ĐỒ án điện tử CÔNG SUẤT đề tài THIẾT kế bộ CHỈNH lưu HAI nửa CHU kỳ để điều KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ điện một CHIỀU KÍCH từ độc lập 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HAI NỬA CHU KỲ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI LỚP HP: 222DADTCS2004 SVTH: NHĨM ĐỒN ANH VĂN NGUYỄN QUANG VINH VŨ QUANG TRƯỜNG MÃ SV: 2050551200254 2050551200260 2050551200252 Đà Nẵng, ngày 20 tháng 03 năm 2023 Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Khoa Điện – Điện tử CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên sinh viên: MSV: Lớp: 222DADTCS2004 Đoàn Anh Văn 2050551200254 Vũ Quang Trường 2050551200252 Nguyễn Quang Vinh 2050551200260 GVHD: Võ Khánh Thoại 1.Tên đề tài: Thiết kế chỉnh lưu hai nửa chu kỳ để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: Nguồn điện lưới xoay chiều pha 220/380V Động điện chiều kích từ độc lập: Pđm= 12.5 KW; Uđm=220 V; nđm= 1000 vg/ph; ηđm=0.84 ; J= 1.6 kgm2 Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8 Hệ số dự trữ dịng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4 Nội dung: Chương 1: Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu hai nửa chu kỳ Chương 3: Thiết kế tính chọn phần tử mạch động lực Chương 4: Thiết kế tính chọn phần tử mạch điều khiển Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận Chương 6: Mô mạch Matlab/Simulink thi công mạch Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển bảo vệ Tài liệu tham khảo: Các tài liệu môn học Kiểm tra tiến độ đồ án 202 (Giáo viên HD ký lần SV đến gặp thông qua đồ án) Đà Nẵng, ngày tháng Giảng viên hướng dẫn Võ Khánh Thoại năm ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 3|Page LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, điện tử công suất đóng vai trị quan trọng q trình cơng nghiệp hố đất nước Sử dụng ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hố cho q trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động Và để đáp ứng nhu cầu ngày khắc khe cơng nghiệp điện tử công suất phải nghiên cứu, phát triển để giải pháp tối ưu Đặc biệt cách mạng cơng nghệ 4.0 tự động hóa cơng nghiệp có vai trị quan trọng Do nhà máy, phân xưởng cần phải có thiết bị tự động đòi hỏi bền bỉ, độ an tồn, xác cao Đó nhiệm vụ điện tử công suất cần phải giải Trong công nghiệp đại ngày nay, động điện chiều coi loại máy điện quan trọng Mặc dù động điện xoay chiều có tính ưu việt cấu tạo giản đơn, cơng suất lớn… Nhưng khơng thể hồn tồn thay động điện chiều Đặc biệt thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng máy cán thép, máy công cụ lớn đầu máy điện Vì việc điều khiển động điện chiều cách ổn định, xác nhiệm vụ điện tử cơng suất Ở đồ án này, em xin trình bày phương pháp điều khiển động điện chiều Đó “Thiết kế chỉnh lưu hai nửa chu kỳ để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” MỤC LỤC CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG 1.1 Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập 1.1 Cấu tạo hoạt động máy điện chiều 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động 1.2.1 Điều chỉnh R phần ứng cách mắc điện trở phụ Rf 1.2.2 Thay đổi điện áp phần ứng .10 1.2.3 Thay đổi từ thông 11 1.3 Điều chỉnh tốc độ dộng thay đổi điện áp phần ứng 11 CHƯƠNG 2.LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU HAI NỬA CHU KỲ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .16 2.1 Tổng quan chỉnh lưu hai nửa chu kỳ .16 2.2 Chỉnh lưu không điều khiển 16 2.2.1 Sơ đồ dạng sóng 16 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 17 2.2.3 Thông số 17 2.3 Chỉnh lưu có điều khiển 18 2.3.1 Sơ đồ dạng sóng 18 2.3.2 Thông số 19 2.4 Chỉnh lưu có điều khiển với diode xả lượng 19 2.4.1 Sơ đồ dạng sóng 19 2.5 Hiện tưởng chuyển mạch 20 2.5.1 Sơ đồ dạng sóng dịng điện tải liên tục 20 HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu tạo động điện chiều Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Động điện chiều Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Hình 1.4 Sơ đồ nối dây động kích từ song song Hình 1.5 Sơ đồ ngun lí nối dây động điện chiều kích từ độc lập .8 Hình 1.6 Đường đặc tính Hình 1.7 Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện trở mạch phần ứng Hình 1.8 Đường đặc tính điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập thay đổi điện áp mạch phần ứng 10 Hình 1.9 thơng Đặc tính đặc tính điện ĐCĐ chiều kích từ độc lập giảm từ 11 Hình 1.10 Sơ đồ khối sơ đồ thay chế độ xác lập dùng biến đổi điều khiển điện áp phần ứng 12 Hình 1.11 Quá trình thay đổi tốc độ điều chỉnh điện áp .12 Hình 1.12 Đặc tính trình thay đổi điện áp 13 Hình 2.1 Sơ đồ dạng sóng hai nửa chu kỳ không điều khiển 16 Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ không điều khiển 17 Hình 2.3 đồ dạng sóng hai nửa chu kỳ có điều khiển .18 Hình 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điều khiển 18 Hình 2.5 Dạng sóng Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điều khiển diode xả lượng 19 Hình 2.6 Chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển với diode xả lượng 20 ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ - PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG 1.1 Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập  Giới thiệu động điện chiều  Khái niệm + Là loại máy điện quay sử dụng điện chiều Động điện chiều thiết bị biến đổi điện thành Máy điện chiều làm việc chế độ động E < U, lúc dịng điện Iư ngược chiều với E + Động chiều dùng phổ biến công nghiệp, ngành giao thông vận tải nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng Trong phân tích hệ thống truyền động, thường biết trước đặc tính Mc(ω) máy sản xuất Đạt trạng thái làm việc với thơng số u cầu tốc độ, mơ men, dịng điện động cơ,…cần phải tạo đặc tính nhân tạo động tương ứng Mỗi động có đặc tính tự nhiên xác định số liệu định mức sử dụng loạt số liệu cho trước + Phương trình đặc tính động điện viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M) + Động điện chiều dùng phổ biến cơng nghiệp, giao thơng vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng Máy điện chiều làm việc hai chế độ máy phát động Khi máy làm việc chế độ máy phát công suất đầu vào công suất cịn cơng suất đầu cơng suất điện Động quay roto máy phát điện chiều turbine gas, động điesel động điện Khi máy điện chiều làm việc chế độ động cơ, công suất đầu vào cơng suất điện cịn cơng suất đầu cơng suất Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông điện chiều quay từ trường có dịng điện chạy qua - Mơmen điện từ tính theo cơng thức: M = kMIư GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 1|Page ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT - Phương trình cân điện áp động cơ: U = Eư + Rư * Iư - SĐĐ phần ứng động điện chiều tính theo cơng thức: Eư = kEn = kM 1.1 Cấu tạo hoạt động máy điện chiều  Cấu tạo Phần tĩnh Stato phần đứng yên máy Phần tĩnh gồm phận tĩnh sau: + Cực từ chính: Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cục từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong máy điện nhỏ làm thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng 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 nối tiếp với + 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 tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ nhờ bulông + Gông từ: Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy o Các phận khác gồm có: + Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa, nắp máy cịn có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 2|Page ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT + Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt lên cổ góp + Phần quay rotor: Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá + Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chổ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại Phần quay gồm có phận sau: + Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỷ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm hao tổn dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào + Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất vài kW) thường dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rảnh lõi thép + Cổ góp: (cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Các phận khác: + Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy + Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt ổ bi + Trục máy thường làm thép cacbon tốt GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 3|Page ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 1.1.1.1 Cấu tạo động điện chiều Nguyên lý hoạt động + Khi ta cho dòng điện chiều vào chổi than dịng điện vào dẫn cực N dẫn cực S nên tác dụng từ trường sinh moment có chiều không đổi làm quay máy Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái + Bộ phận chỉnh lưu (chổi than cổ góp) đảo chiều dòng điện sau nửa vòng quay Kết phần bên trái cuộn dây dịng điện ln phía sau phần bên phải cuộn dây dịng điện ln phía trước nên moment lực tạo ln hướng chiều quay Hình 1.1.1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Động điện chiều + Khi động làm việc, dây dẫn phần ứng chuyển động từ trường phần cảm nên chúng lại xuất suất điện động cảm ứng, sinh dòng cảm ứng ngược chiều với dịng điện đưa vào phần ứng Vì sức điện động cảm ứng gọi sức phản điện + Dòng điện cuộn dây phần ứng tạo từ trường riêng, gây ảnh hưởng đến từ trường cuộn dây phần cảm tạo tượng gọi phản ứng phần ứng Phản ứng phần ứng nguyên nhân gây tia lửa điện chổi than cổ góp thép cổ góp Cực từ phụ đặt xen cực từ dùng để hạn chế phản ứng phần ứng Cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng + Ở động cơng suất trung bình lớn, người ta cịn dùng biện pháp tăng khe hở khơng khí stato roto đặt thêm rãnh cực từ cuộn dây gọi cuộn bù Cuộn bù mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng + Động điện chiều có cực từ (hình 1.2) gọi có cặp cực (p = 1) Hình 1.2a động có cặp cực (p = 2)  Các trị số định mức GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 4|Page ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT  Chiều dài vịng dây ngồi L2 = 2*(a+b) + 2∏*(a01 + Bd ) = 2*(20+25) + 2∏*(3+4,8) = 139 (mm)  Chiều dài trung bình vịng dây Ltb = = 124 (mm)  Điện trở dây quấn 75ºC Với(Ω.mm^2 /m) Điện trở suất đồng 75ºC ta thấy điện trở bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở  Thể tích sắt Vfe = 2*a*b*h + 2*a/2*b*1 = a*b*(2*h + L) = = 0,08 (dm3)  Khối lượng sắt Mfe = Vfe*mfe = 0,08*7,85 = 0,63 (kg) Trong đó: khối lượng riêng sắt mfe = 7,85 (kg/dm3)  Khối lượng đồng Mcu = Vcu +mcu = Sk*ltb*w*mcu = 25,8*124*3*8,9*10-6 = 0,085(kg) Trong đó: khối lượng riêng đồng mcu = 8,9 (kg/dm3) GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 38 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Xác định yêu cầu Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu xung mở Thyristor Các thông số để tính mạch điều khiển + Điện áp điều khiển Thyristor: Uđk = 2,5 (V) + Dòng điện điều khiển Thyristor: Iđk = 70 (mA) + Thời gian mở Thyristor: tcm = 30 (µs) + Độ rộng xung xung điều khiển tx = 2*tcm =2*30 = 60(µs) +Tần số xung điều khiển: fx = + Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U = ±18 (V) + Mức sụt biên độ xung: sx = 0,15 Góc thơng tự nhiên mạch chỉnh lưu tia ba pha dịch pha so với điện áp pha góc 30o (nếu lệch mở Thyristor trước thời điểm góc thơng tự nhiên Thyristor khơng dẫn, Thyristor pha trước dẫn, điện áp cịn dương hơn) Do điện áp tựa làm đưa vào để mở Thyristor cần dịch pha góc 30 o Để dịch pha điện áp đồng pha mộ góc 30o cần nối biến áp đồng pha có sơ cấp nối tam giác Khi điện áp thứ cấp pha biến áp trùng pha với điện áp dây (điện áp dây dịch pha so với điện áp pha góc 30o UAC hình GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 39 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 4.1 Xác định góc thơng tự nhiên khoảng dẫn Thyristor chỉnh lưu ba pha 4.1.1 Nguyên tắc điều khiển - Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Điều khiển Thyristor sơ đồ chỉnh lưu thường gặp điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào Anot Thyristor, để điều khiển góc mở α Thyristor vùng điện áp dương Anot, ta cần điện áp tựa dạng tam giác, thường gọi điện áp tựa (điện áp cưa Urc) Dùng điện áp chiều Udk so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm (t1, t4) điện áp tựa điện áp điều khiển (U rc = Udk), vùng điện áp dương Anot, phát xung điều khiển Xdk Thyristor mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1, t4) cuối bán kỳ (hoặc tới dòng điện 0) Như cách làm biến đổi Udk, ta điều chỉnh thời điểm xuất xung ra, tức điều chỉnh góc α Giữa α Udk có quan hệ sau: α= Người ta lấy: Udkmax = Usmax GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 40 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 4.2 Ngun tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa U_rc trùng pha với điện áp Anot Thyristor Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển U_dk, tìm thời điểm hai điện áp phát xung đầu để gửi sang tầng khuếch đại Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor Hình 4.3 Sơ đồ khối điều khiển thyristor 4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcos Theo nguyên tắc người ta dùng hai điện áp: + Điện áp đồng Us, vượt trước UAK = Um sinωt Thyristor góc : Us = Um cosωt + Điện áp điều khiển Udk điện áp chiều, điều chỉnh biên độ theo hai chiều dương âm Nếu đặt Us vào cổng đảo Ucm vào cổng không đảo khâu so sánh thì: Khi Us = Ucm, ta nhận xung mảnh đầu khâu so sánh khâu lật trạng thái Um cosα = Udk Do α = arcos( ) : + Khi Udk = Um α = ; GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 41 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT + Khi Udk = α = ; + Khi Udk = - Um α = π Hình 4.4 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss Như vậy, điều chỉnh Udk từ trị Udk = +Um, đến trị Udk = -Um ta điều chỉnh góc α từ đến α Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” sử dụng thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao Bằng cách tác động vào Udk ta điều chỉnh vị trí xung điều khiển, tức điều chỉnh góc mở Mạch điều khiển tia pha thường thiết kế theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Để tạo thành mạch điều khiển thường sử dụng linh kiện: biến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 (công tắc ngưỡng), tranzitor, máy biến áp xung, diot diot zener số linh kiện điện tử khác 4.2 - Lựa chọn thiết kế mạch điều khiển 4.2.1 Vi mạch TCA 780 Giới thiệu Vi mạch TCA 780 cịn gọi cơng tắc ngưỡng Được bán rộng rãi thị trường, vi mạc h hang Siemens chế tạo, sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều TCA 780 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: + “Tề đầu” điện áp đồng + Tạo điện áp cưa đồng + So sánh + Tạo xung GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 42 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý TCA780 - Sơ đồ vi mạch TCA 780 GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 43 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Hình 4.6 Sơ đồ vi mạch TCA 780 Hình 4.7 Ký hiệu chân TCA780 Vi mạch TCA 780 gọi công tắc ngưỡng GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 44 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Được bán rộng rãi thị trường, vi mạch hãng Siemens chế tạo, sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều TCA 780 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: + ‛‛Tề đầu” điện áp đồng + Tạo điện áp cưa đồng + So sánh + Tạo xung Có thể điều chỉnh góc mở α từ 0o đến 180o điện Thông số chủ yếu TCA 780: + Điện áp nuôi: Us = 18 (V) + Dòng điện tiêu thụ: IS = 10 (mA) + Dòng điện ra: I = 50 (mA) + Điện áp cưa: Ur max = (US – 2) (V) + Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9 = 20 (k - 500 (k) + Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 – (Us – 2) (V) + Dòng điện đồng bộ: IS = 200 (A) + Tụ điện: C10 = 0,5 F) + Tần số xung ra: f = 10 – 500 (Hz) Hình 4.8 Vi mạch TCA780 GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 45 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 4.2.2 Khâu khuếch đại xung Xung vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để mở Thyristor, cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để mở Thyristor động lực Khuếch đại tạo xung gồm linh kiện: transistor, biến áp xung, diot điện trở phân cực cho tranzitor - Sơ đồ pha khâu khuếch đại xung Hình 4.9 Sơ đồ pha khâu khuếch đại xung - Chức linh kiện + Dz1: diot ổn áp, ổn định điện áp đầu vào khâu khuếch đại + D3: hướng dòng cung cấp cho transistor + D2, Dz2: hạn chế điện áp cực colector emitor transistor + R1, R2: điện trở hạn chế dòng phân cực IB transistor + Rc: điện trở hạn chế dòng collector + D4: ngăn chặn xung áp âm có T bị khóa + Rg: hạn chế dòng điều khiển + R3: điều khiển biên độ sườn xung Hoạt động sơ đồ khuếch đại xung + Giả sử tín hiệu vào Uc (là tín hiệu logic) lấy từ chân 15 (và 14) TCA 780 + Khi Uc = “1” (mức logic 1) tranzitor dẫn bão hồ + Giả sử t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L biến áp xung ngăn không cho ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ + với + Khi Uc = “0” (mức logic 0) Dz1 bị chặn lại tranzitor bị khoá + Khi t = t1 Uc = “0” ta có: + Tranzitor bị khoá  Ic = GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 46 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT + Vậy khơng có diot D lượng sinh điện áp cực C E, điện áp vượt 100V nên phá huỷ transistor + Khi có D2: UCE = UC – UE = 0,8 (V) D2 mở cho dịng chạy qua làm ngắn mạch điểm C, F cuộn sơ cấp máy biến áp xung + Do đó: UCE = US + 0,8 (V) - Khâu truyền hàm điều khiển: có xung cuộn dây thứ cấp máy biến áp xung, xung truyền qua D4 đến điều khiển mở Thyristor T phân cực thuận 4.3 Phân tích hoạt động mạch điều khiển Hình 4.10 Sơ đồ pha điều khiển Thyristor Hình 4.11 Giản đồ đường cong mạch điều khiển - Hoạt động sơ đồ GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 47 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TCA 780 hoạt động theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính + Uc: điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16 V) + Us = Uc – Uv: Uc = Us tức Uv =0 TCA làm nhiệm vụ so sánh tạo xung Bằng cách làm thay đổi Udk điều chỉnh thời điểm xuất xung tức điều chỉnh góc mở + Tụ C10: tham gia vào khâu tạo điện áp cưa, nạp dịng điện i từ chân số 10 dòng i điều chỉnh R9 (thường R9 = 20 k - 500 k) Dòng điện i tính: (Thường chọn R9 = 200 k) (Thường chọn C10 = 0,5 F) + Tại thời điểm t = t0, U10 = Uc = U11, xuất xung dương chân 15 nên V(t)>0, xuất xung chân 14 V(t) 300 pF + US: điện áp nguồn nuôi từ chân 6, 13, 16 với điện áp chiều (18 V) ( Trong khoảng t1 → t2 , t4 → t5 ) ta có xung Udk làm mở thơng Tranzitor, kết ta nhận chuổi xung nhọn X dk biến áp xung, để đưa tới mở Thyristor T Điện áp Ud suất tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên, thời điểm t2, t4 chuổi xung điều khiển, mổi chu kỳ điện áp nguồn cấp, cuối bán kỳ điện áp dương anôt Hiện có nhiều hãng chế tạo vi xử lý chuyên dụng để điều khiển thyristor tiện lợi Tuy nhiên linh kiện loại chưa phổ biến thị trường Lưu ý: + Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha sử dụng Thyristor ta cần sử dụng xung lấy từ chân số 15 + Để có xung điều khiển cho Thyristor cần có vi mạch TCA 780 đảm nhận 4.4 Tính chọn thơng số phần tử mạch điều khiển 4.4.1 Tính chọn phần tử khâu khuếch đại xung Chọn diot D4 dùng điều khiển Thyristor 36RT100A GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 48 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT US = 18 (V), Ig = 300 (mA) Chọn diot D4 loại S310 (SK34) Liên Xô với thông số: UCE = 40 (V), UBE = (V), Ic max = 300 (mA), = 200 – 250 Với IC = 70 mA, chọn = 200: Điện trở Rc: Tính chọn R1: Khi có D2: U1 = 16 – 0,8 = 15,2 Chọn D2, D3 loại S310 có thơng số: I = 0,5 (A), Ung max = 20 (V), UV = ∆UD3 = 0,6 (V) Diot Dz2 loại diot zener loại 1W3815 có thơng số: Imax = 264 (mA), U0N = 16 (V), Pmax = (W) Tính chọn Dz1 R2: Dịng điện từ chân 14 15 qua diot D1 50 (mA) Biên độ xung Ux = 16 (V) Chọn Dz1 diot zener loại KU139A có thơng số: U = 3,7 (V), Imax = 70 (mA), Imin = 30 (mA) Dòng điện chân 14 15 qua diot D1 50 (mA) Biên độ xung Ux = 16 (V) Điện trở R2 tính sau: Chọn Tranzitor công suất Tr loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số: + Tranzitor loại n-p-n, vật liệu bán dẫn Si + Điện áp colecto bazơ hở mạch emito: UCB0 = 40 (V) + Điện áp emito bazơ hở mạch colecto: UEB0 = (V) + Dịng điện lớn colecto chịu đựng: Icmax = 500 (mA) + Công suất tiêu tán colecto: PC = 1,7 (W) + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: T1 = 175(0C) + Hệ số khuếch đại :  = 50 + Dòng làm việc colecto: IC3 = I1 = 50 (mA) + Dòng điện làm việc bazơ: GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 49 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT IB3 = IC3/ = 50/50 = (mA) Ta thấy với loại Thyristor chọn có cơng suất điều khiển bé: Udk = 1,4 (V), Idk = 0,15 (A) 4.4.2 Chọn phần tử bên TCA 780 Ta chọn : , , 4.4.3 Tính tốn máy biến áp đồng pha Máy biến áp đồng pha máy biến áp tạo nguồn cung cấp cho TCA 780 Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn, có sơ đồ nối dây ∆∕Ү để tạo độ lệch 30 o cách tự nhiên, đồng thời tạo đồng pha máy biến áp thứ cấp Độ dài xung cưa độ dài máy biến áp đồng pha với điện áp điều khiển cực đại là: TCA có dịng vào đồng khoảng: I5 = 200 Vậy điện trở R5 tính sau: Tỉ số biến áp máy biến áp đồng pha: Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: Công suất máy biến áp đồng pha: S = * U1 * I = * 220 * 83,68*10-6 = 55,22*10-3 (W) Công suất máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ 4.4.4 Tính chọn biến áp xung Tỉ số biến áp biến áp xung tính theo cơng thức: (thường lấy m = 2-3) Chọn m = Vậy điện áp sơ cấp biến áp xung là: U1 = m *UX = *(7 + 0,6) = 15,2 (V) Với UX = Uq + ∆Up = (7 + 0,6) (V) Dòng điện sơ cấp biến áp xung: Mạch từ: Chọn vật liệu sắt từ 330, lõi sắt từ có dạng hình chữ nhật, làm việc phần đặc tính từ hố tuyến tính BS = 2,2 T, ∆B = 1,7 T làm việc f = 50 Hz, có khe ∆H = 50 A/m Từ thẩm lõi thép từ: GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 50 | P a g e ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình Sơ ta chọn chiều dài trung bình đường sức: L = 0,1 m; khe hở lkh = 10-5 Thể tích lõi sắt từ: = 1,02 *10-6 (m) = 1,02 (cm3) Chọn thể tích (cm3) Chọn số liệu thiết kế: l = (cm), a = =1,5 (cm) Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung: Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: GVHD: VÕ KHÁNH THOẠI 51 | P a g e