Giáo trình phân tích tính ưu việt của vi mạch chuyển đổi trong kỹ thuật điều khiển và đo lường p7

Chia sẻ: Dfsdf Fdsgds | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

58
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình phân tích tính ưu việt của vi mạch chuyển đổi trong kỹ thuật điều khiển và đo lường p7', kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình phân tích tính ưu việt của vi mạch chuyển đổi trong kỹ thuật điều khiển và đo lường p7

0 Mc M Hình II.4 Sô ñoà ñieàu chænh toác ñoä baèng phöông phaùp theâm ñieän trôû phuï. Theo sô ñoà treân, ta coù : Rö < R1 < R2 . n0 > n1 > n2 > n3 Khi ñieän trôû phuï R caøng lôùn thì ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô caøng giaûm vaø ngöôïc laïi. Phöông phaùp naøy chæ cho toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cô baûn vì chæ theâm ñieän trôû vaøo chöù khoâng giaûm nhoû hôn Rö ñöôïc. Ñoàng thôøi, phöông phaùp naøy cho toác ñoä ñieàu chænh nhaûy caáp, möùc ñoä nhaûy caáp phuï thuoäc vaøo soá caáp khôûi ñoäng. 3. Ñieàu chænh toác ñoä baèng phöông phaùp thay ñoåi töø thoâng . n _ U + n1 n0 M 1 0 MC M MN Hình II.5 CKT T RKT Sô ñoà ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô baèng phöông phaùp giaûm töø thoâng. Vôùi phöông phaùp naøy, ta chæ coù theå giaûm töø thoâng do trong thieát keá Ikt gaàn ñònh möùc,  gaàn ôû baûo hoaø. Neáu taêng Ikt ,  cuõng khoâng taêng bao nhieâu. Nhöng khi giaûm Ikt ,  giaûm raát nhieàu. Khi giaûm töø thoâng thaáp hôn giaù trò ñònh möùc, toác ñoä ñoäng cô taêng lôùn hôn toác ñoä cô baûn . ñm > 1 > 2 ncb < n1 < n2 Khi giaûm töø thoâng, toác ñoä taêng leân raát cao vaø toác ñoä naøy coù theå laøm hoûng ñoäng cô, neân thoâng thöôøng ngöôøi ta chæ cho pheùp ncb = 3nñm . 4. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch reõ maïch phaàn öùng. n ncb U n1 TN _ + Reõ maïch phaàn öùng Rss Rnt Rf = Rnt M 0 Mc M 1 Hình II.6 Sô ñoà ñieàu chænh toác ñoä baèng phöông phaùp reõ maïch phaàn öùng. CKT RKT
Phöông trình ñaëc tính cô cuûa phöông phaùp naøy : Udm Ru  kRnt nk M  Ke KeKm 2 Rss Vôùi : k Rss  Rnt Vôùi phöông phaùp naøy, ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cô baûn, toån thaát naêng löôïng thaáp vaø ñieàu chænh toác ñoä nhaûy caáp.
CHÖÔNG III. KHAÛO SAÙT MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN ÑIEÄN AÙP BAÈNG CAÙCH THAY ÑOÅI ÑOÄ ROÄNG XUNG. I. Boä baêm ñieän aùp moät chieàu. 1. Giôi thieäu. Boä baêm xung moät chieàu coù theå coi nhö laø boä bieán ñoåi DC/DC maø ñieän aùp bieán ñoåi ñöôïc ñaûm nhaän baèng caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát. Nhieäm vuï chính cuûa noù laø thay ñoåi ñieä n aùp ra theo yeâu caàu ñieàu chænh hoaëc oån ñònh ñieän aùp ra taûi. Baêm xung moät chieàu ñöôïc söû duïng nhieàu trong caùc thieát bò nhö ñoäng cô ñieän moät chieàu, caùc boä phaän nung ñoát baèng dieän trô û, caùc cô caáu ñieän töø, maïch oån aùp daûi roäng...Van thích hôïp vôùi baêm xung moät chieàu laø caùc loaïi maø ñieàu khieån ñöôïc caû quaù trình môû vaø khoaù van, do ñoù thöôøng duøng Transistor (löôûng cöïc, MOSFET, IGBT). Khi caàn coâng suaát ra taûi lôùn (doøng ñieän vaø ñieän aùp cao) ta phaûi duøng ñeán Tiristor. Vì Tiristor laø moät linh kieän baùn daãn coâng suaát coù theå chòu ñöôïc doøng ñieän qua noù raát lôùn vaø cho pheùp ñieän aùp ngöôïc ñaët leân noù khaù cao. Ñeå maïch baêm xung hoaït ñoäng thì caùc phaàn töû ñoùng vai troø laø van ñoùng môû phaûi ñöôïc ñieàu khieån baèng caùc xung kích trong thôøi gian thích hôïp. Trong haàu heát caùc linh kieän ñoùng môû baùn daãn coâng suaát, vieäc ñoùng caét ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñöa tín hieäu thích hôïp vaøo chaân ñieàu khieån. Ñoái vôùi thyristor thì ñieàu naøy khoâng theå thöïc hieän ñöôïc vì cöïc coång chæ coù taùc duïng trong vieäc kích môû thyristor maø thoâi. Ñeå taét thyristor khi ñaõ daãn trong nguoàn DC, ta phaûi theâm vaøo caùc phaàn töû chuyeån maïch ñeå coù ñöôïc caùc dieàu kieän taét laø ñaët ñieän aùp ngöôïc treân hai ñaàu thyristor hoaëc laøm cho doøng chaïy qua noù bò trieät tieâu. Boä baêm xung moät chieàu coù theå chia thaønh ba loaïi cô baûn : – Boä baêm coù van maéc song song taûi coøn ñieän caûm maéc noái tieáp vôùi taûi (kieåu song song). – Boä baêm ñaûo doøng. Hai loaïi baêm naøy coù öu ñieåm laø cho ñieän aùp ra treân taûi lôùn hôn ñieän aùp nguoàn nhöng noù khoâng thích hôïp vôùi taûi coù coâng suaát lôùn neân ít ñöôïc söû duïng. – Boä baêm coù van vaø ñieän caûm maéc noái tieáp vôùi taûi (kieåu noái tieáp) Boä baêm naøy chæ cho ñieän aùp ra nhoû hôn ñieän aùp nguoàn nhöng coù öu ñieåm söû duïng ñöôïc cho taûi coù coâng suaát cao, do ñoù noù thoâng duïng hôn. Trong phaïm vi cuoán ñoà aùn naøy, ngöôøi thöïc hieän chæ ñeà caäp ñeán boä baêm coù van maéc noái tieáp vôùi taûi. Hoaït ñoäng cuûa noù döïa treân nguyeân taéc ñoùng – ngaét taûi vôùi nguoàn theo chu kyø : trong moät chu kyø T (hình aa), khoaûng thôøi gian to cho van daãn neân ñieän aùp nguoàn E ñöa thaúng ra taûi, trong khoaûng thôøi gian coøn laïi (T-to) van hôû, laøm ñieän aùp treân taûi baèng khoâng. Do ñoù ñieän aùp trung bình moät chieàu ra taûi laø: T D.E  E d It  R to Trong ñoù D = to/T laø tyû soá chu kyø cuûa boä baêm. Hình III.1
Theo bieåu thöùc treân ta thaáy ñeå ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp ra taûi coù theå thay ñoåi ñoäc laäp to, T hoaëc ñoàøng thôøi caû hai tham soá naøy, thoâng duïng nhaát laø phöông phaùp thay ñoåi to trong khi giöõ chu kyø Tcoá ñònh. Nhö vaäy töø ñieän aùp nguoàn khoâng ñoåi vaø lieân tuïc, baèng caùch “baêm” noù ra thaønh caùc xung, ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp ra. Ñeå thieát keá hay khaûo saùt moät boä baêm xung, ngöôøi ta thöôøng quan taâm ñeán caùc cheá ñoä doøng ñieän. Theo nguyeân lyù hoaït ñoäng, trong khoaûng thôøi gian van khoùa, nguoàn bò ngaét khoûi taûi, tuy nhieân do taûi coù tính ñieän caûm neân doøng ñieän taûi vaãn tieáp tuïc chaûy quaån qua ñ ioât D2 nhôø naêng löôïng tích luõy ôû ñieän caûm naøy. Caên cöù vaøo caùc tham soá R, L, Ed (söùc ñieän ñoäng beân trong taûi) vaø khoaûng thôøi gian ngaét nguoàn (T-to) maø doøng ñieän taûi coù theå toàn taïi ñeán khi van daãn trôû laïi (goïi laø cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc ) hoaëc seõ taét tröôùc ño ù (cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn). Ñeå bieát ñöôïc maïch hieän coù ñang laøm vieäc ôû cheá ñoä doøng ñieän naøo caàn döïa theo moät trong caùc ñieàu kieän giôùi haïn giöõa hai cheá ñoä naøy nhö sau : a. Theo thôøi gian van daãn tgh : L L  Ed T R  t gh  ln 1  (e  1) R E  Neáu thôøi gian van daãn thöïc teá to< tgh, thì doøng ñieän giaùn ñoaïn, ngöôïc laïi to> tgh, doøng ñieän seõ lieân tuïc. b. Theo trò soá trung bình doøng ñieän taûi giôùi haïn Igh : b 1 E ( D  a1 . 1 I gh  ); R 1  a1 R R .T .t 0 L L a1  e , b1  e Neáu doøng thöïc cuûa taûi It < Igh, doøng ñieän laø giaùn ñoaïn coøn It > Igh, doøng ñieän laø lieân tuïc. c. Theo trò soá cuûa söùc ñieän ñoäng Ed : b1  1 Edgh  E.a1 1  a1 Neáu Ed > Edgh thì doøng ñieän giaùn ñoaïn. Neáu Ed < Edgh thì doøng ñieän lieân tuïc. Caùc bieåu thöùc tính toaùn ôû cheá ñoä doøng ñieän lieân tuïc : Ñieän aùp trung bình ra taûi : Ut = D.E Doøng ñieän trung bình qua taûi :
D.E  E d It  R Caùc daïng soùng theå hieän nhö sau : ut E 0 to T (T+to) 2T t it Imax Imin 0 t iT Imin 0 t Qui luaät bieán thieân doøng ñieän taûi it : Giai ñoaïn töø 0 ñeán t0 : E  Ed E a1.b1  1 LR .t i1 (t )  e  R R 1  a1 Giai ñoaïn töø t0 ñeán T:
Rd E 1  b 1  R t . eL t 2 (t )    E R 1  a1 Giaù trò cöïc ñaïi doøng taûi Imax: E 1  b11 Ed I max  i2 (t  0)  ( ) R 1  a1 R Giaù trò cöïc tieåu doøng ñieän taûi Imin: E a1.b1  a1 Ed I min  i1 (t  0)   R 1  a1 R Ñoä ñaäp maïch doøng ñieän taûi I: E (1  b11 )(1  a1.b1 ) I  R 1  a1 Trò soá trung bình cuûa doøng ñieän qua ñioât: E L(1  b11 )(1  a1.b1 ) Ed t (1  0 ) ID   R TR (1  a1 ) R T Trò soá ûtrung bình doøng ñieän qua van : L (1  b11 )(1  a1.b1 )  t0 .E d E  t0 IV    .  R  T R.T 1  a1  TR Caùc bieåu thöùc tính toaùn ôû cheá ñoä doøng ñieän giaùn ñoaïn : Ñoà thò laøm vieäc cuûa cheá ñoä naøy nhö hình veõ sau ñaây: ut E Ed E 0 to T t it in Imax 0 t iT to 0 t
Ñieän aùp trung bình ra taûi : t0 t E  Ed (1  n ) Ut  T T Trong ñoù tn laø khoaûng thôøi gian doøng ñieän taûi coøn tieáp tuïc chaûy keå töø khi ngaét nguoàn E khoûi taûi vaø ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau: L  E  Ed  (1  b11 ) t n  ln 1  R Ed  Doøng ñieän trung bình qua taûi : U t  Ed It  R Quy luaät bieán thieân doøng ñieän taûi it : Giai ñoaïn töø 0 ñeán t0 : R E  Ed  .t .. (1  e L ) t1 (t )  R Giai ñoaïn töø to ñeán T (hay ñeán tn) : R R Ed E  Ed  .t  .t (1  b11 )e L (1  e L )  i2 (t )   R R Giaù trò cöïc ñaïi doøng taûi Imax : E  Ed (1  b11 ) I max  R giaù trò doøng ñieän cöïc tieåu Imin taát nhieân baèng khoâng. 2. Giôùi thieäu boä baêm xung moät chieàu taét cöôõng böùc baèng ñieän aùp. Hình III.6 a. Vai troø cuûa caùc linh kieän trong maïch (hình III.6) : S1 laø SCR chính coù nhieäm vuï noái hoaëc ngaét nguoàn vôùi taûi. XK1 : maïch kích cho SCR1. S2 laø SCR phuï, tham gia vaøo vieäc ngaét (khoaù) S1. XK2 : maïch kích cho SCR2.
LC laøm nhieäm vuï dao ñoäng, D1 ngaên doøng ñieän ngöôïc, D2 baûo veä cho maïch khi S1 ngaét. b. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch : Giaû söû caùc SCR (S1, S2) ñeàu lyù töôûng vaø caùc linh kieän trong maïch khoâng coù toån hao. Khi nguoàn moät chieàu E ñaõ ñöôïc caáp, traïng thaùi ban ñaàu : S1 vaø S2 ñeàu bò khoaù (töùc chöa coù xung kích ôû cöïc coång) thì khoâng coù baát kyø moät doøng ñieän naøo chaïy qua taûi. Ñeå maïch hoaït ñoäng moät caùch hôïp lyù thì ñaàu tieân cho tuï C naïp baøng caùch cho xung ñieàu khieån vaøo cöïc coång cuûa S2, luùc naøy maïch ñieän hình III.6 töông ñöông nhö hình III.a : tuï ñieän C seõ ñöôïc naïp theo ñöôøng E_ Rt _ C _ S2 _E vaø doøng ic giaûm daàn theo haøm muõ töø giaù trò ñaàu E/Rt . Hình IIIA Hình IIIb Sau moät khoaûng thôøi gian, tuï C ñöôïc naïp tôùi ñieän aùp E cuûa nguoàn, nhöng thöïc te á khi doøng ñieän taûi giaûm döôùi möùc duy trì cuûa S2 thì doøng ñieän ngöng. Khi coù xung ñieàu khieån vaøo cöïc coång cuûa S1, laøm S1 ñoùng maïch nhö hình III.b, luùc naøy tuï C phoùng ñieän qua S1 - L –D1 – C vaø ñöôïc naïp ngöôïc laïi. Ñieän aùp treân tuï taêng daàn theo chieàu ngöôïc laïi vaø cuoái cuøng, dieän aùp treân noù seõ laø uc = -E do coù söï xuaát hieän dao ñoäng LC. Dao ñoäng LC trong maïch seõ naïp vaøo tuï C vaø noù chæ keùo daøi trong moät nöûa chu kyø (vì D1 ng aên doøng ñieän ngöôïc). Luùc naøy neáu cho xung ñeå môû S2, thì S1 seõ chòu ñieän aùp ngöôïc uc = -E laøm S1 ngöng daãn (traïng thaùi chuyeån töø hình III.b hình III.a). Goïi chu kyø baêm laø T: T = T1+T2. Thôøi gian ñoùng maïch cuûa S1 laø T1 : T1 = T. Thôøi gian ngaét maïch cuûa S1 laø T2 =T –T1 vaø tyû soá chu kyø laø D = T1/T. Gía trò trung bình cuûa ñieän aùp taûi : DT 1 Ut   Udt  DU T 0 Baèng caùch laøm bieán ñoåi tyû soá chu kyø D (trong khi giöõ cho taàn soá khoâng ñoåi T=const) ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc giaù trò trung bình cuûa ñieän aùp moät chieàu ñaët treân taûi.  Tröôøng hôïp taûi laø R+L : 1 2 W  Li c 2 Taûi trôû khaùng tích luyõ moät naêng löôïng ñieän töø : Khi doøng ic taêng tröôûng, D2 coù theå hoaøn traû naêng löôïng. D2 ñaáu song song ngöôïc vôùi maïch taûi ñeå taïo ñöôøng phoùng ñieän cho khoái naêng löôïng ñieän töø noùi treân, khi doøng ic giaûm.
Luùc ñaàu doøng taûi ic = 0, doøng ic ñöôïc xaùc laäp daàn daàn. Qua moät vaøi chu kyø doøng ic seõ bieán ñoäng giöõa hai giaù trò I1 vaø I2. E i I2 E I1 0 T1 T2 pha quaù ñoä t 0 T t Kyù hieäu boä baêm ñieän aùp laø: Ñ di c L Ri E   c dt Khi Ñ ñoùng ta coù phöông trình : di c L  Ri  0 c dt Coøn khi Ñ môû ta coù : 3. Giôùi thieäu veà vieäc baêm xung moät chieàu taét cöôõng böùc baèng doøng ñieän. Hình IIIC a. Chöùc naêng cuûa caùc phaàn töû trong maïch : Hình treân theå hieän maïch baêm xung duøng SCR coù phaàn taét cöôõng böùc. Ngoõ vaøo laø ñieän aùp DC kí hieäu laø E, ñieän trôû taûi laø Rt . Phaàn töû ñoùng môû chính cuûa maïch laø S1 vaø vieäc kích môû noù ñöôïc thöïc hieän bôûi xung kích XK1. Ñeå khoaù cho S1, ta duøng maïch khoaù cöôõng böùc
baèng goàm naêm phaàn töû maéc vaøo hai ñaàu anode vaø cathode cuûa S1. Trong ñoù hai diode D1, D2 vaø R ñoùng vai troø hoå trôï trong vieäc chuyeån maïch, hai phaàn töû chuyeån maïch laø L vaø C taïo thaønh maïch dao ñoäng vaø S2 laø SCR phuï maø vieäc kích môû noù ñöôïc thöïc hieän baèng xung kích XK2. Diode D3 laøm nhieäm vuï baûo veä cho taûi khi S1 ngaét. b. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maïch : Tröôùc heát ta giaû söû raèng caùc SCR S1, S2 vaø caùc diode D1, D2 khoâng daãn ñieän, coù nghóa laø khoâng coù doøng ñieän qua taûi. Trong khoaûng thôøi gian naøy, tuï ñieän C ñöôïc naïp ñeán giaù trò ñieän aùp Vco thoâng qua ñieän trôû R (hình III11). Hình III11 Hình III12 Sau khi tuï C ñöôïc naïp ñaày, ta coù theå ñöa xung kích vaøo S1 ñeå noái taûi vôùi nguoàn vaø sô ño à maïch ñieän coù theå veõ laïi nhö hình III.12. Luùc naøy ñieän aùp treân tuï vaãn giöõ nguyeân giaù trò ñaõ ñöôïc naïp vaø ñieän aùp treân taûi laø E. Ic Hình III.13 Hình III.14 Neáu muoán khoaù SCR S1, ta ñöa xung kích vaøo S2. Luùc naøy tuï ñieän C seõ phoùng ñieän qua S2, L vaø veà laïi C vaø maïch ñieän coù theå veõ laïi nhö hình III.13. Doøng ic xaõ qua cuoän caûm L taïo neân söï dao ñoäng. Nöõa chu kyø ñaàu, doøng dao ñoäng naøy chaïy qua S2 vaø naïp ngöôïc laïi cho tuï C. Ñeán nöõa chu kyø sau, khi tuï ñaõ naïp ñaày theo chieàu ngöôïc laïi nhö hình III.14, S2 ngaét vaø d oøng baét ñaàu chaïy ngöôïc laïi qua S1. Khi doøng qua S1 bò trieät tieâu, thì S1 ngaét vaø doøng tieáp tuïc chaïy qua diode D2 maéc song song ngöôïc chieàu vôùi S1 ñeå duy trì thôøi gian taét cho S1 vaø maïch ñöôïc veõ laïi nhö hình III15. Sau khi S1 vaø S2 ñeàu ngaét thì doøng dao ñoäng seõ chaïy qua diod e D1 xuoáng mass nhö ôû hình III16 vaø tuï ñieän baét ñaàu naïp ngöôïc laïi nhö giaù trò ban ñaàu, baét ñaàu cho chu kyø tieáp theo.
II. Boä taïo xung kích cho SCR : 1. Nhieäm vuï cuûa maïch taïo xung kích. Nhö ta ñaõ bieát, SCR khi ñaõ daãn thì khoâng theå taét ñöôïc baèng xung kích maø caàn phaûi coù moät boä phaän laøm cho noù taét. Boä phaän naøy phaûi thoaû maõn moät trong caùc yeâu caàu taét cuû a SCR. Nhö ñaõ khaûo saùt ôû phaàn treân, boä baêm xung moät chieàu duøng hai linh kieän SCR, moät con chính ñeå noái taûi vôùi nguoàn vaø moät con phuï ñeå laøm taét noù. Do vaäy, maïch taïo xung kích cho SCR phaûi taïo ñöôïc hai xung kích vaø caùc xung kích naøy ñuû lôùn ñeå ñaûm baûo kích môû ñöôïc SCR. Ñoàng thôøi, thôøi gian xuaát hieän giöõa hai xung kích naøy coù theå ñieàu chænh ñöôïc vaø daïng soùng treân taûi phuï thuoäc vaøo hai xung kích naøy. 2. Sô ñoà khoái : Khoái nguoàn Boä phaän ñaûo Boä phaän taïo Boä taïo xung xung soùng tam giaùc vuoâng coù ñieàu chænh Maïch ñôn oån ñaët Maïch ñôn oån ñaët Boä dao ñoäng taàn tröôùc ñoä roäng xung soá cao tröôùc ñoä roäng xung Boä phaän xuaát Boä phaän troän tín xung ñieàu khieån hieäu Hình III.17 Boä phaän taïo soùng tam giaùc nhaèm muïc ñích laøm tín hieäu so saùnh cho boä taïo xung vuoâng coù