Đồ án môn học điện tử công suất (bản đẹp)

Đồ án môn học điện tử công suất CHƯƠNG 1 Giới thiệu chung ắc-quy Ăc-quy loại bình điện hố học dùng để tích trữ lượng điện làm nguồn điện cung cấp cho thiết bị điện động điện, bóng đèn, làm nguồn ni cho linh kiện điện tử.v.v… Các tính ăc-quy: Sức điện động lớn ,ít thay đổi phóng nạp điện .Sự tự fóng điện bé .Năng lượng điện nạp vào bé lượng điện mà ăc-quy phóng Điện trở ăc-quy nhỏ Nó bao gồm điện trở cực ,điện trở dung dịch điện fâncó xét đén ngăn cách ngăn cực Thường trị số điện trở ăc-quy nạp điện đầy 0.001Ω đến 0.0015Ω ăcquy fóng điện hồn tồn 0.02Ω đến 0.025Ω Có hai loại ăc-quy là: ăc-quy a-xit (hay ăc-quy chì) ăc-quy kẽm (ăc-quy sắt kền hay ăc-quy cadimi-kền) Trong ăc-quy a-xit dùng fổ biến rộng rãi 1.Cấu tạo ăcquy : Các fận chủ yếu ăc-quy a-xit gồm: -Các cực dương làm PbO2 ghép song song với thành chùm cực dương -Các cực âm làm Pb ghép song song với thành chùm cực âm Bộ chùm cực âm chùm cực dương đặt xen kẽ theo kiểu cài lược ,sao cho cực âm đến cực dương -Lá cách đặt cực âm cực dương để tránh tượng chập mạch điện cực khác dấu -vỏ bình điện ăc-quy thường làm cao su cứng ( êbonit ) đúc thành hinh hộp ,chịu khí nóng lạnh ,va chạm mạnh chịu a-xit.Dưới đáy bình có đế cao để dắt cực lên ,khi mùn chất hoạt động rụng xuống đọng rãnh đế ,như tránh tượng chập mạch điện cực mùn gây ra.Nắp đậy ăc-quy làm vỏ cao su cứng ,nắp có lỗ để đổ điện dịch vào bình đầu cưc luồn qua Nút đậy để điện dịch khỏi đổ -Cầu nối chì để nối tiếp đầu cực âm ngăn ăc-quy với cực dương ngăn ăc-quy Đồ án môn học điện tử cơng suất 2.Q trình biến đổi lượng ăcquy : Ăc-quy nguồn có tính chất thuận nghịch ,nó tích trữ giải fóng lượng dạng điện Quá trình ăc-quy cung cấp điện cho mạch ngồi gọi q trình fóng điện ,q trình ăc-quy dự trữ lượng gọi trình nạp điện Trên thị trường dùng fổ biến ăc-quy a-xit.Loại ăc-quy có cực dương đi-ơ-xít chì ( PbO2 ) ,các cực âm chì ( Pb ), dung dịch điện fân a-xit sunfuaric ( H2 SO ) Phản ứng hoá học biểu diễn q trình chuyển hố lượng ăc-quy : PbO + Pb + H2 SO ( H2 O ) ↔ PbSO4 + H2 O a.Quá trình nạp điện cho ăc-quy : Khi đổ dung dịch a-xit sunfuric vào ngăn bình cực sinh lớp mỏng chì sunfat PbSO4 : PbO + H2 SO → PbSO + H2 O Đem nối nguồn điện chiều vào hai đầu ăc-quy dịng chiều khép kín qua mạch ăc-quy dịng theo chiều: cực dương nguồn chiều →đầu cực ăc-quy →chùm cực 1→qua dung dịch điện fân→bản cực 2→đầu cực ăc-quy →cực âm nguồn chiều Dòng điện làm cho dung dịch điện fân fân ly: H + H2 SO → + SO 2− Catiơn H+ theo dịng điện fía chùm cực nối với âm nguồn điện tạo fản ứng đó: 2H + Các aniơn SO2− chạy + fíaPbSO chùm → bảnHcực SO nối + với Pb cực điệnương nguồn điện tạo 4 fản ứng : PbSO + H2 O + cc → H2 SO4 + PbO2 Kết chùm cực nối với cực dương nguồn điện có chì điơ-xit PbO2 , chùm cực có chì Pb Như , hai loại chùm cực có khác cực tính Khi nạp ăc-quy ,lúc đầu điện tăng dần từ 2V÷2,4V Nếu tiếp tục nạp giá trị nhanh chóng tăng lên 2,7V giữ nguyên.Thời gian gọi thời gian nạp no ,nó có tác dụng làm cho fân tử chất tác dụng sâu bên lịng cực Đồ án mơn học điện tử cơng suất biến đổi hồn tồn ,nhờ làm tăng thêm dung lượng fóng điện ăc-quy Trong sử dụng thời gian nạp no ăc-quy thường kéo dài khoảng 2h÷3h , khoảng thời gian hiệu điện ăc-quy nồng độ dung dịch điện fân không thay dổi.Sau ngắt mạch nạp , điện áp ,sức điện động , nồng độ dung dịch điện fân ăc-quy giảm xuống ổn định, dây gọi thời gian nghỉ ăc-quy sau nạp Có thể nạp điện cho ăc-quy với dịng điện cố định nạp điện không đổi Nạp dòng điện cố định nhanh tốn lượng chế độ nạp điện khơng đổi b.Q trình fóng điện ăc-quy : Trong q trình fóng điện ăc-quy , xảy fản ứng hoá học sau: Tại cực dương : H2 SO + PbO2 + H+ + 2e → PbSO + H2 O Tại cực âm: Pb + SO 2− → PbSO4 + 2e Như ăc-quy fóng điện , chì sunfat lại hình thành hai chùm cực , làm cho cực trở lại giống dung dịch a-xit bị fân tích thành catiơn H+ aniơn SO2− , đồng thời q trình fóng điện tạo nước dung dịch , nồng độ dung dịch giảm dần sức điện động ăc-quy giảm dần Q trình fóng điện ăc-quy chia làm hai giai đoạn :ở giai đoạn đầu điện áp ,sức điện động , nồng độ dung dịch điện fân ăc-quy giảm chậm,đây gọi giai đoạn fóng ổn định hay thời gian fóng điện cho fép ăc-quy Trong giai đoạn ,điện áp ăc-quy giảm nhanh Các thông số ăcquy : a.Sức điện động ăc-quy : Sức điện động ăc-quy chì fụ thuộc vào nồng độ dung dịch điện fân Người ta Eo = 0.85 + δ (V) thường sử dụng công thức kinh nghiệm : Eo : sức điện động tĩnh ăc-quy đơn δ: nồng độ dung dịch điện fân 150 c (g / cm = Up + Ip.Rp -Sức điện động q trình fóng điện ăc-quy : )Ep Up điện áp đo cực ăc-quy fóng điện Rp điện trở ăc-quy -Sức điện động trình nạp điện ăc-quy : En = Un – In.Rn Un điện áp đo cực ăc-quy nạp điện Đồ án môn học điện tử công suất Rn điện trở ăc-quy b.Dung lượng ăc-quy ( C ): Dung lượng fóng đại lượng đánh giá khả cung cấp lượng ăc-quy cho fụ tải : Cp = Ip.Tp Tp thời gian fóng điện Dung lượng nạp đại lượng đánh giá khả tích trữ lượng ăc-quy : Cn = In.Tn Tn thời gian fóng điện Đồ án môn học điện tử công suất CHƯƠNG Thiết kế mạch chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu thiết kế nhằm biến đổi lượng điện xoay chiều thành lượng điện chiều Theo dạng nguồn cấp xoay chiều,chúng ta chia chỉnh lưu thành pha , ba pha hay n pha Các chỉnh lưu chỉnh lưu khơng điều khiển dùng van chỉnh lưu diode , chỉnh lưu có điều khiển dùng van chỉnh lưu tiristo , chỉnh lưu bán điều khiển van chỉnh lưu dùng diode lẫn tiristo Với số liệu cho trước sau: Điện áp định mức ăc-quy nằm khoảng 5V đến 50V Dòng nạp định mức ăc-quy 50A Dòng nạp ăc-quy 10A Công suất nguồn nạp nhỏ 10kw nên chọn biến đổi chỉnh lưu pha Ta dùng sơ đồ sau : Chỉnh lưu pha nửa chu kỳ có điều khiển Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển đối xứng Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển không đối xứng A Các phương án thiết kế mạch chỉnh lư u Ch:ỉnh lưu pha nửa chu kỳ có điều khiển: Trong sơ đồ ,máy biến áp fải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt ,ở nửa chu kỳ có xung tới điều khiển mở tiristo có van dẫn cho dịng điện chạy qua Điện áp đập mạch hai nửa chu kỳ với tần số đập mạch hai lần tần số điện áp xoay chiều Hình dáng đường cong điện áp dòng điện tải (Ud,Id ) cho hình vẽ Điện áp trung bình tải trở tính theo cơng thức : Ud = Udo(1 + cosα) T1 R E T2 Ud Id α Với Udo điện áp chỉnh lưu không điều khiển E t T1 T2 T1 Đồ án môn học điện tử công suất Ud = 0,9U2 α góc mở tiristo Điện áp ngược lớn đặt lên van : Unmax = 2 U Mỗi van dãn thông nửa chu kỳ , dòng điện mà van bán dẫn fải chịu tối đa 1/2 dòng điện tải I Trị hiệu dụng dòng điện chạy qua van I hd = d * Nhận xét : sơ đồ , dòng điện chạy qua van không lớn Khi van dẫn ,điện áp rơi van nhỏ.Việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản Tuy ,việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống , mà cuộn làm việc nửa chu kỳ ,làm cho việc chế tạo máy biến áp phức tạp hiệu suất sử dụng biến áp xấu , mặt khác điện áp ngược van bán dẫn fải chịu có trị số lớn Chỉnh lưu cầu fa có điều khiển fa đối xứng: Trong nửa chu kỳ đầu , lúc U2 > E điện áp anod tiristo T1 dương lúc catod T2 âm , có xung điều T1 T3 khiển hai van T1 ,T2 đồng thời ,thì van mở thơng để đặt điện áp R U lưới lên tải , T1 , T2 dẫn đến U2 < E E Trong nửa chu kỳ sau , U2 > E , điện T4 T2 áp anod tiristo T3 dương lúc catod T4 âm , có xung điều khiển hai van T3 ,T4 Ud Id đồng thời ,thì van α mở thông để đặt điện áp lưới lên tải E Điện áp trung bình đặt lên tải: Ud = Udo(1 + cosα) T1,T2 T3,T4 t T1,T2 với Udo = 0,9U2 Dịng trung bình chạy qua tiristo : Itb = Id/2 I Dòng hiệu dụng chạy qua van : I hd = d Đồ án môn học điện tử công suất Điện áp ngược lớn đặt lên van : Unmax = U2 * Nhận xét : So với sơ đồ ,ở sơ đồ điện áp ngược lớn đặt lên van nửa,biến áp dễ chế tạo có hiệu suất cao Tuy nhiên , sơ đồ nhiều gặp khó khăn việc mở van điều khiển , công suất xung không đủ lớn Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển không đối xứng : Ở nửa chu kỳ đầu , u2 > E , có T1 xung tới mở tiristo T1 , xuất dòng chạy qua T1 , D1 Ở nửa chu kỳ sau , u2 > E , có xung điều khiẻn mở tiristo D2 E U2 T2 D2 thơng, cho phép dịng qua tải Điện áp trung bình đặt lên tải: Ud = Udo(1 + cosα) D1 T2 R với Udo = 0,9U2 Với Udo điện áp chỉnh lưu không điều khiển Điện áp ngược lớn đặt lên van Unmax = U2 π−α 2π E t Dòng hiệu dụng qua diode : I =I D d Id α Dòng hiệu dụng qua tiristo : IT = Id Ud T1,D1 T2,D2 T1,D1 π+α 2π π+α Id 2π π−α Id = 2π Dịng trung bình qua diode : I tbD = Dịng trung bình qua tiristo : I tbT * Nhận xét : Ngoài ưu điểm sơ đồ cầu đối xứng sơ đồ cầu không đối xứng ,việc điều khiển mở tiristo đơn giản Mặt khác , sơ đồ sử dụng nửa số van diode nửa số van tiristo nên giá thành van giảm Vậy ta dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu fa có điều khiển khơng đối xứng để thiết kế nguồn nạp cho ăc-quy Đồ án mơn học điện tử cơng suất B Tính tốn mạch chỉnh 1lưu : Tínhhiệu tốndụng chọnqua vantiristo : -Dòng I =I T d T1 π−α 2π E -Dòng hiệu dụng qua diode U2 π+α D d 2π Khi α = π : I =I I D = 100 + Ud = 91,3(A) E Unmax = U2 - Điện áp chỉnh lưu trung bình không tải Udo = 2 π R Id α - Điện áp ngược lớn đặt lên van U D1 T2 = 108(A) I = 100 − T D2 θ Id T1,D1 T2,D2 T1,D1 (1 + cosα) Mặt khác Udo = Ud + ΔUv + ΔUba Trong : ΔUv điện áp rơi van van dẫn IT1 θ ID1 θ IT2 θ U điện áp trung bình tải d ΔUba = ΔUr + ΔUL sụt áp điện trở θ ID2 điện kháng máy biến áp -Tính sụt áp máy biến áp : Máy biến áp công suất cữ chục KVA thuộc loại MBA công suất nhỏ ,sụt áp điện trở khoảng 4%Ud , sụt áp cuộn kháng khoảng 1,5% Ud Vậy ΔUba = 4%Ud + 1,5%Ud = 5,5%Ud - Sụt áp van van dẫn : lấy sụt áp van khoảng 1,7V θ Đồ án môn học điện tử công suất → ΔUv = 1,7.2 = 3,4V Udo = Ud + 5,5%Ud + 3,4V = 1,055 Ud + 3,4 U2 = Udo π (1 + cosα) (1,055U + 3,4)π = d (1 + cosα) = 66,84(V) Unmax = U2 = 66,84 = 94,53(V) * Chọn van : hệ số dự trữ áp Ku = 1,6 Hệ số dự trữ dòng Ki=1,8 Điện áp ngược van có tính đến hệ số dự trữ : UN = UNmax Ku = 94,53 1,6 = 151,25( V ) Dòng định mức qua diode : I Dm = I D 1,8 = 108 1,8 = 194,4( A ) Ta chọn loại diode 1N3976 có thông số sau : Imax = 250A ; Un = 200 V ; ΔUv = 0,6V I = 91,3.1,8 =164,3A Dịng định mức tiristo : dịng làm việc tiristo fần ba Với điều kiện làmqua mát tự nhiên mT dòng cho fép qua Do , dịng cho fép qua tiristo : 164,3.3 = 492,9A Ta chọn loại tiristo NLC510E có thơng số sau : Imax = 550A ; Un = 500V ; ΔUv = 1,5V ; Igmax = 150mA ; Ugmax = 6,5V ¾ Bảo vệ áp cho tiristo : Trong trình hoạt động van fải chịu xung điện áp lớn so với điện áp mà van chịu Các xung điện áp nguyên nhân sau : - Xung điện áp trình chuyển mạch van - Xung điện áp từ fía lưới xoay chiều mà nguyên nhân thường gặp tải có điện cảm lớn đường dây - Xung điện áp cắt đột ngột máy biến áp non tải T Để bảo vệ van khỏi xung điện áp ta dùng mạch RC mắc song song với tiristo hình bên Khi có xung điện áp bề mặt tiếp giáp van , mạch RC mắc song song với van bán dẫn tạo mạch vịng fóng điện tích tránh q R C áp van Theo kinh nghiệm người ta thường chọn thơng số RC có giá trị : R = 10Ω ; C = 1μF Tính tốn MBA cho mạch chỉnh lưu : * Tính cơng suất MBA : Điện áp chỉnh lưu không tải : b e H a h c D 10 Đồ án môn học điện tử công suất Udo = Ud + ΔUv + ΔUba = 2,1 +1,055U d → Udo = 2,1 + 1,055 50 = 54,95 (V) → Pdo = Udo I d = 54,95 100 = 5495 (W) Công suất MBA : S ba = Ks Pdo = 1,23 5,495 = 6,76 KVA Trong Ks hệ số cơng suất MBA Lấy Ks= 1,23 ( Sách hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử cơng suất ) * Tính thơng số áp dòng cuộn dây: - Điện áp cuộn thứ cấp : U2 = U π (1 + cosα) (1,055U + 2,2)π = d (1 + cosα) = 65,4(V) - Điện áp cuộn sơ cấp : U1 =220 V - Dòng chạy cuộn thứ cấp : I = IT = 91,3A -Dòng chạy cuộn sơ cấp : I1 = S ba / U1 = 6,76 / 220 = 30,7A * Tính tốn dây quấn : -Số vòng cuộn sơ cấp : W1 = U1 4,44.f.Qfe.B : Qfe tiết diện trụ Qfe = Kq Sba 6760 =6 = 49,3cm m.f 2.50 với : m số trụ MBA Kq hệ số fụ thuộc fương thức làm mát Chọn loại tôn có B = 1,5 T 220 = 134 vịng 4,44.50.49,3.1,5.10 −4 65,4 ≈ 40 vòng -Số vòng cuộn thứ cấp : W2 = 4,44.50.49,3.1,5.10 −4 → W1 = -Tiết diện dây sơ cấp : chọn J = 2,75A/mm 2 Scu1 = I1/ J = 30,7 / 2,75 = 11,2mm đường kính dây sơ cấp : d1 = 4.S1/ π = 3,77mm -Tiết diện dây thứ cấp : Scu2 = I2 / J = 91,3 = 33,2mm2 d2 = 4.S2 / π = 6,5mm * Tính kích thước mạch từ : mạch từ dùng tơn silic có trọng lượng riêng 7,5kg/dm - Chọn trụ hình chữ nhật :diện tích Q=a.b=49,3cm 10 13 Đồ án môn học điện tử công suất CHƯƠNG Thiết kế mạch điều khiển A Giới thiệu chung mạch điều khiển : * Mạch điều khiển có chức sau : - Điều khiển vị tri xung fạm vi nửa chu kỳ dương điện áp đặt lên anod catod tiristo - Tạo xung đủ điều kiện mở tiristo ( xung điều khiển thường có biiên độ từ 2V dến 10V ,độ rộng xung thường từ 20μs đến 100μs) I Độ rộng xung xác định theo biểu thức sau : tx = dt di/ dt I dt dịng trì tiristo * Cấu trúc mạch điều khiển sau : Uc X §F SS Urc Trong : - ĐF : khâu tạo điện áp đồng fa - Urc : điện áp cưa - Uc : điện áp điều khiển - khâu : khâu so sánh điện áp Uc Urc , Uc – Urc = trigơ lật trạng thái - khâu : khâu tạo xung chùm - khâu : khâu khuyếch đại xung - khâu : khâu biến áp xung Bằng cách điều chỉnh Uc ta điều chỉnh vị trí xung điều khiển tức điều chỉnh góc α 13 Đồ án môn học điện tử công suất 14 B Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch điều khiển : Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển : Điện áp hình sin sau qua MBA để tạo điện áp đồng fa , đưa vào chỉnh lưu cầu fa qua khâu so sánh A1 để tạo điện áp dạng xung hình chữ nhật UI Do có fóng nạp tụ C1 , đầu A2 có điện áp dạng cưa UII UII sau so sánh với điện áp điều khiển Uđk qua khâu A4 tạo điện áp xung chữ nhật Điện áp qua diode D13 lại xung dương UIV Thời điểm fát xung A4 điều chỉnh nhờ thay đổi điện áp Uđk Do góc điều khiển α thay đổi điều chỉnh Uđk Khâu A3 diode D2 tạo xung chùm có điện áp dương UIII Độ rộng xung tuỳ thuộc vào giá trị R4 C2 xác định dựa yêu cầu tiristo cần điều khiển Các điện áp UIV UIII qua fần tử AND đưa vào khâu khuyếch đại xung biến áp xung để tạo xung có cơng suất đủ lớn để mở tiristo Khối phản hồi dòng điện ( bao gồm khâu A5 A7 ) tự động điều chỉnh dòng điện ổn định thay đổi q trình nạp ăc-quy tạo giá trị dòng nạp ban đầu theo yêu cầu ăc-quy Khối phản hồi áp (khâu A10 ) tự động điều chỉnh điện áp điện áp thay đổi Điện áp fản hồi so sánh với điện áp đặt biến trở VR1 Khi điện áp fản hồi Uf nhỏ điện áp đặt ( 93%Uđm ăc-quy ) đầu A6 xuất xung âm làm khoá K2 mở K1 cho fép ăc-quy nạp theo dòng Khi Uf lớn điện áp đặt đầu A6 xuất xung dương làm K2 mở K1 đóng , lúc ăc-quy chuyển sang chế độ nạp theo áp Trong lúc nạp theo áp , điện áp nạp đạt giá trị 113%Uđm trình nạp ngắt nhờ khâu bảo vệ áp ( gồm khâu A9 , tranzito T4 rơle RH ) Dạng điện áp khâu mạch điều khiển sau : 14 15 Đồ án môn học điện tử công suất 1,5 UI θ1 Ubh π θ 2π θ - Ubh U II θ U ®k α Ubh θ - Ubh U IV θ U III θ α θ 15 16 Đồ án môn học điện tử công suất B Hoạt động khâu mạch điều khiKhâu ển :tạo điện áp đồng fa điện áp cưa : R2 D9 D11 R1 +E D1 A1 MBA D10 R27 C1 R3 Ι +E D12 DZ -E +E A2 R28 II -E Nguyên lý hoạt động : MBA tạo điện áp đồng fa với điện áp đặt vào mạch lực Điện áp hình sin sau qua chỉnh lưu đưa vào khâu so sánh A1 tạo điện áp hình xung chữ nhật Do có diode D1 nên có xung dương điện áp UI đưa vào nạp cho tụ C1 Khi có xung âm , D1 khố ,T1 mở , tụ C1 fóng điện qua R2 , A1 Do q trình fóng nạp tụ C1 nên ta có điện áp khâu A2 có dạng xung tam giác Điện trở R2 nhằm hạn chế dòng qua tranzito T1 Diode Dz mắc song song tụ C1 nhằm khống chế điện áp UII không vượt U DZ - Trong trình nạp cho tụ C1 : UI dUII t = −C1 ⇔ UII = − UI.dt + Uo dt R3 R3.C1 ∫0 thời điểm bắt đầu nạp cho tụ C1 , điện áp tụ → UII = − Ubh.t UI.t = − R3.C1 R3.C1 - Điện áp bão hoà : Ubh = E – = 15 – = 13V - thời gian nạp cho tụ C1 : tn = T/2 – 2.θ1/ω 16 17 Đồ án môn học điện tử công suất - chọn điện áp dặt UR28 = 15V Uđf = 22 sinθ → sinθ1 = 1,5 22 30.00 20.00 U®f 10.00 1,5V 0.00 UI -10.00 -20.00 0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m Time [s] 50.00m 60.00m 70.00m 30.00m 40.00m Time [s] 50.00m 60.00m 70.00m 0.00 0.00 U®f 0.00 00 -10.00 U II -20.00 00 10.00m 20.00m Đồ án môn học điện tử công suất 18 Thời gian nạp cho tụ C1 là: 0,02 0,048 − = 0,0097 s 314 Ubh.tn UII = − R3.C1 tn = chọn UII max = -Ubh = -13V → R3.C1 = tn = 0,0097 chọn R3=10k → C1 = 0,0097/10000 = 0,97μF - Trong q trình fóng tụ C1 : UII = − UI.t + Uof R2.C1 : Uof = UIImax t thời gian fóng điện C1 t < θ1/314 = 0,048/314 = 0,153ms → R2 < - 0,153.10−3 = 157,73Ω 0,97.10−6 chọn R2 = 150Ω chọn điện trở R28 = 1k ; R29 = 9k chọn diode : diode D9 , D10 , D11 , D12 D1 dùng loại D-1001 có thông số I = 1A Ung = 200 V chọn diode Dz loại BZ23-C15 có điện áp ngược cực đại = 14,75 V chọn tranzito loại C828 có thông số Uce = 30 V; Ice = 300mA ; β =30 ÷ 100 chọn IC thuật tốn loại μA741 có thơng số sau : Zvào = 300kΩ ; Zra = 60Ω ; En = ±15V ; t = 55 o C ÷ 125 o C 18 19 Đồ án môn học điện tử công suất Khâu tạo xung chùm : R + E A - E C U c U r R R Nguyên lý hoạt động : khâu A3 thực so sánh điện áp Ur Uc , tạo Ubh chuỗi xung chữ nhật đầu k.Ubh Ur = k.UIII1 k = R6/( R5 + R6) Xác định chu kỳ xung : Tụ C2 nạp từ điện áp Ubh qua R4 Chọn điện áp tụ lúc bắt đầu nạp Uc(0) = -k.Ubh Ta có biểu thức tính thời gian nạp cho tụ : T1 = R4.C2.ln2 R6 + R5 R5 Uc θ - Ubh Chọn R5 = R6 = 1k : T1 = 1,1.R4.C2 Vì fóng nạp điện cho tụ C2 dịng chạy qua R4 nên thời gian fóng T2 = T1 Vậy biểu thức tính chu kỳ xung : T = T1 + T2 = 2,2R4.C2 Chọn xung có độ rộng 50μs , chọn R4 = 100Ω : → C2 = 0,45μF 19 20 Đồ án môn học điện tử công suất 3.Khâu so sánh điện áp : A4 thực so sánh điện áp cưa UII với điện áp điều khiển Uđk : - Uđk > UII Ud = Uđk – UII > đầu A4 có xung dương +Ubh =13V - Uđk < UII Ud = Uđk – UII < đầu A4 có xung âm – Ubh = -13V chọn R18 = R19 =1k U II R1 A4 U®k R1 20.00 10.00 0.00 U®k -10.00 -20.00 0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m Time [s] 20 21 Đồ án môn học điện tử công suất 4.Khối fản hồi : R9 R21 -E R7 -E R10 Us A5 Rs R8 A7 U VII +E VR2 -E +E R34 UV +E -E R15 VR1 A6 R16 NOT UVI +E R32 Uf R13 Rf2 -E R33 A10 UX Rf1 +E R31 -E VR4 ¾Nguyên lý hoạt động : - khâu fản hồi dòng : Điện trở sun Rs chuyển dòng fản hồi thành áp đặt vào khâu khuyếch đại không đảo A5 - khâu fản hồi áp : Điện áp fản hồi đươch đưa vào so sánh với điện áp đặt Uvr1 Khi Uf1 < Uvr1 : đầu A6 xuất xung âm mở K1 khoá K2 , cho fép UV qua , ăc-quy chế độ nạp theo dòng Khi Uf1 > Uvr1 : đầu khâu so sánh xuất xung dương làm K2 mở K1 khố ,do ăc-quy chế độ nạp theo áp 21 22 Đồ án môn học điện tử cơng suất - Ngun tắc ổn dịng tự động : Ta có : Id = Udo − E Raq ; Udo = U2 (1 + cosα) π ; Udk = Urc max α − θ1 π − 2.θ1 dòng nạp Id tăng , cần giảm Id → cần giảm Udo → cần tăng α → Uđk fải tăng lên , ngược lại Id giảm cần giảm Uđk Đưa điện áp Us vào khâu khuyếch đại khơng đảo A5 , ta có : U V = Us.(1 + Mặt khác : R9 ) R7 Uđk = -UV - Uđ Vậy dòng nạp Id tăng ,điện áp fản hồi điện trở sun tăng → Uđk tăng Ngược lại dòng nạp giảm Uđk giảm - Nguyên tắc ổn áp tự động : điện áp nạp cho ăc-quy Ud tăng ,cần giảm Ud Do góc α fải tăng lên , điện áp Uđk tăng ngược lại Ud giảm Uđk fải giảm Đưa điện áp fản hồi qua khâu khuyếch đại đảo A8 ,sau trộn với lượng điện áp đặt Uđ Ta có : U VIII = Uf1(1 + R12/R11) ; Uđk = - U VIII - Uđ Vậy Uf1 giảm làm U VIII giảm nên Uđk giảm ,ngược lại Uf1 tăng U VIII tăng nên Uđk tăng Tính tốn chọn điện trở : - Với khâu ổn dịng : Dùng điện trở sun loại 50A_75mV mắc song song Ta cần nạp cho bình ăc-quy , bình có ngăn ăc-quy đơn , ngăn ăc-quy đơn có sức điện động ban đầu 2V , điện trở ăc-quy đơn 0,015Ω Điện áp nạp cho bình ăc-quy dịng nạp 100A : Un = In.Raq + E = 100.0.015.6.4 + 2.6.4 = 51,6V U Ta có Un = Udo = 2 π (1 + cosα) Do góc α = 44,36 o Udk = Urc max α − θ1 nên Uđk = Urcmax.0,24 = -13.0,24 = -3,12V π − 2.θ1 Uđk = -UV - Uđ Ỉ điện áp đặt Uđ = 3,12 – 0,075.150 = -8,13V Ta có R9/R7 = 150 Ỉchọn R7 = 10Ω ; R9 = 1,5kΩ αmin = θ1 Ỉ Uđkmin = Æ Uđmax = - U V = -11,25V Æ VR2 / ( VR2 + R8 ) = 11,25/15 Ỉ chọn R8 = 4k ; VR2 = 11k Chọn R21 = R10 = R34 = 1k - Với khâu so sánh A6 : chọn Rf1/( Rf1 + Rf2 ) = 11/50 ỈRf1 = 11k ; Rf2 = 39k 22 23 Đồ án môn học điện tử công suất Như nạp cho ăc-quy có điện áp định mức Ud = 50V ta để điện áp U VR1 mức : 93% 11 = 10,23V Khi điện áp ăc-quy vượt q 93%Uđm ta có : Uf1 > 93%Uđm.Rf1/(Rf1+Rf2) = 10,23V Ỉ đầu A6 xuất xung dương ngắt K1 mở K2 Ỉăc-quy chuyển sang chế độ nạp áp - Với khâu ổn áp nạp : điện áp nạp cho ăc-quy ăc-quy nạp no 113% Un = 113%.51,6 = 58,31 V U Ỉ Un = Udo = 2 π (1 + cosα) Ỉ α = 0,357rad =20,5 o Uđk = -13.0,102 = -1,326V điện áp fản hồi lúc : Uf1 = 113%.51,6.11/50 = 12,83V Uđk = -Uf1 – Uđ Ỉ điện áp đặt biến trở VR4 là: Uđ = -Uf1 – Uđk = 11,504V Chọn VR4 / (R31+ VR4) =11,504/15 Ỉ chọn R31 = 4k ; VR4 = 11 k Chọn R32 = R33 = R13 = 1k Ta dùng khoá chuyển mạch loại 4066B Quad Bilateral Switches Khâu biến áp xung : Khâu biến áp xung bao gồm khối khuyếch đại T2 , T3 mắc theo kiểu Darlington máy biến áp xung tạo xung điều khiển có cơng suất theo yêu cầu van Diode D6 ngăn chặn xung áp âm En có van bị khoá D7 chống điện áp âm đặt lên cực RH G-K tiristo R26 D6 D8 hạn chế áp cực colecto D8 emito tranzito T2 , T3 D7 Điện trở R25 có tác dụng tạo sụt áp MBAX khoảng 0,4V điều khiển mở tranzito T3 lúc dòng đủ lớn chuyển chúng từ mở T2 sang khoá nhanh T3 Điện trở R26 hạn chế dòng ngắn mạch R25 tranzito T3 D5 Van cần điều khiển có thông số : Ug = 6,5V ; Ig = 150 mA Ỉ giá trị dịng thứ cấp biến áp xung : I2 = Ig = 150mA 23 T 24 Đồ án môn học điện tử công suất điện áp thứ cấp BAX : U2 = 6,5V + 0,6 = 7,1 V MBAX có tỉ số biến đổi 2/1 Ỉ điện áp sơ cấp BAX : U1 = 7,1.2 = 14,2V Dòng sơ cấp I1 = 150/2 = 75mA điện trở R26 = ( En – U1)/I1 = ( 24 – 14,2 )/0,075 = 130 Ω Chọn tranzito T3 loại ST603 có thông số : Uce = 30V ; Ice = 800mA β = 30÷100 chọn tranzito T2 loại C828 có thơng số sau : Uce = 30 V ;Ice = 300mA β = 30÷100 Điện trở R25 = Ube3 Ube3 0,4 = = = 0,16kΩ Chọn điện trở R25 = 150Ω Ice3 75 Ice2 β3 30 Chọn điện trở D5 , D6 , D7 , D8 loại D-1001 có thơng số : I = 1A ; Ung = 200V ¾ Tính tốn máy biến áp xung : Điện áp sơ cấp U1 = 7,1V Điện áp thứ cấp U2 = 14,2V Dòng sơ cấp I1 = 75mA ; Dòng thứ cấp I2 = 150mA Chọn vật liệu lõi BAX ferit làm việc fần đặc tính từ hố Bs = 0,45 T Độ từ thẩm μ = 6000A/m Số vòng dây sơ cấp : W1 = U1.tx/Bs.S tx chiều dài xung truyền qua BAX có giá trị tx = 50μs = 50.10−6 s tiết diện lõi ferit S = 1cm = 10−4 m số vòng sơ cấp : W1 = 16 vòng số vòng thứ cấp : W2 = vòng Giá trị dòng điện trung bình sơ cấp : I tb1 = I1 50.10 −6 tx = 75 = 3,75mA 20.10−3 T Giá trị dịng điện trung bình thứ cấp : I tb2 = I tx = 150 50.10−6 = 7,5mA T 20.10−3 Chọn mật độ dòng điện J = 2,5A/mm2 Đường kính dây sơ cấp : d1 = I1 = 0,044mm πJ Đường kính dây sơ cấp : d2 = I2 = 0,062mm πJ Chọn dây đồng có tiết đường kính:d1 = d2 = d = 0,1mm 24 25 Đồ án môn học điện tử công suất Khâu bảo vệ áp cho ăc-quy : Khâu bảo vệ áp cho ăc-quy ngừng trình nạp cho ăc-quy điện áp nạp cho ăcD3 quy lớn 113%.Uđm Đặt UVR3 = 113%.50.Rf1/( Rf1+Rf2 ) =12,43V Uf1 R22 Như điện áp nạp cho ăc-quy lớn A9 113%.50 = 56,5V điện áp fản hồi R24 Uf1 > 56,5.11/50 = 12,43V Ỉ đầu A9 xuất xung dương mở tranzito T4ỈRơle D4 R23 RH cấp điện Ỉtiếp điểm RH ngắt Ỉmạch điều khiển tiristo bị ngắt Ỉq trình nạp dừng E VR3 Ngược lại , Uf1 < UVR3 ỈT4 khố Æquá trình nạp cho ăc-quy hoạt động bình thường Chọn biến trở VR3 = 15k Chọn R22 = R23 = R24 = 1k Diode D4 có tác dụng chống điện áp ngược đặt lên cuộn hút Rơle RH Diode D3 chống điện áp ngược đặt lên Ube tranzito T4 Chọn tranzito T4 loại C828 Chọn diode loại D-1001 E RH T4 Khối tạo nguồn chiều : Khối tạo nguồn chiều cung cấp điện áp chiều cho khuyếch đại thuật toán hoạt động cho điện áp đặt đặt đầu vào IC thực nhiệm vụ so sánh điện áp E 7815 ¾Chọn IC ổn áp loại : UA7815 có điện áp ngưỡng = 35V D21 C5 D22 C1 C3 Dòng điện Io = 1,5A điện áp : E = 15V UA7915 có điện áp ngưỡng = -40V C2 dòng điện Io = 1,5A C4 C6 D23 Điện áp : - E = -15V D24 ¾ Chọn tụ lọc fẳng C1 = 1000μF ; C2 = 7915 -E 500μF ; C = C4 = 100μF chọn tụ lọc nhiễu C5 = C6 = 0,1μF ¾ Chọn diode loại D-1001 có thơng số : Itb = 800mA ; Ung = 100V Tính máy biến áp cho mạch điều khiển: ¾ Từ số liệu tính tốn cho mạch điều khiển , cần có nguồn điện áp cung cấp cho mạch sau: mạch tạo điện áp đồng fa ( W21 ), mạch tạo nguồn điện áp 25 26 Đồ án môn học điện tử công suất chiều ổn định cung cấp cho khuyếch đại thuật toán ( W23 ), mạch cung cấp điện áp chiều cho khâu khuyếch đại xung khâu bảo vệ áp cho ăc-quy ( W22 ) - Với mạch tạo điện áp đồng fa : U21 = 22V , I21 =100mA - Với mạch tạo nguồn điện áp chiều ổn định cung cấp cho khuyếch đại thuật toán : U23 = 32V , I23 = 500mA - mạch cung cấp điện áp chiều cho khâu khuyếch đại xung khâu bảo vệ áp cho ăc-quy U22 = 24V , I22 = 500mA Ta tính công suất MBA nguồn : P21 = 22 0,1 = 2,2W P22 = 32 0,5 = 16W P23 = 24 0,5 = 12W Ỉ P = P21 + P22 + P23 = 2,2 + 16 + 12 = 30,2W Theo kinh nghiệm thực tế ta tính tiết diện lõi sắt từ theo cơng thức sau : S = 1,2 P = 1,2 30,2 = 6,6cm2 Dựa vào bảng tra MBA công suất nhỏ ta chọn lõi sắt có tiết diện S = 7,28cm Ghép thép loại III 20×40 có bề dày 0,35mm có thơng số sau : a = 20mm ; h = 50mm ; H = 70mm ; c = 20mm ; B = 40mm ; C = 80mm c a/2 H h a C thể tích thép từ Q=125cm ; trọng lượng thép từ G = 0,99kg - tính số vơn/vịng dây MBA : Uv = 4,44 f B T 10−4 f = 50Hz ; B = 1,1T ; tiết diện trụ : T = 2,28 Ỉ Uv = 0,17 V/vòng dây số vòng cuộn sơ cấp : W1 = 220/0,17 = 1294 vòng số vòng dây thứ cấp nguồn đồng fa : W21 = 22/0,17 ≈ 130 vòng số vòng dây thứ cấp 22 : W22 = 24/0,17 ≈ 142 vòng số vòng dây thứ cấp 23 : W23 = 32/0,17 ≈ 188vòng - Dòng điện chạy cuộn sơ cấp : I1 = P/U1 = 30,2/220 = 0,14A với mật độ dòng điện j = 2,5A/mm tiết diện dây sơ cấp : 26 Đồ án môn học điện tử công suất 27 s1 = 0,14/2,5 = 0,056mm ta chọn dây có tiết diện s1 = 0,056mm ; d = 0,31mm tiết diện dây thứ cấp 21 : S21 = I21/j = 0,1/2,5 = 0,04 mm ta chọn dây có tiết diện s2 = 0,0413mm ; d = 0,23mm tiết diện dây thứ cấp 22 : S22 = I22/j = 0,5/2,5 = 0,2 mm ta chọn dây có tiết diện s3 = 0,2040mm ; d = 0,51mm tiết diện dây thứ cấp 23 : S23 = I23/j = 0,5/2,5 = 0,2 mm ta chọn dây có tiết diện s4 = 0,2040mm ; d = 0,51mm 27 ... áp đo cực ăc-quy fóng điện Rp điện trở ăc-quy -Sức điện động trình nạp điện ăc-quy : En = Un – In.Rn Un điện áp đo cực ăc-quy nạp điện Đồ án môn học điện tử công suất Rn điện trở ăc-quy b.Dung... : I hd = d Đồ án môn học điện tử công suất Điện áp ngược lớn đặt lên van : Unmax = U2 * Nhận xét : So với sơ đồ ,ở sơ đồ điện áp ngược lớn đặt lên van nửa,biến áp dễ chế tạo có hiệu suất cao ... 10 Đồ án môn học điện tử công suất 11 - Chọn thép có độ dày 0,4mm - Theo công thức kinh nghiệm sau : b/a = 1,5 ; c/a =2 ; h/a = 2,5 ; e/a = 0,5 (Sách hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất