Đồ Án.pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN 1 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN[.]

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU MỘT PHA Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật điều kiển tự động hóa Họ tên sinh viên : Ngô Chung Thành Mã số sinh viên: 20104300337 Lớp: DHTD14a6HN Người hướng dẫn đồ án Th.S Mai Văn Duy Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học thầy Mai Văn Duy Các nội dung tìm hiểu, kết Đồ Án trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đồ án sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung Đồ Án Trường Đại học Kinh Tế – Kỹ Thuật Công Nghiệp không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) Hà Nội, ngày tháng năm 2022 SVTH: Ngô Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy LỜI CẢM ƠN Gần năm học tập rèn luyện trường Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công Nghiệp, bảo giảng dạy nhiệt tình quý thầy cô, đặc biệt thầy cô khoa Điện truyền đạt cho em kiến thức lý thuyết thực hành suốt thời gian học trường Và thời gian học tập trường em có hội áp dụng kiến thức học trường vào thực tế xã hội Cùng với nỗ lực thân, em hoàn thành Đồ Án Từ kết đạt này, em xin chân thành cám ơn quý thầy cô trường Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Hà Nội, truyền đạt cho em kiến thức bổ ích thời gian qua Đặc biệt, thầy Mai Văn Duy tận tình hướng dẫn em hoàn thành tốt báo cáo Đồ Án Bằng cố gắng nỗ lực thân đặc biệt giúp đỡ tận tình, chu đáo thầy giáo mà em hồn thành Đồ Án thời hạn Do thời gian làm Đồ Án có hạn trình độ, kiến thức cịn nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót cách hiểu, lỗi trình bày Em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy để báo cáo Đồ Án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Ngô Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU MỘT PHA 1.1.1Tổng quan nguyên lý 1.1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động 1.2 Bộ biến đổi điều áp xoay chiều pha 11 18 1.2.1 Sơ đồ mạch lực biến đổi 19 1.2.2 Các phương pháp điều kiển biến đổi 23 1.3 Đặt tốn 25 Chương II: Tính tốn thiết kế mạch lực 26 2.1 Tính tốn thiết kế mạch lực 26 2.1.1 Tính tốn, thiết kế sơ đồ mạch lực 26 2.1.2 Tính tốn, lựa chọn phần tử mạch lực 28 2.2 Mô mạch lực 31 2.2.1 Xây dựng mơ hình mơ 31 2.2.2 Kết mơ 32 CHƯƠNG III:TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 33 3.1 Yêu cầu chung mạch điều khiển 33 3.2 Tính tốn, thiết kế mạch điều kiển 36 3.2.1 Tính tốn, lựa chọn mạch điều khiển 36 3.2.2 Tính toán, lựa chọn phần tử mạch điều khiển 47 3.3 Mô mạch điều kiển 55 3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô 55 3.3.2 Kết mô 56 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Ngô Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU MỘT PHA 1.1.1Tổng quan nguyên lý 1.1.1.1 Khái niện Động xoay chiều pha làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ có tốc độ quay rôto nhỏ tốc độ quay từ trường quay Thường dùng dụng cụ thiết bị sinh hoạt cơng nghiệp, cơng suất từ vài ốt đến vài trăm oát nối vào lưới điện xoay chiều pha Stator loại động gồm hai cuộn dây đặt lệch góc, dây nối thẳng với mạng điện, dây nối với mạng điện qua tụ điện Cách mắc làm cho hai dòng điện hai cuộn dây lệch pha tạo từ trường quay Hình 1.1 Động xoay chiều pha 1.1.1.2 Cấu tạo Cấu tạo máy điện xoay chiều pha gồm hai phần phần tĩnh (stator) phần quay (rotor) Phần tĩnh hay stator a Lõi thép: Là thành phần dẫn từ Vì từ trường qua lõi thép từ trường quay nên để giảm tổn hao, lõi thép làm thép kĩ thuật điện dày 0.5mm ép lại Mỗi thếp kỹ thuật điện phủ lớp sơn cách điện để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Mặt lõi thép có xẻ rãnh để đặt dây quấn Hình 1.2 Lõi thép stator b Dây quấn: Dây quấn stator đặt vào rãnh lõi thép cách điện tốt với lõi thép SVTH: Ngô Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy Phần quay hay rôto: Gồm hai phận lõi thép dây quấn a Lõi thép Nói chung người ta dùng thép kĩ thuật giống stator Có dạng hình trụ, thép dập thành hình đĩa ép chặt lại, mặt có đường rãnh để đặt dẫn dây quấn Lõi thép ghép chặt với trục quay đặt hai ổ đỡ stato b Rơto dây quấn rơto Rơto có hai loại chính: Rơto kiểu lồng sóc rơto kiểu dây quấn • Loại rơto dây quấn Rơto dây quấn giống dây quấn stato, loại có ưu điểm mô men quay lớn kết cấu phức tạp, giá thành tương đối cao • Loại rơto lồng sóc Kết cấu loại khác với dây quấn stator Nó chế tạo cách đúc nhơm vào rãnh rotor, tạo thành nhôm nối ngắn mạch hai đầu có đúc thêm cánh quạt để làm mát bên rotor quay Phần dây quấn tạo từ nhơm hai vịng ngắn mạch có hình dạng Hình 1.3 Rơto lồng sóc lồng nên gọi rotor lồng sóc Các đường rãnh rotor thơng thường dập xiên với trục, nhằm cải thiện đặc tính mở máy giảm bớt tượng rung chuyển lực điện từ tác dụng lên rotor không liên tục Các phận khác Phần cố định động xoay chiều pha gồm có: vỏ máy, lõi thép, nắp máy, cuộn dây stato chụp che quạt… Bộ phận quay gồm có: lõi thép quay, cuộn dây rơto (thơng thường có dạng lồng sóc), trục quay, ổ trục, cánh quạt công tắc ly tâm rơle Ngồi ra, cịn có tụ điện (tụ điện khởi động tụ điện quay động điện hai trị số điện dung), biển nhãn hiệu tổ hợp nối dây động cơ,… • Vỏ máy: Tác dụng vỏ máy dùng để giữ lõi sắt stato, chụp đầu mômen ngược chịu phụ tải, vỏ máy làm thành dạng có hình đậy kín, mở phịng hộ Vỏ máy thường đúc nhơm có trọng lượng SVTH: Ngô Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy nhẹ Đối với vỏ máy có kích thước lớn thường làm gang, tiện lợi gia công, giảm chấn động, tăng tính ổn định cảu vỏ máy • Lõi thép stato Lõi thép rơto: nói Hình 1.4 Vỏ máy • Cuộn dây stato động điện pha: Thơng thường có hai bối dây, bối dây gọi cuộn dây làm việc bối dây phụ, gọi cuộn dây khởi động, chúng đặt lệch khơng gian góc 90º Như động điện máy giặt quần áo, yêu cầu đường kính, số vòng dây cuộn dây hai cuộn dây phụ hồn tồn để động điện quay thuận quay ngược hai cuộn dây đổi cho Khi quay thuận (theo chiều kim đồng hồ) cuộn dây làm việc, cuộn dây phụ khởi động, quay ngược, cuộn dây biến thành cuộn dây phụ cuộn dây phụ biến thành cuộn dây Thơng thường động điện pha, số vòng dây êmay cuộn dây phụ khơng giống nhau, đường kính cuộn dây phụ thường nhỏ • Nắp máy: Vật liệu dùng làm nắp máy vỏ máy giống nhau, yêu cầu dung sai lắp ghép nắp máy phải xác, độ đồng tâm cao phải phù hợp với yêu cầu, ra, phải cứng vững (độ chắn) bảo đảm cho rôto hoạt động Khe hở (giữa rôto stato) động điện không đồng pha 0,2÷0,3mm Khi lắp ráp sửa chữa khơng xác tháp lắp bị va đập vào nắp máy làm cho biến dạng ảnh hưởng tới mức độ khe hở Từ đó, dẫn tới làm cho rôto stato làm việc cọ sát vào • • • • Cuộn dây rôto: Cuộn dây rôto thường đúc nhôm, sử dụng loại nhơm ngun chất L1÷L5 Khi sửa chữa, khơng tiện đứt đầu rôto Nếu tiện nhỏ lại đai đầu, điện trở rôto tăng lên, tổn hao cơng suất lớn làm cho tính làm việc động điện xấu Dùng đồng thay cho nhôm làm cho điện trở rôto giảm, tổn hao công suất thấp, tổn hao đồng giảm đi, nâng cao hiệu suất động điện, mômen khởi động bị hạ thấp Trục quay động điện pha: Yêu cầu kỹ thuật trục quay phải đảm bảo kích thước, hình dáng định, lại cịn phải đảm bảo độ cứng bề mặt, không làm việc trục quay sinh độ cong lớn làm cho khe hở khơng đều, chí cịn sinh cố (cọ sát) Công tắc ly tâm motor điện pha: Do cuộn dây phụ hoạt động động bắt đầu làm việc, tốc độ đạt tới 72%÷83% tốc độ định mức SVTH: Ngô Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy cuộn dây phụ rời khỏi trạng thái làm việc, cần có cơng tắc ly tâm Sau tốc độ quay tăng cao, tác dụng lực ly tâm, làm cho tiếp điểm công tắc ly tâm nhả ra, khiến cho cuộn dây phụ tách khỏi nguồn điện Do cuộn dây phụ có tác dụng khởi động, số vòng dây tương đối nhiều, dây dẫn tương đối mảnh Nếu cơng tắc ly tâm tác dụng cuộn dây phụ làm việc liên tục, dẫn đến làm việc tải làm cuộn dây phụ bị cháy 1.1.1.3 Nguyên lý hoạt động Khi dây quấn làm việc nối với điện áp pha dịng điện dây quấn sinh từ trường đập mạch ϕ Từ trường phân thành hai từ trường ngược chiều ϕA ϕB có tốc độ biên độ nửa từ trường đập mạch (hình) Dây quấn stator gồm hai phần giống mắc nối tiếp tạo thành từ trường quay theo chiều ngược Tác dụng từ trường quay thuận nghịch với dịng điện rơto chúng sinh tạo thành hai moomem ngược MA MB Khi động đứng yên (s = 1) hai mơm mem ngược chiều nhau, mơmem tổng khơng Hình 1.5 Nguyên lý làm việc động điện xoay chiều pha Nếu ta quay rôto động theo chiều (ví dụ theo chiều quay từ trường quay dây quấn A hình) với tốc độ n tần số s.đ.đ, dịng điện cảm ứng rơto từ trường quay thuận ϕA sinh là: f2A = p(n1 − n) pn1 (n1 − n) = = sf1 60 60n1 Cịn từ trường quay ngược ϕB tần số là: f2B = p(n1 + n) pn1 2n1 − (n1 − n) = [ ] = (2 − s)f1 60 60 n1 SVTH: Ngô Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy Ở (2- s) hệ số trượt rôto từ trường ϕB Như vậy, Khi < s < từ trường ϕA máy làm việc chế động điện, trường hợp ϕB , hệ số trượt rôto trường hợp (2- s) Hình 1.6 Đặc tính 𝐌 = 𝐟(𝐬) động > 1, nên máy làm việc xoay chiều pha chế độ hãm Ngược lại, < s < tức rôto quay theo chiều từ trường dây quấn B hệ số trượt từ trường < – s < 1; lúc từ trường ϕB , máy làm việc chế độ động cơ, từ trường ϕA làm việc chế độ hãm Cho mơmem có trị số dương chúng tác dụng theo chiều quay từ trường ϕA , ta đường cong mômem MA MB dây quấn A, B mơmem tổng theo hình 1.6 Từ ý nghĩa vật lý hình 1.6 ta thấy rằng, đường đặc tính mô mem máy điện không đồng pha có tính đối xứng, chiều động xoay lúc Chiều quay thực tế động chủ yếu phụ thuộc vào chiều quay phận mở máy Mômem cực đại Mmax động điện pha phụ thuộc vào điện trở r′2 Đấy r′2 tăng, MAmax từ trường thuận sinh không đổi hệ số trượt sAm ứng với MAmax tăng lên, đồng thời chế dộ trượt đó, MB từ trường nghịch sinh tăng lên, nên mômem cực đại động nhỏ Mômem cực đại thay đổi theo r′2 biểu thị hình 1.7 Hình 1.7 Ảnh hưởng điện trở mạch rôto mômem động xoay chiều chiều pha Ta có phương trình cân s.đ.đ dây quấn stator là: U̇1 = −Ė1A − Ė1B + İ1 (r1 + jx1 ), đó: SVTH: Ngơ Chung Thành GVHD: Th.S Mai Văn Duy Ė1A s.đ.đ sinh tổng hợp từ trường thuận phần tĩnh với từ trường phần quay; Ė1A s.đ.đ sinh tổng hợp từ trường ngược phần tĩnh với từ trường phần quay; r1 , x1 điện trở điện kháng tản quận dây phần tĩnh Ta lại có: Ė1A = −İOA Zm Ė1B = −İOB Zm Trong đó: Zm = rm + jxm tổng trở mạch kích từ IOA IOB dịng điện từ hóa sinh từ trường thuận ϕA nghịch ϕB Hình 1.8 Mạch điện thay động xoay chiều pha Ở mạch rơto ta có phương trình cân s.đ.đ: ′ r E′̇2A = I ′̇ 2A ( + jx ′ ) = Ė1A s Ė′ 2B = I ′̇ 2B ( r′ 2−s + jx ′ ) = Ė1B Trong r ′ x ′ điện trở điện kháng tản quy đổi dây quấn rôto không xét đến ảnh hưởng tần số Về phương trình cân s.t.đ ta có: İ1 = İOA + (−I ′̇ 2A ) İ1 = İOB + (−I ′̇ 2B ) Dựa vào phương trình xây dựng mạch điện thay hình Theo mạch điện thay ta viết: E′̇2A = E′̇1A = İ1 SVTH: Ngô Chung Thành 10 1⁄ + 1⁄ Zm Z′2A GVHD: Th.S Mai Văn Duy ❖ Hệ số khuếch đại điện áp K U Các tầng khuếch đại xung lType equation here.àm việc chế độ khóa, điện áp tải ln đạt trị số nguồn cơng suất ECS cung cấp cho KĐX Nguồn ECS ln chọn có trị số 10V (trong phạm vi 15V đến 30V), đồng thời biên độ điện áp xung vào nguồn điều khiển định chọn 10V Như coi hệ số K U ≈ ❖ Hệ số khuếch đại dòng điện K I Tạo dạng xung DX sử dụng chủ yếu loại transitor cơng suất nhỏ chủ yếu IC Vì chúng mang tải với dòng điện vài mA (giá trị hay dùng 3mA) Đối chiếu với dịng Ig u cầu ta có: KI = Ig 0,3 ÷ 0,6 = = (100 ÷ 200) >> Iv 10−3 Như nhiệm vụ KĐX thực chất khuếch đại dịng điện, K I lớn Với cỡ dòng điện Ig cần phải dùng transistor làm chức khuếch đại, transistor thơng dụng cỡ dịng 1A có hệ số khuếch đại β 100 nên KĐX thường gồm hai tầng khuếch đại Khi cần dịng Ig mạnh phải dùng đến ba tầng khuếch đại, ngược lại với Ig nhỏ (các van mở nhạy van nhỏ) chí dùng KĐX chế tạo sẵn dạng vỏ IC Sơ đồ KĐX có nhiều dạng phụ thuộc cách ghép nối MĐK với van lực Có ba phương pháp ghép chính: ghép trực tiếp, ghép qua biến áp xung ghép nhờ phần tử quang Sử dụng mạch khuếch đại xung ghép biến áp xung Phương pháp ghép thơng dụng dễ dàng cách ly mạch điều khiển lực, nhiên tính chất vi phân biến áp nên khơng cho phép truyền xung rộng vài ms Chính tính chất mà người ta phải truyền xung rộng dạng xung chùm để biến áp xung hoạt động bình thường Để đơn giản mạch, đồng thời đảm bảo hệ số khuếch đại dòng cần thiết, tầng khuếch đại thường đấu kiểu Dalintơn SVTH: Ngô Chung Thành 44 GVHD: Th.S Mai Văn Duy Hình 3.10 Mạch khuếch đại xung điều kiển dạng xung chùm Cả hai bóng T1, T2 chọn theo điều kiện điện áp chịu trị số nguồn ECS Về dòng điện, bóng T1 chọn theo dịng điện qua cuộn sơ cấp I1 biến áp xung: Ic = I1 = Ig 𝑘 Trong đó: Ig – dịng điện mở van k – tỉ số vòng dây sơ cấp thứ cấp biến áp xung, thường nằm phạm vi (1÷3) Sau chọn T1 để có hệ số khuếch đại β1 chọn T2 dịng qua colectơ T2 dịng qua bazơ T1, bóng T2 ln nhỏ T1 chịu dịng nhỏ β1 lần Vì độ rộng xung điều khiển nhỏ nhiều chu kỳ phát xung nên công suất phát nhiệt transistor không đáng kể quan tâm đến vấn đề tính tốn Điện trở R1 chọn từ điều kiện mở bão hòa tốt cho T1, T2 đồng thời không gây tải cho tầng trước khâu khuếch đại xung: Uv max β1 β2 ECS ≤ R1 ≤ Iv max 𝑠I1 max Nếu điện áp vào khuếch đại xung có phần âm, cần phải mắc diode D1 bảo vệ cho transistor Diode D2 diode ổn áp Dz nhằm chống áp gây hỏng bóng chúng chuyển từ dẫn sang khóa ảnh hưởng sức điện động tự cảm cuộn dây sơ cấp biến áp xung Tuy nhiên cần phải ý số điểm sau đây: • Cơng suất phát nhiệt transistor T1 lớn nên cần có tản nhiệt, mặt khác chọn độ dự trữ dòng điện lớn trường hợp xung đơn SVTH: Ngô Chung Thành 45 GVHD: Th.S Mai Văn Duy • Biến áp xung có tính chất vi phân nên phải có điện trở R2 để kịp tiêu tán lượng tích lũy cuộn dây giai đoạn khóa bóng bán dẫn, không biên độ xung giảm đáng kể điểm làm việc lõi biến áp bị đẩy dần lên vùng bão hòa Khi T1 khóa dịng điện qua biến áp xung chảy vòng qua D2-R2 nên lượng tiêu tán điện trở Giá trị R2 thường chọn từ khả dẫn dòng tối đa cho phép T1: 𝑅2 > ECS Icp • Tuy nhiên R2 mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp với biến áp xung nên dẫn R2 làm giảm áp đặt vào biến áp xung, để giữ điện áp ban đầu biến áp xung nguồn ECS đưa thêm tụ C vào, lúc giai đoạn T1 khóa tụ điện phải kịp nạp đến trị số nguồn, điều kiện để tính trị số tụ điện này: tn 𝐶< 3R (t n thời gian nghỉ hai xung liền xung chùm) 3.2.1.6 Khâu tách xung Trong mạch điều khiển chỉnh lưu, điện áp tựa tạo hai nửa chu kỳ mạch Lúc khâu so sánh xác định góc điều khiển cho hai van thuộc pha mạch lực: van làm việc nửa chu kỳ dương, van nửa chu kỳ âm lưới điện xoay chiều Như sau khâu tạo dạng xung (DX) ta nhận hai xung điều khiển hai nửa chu kỳ Tuy nhiên việc phát xung điều khiển cho van điện áp van âm khơng mong muốn Để tránh điều cần có thêm khâu tách xung (còn gọi phân phối xung), lúc van lực nhận xung điều khiển giai đoạn điện áp dương UAK >0 Thực tế có nhiều sơ đồ khác thực nhiệm vụ Nhưng tốt cho mạch tách xung dùng OA comparator để phân biệt xác hai nửa chu kỳ điện áp lưới qua điểm khơng Mạch tách xung OA hình 3.12 có độ xác cao đảm bảo tính tách xung cho tồn nửa chu kỳ SVTH: Ngô Chung Thành 46 GVHD: Th.S Mai Văn Duy Hình 3.12 Mạch tách xung dùng OA 3.2.1.7 Khâu tạo điện áp điều kiển Khâu tạo điện áp điều kiển liên quan chặt chẽ đến hệ thống lực DAXC đảm bảo đưa giá trị điện áp để tác động đến góc điều kiển thơng qua khâu so sánh từ khống chế lượng tải theo yêu cầu kĩ thuật công nghệ máy sản xuất Do hệ thống tự động nói chung khâu có ý nghĩa quan trọng khâu xử lý tín hiệu theo quy luật thuật toán định trước Các tín hiệu cần thu nhận xử lý phải điện áp chuyển đôi sang điện áp, chia làm hai loại: Tín hiệu yêu cầu sản suất đưa tới, gọi lượng đặt hay điện áp đặt Uđ Thông tin thu nhập từ tải gọi lượng phản hồi hay điện áp phản hồi Uph Điện áp thường tỉ lệ theo đại lượng cần giám sát để xử lý (như dịng điện, điện áp, cơng suất, tốc độ, nhiệt độ, áp suất,…) Vì hệ điều kiển chia làm hai loại: hệ hở hệ kín Ở mạch điều kiển ĐAXC sử dụng hệ thống điều kiển hở Hệ thơng khơng có tín hiệu phản hồi mà có tín hiệu đặt, khâu tạo điều áp điều khiển không phức tạp Đơn giản biến trở để điều chỉnh điện áp theo ý muốn người vận hành Hình 3.13 Tạo điện áp điều kiển hệ hở 3.2.2 Tính tốn, lựa chọn phần tử mạch điều khiển 3.2.2.1 Tính toán, lựa chọn phần tử khâu đồng Vấn đề 1: Tính khâu đồng hai nửa chu kỳ để đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển 170° , biết điện áp đồng pha Uđp = 10𝑉, tần số 𝑓 = 50𝐻𝑧, 𝐸 = ±15𝑉 SVTH: Ngô Chung Thành 47 GVHD: Th.S Mai Văn Duy • Nhóm chỉnh lưu tia hai pha với hai điơt D1 , D2 có điện áp vào điện áp đồng pha với trị số hiệu dụng 10V, nên điện áp ngược lớn đặt lên van là: • Ungưỡng max = 2√2Uđp = 2√2 10 = 28.3𝑉 Chọn điôt cầu loại 1N4002 với tham số: Itb = 1𝐴, Ung max = 100𝑉 • Điện trở tải cho chỉnh lưu chọn R = 1𝑘Ω • Mạch so sánh tạo xung đồng Chọn OA loại TL081 Chọn điện trở R1 = 15𝑘Ω Để có phạm vi điều chỉnh góc điều khiển 170°, có nghĩa góc điều khiển nhỏ phải là: αmin = 0,5 (180 − 170) = 5°; điện áp ngưỡng bằng: Ungưỡng = √2Uđp sinαmin = √2 10 𝑠𝑖𝑛5° = 1,23𝑉 Tuy nhiên tính đến sụt áp điơt chỉnh lưu ngưỡng phải giảm cỡ 0,5V Ungưỡng có giá trị xấp xỉ 0,7V Chọn dòng qua phân áp (R + P1 ) mA, tổng trở phân áp: E 15 = −3 = 15kΩ i 10 Từ chọn phân áp gồm điện trở R = 13𝑘Ω biến trở P1 = 2𝑘Ω (cho phép điều chỉnh ngưỡng từ đến 2V) RΣ = Hình 3.16 Kết mơ vấn đề SVTH: Ngô Chung Thành 48 GVHD: Th.S Mai Văn Duy 3.2.2.2 Tính tốn, lựa chọn phần tử khâu tạo điện áp tựa Vấn đề 2: Tính toán giá trị mạch cưa hai nửa chu kỳ, biết Urc max = 10𝑉; E = ±15V; điện áp đồng pha Uđp = 10𝑉; tần số f=50Hz; phạm vi điều chỉnh góc điều khiển khoảng 170° • Chọn OA loại TL082 chứa hai OA vỏ IC Thời gian tụ C phóng khoảng thời gian tương ứng phạm vi điều chỉnh góc điều khiển α, nên 170° quy đổi sang thời gian là: = 170° 10𝑚𝑠 = 9,44𝑚𝑠 180° • Chọn doide ổn áp BZX79 có UDZ với điện áp UDZ=10V • Chọn tụ C=220nF • Tính R3: Với thời gian phóng khơng nửa chu kì (T/2) mà cịn 9,44𝑚𝑠, ta có: 𝐸 𝑡𝑝 15.9,44 10−3 R4 = = = 64,4𝑘Ω 𝑈𝐷𝑍 𝐶 10.0,22 10−6 Chọn điện trở 69 kΩ nối tiếp với • Tính R2, ta có thời gian tụ C nạp: t n = 10𝑚𝑠 − 9,44𝑚𝑠 = 0.56𝑚𝑠 điện bão hòa OA là: Ubh = 𝐸 − 1,5 = 15 − 1,5 = 13,5 𝑉 𝑉ậ𝑦: R2 ≤ Ubh − 0,7 13,5 − 0,7 = = 3.1kΩ 𝐶 𝑈𝐷𝑍 𝐸 0,22 10−6 10 15 + + tn R3 0,56 10−3 64 103 Chọn R = 2kΩ Hình 3.17 Kết mơ vấn đề SVTH: Ngô Chung Thành 49 GVHD: Th.S Mai Văn Duy 3.2.2.3 Tính tốn, lựa chọn phần tử khâu so sánh Vấn đề 3: Góc điều kiển 𝛼 = 100°; E = ±15V; điện áp đồng pha Uđp = 10𝑉; tần số f=50Hz • Mạch so sánh Chọn OA loại TL081(chỉ có OA vỏ IC) Chọn điện trở R = 15𝑘Ω • Chọn dịng qua phân áp (P2 + R ) mA, tổng trở phân áp: E 10 R Σ = = −3 = 10kΩ i 10 Chọn biến trở có giá trị 10 kΩ (Trimmer 10K: 3296W-103) mắc với điện trở có giá trị nhỏ (R = 6.8 Ω) • Sử dụng điơt (1N4002) để tiếp nhận nguồn âm đầu OA so sánh truyền đất Tức là: o Uđk > Utựa => Ura = +Ubh o Uđk < Utựa => Ura = • Tính tốn Uđk o Với phạm vi góc điều kiển từ 5° đến 175° nhìn vào điện áp tựa (răng cưa) ta thấy góc điều kiển từ 0° đến 180° o 0𝑉 ≤ Uđk ≤ 10𝑉 o Mà tăng giá trị Uđk góc điều kiển giảm (Uđk tỉ lệ nghịch với góc điều kiển 𝛼) Từ ta có cơng thức tính Uđk sau: 𝛼 100 Uđk = 10 (1 − ) = 10 (1 − ) = 4.44𝑉 180 180 Hình 3.18 Kết mơ vấn đề SVTH: Ngô Chung Thành 50 GVHD: Th.S Mai Văn Duy 3.2.2.4 Tính tốn, lựa chọn phần tử khâu tạo dao động xung chùm Vấn đề 4: Tạo mạch dao động xung chùm, tần số giao động khoảng 50kHz • Tần số 50kHz tương ứng với chu kì là: 𝑇= 1 = = 0,1 10−3 = 20𝜇𝑠 𝑓 50 10  Chọn tụ có trị số nF Với mạch tạo dao động dùng OA hình 3.9.a • Chọn R = 2R với giá trị cụ thể R = 5,1𝑘Ω R = 10𝑘Ω 𝑇 = 2𝑅𝐶𝑙𝑛(1+2R1 /R ) = 2R C2 𝑙𝑛2 = 1,4R C2 ⇔ 20 10−6 = 1,4 R 10−9 ⇔ R = 7,2𝑘Ω  Chọn R = 7,5𝑘Ω Hình 3.19 Kết mơ vấn đề 3.2.2.5 Tính tốn, lựa chọn phần tử khâu tạo điện áp điều kiển Vấn đề 5: Ở tạo điện áp điều kiển sử dụng hệ thống hở: sử dụng biến trở để thay đổi điện áp điều kiển Utựa max = 10𝑉 nên Uđk max = 10𝑉 Tính tốn lựa chọn linh kiện tính mục 3.1.2.3 3.2.2.6 Tính tốn, lựa chọn phần tử khâu tách xung Vấn đề 6: Thiết kế khâu so sánh lệnh pha 180°, Uđp = 10𝑉 Sử dụng hai khâu tách xung giống lệch pha 180° Mỗi khâu sử dụng: • Sử dụng hai điơt có điện áp ngưỡng khoảng 0.6V Mắc song song ngược chiều, đầu nối đất, đầu đưa vào chân dương OA tạo giao động SVTH: Ngô Chung Thành 51 GVHD: Th.S Mai Văn Duy • Sử dụng điơt có điện áp ngưỡng 0V Mục đích phần điện áp âm • Phần so sánh, chọn OA loại TL081(chỉ có OA vỏ IC) Hình 3.20 Kết mơ q trình tạo khâu tách xung (tx2) Với khâu tách xung Do 𝑈đ𝑝1 𝑈đ𝑝2 lệch pha 180° Vì tín hiệu khâu tx1 lệch 180° so với tx2 Nên ta có kết mơ vấn đề hình 3.21 sau: Hình 3.21 Kết mơ vấn đề 3.2.2.7 Tính tốn, lựa chọn phần tử khâu khuếch đại công suất xung Sử dụng hai khâu khuếch đại có thơng số linh kiện Vấn đề 7: Tính khối khuếch đại xung chùm hình 3.10 có fxc =10 kHz chu kỳ lặp lại 20ms (một chùm xung chu kỳ lưới điện) biết thyristor đòi hỏi điện áp điều khiển 1.5V dịng điều khiển 30mA SVTH: Ngơ Chung Thành 52 GVHD: Th.S Mai Văn Duy • Chọn biến áp xung có tỉ số k=2, tham số điện áp dòng điện quận sơ cấp là: U1 = 𝑈 𝑘 = 1,5.2 = 3𝑉 I1 = Ig /𝑘 = 0,03/2 = 0,015𝐴 Nguồn cơng suất phải có trị số lớn U1 để bù sụt áp điện trở chọn ECS 15V Từ hai giá trị ECS I1 chọn bóng T1 loại BD131 có tham số Uce max =45V; Ic max =1,5A; βmin = 20 Ta có R11 > Ecs 15 = = 10 Icp 1.5  chọn R11 = 15 Công suất điện trở thường khoảng (2÷4)W dịng qua lớn thường xuyên, giá trị lớn tương ứng góc điều khiển nhỏ • Kiểm tra độ sụt áp điện trở dẫn dịng: UR11 = I1 R11 = 0,015.15 = 0,225𝑉, suy điện áp biến áp xung phải là: U1 = Ecs − UR11 = 15 − 0.225 = 14.775𝑉 lớn 12V nên đạt yêu cầu Tuy nhiên để tăng mạnh xung kích cho van dẫn, dùng thêm tụ C tăng cường áp • Tần số xung chùm 10KHz tương ứng chu kỳ xung là: Txc = 1 = = 100(𝜇𝑠) fxc 10 103 Cho xung đối xứng khoảng nghỉ khoảng có xung, nghĩa khoảng cách hai xung t n = 0,5Txc = 50 𝜇𝑠 Vậy ta có: tn 50 10−6 C< = = 1,1𝜇𝐹 3R13 3.15  Chọn C = 1𝜇𝐹 Bóng T2 loại BC 107 có tham số Uce max =45V; Ic max = 0,1A; βmin = 110 Vậy điện trở đầu vào có trị số: R10 ≤ β1 β2 Ecs 40.110.15 = = 46 𝑘Ω 𝑠I1max 1,2.1,2  Chọn R10 = 15 𝑘Ω SVTH: Ngô Chung Thành 53 GVHD: Th.S Mai Văn Duy Sử dụng điôt(1N4002) để lọc tín hiệu (chỉ cho dịng chiều qua) tránh gây nhiễu tín hiệu điều kiển Tín hiệu điều kiển sau kinh tách xung kết hợp với cổng logic and tạo tín hiệu dao động hình 3.22 Hình 3.22 Kết mơ vấn đề SVTH: Ngô Chung Thành 54 GVHD: Th.S Mai Văn Duy 3.3 Mô mạch điều kiển 3.3.1 Xây dựng sơ đồ mơ Hình 3.23 Sơ đồ mơ mạch điều kiển ĐAXC pha tải RL SVTH: Ngô Chung Thành 55 GVHD: Th.S Mai Văn Duy 3.3.2 Kết mô SVTH: Ngô Chung Thành 56 GVHD: Th.S Mai Văn Duy KẾT LUẬN Như vậy, sau ba tháng nhận thực đồ án môn học với đề tài “Xây dựng biến đổi điều áp xoay chiều pha điều khiển động xoay chiều pha” chúng em hoàn thành Cùng với nỗ lực than, hỗ trợ bạn bè lớp, đặc biệt với hướng dẫn tận tình thầy Mai Văn Duy chúng em hoàn thành cách tương đối tốt yêu cầu mà đề tài đặt Nhưng bên cạnh thời gian thực đề tài, với trình độ kiến thức có hạn nên khơng tránh khỏi sai sót Do chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo để đề tài chúng em ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo thuộc môn “Điện tử công suất, Máy điện’’ giúp đỡ chúng em tận tình bảo chúng em để hồn thiện đề tài Một lần em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Ngô Chung Thành 57 GVHD: Th.S Mai Văn Duy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Thu Hà, Nguyễn Thị Thành, Nguyễn Cao Cường, Tài liệu học tập điện tử công suất ứng dụng, Khoa điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, 2019 [2] Phạm Quốc Hải, Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2009 [3] Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phạm Tử Thụ, Nguyễn Thị Sáu, Máy điện, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, 2005 SVTH: Ngô Chung Thành 58 GVHD: Th.S Mai Văn Duy