Đặc biệt do công nghệ phát triển của các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyền động điện không ngừng đáp ứng được độ tác đ
Khái quát về máy bơm và yêu cầu khởi động 6 1.1 Cấu tạo máy bơm
Máy bơm nước 3 pha công suất lớn là gì?
- Máy bơm nước ba pha công suất lớn là dòng máy bơm nước được trang bị động cơ điện 3 pha, cần điện áp 380V điện áp định mức 0,4KW của Việt Nam với tần số chủ yếu là 50HZ thì mới có thể hoạt động và có công suất làm việc từ 15HP trở lên.
Do có công suất lớn, lại có khả năng làm việc ổn định, máy bơm nước 3 pha công suất lớn ngày càng được ưa chuộng trên thị trường, được ứng dụng nhiều vào các hoạt động sản xuất công nghiệp, các công trình thuỷ lợi, hệ thống cung cấp nước ở khu dân cư,
- Dưới đây là một số đặc điểm nổi bật của máy bơm nước 3 pha công suất lớn: Động cơ máy bơm 3 pha công suất lớn có thể đạt được hiệu suất làm việc cao nên người ta có thể thiết kế động cơ vòng lớn, tải trọng lớn dẫn đến công suất của các máy bơm này lớn.
Tùy thuộc vào thiết kế động cơ, máy bơm có thể được quấn với động cơ ba pha lồng sóc hoặc động cơ ba pha thông thường. Động cơ trên 15HP áp dụng chế độ kết nối delta, gián tiếp chuyển chế độ hoạt động của máy bơm từ kiểu sao sang kiểu delta, để giảm tình trạng quá tải có thể gây ra quá tải đường dây truyền tải khi động cơ đang chạy.
Hiện nay các loại động cơ máy bơm nước rất đa dạng bao gồm động cơ đặt cạn và động cơ đặt chìm, tùy theo từng loại máy bơm khác nhau mà người ta thiết kế các loại động cơ khác nhau và số lần quay cũng khác nhau.
Cấu tạo của máy bơm nước 3 pha công suất lớn
Hình 1 Cấu tạo của máy bơm
Một máy bơm nước 3 pha công suất lớn có cấu tạo về cơ bản tương tự như các loại máy bơm thông thường khác, bao gồm 4 phần chính như sau:
Bánh công tác: Bánh xe đúc gang tiêu chuẩn mang đến sự chính xác cho sản phẩm, có 3 dạng kết cấu chính là bánh công tác hở hoàn toàn, nửa hở và kín Các bánh răng lắp trên trục bơm, kết hợp với các chi tiết khác được gắn cố định vào trục tạo thành bộ phận quay của bơm, gọi là rôto
Trục bơm: Làm bằng thép hợp kim, có chốt với bánh công tác
Bộ phận dẫn hướng vào: hai bộ phận này thuộc thân máy bơm
Bộ phận dẫn hướng ra: (khoang xoắn ốc) làm bằng gang, có hình dạng phức tạp
Ứng dụng của máy bơm nước 3 pha công suất lớn
Máy bơm nước 3 pha công suất lớn đã có từ rất lâu và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Dưới đây là một số ứng dụng của máy bơm nước 3 pha công suất lớn:
Bơm nước hoặc nước ngầm từ các hố móng để phục vụ cho việc xây dựng nhà ở, cầu cống, nền móng …
Bơm bùn thường có thiết kế công suất lớn hơn, ống được làm bằng vật liệu chống ăn mòn và chống bám dính.
Sử dụng trong hệ thống cấp nước của chung cơ, công trình thuỷ lợi (hút nước ngập úng,…)
Cấp nước trong nuôi trồng thủy sản giúp con người tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành hệ thống sản xuất.
Xử lý bùn, nhất là trong việc nạo vét ao hồ.
Sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp hoặc công nghiệp thực phẩm.
Trong khai thác mỏ, máy bơm để chống cháy nổ…
Nguyên lý hoạt động
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của máy bơm nước 3 pha
Máy bơm sẽ hút hết không khí trong đường ống ra ngoài tạo thành môi trường chân không và giảm áp suất trong đường ống về 0 Lúc này nước trong ống dâng lên do có áp suất khí quyển trên mặt nước Khi thân máy bơm và đường ống hút được cấp nước hoàn toàn, máy sẽ chạy trong quá trình hút và đẩy nước liên tục, tạo ra dòng nước liên tục giúp dẫn nước.
1.2.2 Đặc tính máy bơm nước Điện áp sử dụng : Điện áp sử dụng thông thường của các loại bơm khác là 220V và 50Hz Tuy nhiên cũng có một số loại máy bơm sử dụng nguồn điện 110V hay nguồn điện 3 pha Đối với nguồn điện 110V trong quá trình sử dụng đòi hỏi phải thông qua một biến áp để giảm hiệu điện thế Và nếu như cắm nhầm máy bơm sử dụng nguồn 110V vào nguồn 220V sẽ dẫn đến cháy máy bơm.
Lưu lượng bơm: Đây là đại lượng biểu thị lưu lượng nước mà máy bơm có thể bơm được trong một đơn vị thời gian nhất định thông thường là /h. Độ cao: Là độ cao mà máy bơm nước có thể vận chuyển nước từ điểm hút nước đến điểm cao nhất cho phép của máy bơm Thông thường độ cao của máy bơm chỉ đạt được 80% so với độ cao ghi trên máy bơm bởi còn tùy thuộc rất nhiều yếu tố khách quan cũng như chủ quan khác.
Công suất của máy bơm: Công suất của máy bơm là một đại lượng khá quan trọng cần được lưu tâm Hãy chọn một loại máy bơm phù hợp nhất với mục đích sử dụng để tránh sự lãng phí hay sự thiếu hụt trong quá trình sử dụng.
Trước khi khởi động bơm, phải kiểm tra để đảm bảo trục của động cơ có thể quay tự do Một số bơm có một rãnh nhỏ trên đầu trục phía cánh bơm Khi bơm bị kẹt, tra chìa vặn vít vào rãnh nhỏ này rồi dùng búa gõ nhẹ.
Chỉ khởi động bơm khi bơm và ống hút đã chứa đầy nước. Không được cho bơm chạy khô, nếu chạy lâu sẽ bị hỏng cánh, khoang chia nước dẫn tới cháy động cơ… Với bơm ba pha, động cơ phải được đặt theo đúng chiều mũi tên vẽ trên thân bơm(Theo chiều kim đồng hồ khi nhìn động cơ từ phía cánh bơm).Nếu động cơ đặt không đúng chiều, phải đảo các mối nối dây dẫn điện từ nguồn Bơm chỉ được phép hoạt động theo các thông số quy định Nếu muốn cho bơm hoạt động ra ngoài khoảng quy định, có thể điều chỉnh van cổng trên ống hút hoặc điều chỉnh áp suất của bất kỳ rơ le áp suất nào.
Nguyên lý khởi động động cơ không đồng bộ.9 2.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ
Cấu tạo động cơ không đồng bộ
Mặt cắt ngang hai bộ phận chính của động cơ KĐB 3 pha
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha gồm hai bộ phận chính là: stato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy.
Stato là phần tĩnh gồm hai phần chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra có võ máy và nắp máy. a, Lõi thép
Lõi thép stato có các rãnh hướng trục
Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được ép và bên trong vỏ máy. b Dây quấn
Sơ đồ triển khai dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh
Dây quấn stato làm bằng dây quấn bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh lõi thép Hình dưới là sơ đồ triển khai dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh của stato, dây quấn pha A trong các rãnh 1, 4, 7, 10, pha B đặt trong các rãnh 3, 6, 9,12, pha C đặt trong các rãnh 2, 5, 8, 11.
Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay. c Vỏ máy
Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ Hai đầu vỏ có nắp máy, ở đỡ trục
Võ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.
Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. a Lõi thép
Mặt cắt ngang của lõi thép stato
Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục. b Dây quấn
Roto lồng sóc công suất lớn
Roto lồng sóc công suất nhỏ
Dây quấn roto có hai kiểu: roto ngắn mạch (còn gọi là roto KĐB lồng sóc) và roto dây quấn.
– Roto lồng sóc: Động cơ điện có roto lồng sóc gọi là động cơ KĐB lồng sóc Loại roto lồng sóc công suất trên 100 kW, trong các rãnh của lõi thép roto đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch hai vòng đồng tạo thành các lồng sóc. Ở động cơ roto lồng sóc công suất nhỏ được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép roto, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc ngắn mạch và cánh quạt làm mát.
Loại động cơ có roto dây quấn gọi là động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn Trong rãnh lõi thép roto người ta đặt dây quấn ba pha Dây quấn roto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục roto và được cách điện với trục.
Dây quấn roto có thể nối với biến trở ngoài
Nhờ ba chổi than tì sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn roto được nối với 3 vòng tiếp xúc, nhờ đó chổi than dây quấn roto nối được với ba biến trở bên ngoài để mở máy hay điều chỉnh tốc độ. Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc đảm bảo Động cơ roto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt và vận hành kém tin cậy hơn động cơ lồng sóc, nên chỉ được dùng khi động cơ lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động.
Đặc tính động cơ không đồng bộ
Tốc độ quay có quan hệ với hệ số trượt s theo biểu thức:
Khi tải tăng, công suất P trên trục động cơ tăng, moment cản 2 tăng lên từ đó hệ số trượt s tăng lên và tốc độ động cơ giảm xuống (hình dưới). Đặc tính tốc độ quay
Hiệu suất động cơ được tính như sau:
P1 là công suất tác dụng điện động cơ tiêu thụ để biến đổi sang công suất cơ P 2
P2 là công suất cơ hữu ích trên trục động cơ. Động cơ không đồng bộ 3 pha thường được thiết kế sao cho hiệu suất cực đại khi hệ số tải k = 0,7 Trong khoảng k = 0,5 t t ÷ 1 hiệu suất hầu như không đổi (hình bên dưới) Hiệu suất động cơ công nghiệp khoảng 0,75 ÷ 0,95. Đặc tính hiệu suất
2.1.2.3 Hệ số công suất cosφ
Hệ số công suất của máy điện không đồng bộ 3 pha là tỉ số giữa công suất tác dụng P với công suất toàn phần S.1
Q là công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ để tạo ra từ trường cho máy.
Khi máy quay không tải, công suất P nhỏ, do đó cosφ thấp chỉ 1 từ 0,2 ÷ 0,3.
Khi tải tăng, công suất P tăng và cosφ được tăng lên đạt đến 1 giá trị định mức cosφ = 0,8 ÷ 0,9.đm
Khi quá tải, từ đường đặc tính cosφ ta thấy khi dòng điện vượt định mức (tức I1/Iđm > 1) thì cosφ lại giảm xuống, do từ thông tản tăng, Q tăng.1
Từ đặc tính cosφ ta thấy, không nên cho máy làm việc không tải hoặc non tải.
Ngoài ra qua các đồ thị ta thấy khi công suất P tăng thì 2 moment M và dòng điện stato I đều tăng.1
Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ
Hình 2.2 Mạch khởi động trực tiếp động cơ (IEC)
- Nguyên tắc khởi động : Động cơ được đóng điện trực tiếp vào nguồn điện lưới bằng aptomat MCCB và khởi động từ M
Bật CB đèn tín hiệu mầu vàng (Yellow) sáng Nhấn nút Start, cuộn dây contactor M(11,2) có điện , đóng tiếp điểm duy trì M(9, 11) và đóng tiếp điểm chính M ở mạch động lực, cấp điện 3 pha cho động cơ hoạt động, đồng thời đèn xanh (green) sáng, mở tiếp điểm M(9, 13) làm đèn vàng tắt Nhấn nút Stop, cuộn dây contactor M mất điện, tiếp điểm chính M ở mạch động lực mở ra, động cơ ngừng hoạt động Khi quá tải hoặc mất pha phần tử đốt nóng rơ le nhiệt OL(Over Load) tác động mở tiếp điểm OL(3, 7), cuộn dây contactor M mất điện, tiếp điểm động lực M mở ra, động cơ ngừng hoạt động, đồng thời đóng tiếp điểm OL(3,5), dẫn đến đèn đỏ (red) sáng
- Ưu điểm của phương pháp khởi động trực tiếp :
Phương pháp khởi động trực tiếp là một trong những phương pháp có tính đơn giản nhất và chỉ được áp dụng cho các cho các động cơ có công suất nhỏ
Khi sử dụng nguồn điện có công suất rất lớn so với những công suất động cơ thì nên dùng loại phương pháp này vì thời gian mở động cơ máy nhanh, cũng như thao tác mở máy đơn giản và momen mở máy lớn.
- Nhược điểm của phương pháp khởi động trực tiếp :
Nhược điểm của phương pháp khởi động trực tiếp này chính là dòng điện mở máy khá lớn và nếu quán tính của những dòng tải khá lớn (từ 5 đến 8 lần dòng định mức ) thời gian khởi động với dòng điện mở máy kéo dài hơn dẫn đến ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ Đặc biệt nó có thể làm cho những động cơ điện bị phát nóng và các động cơ khởi động không êm, chính điều này sẽ ảnh hưởng đến các lưới điện áp vì thời gian bị giảm áp bị quá lâu Ngoài ra, khi sử dụng phương pháp này sẽ kéo theo các động cơ phức tạp hơn như vận hành khó hơn, bảo quản phức tạp cho các roto lồng sóc.
- Ứng dụng của phương pháp khởi động trực tiếp
Hiện nay, phương pháp khởi động trực tiếp được ứng dụng cho các lực quán tính nhỏ như tâm, tiện, bơm ly, máy mài, máy khoan cần …
2.2.2 Phương pháp khởi động đổi nối Sao/ Tam giác
Phương pháp khởi động bằng đổi nối sao/ tam giác được áp dụng nhiều trong các lĩnh vực với những động cơ có công suất trung bình khi làm việc đấu hình tam giác, với ưu điểm giảm dòng khởi động xuống 1/3 lần so với khởi động trực tiếp, tiết kiệm nhiều về mặt chi phí…
Khi mới được khởi động, động cơ sẽ chạy ở chế độ đấu dây hình sao, đến khoảng 75% tốc độ thì nó sẽ chuyển sang chế độ tam giác thường trực. Điện áp đặt vào mỗi pha và momen khởi động sẽ giảm đi 3 lần khi động cơ chạy ở chế độ điện áp sao Khi này dòng điện sẽ giảm đi đáng kể nhất là khi sử dụng tải động cơ công suất lớn.
Hình 2.4 Mạch khởi động sao – tam giác động cơ (IEC)
Bật CB đèn vàng báo hiệu sáng Nhấn nút Start, cuộn dây contactor M(11,2) có điện đóng tiếp điểm duy trì M(9, 11) cuộn dây timer T và contactor S có điện đóng tiếp điểm chính M,S ở mạch động lực cấp điện 3 pha động cơ IM động cơ mở máy chế độ sao Bên cạnh đó Tiếp điểm S(11,17) đóng lại đèn xanh (Blue) báo hiệu sáng, tiếp điểm M(9, 25) mở đèn vàng tắt Sau thời gian chỉnh định, tiếp điểm thường đóng mở chậm
T.TO(11,13) của rơ le thời gian mở ra và tiếp điểm thường mở đóng chậm T.TC(11,19) của rơ le thời gian đóng lại, cuộn dây contactor S(15,2) mất điện và cuộn dây contactor D(21,2) có điện, đóng tiếp điểm chính D ở mạch động lực, nới các pha các đầu dây A-Y, B-Z, C-X động cơ IM hoạt động theo chế độ tam giác, tiếp điểm D(11,23) đóng lại đèn bào màu xanh (Green) sáng Nhấn nút Stop, cuộn dây contactor M mất điện, tiếp điểm chính M ở mạch động lực mở ra động cơ ngừng hoạt động Khi quá tải hoặc mất pha phần tử đốt nóng rơ le nhiệt OL tác động mở tiếp điểm OL(3, 7) cuộn dây contactor M mất điện tiếp điểm động lực M mở ra động cơ ngừng hoạt động, đồng thời đóng tiếp điểm OL(3,5) đèn đỏ báo hiệu sáng.
- Ứng dụng của mạch khởi động đổi nối Sao/Tam giác Được ứng dụng thực tế trong các thiết bị máy bơm nước có công suất lớn tại nhà máy, khu xử lý nước Hệ thống giúp làm giảm dòng khởi động xuống 3 lần, tránh sụt áp, ảnh hướng đến các hệ thống điện lưới và thiết bị liên quan Phương pháp này có chi phí khá rẻ, được ứng dụng khá phổ biến, mang lại lợi ích cao cho con người.
2.2.3 Phương pháp Khởi động mềm
Bộ khởi động mềm là gì?
Hình 2.5 Một số loại bộ khởi động mềm
Bộ khởi động mềm không thay đổi tần số nguồn cấp giống như biến tần, thay vào đó nó tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ một mức điện áp định trước lúc vừa khởi động lên đến điện áp định mức Với phương pháp khởi động này , người sử dụng có thể điều chỉnh được chính xác momen khởi động mong muốn, bất kể đó là khởi động không tải hay có tải.
Khởi động mềm (soft start ) là thiết bị khởi động động cơ không đồng bộ công suất lớn dùng bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển tăng dẫn điện áp stato bằng cách điều khiển góc kích SCR Sơ đồ mạch điều áp xoay chiều 3 pha.
Cấu tạo, nguyên lý làm việc của softstarter (Khởi động mềm)
Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm
- Bộ khởi động mềm là một thiết bị được sử dụng để khởi động và dừng động cơ cảm ứng một cách an toàn, được sử dụng để giảm dòng khởi động, động cơ tăng tốc từ từ đến khi đạt tốc độ định mức Quá trình tăng tốc động cơ nhờ điều khiển đóng mở góc kích của Tiristo để điều khiển điện áp tăng dần từ điện áp nhỏ ban đầu đến giá trị định mức Ngoài ra, khởi động mềm còn có khả năng bảo vệ thấp áp và quá dòng
- Bộ khởi động mềm thích hợp cho các hệ truyền động dừng thường xuyên nhằm giảm áp lực cơ học lên đầu trục của động cơ.
Hình 2.7 Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực (IEC)
Công dụng của khởi động mềm
- Một trong những lợi ích của phương pháp khởi động mềm này là khả năng để điều chỉnh mô men chính xác khi cần thiết cho dù ứng dụng là tải hay không.
Khởi động mềm giúp tránh đi những ảnh hưởng nhiều hơn cho các thiết bị máy móc, và kết quả là chi phí bảo trì thấp hơn.
- Một tính năng của bộ khởi động mềm là chức năng dừng mềm,chức năng này thực sự hữu ích khi dừng bơm, nơi mà xảy ra hiện tượng búa nước khi dừng trực tiếp như trong khởi động sao- tam giác và khởi động trực tiếp.
- Chức năng dừng mềm cũng rất hữu ích khi dừng băng tải vận chuyển các vật liệu dễ vỡ, có thể bị hư hỏng khi các vành đai dừng quá nhanh. Ứng dụng khởi động mềm vào thực tiễn?
– Động cơ điện cho chuyên chở vật liệu.
– Động cơ vận hành non tải lâu dài.
– Động cơ có bộ chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải )
– Động cơ có quán tính lớn (quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy nghiền, máy ep, máy khuấy, máy dệt …) Ưu điểm của khởi động mềm
Thiết kế mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều 3
Thiết kế mạch động lực
Hình 3.1 Sơ đồ bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha bằng cặp Thyristor mắc song song ngược
3.1.1.Tính chọn van bán dẫn
Theo đề bài tính chọn van theo dòng điện và điện áp Dòng điện khởi động lớn nhất của động cơ là:
Dòng điện qua Tiristo trong thời gian khởi động là:
IT = Ikđmax / 2 = 540A Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van là:
Dòng điện trung bình qua Tiristo là:
Chọn van theo dòng điện :
Chọn được van Tiristo loại T14-160 có các thông số kỹ thuật là:
3.1.2 Mạch bảo vệ RC Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van:
Hằng số thời gian mạch nạp RC phải được chọn theo điều kiện:
Tn > Ungmax/du/dt = = 0,5às
Do đú: chọn T = RC = 1às.n
3.1.3 Tính cuộn kháng đầu vào
Cuộn kháng đầu vào được chọn để hạn chế tốc độ tăng dòng điện nhỏ hơn trị số cho phép, nên chọn :
Dòng điện khởi động lớn nhất là:
Do đú hằng số thời gian mạch t = LR= = 5,4àsL Điện cảm đầu vào được tính:
3.2 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống chỉnh lưu
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chỉnh lưu thyristor
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp khâu đồng pha Đầu vào tín hiệu xoay chiều biên độ nhỏ lấy từ máy biến áp Đầu ra là tín hiệu xung vuông đồng pha với tín hiệu điện áp lưới đưa vào khâu tạo điện áp tựa Urc
Sơ đồ gồm mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ và một khâu so sánh Cuộn thứ cấp của biến áp đồng pha gồm hai cuộn dây có điểm giữa trung tính Sau hai nữa chu kỳ điện áp hình sin ở đầu vào Đ1và Đ thì ở đầu ra của nó có điện áp dương.2
Tín hiệu đồng pha này được đưa vào cổng không đảo của khuếch đại thuật toán OA và so sánh với điện áp một chiều 1
(trên chiết áp P ) đặt vào cổng đảo của OA Kết quả ở đầu ra 1 1 của OA ta có được các xung chữ nhật hai cực tính1
3.2.2 Khâu tạo điện áp răng cưa
Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa ( U ) đồng pha với điện áp rc lưới Trong bản thiết kế này ta chọn sơ đồ dùng vi mạch, tín hiệu răng cưa được tạo thành nhờ sự phóng nạp của tụ C Sơ đồ mắc theo kiểu tích phân, phần tử chính của mạch là tụ C và khuếch đại thuật toán OA và OA 1 2
Trong khoảng điện áp đồng bộ âm, tụ C được nạp nhanh đến trị số UCmax Trong khoảng điện áp đồng bộ dương, Đ khóa, 3 tụ C được nạp từ nguồn +E nên điện áp trên tụ C (điện áp đầu ra của OA ) giảm dần về không ở cuối nửa chu kỳ.2
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp khâu tạo điện áp răng cưa
Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp khâu so sánh và tạo xung
Nhiệm vụ của khâu so sánh là so sánh điện áp răng cưa
Urc với điện áp điều khiển U để định thời điểm phát xung mở đk
Thyristor. Điện trở R 10 ,R 14 có tác dụng hạn chế đầu vào khuếch đại thuật toán Điot Đ có tác dụng ngắn mạch xung âm.4 Điện áp đầu ra của khâu so sánh tại điểm U :ss
Tại thời điểm U = Uđk là điểm lật trạng thái xác định thời rc điểm phát xung.
3.2.4 Khâu tách xung và tạo xung chùm a Khâu tách xung a b
Hình 4.5 Sơ đồ và giản đồ điện áp khâu tách xung
Khâu tách xung có nhiệm vụ xác định khoảng điện áp nguồn đặt lên tiristo dương để cấp xung kích mở cho các thyristor Hai cặp điot D5,D6 và D9,D8 luôn giữ cho điện áp 2 đầu đảo và không đảo của của khuếch đại thuật toán sấp sỉ± 0,7 V
UaU b0 Điot D7 và D10 có nhiệm vụ loại bỏ phần xung âm b.Khâu tạo xung chùm
Hình 4.6 Sơ đồ và giản đồ điện áp khâu tạo xung chùm Để đảm bảo Thyristor mở thông trong giai đoạn làm việc, tránh hiện tượng mất điều khiển cần có xung liên tục từ thời điểm mở Thyristor cho đến khi điện áp đổi dấu Việc phát xung điều khiển với độ rộng lớn gần như cả nửa chu kỳ có 2 nhược điểm:
Dòng điều khiển gần như dài hạn (theo lý thuyết là các dòng ngắn hạn) làm tăng tổn hao trên biến áp xung và Thyristor.
Việc thiết kế xung điểu khiển như trên khá phức tạp, nhất là đối với mạch có nhiều van bán dẫn. Để giải quyết vấn đề trên, có thể thay xung điều khiển liên tục bằng xung gián đoạn, cụ thể là: chùm xung liên tiếp, từ thời điểm mở van cho tới cuối bán kỳ Nguyên lý để thực hiện là băm xung liên tục thành chùm xung gián đoạn với tần số cao (khoảng 10kHz) Trong kỹ thuật, phương pháp này dễ thực hiện hơn so với phương pháp cấp xung liên tục
Tần số thích hợp của xung kích mở Thyristor là 10 kHz Để chuẩn hóa dạng xung cũng như tần số của xung kích mở ta chọn IC CD4093B
Hình 4.7 Sơ đồ và giản đồ điện áp khâu trộn xung
Khâu trộn xung sử dụng 2 CD4023 ( NAND) Trộn các xung đầu ra của khâu so sánh, khâu tách xung và tạo xung chùm lại để cho ra được U cấp cho cực katot và cực điều khiển của CL
Tính chọn các phần tử mạch điều khiển
Xung ở Uc11 và Uc12 chỉ có khi điện áp Uss dương
3.3.1 Tính toán tạo xung đồng bộ và mạch tạo răng cưa hai nửa chu kỳ
Chọn điện trở (kΩ) Để có phạm vi điều chỉnh góc điều khiển , có nghĩa góc điều khiển nhỏ nhất phải là :
) = ; thì điện áp ngưỡng bằng :
Tuy nhiên nếu tính đến sụt áp trên điot chỉnh lưu thì ngưỡng này giảm đi cơ 0,7 V do đó sẽ có giá trị xấp sỉ bằng 1 V. Chọn dòng qua phân áp (+) là 1mA, vậy tổng trở của bộ phận phân áp :
Từ đây chọn phân áp gồm điện trở = 10 kΩ và biến trở 2 kΩ ( cho phép điều chỉnh ngưỡng từ 0 đến 2V).
3.3.2 Mạch tạo điện áp răng cưa
Chọn OA loại TL082 Phạm vi góc điều khiển : Δα = 168 o Thời gian tụ C phóng :
Chọn loại điốt ổn áp BZX79C có
=> Chọn = 51k nối tiếp biến trở 8k.
Thời gian Tụ C : Điện áp bão hòa của OA :
Nhóm chỉnh lưu D1 ,D2 có điện áp vào là điện áp đồng pha với trị số hiệu dụng bằng 12 V , nên điện áp ngược lớn nhất đặt lên van là :
Chọn loại D1, D2 loại IN4002 với tham số:
=1 A ; 0V Điện trở tải cho chỉnh lưu chọn = 1 (k)
3.3.3 Tính toán mạch so sánh sử dụng khuếch đại sử dụng thuật toán
Chọn loại khuếch đại thuật toán so sánh loại TL082.
4 Tính toán mạch tách xung
Chọn loại khuếch đại thuật toán so sánh loại TL082 Chọn điện trở R = 10 kΩ; R = 10 kΩ; các điot Đ , Đ và 4 7 5 6 Đ7 là loại điot muỗi(1N4148).
3.3.5 Tính toán mạch tạo xung chùm
Chọn tần số xung chùm : f = 8 kHz; điện áp nguồn 5 V; x suy ra T = 125 μs.x
Chọn 01 IC logic theo công nghệ CMOS loại CD4093 (có 4AND 2 cổng) để thực hiện mạch dao động Chọn C = 10 nF, 3 điện trở R đươc tính theo :9
3.3 6 Tính toán mạch mạch trộn xung dùng phần tử logic NAND
Chọn 02 IC logic theo công nghệ CMOS loại CD4023 (có 3NAND
3 cổng) để thực hiện mạch trộn xung Chọn R = 10 kΩ và điot13
3.3.7.Khâu khuếch đại xung, cách ly
Hình 4.8 Sơ đồ khâu khuếch đại xung
Chọn hệ số MBA: n=3 Điện áp sơ cấp: U1=Uđk n= 3,5 3,5V Điện áp trên R : U16 16 = E - U = 15-10,5= 4,5Vec 1
Dòng điện sơ cấp: I = = = 66,6mA1
Thông số: U = 50V, I = 0,5A, P= 0,8W, f = 60MHz, hc c T FE@ => b = 40 -> I = = = 16mA2 B2
-> I = = = 1,6mAB1 Điện trở R được tính:n
- Tính R sao cho đảm bào biên độ xung ra và bảo vệ Q 16, 2 không hỏng khi biến áp xung bão hòa:
IR16 max Ic1 max (500mA)