Đồ thị tốc độ dự kiến của tải và động cơ
Tốc độ dự kiến của tải: V = 2,5 m/s, bánh kính của trống tời tịnh tiến R = 0,15m.Suy ra tốc độ quay của trống tời: ω= V R = 0,15 2,5 ,67 rad/s.
Chọn hộp số có tỉ số truyền 15 Suy ra tốc độ cực đại của trống tời quy về trục động cơ là ω 0=¿ω×15=¿¿ 250rad/s.
Tốc độ dài của tải
Hình 1.2 Đồ thị tốc độ mong muốn của tải Tốc độ quay của trống tời
0 Đồ thị tốc độ mong muốn của trống tời w (rad/s)
Hình 1.3 Đồ thị tốc độ quay mong muốn của trống tờiTốc độ quay của động cơ
0 Đồ thị mong muốn của động cơ w (rad/s)
Hình 1.4 Tốc độ quay mong muốn của động cơ Dựa vào đồ thị trên Hình 1.4, ta xác định được quá trình hoạt động của động cơ như sau:
Quá trình chuyển động theo chiều kim đồng hồ
[0s ; 1s]: tốc độ quay của động cơ tăng dần từ ω đc =0 Rad /s đến ω đc %0 Rad / s
[1s ; 3s]: tốc độ quay của động cơ ổn định ở ω đc %0 Rad /s
[3s ; 4s]: tốc độ quay của động cơ giảm dần từ ω đc %0 Rad / s đến ω đc =0 Rad /s Quá trình đảo chiều
[4s ; 5s]: động cơ đảo chiều, tốc độ tăng dần từ ω đc =0 Rad /s đến ω đc %0 Rad /s
[5s ; 7s]: động cơ quay ổn định ở ω đc %0 Rad /s
[7s ; 8s]: tốc độ động cơ giảm dần từ ω đc %0 Rad /s đến ω đc =0 Rad /s
1.1.3 Xác định momen, momen quán tính của hệ và quy đổi
Khối lượng trống tời: m t = 3 kg
K là hệ số truyền của hộp số: k = ω ω 0 t = 15
M c: Momen thế của tải quy về trục động cơ: M c = mgr k = 17.0,15.10 15 =1,7 Nm
J qđ : Momen quán tính của động cơ quy về trục động cơ
Giai đoạn kéo tải đi lên: M = J qđ dω dt + M c
1 + mgr k = 2.6875 Nm + Từ 1 – 3s: M = mgr k = 1.7 Nm
Giai đoạn tải đi xuống: M = J qđ dω dt − M c
-2.6875 0 Đồ thị Momen động cơ
1.1.4 Tính công suất động cơ
0 Đồ thị công suất động cơ
Từ những tính toán ở trên ta chọn động cơ : IP54 Pallet
Tốc độ định mức: 2500RPM
1.2 Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập được cấu tạo từ hai phần chính: phần cảm nằm ở phần tĩnh (stato) và phần ứng (roto).
Hình 2 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Stator: có kết cấu là nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.
Rotor: cấu tạo trục có quấn các cuộn dây tạo thành nam châm điện.
Cổ góp (commutator): tiếp xúc để truyền điện cho các cuộn dây trên rotor.
Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn trên Rotor.
Chổi than (brushes): tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp.
Một phần cũng khá quang trọng là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chính của nó là biến đổi dòng điện trong khi Rotor quay liên tục.
Trục động cơ: dùng để quay băng tải
1.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện bắt đầu khi điện áp được áp dụng vào phần ứng, tạo ra dòng điện trong dây quấn Dòng điện này tương tác với từ trường, tạo ra momen tác dụng lên rotor, khiến rotor quay Khi rotor đạt đến tốc độ nhất định, các thanh dẫn của dây quấn sẽ cắt qua từ trường của phần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, dẫn đến sự hình thành sức điện động cảm ứng trong khung dây.
1.2.3 Các trạng thái hoạt động:
Các trạng thái hoạt động của động cơ, bao gồm khởi động và hãm, có mối liên hệ chặt chẽ với đồ thị vận tốc được trình bày trong chương trước Việc tìm hiểu sự liên quan này sẽ giúp thiết kế các trạng thái hoạt động dự kiến cho động cơ, như đã đề cập trong chương 1.
Quá trình khởi động từ 0 đến 1 giây bắt đầu bằng cách cấp nguồn trực tiếp cho động cơ với các giá trị định mức Trong giai đoạn này, động cơ số hoạt động theo đặc tính tự nhiên của nó.
Từ 1 đến 3 giây, động cơ đạt tốc độ hoạt động ổn định Sau khi khởi động, momen điện từ do động cơ sinh ra bằng với momen cản, dẫn đến trạng thái ổn định: ⃗ M + ⃗ M c = J qđ dω/dt = 0 Kết quả là động cơ hoạt động với tốc độ ổn định.
Từ 3 dến 4s : Quá trình hãm tốc độ động cơ về 0:
Momen cản của tải ngược chiều với tốc độ quay của động cơ tự hãm nhờ vào momen cản lớn hơn Do đó, để đáp ứng yêu cầu hãm, động cơ cần sinh ra momen cùng chiều với tốc độ quay.
Từ 4-5s : Đảo chiều động cơ
Do momen cản của tải cùng chiều với tốc độ mong muốn và lớn hơn so với gia tốc góc mong muốn, động cơ cần sinh ra momen điện từ để hãm lại tốc độ của mình.
Từ 5-7 s : động cơ hoạt động với tốc độ ổn định:
+ Lúc này thì động cơ phải sinh ra momen hãm ngược bằng với momen cản của tải để động cơ hoạt động với tốc độ ổn định: : M = - M c = - 1.7 Nm
Từ 7- 8 s : động cơ giảm tốc về không: Động cơ lúc này phải sinh ra momen hãm để giảm tốc độ của tải về không + M = J qđ 0−ω 0
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CHỈNH LƯU 2.1 Tính toán mạch động lực
2.1.1 Mô hình mạch chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển động cơ
Khi chọn van, hai thông số quan trọng cần xem xét là dòng điện qua van và điện áp ngược tối đa mà van có thể chịu đựng.
2.1.2.1 Điện áp ngược qua thyristor
U d : Điện áp trung bình chỉnh lưu
U 2 : Điện áp nguồn điện xoay chiều
Theo điện áp định mức của động cơ:
Điện áp ngược của van cần chọn: U ngv =k dt × U ngmax =1.5 × 18.85(.28 (V)
2.1.2.2 Dòng điện làm việc của van
I hdv : Dòng điện hiệu dụng qua van
I đm : Dòng điện qua tải
Dòng điện hiệu dụng của van cần được chọn:
I hd = k dt × I hdv =1.3 × 52.08g.7 ( A ) Dựa vào U ngcv và I hd ta chọn van
Dòng điện làm việc cực đại: 80 A
Dòng điện xung điều khiển: 450 mA
Dòng điện duy trì: 100mA
2.1.3 Tính toán máy biến áp lực 2.1.3.1 Điện áp chỉnh lưu trên tải
α min o : góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới
∆ U dn : sụt áp dây nối
∆ U ba : sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến áp
U d 0 = U d +2 × ∆ U v +∆ U ba +∆ U dn cos 10 = 12+2× 1.43+0.72 +0 cos10 82 V 2.1.3.2 Công suất biểu kiến của MBA
Công suất tối đa của tải: P dmax =U d0 × I đm 82 ×52.08 3.9 W
Công suất biểu kiến: S = K s × P dmax =1.23 × 823.913.39VA
K s : Hệ số công suất theo sơ đồ cầu 1 pha
Tiết diện trụ của lõi thép biến áp:
+ m : số pha máy biến áp + f : tần số
+ k q : hệ số phụ thuốc phương thức làm mát
Điện áp cuộn dây sơ cấp: U 1 = 220V
Điện áp cuộn dây thứ cấp: U 2 = U d 0
Công thức tính số vòng dây: n = U ×10 4
Số vòng dây cuộn sơ cấp: n 1 = 367 vòng
Số vòng dây cuộn thứ cấp: n 2 = 29 vòng
Dòng điện của các cuộn dây:
J ( mm 2 ) + I : dòng điện chạy qua cuộn dây
+ J: mật độ dòng điện trong máy biến áp, chọn J = 2,5 ( A mm 2 ¿
Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp:
Tiết diện cuộn dây thứ cấp:
Đường kính cuộn dây sơ cấp: d 1 = √ 4 × S π d1 =1.53 mm
Huong kính cuộn dây thứ cấp: d 2 = √ 4 × S π d2 =5.42 mm
Chức năng: Để hạn chế thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu đe giảm độ nhấp nhô của dòng điện và điện áp tải.
Ta chọn bộ lọc LC:
Hệ số san bằng : đánh giá hiệu quả khâu lọc.
Giả sử độ sụt áp một chiều trên bộ lọc không đáng kể: U din ≈ U dout
Hệ số K sb càng lớn hơn 1 thì càng tốt nên ta chọn Ksb, ta có :
Do C mặc định và L chế tạo được nên ta chọn C0μF trước và còn lại ta chọn L=2.78mH.
Vậy dựa vào kết quả tính toán trên ta chọn:
Chọn máy biến áp với các thông số: U 1 "0V; U 2 = 17.58V; : n 1 = 367 vòng; n 2 = 29 vòng; I1=4.6A; I2W.64A;S13.3VA; d1=1.53mm; d2=5.42mm.
Chọn mạch lọc với: C0μFvà L=5.07mH.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT, MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Giới thiệu chung:
3.1.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor:
Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa U RC (thường là điện áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp thyristor.
Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển
U đk , tìm thời điểm hai điện áp bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra gửi sang tầng khuếch đại.
Khâu tạo xung có vai trò quan trọng trong việc tạo xung mở thyristor, với các yêu cầu cụ thể như: sườn trước của xung cần dốc thẳng đứng để đảm bảo thyristor mở ngay lập tức khi nhận xung điều khiển, thường là xung kim hoặc xung chữ nhật Ngoài ra, xung cần có độ rộng lớn hơn thời gian mở của thyristor, đảm bảo đủ công suất và cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực, đặc biệt khi điện áp động lực cao.
3.1.2 Yêu cầu của mạch điều khiển
Mạch điều khiển là thành phần quan trọng nhất trong bộ biến đổi thyristor, quyết định chất lượng và độ tin cậy của hệ thống Các yêu cầu đối với mạch điều khiển có thể được tóm tắt qua sáu điểm chính.
Độ rộng xung điều khiển
Độ lớn xung điều khiển
Yêu cầu về tốc độ của rang
Sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển
Để đảm bảo độ tin cậy, điện trở kênh điều khiển của thyristor cần phải nhỏ nhằm ngăn chặn việc tự mở khi dòng rò tăng Xung điều khiển phải ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ và dao động điện áp nguồn Ngoài ra, cần thiết phải khử nhiễu cảm ứng để tránh tình trạng mở nhầm thyristor.
Yêu cầu về lắp ráp và vận hành: Thiết bị thay thế để lắp ráp và điều chỉnh, mỗi khối có khả năng làm việc độc lập cao.
3.1.3 Nhiệm vụ mạch điều khiển
Là tạo xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu
Chức năng của mạch điều khiển:
Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương điện áp đặt trên anode – cathode của thyristor.
Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở thyristor độ rộng xung t x < 10μs. t x = I dt di dt
Dòng duy trì của thyristor được ký hiệu là I dt, trong khi tốc độ tăng trưởng của dòng tải được biểu thị bằng di dt Để điều khiển đối tượng, đại lượng điều khiển quan trọng là góc α.
Mạch điều khiển của thyristor có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau Tất cả các mạch điều khiển này đều dựa trên nguyên lý thay đổi góc pha, trong đó có hai nguyên lý chính là khống chế ngang và khống chế đứng.
Khống chế ngang là kỹ thuật điều chỉnh góc α bằng cách chuyển đổi điện áp sang dạng sóng hình sin theo phương pháp ngang so với điện áp tựa Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là góc α phụ thuộc vào hình dạng điện áp và tần số lưới, dẫn đến độ chính xác của góc điều khiển không cao.
Khống chế đứng là kỹ thuật điều chỉnh góc α bằng cách thay đổi điện áp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa Phương pháp này không chỉ đảm bảo độ chính xác cao mà còn có khoảng điều khiển rộng từ 0 đến 180 độ.
Có hai phương pháp điều khiển thẳng đứng là tuyến tính và arccos.
Ta chọn phương pháp điểu khiển thẳng đứng tuyến tính.
3.2 Nguyên lý hoạt động từng khâu:
Trong nửa chu kỳ dương: U + (A1)>U - (A1) => U B >0 Trong nửa chu kỳ âm: U + (A1)>U - (A1) => U B >0 Tại OPAMP A2:
Khi U B > 0 thì T 1 khóa U + (A2)>U - (A2) Ta xét mạch tích phân gồm: biến trở R 3 , tụ
C 1 , và OPAMP A2 lúc đó U đb = U c = ∫
Vì U B = const => hàm tuyến tính.
Khi U B < 0 thì T 1 mở U B < U - (A2), diode D 1 khóa Lúc này, U - (A2)=U C1 =0
=> Có dòng qua tụ tăng => Điện áp tại U c âm để cân bằng điện áp về 0.
Tại OPAMP A3 ta có: U - (A3) = U RC + U đk ; U + (A3) = 0Khi U RC + U đk < 0 U - (A3) < U + (A3) => U D = V cc
Tính công suất động cơ CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT, CHỈNH LƯU
0 Đồ thị công suất động cơ
Từ những tính toán ở trên ta chọn động cơ : IP54 Pallet
Tốc độ định mức: 2500RPM
1.2 Tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập được cấu tạo từ hai phần chính: phần cảm nằm ở phần tĩnh (stato) và phần ứng (roto).
Hình 2 1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Stator: có kết cấu là nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.
Rotor: cấu tạo trục có quấn các cuộn dây tạo thành nam châm điện.
Cổ góp (commutator): tiếp xúc để truyền điện cho các cuộn dây trên rotor.
Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn trên Rotor.
Chổi than (brushes): tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp.
Một phần cũng khá quang trọng là bộ phận chỉnh lưu, nhiệm vụ chính của nó là biến đổi dòng điện trong khi Rotor quay liên tục.
Trục động cơ: dùng để quay băng tải
1.2.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Nguyên lý làm việc của động cơ điện dựa trên việc đặt điện áp vào phần ứng, tạo ra dòng điện trong dây quấn Dòng điện này tương tác với từ trường, sinh ra momen tác dụng lên rotor, khiến rotor quay Khi rotor đạt đến tốc độ nhất định, các thanh dẫn trong dây quấn sẽ cắt qua từ trường của phần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, tạo ra sức điện động cảm ứng trong khung dây.
1.2.3 Các trạng thái hoạt động:
Các trạng thái hoạt động như khởi động và hãm có mối liên hệ chặt chẽ với đồ thị vận tốc được trình bày trong chương trước Bài viết này sẽ khám phá sự liên quan giữa các trạng thái hoạt động này và các trạng thái hoạt động dự kiến cho động cơ, như đã được giới thiệu trong chương 1.
Quá trình khởi động từ 0 đến 1 giây bắt đầu bằng việc cấp nguồn trực tiếp cho động cơ với các giá trị định mức Trong giai đoạn này, động cơ hoạt động theo đặc tính tự nhiên của nó.
Từ 1s đến 3s, động cơ đạt tốc độ hoạt động ổn định Sau quá trình khởi động, momen điện từ do động cơ sinh ra bằng với momen cản, thể hiện qua phương trình ⃗ M +⃗ M c =J qđ dω dt =0 Điều này cho thấy động cơ đã đạt trạng thái hoạt động ổn định về tốc độ.
Từ 3 dến 4s : Quá trình hãm tốc độ động cơ về 0:
Khi momen cản của tải ngược chiều với tốc độ quay của động cơ, động cơ sẽ tự hãm nhờ vào momen cản của tải Tuy nhiên, vì momen cản của tải lớn hơn momen hãm, nên động cơ cần tạo ra một momen cùng chiều với tốc độ để đáp ứng yêu cầu hãm.
Từ 4-5s : Đảo chiều động cơ
Do lúc này momen cản của tải cùng chiều với tốc độ mong muốn và lớn hơn so với gia tốc góc mong muốn, động cơ cần sinh ra momen điện từ để hãm lại tốc độ của nó.
Từ 5-7 s : động cơ hoạt động với tốc độ ổn định:
+ Lúc này thì động cơ phải sinh ra momen hãm ngược bằng với momen cản của tải để động cơ hoạt động với tốc độ ổn định: : M = - M c = - 1.7 Nm
Từ 7- 8 s : động cơ giảm tốc về không: Động cơ lúc này phải sinh ra momen hãm để giảm tốc độ của tải về không + M = J qđ 0−ω 0
Tính toán mạch động lực
Mô hình mạch chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển động cơ
Tính chọn Thyristor
Khi chọn van, hai thông số quan trọng nhất cần xem xét là dòng điện qua van và điện áp ngược tối đa mà van có thể chịu đựng.
2.1.2.1 Điện áp ngược qua thyristor
U d : Điện áp trung bình chỉnh lưu
U 2 : Điện áp nguồn điện xoay chiều
Theo điện áp định mức của động cơ:
Điện áp ngược của van cần chọn: U ngv =k dt × U ngmax =1.5 × 18.85(.28 (V)
2.1.2.2 Dòng điện làm việc của van
I hdv : Dòng điện hiệu dụng qua van
I đm : Dòng điện qua tải
Dòng điện hiệu dụng của van cần được chọn:
I hd = k dt × I hdv =1.3 × 52.08g.7 ( A ) Dựa vào U ngcv và I hd ta chọn van
Dòng điện làm việc cực đại: 80 A
Dòng điện xung điều khiển: 450 mA
Dòng điện duy trì: 100mA
Tính toán máy biến áp lực CHƯƠNG 3: LỚP ĐA 33C
α min o : góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới
∆ U dn : sụt áp dây nối
∆ U ba : sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến áp
U d 0 = U d +2 × ∆ U v +∆ U ba +∆ U dn cos 10 = 12+2× 1.43+0.72 +0 cos10 82 V 2.1.3.2 Công suất biểu kiến của MBA
Công suất tối đa của tải: P dmax =U d0 × I đm 82 ×52.08 3.9 W
Công suất biểu kiến: S = K s × P dmax =1.23 × 823.913.39VA
K s : Hệ số công suất theo sơ đồ cầu 1 pha
Tiết diện trụ của lõi thép biến áp:
+ m : số pha máy biến áp + f : tần số
+ k q : hệ số phụ thuốc phương thức làm mát
Điện áp cuộn dây sơ cấp: U 1 = 220V
Điện áp cuộn dây thứ cấp: U 2 = U d 0
Công thức tính số vòng dây: n = U ×10 4
Số vòng dây cuộn sơ cấp: n 1 = 367 vòng
Số vòng dây cuộn thứ cấp: n 2 = 29 vòng
Dòng điện của các cuộn dây:
J ( mm 2 ) + I : dòng điện chạy qua cuộn dây
+ J: mật độ dòng điện trong máy biến áp, chọn J = 2,5 ( A mm 2 ¿
Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp:
Tiết diện cuộn dây thứ cấp:
Đường kính cuộn dây sơ cấp: d 1 = √ 4 × S π d1 =1.53 mm
Huong kính cuộn dây thứ cấp: d 2 = √ 4 × S π d2 =5.42 mm
Chức năng: Để hạn chế thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu đe giảm độ nhấp nhô của dòng điện và điện áp tải.
Ta chọn bộ lọc LC:
Hệ số san bằng : đánh giá hiệu quả khâu lọc.
Giả sử độ sụt áp một chiều trên bộ lọc không đáng kể: U din ≈ U dout
Hệ số K sb càng lớn hơn 1 thì càng tốt nên ta chọn Ksb, ta có :
Do C mặc định và L chế tạo được nên ta chọn C0μF trước và còn lại ta chọn L=2.78mH.
Vậy dựa vào kết quả tính toán trên ta chọn:
Chọn máy biến áp với các thông số: U 1 "0V; U 2 = 17.58V; : n 1 = 367 vòng; n 2 = 29 vòng; I1=4.6A; I2W.64A;S13.3VA; d1=1.53mm; d2=5.42mm.
Chọn mạch lọc với: C0μFvà L=5.07mH.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT, MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Giới thiệu chung:
3.1.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor:
Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa U RC (thường là điện áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp thyristor.
Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển
U đk , tìm thời điểm hai điện áp bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra gửi sang tầng khuếch đại.
Khâu tạo xung có vai trò quan trọng trong việc tạo ra xung điều khiển để mở thyristor Để đảm bảo thyristor mở tức thời, xung điều khiển cần có sườn trước dốc thẳng đứng, thường là loại xung kim hoặc xung chữ nhật Bên cạnh đó, xung phải có độ rộng lớn hơn thời gian mở của thyristor và đủ công suất, đồng thời cần cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực, đặc biệt khi điện áp động lực quá lớn.
3.1.2 Yêu cầu của mạch điều khiển
Mạch điều khiển là phần quan trọng nhất trong bộ biến đổi thyristor, quyết định chất lượng và độ tin cậy của hệ thống Các yêu cầu đối với mạch điều khiển có thể được tóm tắt thành 6 điểm chính.
Độ rộng xung điều khiển
Độ lớn xung điều khiển
Yêu cầu về tốc độ của rang
Sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển
Để đảm bảo độ tin cậy trong hoạt động của thyristor, điện trở kênh điều khiển cần phải được duy trì ở mức thấp nhằm ngăn ngừa việc thyristor tự mở khi dòng rò tăng Xung điều khiển cũng cần ít bị ảnh hưởng bởi dao động nhiệt độ và điện áp nguồn Hơn nữa, việc khử nhiễu cảm ứng là rất quan trọng để tránh tình trạng mở nhầm thyristor.
Yêu cầu về lắp ráp và vận hành: Thiết bị thay thế để lắp ráp và điều chỉnh, mỗi khối có khả năng làm việc độc lập cao.
3.1.3 Nhiệm vụ mạch điều khiển
Là tạo xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu
Chức năng của mạch điều khiển:
Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương điện áp đặt trên anode – cathode của thyristor.
Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở thyristor độ rộng xung t x < 10μs. t x = I dt di dt
Dòng duy trì của thyristor được ký hiệu là I dt, trong khi tốc độ tăng trưởng của dòng tải được biểu thị bằng di dt Để điều khiển đối tượng, cần chú ý đến đại lượng điều khiển, cụ thể là góc α.
Mạch điều khiển của thyristor có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau Tuy nhiên, tất cả các mạch điều khiển đều dựa trên nguyên lý thay đổi góc pha Theo nguyên lý này, có hai phương pháp khống chế chính là khống chế ngang và khống chế đứng.
Khống chế ngang là phương pháp điều chỉnh góc α bằng cách biến đổi điện áp sang dạng sóng sin theo hướng ngang so với điện áp tựa Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là góc α bị ảnh hưởng bởi dạng sóng điện áp và tần số lưới, dẫn đến độ chính xác trong việc điều khiển góc thấp.
Khống chế đứng là kỹ thuật điều chỉnh góc α bằng cách thay đổi điện áp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa Phương pháp này không chỉ mang lại độ chính xác cao mà còn có khoảng điều khiển rộng từ 0 đến 180 độ.
Có hai phương pháp điều khiển thẳng đứng là tuyến tính và arccos.
Ta chọn phương pháp điểu khiển thẳng đứng tuyến tính.
3.2 Nguyên lý hoạt động từng khâu:
Trong nửa chu kỳ dương: U + (A1)>U - (A1) => U B >0 Trong nửa chu kỳ âm: U + (A1)>U - (A1) => U B >0 Tại OPAMP A2:
Khi U B > 0 thì T 1 khóa U + (A2)>U - (A2) Ta xét mạch tích phân gồm: biến trở R 3 , tụ
C 1 , và OPAMP A2 lúc đó U đb = U c = ∫
Vì U B = const => hàm tuyến tính.
Khi U B < 0 thì T 1 mở U B < U - (A2), diode D 1 khóa Lúc này, U - (A2)=U C1 =0
=> Có dòng qua tụ tăng => Điện áp tại U c âm để cân bằng điện áp về 0.
Tại OPAMP A3 ta có: U - (A3) = U RC + U đk ; U + (A3) = 0Khi U RC + U đk < 0 U - (A3) < U + (A3) => U D = V cc
3.2.3 Khâu tạo xung chum: Đối với một sơ đồ mạch, để giảm dòng công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảo cho thyristor mở một cách chắc chắn, người ta hay phát xung chùm cho các thyristor Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuếch đại, ta đưa chèn thêm một cổng AND với tín hiệu nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình vẽ:
Giả sử lúc đầu ngõ ra U E = V CC => U + (A4) = R R 6 × V cc
Khi tụ C được nạp qua R8 về GND, điện áp trên tụ sẽ tăng dần cho đến khi đạt giá trị U C = U - (A4) > U + (A4) = R R 6 × V cc.
6 +R 7 thì lúc đó U E sẽ đổi trạng thái sang mức bảo hòa âm U E = −¿ V CC => U + (A4) = − R R 6 ×V cc
6 + R 7 Lúc này, tụ C sẽ xả theo chiều ngược lại, tụ càng xả điện áp trên tụ càng giảm, cho đến khi U C = U - (A4) U
R 9 3.3.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm:
Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật toán, do đó ta chọn 4 IC loại TL084, mỗi IC này có 4 khuếch đại thuật toán
Hình Thông số của IC TL084:
Điện áp nguồn nuôi: 𝑉 𝑐𝑐 = ± 18𝑉 chọn V cc = ± 12V
Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: ± 30𝑉
Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: du dt ( μs V )
Mạch tạo xung chùm có tần số f = 2× t 1 x =¿ kHz, hay chu kì của xung chùm:
Ta có chu kỳ dao động: T =2 × R 8 ×C 2 × ln (1+ 2 × R 6
Vậy ta có: R 8 x C 2 = Chọn tụ C 2 = μF suy ra R 8 = Để thuận tiện cho lắp mạch ta chọn R 8 là biến trở
3.3.6 Tính chọn tầng so sánh:
Mỗi kênh điều khiển có 1 khuếch đại thuật toán đóng vai trò tầng so sánh ta chọn loại IC TL084 như trên.
Trong đó nguồn nuôi V cc =± 12 V , thì điện áp vào A 3 , U v = 12V Dòng điện vào hạn chế để I lv < 1mA.
Do đó ta chọn R 4 = R 5 = , khi đó dòng điện vào A 3 :
3.3.7 Tính chọn khâu đồng pha: Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C 1 , mặt khác để đảm bảo phạm vi điều khiển rộng thì góc điều khiển α=0 ÷ 180 o thì hằng số thời gian tụ nạp được: τ = R 3 ×C 1 =¿
Chọn C 1 = thì điện trở R 3 = Để thuận tiện việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch R 3 thường được chọn biến trở R 3 lớn hơn 10 𝑘Ω để điều chỉnh.
Transistor PNP được chế tạo từ silicon, với điện áp giữa Emitter và Bazơ khi mạch Collector là 7V Dòng điện tối đa mà Collector có thể chịu được là 100 mA, và nhiệt độ tối đa ở mặt tiếp giáp là 150ºC.
Dòng cực đại của bazo: I B1 = I c β Điện trở để hạn chế dòng điện đi vào Bazơ Tranzitor T 1 được chọn như sau:
Chọn R 2 thõa mãn điều khiển:
Chọn điện áp đồng pha:U A = Điện trở R 1 để hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại đi vào khuếch đại thuật toán
A 1 thường chọn R 1 sao cho dòng vào khuếch đại thuật toán: I v < 1 mA.
Để cung cấp nguồn điện áp U = ± 12V cho máy biến áp xung nuôi IC và các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ cũng như điện áp đặt tốc độ, ta cần thiết kế mạch cầu 1 pha.
U = 2 √ 2 π U 2 Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi là: U 2 = 2 U √ 2 π
Hình Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912 Các thông số chung của vi mạch là:
Điện áp đầu ra: U ra = 12V với IC 7812
Điện áp đầu ra: U ra = -12V với IC 7912
Tụ điện C 4 , C 5 dùng để lọc thành phần song hài bậc cao.
CHƯƠNG 4: PBL NHÓM 36 +37 4.1 Tính mach cs