Ứng dụng điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện một chiều

a có mức điện áp chuẩn (điện áp mong muốn điều chỉnh bởi biến trở VR1) được tạo bởi DZ1, R2 và R1 Khi điện áp chỉnmh lưu 2 bán kỳ của diode D1, D2 thấp hơn so với ở mức điện áp chuẩn thì dòng điện đi qua R6 đến cực B của Q2 thấp dẫn đến Q2 phân cực nghịch nên Q2 ở trạng thái ngắt. Khi Q2 ở trạng thái ngắt thì dòng điện đi từ D1® R1® R4® R30® R9. Đến cực B của transistor Q3 nên Q3 được phân cực thuận Q3 dẫn khi Q3 dẫn dòng điện đi từ D1® R1® R10® R3® R9 ® mass nên điện áp đặt trên R11 thấp Transistor Q4 phân cực nghịch, Q4 ngắt (khóa) dòng được đi từ D1® R1® R12® R14® R15 ® mass nên tại cực B của Q5 có dòng điện phân cực thuận cho Q5, Q5 dẫn điện dòng điện đi từ D5 ® R16 ® Q5 ® R17 : Q6 ngắt điện vì điện áp trên cực B của Q6= 0 nên dòng điện tại cực B của Q7 phân cực thuận cho Q7, Q7 dẫn điện. Động cơ DC nhận một điện áp âm dòng điện đí từ động cơ DC ® R18® Q7 ® mass. Vậy động cơ DC được nối mass Cũng tại thời điểm điện áp chỉnh lưu của diode D1 D2 thấp hơn so với điện áp chuẩn nên Q1 dẫn nên điện áp đặt lên cực B của Q12 bằng không nên Q12 phân cực nghịch Q12 ngắt. Nên điện áp của mạch chỉnh lưu đặt lên cực B và điện trở R26. Phân cực cho Q11, Q11 phân cực thuận. Q11 dẫn điện áp đặt lên điện trở R23 thấp làm cho Q10 phân cực nghịch Q10 ngắt kéo theo Q9 ngắt, lúc này điện áp chỉnh lưu đặt lên D6 dẫn làm cho Q8 dẫn làm cho led 2 sáng động cơ được cấp nguồn dương từ D4 ® Q8 ® động cơ. Nên động cơ được quay thuận Khi ta điều chỉnh biến trở VR1 có điện áp đặt vào cực B của transistor Q1 nhỏ hơn điện áp đặt vào cực C của transistor Q1 lúc này Q1 phân cực nghịch Q1 ngư ng dẫn dòng điện chỉnh lưu đi từ D1 ® R1 ® R3 ® R29® R28 ® mass tại cực B của transistor Q12 có điện áp làm cho Q12 phân cực thuận dẫn dòng điện chỉnh lưu đi từ D1® R1® R27 ® R12® R25 ® mass. Khi Q12 dẫn điện đặt lên cực B của Q11 giảm làm cho Q11 phân cực nghịch Q11 ngưng dẫn, khi Q11 ngưng dẫn điện áp chỉnh lưu đặt lên cực B của transistor Q10 và điện trở R23 phân cực thuận cho Q10, Q10 dẫn điện làm cho cực B của Q8 có điện áp giảm Q8 phân cực nghịch Q8 ngắt, khi Q10 dẫn điện cực B của Q9 có .điện áp phân cực cho Q9, Q9 dẫn điện động cơ được cấp nguồn mass cho động cơ qua Q9. Tại thời điểm này điện áp của mạch chỉnh lưu được so sánh qua mạch khuếch đại vi sai Q1 Q2 điện áp tại cực B của Q2 so sánh với điện áp cực E của Q2 điện áp tại cực B cao hơn lúc này Q2 được phân cực thuận Q2 dẫn điện nên dòng điện trên cực B Q3 giảm Q3 phân cực nghịch ngắt. Điện áp chỉnh lưu đặt lên cực B của Q4 tạo cho Q4 được phân cực thuận Q1 dẫn điện dòng điện trên điện trở R14 và 0 cực B của Q5 giảm nên Q5 phân cực ngược Q5 ngắt, khi Q5 ngắt thì Q7 cũng ngắt điện áp chỉnh lưu từ diode D5 đặt vào diode D3 và transistor Q6 phân cực thuận Q6 dẫn điện cấp nguồn dương cho động cơ từ D4 ® R19® Q6® động cơ. Vậy động cơ quay nghịch đến LED 1 sáng II/ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN SCR Sơ đồ mạch như hìnhV-2 Trong sơ đồ này việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách điều khiển SCR thực chất là điều khiển góc mở a kích cho SCR từ đó làm thay đổi điện áp đặt vào động cơ. Khi ta nhấn nút start cuộn dây Rơle M có điện đóng tiếp điểm M ở dưới SCR lại và mở các tiếp điểm thường đóng ra động cơ bắt đầu khởi động khi đường 1 dương SCR đã được kích, dòng điện sẽ được đi qua câu trị fuse chỉnh lưu diode 4SR qua tiếp điểm M đặt vào phần ứng động cơ. Cuộn dây kích từ động cơ được nắn điện áp 2 bán kỳ cấp điện cho cuộn kích từ field khi đường 1 dương diode 1SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ + Khi đường 2 dương diode 2SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ mạch được bảo vệ bằng 2 diode zenzer (thy) bảo vệ sự tăng vọt điện áp đặt lên SCR vậy (thy) là một ổn áp xoay chiều tự nối tắt khi điện áp cao nhưng không chập mạch ,khi nối tắt dòng điện tăng lên sẽ làm cầu chì fuse chảy nhanh. Khi ấn nút dừng cuộn dây rơle coil M mất điện mở tiếp điểm M dưới SCR ra và đóng tiếp điểm M lại. Điện trở 2R là điện trở hãm khi đóng tiếp điểm M động cơ sẽ bị hãm động năng và ngừng ngay. Khi ta điều chỉnh biến trở VR ở mức cao dòng điện qua transistor Q1 nhỏ (Q1 đóng vai trò như một biến trở) tụ điện 4C được nạp chậm qua hai điện trở 15R và 13R, tụ điện C phóng yếu làm cho kích SCR trễ như hình V-2a phần ứng động cơ nhận một điện áp thấp tốc độ động cơ quay chậm Dòng điện phần ứng Dòng điện phần ứng a)UJT kích trễ b)UJT kích sớm HÌNH V-2 Khi ta điều chỉnh biến trở ở mức thấp dòng điện đi qua cực E của transistor lớn tụ điện 4C nạp nhanh hơn. Khi đó SCR được kích sớm hơn dòng điện lớn hơn chạy trong phần ứng động cơ sinh ra môment lớn ® tốc độ động cơ quay nhanh như hình V-2b. Điều chỉnh điện áp ở biến trở là điều chỉnh tốc độ mong muốn còn để ổn định động cơ ta có phản hồi điện áp từ phần ứng động cơ điện áp phản hồi này qua điểm K qua điện trở 4R. Khi động làm việc với tải tăng tốc độ động cơ giảm (khi đó biến trở VR chỉnh cố định) dòng điện tăng nên điện áp giảm phản hồi qua 4R về chân B của transistor 1Q làm cho 1Q dẫn mạch tụ 4C được nạp nhanh và SCR được kích sớm để nâng tốc độ động cơ lên bằng với tốc độ yêu cầu Khi tại điểm K có điện áp cao điện áp phản hồi về chân 1Q tăng làm 1Q dẫn yếu 4C nạp chậm kích mở trễ cho SCR để cấp điện áp cho phần ứng tới khi cân bằng tốc độ theo yêu cầu, tụ 3C tụ san bằng điện áp. Tụ 2C tụ cho phép thời gian mở máy. Tốc độ sẽ tăng chầm chậm III/ MẠCH ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Sơ đồ mạch như hình IV-3 Khi cấp nguồn V vào biến áp BA thứ cấp của biến áp có điện áp cung cấp cho mạch chỉnh lưu, nhưng động cơ chưa được cấp điện vì 2 thyristor chưa được kích mở. Tại mạch điều khiển cũng được cấp nguồn bởi bộ nắn điện D3, D4 tụ điện C7 sẽ được nạp điện tại cực B của T2 điện áp nhỏ dần nhỏ đến một giá trị nào đó T2 dẫn điện điện áp tại ngõ vào (-) của Op amp OP1 giảm dẫn đến điện áp ở ngõ ra của OP1 là tăng (OP1 : khuếch đại đảo) diode D3 dẫn điện nạp điện cho tụ C8 khi tụ C8 nạp bằng giá trị Vc (+) thì UJT sẽ cho tụ C8 xả qua tại cuộn dây sơ cấp của biến áp xung BAX1 có một điện áp xung cuộn dây thứ cấp của biến áp xung BAX2 có xung để kích thyristor th1 và thyristor th2 Th1 và th2 dẫn điện cấp điện một chiều cho phần ứng động DC Động cơ bắt đầu hoạt động Động cơ sẽ quay với tốc độ được đặt bởi biến trở VR4 sẽ điều chỉnh điện áp phân cực cho T2 T2 dẫn yếu điện áp ngõ vào ( - ) OP1 tăng điện áp ngõ ra OP1 giảm tụ điện C8 nạp chậm th1 và th2 bị kích trở tốc độ động cơ chạy chậm T2 dẫn mạnh điện áp ngõ vào (-) OP1 giảm điện áp ngõ ra OP1 tăng tụ điện C8 nạp nhanh th1 và th2 sẽ được kích sớm động cơ sẽ chạy nhanh Khi điều chỉnh biến trở VR3 ta có thể điều chỉnh độ phân cực của transistor T3 lúc đó điều chỉnh được thời gian nạp của tụ điện C7, điều chỉnh được thời gian nạp của tụ C7 là điều chỉnh được mức độ tăng tốc và giảm tốc của động cơ còn VR3 là biến trở thay đổi độ ổn định của hệ thống. Khi động cơ làm việc mà tải tăng tốc độ động cơ giảm dòng điện phần ứng tín hiệu này được phản hồi qua điện trở R17 và R18 đến Op amp OP2 (nếu dòng điện lớn khi khởi động thì tụ điện C4 sẽ bảo vệ chưa cắt khi động cơ đang khởi động) tăng OP2 là khuếch đại không đảo nên dòng điện ngõ ra OP2 tăng dòng điện này sẽ qua R21®VR2 ® R4 ® ngõ vào ( + ) OP1 tăng làm cho ngõ ra OP1 cũng tăng tụ điện C8 nạp nhanh kích th1 và th2 mở sớm tăng điện áp cho phần ứng động cơ để động cơ ổn định tốc độ khâu này là khâu phản hồi dương dòng VR1 là biến trở chỉnh tinh lấy tốc độ chuẩn VR2 là biến trở hiệu chỉnh tốc độ đáp ứng ngõ vào OP1 Khi tải nhẹ tốc độ động cơ tăng dòng điện phần ứng tăng điện áp đặt trên R11 và R12 tăng tín hiệu này được phản hồi về ngõ vào ( - ) của OP1 qua điện trở R7, R2 sẽ có điện áp tăng ngõ ra của OP1 sẽ có điện áp giảm tụ điện C8 nạp chậm Kích mở th1 và th2 trễ – điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ giảm xuống tốc độ động cơ giảm xuống cho tới khi ổn định. Đây là khâu phản hồi âm áp của động cơ Các tụ C1, C2 và C5, C6 là các tụ bảo vệ chống nhiễu cho Opamp OP1, OP2 Các diode D1 D2 và D8 D7 là các diode bảo vệ ngõ vào opamp OP1 OP2 Chương VI : KẾT LUẬN TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI I/ TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Sau 8 tuần nỗ lực nghiên cứu và vận dụng kiến thức đã học tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật, em đã hoàn thành đề tài “Ứng dụng linh kiện điện tử công suất trong điều khiển động cơ một chiều” được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thắng đề tài có nội dung như sau : Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn công suất lớn. Ứng dụng của linh kiện bán dẫn công suất trong điều khiển động cơ điện một chiều Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC và ứng dụng bộ điều khiển lập trình trong điều khiển động cơ Tìm hiểu một số mạch điều khiển động cơ trong thực tế sản xuất II/ TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Do thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế có hạn nên việc phân tích các sơ đồ mạch ứng dụng của điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình plc và chưa được phong phú sâu sắc, việc tính toán các linh kiện đòi hỏi phải có thời gian chính vì lẽ đó nên đồ án đã có một số hạn chế trên. III/ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: Với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý và kỹ thuật điện tử đề tài này có thể được phát triển sâu hơn và kết hợp với hệ thống vi xử lý để điều khiển động cơ điện một cách hoàn hảo, tin cậy. ._.