Đồ án điện tử công suất

Đồ án mơn học Điện tử cơng suất Lời nói đầu Việc dụng động điện sản xuất đời sống rộng rãi , đặc biệt động điện chiều động điện chiều có nhiều ưu điểm so vơi động xoay chiều Nhưng gắn liền với việc sử dụng động điện chiều trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ động cho phù hợp với yêu cầu thực tế Là sinh viên khoa Điện môn Tự Động Hoá trang bị với kiến thức nhiều mơn học có mơn điện tử cơng st, qua giảng thầy cô trình tìm hiểu em hồn thành đồ án Đây mảng đề tài rộng, với khối lượng công việc lớn mẻ chúng em em gặp số khó khăn qúa trình thiết kế, song hướng dẫn tận tình thầy giáo, giáo môn, đặc biệt thầy giáo Phạm Quốc Hải giúp đỡ nhiệt tình bạn lớp, nên em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu Tuy nhiên hạn chế thời gian trình độ thân, nên khơng tránh khỏi cịn nhiều chỗ thiếu sót, em mong bảo thầy cô giáo bạn để em hoàn thiện đồ án Trong đồ án em xin trình bày số nội dung sau : Chương : Giới thiệu Chung động điện chiều Chương : Các phương án tổng thể Chương 3: Phân tích hoạt động mạch thiết kế Chương : Thiết kế tính tốn mạch lực Chương : Tính toán thiết kế mạch điều khiển Sinh viên thiết kế Đinh anh Dũng Đinh Anh Dũng TĐH1 – K46 Trang CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I.ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Tầm quan trọng động điện chiều Trong sản xuất đại , động chiều coi loại máy quan trọng ngày có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều ưu điểm khả điều chỉnh tốc độ tốt , khả mở máy lớn đặc biệt khả q tải Chính mà động chiều dùng nhiều nghành cơng nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải mà điều quan trọng nghành cơng nghiệp hay địi hỏi dùng nguồn điện chiều Bên cạnh đó, động điện chiều có nhược điểm định so với máy điện xoay chiều giá thành đắt chế tạo bảo quản cổ góp điện phức tạp ( dễ phát sinh tia lửa điện ) ưu điểm nên động điện chiều cịn có tầm quan trọng định sản suất Công suất lớn động điện chiều vào khoảng 10000 KW , điện áp vào khoảng vài trăm 1000 V Hướng phát triển cải tiến tính vật liệu , nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo động có công suất lớn 2.Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần : phần tĩnh phần động 2.1.Phần tĩnh hay stato Đây đứng yên máy , bao gồm phận sau: a, Cực từ : phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d, Các phận khác Bao gồm: - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang - Cơ cấu chổi than : Để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 2.2 Phần quay hay rơto Bao gồm phận sau : a, Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lạ thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dùng giá rơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto b, Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có cơng suất vài kW thường dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit c, Cổ góp : Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục trịn Hai đầu trục trịn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ trịn cách điện mica Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp dễ dàng d, Các phận khác - Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió ngồi làm nguội máy - Trục máy : Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt Phân loại máy điện Động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động điện kích hích độc lập, động điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính động kích từ độc lập kích thích song song giống nên cần công suất lớn người ta thường dùng động kích từ độc lập để điều chỉnh dịng điện kích thích thuận tiện mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng kinh tế địi hỏi có dịng bên ngồi Trong đồ án ta xét đến động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ U E Rf U CKT Rkt Ikt Ukt Khi mà nguồn chiều có cơng suất khơng q lớn mạch phần ứng mạch từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên gọi động điện chiều kích từ độc lập Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B dây quấn phần ứng sinh dòng điện Iư Các dẫn ab,cd có dịng điện nằm từ trường chịu tác dụng lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab,cd đổi chỗ cho phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều tác dụng không đổi đảm bảo động có chiều quay khơng đổi,khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động Eư ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái Phương trình phần ứng Uư = Eư +Rư.Iư II ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ VÀ ĐẢO CHIỀU 1) Phương trình đặc tính Uư = Eư +(Rư +Rf)Iư Uư : Điện áp phần ứng Eư : Suất điện động phần ứng Rư ,Rf : Điện trở phần ứng,điện trở phụ mạch phần ứng Iư : Dòng điện mạch phần ứng Rư =rư +rct +rb +rtc rư : Điện trở cuộn dây phần ứng rct : Điện trỏ cực từ phụ rb : Điện trở cuộn bù rtx : Điện trở tiếp xúc chổi điện U E Rf I U Rkt CKT Ikt Eư = P : Số cực từ N : Số đơi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng : Từ thơng kích từ cực từ Wb : Tốc độ góc (Rad/s) Ukt E = Ke Mômen điện từ Mđt =K .Iư Suy Iư = Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ mômen đầu trục Mđt =Mcơ =M (1) Mômen phụ thuộc vào từ thơng dịng phần ứng Từ phương trình (1) suy : để thay đổi tốc độ động ta dùng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư ,từ thơng tức thay đổi dịng kích từ Ikt thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf M =K .Iư muốn đảo chiều động tức đảo chiều mơmen M ta dùng phương pháp đảo chiều từ thông (tức đảo chiều dịng kích từ Ikt ) đảo chiều dòng điện phần ứng Iư Các phương pháp thay đổi tốc độ a) Phương pháp thay đổi từ thông ,thay đổi dịng kích từ Ikt Với phụ tải Mc định Khi giảm tốc độ động tăng lên n nodm  dm Iu M(Iu) Khi kích thích dịng khác đặc tính nhận khác độ dốc khác nhau.Giao điểm mômen cản Mư =f(Iư) với đường cho biết tốc độ xác lập ứng với thông số khác từ thông b) Thay đổi điện áp phần ứng - Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông điện chiều cần có thiết bị nguồn máy phát điện chiều kích từ độc lập , chỉnh lưu điều khiển thiết bị có chức biến đổi lượng xoay chiều thành chiều có suất điện động Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu Uđk LK BB§ - Phương trình đặc tính hệ thống sau: - Vì từ thơng động giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính khơng thay đổi cịn tốc độ khơng tải lý tưởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk hệ thống nói phương pháp điều chỉnh triệt để - Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy tốc độ lớn hệ thống bị chặn đặc tính đặc tính ứng với điện áp định mức từ thông giữ giá trị định mức Tốc độ nhỏ dải điều chỉnh bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mômen khởi động , mômen tải định mức giá trị lớn va nhỏ tốc độ Để thoả mãn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mơmen ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm Trong : KM hệ số q tải mơmen, họ đặc tính đường thẳng song song với nên theo định nghĩa độ cứng đặc tính ta viết: * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào  omax max ®k1 0min ®k2 min M®m Mnmmin 3.Vấn đề đảo chiều Chiều quay động phụ thuộc vào chiều quay mômen dùng hai phương pháp Hoặc thay đổi chiều dịng phần ứng Iư đổi chiều từ thơng (đổi chiều dịng kích từ Ikt) Nếu dùng phương pháp đảo chiều dịng kích từ Khi máy quay hệ số điện cảm cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vịng dây) nên thay đổi dịng kích thích Ikt xuất suất điện động cảm ứng cao gây điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích Do để đảo chiều quay động ta chon phương pháp đảo chiều dòng phần ứng Iư 4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác a) Độ trơn tốc độ ổn định động đạt cấp i ,i+1 Trong : tức hệ truyền động ổn định vị trí tồn dải điều chỉnh b) Dải điều chỉnh tốc độ Là phạm vi điều chỉnh – tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mơmen tải cho Trong : bị hạn chế độ bền động độ bền vành góp bị chặn u cầu mơmen khởi động ,khả tải sai số tốc độ làm việc cho phép c) Chống kích từ Khi mở máy phải đảm bảo chống kích từ mà ngun nhân ngắn mạch kích thích Vì Eư = nên Iư = Do U không đổi Rư nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên Iư lớn làm cháy dây quấn vành góp Cách khắc phục điều phải có phận nhận biết kích từ ( Iư =0) ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư = Khi Iư không lớn tránh cố CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ Để lựa chọn phương án thích hợp với yêu cầu “ Cấp điện cho đơng điện chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng “ ta cần phải lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ sơ đồ mạch lực phù hợp I LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG CƠ Nói chung ta tiến hành điều chỉnh tốc độ động theo phương pháp chủ yếu nêu : Điều chỉnh điện áp phần ứng điều chỉnh từ thông   Phương pháp điều chỉnh từ thông  Phương pháp điều chỉnh từ thơng  thay đổi tốc độ cách liên tục kinh tế điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức bị hạn chế điều kiện khí  Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng điều chỉnh tốc độ cách liên tục dễ dàng thực cách thay đổi góc điều kiển  Mặt khác phương pháp trình điều kiển thay đổi tốc độ khơng tiêu hao lương momen đông không đổi Nhân xét : Từ phân tích ta lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ đông cách thay đổi điện áp phần ứng II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC Để thay đổi đảo chiều động điện chiều buộc phải thiết kế chỉnh lưu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý sau Tải CL II Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu pha hay mạch chỉnh lưu pha Thông thường theo kinh nghiêm ta có : + Nếu cơng suất mạch cung cấp lớn  kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha + Nếu công suất mạch cần cung cấp nhỏ  kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha - Công suất mạch phần ứng : Pư = 600.5 = 3000W = 3kW <  kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha để cung cấp cho phần ứng - Công suất mạch phần cảm : Pcảm = 400.0,6 = 240W = 0,24kW <  kW nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha để cung cấp cho phần cảm  Các sơ đồ chỉnh lưu pha Chỉnh lưu nửa chu kỳ T U1 U2 R L Với sơ đồ sóng điện áp chiều bị gián đoạn nửa chu kỳ điện áp anốt van bán dẫn âm , sử dụng sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu Điện áp tải trung bình lớn tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất máy biến áp thấp Sba = 3,09.Ud.Id +Ưu điểm - Là loại chỉnh lưu có ngun lý đơn giản van +Nhược điểm - Chất lượng điện áp xấu - Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp Chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính + Tạo xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng xung t x < 10s Biểu thức độ rộng xung: Trong đó: Iđt dịng trì tiristor di/dt : tốc độ tăng trưởng dòng tải Đối tượng cần điều khiển đặc trưng đại lượng điều khiển góc  Nguyên tắc điều khiển Mạch điều khiển tiristor phân loại theo nhiều cách Song mạch điều khiển dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha theo ta có hai nguyên lý khống chế “ngang” khống chế “đứng” - Khống chế “ngang “ phương pháp tạo góc  thay đổi cách dịch chuyển điện áp hình sin theo phương ngang so với điện áp tựa + Nhược điểm phương pháp khống chế góc  phụ thuộc vào dạng điện áp tần số lưới, độ xác góc điều khiển thấp - Khống chế “đứng” phương pháp tạo góc  thay đổi cách dịch chuyển điện áp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa cưa + Phương pháp khống chế “đứng” có độ xác cao khoảng điều khiển rộng ( từ -> 1800 ) + Có hai phương pháp điều khiển “đứng “: across tuyến tính  Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Tổng đại số Ur + Uđk đưa đến đầu vào khâu so sánh Bằng cách làm biến đổi Uđk ta điều chỉnh thời điểm xuất xung tức điều chỉnh góc  Khi Uđk = ta có  = Khi Uđk < ta có  > Quan hệ  Uđk sau:  Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “acrcoss” Nguyên tắc dùng hai điện áp: + Điện áp đồng Ur vượt trước điện áp anốt – catốt góc /2 (Nếu UAK = A.sinwt Ur = B.coswt ) + Điện áp điều khiển Uđk điện áp chiều điều chỉnh biên độ theo hai hướng (dương âm) Trên hình vẽ đường nét đứt điện áp anốt – catốt tiristor, từ điện áp người ta tạo Ur Tổng đại số Ur + Uđk đưa đến đầu vào khâu so sánh Khi Ur + Uđk = ta nhận xung đầu khâu so sánh : Uđk + B.cos = Do  = arccos(-Uđk/B) Thường lấy B = Uđk max Khi Uđk =  =/2 Khi Uđk = - Uđk max = Như cho Uđk biến thiên từ - Uđk max đến + Uđkmax  biến thiên từ đến  Nguyên tắc sử dụng cscs thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao Nhận xét: Theo yêu cầu thiết kế mạch điều khiển ta thấy nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính phù hợp, ta chọn nguyên tắc điều khiển Phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod Tiristo, để điều khiển góc mở  Tiristo vùng điện áp + anod, ta cần tạo điện áp tựa dạng tam giác, ta thường gọi điện áp tựa điện áp cưa Urc Như điện áp tựa cần có vùng điện áp dương anod Dùng điện áp chiều Uđk so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm (t1,t4) điện áp tựa điện áp điều khiển (Urc = Uđk), vùng điện áp dương anod, phát xung điều khiển Xđk Tiristo mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1,t4) cuối bán kỳ (hoặc tới dòng điện 0) Sơ đồ nguyên lý điều khiển chỉnh lưu Udf t Sơ đồ khối mạch điều khiển Để thực ý đồ nêu phần nguyên lý điều khiển trên, mạch điều khiểnUrc bao gồm ba khâu hình Udk Xdk Đồng pha t So sánh t Tạo xung Ud t t1 t2 t3 t4 t5 Nhiệm vụ khâu sơ đồ khối sau: + Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thường gặp điện áp dạng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod Tiristo + Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp (Uđk = Urc) Tại thời điểm hai điện áp nhau, phát xung đầu để gửi sang tầng khuếch đại + Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo Xung để mở Tiristor có yêu cầu: sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu Tiristo mở tức thời có xung điều khiển (thường gặp loại xung xung kim xung chữ nhật); đủ độ rộng với độ rộng xung lớn thời gian mở Tiristo; đủ công suất; cách ly mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực lớn) 1) Khối đồng pha Tr R2 C1 A R1 B A1 U1 D1 R3 C A2 Ur d- dùng khuếch đại thuật toán b Ngày vi mạch chế tạo ngày nhiều, chất lượng ngày cao, kích thước ngày gọn, ứng dụng vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha cho ta chất lượng điện áp tựa tốt, điều khiển góc mở lớn góc mở đạt tới 180 Trên sơ đồ mô tả sơ đồ tạo điện áp tựa dùng khuếch đại thuật toán (KĐTT) 2) Khâu so sánh Urc Udk R5 Urc A3 R4 Ura c R5 R4 Udk A33 Ura b Sơ đồ khâu so sánh Để xác định thời điểm cần mở Tiristo cần so sánh hai tín hiệu Uđk Urc Việc so sánh tín hiệu thực Tranzitor Tranzitor không làm việc chế độ đóng cắt ta mong muốn, nhiều làm thời điểm mở Tiristo bị lệch xa so với điểm cần mở Uđk = Urc.Để khắc phục điều ta dùng khuyếch đại thuật toán KĐTT có hệ số khuyếch đại lớn nên cần tín hiệu nhỏ đầu vào ta có điện áp đầu nguồn ni Ưu điểm phát xung xác Uđk=Ura 3) Khâu tạo xung Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo nêu trên, tầng khuếch đại cuối thường thiết kế Tranzitor cơng suất, mơ tả hình 6a Để có xung dạng kim gửi tới Tiristo, ta dùng biến áp xung (BAX), để khuếch đại cơng suất ta dùng Tr, điôt D bảo vệ Tr cuộn dây sơ cấp biến áp xung Tr khoá đột ngột Mặc dù với ưu điểm đơn giản, sơ đồ dùng không rộng rãi, lẽ hệ số khuếch đại tranzitor loại nhiều không đủ lớn, để khuếch đại tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang Tầng khuếch đại cuối sơ đồ darlington hình 6b thường hay dùng thực tế sơ đồ hoàn toàn đáp ứng yêu cầu khuếch đại công suất, hệ số khuếch đại nhân lên theo thông số tranzitor Trong thực tế xung điều khiển cần có độ rộng bé (cỡ khoảng (10  200) s), mà thời gian mở thông tranzitor công suất dài (tối đa tới nửa chu kỳ - 0.01s), làm cho công suất toả nhiệt dư Tr lớn kích thước dây quấn sơ cấp biến áp dư lớn Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr kích thước dây sơ cấp BAX thêm tụ nối tầng hình 6c Theo sơ đồ này, Tr mở cho dòng điện chạy qua khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu BAX dụng chúng bé nhiều lần +E +E D2 R6 Uv D2 Tr1 R6 Tr1 Tr2 Uv a b BAX +E BAX D2 C2 Tr1 R6 D Uv Tr2 c Sơ đồ khâu khuếch đại a- tranzitor công suất; b- sơ đồ darlington; c- sơ đồ có tụ nối tầng Sơ đồ mạch điều kiển - Từ phân tích ta có sơ đồ mạch điều kiển : R2 +E Tr1 BAX C1 A U1 D2 R1 B D1 A1 R3 A2 Urc Udk R5 R4 C2 A3 Ura R6 Tr2 R7 Nguyên lý hoạt động sơ đồ điều khiển: Điện áp vào điểm A (UA) có dạng hình sin, trùng pha với điện áp anod Tiristo T, qua khuếch đại thuật toán (KĐTT) A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB Phần áp dương điện áp chữ nhật UB qua điôt D1 tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc Điện áp âm điện áp UB làm mở thông tranzitor Tr1, kết qủa A2 bị ngắn mạch (với Urc = 0) vùng UB âm Trên đầu A2 có chuỗi điện áp cưa Urc gián đoạn Điện áp Urc so sánh với điện áp điều khiển Uđk đầu vào A3 Tổng đại số Urc + Uđk định dấu điện áp đầu KĐTT A3 Trong khoảng  t1 với Uđk  Urc điện áp UD có điện áp âm Trong khoảng t1  t2 điện áp Uđk Urc đổi ngược lại, làm cho UD lật lên dương Các khoảng thời gian giải thích điện áp UD tương tự Các xung UF làm mở thông tranzitor, kết nhận chuỗi xung nhọn Xdk biến áp xung, để đưa tới mở Tiristo T III TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN Mạch điều kiển tính xuất phát từ yều cầu xung mở Tiristor , ta có thơng số để tính mạch điều kiển : + Điện áp điều kiển Tiristor : Uđk = 1,4V + Dòng điện điều kiển Tiristor : Iđk = Ig = 0,12A + Thời gian mở Tiristor : tm = 120ms + Độ rộng xung điều kiển :tx = 167ms + Tần số xung điều kiển fx = 3kHz + Độ đối xứng cho phép :  = 40 + Điện áp nuôi mạch điều khiển U = 12V + Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 Tính máy biến áp xung Chọn vật liệu làm lõi Fẻit HM , lõi có dạng hình xuyến làm việc q fần đặc tính từ hóa có B = 0,3T ;H = 30A/m khơng có khe hở khơng khí + Tỉ số biến áp xung chọn m –3 + Điện áp thữ cấp MBA xung : U2 = Uđk = 1,4V + Điện áp đặt lên cuộn thứ cấp MBA xung : U1 = mU2 = 3,14 = 4,2V +Dòng điện thứ cấp MBA xung : I2 = Iđk = 0,12A + Dòng điện sơ cấp MBA xung : I1 = 2.I2/m = 0,12/3 = 0,08A + Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi thép tb = = 8.103 Với 0 = 1,25.10-6 (H/m) độ từ thẩm khơng khí Thể tích lõi thép cần có : V = Q.l = (tb.0.tx.sx.U1.I1)/B2 Thay số : V= 8.103.1,25.10-6.0,15.167.4,2.0,08)/0,32 = 0,4676.10-6m3 = 0,4676.10-3cm3 Dựa vào bảng tra cứu ta lựa chọn mạch từ tích V= 0,645cm kích thước cụ thể sau: Q =0,1cm2, l = 6,45cm ; a = 2,5mm ; b = 4mm ; d =20mm ; a d b - Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung : - Theo định luật cảm ứng điện từ U1 = W1Q W1 = (vòng) Chọn w1 = 234 vòng - Số vòng dây thứ cấp W2 = (vòng) Chọn mật độ dòng điện J1= (A/mm2) - Tiết diện dây thứ cấp S1 = (mm2) + Đường kính dây thứ cấp d2 = Chọn d = 0,1 (mm) (mm) D - Tiết diện dây thứ cấp (mm2) S2 = Chọn mật độ dòng điện J2 = 4(A/mm2) + Đường kính dây thứ cấp d2 = (mm) Chọn dây có đường kính d2 = 1,95 (mm) - Kiểm tra lại hệ số lấp đầy Klđ = Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết Tính khâu khuếch đại xung +E BAX D2 R6 Tr1 Uv R7 Chọn Tranzito công suất loại Tr3 loại 2SC9111 Tranzito loại npn vật liệu bán dẫn Si + Điện áp colecto bazơ hở mạch Emitơ UCB0 = 40 (V) + Điện áp Emito bazơ hở mạch Colecto UEB0 = (V) + Dòng điện lớn mà colecto chịu đựng Imax = 500 (mA) + Công suất tiêu tán colecto Pc = 1,7 (W) + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp T1 = 1750C + Hệ số khuyếch đại  = 50 + Dòng điện làm việc colecto Ic3 = I1= 0,08 (mA) + Dòng điện làm việc bazơ Ib = (mA) Ta thấy hai loại Tiristor chọn có cơng suất điều khiển bé Uđk = 2,0 (V) Iđk = 0,1 (A) Do ta cần tầng khuyếch đại đủ công suất điều khiển Tranzito - Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E = 12(V) , với nguồn E =12 (V) ta phải mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực Emito Ir3 , R1 R7 = () Tất Diod mạch điều khiẻn dùng loại 1N4009 có tham số + Dịng điện định mức Iđm = 10 (mA) + Điện áp ngược lớn Un = 25 (V) + Điện áp Diod mở thông Um = 1(V) 3.Chọn tụ C2 R6 - Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazờ Transistor Ir2 ta chọn R9 thoã mãn điều kiện: R6  Chọn R6 = 3k Chọn C2 cho C2.R6  tx => C2  Chọn C2 = 33nF 4.Chọn khuất thuật toán - Mỗi kệnh điều kiển phải dùng khuyếch đại thuật tốn , ta chọn IC loại TL084 hãng texas instrument , IC có khuếch đại thuật tốn - Thơng số IC TL084 : + Điện áp nguồn nuôi : VCC =  18V, Chọn VCC = 12V + Hiệu điện đầu vào :  30V + Nhiệt độ làm việc : T = - 2585 C0 + Công suất tiêu thụ P = 0,68W + Tổng trở đầu vào : Rmin = 106  + Dòng điện đầu : Ira = 30pA + Dòng điện đầu vào : Iv = 1mA + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : Sơ đồ chân IC TL084 : 5.Tính tầng so sánh R5 Urc A33 R4 Udk Ura - Mỗi kênh điều kiển có khuyếch đại thuận tốn đóng vai trị tầng so sánh ta chọn loại IC TL084 - Chọn R4 = R5 > - Trong nguồn ni VCC =  12V , điện áp vào A Ur = 12V dịng điện vào hạn chế Ilv < 10-3A ta chọn R4 = R5 = 15k dịng vào A3 : Ilv-max = 6.Chọn khâu đồng pha Tr R2 C1 A U1 R1 B A1 D1 R3 C A2 Ur d- dùng khuếch đại thuật toán b Điện áp tụ hình thành nạp tụ C1 , mặt khác để đảm bảo phạm vi điều kiển rộng góc điều kiển  =  1800 số thơì gian tụ nạp : Tr = R3.C1 = T/2 = 1/2f = 0,01s Chọn C1 = 1F điện trở R3 = Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp ráp mạch R3 thườngg chọn biến trở R3 lớn 10k để điều chỉnh - Chon Tranzitor T1 loại A564 có thông số: + TRanzitor loai pnp làm bvằng Si + Điện áp Emitor Bazơ lúc hỏ mạch colector :UEB0 =7V + Dịng điện lớn mà colector chịu : IC-max = 100mA + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : TCP = 1500 + Hệ số khuyếch đại  = 250 + Dòng cực đại Bazơ : IB3 = + Điện trở để hạn chế dòng điện vào bazơ Tranzitor T r1 chọn sau : Chọn R2 thoã mãn điều kiện : R2  Chọn R2 = 30k Chọn điện áp đồng pha : UA= 9V Điện trở R1 để hạn chế dòng điện vào khuyếch ddaij thuật tốn A thường chọn R1 cho dịng vào khuyếch đại thuật toán : I r < 1mA Do R1 > Chọn R1 = 10 k 7.Tao ngn nuôi Ta cần chọn nguồn nuôi  12V để cấp cho BAX ni IC, điều chỉnh dịng điện tốc độ , điện áp đặt tốc độ Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng điốt, điện áp từ cấp MBA nguồn nuôi : Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch này: Điện áp đầu vào : UV =  35V Điện áp đầu : Ura = 12V với IC 7812 Ura = - 12V với IC 7912 Dòng điện đầu : IR =  1A Sụt áp nhỏ nhấttrên IC 7812 U = 4V Ud = 12- = 8V Ta chọn U2 = 9V Tụ điện C4 , C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 =470F +12V 7812 C4 C6 220~ C5 C7 7912 -12V 8.Tính tốn máy BA nguồn ni đồng pha Ta thiết kế MBA dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi cho tất mạch điều kiển bao gồm công suất cung cấp cho mạch đồng pha cung cấp nguồn nuôi cho IC TL084 tạo 32 khuyếch đại thuật toán Chọn kiểu MBA pha rụ, trụ có cuộn dây : cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Điện áp lấy thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha , lấy thứ cấp nguồn nuôi : U2 = U2đp = UN = 9(V) - Dòng điện thứ cấp MBA đồng pha : I2đp = IA1-max = 1(mA) - Công suất MBA cung cấp cho việc tạo nên áp đồng pha Pđp = 8.I2-dp U2-đp = 8.9.1.10-3 = 0,072( W) - Công suất tiêu thụ 8IC TL 084 sử dụng làm khuyếch thuật toán P8IC = 8.0,68 = 5,44W - Công suất BA xung cấp cho cực điều khiển Tiristor Px = Uđk Iđk = 8.1,4.0,12 = 1,344(W) - Tổng công suất MBA cung cấp : P = Pđp + P8IC + PX P = 0,072 + 5,44 +1,344 = 6,856(W) - Công suất MBA có kể đến 5% tổn thất máy : S = 1,05.P = 1,05 6,856 = 7,1988 (VA) - Dòng điện thứ cấp MBA : = 0,133(A) I2 = - Dòng điện sơ cấp MBA: I1 = = 0,011(A) - Tiết diện trụ MBA tính theo cơng thức kinh nghiệm: Trong : kQ = : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát m = : số trụ MBA f = 50 : tần số điện áp lưới - Ta chọn lõi thép hình chữ E , có độ từ cảm B = 1T có kích thước hình vẽ : b H h c a C c Ta có : QFe = a.b = 1,32cm2 Trong trình thiết kế ta thường chọn < b =1,32cm Và m = n= => h = 2,5.1 = 2,5 cm => c = 0,5.1 = 0,5 cm < 1,5 Ta chọn a = 1cm ; - Chọn mật độ từ cảm B = 1T trụ ta có số vịng dây sơ cấp : (vòng) Chọn w1 = 7508 ( vòng) - Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75A/mm2 - Ta có tiết diện dây quấn sơ cấp : - Chọn dây dẫn tròn , tiết diện theo qui chuẩn : S1 = 0,00785mm2 Đường kính thực lõi dây quấn sơ cấp : d1 = 0,1mm Đường kính có kể cách điện D1 = 0,12mm Số vòng dây thứ cấp : (vòng) Chọn w1 = 308 ( vòng) - Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75A/mm2 - Ta có tiết diện dây quấn thứ cấp : Chọn dây dẫn tròn , tiết diện theo qui chuẩn : S2 = 0,095mm2 Đường kính thực lõi dây quấn sơ cấp : d2 = 0,11mm Đường kính có kể cách điện D2 = 0,14mm Chiều dài mạch từ : L = 2c +3a =2.0,5 +3.1 = 4cm - Chiều cao mạch từ H = 2a + h =2.1 + 2,5 = 4,5 cm - Chọn điốt cho chỉnh lưu - Dòng điện hiệu dụng qua điốt - IĐ = = ( A) - Chọn điốt có dịng định mức IĐ-đm = ki.IĐ = 10.0,094 = 0,94 A ( ki = 10 hệ số trữ dòng ) - Điện áp ngược lớn mà điốt phải chịu Ung-max = - Chọn điốt có điện áp ngược lớn UĐ ng-max = ku.Ung-max = 2.22 = 44 (V) Với ku = hệ số trữ điện áp Chọn điốt loại : kY Z70 có Ung-max = 50 (V) ; Iđm = 20 (A) Tài Liệu tham khảo Điện tử cơng suất - Nguyễn Bính ( Nhà xuất KHKT) Truyền Động Điện - Nguyễn Văn Liễn ( Nhà xuất KHKT ) Máy Điện – Tập 1,2,3 – Nguyễn Khánh Hà - Vũ Gia Hanh ( Nhà xuất KHKT ) Tài Liệu Hướng Dẫn Thiết Kế ĐTCS - Phạm Quốc Hải ... : Điện áp phần ứng Eư : Suất điện động phần ứng Rư ,Rf : Điện trở phần ứng ,điện trở phụ mạch phần ứng Iư : Dòng điện mạch phần ứng Rư =rư +rct +rb +rtc rư : Điện trở cuộn dây phần ứng rct : Điện. .. sóng điện áp chiều bị gián đoạn nửa chu kỳ điện áp anốt van bán dẫn âm , sử dụng sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu Điện áp tải trung bình lớn tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện. .. đại thuật toán để khuyếch đại điện áp  Ta dùng khâu thuật toán so sánh LM311: tín hiệu dịng điện qua xenxơ hạ điện trở RS tạo tín hiệu điện áp Vi Đầu chân mắc với nguồn nuôi +5V qua điện trở kéo