Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển

Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤTTRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ----------o0o---------- -----------***---------- ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nhóm sinh viên thực hiện: 1. Nguyễn Văn Đại2.Phạm Thị Hải Yến Khoá học : 2010 – 2012Nghành đào tạo : kỹ Thuật ĐiệnTên đề tài: Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển  Số liệu cho trước: P =200W ,U =220V ,Ikt = 2,15ACác tài liệu, giáo trình chuyên môn.Trang thiết bị, máy móc tại Xưởng thực tập. Nội dung cần hoàn thành:1. Cơ sở của việt tính toán thiết kế bộ chỉnh lưu công suất một pha.2. Tính toán thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu công suất một pha để điều chỉnh điện áp cho động cơ điện một chiều có các thông số: 3. Sản phẩm của đề tài đảm bảo yêu cầu sau: + Có bảo vệ quá dòng. + Có sử dụng thiết bị đo dòng điện. + Sản phẩm của đề tài đảm bảo các yêu cầu về mỹ thuật và kỹ thuật. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐỖ THÀNH HIẾU Ngày …. Tháng…. năm 200

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG N NAM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Khoa Điện - Điện Tử o0o Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -*** ĐỒ ÁN MƠN HỌC Nhóm sinh viên thực hiện: Khố học Nghành đào tạo Nguyễn Văn Đại 2.Phạm Thị Hải Yến : 2010 – 2012 : kỹ Thuật Điện Tên đề tài: Thiết kế chế tạo chỉnh lưu cầu pha có điều khiển  Số liệu cho trước: P =200W ,U =220V ,Ikt = 2,15A Các tài liệu, giáo trình chun mơn Trang thiết bị, máy móc Xưởng thực tập  Nội dung cần hồn thành: Cơ sở việt tính tốn thiết kế chỉnh lưu cơng suất pha Tính tốn thiết kế chế tạo chỉnh lưu công suất pha để điều chỉnh điện áp cho động điện chiều có thơng số: Sản phẩm đề tài đảm bảo yêu cầu sau: + Có bảo vệ q dịng + Có sử dụng thiết bị đo dòng điện + Sản phẩm đề tài đảm bảo yêu cầu mỹ thuật kỹ thuật GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ĐỖ THÀNH HIẾU Ngày … Tháng… năm 200… Ngày giao đề: CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Ngày hồn thành: GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: NHĨM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG Nhận xét giáo viên hướng dẫn Ngày Tháng Năm 20 Giáo Viên Hướng Dẫn Lời nói đầu Ngày nay, điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng q trình cơng nghiệp hoá đất nước Sự ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hoá cho trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nội dung môn học Điện tử công suất chúng em giao thực đề tài Thiết kế chế tạo chỉnh lưu cầu GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG pha có điều khiển Với hướng dẫn Thầy Đỗ Thành Hiếu, chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin trân thành cảm ơn.! CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I: Giới thiệu máy điện chiều 1.1Giới thiệu chung động điện chiều Như ta biết máy phát điện chiều dùng làm máy phát điện động điện Động điện chiều thiết bị quay biến đổi điện thành Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Động điện chiều sử dụng rộng rãi công nghiệp giao thông vận tải Động điện chiều gồm loại sau đây: - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG - Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.2Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều gồm có phần : Phần tĩnh (stator) phần động (rôtor) 1.2.1 Phần tĩnh (stator) Gồm phần sau: a Cực từ chính: Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện Cực từ gắn chặt vào vỏ nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện b Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều c Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy d Các phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than 1.2.2 Phần quay (rotor) Gồm phận sau: a Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện hai đầu ép chặt lại Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần sinh s.đ.đ có dịng điện chạy qua Thường làm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện với rãnh lõi thép c Cổ góp: Cổ góp hay cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình nhạn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG Đi vành góp có cao lên để để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép Cacbon tốt 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều: b F®t + n I a A I c F®t d B - Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U đặt vào chổi than A B dây quấn phần ứng có dịng điện Iư dẫn ab, cd có dịng điện nằm từ trường chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ có phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động E chiều s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động điện chiều sức điện động E ngược chiều với dòng điện I nên Eư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp: U= Eư+Rư.Iư Trong đó: Rư: điện trở phần ứng I ư: dịng điện phần ứng Eư: sức điện động Theo yêu cầu đề ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động điên chiều kích rừ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có dịng điện kích từ khơng GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG phụ thuộc vào dịng điện phần ứng nghĩa từ thông động không phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ + - U E I KT IKT UKT + - Hình2 : Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập 1.4 Phương trình đặc tính động điện kích từ độc lập Đặc tính quan hệ tốc độ quay mômen (M) động Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động vận hành chế độ định mức với đặc tính tự nhiên (Mđm , wđm) Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi thơng số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động Để đánh giá, so sánh đặc tính người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính β β β ∆β = tính sau ∆M ∆ω lớn (đặc tính cứng) tốc độ thay đổi M thay đổi nhỏ (đặc tính mềm) tốc độ giảm nhiều M tăng β →∞ đặc tính tuyệt đối cứng 1.4.1 Sơ đồ nguyên lý: + - U­ + CKT E­ RKT Rf IKT CKT E­ - U­ RKT Rf Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động điện chiều GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG Khi nguồn điện chiều có cơng suất lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào nguồn chiều độc lập 1.4.2 Phương trình đặc tính cơ: Trường hợp Rf= 0: U= E + Iư.Rư (1) Trong đó; E= Ke Ke = p.n 60a Φ n (2) : hệ số sức điện động động a: số mạch nhánh song song cuộn dây K= p.n aπ : hệ số cấu tạo động ω : tốc độ góc tính rad/s p: số đơi cực N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng Thế (2) vào (1) ta có: ω = Uu R − u Iu K φ K φ (3) Uu R − u Iu K e φ K e φ Hoặc: n= (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư) gọi phương trình đặc tính điện Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): mômen điện từ động Uu Ru − M K e φ K e φ K Φ Suy ra: n= kích từ độc lập Hoặc: ω = Uu Ru − M K φ ( K φ ) = GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU phương trình đặc tính động điện chiều ω − ∆ω SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT đó: ω ∆ω ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG : tốc độ không tải lý tưởng : độ sụt tốc độ 1.4.3.Ảnh hưởng thông số tới tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính cơ: độ ω = U u Ru + R f − M K φ ( K φ ) ta nhận thấy muốn thay đổi tốc φ ω ta thay đổi , Rf , U • Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): ∆M β= ∆ω ( Kφ dm ) − Ru + R f Độ cứng đặc tính cơ: = giảm Nếu Rf lớn tơcf độ động giảm đồng thời dịng ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ • Trường hợp thay đổi U< Uđm ω0 = Tốc độ không tải − U Kφ β= giảm độ cứng đặc tính ∆M ∆ω = ( Kφ ) = Ru const Khi thay đổi điện áp ta thu họ đường đặc tính song song Phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dịng khởi động • Ảnh hưởng từ thông: Muốn thay đổi Φ ω= ta thay đổi dịng kích từ Ikt tốc độ khơng tải tăng Độ cứng đặc tính cơ: ∆M β= ∆ω GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU = ( Kφ ) − Ru U dm Kφ giảm SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập: 1.5.1 Khái niệm chung: 1.5.1.1 Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi thông số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng 1.5.1.2 Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: a Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh): GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SVTH: NHÓM SV_ĐK8LC1 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = nmax/nmin Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh c Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng: β = ∆M/∆n Khi β lớn tức ∆M lớn ∆n nhỏ nghĩa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác β lớn tốt d Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ γ đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau: γ= ni ni +1 Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment γ tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, khơng có nhảy cấp hay cịn gọi điều chỉnh tốc độ vơ cấp γ ≠ : Hệ thống điều chỉnh có cấp e Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động η cao tổn hao lượng ∆Pphụ mức thấp GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 10 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT Dòng tiêu thụ Điện áp vào điều khiển , chân 11trở kháng vào Mạch tạo cưa Dòng nạp tụ Biên độ cưa Điện trở mạch nạp Thời gian sườn ngăn xung cưa Tín hiệu cấm vào, chân Cấm Cho phép Độ rộng xung ra, chân 13 Xung hẹp Xung rộng Xung chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG IS V11 R11 4,5 0,2 I10 V10 R9 tP HZ VS=5V) 6,5 10 15 V10 MAX 10 1000 VS-2 300 μA V KΩ Ms 3.3 3.3 2.5 V V 80 V6I V6H V13 H 3.5 2.5 3.5 2.5 V V V14/V 15 V14/V 15 tP Vs-13 0.3 20 530 VS-2.5 0.8 30 620 VS 1.0 40 760 V V μs μs/n F VREF αrsef 2.8 3.1 2x10-4 3.4 5x10-4 V 1/K * Tính tốn phần tử bên ngồi Tụ cưa: C10 GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 MA V kΩ 500pF (min) 52 µ F (max) SVTH: NHĨM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG V11.R9 C10 Vref K Thời điểm phát xung: tTr = Vref K Dòng nạp tụ: I10 = R9 Vref K t R9 C10 Điện áp tụ: V10 = TCA 785 hãng SIEMEN chế tạo sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều α Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 1800 điện Thông số chủ yếu TCA là: - Điện áp nguồn nuôi: US= 15V - Dòng điện tiêu thụ: IS= 10mA - Điện áp ra: I= 50mA - Điện áp cưa: URC max= (US- 2) V ÷ Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9= (20 500) Điện áp điều khiển: U11 = - 0,5 Dòng điện đồng bộ: Tụ điện: Tần s xung ra: ữ k (US 2) V IS = 200 ( A) µ C10 = 0,5 ( F) f = (10 ÷ 500) Hz 3.5.2 Ngun lí làm việc TCA 785: TCA 785 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: “tề đầu” điện áp đồng tạo điện áp cưa đồng bộ, so sánh tạo xung Nguồn ni qua chân 16 Tín hiệu đồng đượclấy qua chân số số Tín hiệu điều khiển đưa vào chân 11 Một nhận biết điện áp kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái chuyển tín hiệu đến phận đồng Bộ phận đồng điều khiển tụ C10; Tụ C10 nạp đến điện áp không đổi (quyết định R9) Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 tín hiệu đưa vào khâu logic Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, góc mở GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 53 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG α thay đổi từ đến 180 o Với nửa chu kì song xung dương xuất Q1, Q2 Độ rộng khoảng 30-80μs Độ rộng xung kéo dài đến 180o thơng qua tụ C12 Nếu chân 12 nối đất có xung khoảng α đến 180 o Ngun lí hoạt động khâu tạo xung điều khiển Thyristor: Điện áp lưới sau qua máy biến áp hạ xuống 12VAC đưa vào chân số chân số qua điện trở R Tín hiệu điều khiển V dk đưa vào chân 11 so sánh với điện áp cưa tạo tụ C10 cho ta xung điều khiển thyristor có góc mở α tăng dần đầu chân 14 15 Khi xảy ngắn mạch chân 16 nhận tín hiệu cấm, chân 14 15 khơng cịn tín hiệu đầu 3.6 IC ổn áp 7812 3.6.1 Giới thiệu chung Với mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx, với xx điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng loại IC ổn áp 78xx tương tự IC 78xx làm ổn định điện áp đầu từ điện áp đầu vào dạng DC mà không cần dùng tới phận bên ngồi Có 11 loại điện áp đầu cố định Nó có giá trị: 5V, 6V, 7V, 8V, 9V, 10V, 12V, 15V, 18V, 20V, 24V Nó sử dụng rộng rãi mạch nguồn với dòng điện chịu lên tới 1A GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 54 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG 3.6.2 Sơ đồ chân nguyên lý hoạt động IC 78xx Sơ đồ chân: Chân số chân IN Chân số chân GND Chân số chân OUT Sơ đồ kết nối chân IC 78xx: Nguyên lý hoạt động (7812): Ngõ OUT ổn định 12V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch dùng để bảo vệ mạch điện hoạt động điện áp 12V Nếu nguồn điện có cố đột ngột: điện áp tăng cao mạch điện hoạt động ổn định nhờ có IC 7812 giữ điện áp ngõ OUT 12V không đổi Mạch lấy nguồn chiều từ máy biến áp với điện áp từ 13V đến 30V để đưa vào ngõ IN GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 55 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG Chú ý: Điện áp đặt trước IC7812 phải lớn điện áp cần ổn áp từ 1.5 đến 2V Tụ điện đóng vai trị ổn định chống nhiễu cho nguồn (có thể bỏ hai tụ điện mạch điện khơng địi hỏi) Một số điểm lưu ý sử dụng IC LM78xx: + Dòng cực đại trì 1A + Dịng đỉnh 2,2A + Công suất tiêu tán cực đại không dùng tản nhiệt: 2W + Công suất tiêu tán dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W Vậy vượt ngưỡng ý 78xx bị cháy Ta nên hạn chế áp lối vào 78xx để giảm công suất tiêu tán tản nhiệt Thực tế áp lối đạt giá trị khoảng 11,5 -12,5 (7812) IC 78xx có bảo vệ chập tải, nên làm chập chưa hẳn 78xx hỏng GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 56 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG CHƯƠNG V TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 4.1 Mục đích ý nghĩa: Trong việc chọn thiết bị hệ thống truyền động điện có ý nghĩa quan trọng Mục đích để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật hệ thống với vốn đầu tư tối thiểu Trong việc chọn cơng suất động có ý nghĩa quan trọng Nếu chọn công suất động lớn công suất yêu cầu làm tăng vốn đầu tư Động làm việc non tải khong sử dụng hết khả phát nhiệt dẫn đến làm giảm hiệu suất hệ thống, hệ số công suất thấp làm ảnh hưởng đến chất lượng điện Ngoài việc chọn thiết bị khác phải phản ánh chế độ làm việc đảm bảo kỹ kinh tế kỹ thuật, tận dụng hết khả làm việc thiết bị 4.2 Tính chọn mạch động lực: Các thông số động điện chiều sau: Uđm = 220 (V) Pđm = 200 (W) f= 50 (Hz) 2p= n1 = 1500(v/p) Ikt =2.15A Các thơng số cịn lại động cơ: η đm - Có = = = 0,42 Điện trở mạch phần ứng động cơ: GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 57 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG U đm I đm η đm - Rư = 0,5.(1) = 0,5.(1- 0,42) = 29,6 ( Điện cảm mạch phần ứng động cơ: γ Trong đó: γ Lư= 60.U đm 2π p.nđm I đm Ω ) = = 4,6 (mH) = 0,25 hệ số lấy cho động có cuộn bù 4.2.1 Tính tốn chọn van động lực: Tính chọn Thyristor dựa yếu tố dịng tải, sơ đồ chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc Các thơng số van tính đây: Điện áp ngược lớn mà Thyristor phải chịu là: Ud 2 π 220 2 π Ungmax= Knvan U2= Knvan = = 345,6 (V) Trong đó: Ud: điện áp tải U2: điện áp thứ cấp máy biến áp Knvan= khiển hoàn hệ số điện áp tải cầu chỉnh lưu pha điều toàn: Điện áp ngược van cần chọn là: Ungvan= KdtU Ungmax= 1,8 345,6= 622 (V) Trong đó: KdtU hệ số dự trữ điện áp Dịng điện làm việc hiệu dụng van: Id= Iđm= 2,15 (A) Ilv= Ihd = Khd Id= 2,15 = 1,52(A) Trong đó: GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 58 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG Khd= hệ số dịng điện hiệu dụng cầu chỉnh lưu pha có điều khiển hồn tồn Dịng điện làm việc định mức van: Ilvđm= Ki Ilv= 1,52= 6,08 (A) Trong đó: Ki= hệ số dự trữ dịng điện ÷ 30 Thông thường: Ilv= (10 )% Iđm (ở chọn Ilv=25% Iđm) Từ thơng số tính tốn ta chon thyristor loại BT151 có thơng số sau: U ng max = 600V • Điện áp ngược cực đại van: • Dịng điện định mức van: • Dòng điện xung điều khiển: • Điện áp xung điều khiển: I đmvan = 7,5 A I ng max = A U ng max = 5V Tmax = 125 Nhiệt độ làm việc cưc đại cho phép: 4.2.2.Tính chọn diode cho mạch động lực + Dịng điện hiệu dụng qua diode: Idhd= =1,52A + Điện áp ngược lớn mà điode phải chịu: • 2 Ungmax= U2= 220=331,13V + Chọn diode có dịng định mức: Idm > Ki.Iddm=4.1,52=6,08A + Chọn diode có điện áp ngược lớn nhất: Un = kdtu.Unmax=1,8.331,13=596,034V Vậy ta chọn diode loại 1N4148 lắp cho mạch lực 4.2.3 Chọn máy biến áp (MBA) chỉnh lưu: Trong thiết bị chỉnh lưu người ta dung MBA để tạo điện áp thích hợp, tạo số pha cần thiết, cách ly phụ tải với lưới điện, cải thiện dòng điện sơ cấp hạn chế dòng ngắn mạch GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 59 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG Để chọn MBA chỉnh lưu dựa vào sức điện động thứ cấp, điện áp sơ cấp cơng suất tính tốn cần thiết.Điện áp sơ cấp lấy theo điện áp lưới, sức điện động công suất tính tốn từ điện áp dịng điện chỉnh lưu Chọn MBA pha làm mát tự nhiên khơng khí Điện áp sơ cấp MBA: U1= 220 (V) Ud Id Thông số chỉnh lưu: = 220 (V), = 1,98 (A) Điện áp thứ cấp MBA là: Phương trình cân điện áp có tải: U cos α = U d + 2∆U V + ∆U dn + ∆U BA Trong đó: α = 100 góc dự trữ có suy giảm điện áp lưới ∆U V ∆U dn = 1,7 (V) sụt áp Thyristor: = sụt áp dây nối ∆U BA = ∆U r + ∆U X Thông thường: ∆U BA sụt áp điện trỏ điện kháng MBA ∆U BA ÷ = (5 10)% Ud Ud Ta chọn: = 6% = 6(V) Từ phương trình cân điện áp có tải ta có: Ud0 = U d + 2∆U V + ∆U dn + ∆U BA 220 + 2.1,7 + + = cos α cos10 = 232,94 (V) Công suất tối đa tải là: Pd max = U d I d = 232,94.1,98= 461,22 (W) Công suất MBA nguồn cấp tính là: Sba = k s Pmax GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 = 1,23.461,22 = 144,84 (VA) 60 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG Trong đó:567,3 S ba ks : Công suất biểu kiến MBA = 1,23: hệ số công suất cầu chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn Điện áp pha thứ cấp MBA là: U2 = U d 232,94 = kU 2 π = 258,73 (V) Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA là: I2= k2.Id= 1,2 1,98= 2,376 (A) (Với cầu chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn k2= 1,2) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA là: U2 258,73 I = 2,376 U1 220 I1 = kBA.I2 = 4.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van: = 2,79 (A) 4.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn: Khi làm việc với dòng điện chạy qua vanc ó sụt điện áp có tổnt ∆P thất công suất Tổn hao sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn làm việc nhiệt độ cho phép T cp Nếu nhiệt độ cho phép van bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an tồn khơng bị chọc thủng nhiệt ta phải chọn thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý - Tổn hao công suất Thyristor là: ∆P = ∆Uv.Ilv = 1,7 1,52= 2,5(W) Diện tích bề mặt tỏa nhiệt là: GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 Sm = 61 ∆P K m τ SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG Trong đó: ∆P τ : tổn hao công suất van : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt= 400C Nhiệt độ làm việc cho phép Tcp= 1250C Chọn nhiệt độ cánh tản nhiệt tỏa nhiệt Tlv= 800C Vậy: τ = Tlv - Tmt = 125 - 40 = 850C Km hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ chọn Km= (W/m2 oC) Sm = 2,38 8.85 −3 = 3,5 10 (m2) 4.3.2 Bảo vệ dòng điện cho van: Các nguyên nhân gây dòng điện cho van: - Quá dòng dài hạn - Ngắn mạch đầu - Ngắn mạch thân van GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 62 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG Hình:Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh (nhóm 1CC) để bảo vệ ngắn mạch thyristor Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC là: I1CC= 1,1.Ilv = 1,1.1,52 = 1,67 (A) ⇒ Chọn cầu chảy nhóm 1CC loại (A) Dùng cầu chảy tác động nhanh (nhóm 2CC) để bảo vệ ngắn mạch đầu chỉnh lưu Dịng điện định mức dây chảy nhóm 2CC là: I2CC = 1,1.Id = 1,1.2,15 = 2,365 (A) ⇒ Chọn cầu chảy nhóm 2CC loại (A) Bảo vệ ngắn mạch thứ cấp MBA (nhóm 3CC) : I3CC = 1,1.I2= 1,1.2,365 = 2,61 (A) GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 63 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ⇒ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG Chọn cầu chảy nhóm 3CC loại (A) 4.3.3 Bảo vệ điện áp cho van: Khi có chuyển mạch van điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dịng điện ngược thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng dịng điện gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp anot catot Thyristor Tốc độ biến thiên đạt 10 (µs) dẫn đến điện áp di dt Uqđa= L lớn Để bảo vệ điện áp ta sử dụng mạch R- C mắc song song với Thyristor tạo mạch vòng phóng điện R1 q trình chuyển mạch bảo vệ van tích C T Mạch R-C bảo vệ cho van Theo kinh nghiệm R1 = (2 ÷ 30) Ω; C1 = (0,25 ữ 4) àF Ta chn: R1 = 2(Ω); C1 = 2(µF) Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc R-C hình vẽ Nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hồn tồn điện trở đường dây 4.4 Tính tốn mạch điều khiển: Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu xung mở Thyristor: • Điện áp điều khiển: Uđk= Ug= 2(V) • Dịng điện điều khiển: Ik= 0,1 (A) àA ã rng xung iu khin tx= 100 ( • Mức độ sụt biên độ xung: Sx= 0,1 • Độ đối xứng cho phép: • Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unguồn= 12 (V) GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 ∆α ) = 40 64 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG Sơ đồ mạch điều khiển động lực IC TCA 785 (có tích hợp khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung ,khuyếch đại) tạo xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( T1 T2) - Chân 11 TCA chân nhận điện đáp điều khiển ( từ đến 11V) để thay dổi góc kích mở Thyristor từ đến 180 độ - Mạch lực ta dùng mạch cầu chỉnh lưu bán điều khiển Giả sử ta đạt điện áp diều khiển thay đổi từ đến 11V vào chân 11 IC TCA785, chân 14 15 IC TCA785 xuất chuỗi xung thay đổi từ đến 180 độ - Nguyên lí hoạt động mạch lực: + Giả sử bán kì ta có điện áp + đặt vào AC_IN2, diện áp âm AC_IN1 Lúc mạch điều khiển tạo xung (với góc anpha tuỳ vào điện áp điều khiển) tới kích mở T2 Dịng điện có chiều từ AC_IN2 qua cầu chì, qua D4, qua tải, qua T2 âm nguồn - GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 65 SVTH: NHÓM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ SUẤT ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG + Ở bán kì cịn lại AC_IN1 + AC_IN2 âm Lúc mạch điều khiển xuất xung tới kích mở T1 Dịng điện có chiều từ AC_IN1 qua qua D3, qua tải, qua T1, qua cầu chì AC_IN2 + Vậy dịng điện có chiều cố định từ DC_OUT2 DC_OUT1 điều chỉnh từ đến 220V DC Sơ đồ bo mạch GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 66 SVTH: NHÓM ... dương Mạch điều khiển phải có khả thay đổi góc điều khiển tồn dải điều chỉnh, lý thuyết từ 0 đến 18 00, qua điều chỉnh điện áp chỉnh lưu toàn dải yêu cầu 2 .1. 3 Các tham số mạch chỉnh lưu Các tham... hiệu điều khiển cho sẵn tài liệu tra cứu van Các hệ thống phát xung điều khiển chỉnh lưu sử dụng chia làm nhóm: Nhóm 1: Nhóm hệ thống điều khiển đồng bộ: nhóm hệ thống điều khiển mà xung điều khiển. .. thống điều khiển thẳng đứng tuyến tính 3.4 .1 Khâu đồng pha: Theo nghiờn cu ta thy có số sơ đồ khâu đồng pha điều khiển sau: U1 D1 R1 H×nh 21a +E ­­TrD2 H×nh 21. b GVHD: ĐỖ THÀNH HIẾU SV_ĐK8LC1 43