Mở đầu
Sử dụng công nghệ điện - điện tử ngày càng được phát triển rộng rãi, đặc biệt là trong công nghiệp cũng như trong các lĩnh vực khoa học, kinh tế và kỹ thuật, các bộ điều khiển được sử dụng ở hầu hết các thiết bị gia dụng, dịch vụ cũng như công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển tốc độ động cơ người ta sử dụng nhiều loại linh kiện điều khiển, bộ điều khiển có tính năng và tác dụng đáp ứng được hầu hết mọi nhu cầu của người dùng, trong đó mạch chuyển đổi tăng thế có rất nhiều ưu việt. Nó đáp ứng được hầu hết các yêu cầu đặt ra: điều chỉnh điện áp, các thông số của tín hiệu xung, giải quyết được yêu cầu tiết kiệm năng lượng giúp các kỹ sư chế tạo, điều khiển được các thông số làm việc của động cơ ô tô điện cũng như các thiết bị điện tử khác.
Bộ biến đổi điện áp một chiều (hay còn gọi là bộ tăng thế) là bộ biến đổi có nhiệm vụ chuyển đổi từ nguồn điện DC có trị số không thay đổi thành nguồn điện DC thay đổi. Trị số trung bình điện thế ngõ ra là biến đổi bằng cách thay đổi tỷ lệ của thời gian mà ngõ ra được nối vào ngõ vào. Sự chuyển đổi có thể hoàn thành với sự tổ hợp của một cuộn cảm, một tụ điện và một linh kiện bán dẫn hoạt động trong chế độ giao hoán tần số cao. Trong ứng dụng điện thế và dòng điện lớn, linh kiện bán dẫn giao hoán thường chọn là SCR. SCR dùng trong mạch DC phải được khởi ngưng bằng cách chuyển mạnh giao hoán (tắt cưỡng chế) nên rất bất lợi (chỉ thuận lợi trong chuyển mạch tự nhiên, trong mạch AC). Kỹ thuật giao hoán sử dụng trong bộ chuyển đổi DC-DC thường là kỹ thuật biến điệu độ rộng xung (PWM - pulse width modulation). Bộ chuyển đổi DC-DC thường được sử dụng trong công nghiệp cần đến nguồn điện DC không đổi. Những ứng dụng tiêu biểu bao gồm bộ điều khiển động cơ DC cho xe điện DC, bộ cấp điện giao hoán, bộ đổi điện cho bộ cấp điện không tắt (UPS - uninterruptible power supplies), hệ thống chạy bằng accu.
Trong thực tế, nếu động cơ một chiều chỉ hoạt động với một tốc độ thì quả là không ổn. Để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, hiểu được cảm xúc của người lái xe cũng như người ngồi trên xe thì việc thay đổi tốc độ động cơ thực sự cần thiết. Song song với vấn đề này là tiết kiệm năng lượng: nếu xe chỉ chạy tốc độ cao thì tiêu hao năng lượng lớn, động cơ không êm, mượt và tuổi thọ ngắn. Chính vì vậy, yếu tố thay đổi tốc độ động cơ là thực sự cần thiết và hữu ích.
Thiết kế mạch thay đổi tốc độ cho động cơ ô tô một chiều
Để thiết kế mạch thay đổi tốc độ cho động cơ ô tô một chiều, nhóm tác giả đã sử dụng các loại linh kiện điều khiển cuộn cảm, tụ điện, đi ốt, động cơ, công tắc bán dẫn. Đồng thời dựa trên nhu cầu thực tiễn ứng dụng vào việc điều khiển tốc độ động cơ xe điện tại bệnh viện (Bệnh viện Đa khoa tỉnh Thái Bình), Khu du lịch sinh thái Cồn Đen, Cồn Vành... Kết quả, mạch thay đổi tốc độ cho động cơ ô tô một chiều do nhóm nghiên cứu thiết kế đã đáp ứng độ chính xác trong từng module nhỏ. Trong quá trình hoạt động của xe khi tăng và giảm tốc đảm bảo êm ái, mô men động trong quá trình quá độ an toàn. Điều kiện làm việc của xe là thường phải chịu tải 60-70% tải trọng định mức nên yêu cầu độ bền cơ khí cao và khả năng chịu quá tải lớn.
Nguyên lý cơ bản của bộ biến đổi điện một chiều
Về ưu điểm và khả năng mở rộng, kết quả cho thấy mạch có tính ứng dụng cao, phù hợp với thực tế các khu du lịch sinh thái, các bệnh viện, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật, đáp ứng tiêu chí tiết kiệm năng lượng và hạn chế ô nhiễm môi trường. Chi phí phù hợp và sản xuất hàng loạt để sử dụng phục vụ cho nhu cầu của khách du lịch cũng như bệnh nhân. Mạch dễ thay thế, sửa chữa, linh kiện phổ biến. Bên cạnh đó, mỗi mạch trên đều có khả năng mở rộng bằng việc điều chỉnh thay đổi thông số các linh kiện trong mạch, việc này phù hợp với sự thay đổi của khoa học và công nghệ luôn luôn được cập nhật, yêu cầu sử dụng và dịch vụ ngày càng cao, có tính ứng dụng cao trong đời sống và trong công nghiệp…
Hiệu quả mang lại
Mạch thay đổi tốc độ cho động cơ ô tô một chiều đáp ứng được yêu cầu của các kỹ sư thiết kế ô tô cũng như người sử dụng sản phầm ô tô điện. Mạch dễ sửa chữa, thay thế, linh kiện dễ tìm phong phú, chủng loại đa dạng, nhiều hãng sản xuất, cũng như nhà cung cấp, giá cả cạnh tranh. Mạch hoạt động tốt: đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật, khi hoạt động tăng hay giảm tốc độ xe không bị giật, lắc. Người sử dụng xe thấy thoải mái, an toàn. Xe được điều khiển dễ dàng, dễ sử dụng và bảo dưỡng. Dải điều chỉnh tốc độ rộng 3 km/giờ đến 60 km/giờ, điều chỉnh trơn, mượt và tuyến tính.
Có thể khẳng định, mạch thay đổi tốc độ cho động cơ ô tô một chiều sử dụng cho ô tô điện đáp ứng được nhu cầu thực tế tại các bệnh viện và khu du lịch sinh thái. Giải quyết được vấn đề tiết kiệm năng lượng và an toàn với môi trường cảnh quan, khuôn viên bệnh viện hay môi trường sinh thái khu du lịch, nghĩ dưỡng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tổng cục Dạy nghề (2003), Đề cương môđun/môn học nghề sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp, Dự án Giáo dục kỹ thuật và dạy nghề (VTEP).
2. Trần Trọng Minh (2007), Giáo trình Điện tử công suất, Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Võ Minh Chính (2016), Điện tử công suất, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật.