Chơng 5:
Hệ thống truyền động động cơ một chiều sử
dụng BBĐ một chiều - một chiều (Xung điện áp)
5.1. Khái niệm chung
Trong nhiều năm lại đây, hệ thống điều tốc sử dụng
BBĐ một chiều- một chiều (xung điện áp) áp dụng ph$ơng
pháp điều chỉnh độ rộng xung, th$ờng gọi là hệ thống điều tốc
điều chế độ rộng xung một chiều kiểu PWM, sử dụng các linh
kiện bán dẫn transitor GTO, P-MOSFET v IGBT đ$ợc sử
dụng khá nhiều, so sánh với hệ thống T-Đ, chúng có rất nhiều
$u điểm:
Chơng 5:
5.1. Khái niệm chung
(1) Mạch lực (mạch điện chính) đơn giản, sử dụng ít dụng cụ công suất;
(2) Tần số đóng cắt cao, dễ duy trì dòng điện liên tục, sóng hài ít, tổn
hao và phát nhiệt của động cơ khá nhỏ;
(3) Có khả năng vận hành ở tốc độ thấp, độ chính xác cao, cho phạm vi
điều tốc rộng;
(4) Độ tác động nhanh cao, khả năng chống nhiễu trạng thái động tốt;
(5) Tổn hao trên các linh kiện của mạch lực nhỏ nên hiệu suất thiết bị
khá cao;
(6) Để cấp nguồn cho BBĐ sử dụng sơ đồ chỉnh l$u cầu ba pha không
điều khiển nên có hệ số công suất cao.
Vì vậy, ch$ơng này tập trung nghiên cứu loại hệ thống này.
5.1. Khái niệm chung
(5) Tổn hao trên các linh kiện của mạch lực nhỏ nên hiệu suất
thiết bị khá cao;
(6) Để cấp nguồn cho BBĐ sử dụng sơ đồ chỉnh l$u cầu ba pha
không điều khiển nên có hệ số công suất cao.
Vì vậy, ch$ơng này tập trung nghiên cứu loại hệ thống này.
Do sự hạn chế về công suất, hệ điều tốc PWM một chiều hiện

t
U
d
t
E
Đ
0 t
đ
T
ck
a b
i
d

TB d d
ck
t
U U U
T
= =
5.2. Bộ biến đổi điều chế độ rộng xung (PWM)
5.2.1. Bộ biến đổi PWM không đảo chiều
Hình 5.2: Mạch điện bộ biến đổi PWM không đảo chiều có mạch h m ã
a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đồ thị điện áp và dòng điện trạng thái động cơ;
a
b
CK
Tr
2
1

t
đ
T
ck
u
B1
= - u
B2
t
0
t
đ
T
ck
U
TB
u
t
i
d
1 2 1 2 1
Tr
1
Tr
1
Tr
1
D
2
D

t
U
d
t
0
t
đ
T
ck
u
t
i
d
i
d
E
Đ
U
TB
d
i
d
u
t
U
d
t
E
Đ
0

H×nh 5.3: M¹ch ®iÖn bé biÕn ®æi PWM cã ®¶o chiÒu d¹ng H kiÓu ®i èt
1
+
D
1
D
4
§
U
d
Tr
1
u
B1
u
B4
Tr
4
Tr
3
u
B3
u
B2
Tr
2
D
3
D
2

, D
2
Tr
3
, Tr
4
D
1
, D
2
0
t
®
T
ck
u
B1
= u
B2
t
Tr
1
, Tr
2
D
3
, D
4
Tr
1

2
3
4
1
i
d

u
t
U
d
U
TB
u
t

t
-U
d
5.2.2.1. Bộ biến đổi PWM đảo chiều kiểu điôt
Điện áp trung bình đầu ra của bộ biến đổi PWM (điện áp trên động
cơ) đảo chiều kiểu điôt đ$ợc biểu thị bằng công thức:
Vẫn lấy

= UTB/Ud là hệ số phân áp của PWM, quan hệ giữa

và
tđ sẽ khác với tr$ớc kia, cụ thể, trong tr$ờng hợp này:
ck
TB d d d

Ưu điểm của bộ biến đổi PWM kiểu điôt nh sau:
(1) Dòng điện động cơ liên tục;
(2) Cho phép cho động cơ có thể làm việc ở 4 góc phần t$ hệ toạ độ;
(3) Lúc động cơ ngừng quay vẫn có dao động nhỏ của dòng điện, có thể
loại bỏ vùng chết ma sát tĩnh;
(4) Khi làm việc ở tốc độ thấp, xung khống chế cực gốc của các transitor
đều khá rộng, tạo thuận lợi cho các transitor chắc chắn đ$ợc mở;
(5) Tính ổn định tốt ở tốc độ thấp, phạm vi điều tốc đạt tới khoảng 20000:1.
Nhợc điểm của bộ PWM là:
Trong quá trình làm việc, 4 transitor công suất thay nhau làm việc, tổn hao
công suất mở khóa lớn, dễ sinh ra sự cố hai transitor cùng phía (ví dụ Tr
1
và
Tr
3
đồng thời mở gây ngắn mạch nguồn, làm giảm độ tin cậy của thiết bị.
Để khắc phục sự cố này th$ờng phải bố trí thêm thiết bị logic.
5.2.2.2. Bộ biến đổi PWM đảo chiều kiểu một cực
Để khắc phục khuyết điểm trên đây của bộ biến đổi kiểu điôt, đối
với những hệ thống có yêu cầu chất l$ợng động và tĩnh t$ơng đối thấp, có
thể dùng bộ biến đổi PWM kiểu một cực. Sơ đồ mạch điện của nó cũng
gống nh$ kiểu điôt (hình 5.3), chỉ khác nhau ở chỗ tín hiệu xung điều khiển
cực gốc các transitor. Trong bộ biến đổi kiểu một cực, xung điều khiển cực
gốc hai transitor phía trái u
B1
= - u
B4
, có đồ thị xung cực tính thay đổi ng$ợc
nhau nh$ kiểu điôt, làm cho Tr
1

5.2.2.2. Bộ biến đổi PWM đảo chiều kiểu một cực
Do trong hai transitor Tr
3
và Tr
2
của bộ biến đổi một cực bao giờ
cũng có một luôn mở, một luôn khóa, do đố tổn hao do mở khóa ở đây đ ã
giảm so với ở bộ biến đổi hai cực.
Bảng 5.1: So sánh bộ biến đổi PWM đảo chiều hai cực và một cực (khi chịu tải lớn)
5.2.2.3. Bộ biến đổi PWM một cựcbị hạn chế
Bộ biến đổi một cực so với bộ biến đổi hai cực về mặt tiêu hao công
suất đóng cắt và độ tin cậy có nhiều $u điểm, nh$ng vẫn còn yêu cầu hai
transitor Tr
1
và Tr
4
thay nhau mở khóa, vẫn có thể gây ra ngắn mạch nguồn
điện. Bây giờ h y xem xét tình trạng đóng mở của các transitor trong hình ã
5.3, có thể phát hiện ra rằng, lúc động cơ quay chiều thuận, trong khoảng
thời gian 0

t < t
đ
, Tr
4
bị khoá lại, trong khoảng thời gian t
đ


t < T

T

= +
5.2.2.3. Bé biÕn ®æi PWM mét cùcbÞ h¹n chÕ
H×nh 5.5: §å thÞ ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn khi t¶i nhÑ
cña hÖ thèng ®iÒu tèc PWM mét cùc bÞ h¹n chÕ
i
d
U
d
E
§
0
t
®
T
ck
t
u
t
u
t
t
n
u
B
t
u
B1
u

1
3T

PWM
PWM
ck
K
W (s)
T s 1
=
+
trong đó: hệ số khuếch đại của bộ biến đổi PWM;
U
TB
là điện áp trung bình đầu ra của bộ biến đổi PWM;
u
đk
là điện áp điều khiển mạch điều chế độ rộng xung của bộ biến
đổi PWM.
TB
PWM
k
U
K
u
=