บทท 3 การออกแบบโครงงาน

ในบทนจะเปนการออกแบบในสวนตางๆของโครงงานซงแบงไดดงน - การออกแบบวงจรชอปเปอร 1 ควอตแดนซ - การออกแบบวงจร เฟสคอนโทรล โดยใช TCA 785 - การออกแบบวงจรไฟเลยงวงจรพลสวดมอดเลชน และวงจรขบเกต

3.1 การออกแบบวงจรชอปเปอร 1 ควอตแดนซ

ประกอบดวยวงจรหลก 2 วงจร คอ วงจรพลสวดมอดเลชน(Pulse Width Modulation) และ วงจรขบเกต (Drive Gate)โดยทวงจรพลสวดมอดเลชนจะเปนตวควบคมและสงสญญาณรปคลนพลสไปยงวงจรขบโดยม IC TLP250 จะเปนตวสงสญญาณไปทขาเกตของตวไอจบททท าหนาทเปนสวตซชง และจายแรงดนไฟกระแสตรงไปยงขดฟลลของเครองก าเนดไฟฟา เพอเปนการกระตนใหเครองก าเนดไฟฟาเกดการเหนยวน าขน

3.1.1 วงจรก าเนดสญญาณพดบเบลยเอม สญญาณพดบเบลยเอมทน ามาใชในโครงงานนม

ลกษณะเปนสญญาณพลส(Pulse) ทมความถคงท สามารถปรบคาดวตไซเคลได การสรางสญญาณพดบเบลยเอมเกดจากการน าระดบสญญาณแรงดนไฟฟากระแสตรง (UIN) ซงเปนสญญาณอนพท มาเปรยบเทยบกบสญญาณรปฟนเลอยดงภาพท 3.1 สญญาณเอาทพททไดหลงจากการเปรยบเทยบกนระหวาง 2 สญญาณ จะเปนสญญาณพลสทมดวตไซเคล แปรผนตามระดบของสญญาณอนพท (UIN)

34

ภาพท 3.1 คลนสญญาณเอาทพทของพลสวดมอดเลชน(Pulse Width Modulation)

ภาพท 3.2 สญญาณบลอกไดอะแกรมของ TL 494 ดงนน จะไดวงจรพลสวดมอดเลชน โดยจะสรางสญญาณควบคมไปทขาเกท (Gate) ของไอจบท ซง IC ทใชในวงจรพลสวดมอดเลชน นคอ TL494 ดงภาพท 3.3

35

OUTPUT 1

OUTPUT 2

GND

OUTPUT CONTROL VREF OUTPUT

ERRPR AMPLIFIER

FEEDBACK

DEAD-TIMEVcc

C1

E1

C2

E2+

-

CT

RT

+

-

Vcc = 15V

7

8

9

10

11

14

1

2

3

4

5

6

12

13

15

16

50 KΩ

2 W 150 Ω 2 W 150 Ω

0.01 µF

12 KΩ

10 KΩ

ภาพท 3.3 วงจรพลสวดมอดเลชน (Pulse Width Modulation) ของ IC TL 494

3.1.2 การออกแบบวงจรขบเกท วงจรขบเกท (Gate Drive) เปนวงจรสวนทส าคญทสด ท าหนาทเชอมโยงสญญาณพลสแบบมอดเลตความกวางพลสจากวงจรรวมก าเนดจากสญญาณตาง ๆ กบสวตซอเลกทรอนกสก าลง เชน ทรานซสเตอรก าลง ,มอสเฟตก าลง หรอ ไอจบท เปนตนโดยทวไปวงจรขบเกตจะท าหนาทแยก (Isolated) ความเชอมโยงทางไฟฟาระหวางระหวางสญญาณพลสควบคมกบสวตซอเลกทรอนกสก าลงในวงจรก าลงและท าหนาทตดสญญาณควบคมสวตซอเลกทรอนกสก าลงในกรณทวงจรภาคก าลงอยในสภาวะกระแสโหลดเกนหรอแรงดนสงกวาพกด เปนตน ลกษณะของวงจรขบเกต วงจรก าเนดสญญาณมอดเลตความกวางพลสและสวตซอเลกทรอนกสก าลง

ในการสรางวงจรชดขบ เครองก าเนดไฟฟา ประกอบดวย IC TLP250 และไอจบท ในการสรางสญญาณจะม TLP250 จะเปนตวขบ เครองก าเนดไฟฟา สวนไอจบท จะท าหนาทเปน ตวสวทชชง จะไดวงจรตามรปท 3.4

36

ภาพท 3.4 วงจรขบเกตทใช IC TLP 250 การออกแบบขนาดของไอจบท เปรยบเทยบกบขนาดของเครองก าเนดไฟฟา จากพกดของเครองก าเนดไฟฟา

E = 400/230 V P = 0.8 kW If ( Max ) = 1.6 A Cos = 0.8 N = 1500 รอบ

จะไดวาแรงดนตกครอมขณะไบอสตรงและไบอสกลบ

Vp = √2 × Vs Vp = √2 × 400 Vp = 565.68 V

37

สวนกระแสทโหลด

I = P

V

I = 0.8k

565.68

I = 1.4 A

ดงนนไอจบท ทเลอกใชคอเบอร GT60M301 สามารถทนแรงดนตกครอมสงสดได = 900 V สามารถรบกระแสได = 60 A จากการออกแบบวงจร ชอปเปอร 1 ควอตแดนซ จะไดตามภาพท 3.5

ภาพท 3.5 วงจรชอปเปอรทออกแบบ

38

3.2 การออกแบบวงจรเฟสคอนโทรล โดยใช IC TCA 785 จะประกอบดวยชดควบคม โดยใช IC TCA 785 เปนตวสงสญญาณพลลไปใหหมอแปลงพลลซงจะท าหนาทเปนตวสงสญญาณขบเกต ไปทขาเกตของเอสซอาร ท าใหเอสซอาร น ากระแส และท าใหมแรงดนไฟฟากระแสตรงไปจายใหมอเตอรกระแสตรงเกดการเหนยวน าขน

3.2.1 คณสมบตของ TCA 785 เปนวงจรรวมทสรางพลสจดชวนเกตเอสซอาร และ ไทรสเตอร TCA785 มคณสมบตเดนหลายประการดงน

- สามารถจดชวนเกตไทรสเตอรไดอยางนอย 2 ตว - สามารถเลอนมมจดชนวนเกตไดระหวาง 0 ถง 1800 - ใชกบแรงดนไฟฟากระแสตรงในชวง 8 - 18 โวลต - กระแสภายในวงจรรวมใชประมาณ 4.5 mA – 10 mA - สามารถใชงานไดในชวงอณหภม -25 ถง 85 องศาเซลเซยส - กระแสจดชนวนเกต สามารถจายไดถง 250 mA - สญญาณจดชนวนเกต สามารถควบคมไดโดยขาอนฮบทฟงกชน - ลกษณะของสญญาณจดชนวนเกตสามารถจะก าหนดไดเปนแบบเดยวและ

แบบตอเนอง - ใชงานกบวงจร Zero crossing - ความถใชงาน 10 – 500 Hz

39

3.2.2 การท างานของ TCA 785

ภาพท 3.6 บลอกไดอะแกรมของ TCA 785 พจารณาโครงสรางภายใน TCA 785 ซงเปนวงจรรวมแบบ LSI ม 16 ขา ดงภาพท 3.6 โดยท ขา 1 เปนขาทตอลงกราวดของวงจร ขา 16 คอ + Vs รบแรงดนไบแอสท 8 – 18 Vdc ขา 8 เปนขาวดแรงดนอางองภายในวงจร ( Vref = 3.1 V ) โดยตอ C เพอท าหนาทปองกนสญญาณรบกวน ขา 5 คอ ขาทรบแรงดนซงโครไนซ ( Vsyn ) ซงเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบทตอกบวงจรภาคก าลงโดยตอนวตรอนกบขา 1 ขา 9 ตอกบ R9 ซงเปนตวตานทานเพอสรางสญญาณลาดเอยง มคา 3 KΩ - 300KΩ ขา 10 ตอกบ C10 ซงเปนตวเกบประจสญญาณลาดเอยง มคา 500pF - 1µF คา R9 และ C10 จะเปนตวก าหนดขนาดของสญญาณลาดเอยง ( V10 ) ถา R9 และ C10 มคามากความลาดเอยงของ V10 กจะมากตามไปดวย ขา 11 คอขาทตอแรงดนควบคมเปนแรงดนไฟตรงปรบคาไดแรงดนควบคม ( V11 ) นปอนเขาขาเบสของออปแอมปเปรยบเทยบสญญาณควบคมกบแรงดน V10 เพอก าหนดขนาดของมมจดชนวนเกตทดานออกของวงจร ขา 12 เพอปรบขนาดความกวางของพลสดานออก

40

ขา 14 เปนสญญาณดานออกของวงจรโดยพลสจะท างานท ωt เทากบ 1800 - 3600 ขา 15 เปนสญญาณดานออกของวงจรโดยพลสท างานท ωt เทากบ 00 - 1800 โดยขนาดความกวางของพลสทขา 14 และ ขา 15 คอ β ปกตถาไมตอ C12 จะมคา β เทากบ 30 µs แตถาตองการใหพลสดานออกเปนพลสยาว ท าไดโดยตอขา 12 ลงกราวดจะท าใหสญญาณจดชนวนเกตมความกวางเทากบ β = 1800 – α0 ถาตอตวเกบประจทขา 12 กบกราวดจะท าใหมความกวางของสญญาณตามตารางท 3.1 ขา 2 และ ขา 4 เปนสญญาณกลบของขา 15 และขา 14 ขา 13 เมอตอลงกราวดจะท าใหสญญาณพลสดานออกกวางเตมท ตารางท 3.1 คาตวเกบประจทขา 12 ทคาบเวลาตางๆ

C12( pF ) 0 150 220 330 680 1000 Pulse width (µs) 30 93 137 250 422 620 การออกแบบขนาดของเอสซอาร เปรยบเทยบกบขนาดของมอเตอรไฟฟากระแสตรง พกดของมอเตอรไฟฟากระแสตรง

E = 220 V I = 6.5 A P = 1 KW F = 50 Hz

ดงนนแรงดนตกครอมเอสซอาร ขณะไบอสตรงและไบอสกลบสงสด

Vp = √2 × Vs Vp = √2 × 220

ดงนน Vp = 311 V

41

จากสตร P = VI จะไดวาคากระแสทโหลด

I = P

V

= 1000

311

ดงนน I = 3.22 A จากทค านวณมาขางตนเลอกใชเอสซอาร คอ เบอร 5P4M สามารถทนแรงดนตกครอมสงสด = 400 V สามารถรบกระแสสงสด = 8 A ดงนน ไดโอดทเลอกใชทางดานเพาเวอร คอ เบอร 1N4005 สามารถทนแรงดนยอนกลบ = 420 V สามารถรบกระแสสงสด = 30 A

42

ภาพท 3.7 คลนสญญาณดานเขา และดานออกของ IC TCA 785

43

จากการออกแบบวงจรเฟสคอนโทรล โดยใช IC TCA 785 จะไดตามภาพท 3.6

ภาพท 3.8 วงจรเฟสคอนโทรลทออกแบบ

44

3.3 การออกแบบวงจรจายแรงดนวงจรพลสวดมอดเลชน และวงจรขบเกต

หลกการของวงจรคอแปลงระดบแรงดนเฟสจาก 220 VAC เปน 15 VAC จากนนแปลงเปนไฟกระแสตรงโดยผานบรดจเร ยงกระแส และท าใหสญญาณเรยบขนโดยผานตวกรองสญญาณ จากนนน าเอาทพททเปนระดบแรงดนไฟตรงมาท าการจายแรงดนใหกบวงจรพลสวดมอดเลชนและวงจรขบเกต

ภาพท 3.9 วงจรจายแรงดนวงจรพลสวดมอดเลชน และวงจรขบเกตทออกแบบ จากการออกแบบในบทนในเรองของการออกแบบวงจรชอปเปอรจะใช IC TL494 เปนตวสรางสญญาณพลส และใช IC TLP250 เปนตวขบไอจบท โดยไอจบทเปนสวตซชงในการควบคมกระแสกระตนขดฟลล สวนในเรองการออกแบบวงจรเฟสคอนโทรลจะใช IC TCA785 เปนตวสรางสญญาณควบคม ไปใหหมอแปลงพลลซงจะท าหนาทเปนตวสงสญญาณขบเกตไปทขาเกตของเอสซอาร ท าใหเอสซอารน ากระแส เพอควบคมความเรวรอบของมอเตอรกระแสตรง