ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Thiết kế bộ băm xung áp cho động cơ ôtô một chiều với các thông số sau: + U = 48 VDC. + Iđm = 60 A + D = 25 :1 + Không đảo chiều + n = 1000 v/ph.

Giáo viên hướng dẫn: PHẠM QUỐC HẢI.

Nhóm sinh viên thực hiện:

Phan Thanh Minh

Lê Văn Quyết

Bùi Anh Tuấn

Nguyễn Danh Tuấn

Nguyễn Thanh Long

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá nền kinh tế đất nước, ngày càng cónhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong trong tất cả các lĩnhvực sản xuất, phục vụ đời sống con người Đặc biệt trong lĩnh vực điều chỉnh tự động sửdụng van bán dẫn

Trong các lĩnh vực điều chỉnh tự động nói chung cũng như trong lĩnh vực giao thôngnói riêng việc đòi hỏi cần có các bộ điều chỉnh nhằm tiết kiệm năng lượng ngày càng đượcđòi hỏi và thay thế

Bên cạnh đó trong lĩnh vực giao thông việc sử dụng các động cơ xăng,diezen ngàycàng có xu hướng giảm vì các nhược điểm như: Tiêu hao nhiều năng lượng, ô nhiễm môitrường Đồng thời với các thành tựu của khoa học kỹ thuật thì việc chế tạo các động cơđiện ngày càng được hoàn thiện Song song với sự phát triển đó là sự đòi hỏi phải có bộđiều khiển các loại động cơ đó với chất lương tốt nhất, thoả mãn các yêu cầu về kinh tế và

kỹ thuật nhằm sử dụng và thay thế các động cơ cũ

Bộ băm xung áp một chiều sử dụng van bán dẫn trong tương lai đáp ứng được nhucầu cần thiết về bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Nội dung của đồ án:

+ Chương I: Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

+ Chương II: Bộ băm xung áp một chiều

+ Chương III: Các phương án Tổng thể

+ Chương IV: Thiết kế mạch lực

+ Chương V : Thiết kế mạch điều khiển

Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhưng do kiến thức có hạn nên không thểtránh khỏi một số hạn chế nhất định ,mong các thầy đóng góp ý kiến để đồ án được hoànthiện hơn

Để hoàn thành đồ án này chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của

thầy Phạm Quốc Hải.

Nhóm sinh viên thực hiện.

2

CHƯƠNG I :

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều :

Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọngmặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thôngdụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt ,khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy mà động cơ một chiềuđược dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nhưcán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải

mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều Bên cạnh đó , động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất địnhcủa nó như

so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạphơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhưng do những ưu điểm của nó nên động cơ điện mộtchiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng 10000 KW ,điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V Hướng phát triển hiện nay là cải tiến tínhnăng của vật liệu , nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có côngsuất lớn hơn Giản đồ kết cấu chung của đông cơ điện một chiều ở hình dưới :phần ứngđược biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E,ở phần stato có vài dây quấnkích từ :dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN,dây quấn cực từphụ CF,và dây quấn bù CB.Hệ thống các phương trình

1.2.Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và phần động

1.2.1 Phần tĩnh hay stato.

Đây là đứng yên của máy , bao gồm các bộ phận chính sau:

a Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích

từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thépcacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thépkhối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấnbằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khốitẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên cáccực từ này được nối tiếp với nhau

b Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi

chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặtdây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máynhờ những bulông

c Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.

Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớnthường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

d Các bộ phận khác

- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn

và an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tácdụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

- Cơ cấu chổi than : để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm

có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than được

0

a Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày

0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáygây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép

lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữanhững đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi quacác khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trongđộng cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹthuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

b Dây quấn phần ứng.

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dâyquấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có côngsuất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thườngdùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặcđai chặt dây quấn Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

c Cổ góp : dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm

nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm vàhợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại.Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao lên một ít đểhàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng

d Các bộ phận khác.

- Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thường chế tạo theokiểu bảo vệ ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơquay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dâyquấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

- Trục máy : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làmbằng thép cacbon tốt

2 3 Đ ặc tính cơ của động cơ điện một chiều :

2.3.1 Động cơ điện kích thích độc lập hoặc song song:

Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n)và mômen (M)

M K

R R K

U u u f

) ( 2

4

2.3.2 Động cơ điện kích thích nối tiếp:

Ở động cơ điện kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng điện phầnứng : It= Iư=I Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị:

=K.Itrong đó hệ số tỷ lệ K chỉ là hằng số trong vùng I <0,8Iđm ; còn khi I >(0,8  0,9)I)Iđm

thì hơi giảm xuống do hiện tượng bão hoà mạch từ

Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng:

R M

K Ce

U C n

e

u M

.

Như vậy khi mạch từ chưa bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nốitiếp có dạng là đường hypebol bậc hai

Ta thấy, ở động cơ một chiều kíchthích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanhkhi M tăng Và khi mất tải (M=0, I=0) thì n

có trị số rất lớn Vì vậy thường chỉ cho phépđộng cơ làm việc với tải tối thiều P2=(0,2 0,25)Pđm Từ dạng đặc tính cơ ta cũng cónhận xét là đặc tính cơ của động cơ kíchthích nối tiếp rất mềm  động cơ nối tiếp rất ưu việt trong những nơi cần mở máy nặng nề

và cần tốc độ thay đổi trong một vùng rộng

song song Tuy nhiên mức độ tăng của từ thông không mạnh như ở động cơ kích thích nốitiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính

cơ của động cơ kích thích nối tiếp

Từ những đặc tính cơ trên ta thấy rằng động cơ một chiều kích thích nối tiếp và hỗnhợp đáp ứng được yêu cầu truyền động Nó có nhưng ưu điểm :

+ Đặc tính cơ mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải Điều này rất thích hợp tronggiao thông có yêu cầu tốc độ thay đổi theo tải

+ Có khả năng quá tải lớn về mômen và khả năng khởi động tốt hơn Nhờ vậy chophép làm việc ở môi trường kéo tải nặng nề

+ Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng phần ứng Iư nên khả năng chịu tảicủa động cơ không chịu ảnh hưởng của sụt áp lưới điện nên rất thích hợp cho những truyềnđộng dùng trong nghành giao thông có đường dây cung cấp điện đi kèm theo tải

Thực tế trong lĩnh vực này động cơ kích thích nối tiếp được sử dụng Tuy nhiênngười ta cũng dùng cả động cơ kích thích hỗn hợp vì nó cho phép thực hiện hãm tái sinhnăng lượng mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu truyền động

Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kéo tải trong giao thông có thể dùngphương pháp điện kết hợp cả phương pháp cơ qua cơ cấu bánh răng để tăng dải điều chỉnh.Điều chỉnh bằng phương pháp điện càng tốt bao nhiêu càng giảm độ phức tạp & cồng kềnhcủa cơ cấu cơ khí bấy nhiêu

Thực tế tồn tại hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:

 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ; tức là thay đổi Uư

 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ ; tức là thay đổi từ thông 

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi  có thể thay đổi được liên tục &giữ được hiệu suất của động cơ là không đổi vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụng lênmạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động cơ Nhưng do bình thường động

cơ làm việc ở chế độ định mức, ứng với kích thích tối đa (=đm=max), nên chỉ có thểđiều chỉnh theo hướng giảm từ thông; tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ &giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đảo chiều quay nênphương pháp này không thích hợp trong trường hợp động cơ kéo tải giao thông

6

Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ chỉ cho phép điều chỉnh tốc độquay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp lên trên Uđm của động cơ.Phương pháp này cho phép điều chỉnh triệt để vì có những ưu điểm sau:

+ Hiệu suất điều chỉnh cao

+ Không có tổn hao trong máy điện khi điều chỉnh

+ Việc thay đổi điện áp phần ứng, cụ thể là giảm Uư  mômen ngắn mạch Mnm giảm,dòng ngắn mạch Inm giảm; điều này rất có ý nghĩa trong lúc khởi động động cơ

+ Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau.+ Điều chỉnh trơn trong toàn bộ giải điều chỉnh

Tuy vậy, phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao, và đòi hỏi phải cónguồn điện áp điều chỉnh được

Từ những phân tích trên ta thấy việc chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng

là thích hợp cho động cơ kéo tải giao thông Mặc dù, dải điều chỉnh chỉ cho phép thấp hơntốc độ định mức như ta có thể mở rộng dải điều chỉnh nhờ kết hợp với cơ cấu cơ khí

CHIỀU.

Như ở trên đã đề cập, phương pháp điều chỉnh điện áp được lựa chọn trong điềuchỉnh tốc độ động cơ Thực tế, để thay đổi điện áp phần ứng động cơ người ta có thể thayđổi góc mở chậm  nếu dùng bộ biến đổi là hệ thống chỉnh lưu, hoặc thay đổi tần số bămtrong trường hợp bộ biến đổi là bộ băm xung áp một chiều

Việc sử dụng hệ thống chỉnh lưu tiristor - động cơ chỉ ứng dụng trong trường hợp tảicủa nó là loại động cơ công suất lớn, sử dụng sơ đồ chỉnh lưu tiristor – động cơ một chiềuluôn đi kèm theo việc đưa thêm bộ lọc kồng kềnh nên chỉ khả dụng cho truyền động đầumáy tầu điện kéo tải lớn

Với loại động cơ công suất nhỏ thì việc dùng bộ băm xung áp một chiều là phù hợp

Vì thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao (theo tính toán là xấp xỉ bằng 1); ít nhạycảm với nhiệt độ và điều kiện môi trường vì tham số điều kiển là thời gian đóng mở; đặcbiệt là có kích thước nhỏ gọn (tính cả lọc), nên rất phù hợp với xe điện di động

Sau đây giới thiệu nguyên lý chung của bộ băm xung, đồng thời phân tích khái lược

về các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ làm việc của bộ băm xung - áp cũng như vấn đề lựachọn thiết bị đáp ứng được các yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế

Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc như một công tác tơ tĩnh (K) đóng mở liêntục 1 cách chu kì Nhờ vậy mà biến đổi được điện áp một chiều không đổi E thành cácxung điện áp một chiều Utb có trị số có thể điều chỉnh được Điện áp Utb này đặt vào phầnứng động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ ô tô

Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0<Utb<E

Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì E<Utb<0

Trong sơ đồ trên L,C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp tải thực tế làkhông đổi ,mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất lượng điều chỉnh

Điện áp trên tải thu được phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá K.Trong khi đó cáchạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện áp một chiều quyết định giới hạn tần

số làm việc của bộ biến đổi Để tránh các sóng không mong muốn và từ đấy tránh đượcMomen đập mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó Tần số đóng cắt càng nhanh thìcàng giảm được kích thước của bộ lọc ,nhưng nếu quá lớn sẽ sinh ra nhiễu vô tuyến Vìvậy phải cân nhắc để lựa chọn được bộ biến đổi làm việc ở dải tần thích hợp( dưới 1KHz).Thực tế thường dùng tần số băm khoảng 400Hz  600Hz

2

Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều

Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý được thay bằng khoá điện tử cụ thể là Tiristorhoặc Transistor(Công suất hoặc MOS).

Dùng Tiristor có ưu điểm là trị số giới hạn cao ,làm việc chắc chắn rẻ tiền,tổn haokhi dẫn nhỏ nhưng có nhược điểm là mở chậm nên chỉ sử dụng rộng rãi ở tần số đóng mởthấp (dưới 500Hz)

Transistor MOS thích hợp với dải tần số chuyển mạch cao hơn 100KHz

Transistor công suất thích hợp với dải tần từ 20->100Khz,có giá thành rẻhơn,tổn hao ít hơn MOS

Với hệ thống dùng Transistor thì yêu cầu làm mát không cao bằng Tiristor,nhưngTiristor lại cho phép dễ bảo vệ chống lại các sự cố hơn Transistor Vì vậy ở những môitrường làm việc nặng nề việc sử dụng Transistor là hạn chế

Việc sử dụng loại linh kiện nào dùng trong bộ biến đổi trong thực tế là dựa vào khảnăng kinh tế kỹ thuật và trong nhiều trường hợp thì việc lựa chọn không rõ ràng

Ngoài sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật là tần số đóng cắt, giới hạn về cáclinh kiện thì chất lượng điều chỉnh tốc độ ôtô còn phụ thuộc vào cả cơ cấu điều chỉnh là kínhay hở Dùng sơ đồ điều chỉnh kín (có vòng phản hồi) sẽ tăng thêm tính ổn định tốc độ vớimột tần số đóng cắt nhất định, nâng cao được chất lượng điều chỉnh

CHƯƠNG II:

BỘ BĂM XUNG ÁP MỘT CHIỀU

Bộ băm xung áp một chiều có nhiều ưu điểm trong truyền động giao thông Bộ bămxung áp biến đổi được điện áp một chiều từ 0 đến giá trị điện áp nguồn US một cách trơnliên tục Phần trên cũng đã đề cập tới nguyên lý chung của bộ biến điện áp một chiều, ởchương này ta đi chi tiết giới thiệu tổng quan nguyên lý điều chỉnh, các phương pháp điềuchỉnh và một số sơ đồ băm xung áp thực tế

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

Ura là một dãy xung vuông (lý tưởng) có độ rộng t1 và độ nghỉ t2 Điện áp ra bằng giátrị trung bình của điện áp xung Nguyên lý cơ bản của các bộ biến đổi này là điều khiền cácphần tử công suất bằng phương pháp xung Để có hiệu suất lớn thì điện áp sụt trên cácphần tử công suất ở trạng thái mở phải nhỏ, dòng qua nó ở trạng thái mở rất nhỏ

Có hai phương pháp:

 Thay đổi độ rộng xung (t1)

 Thay đổi tần số xung (T hoặc f)

2.1 Phương pháp thay đổi độ rộng xung

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

10

BBĐ một chiều

1 t2T

 là hệ số lấp đầy, còn gọi là tỉ số chu kỳ.

Như vậy theo phương pháp này thì dải điều chỉnh của Ura là rộng (0 <   1)

2.2 Phương pháp thay đổi tần số xung

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

S S

Sơ đồ nguyên lý như sau:

Phần tử điều chỉnh quy ước là khoá K ( thực tế là Tiristor hoặc Tranzitor)

Đặc điểm của sơ đồ này là khoá K, cuộn cảm và tải mắc nối tiếp Tải có tính chấtcảm kháng hoặc dung kháng Bộ lọc L & C Đi-ôt mắc ngược với Ura để thoát dòng tảikhi khoá K ngắt

Clọ c

tải

+ K đóng  US được đặt vào đầu của bộ lọc Lý tưởng thì Utải = US (nếu bỏ qua sụt

áp trên các van trong bộ biến đổi)

+ K mở  hở mạch giữa nguồn và tải, nhưng vẫn có dòng Itải do năng lượng tích luỹtrong cuộn L và Ltải, dòng chạy qua D, do đó Ura=Utải’ =0

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

U W

3.2 Biến đổi tăng áp:

Sơ đồ như sau:

Đặc điểm: L1 nối tiếp với tải, Khoá K mắc song song với tải Cuộn cảm L1 không thamgia vào quá trình lọc gợn sóng mà chỉ có tụ C đóng vai trò này

+ K đóng, dòng điện từ +US qua L1  K  -US Khi đó D tắt vì trên tụ có UC (đã đượctích điện trước đó)

+ K ngắt, dòng điện chạy từ +US qua L1  D  Tải Vì từ thông trong L1 không giảm

tức thời về không do đó trong L1 xuất hiện suất điện động tự cảm eL

dt

d

w 

 , có cùng cựctính US Do đó tổng điện áp: U=US+eL  làm D thông  Utải=US+eL Vậy ta có bộ biến đổităng áp

Đặc tính của bộ biến đổi là tiêu thụ năng lượng từ nguồn US ở chế độ liên tục và nănglượng truyền ra tải dưới dạng xung nhọn

Đặc tính truyền đạt:

12

US

Ura

Clọ c

tải

K

U W

3.3 Biến đổi đảo cực:

Sơ đồ mắc như sau:

L1 chỉ đóng vai trò tích luỹ năng lượng

3.4 Biến đổi công suất lớn theo nguyên lý nhiều nhịp:

Đặc điểm: Mắc song song n bộ biến đổi riêng làm việc cùng một tải và nguồn US

Để giảm độ gợn sóng của Itải và Utải , các khoá K1, K2, K3,  làm việc lệch pha nhaumột góc 2/n Khi đó mỗi bộ biến đổi chịu dòng điện Itải/n ; tần số làm việc f=f/n

Có thể làm việc ở hai chế độ : lần lượt và đồng thời

Nhận xét: Các bộ biến đổi (3 & 4) có ưu điểm ở chỗ là cho phép nhận được điện áp ra tải

Utải cao hơn điện áp nguồn cung cấp US, song chúng chỉ thích hợp với dải công suất nhỏnên ít thông dụng

D1

US

Ur a

Clọ c

tải

K

4 TRANSISTOR CÔNG SUẤT :

( b )

C B E ( a )

E B

C

N P P

N

C B E

( b )

( b ) ( a )

Transistor công suất

Mối nối B - E ở chế độ phân cực thuận như một diode, có điện kháng nhỏ và điện áprơi trên nó nhỏ thì mối nối B - C được phân cực ngược bởi điện áp UCC Bản chất mối nối

B - C này giống như một diode phân cực ngược và điện kháng mối nối B - C rất lớn

Dòng điện đo được trong vùng phát gọi là dòng phát IE Dòng điện đo được trongmạch cực C ( số lượng điện tích qua đường biên CC trong một đơn vị thời gian là dòng cựcthu IC )

Dòng IC gồm hai thành phần :

- Thành phần thứ nhất ( Thành phần chính ) là tỷ lệ hạt Electron ở cực phát tới cựcthu Tỷ lệ này phụ thuộc duy nhất vào cấu trúc của transistor và là hằng số được tính trướcđối với từng transistor riêng biệt Hằng số đã được định nghĩa là  Vậy thành phần chínhcủa dòng IC làIE, thông thường  = 0,9)I  0,9)I9)I9)I

- Thành phần thứ hai là dòng qua mối nối B - C ở chế độ phân cực ngược lại khi IE =

0 Dòng này gọi là dòng ICBO - nó rất nhỏ

- Vậy dòng qua cực thu : IC = .IE + ICBO

*Các thông số của transistor công suất

- IC : Dòng colector mà transistor chịu được

- UCEsat : Điện áp UCE khi transistor dẫn bão hoà

- UCEO : Điện áp UCE khi mạch badơ để hở, IB = 0

- UCEX : Điện áp UCE khi badơ bị khoá bởi điện áp âm, IB <0

- ton : Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị điện áp nguồn U giảm xuống UCEsat  0

- tf : Thời gian cần thiết để iC từ giá trị IC giảm xuống 0

- tS : Thời gian cần thiết để UCE từ giá trị UCEsat tăng đến giá trị điện áp nguồn U

- P : Công suất tiêu tán bên trong transitor Công suất tiêu tán bên trong transistor

được tính theo công thức P = UBE.IB + UCE.IC

- Khi transistor ở trạng thái mở : IB = 0, iC = 0, nên P = 0 - Khi transistor ở trạng thái đóng : UCE = UCEsat Trong thực tế transistor công suất thường được cho làm việc ở chế độ khoá : IB = 0, IC = 0, transistor được coi như hở mạch Nhưng với dòng điện gốc ở trạng thái có giá trị bão hoà , thì transistor trở về trạng thái đóng hoàn toàn Transistor là một linh kiện phụ thuộc nên cần phối hợp dòng điện gốc và dòng điện góp Ở trạng thái bão hoà để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn, dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng Ở chế độ khoá dòng điện gốc phải giảm cùng qui luật như dòng điện góp để tránh hiện tượng chọc thủng thứ cấp

Trạng thái dẫn và trạng thái bị khoá a) Trạng thái đóng mạch hay ngắn mạch I B lớn, I C do tải giới hạn b) Trạng thái hở mạch I B = 0 Các tổn hao chuyển mạch của transistor có thể lớn Trong lúc chuyển mạch, điện áp trên các cực và dòng điện của transistor cũng lớn Tích của dòng điện và điện áp cùng với thời gian chuyển mạch tạo nên tổn hao năng lượng trong một lần chuyển mạch Công suất tổn hao chính xác do chuyển mạch là hàm số của các thong số của mạch phụ tải và dạng biến thiên của dòng điện gốc * Đặc tính tĩnh của transistor U CE = f(I C) Để cho khi transistor đóng, điện áp sụt bên trong có giá trị nhỏ, người ta phải cho nó làm việc ở chế độ bão hoà, tức là IB phải đủ lớn để IC cho điện áp sụt UCE nhỏ nhất Ở chế độ bão hoà, điện áp sụt trong transistor công suất bằng 0,5 đến 1V trong khi đó tiristor là khoảng 1,5 V

4 3 Ứng dụng của transistor công suất :

Transistor công suất dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ lớn Tuy nhiên trong thực tế transistor công suất thường cho làm việc ở chế độ khoá

IB = 0 , IC = 0 : transistor coi như hở mạch

16

( b ) ( a )

I C

U CE b

a

U CE

I C

I C



Đặc tính tĩnh của transistor: U

CE = f ( I

C ).

Vùng tuyến tính Vùng gần bão hoà

Vùng bão hoà

U

CE

I

C

( b ) ( a )

I

C

U

CE

b a

U

CE

I

B

I

C



CHƯƠNG III:

CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ

Thực tế có rất nhiều sơ đồ băm xung áp một chiều với nhiều đặc điểm khác nhau tuỳmục đích sử dụng, song chúng đều làm việc dựa trên những nguyên lý của các dạng cơ bảnnhư đã giới thiệu ở mục trên

Dưới đây xin giới thiệu một số sơ đồ băm xung áp:

1 BỘ BĂM NỐI TIẾP :

- LC, DC, C : là các phần tử chuyển mạch, tạo mạch cho tụ C

- D0 : Diode hoàn năng lượng, duy trì dòng qua tải khi bộ băm ngắt

Bộ băm nối tiếp là một khoá điện S bằng tiristor được điều khiển đóng mở trong

hệ thống một cách chu kỳ Khi S đóng thì điện áp ngõ ra trên tải Ud = U cpnf khi S mở thì

Id

D0

ID0

LC

DCU

E

Ud+ 



VS2



Ld

Rd



Thay đổi tỷ số thời gian đóng và thời gian ngắt của VS1 sẽ điều chỉnh được giátrị trung bình của điện áp ra trên tải

Gọi T là chu kỳ của bộ băm, T= Tđg + Tng Trong đó :

- Tđg = T là thời gian đóng mạch của VS1

- Tng = T - Tđg là thời gian ngắt mạch

-  = Tđg/T là tỷ số đóng của chu kỳ

Giá trị trung bình của điên áp ra trên tải :

Khi ta thay đổi tỷ số đóng  thì có thể điều chỉnh được Utb Có hai cách để thayđổi  :

- Giữ cố định chu kỳ xung T ( tần số cố định) , thay đổi thời gian đóng mạch

Tđg của bộ băm Phương pháp này được gọi là phương pháp điều khiển độ rộng xung

- Giữ cố định thời gian đóng mạch Tđg thay đổi chu kỳ của bộ băm T ( tần sốbiến thiên ) Phương pháp này được gọi là phương pháp điều tần

Khi  = 0 tức là Tđg ta có Utb = 0, bộ băm thường xuyên ngắt mạch, n =0

Khi  = 1 tức là Tđg = T ta có Utb = U, bộ băm thường xuyên đóng mạch, n = nmax Trong hệ thống, thời gian đóng mạch Tđg có thể điều chỉnh tuỳ theo ý muốn nhưng

Tđg không thể nhỏ hơn một nửa chu kỳ của mạch dao động LC, tức là phải đảm bảo :

Ta có sơ đồ biểu diễn điện áp ra trên tải Ud như sau :

Sơ đồ biểu diễn đồ thị điện áp ngõ ra trên tải U d

Xét quá trình dao động của dòng tải : Trong khoảng thời gian 0< T < Tđg khoá S đóngđiện Điện áp ra trên tải Ud = U , dòng điện tải I tăng từ giá trị nhỏ nhất Imin đến giá trị lớnnhất Imax Biểu thức I được xác định bằng cách giải phương trình của mạch điện khi S đóng:

Biểu thức tổng quát của dòng điện sẽ là :

Tại thời điểm t =0 thì :

Thay giá trị K1 vào ta được :

T Udt T

Utb

UdU

t 0

L

E U i L

R dt

E U K I

i min  1   1  min 

R

E U e

R

E U I

Nếu Tđg của khoá S giảm nhỏ đến giá trị tới hạ Tđggh thì Imin = 0 Lúc này hệ thống

sẽ làm việc ở biên giới chuyển từ chế độ liên tục sang chế độ dòng điện gián đoạn

Ta có đồ thị điện áp, dòng điện ở chế độ liên tục và gián đoạn của bộ băm nhưsau :

19

R

E U e

R

E U I

R

e I e

R

E U

Imax

Imax

Imax

Imin

Imin

Imin

I

t 0

U

Ud

t 0

T

dg T

ngT

IS

t 0

ID0

t

U

E e

R

E I

dg

T T T

R

E e

e R

U I

u dg u dg

T T T T

1

max

u dg u

dg

T

) T T (

max T

) T T (

U

E I

Đồ thị biểu diễn điện áp và dòng điện ngõ ra ở chế độ liên tục và gián đoạn của bộ măm nối tiếp.

Sơ đồ mạch động lực hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng bộ băm nối tiếp

Trong chế độ dòng điện liên tục vì Tx = T nên ta có Utb = U với 0   1

Đối với tải là động cơ điện một chiều có dòng trung bình của phần ứng là I, sứcđiện động E thì ta có : E = Utb – IRử với :

Theo công thức trên họ các đặc tính tốc đọ hay đặc tính cơ điện của động cơ ở chế

độ dòng điện liên tục là một họ các đường thẳng song songg ứng với các trị số khác nhaucủa 

Trong chế độ dòng điện gián đoạn, ta cần giữ cho giá trị Tđg hay  cố định thì đườngbiên liên tục là một nửa đường elip vẽ bằng các nét đứt Dòng trung bình liên tục Itblt có trị

số lnhơ nhất là Itblt = 0 ứng với n = 0 ( Khi  =0 ) và n = nmax ( Khi  = 1 )

E

K

RI K

U n

n K

1

M, I n

max = 1

2

3

n1n2n3

nmax

Như vậy, trong hệ thống băm nối tiếp sẽ đảm bảo cho máy điện làm việc ở trạng thái

động cơ Khi S mở thì Ud = U và khi S đóng thì Ud = 0 Vây điện áp và dòng điện trungbình qua động cơ luôn luôn dương

Hệ thống này sẽ làm việc ở góc phần tư thứ nhất của mặt phẳng toạ độU, I

Đồ thị biểu diễn phạm vi điều chỉnh của hệ thống sử dụng bộ băm nối tiếp

2 1 Nguyên lý hoạt động:

Sơ đồ nguyên lý của bộ băm song song được biểu diễn như sau :

Sơ đồ nguyên lý của bộ băm song song.

L : là điện cảm của phần ứng động cơ kết hợp với điện cảm bổ sung để giữ

Giá trị trung bình của điện áp một chiều :

Giá trị trung bình của dòng điện trả về nguồn :

Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua tiristor :

Phương trình mạch tải khi máy điện ở trạng thái hãm tái sinh :

IdI

T

- 

+ 



D

L R



T



U Udt

T U

T d

tb I dt I T

R

U E I U dt

dI L RI

d d

d d

t 0

Ie

t 0

IT

t 0

Id

- 

+ 