[email protected]
Ch−¬ng 2
c¸c ph−¬ng ph¸p vµ s¬ ®å ghÐp nèi vi xö lý - m¸y tÝnh ®Ó
®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu
HiÖn nay do c«ng nghÖ m¹ch tæ hîp ph¸t triÓn m¹nh mÏ nªn gi¸ thµnh c¸c
thiÕt bÞ IC rÊt h¹. Trong c«ng nghiÖp kü thuËt ®iÒu khiÓn sè ®−îc ¸p dông
mét c¸ch rÊt réng r·i. ë møc ®é ®¬n gi¶n, cã thÓ thùc hiÖn bé ®iÒu khiÓn
b»ng c¸c IC rêi r¹c cì nhá. ë møc ®é trung b×nh cã thÓ sö dông c¸c µP vµ
c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi ®¬n gi¶n. ë nh÷ng m¸y mãc vµ hÖ thèng phøc t¹p yªu
cÇu ®Æc tÝnh kü thuËt cao cã thÓ sö dông microcomputer. C¸c hÖ vi xö lý
trong c«ng nghiÖp tr−íc n¨m 1976 th−êng sö dông lo¹i 4 bit nh− 4004,
4040. Kho¶ng tõ nh÷ng n¨m 1977 ®Õn 1985 trªn thÞ tr−êng kh¸ phæ biÕn
lo¹i 8 bÝt nh− 8080, 8085, Z80... HiÖn nay c¸c hÖ thèng yªu cÇu ®é chÝnh
x¸c cao ng−êi ta th−êng sö dông c¸c hÖ vi xö lý 16 bits hoÆc 32 bits.
Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn xung Transistor
H×nh2.1: S¬ ®å nguyªn lý ghÐp nèi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬
Trong ®ã:
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
K§CS: bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt.
§C: ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.
FT : m¸y ph¸t tèc.
CL : m¹ch chØnh l−u ®iÖn ¸p cho m¸y ph¸t tèc.
M¸y tÝnh ngoµi chøc n¨ng lµm bé so s¸nh, t¹o ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn tèc
®é vµ ®Þnh chiÒu quay cho ®éng c¬ cßn lµm chøc n¨ng cña bé biÕn ®æi tÝn
hiÖu ®iÒu khiÓn. TÝn hiÖu ra cña bé DAC lµ c¸c xung vu«ng cã ®é réng thay
®æi T = f(E). víi E lµ sai lÖch gi÷a gi¸ trÞ thùc vµ gi¸ trÞ ®Æt. Bé khuÕch ®¹i
c«ng suÊt chØ ®¬n thuÇn lµm nhiÖm vô phèi hîp t¶i, cung cÊp dßng ®iÖn ®Ó
®éng c¬ lµm viÖc.
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch.
KhuÕch ®¹i thuËt to¸n lµm nhiÖm vô cña bé phËn kªnh. Khi ®Çu vµo (-) cã
tÝn hiÖu U1> 0 cßn U2 = 0 th× ®Çu ra khuÕch ®¹i thuËt to¸n b·o hoµ ©m. ThÕ
©m ®Æt vµo c¸c ch©n baz¬ cña Transistor T1 vµ T3 do ®ã T3 ph©n cùc thuËn
nªn dÉn cßn T1 ph©n cùc ng−îc nªn kho¸. T3 dÉn nªn T4 dÉn vµ ®éng c¬
quay theo chiÒu thuËn. Khi U1 = 0 vµ U2 > 0 th× ®Çu ra khuÕch ®¹i thuËt
to¸n b·o hoµ d−¬ng lµm cho Transistor T1 vµ T2 dÉn lµm cho ®éng c¬ sÏ
quay theo chiÒu ng−îc.
Cuén d©y L vµ tô C dïng ®Ó san b»ng ®iÖn ¸p ra cña ®éng c¬ khi ®¶o chiÒu
quay. HiÖn t−îng nµy ®−îc gi¶i thÝch nh− sau: ta biÕt r»ng m¸y ®iÖn mét
chiÒu cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é ®éng c¬ hoÆc chÕ ®é m¸y ph¸t. Khi ta ®Æt
®iÖn ¸p kÝch tõ hay ®iÖn ¸p phÇn øng cho m¸y ®iÖn th× sÏ sinh ra trong m¸y
®iÖn mét m«men lµm quay rotor vµ m¸y ®iÖn mét chiÒu lµm viÖc ë chÕ ®é
®éng c¬. Ng−îc l¹i khi quay rotor cña m¸y ®iÖn mét chiÒu vµ ®Æt ®iÖn ¸p
kÝch tõ cho nã lóc nµy m¸y ®iÖn mét chiÒu lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t. Khi
ta ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu, lóc ®ã ta kh«ng ®Æt ®iÖn ¸p
vµo phÇn øng ®éng c¬ n÷a (Uu = 0) nh−ng ®éng c¬ vÉn quay theo qu¸n tÝnh
vÉn cã kÝch tõ do vËy ë phÇn øng ®éng c¬ ta cã mét søc ®iÖn ®éng vµ ®éng
c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t. §é lín cña søc ®iÖn ®éng nµy phô thuéc vµo
tèc ®é ®éng c¬ lóc ®¶o chiÒu.
E(t ) = C c .n(t )
Søc ®iÖn ®éng nµy gi¶m dÇn theo thêi gian v× tèc ®é n(t) sÏ gi¶m dÇn. Do
®ã ®Ó b¶o vÖ c¸c Transistor T2 vµ T4 ta m¾c thªm D7 vµ D8 nèi gi÷a colector
vµ emitor cña c¸c Transistor nµy. Khi ®éng c¬ quay thuËn mµ ta ®¶o chiÒu
quay th× thÕ ϕA >Vcc vµ D7 th«ng, tiÕp gi¸p C - E cña Transistor T4 kh«ng
ph¶i chÞu ®iÖn ¸p ng−îc :
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
U ng = Vcc + E ( t )
mµ chØ lµ : U ng = Vcc + 0,7V
M¸y ph¸t tèc vµ ®éng c¬ cã trôc g¾n trùc tiÕp víi nhau. §iÖn ¸p phÇn øng
cña m¸y ph¸t tèc ph¶n ¸nh tèc ®é thùc tÕ cña ®éng c¬. §iÖn ¸p nµy ®−îc
chØnh l−u b»ng cÇu ®i«t D1 ÷ D4 ®Ó ®−a vµ ADC. Ph¶i dïng cÇu chØnh l−u
bëi v× ®éng c¬ quay thuËn nghÞch nªn ®iÖn ¸p ë m¸y ph¸t tèc sÏ lóc d−¬ng
lóc ©m tuú theo chiÒu quay cña ®éng c¬ mµ ADC chØ chÞu ®iÖn ¸p analog
®−a vµo lµ lín h¬n 0 do vËy ph¶i dïng cÇu chØnh l−u ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p
vµo ADC lµ lu«n d−¬ng. M¸y ph¸t tèc chÝnh lµ ®−êng ph¶n håi tèc ®é cña
hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ . Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ trong
m¸y tÝnh sÏ tÝnh ra sai lÖch E vµ l−îng ®iÒu khiÓn U = f (E), sau ®ã l−îng
®iÒu khiÓn sÏ ®Õn mét ch−¬ng tr×nh biÕn l−îng ®iÒu khiÓn U thµnh xung
vu«ng cã ®é réng thay ®æi cßn biªn ®é vµ tÇn sè lµ h»ng sè. §©y chÝnh lµ
ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung vu«ng. NÕu sai lÖch lín th× l−îng ®iÒu
chØnh U còng lín vµ do ®ã ®é réng cña xung vu«ng còng lín.
Gi¶ sö ta ®ang cho ®éng c¬ quay ng−îc ë cña vµo U2 ta cã xung d−¬ng cã
®é réng τ. §Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n còng cã xung vu«ng cã ®é réng
τ c¸c Transistor T1 vµ T2 sÏ më vµ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬. Khi ta ®¶o chiÒu
®éng c¬ th× c¸c ®Çu ra cña ADC ®Òu b»ng 0 vµ c¸c Transistor T1 ÷ T2 ®Òu
kho¸. §éng c¬ ®−îc ng¾t khái m¹ch ®éng lùc. R4 lµ triÕt ¸p dïng ®Ó ®iÒu
chØnh cho 2 kªnh ®iÒu khiÓn c©n b»ng nhau. Tøc lµ khi U1 = U2 = 0 th× thÕ
ϕA b»ng thÕ ®Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n. C¸c ®ièt D5, D6 dïng ®Ó æn
®Þnh ®iÖn ¸p cung cÊp cho khuÕch ®¹i thuËt to¸n.
Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu b»ng m¸y tÝnh vµ bé biÕn ®æi
Thyristor
S¬ ®å ®iÒu khiÓn kinh ®iÓn
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Tr−íc khi ®i vµo x©y dùng hÖ thèng theo yªu cÇu, ta xÐt mét s¬ ®å ®iÒu
khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu b»ng bé biÕn ®æi Thyristor chØnh l−u hai nöa
chu kú kinh ®iÓn sau:
H×nh 2.3 - S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu
Trong ®ã:
1: Bé t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha.
2: M¸y ph¸t xung r¨ng c−a.
3: Bé so s¸nh.
4: Bé khuÕch ®¹i xung c«ng suÊt.
5: BiÕn ¸p xung (BAX).
6: Thyristor.
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
C¸c ®i«t D1 ÷D4 t¹o thµnh m¹ch chØnh l−u l−íi ®iÖn 50Hz. §iÖn ¸p mét
chiÒu sau bé chØnh l−u nµy ®−îc ®−a tíi kh©u ®ång pha (1) ®Ó t¹o ra xung
r¨ng c−a. §Ó t¹o ra xung r¨ng c−a ta lÊy tÝn hiÖu tõ kh©u ®ång pha (1) ®−a
vµo m¹ch t¹o xung theo nguyªn lý phãng n¹p tô. Transistor T1 ®ãng më víi
tÇn sè f=100Hz do sù so s¸nh gi÷a thÕ nguån mét chiÒu (+15V) vµ tÝn hiÖu
®iÖn ¸p sau khi chØnh l−u. Khi T1 kho¸, tô C1 ®−îc n¹p qua ®iÖn trë R3.
H»ng sè thêi gian n¹p tô: Tn =R3C1. Khi Transistor T1 më th× C1 phãng ®iÖn
qua T1, h»ng sè thêi gian phãng: Tf = RCEC1. V× RCE rÊt nhá nªn Tf
[email protected]
c¸ch ly hoµn toµn vÒ ®iÖn ®Ó sao cho ®iÖn ¸p cao kh«ng trµn sang ph¸ háng
c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn. Ta cã thÓ bá hai khèi: ph¸t xung r¨ng c−a (2) vµ khèi
so s¸nh (3) nhê thiÕt bÞ bªn trong vµ ®iÒu khiÓn b»ng phÇn mÒm. Khi ®ã ta
chØ sö dông khèi ®ång pha (1). ViÖc t¹o tÝn hiÖu ®ång pha rÊt ®¬n gi¶n v×
chØ cÇn t¹o ®iÖn ¸p d−¬ng ®−a vµo A/D cña m¸y tÝnh.
H×nh 2.6 - S¬ ®å nguyªn lý thùc hiÖn ®ång pha trong m¸y tÝnh
S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu b»ng m¸y tÝnh vµ bé biÕn ®æi Thyristor.
H×nh 2.7 - S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn §CMC
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn trong m¸y tÝnh sau khi ®· ®−îc ®ång bé ho¸ víi
tÝn hiÖu xoay chiÒu c«ng suÊt lín qua khèi ®ång pha (§F) sÏ t¹o ra xung
hÑp cã ®é réng cÇn thiÕt ®Ó ®−a ra ngoµi qua bé biÕn ®æi D/A tíi bé khuÕch
®¹i c«ng suÊt vµ biÕn ¸p xung ®Ó ®iÒu khiÓn Thyristor.
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
[email protected]
S¬ ®å nguyªn lý gåm cã bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt dïng hai Thyristor T1 vµ
T2, biÕn ¸p xung (BAX) bé chØnh l−u c«ng suÊt lín D1 ÷ D4, Thyristor (Th)
c¸c ®i«t chØnh l−u, cuén kh¸ng L...
Khi x©y dùn xong ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ®iÒu khiÓn trªn m¸y tÝnh ta cã
thÓ ®Æt tèc ®é tõ bµn phÝm khi ®ã bé biÓn ®æi D/A sÏ cho ra mét xung ®iÖn
¸p. Lóc ®ã bé khuÕch ®¹i T1 vµ T2vµ BAX sÏ më Thyristor vµ bé chØnh l−u
D1 ÷ D4 sÏ cho mét ®iÖn ¸p chØnh l−u x¸c ®Þnh (UCL) cung cÊp cho ®éng c¬
lµm viÖc. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu lµ lín nhÊt
vµ ®éng c¬ lµm viÖc ë chÕ ®é khëi ®éng. Lóc ®Çu ®éng c¬ cßn ®øng yªn vµ
b¾t ®Çu quay víi tèc ®é thÊp, m¸y ph¸t tèc ban ®Çu ch−a ph¸t ra ®iÖn
nh−ng khi tèc ®é ®éng c¬ dÇn dÇn t¨ng lªn th× ®iÖn ¸p ra cña m¸y ph¸t tèc
còng t¨ng theo. §iÖn ¸p ph¶n håi lÊy tõ m¸y ph¸t tèc ®−a vµo bé biÕn ®æi
A/D. Ch−¬ng tr×nh trong m¸y tÝnh sÏ thùc hiÖn phÐp trõ cña gi¸ trÞ ®Æt tèc
®é víi tÝn hiÖu ph¶n håi nµy vµ cho xung ra ®iÒu khiÓn tõ D/A t¨ng dÇn tõ
α1 ÷ α2 (α1 < α2) lóc ®ã ®iÖn ¸p cña bé chØnh l−u sÏ gi¶m xuèng, ®éng c¬ sÏ
lµm viÖc víi mét tèc ®é æn ®Þnh. Muèn thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ ta chØ viÖc
thay ®æi gi¸ trÞ ®Æt tõ bµn phÝm.
Sinh viªn: Hµ Ngäc Th¾ng Líp: §KT§ 2 – K42
Copyright by webtailieu.net