Đồ án : ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PWM

Điện tử công suất và truyền động điện là một môn học hay và lý thú, cuốn hút được nhiều sinh viên theo đuổi. Em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công suất và truyền động điện.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.Trong đồ án điện tử công suất lần này, em đã được nhận đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều có đảo chiều ”. Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha đáp ứng được cơ bản yêu cầu của đề tài.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày Tháng Năm

CHỮ KÝ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Lời nói đầu.

Điện tử công suất và truyền động điện là một môn học hay và lý thú, cuốn hút đượcnhiều sinh viên theo đuổi Em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tửcông suất và truyền động điện.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốtgiúp chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.Trong đồ án điện tử công suất

lần này, em đã được nhận đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển tốc độ động

cơ 1 chiều có đảo chiều ” Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công

bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha đáp ứng được cơ bản yêu cầu của đề tài

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, em đã gặp một số vướng mắc về lý thuyết và khókhăn trong việc thi công sản phẩm.Tuy nhiên, chúng em đã nhận được sự giải đáp và

hướng dẫn kịp thời của cô giáo "Phạm Văn Kiêm", sự góp ý kiến của các bạn sinh viên

trong lớp Được như vậy em xin chân thành cảm ơn và mong muốn nhận được nhiềuhơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cô giáo và bạn trong các đồ án sau này

Do kiến thức hạn chế nên trong quá trình thực hiện đồ án em không thể tránh khỏi saisót, mong quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ bỏ qua và có những đóng góp ý kiến đểchúng em có thể hoàn thiện đồ án của mình tốt hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn!

Mục Lục

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1

Lời nói đầu 2

Mục Lục 3

Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

1.1 Động cơ điện 1 chiều 5

1.1.1 Khái niệm 5

1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều 5

1.1.3 Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ 9

1.2 Bộ biến đổi xung áp 1 chiều 15

1.2.1 Đặt vấn đề 15

1.2.2 Nguyên lí chung của bộ biến đổi xung áp 1 chiều 16

1.2.3 Các dạng băm xung cơ bản 18

1.3 Phương pháp PWM 23

1.3.1.Giới thiệu về phương pháp PWM 23

1.3.2 Nguyên lý của phương pháp PWM 24

2.3.3.Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển 25

2.3.4.Một vài ứng dụng nổi bật của PWM 27

Chương 2 : TÍNH TOÁN LỰA CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 30

2.1 Các thông số của động cơ 30

2.2 Chọn van điều khiển 31

2.3.1 Điện trở 32

2.3.2 Tụ điện 33

2.3.3 IC LM324 36

Chương 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 38

3.1 Sơ đồ khối 38

3.2 Mạch lực 39

3.3 Mạch điều khiển 39

3.3.1 Mạch đảo chiều động cơ 39

3.3.2 Mạch điều khiển tốc độ động cơ 40

3.3.3: Khối nguồn 44

3.3.4 : Nguyên lý hoạt động của toàn mạch 44

3.4 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ bord mạch 44

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

1.1 Động cơ điện 1 chiều.

1.1.1 Khái niệm.

Động cơ điện nói chung và động cơ điện 1 chiều nói riêng là thiết bị điện từquay, làm việc theo nguyên lý điện từ Khi đặt vào trong từ trường 1 dây dẫn cho dòngđiện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn ) vàlàm dây dân chuyển động Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng

1.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều.

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

Hình 1.1.2.a - 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 thìcác thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ Bên cạnh đó do dòng điện chỉ đi vào thanhdẫn 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 mô men có chiều không đổi và làm cho roto củamáy quay

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạchkích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi làđộng cơ kích từ độc lập

I

Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U kt, dây cuốn kích từ sinh ra từ

thông Φ Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φ max

tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R kt đến nhỏ nhất có thể Cũng cần đảm bảo

không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó E ư = 0 và theo biểu thức U = E ư + R ư I ư thì dòng điện I ư sẽ rất lớn làm

cháy động cơ Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > M c) rôto

bắt đầu quay và suất điện động E ư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n Do sự xuất hiện

và tăng lên của E ư , dòng điện I ư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn

*Cấu tạo chung:

Phần động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:

Phần tĩnh: Stato

Phần quay: Roto

* Stato : Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ

máy Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác

Hình 1.1.2.b- Cấu tạo stato

b.Cực từ phụ

Cực từ phụ được đặt giữa các cực tù chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép củacực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn, mà cấutạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ các bulông

*Roto: Roto của động cơ điện một chiều bao gồm các bộ phận sau: lõi sắt phần ứng,

dây quấn phần ứng, cổ góp và các bộ phận khác

Hình 1.1.2.c- Cấu tạo roto

a Lõi sắt phần ứng.

Dùng để dẫn từ Thường làm bằng những tấm thép KTĐ (thép hợp kim silix) dày 0.5

mm bôi cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên

b.Dây quấn phần ứ.ng

Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thườnglàm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vàikilowatt) thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùngdây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi bị văng ra do sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay ba-ke-lit

c Cổ góp.

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng

hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng

d Các bộ phận khác.

Cánh quạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ Động cơ điện một chiều thường đượcchế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trêntrục động cơ Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi quavành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ.Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục động cơ thườngđược làm bằng thép cácbon tốt

1.1.3 Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ.

a) Mở máy động cơ điện một chiều

Phương trình cân bằng điện áp: U=Eư + RưIư suy ra Iư= (U- Eư)/ Rư

Khi mở máy, tốc độ n=0 suy ra Eư = kE nfi =0 suy ra Iư= U/ Rư

Vì Rư rất nhỏ, dòng điện phần ứng Iư lúc mở máy rất lớn Iư=(20¸25) Iđm , làm hỏng cổgóp, chổi than và ảnh hưởng đến lưới điện

Để giảm dòng điện mở máy, dùng các biện pháp :

- Giảm điện áp đặt vào phần ứng.

Phương pháp này được sử dụng khi có nguồn điện một chiều có thể điều chỉnh đượcđiện áp

Hình 1.1.3.a – Sơ đồ mở máy động cơ bằng giảm điện áp đặt vào phần ứng

*Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.

Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình tính tốc độ động cơ sau:

n n C

R R I U

0

e f u u e

C R R I n C U n

).

(  M e

f u

e C C

M R R C

U

Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ (từ thông), R(điện trở phần ứng), U (điện áp phần ứng) Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơđiện một chiều ta có ba phương án

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần ứng.

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ.

Hình 1.1.3 a- Sơ đồ thay thế.

Hình 1.1.3.b- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi từ thông θ.

Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với cácgiá trị khác nhau của từ thông Khi từ thông giảm thì n0 tăng nhưng ∆n còn tăng nhanhhơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau Chúng sẽcùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: Iư = (U/Rư) Phươngpháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức Giới hạn trong việc điềuchỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8

Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp khốngchế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng

-Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.

Ta có: 2

).

(  M e

f u

e C C

M R R C

U

Từ thông không đổi nên n0 không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi Một điều dễ thấy nữa là,

do ta chỉ có thể đưa thêm Rf chứ không thể giảm Rư nên ở đây chỉ điều chỉnh được tốc

độ dưới tốc độ định mức Do Rf càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổinhiều khi tải thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biếnthiên của I đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn)

Hình.1.1.3.c- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện trở phụ

điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều chỉnh trongphạm vi rất nhỏ.

Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men không đổi

vì từ thông và dòng điện phần ứng đều không thay đổi (M = CM θ Iư)

Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn nữa cóthể đến 1:25

Phương pháp này có từ thông không đổi nên đặc tính cơ có độ cứng không đổi

Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thểnói phương pháp này điều khiển là triệt để

Dải điều chỉnh tốc độ của hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng vớiđiện áp định mức và từ thông định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giớihạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thìcác giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômenngắn mạch là:

Trong đó KM là hệ số quá tải về mômen.Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng songsong nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:

D =

Với xác định ở mỗi máy, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộctuyến tính vào giá trị của độ cứng β Khi điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ điện

một chiều bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấpkhoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không vượt quá 10 khi tải có đặc tínhmômen không đổi

Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song làmviệc ở chế độ kích từ độc lập

Điều chỉnh động cơ DC bằng PWM chính là sử dụng phương pháp này

Hình 1.1.3.e- Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi thay đổi điện áp

Kết luận : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều

nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay đổiđiện áp Uu đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nóthu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bịhao tổn

b) Động cơ điện một chiều kích từ song song.

Để mở máy dùng biến trở mở máy RMở , để điều chỉnh tốc độ thường điều chỉnh Rđc Đường đặc tính cơ n = fi(M)

n = (U - RưIư)/ kEfi (1)

1.2 Bộ biến đổi xung áp 1 chiều.

1.2.1 Đặt vấn đề

Các bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên tải.Nguyên lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với nguồn trongmột khoảng thời gian t1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t0 theo một chu kỳ lặplại T Bằng cách thay đổi độ rộng của t1 hay t0 trong khoảng T ta thay đổi được giá trịđiện áp trung bình ra trên tải Nguyên lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp ra trongmột phạm vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất trên các phân tử điện tử côngsuất rất nhỏ

Phân loại: Có nhiều cách phân loại các bộ biến đổi xung áp môt chiều, tuỳ thuộc vàocách mắc khoá điện từ song song hay nối tiếp mà người ta chia các bộ biến đổi xung

áp thành nối tiếp hay song song Cũng có thể phân biệt bộ biến đổi tuỳ thuộc vào điện

áp ra, ví dụ như bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra nhỏ hơn điện

áp vào, còn bộ biến đổi xung áp có bộ biến đổi xung áp có điện áp ra lớn hơn điện ápvào.Tuỳ thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: bộ biến đổi xung áp không đảochiềuhoặc bộ biến đổi xung áp có đảo chiều

1.2.2 Nguyên lí chung của bộ biến đổi xung áp 1 chiều.

Hình 1.2.2.a- Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung.

BX DC có chức năng biến đổi điện áp một chiều, nó có ưu điểm là có thể thay đổi điện

áp trong một phạm vi rộng mà hiệu suất của bộ biến đổi cao vỡ tổn thất của bộ biếnđổi chủ yếu trên các phần tử đóng cắt rất nhỏ

So với các phương pháp thay đổi điện áp một chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ mộtchiều như phương pháp điều chỉnh bằng biến trở, bằng máy phát một chiều, bằng bộbiến đổi có khâu trung gian xoay chiều, bằng chỉnh lưu có điều khiển thì phươngpháp dùng mạch băm xung có nhiều ưu điểm đáng kể: điều chỉnh tốc độ và đảo chiều

dễ dàng, tiết kiệm năng lượng, kinh tế và hiệu quả cao, đồng thời đảm bảo được trạngthái hãm tái sinh của động cơ Cùng với sự phát triển và ứng dụng ngày càng rộng rãicác linh kiện bán dẫn công suất lớn đã tạo nên các mạch băm xung có hiệu suất cao,tổn thất nhỏ, độ nhạy cao, điều khiển trơn tru, chi phí bảo trì thấp, kích thước nhỏ.Mạch băm xung đặc biệt thích hợp với các động cơ một chiều công suất nhỏ

Điện thế trung bình đầu ra sẽ được điều khiển theo mức mong muốn mặc dù điện thếđầu vào có thể là hằng số (ắc qui, pin) hoặc biến thiên (đầu ra của chỉnh lưu), tải có thểthay đổi.Với một giá trị điện thế vào cho trước, điện thế trung bình đầu ra có thể điềukhiển theo hai cách:

-Thay đổi độ rộng xung.

-Thay đổi tần số băm xung.

*Nguyên lý: Nguyên lý chung là biến đổi giá trị của điện áp một chiều ở các mức khác

nhau

Hình 1.2.2.b -Sơ đồ Hình 1.2.2.c- Dạng sóng

a Phương pháp thay đổi độ rộng xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1, giữ nguyên T Giá trị trung bình của điện áp ra khi thay đổi độ rộng là:

b Phương pháp thay đổi tần số xung

Nội dung của phương pháp này là thay đổi T, còn t1 = const Khi đó:

c Kết luận

Ở đây ta chọn cách thay đổi độ rộng xung, phươg pháp này gọi là PWM(Pulse Width Modulation), theo phương pháp này tân số băm xung sẽ là hằng số Việcđiều khiển trạng thái đóng mỏ của van dựa vào viêc so sánh một điện áp điều khiển vớimột sóng tuần hoàn (thường là dạng tam giác (Sawtooth)) có biên độ đỉnh không đổi

Nó sẽ thiết lập tần số đóng cắt cho van, tần số đóng cắt này là không đổi với dải tẩn từ2kHz đến 200kHz Khi Ucontrol > Ust thì cho tín hiệu điều khiển mở van, ngược lại khóavan

Hình 1.2.2.d-Dạng sóng sau khi sử dụng phương pháp PWM.

1.2.3 Các dạng băm xung cơ bản

Dựa vào cách mắc khoá xung, các bộ lọc và nguồn cung cấp mà có các dạng sơ đồ:

a) Xung áp đảo dòng lớp B.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.2.3.a-Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo dòng lớp B.

Tải là phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập đã được thay bởi mạch tươngđương R-L-E

Để đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ (dòng id) ta cho S2 và D2 vào vận hành còn

S1 ngắt Khi đó ,do quán tính động cơ vẫn quay theo chiều cũ mặc dù bị ngắt ra khỏinguồn  E > 0 Lúc này mạch tải chỉ có nguồn duy nhất E ngắn mạch qua S2 xuấthiện dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu Công suất điện từ của động cơ là:Pđt=

Id.E > 0

Công suất lúc này được tích luỹ trong cuộn cảm L Khi S2 ngắt, trên điện cảm L sinh rasức điện động tự cảm (UL) cùng chiều với E.Tổng hai sức điện động này lớn hơnđiện áp nguồn US làm D2 dẫn ngược dòng về nguồn và trả lại phần năng lượng đã tíchluỹ trong cuộn cảm L

Để đảm bảo S2 dẫn dòng điện ngược ngay khi dòng thuận qua D1 tắt ta phát xung vào

mở S2 đồng thời với việc phát xung khoá S1

Hình 1.2.3.b- Sơ đồ nguyên lý xung áp đảo áp lớp B.

S1,S2,S3,S4 là cá van điều khiển hoàn toàn Trong sơ đồ này cho phép điều chỉnh và đảochiều quay của động cơ một cách linh hoạt, đặc tính làm việc cả ở 4 góc phần tư Tuynhiên, điều khiển các van sẽ rất phức tạp, ở đây ta chỉ nêu ra sơ đồ chứ không nghiêncứu sâu

c) Xung áp song song.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.2.3.c- Sơ đồ nguyên lý xung áp song song.

Đặc điểm của sơ đồ này là L mắc nối tiếp với tải, khoá K mắc song song với tải Cuộncảm L không tham gia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này + k đóng: dòng điện từ +Uqua L S -U Khi đó D tắt vì trên tụ có Uc (đã được tíchđiện từ trước đó)

+ k ngắt: dòng điện từ +Uqua L D Tải -U Vì từ thông trong cuộn cảm L khônggiảm tức thời về không do đó trong L xuất hiện suất điện động tự cảm

eL= , có cùng cực tính với U Do đó tổng điện áp: Ud = U+eL Như vậy ta có bộbiến đổi tăng áp

Đặc tính của bộ biến đổi này là tiêu thụ năng lượng từ nguồn U ở chế độ liên tục vànăng lượng truyền tải dưới dạng xung nhọn

Đặc tính truyền đạt: WI =



UD

HÌnh 1.2.3.d- Sơ đồ biểu diễn dạng sóng của điện áp ngõ ra, dòng Ic và It d).Xung áp nối tiếp.

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.2.3.e-Sơ đồ nguyên lý xung áp nối tiếp.

Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K (thực tế là Tiristor hoặc Transistor).Đặc điểm của sơ đồ này là khoá K,cuộn cảm và tải mắc nối tiếp Tải có tính chất cảmhoặc dung kháng Bộ lọc L-C, Diode D mắc ngược Ud có tác dụng thoát để thoát dòngtải khi khoá K ngắt

+ K đóng: Us được đặt vào đầu của bộ lọc Lý tưởng thì Utải=Us (nếu bỏ qua sụt áp trêncác van).

+ K mở: Hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng điện itải do năng lượng tíchluỹ trong cuộn cảm L và Ltải , dòng chạy qua D do đó Ura= Utải

Như vậy, Utải tb Us Tương ứng ta có bộ biến đổi hạ áp

Đặc tính truyền đạt: WI = =

,

Hình 1.2.3.f- Đồ thị điện áp, dòng điện ở chế độ liên tục.

Kết luận: trong đồ án này chúng em sử dụng xung áp nối tiếp do mạch điều khiển tốc

độ động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu bằng cách tăng giảm điện áp đặt vào động

cơ thay đổi từ 0v-24v.Do đó chúng em dùng xung áp nối tiếp để có thể hạ áp dòng từ24v xuống 0v và để dòng điện chạy vào động cơ không vượt quá 24v có thể gây ra quátải, hỏng động cơ

U

t

Us

1.3 Phương pháp PWM.

1.3.1.Giới thiệu về phương pháp PWM.

Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phươngpháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sựthay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra

Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa nó còn đượcdùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tảithì 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 điềukhiển 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 dươnghoặc là sườn âm

Hình 1.3.1- Dạng xung PWM

Sơ đồ trên là dạng xung điều chế trong 1 chu kì thì thời gian xung lên (Sườndương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào Và độ rộng của nó được tính bằng phần trămtức là độ rộng của nó được tính như sau :

+ 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

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

-b.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 vàtiếng 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

1.3.2 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 nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn

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