Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 2 thyristor 2 diode

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ HỌC PHẦN : ĐỒ ÁN – N03 Năm học : 2019 – 2010 Đề tài 11 : Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu thyristor – diode với diode nhánh , góc mở -180 ,Uvào = 12-24VAC Nhóm sinh viên thực : Phạm Thanh Tùng Chu Minh Dương Đỗ Quốc Đạt MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG : KHÁI QUÁT VỀ CHỈNH LƯU CẦU PHA VÀ LỰA CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 1.1 Khái quát chung 1.1.1 Chỉnh lưu Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng xoay chiều thành lượng dòng chiều Mạch chỉnh lưu sử dụng nguồn cung cấp dòng điện chiều, mạch tách sóng tín hiệu vơ tuyến thiết bị vơ tuyến Phần tử tích cực mạch chỉnh lưu Điode bán dẫn, đèn chỉnh lưu thủy ngân linh kiện điện tử khác Sơ đồ cấu trúc thường gặp mạch chỉnh lưu hình 1.1 Biến áp Van CL Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Lọc Mạch chỉnh lưu mạch điện bao gồm linh kiện điện - điện tử Trong sơ đồ có máy biến áp làm nhiệm vụ là:  Chuyển từ điện áp quy chuẩn lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu tải Tùy theo theo tải mà biến áp tăng áp giảm áp;  Biến đổi số pha nguồn sang số pha theo yêu cầu mạch van Thông thường số pha lưới lớn 3, song mạch van cần số pha 6,12,… Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện mạch van địi hỏi số pha lưới điện bỏ máy biến áp Mạch van van bán dẫn mắc với theo cách để tiến hành q trình chỉnh lưu Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) chiều cấp cho tải phẳng theo yêu cầu 1.1.2 Các tham số mạch chỉnh lưu a Về phía tải U d - giá trị trung bình điện áp nhận sau mạch van chỉnh lưu:  T U d (t)dt  2 U d ()d 0 1.1) Id - giá trị trung bình dịng điện từ mạch van cấp ra: Id  2 i d ()d 2 0 (1.2) Pd  U d I d công suất chiều mà tải nhận từ mạch chỉnh lưu b Về phía van I tbv - giá trị trung bình dịng điện chảy qua van mạch van U ng max - điện áp ngược cực đại mà van phải chịu làm việc Đây hai tham số giúp việc lựa chọn van phù hợp để không hỏng hoạt động mạch c Về phía nguồn Thể cơng suất xoay chiều lấy từ lưới điện, thông thường sử dụng theo công suất biểu kiến biến áp: Sba  S1  S2  k sd Pd (1.3) Trong đó: S1  U1I1 m S2   U 2i I 2i i 1 Ở giá trị U1 , I1 , U 2i , I 2i trị số hiệu dụng điện áp dịng điện phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp Do phía thứ cấp có nhiều cuộn dây, nên phải tổng cộng công suất tất m cuộn dây 1.1.3 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo số cách sau đây: - Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: pha, hai pha, ba pha, sáu pha, v.v - Phân loại theo van bán dẫn mạch van: Hiện chủ yếu dùng hai loại van điơt tiristo, có ba loại mạch sau: * Mạch van dùng tồn điơt, gọi chỉnh lưu không điều khiển * Mạch van dùng toàn tiristo, gọi chỉnh lưu điều khiển * Mạch chỉnh lưu dùng hai loại điôt tiristo, gọi chỉnh lưu bán điều khiển - Phân loại theo sơ đồ mắc van với Có hai kiểu mắc van: * Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ số lượng van số pha nguồn cấp cho mạch van Tất van chung đầu với – catot chung, anot chung * Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong nửa số van mắc chung catot, nửa lại mắc chung anot 1.1.4 Ứng dụng chỉnh lưu Ứng dụng mạch chỉnh lưu trích xuất thành phần điện chiều hữu dụng từ nguồn xoay chiều Thực hầu hết ứng dụng điện tử sử dụng nguồn điện chiều, nguồn cung cấp lại dịng điện xoay chiều Vì mạch chỉnh lưu sử dụng bên mạch cấp nguồn hầu hết thiết bị điện tử Mạch biến đổi điện chiều từ điện áp sang điện áp khác phức tạp Một phương pháp đổi từ điện chiều điện áp sang điện chiều điện áp khác là: chuyển từ chiều thành xoay chiều, (dùng mạch nghịch lưu) sau đưa qua máy biến tần để thay đổi điện áp, cuối chỉnh lưu lại thành điện chiều Các mạch chỉnh lưu ứng dụng mạch tách sóng tín hiệu vơ tuyến điều biến biên độ Tín hiệu cần khơng cần khuếch đại trước tách sóng Nếu tín hiệu nhỏ q, phải sử dụng điốt có điện áp rơi thấp Trong trường hợp tụ điện trở tải phải lựa chọn cẩn thận cho phù hợp Trị số tụ điện thấp làm cho sóng cao tần lọt sang đầu Chọn cao quá, nạp đầy giữ nguyên điện áp nạp Điện áp mạch chỉnh lưu tồn sóng với thyristor điều khiển Các mạch chỉnh lưu sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy hàn điện Các mạch thay điốt cầu chỉnh lưu Thyristor Các mạch có điện áp phụ thuộc vào góc kích mồi 1.2 Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 1.2.1 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển tiristo mắc catot chung a) Hình 1.2 Chỉnh lưu bán điều khiển có tiristo đấu catot chung a) đồ thị b) Nhóm catot chung tiristo nên chúng mở thời điểm α Nhóm anot chung van điơt nên chúng ln mở tự nhiên theo điện áp nguồn : Đ mở u2 bắt đầu dương Do dẫn van chu kì lưới :  Trong khoảng α ÷ π : T1Đ2 dẫn  Trong khoảng π÷(π+α) : T1Đ1 dẫn π,ϴ1 mở tự nhiên làm ϴ2 khóa  Trong khoảng (π +α) ÷ 2π : T2Đ1 dẫn , T2 phát xung mở điểm (π +α) dẫn làm cho T1 khóa  Trong khoảng 2π ÷(2π +α) : T2Đ2 dẫn , Đ2 mở tự nhiên điểm 2π Qua ta thấy có đoạn có tượng dẫn thẳng hàng van : T 1Đ1 T2Đ2, đoạn tải bị ngắn mạch nên u d = (các đoạn lại ud bám theo điện áp nguồn ) Như dòng id liên tục , song dòng i2 lại đứt đoạn dòng tải id chảy quẩn qua van thẳng hàng mà không nguồn Điều có lợi khía cạnh lượng , lượng không bị trả nguồn mà giữ lại tải Dạng điện áp ud trở lại giống chỉnh lưu điều khiển vói tải trở (hình 1.2b), quy luật ud : Udα = Ud0 =0,9U2 Dòng tải : Id = Các van dẫn khoảng π , trị số trung bình dịng qua van Id/2 1.2.2 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển ,tiristo mắc thẳng hàng Trong sơ đồ điôt Đ1,Đ2 mở tự nhiên đầu nửa chu kì : Đ mở u2 âm ; Đ2 mở u2 dương Các tiristo mở theo góc α nhiên van theo nhóm : Đ1 dẫn làm T1 (cùng nhóm catot chung ) khóa , T1 dẫn Đ1 bị khóa Tương tự Đ2 dẫn T2 khóa ngược lại , T2 dẫn Đ2 khóa Do có giai đoạn :  Trong khoảng α÷π : T1Đ2 dẫn ,ud = u2  Trong khoảng π÷ ( π+α) : Đ1Đ2 dẫn , Đ1 dẫn π làm T1 khóa , T2 chưa dẫn nên Đ2 cịn mở chưa khóa  Trong khoảng (π+α)÷ 2π : T2Đ1,T1 dẫn làm Đ2 khóa ud = -u2  Trong khoảng 2π÷(2π +α) : T2Đ2 dẫn Ta lại thấy có hai đoạn có van mắc thẳng hàng dẫn với Đ 1Đ2, tải lại bị ngắn mạch nên có đoạn : ud = Dạng điện áp ud tương tự sơ đồ trước nên : Ud = 0,9U2 Id = Song đồ thị dẫn van cho thấy chúng dẫn không : Tiristo dẫn khoảng ( π – α ); Điôt dẫn khoảng (π + α ) Vì dịng trug bình qua van : Itb tiristo = = Itb điôt = = 1.2.3 Hệ số công suất chỉnh lưu bán điều khiển Ta biết hệ số công suất hộ tiêu thụ điện , góc lệch điện áp dòng điện phụ tải Hình () đồ thị quan hệ điện áp nguồn u2 dòng điện chỉnh lưu nhận từ nguồn i2 cho hai trường hợp Theo đồ thị dịng điện i2 sóng hài bậc i 2(1) Với tần số tần số nguồn xoay chiều so sánh với điện áp nguồn u2, rút : Chỉnh lưu bán điều khiển có : Hệ số chỉnh lưu bán điều khiển tốt chỉnh lưu điều khiển Ta cần ý , khía cạnh hộ tiêu thụ điện chỉnh lưu phụ tải có tính điện cảm dòng điện chậm pha điện áp góc Điểm đặc biệt cịn chỗ góc tỉ lệ thuận với góc điều khiển α , tăng α hệ số cơng suất mạch xấu rõ rệt CHƯƠNG : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Mạch điều khiển chỉnh lưu 2.1.1 Sơ đồ khối mạch điểu khiển U ng U tự ĐF SS TX K BA Đ U đk RI &R ω T ạo dao độ ng : Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển + ĐF : Khối đồng pha khối tạo điện áp đồng với điện áp A-K thyristor + RI & Rω : Khối điều chỉnh Regurlator, việc thay đổi giá trị Uđk điều chỉnh góc α + SS + TX : Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh tín hiệu Uđk Utựa : Tạo xung điều khiển + Dao động : Tạo xung cao tần đưa vào khối TX ( đa hài ) + KĐ : Khối khuyếch đại xung tạo xung có chất lượng theo yêu cầu + BAX : Khối biến áp xung 2.1.2 Các khâu mạch điều khiển a Khâu đồng pha Tín hiệu tự biến áp đồng pha qua khâu chỉnh lưu nửa chu kỳ (các điốt D32, D33) qua phân áp R43 - R93 đưa vào cổng (+) Q6 Cổng (-) Q6 nhận tín hiệu chiều qua phân áp R41 R11 Kết từ rạng hình Sin đầu vào đầu Q6 nhận xung vng đồng có chu kỳ 10ms Hình 2.2 Sơ đồ dạng sóng Hình 2.3 Khối đồng pha b.Khâu tạo xung Q7 mạch tính phân Các đầu vào nhận điện áp + E(+15V) xung đồng xuất phát từ đầu Q6 Khi đầu Q6 mức cao điốt D37 ngăn khơng cho tín hiệu từ Q6 tác động lên mạch tích phân Tụ C19 nạp điện từ nguồn +E thông qua điện trở R45 chiết áp P12 Khi xung âm đồng từ Q6 tới điốt D37 cho phép qua tụ C19 phóng điện qua điện trở R46 có trị số nhỏ Do đầu Q7 xuất xung cưa có chu kỳ 10ms + 15 V D35 D36 P 12 R 46 D 37 C19 Q7 R 45 Hình 2.4 Sơ đồ khối tạo xung Điốt D35 ốt ổn áp (9V), D36 có nhiệm vụ ngăn khơng cho bão hồ, chiết áp P12 cho phép điều chỉnh độ rộng xung cưa Điều chỉnh P12 cho T1 = 6,6ms; T2 = 3,4ms c Khâu so sánh Các cưa đầu Q7 đưa tới đầu vào (-) Q8 đầu vào (+) Q8 nhận điện áp chiều Uđk lấy từ điều chỉnh Đầu Q8 xung 10 chữ nhật có đặc tính sườn xuống cố định cịn sườn lên di động Nghĩa thay đổi Uđk thay đỏi độ rộng xung chữ nhật tức thay đổi góc mở α UQ6 t Ura Q7 - t U Uđk R 48 U R47 Q8 + Q8 t Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lí khối so sánh T2 T1 T d Khâu tạo xung Q9 mạch dao động tạo xung cao tần có tần số lớn cỡ 5KHZ dùng transistor T8 Khi có xung đồng hồ âm đến mở cho xung âm qua khuyếch đại Các xung chữ nhật từ Q8 trộn với xung đồng hồ từ T8 (xung âm) kết hợp với điện áp đồng pha qua điốt D34 D38 để tạo thành xung mở luân phiên cặp Transistor T4 - T5 T6 -T7 Các cặp T4 - T5, T6 - T7 cặp Transistor ghép Darlington mà tải (BAX) để khuyếch đại xung điều khiển đủ để mở Tiristor pha Quá trình điều khiển mở cho cặp Tiristor lại tương tự Như xung dương với tần số lớn đưa vào để mở T1 hay T2 tăng theo cực tính điện áp nguồn Khi có dịng từ Ucơ sở qua sơ cấp biến áp xung cảm ứng sang thứ cấp tạo tín hiệu xung với tần số cao đưa vào mở Tiristor 11 U Q6 t U Q7 t U Q8 t U t8 U t Hình 2.6 Giản đồ dạng sóng q trình tạo xung 2.2 Thiết kế tính tốn 2.2.1 Khối đồng Sóng có dạng hình sin Điện trở để hạn chế dịng điện vào khuếch đại thuật tốn - Xét nửa chu kì dương : Khi > opam A1 có > nên ta có: = vsat - Xét nửa chu kì âm UA: 12 Khi < opam A1 có < nên ta có: = -vsat - Khi > diode dẫn, transistor khơng dẫn, ta xét mạch tích phân gồm : biến trở , tụ opam , lúc : Vì không đổi > nên : = -=- - Khi < thỳ diode không dẫn, transistor dẫn, mạch vịng gồm transistor tụ có tác dụng triệt tiêu phần âm nên =0 2.2.2 Khối so sánh - Trong opam ta có: = + ; =0 (nối đất) - Khi >  + >0  > => = - Khi <  + =  = => = - lúc tụ xả điện theo phương trình: (t) =- + (t) giảm < =  = => = lúc tụ lại nạp điện 2.3 Mạch điều khiển 13 CHƯƠNG : XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Mô 3.2 Mạch thực KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo Hải phịng , ngày ,tháng…năm… Giảng viên hướng dẫn Nhóm trưởng 14 ... áp nạp Điện áp mạch chỉnh lưu tồn sóng với thyristor điều khiển Các mạch chỉnh lưu sử dụng để cấp điện có cực tính cho máy hàn điện Các mạch thay điốt cầu chỉnh lưu Thyristor Các mạch có điện áp... ba loại mạch sau: * Mạch van dùng tồn điơt, gọi chỉnh lưu không điều khiển * Mạch van dùng toàn tiristo, gọi chỉnh lưu điều khiển * Mạch chỉnh lưu dùng hai loại điôt tiristo, gọi chỉnh lưu bán... điện áp phụ thuộc vào góc kích mồi 1 .2 Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 1 .2. 1 Chỉnh lưu cầu bán điều khiển tiristo mắc catot chung a) Hình 1 .2 Chỉnh lưu bán điều khiển có tiristo đấu catot