PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3 2 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 3 MỤC LỤC 4 LỜI CẢM ƠN 9 LỜI NÓI ĐẦU 10 MỞ ĐẦU 11 1. Tính cấp thiết của đề tài 11 2. Mục đích của đề tài 11 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài 11 4. Tóm tắt nội dung của đề tài 11 5. Phương pháp nghiên cứu 11 6. Sản phẩm dự kiến đạt được 12 CHƯƠNG 1 13 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ BỘ BIẾN ĐỔI ACDC 13 1.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều 13 1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều 13 1.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều 15 1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều 16 1.1.4. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều 16 1.2 Một số phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều 21 1.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ 21 1.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông 22 1.2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 23 1.3 Giới thiệu về bộ biến đổi ACDC 24 1.3.1 Khái niệm về bộ biến đổi ACDC 24 1.3.2 Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi ACDC 24 1.3.3 Phân loại và các thành phần của bộ biến đổi ACDC 24 1.3.4 Ứng dụng và tương lai của bộ biến đổi ACDC 25 1.4 Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu 26 1.4.1 Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu một chiều không điều khiển 26 1.4.2 Giới thiệu một sô mạch chỉnh lưu một chiều có điều khiển: 40 CHƯƠNG 2 54 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO SẢN PHẨM 54 2.1 Mục đích và ý nghĩa 54 2.2 Sơ đồ khối và phân tích chức năng, nguyên lý từng khối 54 2.2.1 Khối nguồn 55 2.2.2 Khối cách ly, khối công suất 56 2.2.3 Khối điều khiển 57 2.2.4 Mạch chỉnh lưu 58 2.3 Nguyên lý làm việc của toàn mạch 60 2.4 Tính chọn các phần tử của mạch công suất 61 2.4.1 Các thông số của động cơ điện 1 chiều như sau 61 2.4.2 Tính toán chọn van động lực 61 2.4.3 Bảo vệ quá nhiệt cho van 63 2.4.4 Bảo vệ quá dòng cho van 63 2.4.5 Bảo vệ quá áp 64 2.5 Tính chọn mạch điều khiển 65 2.5.1 Tính toán các phần tử mạch điều khiển 65 2.6 Tính chọn khối cách ly 67 2.7 Tính chọn khối nguồn cho mạch điều khiển 68 2.8 Bảng dự toán các thiết bị trong đề tài 69
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, các doanh nghiệp trên thị trường đang sử dụng phổ biến nhiều loại động cơ trong quy trình điều khiển, bao gồm động cơ ba pha, động cơ một chiều và động cơ servo Những loại động cơ này đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng của ngành công nghiệp và giao thông vận tải.
Dựa trên những nhu cầu thực tiễn, nhóm em đã quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn” dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Đình Hùng.
Mục đích của đề tài
Nghiên cứu phát triển mạch điều khiển cho động cơ điện một chiều nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo sinh viên ngành tự động hóa tại các trường kỹ thuật Mạch điều khiển này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết mà còn rèn luyện kỹ năng thực hành, chuẩn bị cho họ sẵn sàng làm việc trong lĩnh vực tự động hóa Việc chế tạo mạch điều khiển này cũng góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo trong ngành kỹ thuật.
Giúp cho sinh viên hiểu biết sâu hơn về học phần điện tử công suất.
Phương pháp nghiên cứu
Để hoàn thành nội dung đồ án nhóm nghiên cứu đã áp dụng những phương pháp sau:
Khảo sát đánh giá thiết bị hiện có
Tìm và phân tích tài liệu
Sử dụng phương pháp thực nghiệm
Trao đổi kinh nghiệm và kiến thức với các thầy cô và các bạn sinh viên khác.
Sản phẩm dự kiến đạt được
Một quyển thuyết minh trình bày nội dung đề tài.
Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn
Giới thiệu về động cơ điện một chiều
Trong sản xuất hiện đại, máy điện một chiều là thiết bị quan trọng, được sử dụng làm động cơ điện, máy phát điện và trong nhiều điều kiện làm việc khác Động cơ điện một chiều nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ tốt, thường được ứng dụng trong các ngành công nghiệp yêu cầu cao như cán thép, hầm mỏ và giao thông vận tải Các loại động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ, bao gồm động cơ kích thích độc lập, song song, nối tiếp và hỗn hợp Mặc dù động cơ kích thích độc lập và song song có đặc tính cơ tương tự, nhưng động cơ kích thích độc lập thường được ưa chuộng khi cần công suất lớn, vì dễ dàng điều chỉnh dòng điện kích thích, mặc dù cần nguồn điện phụ Đặc biệt, động cơ điện nối tiếp rất phổ biến trong ngành kéo tải bằng điện.
Hình 1 1 Một số hình ảnh động cơ điện một chiều
1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần: phần tĩnh( stator), phần quay( roto).
Hình 1 2 Cấu tạo động cơ điện một chiều
1) Phần tĩnh (stator) Đấy là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận:
Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường, bao gồm lõi sắt và dây quấn kích từ bên ngoài Lõi sắt được làm từ các lá thép kỹ thuật điện hoặc cacbon dày từ 0.5 đến 1mm, được ép và tán chặt Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện, tạo thành một khối và được sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ Các cuộn dây kích từ này được nối tiếp với nhau trên các cực từ.
Gông từ là thành phần quan trọng trong mạch từ, kết nối các cực từ và tạo thành vỏ máy Đối với máy điện nhỏ và vừa, người ta thường sử dụng thép tấm dày được uốn và hàn Trong khi đó, máy điện lớn thường được chế tạo từ thép đúc Đặc biệt, một số máy điện nhỏ còn sử dụng gang để làm vỏ máy.
Các bộ phận khác gồm:
Nắp máy đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ máy khỏi các vật thể rơi vào, giúp tránh hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng khỏi điện Đối với máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có chức năng làm giá đỡ ổ bi, thường được chế tạo từ chất liệu gang để đảm bảo độ bền và hiệu quả.
Cơ cấu chổi than được thiết kế để truyền dòng điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than nằm trong hộp chổi than và được ép chặt vào cổ góp nhờ lò xo Hộp chổi than được gắn cố định trên giá chổi than, cách điện với giá để đảm bảo an toàn Giá chổi than có khả năng quay, cho phép điều chỉnh vị trí chổi than một cách chính xác Sau khi hoàn tất việc điều chỉnh, cần sử dụng vít để cố định chặt lại vị trí đã điều chỉnh.
2) Phần quay( rotor) Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng là thành phần quan trọng trong việc dẫn từ, thường được làm từ thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) với độ dày 0.5mm Để giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy, các tấm thép này được phủ lớp cách điện mỏng ở cả hai mặt và ép chặt lại Trên bề mặt lá thép có thiết kế hình dạng rãnh, giúp dễ dàng đặt dây quấn vào sau khi ép.
Trong các máy có kích thước trung bình trở lên, người ta thực hiện việc dập lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt, có thể tạo ra những lỗ thông gió dọc trục.
Trong các máy hơi lớn, lõi sắt được chia thành nhiều đoạn nhỏ, với khe hở giữa các đoạn được gọi là khe thông gió ngang trục Khi máy hoạt động, gió sẽ thổi qua các khe này, giúp làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
Cổ góp, còn được gọi là vành góp hay vành đổi chiều, là thiết bị dùng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Cấu trúc của cổ góp bao gồm nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn, được cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0.4 đến 1.2mm, tạo thành hình trụ tròn Hai đầu của trụ tròn được giữ chặt bằng hai vành ốp hình chữ V, và giữa vành ốp với trụ tròn cũng được cách điện bằng mica Đuôi của vành góp nhô cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp.
Các bộ phận khác: Gồm có cánh quạt và trục máy.
Cánh quạt là bộ phận quan trọng trong máy điện một chiều, giúp quạt gió và làm nguội máy Thiết kế máy thường có hai đầu nắp với lỗ thông gió để tối ưu hóa quá trình làm mát Khi máy quay, cánh quạt sẽ hút gió từ bên ngoài vào trong máy Gió sau đó đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn, trước khi được thải ra ngoài qua quạt gió, đảm bảo máy luôn hoạt động hiệu quả và không bị quá nhiệt.
Trục máy : Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
1.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:
1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều chuyển đổi năng lượng điện từ dòng một chiều thành cơ năng Trong quá trình này, một phần năng lượng từ dòng điện bị tiêu tán do tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, trong khi phần còn lại được biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ.
Hình 1 3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Khi dòng điện một chiều chạy qua dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng, từ trường được sinh ra tại phần tĩnh, tác động lên dòng điện trong dây quấn phần ứng Tác động này tạo ra mômen lên roto, khiến nó quay Nhờ vào vành đổi chiều, dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều, đưa vào dây quấn phần ứng Điều này giữ cho lực từ tác động lên dây quấn phần ứng không bị đổi chiều, giúp động cơ quay theo một hướng.
1.1.4 Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều
1) Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Hình 1 4 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều không đủ công suất, mạch điện phần ứng và mạch kích từ được kết nối với hai nguồn điện độc lập, tạo thành động cơ kích từ độc lập.
Hình 1 5 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song
Theo sơ đồ ta có phương trình cân bằng điện áp phần ứng:
𝐸 ư – sức điện động phần ứng, (V)
𝑅 ư – điện trở của mạch phần ứng, (Ω)
𝑅 𝑓 – điện trở phụ trong mạch phần ứng, (Ω)
𝐼 ư – dòng điện mạch phần ứng, (A)
Một số phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều
Ba tham số chính ảnh hưởng đến phương trình đặc tính cơ của động cơ bao gồm từ thông, điện áp phần ứng và điện trở phần ứng Bằng cách điều chỉnh các tham số này, chúng ta có thể thay đổi tốc độ và mô men của động cơ theo nhu cầu Do đó, phương trình đặc tính cơ sẽ phụ thuộc vào ba tham số này, dẫn đến ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ tương ứng.
1.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ Đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song
Khi nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì biểu thức có dạng n = Ce U ∅ - (Rụ + Rf ) M
Khi Rf tăng, độ cứng của vật liệu sẽ giảm, dẫn đến đặc tính mềm hơn Điều này có nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi đáng kể khi tải trọng thay đổi.
Hình 1 10 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ song song với những điện trở phụ khác nhau
Giao điểm giữa các đường đặc tính cơ và đường mômen cản của tải Mc f(n) xác định giá trị số tốc độ khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf Việc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ dưới mức định mức Tuy nhiên, tổn hao lớn trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất động cơ, dẫn đến việc phương pháp này ít được áp dụng.
1.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông
Khi thay đổi điện trở R trong mạch kích thích, mỗi giá trị khác nhau của điện trở sẽ tương ứng với một giá trị của dòng điện It Điều này dẫn đến sự thay đổi của từ thông ∅ và tạo ra một đường đặc tính cơ tương ứng.
Hình 1 11 Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông
Động cơ thường hoạt động ở chế độ định mức với dòng kích từ định mức, cho phép điều chỉnh dòng kích từ theo hướng giảm Điều này dẫn đến việc chỉ có thể điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức Giao điểm giữa đường đặc tính mômen cản Mc = f(n) và các đường đặc tính cơ cho thấy tốc độ xác lập tương ứng với các giá trị khác nhau của từ thông.
1.2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ điện một chiều với kích từ độc lập hoặc động cơ điện kích từ song song khi hoạt động ở chế độ kích thích độc lập Việc cung cấp điện áp điều chỉnh cho động cơ từ một nguồn độc lập được thực hiện thông qua kỹ thuật ghép thành tổ máy phát.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ này chỉ cho phép tốc độ dưới mức định mức do không cho phép điện áp vượt quá điện áp định mức Khi điều chỉnh, mômen giữ nguyên vì ∅ và 𝐼𝑢 không thay đổi Việc giảm điện áp U dẫn đến giảm tốc độ n, đồng thời làm giảm điện áp E.
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp được ứng dụng phổ biến trong giao thông vận tải Phương pháp này thực hiện bằng cách chuyển đổi nối từ song song sang nối tiếp cho hai động cơ Khi hoạt động song song, các động cơ sẽ làm việc với điện áp U = U_dm.
Sau khi chuyển thành đấu nối tiếp thì điện áp đặt vào động cơ là: U=1 2𝑈𝑑m
Giới thiệu về bộ biến đổi AC-DC
1.3.1 Khái niệm về bộ biến đổi AC-DC
Bộ biến đổi AC-DC là mạch điện chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC), được gọi là "bộ chỉnh lưu" Thiết bị này chuyển đổi điện áp AC đầu vào thành điện áp DC có thể điều chỉnh, sau đó tối ưu hóa điện áp này thông qua một nguồn điện áp DC không điều chỉnh.
Bộ nguồn AC/DC ngày càng trở nên quan trọng trong cuộc sống hiện đại, với nhiều ứng dụng thực tiễn Chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, thiết bị tiêu dùng, thiết bị đo lường, sản xuất chất bán dẫn, thiết bị y tế và cả trong các ứng dụng quốc phòng.
1.3.2 Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi AC-DC
Khi nguồn điện xoay chiều được đưa vào bộ biến đổi AC-DC, dòng điện sẽ được chuyển đổi thành dòng điện một chiều thông qua cầu chỉnh pha Sau đó, quá trình làm giảm gợn sóng và ổn áp sẽ tạo ra nguồn điện một chiều ổn định, phù hợp với yêu cầu của thiết bị hoặc hệ thống sử dụng.
1.3.3 Phân loại và các thành phần của bộ biến đổi AC-DC
Bộ biến đổi AC-DC được phân loại theo cấu trúc, nguyên lý hoạt động và ứng dụng Các phân loại phổ biến bao gồm những yếu tố này, giúp xác định cách thức hoạt động và lĩnh vực sử dụng của thiết bị.
Bộ biến đổi tuyến tính là thiết bị sử dụng linh kiện điện tử như transistor và diode để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Phân loại bộ biến đổi tuyến tính bao gồm bộ biến đổi tuyến tính thuần (linear regulator) và bộ biến đổi chuyển mạch tuyến tính (linear switched-mode converter).
Bộ biến đổi không tuyến tính sử dụng các linh kiện điện tử như transistor và điốt SCR để chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều Trong nhóm này, có một số loại bộ biến đổi như bộ biến đổi cắt công suất, bộ biến đổi cắt mặt đồng bộ và bộ biến đổi cắt không đồng bộ Các thành phần chính của bộ biến đổi AC-DC bao gồm
- Transformer (biến áp): Nhằm điều chỉnh điện áp đầu vào từ nguồn AC.
- Cầu chỉnh pha (bridge rectifier): Sử dụng bốn diode để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
- Tụ điện (capacitor): Được kết nối song song với cầu chỉnh pha để làm giảm hiệu ứng gợn sóng của dòng điện một chiều.
- Bộ ổn áp (voltage regulator): Đảm bảo rằng điện áp đầu ra từ bộ biến đổi AC-DC duy trì ở mức nhất định và ổn định.
Bộ biến đổi AC-DC thường được trang bị các linh kiện bảo vệ như điện trở fusible và diot zener nhằm bảo vệ mạch khỏi tình trạng quá tải và ngắn mạch.
Các thành phần như transistor, điốt SCR, tụ lọc và cuộn cảm (inductor) có thể được áp dụng trong bộ biến đổi AC-DC, tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động và yêu cầu cụ thể của ứng dụng.
1.3.4 Ứng dụng và tương lai của bộ biến đổi AC-DC
Bộ biến đổi AC-DC (Chuyển đổi điện xoay chiều thành điện một chiều) đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi nguồn điện và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày cũng như trong các lĩnh vực công nghiệp Một số ứng dụng phổ biến của bộ biến đổi AC-DC bao gồm cung cấp điện cho thiết bị điện tử, hệ thống chiếu sáng và các thiết bị công nghiệp.
Bộ biến đổi AC-DC đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nguồn điện, cung cấp nguồn điện ổn định cho các thiết bị điện tử như máy tính, điện thoại di động, máy tính xách tay và các thiết bị gia dụng.
- Công nghiệp: Trong lĩnh vực công nghiệp, bộ biến đổi AC-DC được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho các máy móc, hệ thống chiếu sáng,
25 máy nén khí và các thiết bị khác.
Bộ biến đổi AC-DC là thành phần thiết yếu trong hệ thống điện mặt trời và pin năng lượng mặt trời, giúp chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện một chiều Nguồn điện này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị gia đình hoặc được truyền tải vào lưới điện, góp phần vào việc sử dụng năng lượng tái tạo hiệu quả.
Xe điện sử dụng bộ biến đổi AC-DC để chuyển đổi nguồn điện từ hệ thống pin thành dòng điện một chiều, cung cấp năng lượng cho động cơ và các thiết bị khác trên xe.
Công nghệ thông tin hiện đại phụ thuộc vào bộ biến đổi AC-DC, thiết bị quan trọng trong các hệ thống mạng, máy tính và viễn thông Bộ biến đổi này đảm bảo cung cấp nguồn điện ổn định, giúp duy trì hiệu suất hoạt động của các thiết bị.
Tương lai của bộ biến đổi AC-DC đang trở nên rất hứa hẹn Sự phát triển công nghệ cùng với nhu cầu gia tăng về năng lượng tái tạo đang thúc đẩy sự tiến bộ trong lĩnh vực này Bộ biến đổi AC-DC sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng hiệu quả, đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng sạch và bền vững trong tương lai.
DC sẽ được cải tiến để nâng cao hiệu suất, giảm kích thước và giá thành Xu hướng tương lai sẽ tập trung vào việc tích hợp công nghệ thông minh và khả năng quản lý năng lượng Các bộ biến đổi AC-DC thông minh sẽ hỗ trợ tương thích và điều khiển qua mạng, tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và quản lý nguồn điện hiệu quả hơn.
Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu
1.4.1 Giới thiệu một số mạch chỉnh lưu một chiều không điều khiển
Mạch chỉnh lưu hình không điều khiển cho phép tạo ra bộ nguồn chỉnh lưu từ điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều với giá trị điện áp cố định, không thể điều chỉnh Dưới đây là một số sơ đồ nguyên lý của các mạch chỉnh lưu không điều khiển.
1.4.1.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển
* Xét trường hợp tải R: a Sơ đồ nguyên lý:
Gồm hai loại: trực tiếp và cách ly được mô tả như hình 1.1a và hình1.1b
Hình 1.13 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia một pha một nửa chu kỳ b> Nguyên lý làm việc
Trong chế độ xác lập của mạch, điện áp phía sau thứ cấp được biểu diễn bởi công thức u2 = √2.U2.sin(ωtt) (v) Khi diode dẫn điện, điện áp sụt trên diode sẽ bằng không.
- Trong 1 2chu kỳ đầu 0 Một số các biểu thức trong mạch
-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:
-Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:
-Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó xẽ là:
- Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp
Do tải thuần trở nên U2 có cùng dạng sóng i2, khai triển chuỗi Fourier của i2 gồm một thành phần một chiều và một thành phần sóng hài AC. i2 = Id + i~
Nếu bỏ qua sức từ động và sóng hài bậc cao ta có thể viết n1i.1 = n2.(i2 - id)
U 2 =n 1 n 2 : là tỷ số máy biến áp ta có: i1 = m(i2 - id)
-Dòng điện trung bình qua diode D:
-Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
- Tính công suất máy biến áp
- Hệ số công suất: Cos ϕ=
- Dạng sóng dòng điện, điện áp tải nhấp nhô nên chất lượng không cao.
- Máy biến áp sử dụng không tốt.
- Muốn dòng tải giảm nhấp nhô phải mắc thêm tụ lọc
* Xét trường hợp tải R + E a Sơ đồ nguyên lý
Hình 1.15 Sơ đồ và dạng sóng mạch chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ không điều khiển tải R+E
-Diode D chỉ cho dòng điện qua tải khi u2 > E Dòng id chỉ tồn tại trong khoảng 1 2 và góc 1 ; 2 là 2 nghiệm của phương trình sau: u 2 =√ 2 U 2sinθ=E
Khi diode dẫn dòng thì biểu thức của dòng điện qua tải khi đó: i d =√ 2 U 2sinθ−E
Khi diode hoạt động trong điều kiện lý tưởng, điện áp đặt lên hai đầu diode là UD = 0 V Ngược lại, khi diode D bị khóa, ta có phương trình u2 = E + UD, trong đó R.id được coi là 0 do dòng điện qua tải rất nhỏ.
Do đó điện áp đặt lên diode D là:
U D =u 2 −E=√ 2U 2sinθ−E c Một số Các biểu thức trong mạch
-Điện áp ngược cực đại đặt lên diode D khi khóa là:
-Dòng điện tải trung bình chảy qua tải là:
-Giá trị dòng điện hiệu dụng qua thứ cấp máy biến áp và qua tải khi chuyển gốc tọa độ 1 góc /2 đến O , có dạng: i d =√ 2 U 2−E
- Điện áp trung bình trên tải:
1.4.1.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển
* Xét với tải thuần trở a Sơ đồ nguyên lý
Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu một pha tải R b Nguyên lý làm việc
Khi mạch hoạt động ở chế độ xác lập, điện áp thứ cấp được biểu diễn là u2 = 2 U2sin(ωt) (v) Trong trường hợp này, khi diode dẫn điện, điện áp sụt trên diode được coi là không có.
- Trong nửa chu kỳ đầu t = 0 đến , điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và
D4 được phân cực thuận, dẫn đến khả năng dẫn điện, trong khi cặp van D2 và D3 bị phân cực ngược, không dẫn điện Kết quả là: uD1 = uD4 = 0; uD2 = uD3 = -u2 ≤ 0; ud = u2 ≥ 0; iD1 = iD4 = id; iD2 = iD3 = 0.
Trong nửa chu kỳ sau từ t = đến 2, điện áp u2 dương, dẫn đến cặp van D1 và D4 bị phân cực ngược và không dẫn điện, trong khi cặp van D2 và D3 phân cực thuận và dẫn điện Kết quả là uD2 = uD3 = 0, uD1 = uD4 = u2 ≤ 0, ud = -u2 ≥ 0, và dòng điện iD2 = iD3 = id, iD1 = iD4 = 0.
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự c Một số Các biểu thức trong mạch
-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:
-Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:
-Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó xẽ là:
- Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp
U 2 : là tỷ số máy biến áp)
-Dòng điện trung bình qua diode D:
-Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
* Xét với tải R + E a Sơ đồ nguyên lý
Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu cầu một pha tải R+E
Trong khoảng 0 < θ < π, điện thế tại điểm A lớn hơn tại B khi u2 > 0 Khi u2 < E, không có dòng điện chảy trong mạch tải và tất cả các diode đều bị khóa Ngược lại, khi u2 > E, diode D1 và D4 mở cho dòng điện chảy qua, với công thức i d = i D1 = i D4 = √2 U2sinθ - E.
Dòng điện chảy qua tải tồn tại đến khi u2 < E, lúc đó D1 và D4 khóa lại.
Trong khoảng π < < 2π, khi đó u2 < 0, điện thế tại điểm B dương hơn A khi nào VB >E thì D2 và D3 mở cho dòng điện chảy qua, ta có: i d =i D2 =i D 3 =−√ 2.U 2sinθ−E
R c Một số Các biểu thức trong mạch
-Trị điện áp ngược cực đại đặt lên diode D khi khóa là:
-Dòng điện tải trung bình chảy qua tải là:
-Giá trị dòng điện hiệu dụng qua thứ cấp máy biến áp và qua tải khi chuyển gốc tọa độ 1 góc /2 đến O , có dạng: i d =√ 2 U 2−E
- Điện áp trung bình trên tải:
1.4.1.3 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển
* Xét trường hợp tải R+L với giả thiết dòng tải bằng phẳng và liên tục. a> Sơ đồ nguên lý
Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu tia pha tải R+L b Nguyên lý làm việc
Khi mạch hoạt động ở chế độ xác lập, điện áp ở phía thứ cấp được xác định như sau: ua = 2U2sin(ωt) (V), ub = 2U2sin(ωt - 120°) (V), và uc = 2U2sin(ωt - 240°) (V), với giả định rằng điện áp sụt trên diode khi dẫn là 0 Volt.
, thì D1 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn D2 và
D3 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Khi đó ta có: uD1 = 0; u D2 = uba < 0; uD3 = uca < 0 ; ud = ua > 0. iD1 = id ; iD2 = iD3 = 0.
D2 phân cực thuận và dẫn điện, trong khi D1 và D3 bị phân cực ngược và không dẫn điện Kết quả là: uD2 = 0; uD3 = ucb < 0; uD1 = uab < 0; ud = ub > 0 Dòng điện iD2 bằng id, còn iD1 và iD3 bằng 0.
, thì D3 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn D1 và D2 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Khi đó ta có:
34 uD3 = 0; u D1 = uac < 0; uD2 = ubc < 0 ; utải = uc > 0. iD3 = itải ; iD1 = iD2 = 0.
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự. c Giản đồ dòng điện, điện áp d Một số biểu thức tính toán
- Điện áp trung bình trên tải.
-Trị số trung bình của dòng điện tải:
- Dòng trung bình qua Diode:
- Dòng hiệu dụng chảy qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp
Hình 1.19 Giản đồ dòng, áp trong mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R+L
- Khi D1 khóa, có điện áp ngược đặt trên D1: u D 1 =u a −u b =√ 6 U 2 sin (θ + πa
6) Như vậy điện áp ngược lớn nhất đặt lên D1 khi hóa là: uD1= 6 U2
* Xét trường hợp tải R: a> Sơ đồ nguên lý u
R i d u A uB uc iA iC i B a u b uc u
Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R b Nguyên lý làm việc
Trong mạch điện đang hoạt động ở chế độ xác lập, điện áp ở phía thứ cấp được xác định như sau: ua = 2U2sin(ωt) (v), ub = 2U2sin(ωt - 120°) (v), uc = 2U2sin(ωt - 240°) (v), với giả định rằng điện áp sụt trên diode khi dẫn là bằng không volt.
, thì D1 phân cực thuận, nên dẫn điện Còn D2 và
D3 bị phân cực ngược, nên không dẫn điện Khi đó ta có: uD1 = 0; u D2 = uba < 0; uD3 = uca < 0 ; ud = ua > 0. iD1 = id ; iD2 = iD3 = 0.
D2 phân cực thuận, dẫn điện với uD2 = 0, trong khi D1 và D3 bị phân cực ngược, không dẫn điện với uD1 = uab < 0 và uD3 = ucb < 0 Do đó, dòng điện iD2 = id, còn iD1 và iD3 đều bằng 0.
D3 phân cực thuận, dẫn điện với uD3 = 0, trong khi D1 và D2 bị phân cực ngược, không dẫn điện với uD1 = uac < 0 và uD2 = ubc < 0 Do đó, utải = uc > 0, dẫn đến iD3 = itải và iD1 = iD2 = 0.
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự. c Giản đồ dòng điện, điện áp
(Hình 2.6.1-9) d Một số biểu thức tính toán
- Điện áp trung bình trên tải.
-Trị số trung bình của dòng điện tải:
- Dòng trung bình qua Diode:
Hình 1.21 Giản đồ dòng, áp trong mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R
- Dòng hiệu dụng chảy qua cuộn dây thứ cấp máy biến áp
- Khi D1 khóa, có điện áp ngược đặt trên D1 u D 1 =u a −u b =√ 6 U 2 sin (θ + πa
Như vậy điện áp ngược lớn nhất đặt lên D1 khi hóa là: uD1= 6 U2
1.4.1.4 Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha không điều khiển a> Sơ đồ nguyên lý: i a i b i c
Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha tải R+L+E b> Nguyên lý làm việc
Khi mạch hoạt động ở chế độ xác lập, điện áp ở phía thứ cấp được xác định như sau: ua = 2U2sin(ωt) (v), ub = 2U2sin(ωt - 120°) (v), và uc = 2U2sin(ωt - 240°) (v) = 2U2sin(ωt + 120°) (v) Trong trường hợp này, điện áp sụt trên diode khi dẫn điện được coi là bằng không Volt.
Khi điện áp được phân bố theo thứ tự ua > uc > ub, cặp van D1 và D5 sẽ dẫn điện, trong khi các van khác sẽ không dẫn điện do bị phân cực ngược Kết quả là uD1 và uD5 bằng 0, trong khi utải bằng uab và lớn hơn 0 Các điện áp uD2, uD3, uD4 và uD6 đều nhỏ hơn 0 Dòng điện iD1 và iD5 bằng itải, trong khi iD2, iD3, iD4 và iD6 bằng 0.
Trong mạch điện, khi điều kiện u thì ua > ub > uc, cặp van D1 và D6 sẽ dẫn điện, trong khi các van khác bị phân cực ngược và không dẫn điện Kết quả là: uD1 = uD6 = 0, utải = uac > 0, uD2 = uba < 0, uD3 = uca < 0, uD4 = uca < 0, uD5 = ucb < 0, với dòng điện iD1 = iD6 = itải và iD2 = iD3 = iD4 = iD5 = 0.
Mục đích và ý nghĩa
Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn (Full Wave Controlled Rectifier) có mục đích biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều, phục vụ cho các ứng dụng điện tử và điện lực Mạch này kiểm soát hoàn toàn quá trình chỉnh lưu, cho phép điều chỉnh mức điện áp đầu ra và nâng cao hiệu suất của hệ thống.
Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn có khả năng chuyển đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều mà không làm mất quá nhiều công suất, từ đó nâng cao hiệu suất hệ thống và cung cấp nguồn điện ổn định cho thiết bị tiêu thụ Nó được ứng dụng rộng rãi trong việc điều khiển tốc độ động cơ điện và điều khiển đèn chiếu sáng.
Sơ đồ khối và phân tích chức năng, nguyên lý từng khối
Khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn, cung cấp nguồn điện xoay chiều ổn định và phù hợp cho hệ thống Nó đảm bảo điện áp đầu vào luôn ổn định, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của mạch chỉnh lưu.
Khối cách ly trong mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn có chức năng tạo ra rào cản điện giữa các phần tử của mạch chỉnh lưu và mạch gốc, từ đó bảo vệ hệ thống và nâng cao độ an toàn trong quá trình hoạt động Đồng thời, khối điều khiển đảm nhận vai trò quan trọng trong việc điều khiển quá trình chỉnh lưu, biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều và điều chỉnh điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu.
Khối chỉnh lưu là thiết bị chuyển đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều bằng cách cho phép dòng điện chỉ chảy trong pha dương, đồng thời loại bỏ phần âm Quá trình này tạo ra nguồn điện một chiều ổn định, phù hợp cho các hệ thống điện.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
Bộ nguồn cung cấp điện xoay chiều ổn định và phù hợp cho hệ thống, đảm bảo điện áp đầu vào luôn ổn định, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của mạch chỉnh lưu.
Nguyên lý hoạt động của mạch điện bắt đầu từ nguồn điện lưới xoay chiều 220V, được hạ áp xuống 15V qua biến áp Điện áp 15V này sau đó được chuyển đổi từ xoay chiều sang một chiều nhờ cầu chỉnh lưu 1A Tiếp theo, điện áp một chiều ổn định 15V được cung cấp bởi IC ổn áp 7815 Cuối cùng, sau khối chỉnh lưu, điện áp 15V được lọc qua tụ 2200μF để làm phẳng điện áp.
Điện áp ổn định cho IC ổn áp 7815 có thể đạt được bằng cách mắc song song với một tụ gốm, giúp loại bỏ thành phần sóng hài của điện áp xoay chiều Để báo hiệu rằng mạch điều khiển có nguồn, ta cũng nên mắc song song với một LED.
Khối điều khiển trong mạch chỉnh lưu cầu một pha hoạt động dựa trên việc sử dụng thiết bị điều khiển như thyristor hoặc triac Các thiết bị này cho phép điều chỉnh góc kích và thời gian conduction, từ đó kiểm soát và duy trì mức điện áp đầu ra theo yêu cầu của hệ thống.
2.2.2 Khối cách ly, khối công suất
Có nhiều phương án cho khâu cách ly, bao gồm việc sử dụng phần tử cách ly quang biến áp xung Đối với mạch công suất nhỏ, chỉ cần sử dụng diode để ngăn chặn dòng điện ngược.
Trong đề tài này, chúng tôi tập trung vào ứng dụng cho các tải công suất trung bình và nhỏ, nhằm đáp ứng yêu cầu về tính gọn nhẹ và giá thành hợp lý Chúng tôi quyết định sử dụng phương án cách ly quang, vì nó mang lại hiệu quả cao, chi phí thấp, và đảm bảo an toàn giữa tải và mạch điều khiển Dựa trên các thông số đã phân tích, chúng tôi lựa chọn sử dụng MOC cho giải pháp này.
3020 để thực hiện khâu cách ly này.
Nguyên lý hoạt động của MOC3020 là sử dụng ánh sáng để điều khiển triac thông qua phototransistor Ánh sáng phát ra từ LED được truyền qua đầu cách ly, kích hoạt phototransistor và sau đó kích hoạt triac để điều khiển tải Quá trình này không chỉ giúp cách ly điện giữa hai mạch mà còn kiểm soát dòng điện chảy qua tải một cách hiệu quả.
Hình 2.3 Sơ đồ mạch điều khiển
Để các van hoạt động đúng thời điểm mong muốn, cần có điện áp thuận và điện áp điều khiển trên điện cực Hệ thống tín hiệu điều khiển phải được tạo ra từ một mạch điện, gọi là mạch điều khiển Điện áp điều khiển cần đáp ứng các yêu cầu về công suất, biên độ và thời gian tồn tại Các thông số cần thiết cho tín hiệu điều khiển đã được cung cấp trong các tài liệu nghiên cứu về van.
Bộ phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm:
Hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung ĐK xuất hiện đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chu kỳ.
Hệ thống ĐK không đồng bộ: Các xung ĐK không tuân theo giá trị của góc ĐK.
Hiện nay, các mạch cổ điển thường được thay thế bằng các IC tích hợp, mang lại kết cấu nhỏ gọn, giá thành hợp lý và độ chính xác cao Một ví dụ điển hình là vi mạch IC TCA 785, với cơ sở lý thuyết đã được trình bày ở phần trước.
Nguyên lý hoạt động của khối điều khiển trong mạch chỉnh lưu cầu một pha hoàn toàn phụ thuộc vào việc điều khiển góc kích của thiết bị Khối điều khiển này có nhiệm vụ tính toán và điều chỉnh góc kích nhằm kiểm soát độ cao của điện áp đầu ra, từ đó tối ưu hóa hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Mạch chỉnh lưu có chức năng dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều.
Nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu:
Các Thyristor được mở theo xung điều khiển α ở các nửa chu kì: T1 mở khi u2 âm, T2 mở khi u2 dương Các thyristor được mở theo góc kích xung α Còn các van
Trong hệ thống điều khiển, khi T1 dẫn, T3 sẽ bị khóa, và khi T3 dẫn, T1 sẽ bị khóa Tương tự, khi T2 dẫn, T4 sẽ bị khóa và ngược lại Để điều khiển điện áp một chiều, vi mạch tích hợp TCA 785 có thể được sử dụng để đơn giản hóa mạch điều khiển.
- Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển.
- Tạo ra điện áp đối xứng.
- Chất lượng điện áp ra như mong muốn.
Nhược điểm :Giá thành đắt.
Nguyên lý làm việc của toàn mạch
- IC TCA 785 (có tích hợp các khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung, khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 (T1, T2, T3, T4)
- Chân 11 của TCA là chân nhận điện đáp điều khiển (từ 0 đến 11V) để thay dổi góc kích mở của Thyristor từ 0 đến 180 độ
- Mạch chỉnh lưu ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
Giả sử ta đặt một điện áp điều khiển có thể thay đổi từ 0 đến 15V vào chân 11 của
IC TCA785, ở chân 14 và 15 của IC TCA785 sẽ xuất ra một chuỗi xung có thể thay đổi từ 0 đến 180 độ
- Nguyên lí hoạt động của mạch lực:
Khi áp dụng 220VAC_L vào anot của T1 và 220VAC_N vào anot của T4 trong bán kỳ đầu, mạch điều khiển sẽ phát sinh một xung với góc anpha tùy thuộc vào điện áp điều khiển, kích hoạt T1 và T2 Dòng điện sẽ chảy từ T1 qua tải, qua T2, và trở về nguồn.
+ Ở bán kì sau mạch điều khiển tới kích mở T3 và T4 Dòng điện có chiều từ T4 qua tải, qua T3 rồi trở về nguồn kết thúc một chu kỳ
Tính chọn các phần tử của mạch công suất
2.4.1 Các thông số của động cơ điện 1 chiều như sau
Uđm = 220 (V); Pđm = 0,2 (kW); Iđm =1,2(A) f= 50 (Hz); n1 = 2000(v/p)
- Các thông số còn lại :
+ Dòng điện định mức phần ứng : Iưdm= 1,2 (A)
+ Hiệu suất : η= Pđm / P1 = Udm Idm Pdm = 7.58*10 -4 + Điện trở mạch phần ứng:
2.4.2 Tính toán chọn van động lực
* Tính toán chọn van động lực (Thyristor)
Tính chọn Thyristor dựa và các yếu tố dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tản nhiệt,
61 điện áp làm việc Các thông số của van được tính như dưới đây:
Ud= U2 √ 2*cosα/π ; với α = 0 ᵒ và Ud = 220V -Từ biểu thức tính toán cho mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn ta có:
+Dòng trung bình qua van:
Ilv = 1,6.1,2 = 1,92 (A) kkđ : Hệ số dòng khởi động
Để chọn van phù hợp nhất, chúng ta cần tính toán dòng trung bình qua từng loại van cụ thể, vì một số điều kiện phụ thuộc vào yếu tố bên ngoài.
Nếu van bán dẫn công chỉ được làm mát bằng tản nhiệt đối lưu tự nhiên, khả năng chịu dòng điện của nó chỉ đạt khoảng 25-30% so với dòng định mức ghi trên van.
*Tính toán chọn máy biến áp nguồn cho mạch lực:
- Từ Ud= U2 √2*cosα/π ; với α = 0 ᵒ và Ud = 220V
+ Từ U2 ta tính được ra ở biểu thức trên kết hợp với biểu thức tính điện áp ngược cực đại trên van, ta có:
+ Mà theo điều kiện điện áp trên van phải thỏa mãn:
Uv = (1,6 - 2) Unguocmax => Uv = (555 – 694) (V); ( Điện áp van phải chịu được) + Từ đây ta chọn van công suất TYN 812, với các thông số:
2.4.3 Bảo vệ quá nhiệt cho van
Khi dòng điện chạy qua van bán dẫn, sẽ xảy ra sụt điện áp dẫn đến tổn thất công suất ΔPP, tạo ra nhiệt và làm nóng van Các van bán dẫn chỉ có thể hoạt động trong một khoảng nhiệt độ cho phép Tcp nhất định; nếu vượt quá nhiệt độ này, van sẽ bị hỏng Để đảm bảo van bán dẫn hoạt động an toàn và không bị chọc thủng do nhiệt, cần phải lựa chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý.
Tổn hao công suất trên mỗi Thyristor là:
Diện tích bề mặt tỏa nhiệt là: Sm ΔPP
Trong đó: ΔPP : là tổn hao công suất trên van τ : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường.
Chọn nhiệt độ môi trường Tmt= 40 0 C Nhiệt độ làm việc cho phép Tcp= 125 0 C, chọn nhiệt độ cánh tản nhiệt tỏa nhiệt Tlv= 80 0 C.
Km hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ chọn Km= 8 (W/m 2 o C)
2.4.4 Bảo vệ quá dòng cho van
Trong quá trình làm việc, sự cố đối với thiết bị biến đổi là điều không thể tránh khỏi Nghiên cứu dòng và áp suất khi xảy ra sự cố là rất quan trọng để bảo vệ hệ thống hiệu quả Để bảo vệ các thiết bị bán dẫn khỏi hư hỏng do dòng điện, người ta thường sử dụng dây chảy tác động nhanh, chỉ mất vài mili giây Dây chảy này được làm từ bạc lá và được đặt trong vỏ sứ chứa cát thạch anh hoặc nước cất.
Các thông số quan trọng của dây chảy bao gồm điện áp định mức và dòng điện định mức Cần lưu ý không nên kết nối dây chảy vào mạng điện có điện áp vượt quá điện áp định mức của nó Dòng điện định mức của dây chảy cần được lựa chọn sao cho bằng hoặc lớn hơn mức yêu cầu.
Dòng định mức của thiết bị bán dẫn là 63, nhưng không được vượt quá 10% dòng làm việc của van Thời gian tác động của cầu chì cần phải nhỏ hơn hoặc bằng thời gian chịu đựng của thiết bị.
Dùng cầu chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu, dòng điện định mức của dây chảy nhóm 2CC là:
⇒ Chọn cầu chảy nhóm 2CC loại 2 (A)
- Các thyristor cũng rất nhạy cảm với điện áp lớn hơn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp. a> Nguyên nhân nội tại:
Khi khóa thyristor bằng điện áp ngược, các điện tích đổi chiều tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn từ 10 đến 100 micro giây Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược này dẫn đến một sức điện động cảm ứng lớn trong các điện cảm, gây ra quá điện áp Quá điện áp này là tổng hợp của điện áp làm việc và Ldi/dt.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng này thường xảy ra ngẫu nhiên, chẳng hạn như do xét đánh, khi cầu chì bảo vệ bị đứt, hoặc trong quá trình đóng cắt máy biến áp nguồn Khi cắt máy biến áp nguồn, dòng điện từ hóa bị ngắt, dẫn đến việc năng lượng từ trường tích lũy trong lõi sắt từ chuyển thành năng lượng điện trường, tích trữ trong các tụ điện ký sinh rất nhỏ giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp Điện áp phát sinh trong trường hợp này có thể lớn gấp năm lần so với điện áp làm việc bình thường.
-Để bảo vệ ủiện ỏp người ta thường dựng mạch RLC, bảo vệ riờng cho từng thyristor như hình 3.1.
Khi lựa chọn điện áp định mức cho thyristor, người ta thường chọn U ≥ 1,2 U ủm, con số này thấp hơn nhiều so với giá trị cực đại của các quá trình quá điện áp Các quá trình này có độ tăng trưởng du/dt lớn, dẫn đến việc đạo hàm điện áp sinh ra dòng điện qua tụ điện C, nối giữa anot và catot của thyristor Đồng thời, điện cảm L cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế biên độ của dòng điện này.
Khi kích mở thyristor, tụ điện C sẽ phóng điện qua thyristor với điện trở R hạn chế dòng điện Mặc dù các linh kiện bảo vệ có thể được tính toán bằng công thức, trong thực tế, người ta thường sử dụng phương pháp kinh nghiệm để chọn giá trị cho các linh kiện: C từ 0,25 đến 4 uF, R từ 2 đến 30 Ω, và L từ 50 đến 100 uH.
Hình 2.6 Sơ đồ mạch bảo vệ quá áp
Tính chọn mạch điều khiển
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor: Điện áp điều khiển: Uđk= Ug= 1,5 (V)
Dòng điện điều khiển: Iđk= 15 (mA) Độ rộng xung điều khiển tx= 100 ( μAA )
Mức độ sụt biên độ xung: Sx= 0,1 Độ mất đối xứng cho phép: ΔPα = 4 0 Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unguồn= 15 (V)
2.5.1 Tính toán các phần tử mạch điều khiển
=>1 chu kì xung răng cưa : T1 = 10ms.
Chọn tụ răng cưa:C10 có giá trị : 500pF – 1uF
Thời điểm phát xung:tTr V 11 R 9 C 10
R 9 Điện áp trên tụ: V10 V ref KΦ.t
R 9 C 10 TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc α từ 0 0 đến 180 0 điện Thông số chủ yếu của TCA là: Điện áp nguồn nuôi:US= 15V
Dòng điện tiêu thụ:IS= 10mA
Dòng điện ra:I= 50mA Điện áp răng cưa:URC max= (US- 2) V Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9= (20 ¿ 500) k Điện áp điều khiển:U11 = - 0,5 ¿ (US – 2) V
Dòng điện đồng bộ:IS = 200 ( μA A)
Tần số xung ra:f = (10 ¿ 500) Hz
Chọn giỏ trị ngoài thực tế: C10=0,1(àF); C12 = 4,7nF ; R9 = 33kΩ.
Biến trở điều chỉnh xung răng cưa: VR1= 10kΩ.
Biến trở điều chỉnh chân 11(điện áp điều khiển):VR2 = 10kΩ.
Tính chọn khối cách ly
Hình 2.7 Sơ đồ, cấu tạo của cách ly quang
Yêu cầu: đối với MOC 3020
Dòng điện vào (DC) là 50(mA)
Năng lượng tổn hao ở 25 0 là : 100mW
Điện áp vào điều khiển : 250V
Dòng ra điều khiển (50Hz ≤ f ≤ 60Hz)
Tổn hao năng lượng (TA% 0 C): 300mW Điện áp ra của TCA là Umax=VccV Sụt áp tại diode lúc này điện áp còn lại là:U=Vcc - 0.7= 15-(0.7*2),6( V).
MOC3020 có dòng vào chân 1 là IgtPmA, lúc này ta có điện trở cần trong mạch là:
=> Chọn trở là R8=R9"0 Điện áp sụt tại đầu ra của MOC là Us=3V và dòng điện vào để điều khiển TYN812 dẫn là IgtmA, nên ta có:
Tính chọn khối nguồn cho mạch điều khiển
Để đảm bảo mạch chỉnh lưu hoạt động hiệu quả, cần xác định điện áp đầu vào phù hợp với nguồn điện sử dụng Nếu nguồn điện là AC từ lưới điện, điện áp đầu vào phải tương ứng với điện áp lưới.
Để đảm bảo mạch chỉnh lưu hoạt động hiệu quả, việc xác định điện áp đầu ra mong muốn là rất quan trọng Điện áp này phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của tải, do đó cần phải xác định chính xác điện áp đầu ra cần thiết để tải có thể hoạt động đúng cách.
Để xác định công suất tải (Pload) mà khối nguồn cần cung cấp, bạn có thể sử dụng công thức: Pload = Vload * Iload Trong đó, Vload là điện áp đầu ra mong muốn và Iload là dòng điện cần thiết cho tải.
Hiệu suất nguồn là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của khối nguồn Do hiệu suất thường không đạt 100%, việc xác định một mức hiệu suất dự kiến hoặc sử dụng giá trị thông thường là cần thiết.
Để tính toán công suất đầu vào (Pin), bạn có thể sử dụng công thức: Pin = Pload / Efficiency Trong đó, Pload đại diện cho công suất tải đã xác định và Efficiency là hiệu suất nguồn dự kiến.
Để xác định dòng điện đầu vào (Iin), chúng ta sử dụng công thức Iin = Pin / Vin, trong đó Pin là công suất đầu vào và Vin là điện áp đầu vào.
Để xác định dung lượng điện của khối nguồn (C), cần tính toán để duy trì điện áp đầu ra ổn định Công thức tính dung lượng điện sẽ giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
C = (Iload * T) / ΔV, trong đó Iload là dòng điện tải, T là chu kỳ chuyển đổi của thyristor hoặc triac, và ΔV là biến thiên điện áp đầu ra.
Để xác định công suất tiêu thụ của khối nguồn (Pconsumed), bạn có thể sử dụng công thức Pconsumed = Pin + Ploss, trong đó Pin đại diện cho công suất đầu vào và Ploss là công suất tổn thất trong quá trình chuyển đổi.
Bảng dự toán các thiết bị trong đề tài
Nguyên tắc điều khiển của mạch chỉnh lưu cầu một pha hoàn toàn phụ thuộc vào việc điều chỉnh góc kích của thiết bị điều khiển như thyristor hoặc triac, nhằm kiểm soát mức độ điện áp đầu ra.
Tấm điều khiển nhận tín hiệu từ nguồn điều khiển như vi xử lý hoặc vi điều khiển, thường dưới dạng tín hiệu analog hoặc tín hiệu số.
Tính toán góc kích là quá trình điều chỉnh góc kích của thiết bị điều khiển dựa trên tín hiệu điều khiển Góc kích thể hiện thời gian conduction trong mỗi chu kỳ điện áp đầu vào; khi góc kích tăng, thời gian conduction kéo dài, dẫn đến điện áp đầu ra cao hơn Ngược lại, khi góc kích giảm, điện áp đầu ra sẽ giảm theo.
Kích hoạt thiết bị điều khiển là bước đầu tiên trong quá trình biến đổi tín hiệu, nơi tấm điều khiển sử dụng tín hiệu điều khiển để kích hoạt các thiết bị như thyristor hoặc triac Khi được kích hoạt, những thiết bị này cho phép dòng điện chảy qua mạch chỉnh lưu, chuyển đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều Bằng cách điều chỉnh góc kích và thời gian dẫn điện, tấm điều khiển có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu, kiểm soát mức điện áp mà thiết bị cho phép chảy qua trong mỗi chu kỳ điện áp đầu vào.
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ
*Điện áp rơi trên tải:
*Điện áp rơi trên van thyristor 4
*Điện áp rơi trên van thyristor 3:
*Điện áp rơi trên van thyristor 2:
*Điện áp rơi trên van thyristor 1:
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã thu được nhiều kiến thức quý báu về cách thay đổi điện áp động cơ Bên cạnh đó, chúng em cũng tích lũy được nhiều kinh nghiệm thực tiễn và quy trình làm việc hiệu quả trong quá trình hoàn thành đồ án.
Dù đồ án của chúng em đã hoàn thành, nhưng vẫn còn nhiều thiếu sót do hạn chế về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp từ các thầy cô để đồ án có thể hoàn thiện hơn.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong khoa đã tận tình hỗ trợ, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hưng Yên, ngày tháng năm 2023
Nhóm sinh viên thực hiện