉnh thông qua việc

điều chỉnh Uđk đã được tính tốn từ trước. Điều chỉnh U đk sẽ thay đổi được giá trị của

USS1 và USS2 để điều khiển chế độ làm việc của các van IGBT theo quy luật lôgic đặt ra

trong khâu lôgic phân xung. Tín hiệu EN trong khâu xử lý tín hiệu sẽ quyết định chế độ

làm việc của động cơ (chiều quay động cơ) là thuận hay nghịch, hay hãm.

Việc điều chỉnh Uss1 và Uss2 bằng Uđk còn có nghĩa là điều chỉnh giá trị



γ



γ



γ



. Điện áp đặt



lên phần ứng của động cơ tỉ lệ với , nên điều chỉnh có thể điều chỉnh được giá trị

điện áp đặt lên phần ứng của động cơ. Khi đó sẽ điều chỉnh được tốc độ của động cơ.

Như vậy, phải điều chỉnh điện áp U đk và tín hiệu EN thu được từ khâu phản hồi tốc

độ để điều chỉnh được chế độ làm việc của động cơ và ứng với từng chế độ quay thuận và

quay ngược thì dải điều chỉnh tốc độ là 3:1

Tín hiệu EN ln ở mức cao (+12V) khi động cơ làm việc ở chế độ thuận và

nghịch và tín hiệu EN ở mức thấp (0V) khi động cơ ở chế độ hãm.

Xét chế độ quay thuận. (Uss1 =1; USS2 = 0)

Van S1 và S4 làm việc ngược nhau, van S2 ln mở, van S3 ln khố.

Theo phần lý thuyết

Ta có: Ut =



γ



U mà



γ



có giá trị từ 0 đến 1.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

c.Phương pháp điều khiển không đối xứng

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×