Giao trinh bai tap ch7 p1 130925102022 phpapp02

Tải Lọc đầu vào * Phản hồi Đặt Lọc đầu ra * Bộ Biến đổi Mạch Phát xung Điều khiển vòng kín * Lưới Bảo vệ khối có dấu * là có thể không cần - Điều khiển ngỏ ra, hạn chế dòng/áp... Phân l

Trang 1

Slides ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi

CHƯƠNG 6 BỘ NGUỒN BÁN DẪN MỘT CHIỀU

6.1 BBĐ và Bộ nguồn bán dẫn

6.1 Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu

6.2 Bộ nguồn xung

6.2.1 Sơ đồ bộ nguồn xung dùng nghịch lưu

6.2.2 Sơ đồ bộ nguồn xung flyback

6.2.3 Điều khiển bộ nguồn xung

6.3 Sơ đồ điều khiển vòng kín BBĐ:

Đọc thêm 6 tiết, bài tập 2

2/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi

BBĐ VÀ BỘ NGUỒN BÁN DẪN:

Bộ nguồn bán dẫn ≡ BBĐ nhưng đứng trên quan điểm sử dụng

SƠ ĐỒ KHỐI:

- Mạch công suất: bộ lọc đầu vào, bộ biến đổi (mạch điện tử công suất) và bộ lọc ngỏ ra

- Khối đo lường

- Mạch phát xung, điều khiển vòng kín và bảo vệ

BÀI TOÁN THIẾT KẾ:

- Hai phương án: tải tổng quát hay tải cụ thể (ví dụ động cơ)

Tải

Lọc đầu vào (*)

Phản hồi

Đặt

Lọc đầu ra (*)

Bộ Biến đổi

Mạch Phát xung

Điều khiển vòng kín (*)

Lưới

Bảo vệ

khối có dấu (*) là có thể không cần

- Điều khiển ngỏ ra, hạn chế dòng/áp

- Hạn chế nhiễu: ngỏ vào, ngỏ ra, vô tuyến

- Bài toán khởi động / dừng (soft start)

Trang 2

VI.1 BỘ NGUỒN MỘT CHIỀU BÁN DẪN:

Là bộ nguồn cung cấp điện một chiều

Có cấu trúc giống nhau cho các loại tải

2 Phân loại bộ nguồn một chiều:

- Theo bộ biến đổi:

Bộ nguồn một chiều dùng BBĐ điều khiển pha:

1 (Biến áp) > Chỉnh lưu (điều khiển pha)

2 BBĐ áp AC > Biến áp tần số lưới > Chỉnh lưu D

Còn gọi là bộ nguồn chỉnh lưu, trong đó ( ) là khối có thể không cần

Bộ nguồn một chiều dùng BBĐ áp một chiều:

3 [Biến áp > Chỉnh lưu D > lọc] > BBĐ

4 [Chỉnh lưu D -> lọc] -> BBĐ -> Biến áp tần số cao -> Chỉnh lưu D

Khi dùng nguồn một chiều, các khối [ ] không có

4/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Còn gọi là bộ nguồn xung hay cấp điện đóng ngắt (switching power supply)

So sánh hai loại:

Điều khiển pha công suất lớn (MW) tần số đóng ngắt bé (tần

số lưới) => mạch lọc ngỏ

ra có trị số lớn BBĐ áp một

chiều Tần số làm việc cao nên ảnh hưởng hài bậc cao nhỏ công suất đến 100kw nếu dùng transistor

- Phân loại theo dạng tải: động cơ một chiều, tải điện hóa, điện công

nghệ, các mạch điện tử Có thể chia làm hai nhóm:

• tải áp: Tải cần áp ra phẳng, tiêu biểu là thiết bị điện tử

• tải dòng: gồm các tải còn lại - không cần áp ra phẳng

- Yêu cầu cách ly nguồn – tải khi dùng điện lưới:

Sử dụng biến áp (ghép bằng từ trường)

Trang 3

Ví dụ bộ nguồn DC:

VI.2 BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU:

1 Các bước thiết kế bộ nguồn bán dẫn:

- Thiết kế sơ bộ mạch động lực:

yêu cầu => sơ đồ => tính chọn gần đúng các thông số mạch động lực

- Tính toán chính xác để kiểm tra sơ đồ đã chọn:

Dùng giải tích – mô phỏng – thực nghiệm trên mô hình thu nhỏ

Có thể thực hiện nhiều thiết kế sơ bộ và sẽ chọn ra thiết kế tối ưu

- Tính toán hệ thống điều khiển và bảo vệ, lập bản vẽ lắp đặt và xây

dựng quy trình thi công, thử nghiệm, hiệu chỉnh

2 Thiết kế sơ bộ chỉnh lưu điều khiển pha (ĐKP): Gồm các bước sau:

- Chọn sơ đồ chỉnh lưu

a Chọn sơ đồ chỉnh lưu: xem xét các yếu tố

• Có sử dụng biến áp (BA) hay không:

• Một pha hay nhiều pha:

• Sơ đồ tia hay cầu:

Cầu điều khiển hoàn toàn (SCR) hay không hoàn toàn (SCR + D):

• Sử dụng các sơ đồ đặc biệt:

- nối tiếp, song song các bộ chỉnh lưu:

- Sơ đồ 6 pha có kháng cân bằng

- Sử dụng BBĐ áp AC ở phiá sơ cấp biến áp và dùng chỉnh lưu diod ở thứ cấp:

¾ Áp ra bé (chục V) và dòng tải lớn (hàng nghìn A):

¾ Áp ra lớn (chục nghìn V), dòng ra bé (chục A)

Trang 4

b Tính toán điện áp (thứ cấp biến áp) và góc kích SCR:

• áp ngỏ ra phụ thuộc áp cung cấp và góc kích SCR

• Sụt áp trong mạch bao gồm:

- Sụt áp trên chỉnh lưu: 1 V/ Diod và 2 V / SCR

- Sụt áp do chuyển mạch khi dòng liên tục

- Sụt áp nguồn hay biến áp

Khi tính toán sơ bộ, sụt áp tổng cộng 15% - 20%, góc kích SCR tối thiểu

là 10 – 15o

Nếu sơ đồ không dùng biến áp: góc điều khiển pha tối thiểu αmin < (40

- 50O)

Ví dụ 1: Chọn sơ đồ và tính thông sớ cơ bản của bộ chỉnh lưu

220VDC/100A dòng cho điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập, lưới

công nghiệp 380VAC ba pha

c Tính chọn chỉnh lưu và biến áp:

- Định mức áp chỉnh lưu: giá trị max của áp dây

- Định mức dòng chỉnh lưu và dòng qua BA (nếu có):

Để tính dòng, cần chọn dạng dòng theo loại tải nhằm nâng cao độ chính xác cho thiết kế sơ bộ

Ví dụ tính toán:

1 Thiết kế bộ chỉnh lưu cho điều khiển động cơ DC kích từ độc lập 400 V/ 200A từ lưới điện 3 pha 380V (áp dây): chọn sơ đồ, tính toán các thông số hoạt động của bộ chỉnh lưu điều khiển pha, tính dòng trung bình, áp ngược cực đại SCR, dòng hiệu dụng qua các phần tử mạch khác

2 Thiết kế bộ chỉnh lưu cho điều khiển động cơ DC kích từ độc lập 180 V/ 20A từ lưới điện công nghiệp 220V/380V:

Trang 5

d Tính chọn mạch lọc ngỏ ra:

Một số bộ nguồn một chiều có mạch lọc:

- Bộ cấp điện cho các mạch điện tử : lọc LC hình Γ

- Các bộ nạp accu công suất lớn lọc L nối tiếp

- Một số trường hợp bộ nguồn xi mạ kim loại có lọc LC

3 Điều khiển bộ nguồn chỉnh lưu:

Bao gồm:

- Mạch phát xung + giới hạn góc kích max/min

+ định góc kích ban đầu (150o nếu làm việc 1 cực tính)

- Khối bảo vệ: dòng / áp (vào – ra)

- Khối điều khiển vòng kín

VI.3 BỘ NGUỒN XUNG (SWITCHING POWER SUPPLY):

1 Sơ đồ ổn áp đóng ngắt thay thế ổn áp tuyến tính:

Mạch ổn áp đóng ngắt có những đặc điểm:

- Ưu: hiệu suất cao, giảm được kích thước tản nhiệt và giá thành

- Nhược: có nhấp nhô áp ra

o V

V

Điều khiển

o I

Δ V

+

_

Q1

Tải

Hình VI.3.1 Ổn áp tuyến tính

i

v

V

o

Io

C

S1

D1 +

_

L

Hình VI.3.2 Ổn áp đóng ngắt

bộ nguồn xung = chỉnh lưu diod đầu vào + ổn áp đóng ngắt

Sơ đồ khối:

3 [Biến áp > Chỉnh lưu D > lọc] > BBĐ

Trang 6

4 [Chỉnh lưu D -> lọc] -> BBĐ -> Biến áp tần số cao -> Chỉnh lưu D

2 Cấp điện đóng ngắt (bộ nguồn xung) sử dụng nghịch lưu:

V

S1

+

D1

D2

C1

C2

T1

L1

C3

mạch động lực

Uđk

u ĐB

S1

S2

Dao động tam giác

1 2 3

4 5 6

2

CLK Q

- Q

mạch điều khiển điều rộng xung dẩy kéo

Ví dụ tính toán: Tính toán mạch động lực bộnguồn xung: ngỏ ra 5V/20 A, ngỏ vào 260 VDC

V

S1

+

D1

D2

C1

C2

T1

L1

C3

o

I Thứ cấp biến ápsau chỉnh lưu

áp Sơ cấp biến áp

vo io

=> biên độ sau chỉnh lưu 5/0.5 = 10 V

=> biên độ thứ cấp: 10 + 0.6 = 10.6 V; tỉ số biến áp: 260 / (2 * 10.6) = 12.3

- trị trung bình dòng qua L1 (chính là dòng tải Io) = 20 A

- dòng trung bình qua D: kat Io = 1.5 * 20 = 30 A;

- áp qua D > 10 V: chọn 25 V, loại diod: Schotky

Trang 7

Chọn ngắt điện nghịch lưu: theo biên độ dòng qua nó, bằng 20 /12.3 = 1,6 A

Chọn transistor đóng ngắt công suất, dòng định mức 5 A / 600 V

5 Sơ đồ bộ nguồn xung Flyback dùng 38xx:

6 Sơ đồ bảo vệ quá áp cho ngắt điện trong bộ nguồn xung Flyback:

R

Q

v

D V

D

C

v

v C

Q off

D

t

v

2V

V

Bài tập: Từ mô tả hoạt động của bộ bảo vệ xung áp, biện luận sự ảnh

7 Sơ đồ bộ nguồn xung dùng BBĐ áp một chiều loại Forward:

Trang 8

Bài tập: Vẽ dạng dòng áp trên các phần tử

mạch điện hình VI.3.4 bên, hãy cho biết

nguyên lý để chọn số vòng cuộn dây trả năng

lượng

V+

T1

Q

L1 D2

D1 C1

VI.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÒNG KÍN BỘ NGUỒN MỘT CHIỀU:

1 Bài toán điều khiển bộ biến đổi (BBĐ):

- đảm bảo chất lượng ngỏ ra trong chế độ tĩnh (xác lập) và động (quá

độ)

- Hạn chế dòng điện qua BBĐ

- Điều khiển quá trình khởi động và dừng BBĐ (soft start/stop):

=> Sử dụng hệ thống điều khiển (HTĐK) nhiều vòng (điều khiển trạng

thái hay tọa độ)

Bộ nguồn: Ổn áp hạn dòng Nạp accu: Ổn dòng hạn áp

I

U U

I lv

gh

2 HTĐK tọa độ:

ĐKx1

x2

Đối tượng +

phản hồi _

ĐKx2

đặt1 đặt2

Trang 9

Hệ thống điều khiển bao gồm:

- đối tượng điều khiển: nhiều khối quán tính nối tiếp P1, P2, … có ngỏ ra

là những thông số x1, x2, … cần điều khiển

- Các bộ điều khiển hay hiệu chỉnh (HC) nối tiếp ĐKx1, ĐKx2, … có

ngỏ ra bão hòa tạo thành nhiều vòng phản hồi âm

Bình thường, ĐKx2 xác định ngỏ ra HT là x2 theo đặt2 Khi nó bão

hòa, ĐKx1 sẽ giữ ngỏ ra tương ứng (là x1) ở giá trị mong muốn là mức bão

hòa của ĐKx2

Vòng ngoài là điều khiển điện áp x2 = U,

vòng trong là điều khiển dòng điện x1 = I

I

U U

I lv

gh

ĐKx1

x2

Đối tượng +

phản hồi _

ĐKx2

đặt1 đặt2

Quan sát: Hai bộ nguồn ổn áp có hạn dòng (bộ cấp điện ổn áp) và ổn dòng có giới hạn áp (bộ nạp accu) có cùng sơ đồ điều khiển, chỉ khác cách vận hành

Ví dụ 2: HT điều khiển nhiệt

Ví dụ 3: HT truyền động điện

3 Hiệu chỉnh HT hệ thống điều khiển tọa độ:

a Nguyên lý hiệu chỉnh:

Trang 10

ĐKx1

x2

Đối tượng +

phản hồi _

ĐKx2

đặt1 đặt2

Đối tượng công nghiệp:

1

=( 1)

=

+

i i

K W

(khối quán tính )

=> sử dụng hiệu chỉnh PID

( 1)( 1)

i

T s

- hiệu chỉnh PID lần lượt các vòng từ trong ra ngoài

- Các vòng trong không được phép hiệu chỉnh thành đặc tính có dao

động nếu dùng PP khử cực – zero

b Hiệu chỉnh PID (vi tích phân tỉ lệ):

có dạng:

K i: khác zero làm cho HT vô sai, quá bé kéo dài thời gian xác lập,

( 1)( 1)

i

T s

K p : quyết định sai số HT khi K i = 0,

cùng với K d chỉnh định chất lượng động học HT

Khi cho các hệ số bằng 0, ta nhận được các sơ đồ điều khiển P, PD, I, PI: Hiệu chỉnh P = p= 1

i

T Hiệu chỉnh I = i/ = 1

i

T s

Hiệu chỉnh PD = + =( a +1)

i

T s

T

hiệu chỉnh PI

( 1)

i

T s

T s Hiệu chỉnh PI dùng cho các HT có mức nhiễu lớn

Bài tập: chứng minh có thể ổn định đối tượng có hàm truyền

1

=( 1)

=

+

i i

K W

s T s bằng bộ hiệu chỉnh PID bất chấp bậc n của mẫu số

Ví dụ ứng dụng hiệu chỉnh PI mạch điện tử:

Trang 11

R1

Vo U1

3 2

6

U2

3 2

6

R4

V

POT1

0.01uF 10k

POT2

V

C1

wđ

0 t kđ t

Hình 5 : tín hiệu đặt hàm RAMP

VR1

Uđặt

R1

-Ufhồi

U3B

5 6 7

T4

=>Uđặt = Ufhồi

bộ nguồn xung Flyback dùng 38xx

c Các bước để tìm thông số PID thực nghiệm:

bước 1: Cho K i , K d = 0, tăng dần K p đến khi HT gần có dao động

bước 2: tăng K i đến khi HT có đáp ứng dao động

bước 3: tăng K d (nếu có sử dụng) và/hay tinh chỉnh K p , K i (nếu cần) để

HT có đáp ứng mong muốn

d Ý nghiã thực tiễn của hiệu chỉnh tọa độ:

- Các máy móc công nghiệp (thường là các khối quán tính nối tiếp) chỉ cần hiệu chỉnh PID

- Bộ hiệu chỉnh PID có sẵn trong các bộ biến đổi hay điều khiển công nghiệp, chỉ cần chỉnh thông số (bằng cách quan sát đáp ứng)

- hiệu chỉnh tọa độ (nhiều vòng) cho phép điều khiển nhiều thông số

của quá trình, đáp ứng yêu cầu của máy móc công nghiệp

e Bộ tạo hàm dốc (RAMP):

Trang 12

23/23 ch6 BN DC /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Nguyên lý hoạt động:

R1

U1

3 2

6

U2

3 2

6

R4

V

POT1

0.01uF 10k

POT2

V

wđ

0 t kđ t

Hình 5 : tín hiệu đặt hàm RAMP

- luôn có trong các BBĐ, thực hiện chức năng soft start (khởi động mềm)

- điều khiển quá trình khởi động

- Chống vọt lố trong các HT điều khiển có tích phân

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	245,07 KB