Đồ án môn học điện tử công suất 19 19 2. Khâu tạo xung chùm : Nguyên lý hoạt động : khâu A3 thực hiện so sánh 2 điện áp Ur và Uc , tạo chuỗi xung chữ nhật ở đầu ra . 1III UkUr . trong đó k = R6/( R5 + R6) Xác định chu kỳ xung ra : Tụ C2 đợc nạp từ điện áp Ubh qua R4. Chọn điện áp trên tụ lúc bắt đầu nạp là Uc(0) = -k.Ubh Ta có biểu thức tính thời gian nạp cho tụ là : T1 = 5R 5 R 6 R 2 2C4R . ln Chọn R5 = R6 = 1k : T1 = 1,1.R4.C2 Vì khi fóng và nạp điện cho tụ C2 thì dòng đều chạy qua R4 nên thời gian fóng T2 = T1 Vậy biểu thức tính chu kỳ xung ra : T = T1 + T2 = 2,2R4.C2 Chọn xung có độ rộng là 50s , chọn R4 = 100 : C2 = 0,45F A 3 C 2 R 4 R 6 R 5 + E - E U c U r Ubh - Ubh Uc k.Ubh Đồ án môn học điện tử công suất 20 20 3.Khâu so sánh điện áp : A4 thực hiện so sánh điện áp răng ca của UII với điện áp điều khiển Uđk : - khi Uđk > UII thì Ud = Uđk UII > 0 ở đầu ra của A4 có xung dơng +Ubh =13V - khi Uđk < UII thì Ud = Uđk UII < 0 ở đầu ra của A4 có xung âm Ubh = -13V . chọn R18 = R19 =1k A 4 R1 8 R1 9 U II U đk Time [s] 0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m Output -20.00 -10.00 0.00 10.00 20.00 Uđk Đồ án môn học điện tử công suất 21 21 4.Khối fản hồi : Nguyên lý hoạt động : - khâu fản hồi dòng : Điện trở sun Rs chuyển dòng fản hồi thành áp đặt vào khâu khuyếch đại không đảo A5 . - khâu fản hồi áp : Điện áp fản hồi đơch đa vào so sánh với điện áp đặt Uvr1 . . Khi Uf1 < Uvr1 : ở đầu ra A6 xuất hiện xung âm mở K1 và khoá K2 , cho fép UV đi qua , do đó ăc-quy ở chế độ nạp theo dòng . Khi Uf1 > Uvr1 : ở đầu ra khâu so sánh xuất hiện xung dơng làm K2 mở và K1 khoá ,do đó ăc-quy ở chế độ nạp theo áp . - Nguyên tắc ổn dòng tự động : Ta có : Raq E Udo Id ; )cos( 1 22U Udo ; 12 1 UrcUdk . max .khi dòng nạp Id tăng , cần giảm Id cần giảm Udo cần tăng Uđk fải tăng lên , ngợc lại khi Id giảm cần giảm Uđk . Rs + E - E + E + E + E - E - E - E - E - E Us Uf + E U VII UV U X UVI A6 A5 R7 R9 Rf1 Rf2 R10 VR1 A10 R13 R16 R15 R31 A7 R8 VR2 VR4 R21 R32 NOT R34 R33 Đồ án môn học điện tử công suất 22 22 Đa điện áp Us vào khâu khuyếch đại không đảo A5 , ta có : ).( 7R 9 R 1UsU V . Mặt khác : Uđk = -U V - Uđ Vậy khi dòng nạp Id tăng ,điện áp fản hồi trên điện trở sun tăng Uđk tăng Ngợc lại khi dòng nạp giảm thì Uđk giảm . - Nguyên tắc ổn áp tự động : khi điện áp nạp cho ăc-quy Ud tăng ,cần giảm Ud Do đó góc fải tăng lên , điện áp Uđk tăng và ngợc lại khi Ud giảm thì Uđk fải giảm . Đa điện áp fản hồi qua khâu khuyếch đại đảo A8 ,sau đó trộn với lợng điện áp đặt Uđ . Ta có : U VIII = Uf1(1 + R12/R11) ; Uđk = - U VIII - Uđ Vậy khi Uf1 giảm sẽ làm U VIII giảm nên Uđk giảm ,ngợc lại khi Uf1 tăng thì U VIII tăng nên Uđk tăng . Tính toán chọn điện trở : - Với khâu ổn dòng : Dùng 2 điện trở sun loại 50A_75mV mắc song song .Ta cần nạp cho 4 bình ăc-quy , mỗi bình có 6 ngăn ăc-quy đơn , mỗi ngăn ăc-quy đơn có sức điện động ban đầu là 2V , điện trở trong của mỗi ăc-quy đơn là 0,015 . Điện áp nạp cho 4 bình ăc-quy khi dòng nạp là 100A là : Un = In.Raq + E = 100.0.015.6.4 + 2.6.4 = 51,6V Ta có Un = )cos( 1 2U U 2 do Do đó góc = 44,36 o 12 1 UrcUdk . max nên Uđk = Urcmax.0,24 = -13.0,24 = -3,12V Uđk = -U V - Uđ điện áp đặt Uđ = 3,12 0,075.150 = -8,13V . Ta có R9/R7 = 150 chọn R7 = 10 ; R9 = 1,5k min = 1 Uđkmin = 0 Uđmax = - U V = -11,25V VR2 / ( VR2 + R8 ) = 11,25/15 chọn R8 = 4k ; VR2 = 11k Chọn R21 = R10 = R34 = 1k . - Với khâu so sánh A6 : chọn Rf1/( Rf1 + Rf2 ) = 11/50 Rf1 = 11k ; Rf2 = 39k Nh vậy khi nạp cho ăc-quy có điện áp định mức là Ud = 50V ta để điện áp 1VR U ở mức : 93% .11 = 10,23V Khi điện áp trên ăc-quy vợt quá 93%Uđm thì ta có : Uf1 > 93%Uđm.Rf1/(Rf1+Rf2) = 10,23V ở đầu ra A6 xuất hiện xung dơng ngắt K1 và mở K2 ăc-quy chuyển sang chế độ nạp áp Đồ án môn học điện tử công suất 23 23 - Với khâu ổn áp nạp : điện áp nạp cho 4 ăc-quy khi ăc-quy đợc nạp no là 113% Un = 113%.51,6 = 58,31 V Un = )cos( 1 2U U 2 do = 0,357rad =20,5 o Uđk = -13.0,102 = -1,326V điện áp fản hồi lúc này là : Uf1 = 113%.51,6.11/50 = 12,83V Uđk = -Uf1 Uđ điện áp đặt trên biến trở VR4 là: Uđ = -Uf1 Uđk = - 11,504V Chọn VR4 / (R31+ VR4) =11,504/15 chọn R31 = 4k ; VR4 = 11 k . Chọn R32 = R33 = R13 = 1k . Ta dùng khoá chuyển mạch loại 4066B Quad Bilateral Switches . 5. Khâu biến áp xung : Khâu biến áp xung bao gồm khối khuyếch đại T2 , T3 mắc theo kiểu Darlington và máy biến áp xung tạo ra các xung điều khiển có công suất theo yêu cầu của van . Diode D6 ngăn chặn xung áp âm có thể có khi van bị khoá . D7 chống điện áp âm đặt lên 2 cực G-K của tiristo D8 hạn chế quá áp trên các cực colecto và emito của tranzito T2 , T3 Điện trở R25 có tác dụng tạo một sụt áp khoảng 0,4V điều khiển mở tranzito T3 lúc dòng ra đủ lớn và chuyển chúng từ mở sang khoá nhanh hơn . Điện trở R26 hạn chế dòng ngắn mạch của tranzito T3 . Van cần điều khiển có các thông số : Ug = 6,5V ; Ig = 150 mA giá trị dòng thứ cấp của biến áp xung : I2 = Ig = 150mA điện áp thứ cấp của BAX là : U2 = 6,5V + 0,6 = 7,1 V MBAX có tỉ số biến đổi là 2/1 điện áp sơ cấp của BAX là : U1 = 7,1.2 = 14,2V Dòng sơ cấp I1 = 150/2 = 75mA . điện trở R26 = ( En U1)/I1 = ( 24 14,2 )/0,075 = 130 . Chọn tranzito T3 loại ST603 có các thông số cơ bản : Uce = 30V ; Ice = 800mA = 30100 R26 R25 D6 D8 D5 D7 T3 T2 MBAX T En RH Đồ án môn học điện tử công suất 24 24 chọn tranzito T2 loại C828 có các thông số nh sau : Uce = 30 V ;Ice = 300mA = 30100 Điện trở R25 = k160 30 75 4 0 3 3Ice 3 Ube 2Ice 3 Ube , , . Chọn điện trở R25 = 150 Chọn điện trở D5 , D6 , D7 , D8 loại D-1001 có các thông số : I = 1A ; Ung = 200V Tính toán máy biến áp xung : Điện áp sơ cấp U1 = 7,1V Điện áp thứ cấp U2 = 14,2V Dòng sơ cấp I1 = 75mA ; Dòng thứ cấp I2 = 150mA . Chọn vật liệu lõi BAX là ferit làm việc trên một fần đặc tính từ hoá Bs = 0,45 T Độ từ thẩm = 6000A/m Số vòng dây sơ cấp : W1 = U1.tx/Bs.S trong đó tx là chiều dài xung truyền qua BAX có giá trị tx = 50s = 50.10 6 s tiết diện của lõi ferit S = 1cm 2 = 10 4 m 2 số vòng sơ cấp : W1 = 16 vòng số vòng thứ cấp : W2 = 8 vòng Giá trị dòng điện trung bình ở sơ cấp : mA753 1020 1050 75 T tx II 3 6 11tb , . . Giá trị dòng điện trung bình ở thứ cấp : mA57 1020 1050 150 T tx II 3 6 22tb , . . Chọn mật độ dòng điện J = 2,5A/mm2 Đờng kính dây sơ cấp : d1 = mm0440 J 1I 2 , Đờng kính dây sơ cấp : d2 = mm0620 J 2I 2 , Chọn dây đồng có tiết đờng kính:d1 = d2 = d = 0,1mm . 6. Khâu bảo vệ quá áp cho ăc-quy : Khâu bảo vệ quá áp cho ăc-quy ngừng quá trình nạp cho ăc-quy khi điện áp nạp cho ăc- quy lớn hơn 113%.Uđm . Đặt 3VR U = 113%.50.Rf1/( Rf1+Rf2 ) =12,43V Nh vậy khi điện áp nạp cho ăc-quy lớn hơn 113%.50 = 56,5V thì điện áp fản hồi A9 VR3 R23 R22 R24 T4 D4 D3 E E RH Uf1 Đồ án môn học điện tử công suất 25 25 Uf1 > 56,5.11/50 = 12,43V ở đầu ra A9 xuất hiện xung dơng mở tranzito T4Rơle RH đợc cấp điện tiếp điểm RH ngắt mạch điều khiển tiristo bị ngắt quá trình nạp dừng . Ngợc lại , khi Uf1 < 3VR U T4 khoá quá trình nạp cho ăc-quy hoạt động bình thờng . Chọn biến trở VR3 = 15k . Chọn R22 = R23 = R24 = 1k . Diode D4 có tác dụng chống điện áp ngợc đặt lên cuộn hút của Rơle RH . Diode D3 chống điện áp ngợc đặt lên Ube của tranzito T4 . Chọn tranzito T4 loại C828 . Chọn diode loại D-1001 . 7. Khối tạo nguồn một chiều : Khối tạo nguồn một chiều cung cấp điện áp một chiều cho các khuyếch đại thuật toán hoạt động và cho các điện áp đặt đặt ở đầu vào các IC thực hiện nhiệm vụ so sánh điện áp . Chọn IC ổn áp loại : . UA7815 có điện áp ngỡng = 35V Dòng điện ra Io = 1,5A điện áp ra : E = 15V . UA7915 có điện áp ngỡng = -40V dòng điện ra Io = 1,5A Điện áp ra : - E = -15V Chọn tụ lọc fẳng C1 = 1000F ; C2 = 500F ; C 3 = C4 = 100F chọn 2 tụ lọc nhiễu C5 = C6 = 0,1F Chọn các diode loại D-1001 có các thông số : Itb = 800mA ; Ung = 100V 8. Tính máy biến áp cho mạch điều khiển: Từ các số liệu đã tính toán cho mạch điều khiển , cần có 3 nguồn điện áp cung cấp cho các mạch sau: mạch tạo điện áp đồng fa ( W21 ), mạch tạo nguồn điện áp một chiều ổn định cung cấp cho các khuyếch đại thuật toán ( W23 ), mạch cung cấp điện áp một chiều cho khâu khuyếch đại xung và khâu bảo vệ quá áp cho ăc-quy ( W22 ) . - Với mạch tạo điện áp đồng fa : U21 = 22V , I21 =100mA . - Với mạch tạo nguồn điện áp một chiều ổn định cung cấp cho các khuyếch đại thuật toán : U23 = 32V , I23 = 500mA . - mạch cung cấp điện áp một chiều cho khâu khuyếch đại xung và khâu bảo vệ quá áp cho ăc-quy U22 = 24V , I22 = 500mA . Ta tính đợc công suất của các MBA nguồn : P21 = 22 . 0,1 = 2,2W D21 D23 7815 7915 D22 D24 C1 C2 C3 C4 C5 C6 E -E Đồ án môn học điện tử công suất 26 26 P22 = 32 . 0,5 = 16W P23 = 24 . 0,5 = 12W P = P21 + P22 + P23 = 2,2 + 16 + 12 = 30,2W Theo kinh nghiệm thực tế ta tính tiết diện lõi sắt từ theo công thức sau : S = 1,2 2 cm6623021P ,,, Dựa vào bảng tra MBA công suất nhỏ ta chọn lõi sắt có tiết diện S = 7,28cm 2 Ghép bằng lá thép loại III 2040 có bề dày 0,35mm có các thông số sau : a = 20mm ; h = 50mm ; H = 70mm ; c = 20mm ; B = 40mm ; C = 80mm thể tích của thép từ Q=125cm 2 ; trọng lợng thép từ G = 0,99kg . - tính số vôn/vòng dây của MBA : Uv = 4,44 . f .B . T . 10 4 trong đó f = 50Hz ; B = 1,1T ; tiết diện trụ : T = 2,28 Uv = 0,17 V/vòng dây số vòng của cuộn sơ cấp : W1 = 220/0,17 = 1294 vòng số vòng dây thứ cấp nguồn đồng fa : W21 = 22/0,17 130 vòng số vòng dây thứ cấp 22 : W22 = 24/0,17 142 vòng số vòng dây thứ cấp 23 : W23 = 32/0,17 188vòng - Dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp : I1 = P/U1 = 30,2/220 = 0,14A với mật độ dòng điện j = 2,5A/mm 2 thì tiết diện dây sơ cấp là : s1 = 0,14/2,5 = 0,056mm 2 ta chọn dây có tiết diện s1 = 0,056mm 2 ; d = 0,31mm tiết diện dây thứ cấp 21 : S21 = I21/j = 0,1/2,5 = 0,04 mm 2 . ta chọn dây có tiết diện s2 = 0,0413mm 2 ; d = 0,23mm tiết diện dây thứ cấp 22 : S22 = I22/j = 0,5/2,5 = 0,2 mm 2 . ta chọn dây có tiết diện s3 = 0,2040mm 2 ; d = 0,51mm tiết diện dây thứ cấp 23 : S23 = I23/j = 0,5/2,5 = 0,2 mm 2 . ta chọn dây có tiết diện s4 = 0,2040mm 2 ; d = 0,51mm H c a a/2 C h §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt 27 27 . đặt trên biến trở VR4 là: Uđ = -Uf1 Uđk = - 11,504V Chọn VR4 / (R31+ VR4) =11,5 04/ 15 chọn R31 = 4k ; VR4 = 11 k . Chọn R32 = R33 = R13 = 1k . Ta dùng khoá chuyển mạch loại 40 66B Quad Bilateral. 0 ,45 F A 3 C 2 R 4 R 6 R 5 + E - E U c U r Ubh - Ubh Uc k.Ubh Đồ án môn học điện tử công suất 20 20 3.Khâu so sánh điện áp : A4 thực hiện so sánh điện áp răng ca của. 0,015 . Điện áp nạp cho 4 bình ăc-quy khi dòng nạp là 100A là : Un = In.Raq + E = 100.0.015.6 .4 + 2.6 .4 = 51,6V Ta có Un = )cos( 1 2U U 2 do Do đó góc = 44 ,36 o 12 1 UrcUdk . max