[Đồ Án Điện Tử] Thiết Kế Máy Phát 3 Pha - Bộ Ổn Dòng phần 9 pptx

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 89 Hình III.15 Sơ đồ tạo xung khuếch đại có tụ nối tầng. Theo sơ đồ này, Tranzitor chỉ mở cho dòng chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ nên dòng hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần. Qua trên ta chọn khâu tạo xung khuếch đại hình III.15 là sơ đồ tạo xung khuếch đại có tụ nối tầng. Bởi vì sơ đồ này có ưu điể m hơn các sơ đồ khác như dòng hiệu dụng qua Tranzitor bé, công suất tỏa nhiệt của Tranzitor không lớn, kích thước dây sơ cấp biến áp xung bé hơn. III.4.2 Xây dựng mạch điều khiển. Với yêu cầu điều khiển có chất lượng tốt ta chọn khâu đồng pha hình III.8 tức là dùng bộ ghép quang. Với khâu đồng pha dùng bộ ghép quang sẽ rất đơn giản và thuận tiện cho lắp ráp. Không cần tính toán máy biến áp đồng pha. R 2 +E D 2 D 3 T r 2 U V R 1 T BAX T r 1 C D 1 i c (tu)ï θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 X đk t t t U V U 0 0 t t 0 0 0 i b i c (Tr) i Xđk ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 90 Khâu so sánh chọn sơ đồ cộng hai cổng đảo khuếch đại thuật toán hình III.12b vì với sơ đồ này có ít nhiễu nhất đối với các kênh khác. Hơn nữa tín hiệu vào hai cổng độc lập nên không xảy ra hiện tượng mạch giả. Tầng tạo xung khuếch đại dùng sơ đồ tụ nối tầng hình III.15. Với sơ đồ này sẽ giảm được dòng đưa vào bộ khuếch đại. Ta có sơ đồ điều khiển một kênh như sau : Hình III.16 Sơ đồ một kênh mạch điều khiển Thyristor. Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ III.18 : A B D Q U AT R 1 1 + Tr Q R 2 D C 1 U rc U đk R 3 R 2 A +U ng -U ng R 5 + D 2 D 3 T r 2 R 4 T BAX T r 1 C D 1 U' A U t t U A T 2 π 3 π U rc 0 0 π t t t U B U đk i b X đk 0 0 0 t 1 t 2 t 3 t 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 91 Hình III.17 Giản đồ các đường cong dòng điện và điện áp. Giải thích hoạt động : khâu đồng pha cho ta điện điện áp U A ' . Đó là điện áp U rc dương. Điện áp tựa này được so sánh với điện áp điều khiển đưa vào U đk . Hai tín hiệu này giao nhau tại t 1 , t 2 , t 3 , t 4 . Từ 0 ÷ t 1 : điện áp tựa U rc nhỏ hơn điện áp điều khiển U đk . Điện áp ra sẽ là U ra = +U bh (điện áp bão hòa dương). Từ t 1 ÷ t 2 : U rc lớn hơn U đk . Điện áp ra sẽ nhận giá trị dấu của U rc . Vì tín hiệu U rc đưa vào cổng trừ (-) của khuếch đại thuật toán nên tín hiệu ra sẽ đảo dấu. Tương tự như vậy, các chu kỳ kế tiếp lặp lại ta có điện áp U B . Ở đây chúng ta sử dụng bóng ngược (Tranzitor ) cho nên khi U B đổi dấu từ âm sang dương thì sẽ có dòng i b (trên hình vẽ bỏ qua chu kỳ đầu tiên). Khi U B mang dấu dương, bên trái tụ mang dấu dương. Lúc này tụ C sẽ được nạp. Khi U B đổi dấu dương sang âm, tụ C xả năng lượng qua Diod D. Do đó có dòng i b và dòng i c tương ứng với các xung điều khiển đưa vào để kích mở Thyristor . Tuy nhiên theo yêu cầu điều khiển Thyristor là phải điều khiển Thyristor mở ở phần dương điện áp U AT . Nhưng ở đây thời điểm mở Thyristor không đúng vì thời điểm mở Thyristor tại t 1 lại không thực hiện được. Trong khi đó có lệnh mở Thyristor tại t 2 và t 4 . Muốn có xung điều khiển mở Thyristor tại t 1 và t 3 ta phải ra lệnh tại sườn xuống của U B . Có nhiều cách để thay đổi U B , ở đây ta mắc thêm vào mạch điều khiển một khuếch đại đảo vào sau U B (hoặc sử dụng khuếch đại đảo logic vì U B là sóng vuông). Khi đó ta sẽ có dòng i b tại sườn xuống của U B nên có xung điều khiển kích mở Thyristor tại t 1 và t 3 . Đối với việc điều chỉnh : khi thay đổi U đk thì ta thay đổi được điện áp kích từ và dòng điện kích từ. Nguyên lý điều chỉnh điện áp là khi thay đổi U đk từ 0 đến U bh thì độ rộng của điện áp kích từ U kt sẽ tăng từ 0 đến π hay điện áp kích từ sẽ tăng từ 0 đến U ktmax . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 92 Hình III.18 Giản đồ các đường cong dòng điện, điện áp và điện áp tải. U t t U A T 2 π 3 π U rc 0 0 π t t t U B U đk i b X đk 0 0 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t t U D 0 0 t U d R d L d T A T B T C D A D B D C AP A C B A C B MFĐ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 93 Hình III.19 Sơ đồ mạch điều chỉnh kích từ tổng quát. III.5 Tính chọn thông số của mạch điều khiển. Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về mở xung Thyristor . Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển : . +Điện áp điều khiển Thyristor : U g = U đk = 2,5(V). +Dòng điện điều khiển Thyristor : I g = I đk = 0,05(A). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 94 III.5.1 Tính chọn biến áp xung. Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa có mật độ từ cảm bé, không có khe hở không khí. +Tỷ số biến áp xung : thường máy biến áp m = 2 ÷ 3. Chọn m = 3. +Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U 2 = U đk = 2,5(V). + Điện áp cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U 1 = m.U 2 = 3.2,5 = 7,5(V). +Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I 2 = I đk = 0,05(A). +Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I 1 = I 2 /m = 0,05/3 = 0,017(A). III.5.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng. Chọn Tranzitor công suất Tr 2 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số : +Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn là Si. +Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch là : U CBO = 40V. +Điện áp giữa Emitơ và Bazơ khi hở mạch là : U EBO = 4V. +Dòng điện lớn nhất ở Colectơ có thể chịu đựng : I Cmax = 500mA. +Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T max = 175 0 C. +Hệ số khuếch đại : β = 50. +Dòng làm việc của Colectơ : I C2 = I 1 = 0,05.1000 = 50mA. +Dòng làm việc của Bazơ : I B2 = I C2 /β = 50/50 = 1mA. Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé U đk = 2,5V và I đk = 0,05A nên dòng Colectơ - Bazơ của Tr 2 khá bé. Chọn nguồn cấp cho biến áp xung : E = U N = +12V. Ta phải mắc thêm điện trở R 7 nối tiếp với cực Emitơ của Tr 2 . 1 7 1 () 12 7,5 265 ( ) 0,017 EU R I − − ===Ω Tất cả các Diod trong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có tham số : +Dòng điện định mức : I đm = 1,0A. +Điện áp ngược lớn nhất : U Nmax = 25V. +Điện áp để cho Diod mở thông : U m = 1V. Chọn tụ C 2 và R 6 . Điện trở R 6 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ của Tr 2 , chọn R 6 thỏa mãn điều kiện : ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 95 6 2 12 12 ( ) 0,001 B U RK I ≥= = Ω Tụ C 2 được chọn phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển. Nó được tính : 26 . x CR t= từ đó tính ra 2 6 () x t CF R μ = III.5.3 Chọn tầng so sánh. Mỗi kênh điều khiển phải dùng hai khuếch đại thuật toán, ta chọn loại TL084 do hãng TexasInstrument chế tạo. Mỗi IC này có 4 khuếch đại thuật toán. Thông số của TL084 : +Điện áp nguồn nuôi : V cc = ±18V. Chọn điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U N = E = ±12V. +Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : ±30V. +Nhiệt độ làm việc : T lv = -25 ÷ 85 0 C. +Công suất tiêu thụ : P = 680(mW) = 0,68W. +Tổng trở đầu vào : R in = 10 6 MΩ. +Dòng điện đầu ra : I ra = 30pA. +Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : 13 ( / ) dU Vs dt μ = Dòng điện vào tốt nhất nên chọn nhỏ hơn 3mA. Vì tín hiệu ở tầng so sánh đưa sang tối đa là 3mA sau khi khuếch đại nó sẽ đủ công suất để cho Tranzitor mở bão hòa. Ở đây chọn dòng vào I V = 1mA. Khuếch đại thuật toán đã chọn TL084. Chọn 34 3 12 12 ( ) 1.10 V V U RR K I − => = = Ω Hình III.20 Sơ đồ chân IC TL084 14 7 6 5 4 3 2 1 10 9 8 13 12 11 -V cc +V cc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 96 Trong đó với nguồn nuôi V cc = ±12V thì điện áp vào A 1 là U V ≈ 12V. Dòng điện vào được hạn chế để I lv < 1mA. Do đó ta chọn R 3 = R 4 = 15KΩ. Khi đó dòng vào A 1 cực đại sẽ là : 3 12 0,8 ( ) 15.10 V Vmax U ImA R == = Chọn 5 3 12 12 ( ) 1.10 V ht V U RR K I − == = = Ω Tương tự như trên nên ta chọn R 5 = R ht = 15KΩ. III.5.4 Tính chọn khâu đồng pha. Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C. Mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có trong một nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được T r = R 2 .C = 0,005s. Chọn tụ C = 0,1μF. thì điện trở R 2 = T r /C = 0,005/0,1.10 -6 = 50.10 3 Ω. Vậy R 2 = 50KΩ. Điện áp ra bão hòa của khuếch đại thuật toán : U bh = ±E ± 1 = ± 11V. Chọn bộ ghép quang D Q - T Q loại 4N35 có các thông số sau : Điện thế cách điện : 3350V. Điện thế : V cc = 30V. Dòng điện qua Diod quang lớn nhất là : I max = 10mA. Chọn dòng làm việc chạy qua Diod quang : I DQ = 3mA. Vậy R 1 = U V /I DQ = 30,15/3.10 -3 = 10,05KΩ. III.5.5 Tạo nguồn nuôi. Tính chọn máy biến áp tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trên mỗi trụ có bốn cuộn dây gồm một cuộn sơ cấp và ba cuộn thứ cấp. *Cuộn cấp thứ nhất. Tạo ra nguồn điện áp ±12V (có ổn áp) để cấp cho nuôi IC , các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ, điện áp. Nguồn này được cấp bởi cuộn dây thứ cấp a 1 ,b 1 , c 1 . Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng Diod , điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi : U 2 = 12/2,34 = 5,13V, ta chọn U 2 = 9V. Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912. Thông số chung của vi mạch này : +Điện áp đầu vào : U V = 7 ÷ 35V. +Điện áp đầu ra : U ra = 12V với IC 7812 và U ra = - 12V với IC 7912. +Dòng điện đầu ra : I ra = 0 ÷ 1A. Tụ C 4 , C 5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao. Chọn : C 4 = C 5 = C 6 = C 7 = 470μF. *Cuộn cấp thứ hai. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 97 a 2 , b 2 , c 2 tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho các Thyristor (+12V). Do mức độ sụt xung cho phép tương đối lớn cho nên nguồn này không cần ổn áp. Cần chế tạo cuộn dây này riêng rẽ cới cuộn dây cấp nguồn cho IC để tránh gây sụt áp nguồn nuôi. *Cuộn cấp thứ ba. a 3 , b 3 , c 3 là cuộn dây cấp điện cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha để lấy tín hiệu âm điện áp cung cấp cho khâu phản hồi điện áp. Đối với nguồn cấp cho khâu đồng pha ta có thể sử dụng trực tiếp điện áp thứ cấp của biến áp chỉnh lưu đưa vào khâu đồng pha. 7812 7912 +12V -12V 12 400V∼ C4 C5 C6 C7 O c 2 b 2 a 2 c 1 b 1 a 1 C B A R V1 C' ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 98 Hình III.21 Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi mạch điều khiển. III.6 Tính chọn khâu phản hồi. III.6.1 Sơ đồ khâu phản hồi dòng. III.22 Khâu phản hồi dòng. • • • − R V1 U đặt U R 8 R 9 R 11 A 3 U đ k A B C R i R i R i R V3 U ph.I D Z2 [...]... điều khiển được thiết kế có phản hồi âm điện áp, dương dòng điện thì khi Umf tăng dẫn đến Uph.U tăng và Uph.I giảm (có ngắt nên Uph.I = 0) ta có : Uđk = -K(Uđặt - Uph.U) Mà Uph.U tăng nên dẫn đến Uđk giảm kéo theo Ukt giảm và Umf giảm về mức ổn định 99 ...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.22 Sơ đồ mạch cộng đảo Khâu đồng pha tạo ra điện áp răng cưa Urc tại nút A là U'A Tín hiệu ra của khâu này cùng pha với tín hiệu vào Điện áp răng cưa được gởi qua khâu so sánh A2 Tại đây A2 thực hiện phép so sánh giữa điện áp răng... − U ph.U + U ph I ) Trong đó : K : Hệ số điện trở Uđặt : Điện áp lấy từ chiết áp RV1 qua R8 Uph.U : Điện áp phản hồi tỷ lệ với điện áp máy phát được lấy từ chiết áp RV2 qua R9 Uph.I : Điện áp phản hồi dòng được lấy từ chiết áp RV3 qua điện trở R10 Khi phụ tải của máy phát giảm thì điện áp cuỉa máy phát Umf tăng lên Lúc này nhiệm vụ của mạch ổn định điện áp là phải giảm dòng kích từ (Ikt) tức là giảm... sánh A2 Tại đây A2 thực hiện phép so sánh giữa điện áp răng cưa Urc và điện áp điều khiển Uđk Nguyên lý ổn định điện áp trong sơ đồ được mô tả như sau : Điện áp điều khiển Uđk được lấy từ mạch cộng đảo A3 bởi ba tín hiệu Uđặt, Uph.U và Uph.I Hệ thống ổn định điện áp ở đầu cực máy phát xoay chiều không máy phụ Đại lượng cần điều chỉnh là điện áp đầu cực máy phát xoay chiều Umf vàø dòng điện Imf Giá trị . điện : 33 50V. Điện thế : V cc = 30 V. Dòng điện qua Diod quang lớn nhất là : I max = 10mA. Chọn dòng làm việc chạy qua Diod quang : I DQ = 3mA. Vậy R 1 = U V /I DQ = 30 ,15 /3. 10 -3 =. Chọn 34 3 12 12 ( ) 1.10 V V U RR K I − => = = Ω Hình III.20 Sơ đồ chân IC TL084 14 7 6 5 4 3 2 1 10 9 8 13 12 11 -V cc +V cc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và. U đặt U R 8 R 9 R 11 A 3 U đ k A B C R i R i R i R V3 U ph.I D Z2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha và hệ thống ổn định điện áp cho máy phát. 99