Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đồ án môn học nguyenvanbientbd47@gmai.com Lời nói đầu Việc dụng động điện sản xuất đời sống rộng rãi , đặc biệt động điện chiều động điện chiều có nhiều u điểm so vơi động xoay chiều Nhng gắn liền với việc sử dụng động điện chiều trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ động cho phù hợp với yêu cầu thực tế Là sinh viên khoa Điện môn Tự Động Hoá đợc trang bị với kiến thức nhiều môn học có môn điện tử công suât, qua giảng thầy cô trình tìm hiểu em hoàn thành đồ án Đây mảng đề tài rộng, với khối lợng công việc lớn mẻ chúng em em gặp số khó khăn qúa trình thiết kế, song đợc hớng dẫn tận tình thầy giáo, cô giáo môn, đặc biệt thầy giáo Phạm Quốc Hải giúp đỡ nhiệt tình bạn lớp, nên em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu Tuy nhiên hạn chế thời gian nh trình độ thân, nên không tránh khỏi nhiều chỗ thiếu sót, em mong đợc bảo thầy cô giáo bạn để em hoàn thiện đồ án Trong đồ án em xin trình bày số nội dung sau : Chơng : Giới thiệu Chung động điện chiều Chơng : Các phơng án tổng thể Chơng 3: Phân tích hoạt động mạch thiết kế Chơng : Thiết kế tính toán mạch lực Chơng : Tính toán thiết kế mạch điều khiển Trang Chơng I Giới thiệu Chung động điện chiều I.Động điện chiều Tầm quan trọng động điện chiều Trong sản xuất đại , động chiều đợc coi loại máy quan trọng ngày có nhiều loại máy móc đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng Do động điện chiều có nhiều u điểm nh khả điều chỉnh tốc độ tốt , khả mở máy lớn đặc biệt khả tải Chính mà động chiều đợc dùng nhiều nghành công nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ nh cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải mà điều quan trọng nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện chiều Bên cạnh đó, động điện chiều có nhợc điểm định nh so với máy điện xoay chiều giá thành đắt chế tạo bảo quản cổ góp điện phức tạp ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhng u điểm nên động điện chiều có tầm quan trọng định sản suất Công suất lớn động điện chiều vào khoảng 10000 KW , điện áp vào khoảng vài trăm 1000 V Hớng phát triển cải tiến tính vật liệu , nâng cao tiêu kinh tế động chế tạo động có công suất lớn Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều phân thành hai phần : phần tĩnh phần động 2.1.Phần tĩnh hay stato Đây đứng yên máy , bao gồm phận sau: a, Cực từ : phận sinh từ trờng gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong động điện nhỏ dùng thép khối Cực từ đợc gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ đợc quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây đợc bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trớc đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt cực từ đợc nối tiếp với b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đợc đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thờng làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống nh dây quấn cực từ Cực từ phụ đợc gắn vào vỏ máy nhờ bulông c, Gông từ : Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thờng dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thờng dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d, Các phận khác Bao gồm: -Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm h hỏng dây quấn an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trờng hợp nắp máy thờng làm gang - Cơ cấu chổi than : Để đa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại 2.2 Phần quay hay rôto Bao gồm phận sau : a, Lõi sắt phần ứng : Dùng để dẫn từ Thờng dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên ngời ta dập lỗ thông gió để ép lạ thành lõi sắt tạo đợc lỗ thông gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thờng chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt Trong động điện chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vào trục Trong động điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lợng rôto b, Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thờng làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dới vài kW thờng dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn đợc cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit c, Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đợc mạ cách điện với lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm hợp thành hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ tròn cách điện mica Đuôi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn phiến góp đợc dễ dàng d, Các phận khác -Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện chiều thờng chế tạo theo kiểu bảo vệ, hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trục máy , động quay cánh quạt hút gió từ vào động Gió qua vành góp, cực từ lõi sắt dây quấn qua quạt gió làm nguội máy -Trục máy : Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thờng làm thép cacbon tốt Phân loại máy điện Động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động điện kích hích độc lập, động điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính động kích từ độc lập kích thích song song giống nên cần công suất lớn ngời ta thờng dùng động kích từ độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích đợc thuận tiện mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng kinh tế đòi hỏi có dòng bên Trong đồ án ta xét đến động điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ U E R Rf f U Rkt CKT I kt U kt Khi mà nguồn chiều có công suất không lớn mạch phần ứng mạch từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên gọi động điện chiều kích từ độc lập Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B dây quấn phần ứng sinh dòng điện I Các dẫn ab,cd có dòng điện nằm từ trờng chịu tác dụng lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vòng vị trí dẫn ab,cd đổi chỗ cho phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều tác dụng không đổi đảm bảo động có chiều quay không đổi,khi động quay dẫn cắt từ trờng cảm ứng sức điện động E ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái Phơng trình phần ứng U = E +R.I II Điều chỉnh tốc độ động đảo chiều 1) Phơng trình đặc tính U = E +(R +Rf)I U : Điện áp phần ứng E : Suất điện động phần ứng R ,Rf : Điện trở phần ứng,điện trở phụ mạch phần ứng I : Dòng điện mạch phần ứng R =r +rct +rb +rtc r : Điện trở cuộn dây phần ứng rct : Điện trỏ cực từ phụ rb : Điện trở cuộn bù rtx : Điện trở tiếp xúc chổi điện U E I U a Ikt = K. P N K = 2. a P : Số cực từ N : Số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng : Từ thông kích từ dới cực từ Wb : Tốc độ góc (Rad/s) E = Ke n Eu R ) U (Ru + f I u = K K Mômen điện từ Mđt =K I = U (Ru + K. = K. R f ).I u Rkt CKT P.N E= Rf U kt Suy I = M dt K. Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ mômen đầu trục Mđt =Mcơ =M = Uu K. Ru + R f M (1) (K. ) Mômen phụ thuộc vào từ thông dòng phần ứng Từ phơng trình (1) suy : để thay đổi tốc độ động ta dùng phơng pháp thay đổi điện áp phần ứng U ,từ thông tức thay đổi dòng kích từ Ikt thay đổi điện trở phần ứng R ,Rf M =K I muốn đảo chiều động tức đảo chiều mômen M ta dùng phơng pháp đảo chiều từ thông (tức đảo chiều dòng kích từ Ikt ) đảo chiều dòng điện phần ứng I Các phơng pháp thay đổi tốc độ a) Phơng pháp thay đổi từ thông ,thay đổi dòng kích từ Ikt Với phụ tải Mc định Khi giảm tốc độ động tăng lên n dm nodm M(Iu) Iu Khi kích thích dòng khác đặc tính nhận đợc khác độ dốc khác nhau.Giao điểm mômen cản M =f(I) với đờng cho biết tốc độ xác lập ứng với thông số khác từ thông b) Thay đổi điện áp phần ứng - Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông điện chiều cần có thiết bị nguồn nh máy phát điện chiều kích từ độc lập , chỉnh lu điều khiển thiết bị có chức biến đổi lợng xoay chiều thành chiều có suất điện động Eb điều chỉnh đợc nhờ tín hiệu Uđk LK BBĐ - Phơng trình đặc tính hệ thống nh sau: Eb = K dm I + d K Rb Ru u dm Vì từ thông động đợc giữ không đổi nên độ cứng đặc tính không thay đổi tốc độ không tải lý tởng tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk hệ thống nói phơng pháp điều chỉnh triệt để - Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy tốc độ lớn hệ thống bị chặn đặc tính đặc tính ứng với điện áp định mức từ thông giữ giá trị định mức Tốc độ nhỏ dải điều chỉnh bị giới hạn yêu cầu sai số tốc độ mômen khởi động , mômen tải định mức giá trị lớn va nhỏ tốc độ - = max = max M dm M dm Để thoả mãn khả tải đặc tính thấp dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm Trong : KM hệ số tải mômen, họ đặc tính đờng thẳng song song với nên theo định nghĩa độ cứng đặc tính ta viết: = M dm ( K M max M dm = ( M nm M dm ) D= max (KM M dm = 1) M 1) KM dm * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào omax max 0min đk1 M M đm nmmin đk2 Vấn đề đảo chiều Chiều quay động phụ thuộc vào chiều quay mômen dùng hai phơng pháp Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng I đổi chiều từ thông (đổi chiều dòng kích từ Ikt) Nếu dùng phơng pháp đảo chiều dòng kích từ Khi máy quay hệ số điện cảm cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vòng dây) nên thay đổi dòng kích thích Ikt xuất suất điện động cảm ứng cao gây điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích Do để đảo chiều quay động ta chon phơng pháp đảo chiều dòng phần ứng I 4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác a) Độ trơn = i+ i Trong : i , i+ tốc độ ổn định động đạt đợc cấp i ,i+1 tức hệ truyền động ổn định vị trí toàn dải điều chỉnh b) Dải điều chỉnh tốc độ Là phạm vi điều chỉnh tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tải cho D = max Trong : max bị hạn chế độ bền động độ bền vành góp bị chặn yêu cầu mômen khởi động ,khả tải sai số tốc độ làm việc cho phép c) Chống kích từ Khi mở máy phải đảm bảo chống kích từ mà nguyên nhân ngắn mạch kích thích Vì E = nên I = U Eeu = U Ru Ru Do U không đổi R nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên I lớn làm cháy dây quấn vành góp Cách khắc phục điều phải có phận nhận biết đợc kích từ ( = I =0) ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức U = Khi I không lớn tránh đợc cố Chơng Các phơng án tổng thể Để lựa chọn đợc phơng án thích hợp với yêu cầu Cấp điện cho đông điện chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng ta cần phải lựa chọn phơng án điều chỉnh tốc độ sơ đồ mạch lực phù hợp I Lựa chọn phơng án điều chỉnh tốc độ đông Nói chung ta tiến hành điều chỉnh tốc độ động theo phơng pháp chủ yếu nh nêu : Điều chỉnh điện áp phần ứng điều chỉnh từ thông Phơng pháp điều chỉnh từ thông Phơng pháp điều chỉnh từ thông thay đổi tốc độ đợc cách liên tục kinh tế nhng điều chỉnh đợc tốc độ vùng tốc độ định mức bị hạn chế điều kiện khí Phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng Phơng pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng điều chỉnh tốc độ cách liên tục dễ dàng thực cách thay đổi góc điều kiển Mặt khác phơng pháp trình điều kiển thay đổi tốc độ không tiêu hao lơng momen đông không đổi Nhân xét : Từ phân tích ta lựa chọn phơng án điều chỉnh tốc độ đông cách thay đổi điện áp phần ứng II Lựa chọn phơng án mạch lực Để thay đổi đảo chiều động điện chiều buộc phải thiết kế chỉnh lu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý nh sau Tải Rf CL II Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lu pha hay mạch chỉnh lu pha Thông thờng theo kinh nghiêm ta có : + Nếu công suất mạch cung cấp lớn ữ kW ta sử dụng mạch chỉnh lu pha Nguyên tắc điều khiển Mạch điều khiển tiristor phân loại theo nhiều cách Song mạch điều khiển dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha theo ta có hai nguyên lý khống chế ngang khống chế đứng - Khống chế ngang phơng pháp tạo góc thay đổi cách dịch chuyển điện áp hình sin theo phơng ngang so với điện áp tựa + Nhợc điểm phơng pháp khống chế góc phụ thuộc vào dạng điện áp tần số lới, độ xác góc điều khiển thấp - Khống chế đứng phơng pháp tạo góc thay đổi cách dịch chuyển điện áp chủ đạo theo phơng thẳng đứng so với điện áp tựa ca + Phơng pháp khống chế đứng có độ xác cao khoảng điều khiển rộng ( từ -> 1800 ) + Có hai phơng pháp điều khiển đứng : across tuyến tính Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Tổng đại số Ur + Uđk đa đến đầu vào khâu so sánh Bằng cách làm biến đổi Uđk ta điều chỉnh đợc thời điểm xuất xung tức điều chỉnh đợc góc Khi Uđk = ta có = Khi Uđk < ta có > Quan hệ Uđk nh sau: = U dk U rmax Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng acrcoss Nguyên tắc dùng hai điện áp: + Điện áp đồng Ur vợt trớc điện áp anốt catốt góc /2 (Nếu UAK = A.sinwt Ur = B.coswt ) + Điện áp điều khiển đợc Uđk điện áp chiều điều chỉnh đợc biên độ theo hai hớng (dơng âm) Trên hình vẽ đờng nét đứt điện áp anốt catốt tiristor, từ điện áp ng- ời ta tạo Ur Tổng đại số Ur + Uđk đợc đa đến đầu vào khâu so sánh Khi Ur + Uđk = ta nhận đợc xung đầu khâu so sánh : Uđk + B.cos = Do = arccos(-Uđk/B) Thờng lấy B = Uđk max Khi Uđk = =/2 Khi Uđk = - Uđk max = Nh cho Uđk biến thiên từ - Uđk max đến + Uđkmax biến thiên từ đến Nguyên tắc đợc sử dụng cscs thiết bị chỉnh lu đòi hỏi chất lợng cao Nhận xét: Theo yêu cầu thiết kế mạch điều khiển ta thấy nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính phù hợp, ta chọn nguyên tắc điều khiển Phơng pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod Tiristo, để điều khiển đợc góc mở Tiristo vùng điện áp + anod, ta cần tạo điện áp tựa dạng tam giác, ta thờng gọi điện áp tựa điện áp ca Urc Nh điện áp tựa cần có vùng điện áp dơng anod Dùng điện áp chiều Uđk so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm (t1,t4) điện áp tựa điện áp điều khiển (Urc = Uđk), vùng điện áp dơng anod, phát xung điều khiển Xđk Tiristo đợc mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1,t4) cuối bán kỳ (hoặc tới dòng điện 0) Sơ đồ nguyên lý điều khiển chỉnh lu Udf t Urc Udk t Xdk t Ud t t1 t2 t3 t4 t5 Đồ án môn học nguyenvanbientbd47@gmai.com Sơ đồ khối mạch điều khiển Để thực đợc ý đồ nêu phần nguyên lý điều khiển trên, mạch điều khiển bao gồm ba khâu hình Đồng pha So sánh Tạo xung Nhiệm vụ khâu sơ đồ khối hình nh sau: + Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thờng gặp điện áp dạng ca tuyến tính) trùng pha với điện áp anod Tiristo + Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểm hai điện áp (Uđk = Urc) Tại thời điểm hai điện áp nhau, phát xung đầu để gửi sang tầng khuếch đại + Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo Xung để mở Tiristor có yêu cầu: sờn trớc dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu Tiristo mở tức thời có xung điều khiển (thờng gặp loại xung xung kim xung chữ nhật); đủ độ rộng với độ rộng xung lớn thời gian mở Tiristo; đủ công suất; cách ly mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực lớn) 1) Khối đồng pha Tr R2 C1 A B R1 D1 R3 A1 C A2 U1 Ur Ngày vi mạch đợc chế tạo ngày nhiều, chất lợng ngày cao, kích thớc ngày gọn, ứng dụng vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha cho ta chất lợng điện áp tựa tốt, điều khiển góc mở lớn góc Trang 01235 01235 01235 01235 mở đạt tới 1800 Trên sơ đồ mô tả sơ đồ tạo điện áp tựa dùng khuếch đại thuật toán (KĐTT) 2) Khâu so sánh Urc Udk R5 Urc A3 R4 Ura R5 R4 A33 Udk Ura b c Sơ đồ khâu so sánh Để xác định đợc thời điểm cần mở Tiristo cần so sánh hai tín hiệu Uđk Urc Việc so sánh tín hiệu đợc thực Tranzitor nhng Tranzitor không làm việc chế độ đóng cắt nh ta mong muốn, nhiều làm thời điểm mở Tiristo bị lệch xa so với điểm cần mở Uđk = Urc.Để khắc phục điều ta dùng khuyếch đại thuật toán KĐTT có hệ số khuyếch đại lớn nên cần tín hiệu nhỏ đầu vào ta có điện áp đầu nguồn nuôi Ưu điểm phát xung xác Uđk=Ura 3) Khâu tạo xung Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristo nh nêu trên, tầng khuếch đại cuối thờng đợc thiết kế Tranzitor công suất, nh mô tả hình 6a Để có xung dạng kim gửi tới Tiristo, ta dùng biến áp xung (BAX), để khuếch đại công suất ta dùng Tr, điôt D bảo vệ Tr cuộn dây sơ cấp biến áp xung Tr khoá đột ngột Mặc dù với u điểm đơn giản, nhng sơ đồ đợc dùng không rộng rãi, lẽ hệ số khuếch đại tranzitor loại nhiều không đủ lớn, để khuếch đại đợc tín hiệu từ khâu so sánh đa sang Tầng khuếch đại cuối sơ đồ darlington nh hình 6b thờng hay đợc dùng thực tế sơ đồ hoàn toàn đáp ứng đợc yêu cầu khuếch đại công suất, hệ số khuếch đại đợc nhân lên theo thông số tranzitor Trong thực tế xung điều khiển cần có độ rộng bé (cỡ khoảng (10 ữ 200) às), mà thời gian mở thông tranzitor công suất dài (tối đa tới nửa chu kỳ - 0.01s), làm cho công suất toả nhiệt d Tr lớn kích thớc dây quấn sơ cấp biến áp d lớn Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr kích thớc dây sơ cấp BAX thêm tụ nối tầng nh hình 6c Theo sơ Trang đồ này, Tr mở cho dòng điện chạy qua khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng chúng bé nhiều lần +E BAX +E D2 D2 R BAX Tr1 R Tr1 Tr2 Uv Uv b R a +E BAX Rf D2 C2 R6 Tr1 D Uv Tr2 R c f Sơ đồ khâu khuếch đại a- tranzitor công suất; b- sơ đồ darlington; c- sơ đồ có tụ nối tầng Sơ đồ mạch điều kiển - Từ phân tích ta có sơ đồ mạch điều kiển : +E Tr1 R2 BAX C1 D2 A U1 R1 R B A1 D1 Urc R5 R R3 C2 A2 Ud R4 A3 Ura Tr2 R7 Nguyên lý hoạt động sơ đồ điều khiển: Điện áp vào điểm A (UA) có dạng hình sin, trùng pha với điện áp anod Tiristo T, qua khuếch đại thuật toán (KĐTT) A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB Phần áp dơng điện áp chữ nhật UB qua điôt D1 tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc Điện áp âm điện áp UB làm mở thông tranzitor Tr1, kết qủa A2 bị ngắn mạch (với Urc = 0) vùng UB âm Trên đầu A2 có chuỗi điện áp ca Urc gián đoạn Điện áp Urc đợc so sánh với điện áp điều khiển Uđk đầu vào A3 Tổng đại số Urc + Uđk định dấu điện áp đầu KĐTT A3 Trong khoảng ữ t1 với Uđk > Urc điện áp UD có điện áp âm Trong khoảng t1 ữ t2 điện áp Uđk Urc đổi ngợc lại, làm cho UD lật lên dơng Các khoảng thời gian giải thích điện áp UD tơng tự Các xung UF làm mở thông tranzitor, kết nhận đợc chuỗi xung nhọn Xdk biến áp xung, để đa tới mở Tiristo T III Tính toán thông số mạch điều khiển Mạch điều kiển đợc tính xuất phát từ yều cầu xung mở Tiristor , ta có thông số để tính mạch điều kiển : + Điện áp điều kiển Tiristor : Uđk = 1,4V + Dòng điện điều kiển Tiristor : Iđk = Ig = 0,12A + Thời gian mở Tiristor : tm = 120ms + Độ rộng xung điều kiển :tx = 167ms + Tần số xung điều kiển fx = 3kHz + Độ đối xứng cho phép : = 40 + Điện áp nuôi mạch điều khiển U = 12V + Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 Tính máy biến áp xung Chọn vật liệu làm lõi Fẻit HM , lõi có dạng hình xuyến làm việc q fần đặc tính từ hóa có B = 0,3T ;H = 30A/m khe hở không khí + Tỉ số biến áp xung chọn m + Điện áp thữ cấp MBA xung : U2 = Uđk = 1,4V + Điện áp đặt lên cuộn thứ cấp MBA xung : U1 = mU2 = 3,14 = 4,2V +Dòng điện thứ cấp MBA xung : I2 = Iđk = 0,12A + Dòng điện sơ cấp MBA xung : I1 = 2.I2/m = 0,12/3 = 0,08A + Độ từ thẩm trung bình tơng đối lõi thép 0,3 = 8.10 B àtb = H.à = 30.1,25.10 Với à0 = 1,25.10-6 (H/m) độ từ thẩm không khí Thể tích lõi thép cần có : V = Q.l = (àtb.à0.tx.sx.U1.I1)/B2 Thay số : V= 8.103.1,25.10-6.0,15.167.4,2.0,08)/0,32 = 0,4676.10-6m3 = 0,4676.10-3cm3 Dựa vào bảng tra cứu ta lựa chọn đợc mạch từ tích V= 0,645cm3 kích thớc cụ thể nh sau: Q =0,1cm2, l = 6,45cm ; a = 2,5mm ; b = 4mm ; d =20mm ; a d b R f - Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung : - Theo định luật cảm ứng điện từ dB U1 = W1Q dt B = W1Q tx 233,8 (vòng) U1tx 4,2.167.10 W1 = = = BQ 0,3.0,1.10 Chọn w1 = 234 vòng - Số vòng dây thứ cấp W2 = W1 234 78 (vòng) m = = Chọn mật độ dòng điện J1= (A/mm2) - Tiết diện dây thứ cấp 0,0067 (mm2) S1 = I 0,08 J1 = = + Đờng kính dây thứ cấp D d2 = 4S1 = 4.0,0067 0,092 (mm) = Chọn d = 0,1 (mm) - Tiết diện dây thứ cấp 0,03 (mm2) S2 = I = 0,12 = J2 Chọn mật độ dòng điện J2 = 4(A/mm2) + Đờng kính dây thứ cấp 4.0,03 = 1,95 (mm) d2 = 4S = Chọn dây có đờng kính d2 = 1,95 (mm) - Kiểm tra lại hệ số lấp đầy 2 2 S1 W1 + S2 W2 d1 W1 + d W2 0,1 234 + 1,95 78 0,747 < = = = d Klđ = ( d ) 20 Nh cửa sổ đủ diện tích cần thiết Tính khâu khuếch đại xung +E BAX D2 R Tr1 Uv R Chọn Tranzito công suất loại Tr3 loại 2SC9111 Tranzito loại npn vật liệu bán dẫn Si + Điện áp colecto bazơ hở mạch Emitơ UCB0 = 40 (V) + Điện áp Emito bazơ hở mạch Colecto UEB0 = (V) + Dòng điện lớn mà colecto chịu đựng Imax = 500 (mA) + Công suất tiêu tán colecto Pc = 1,7 (W) + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp T1 = 1750C + Hệ số khuyếch đại = 50 + Dòng điện làm việc colecto Ic3 = I1= 0,08 (mA) 1,6 (mA) + Dòng điện làm việc bazơ Ib = I c 0,08 = 50 = Ta thấy hai loại Tiristor chọn có công suất điều khiển bé Uđk = 2,0 (V) Iđk = 0,1 (A) Do ta cần tầng khuyếch đại đủ công suất điều khiển Tranzito - Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E = 12(V) , với nguồn E =12 (V) ta phải mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực Emito Ir3 , R1 92,5 () R7 = E U 12 4,2 I1 = 0,08 = Tất Diod mạch điều khiẻn dùng loại 1N4009 có tham số + Dòng điện định mức Iđm = 10 (mA) + Điện áp ngợc lớn Un = 25 (V) + Điện áp Diod mở thông Um = 1(V) Chọn tụ C2 R6 - Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đa vào Bazờ Transistor Ir2 ta chọn R9 thoã mãn điều kiện: 281,25 = 2,8k 4,5 3= R6 IU = 0,8.2.10 B3 Chọn R6 = 3k Chọn C2 cho C2.R6 tx = 55,6.10 (F ) = 55,6nF x => C2 Rt = 1673 3.10 Chọn C2 = 33nF Chọn khuất thuật toán - Mỗi kệnh điều kiển phải dùng khuyếch đại thuật toán , ta chọn IC loại TL084 hãng texas instrument , IC có khuếch đại thuật toán - Thông số IC TL084 : + Điện áp nguồn nuôi : VCC = 18V, Chọn VCC = 12V + Hiệu điện đầu vào : 30V + Nhiệt độ làm việc : T = - 25ữ85 C0 + Công suất tiêu thụ P = 0,68W + Tổng trở đầu vào : Rmin = 106 + Dòng điện đầu : Ira = 30pA + Dòng điện đầu vào : Iv = 1mA du = 13(V / s) + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : dt Sơ đồ chân IC TL084 : Đồ án môn học 14 nguyenvanbientbd47@gmai.com 13 12 11 10 + + + - + - Ucc Sơ đồ chân IC TL084 Tính tầng so sánh R5 A33 R4 Udk Ura - Mỗi kênh điều kiển có khuyếch đại thuận toán đóng vai trò tầng so sánh ta chọn loại IC TL084 nh - Chọn R4 = R5 > U dk Ir 12k 12 = 1.10 = - Trong nguồn nuôi VCC = 12V , điện áp vào A3 Ur = 12V dòng điện vào hạn chế Ilv < 10-3A ta chọn R4 = R5 = 15k dòng vào A3 : 12 Ilv-max = 15.10 = 0,8mA Chọn âu kh đồng pha Tr R2 C1 A B R1 D1 A1 R3 C A2 U1 Ur Trang 01235 01235 Điện áp tụ đợc hình thành nạp tụ C1 , mặt khác để đảm bảo phạm vi điều kiển rộng góc điều kiển = ữ 1800 số thơì gian tụ nạp đợc : Tr = R3.C1 = T/2 = 1/2f = 0,01s 10k Chọn C1 = 1àF điện trở R3 = Tr = 0,01 6= C1 1.10 Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp ráp mạch R3 thờngg chọn biến trở R3 lớn 10k để điều chỉnh - Chon Tranzitor T1 loại A564 có thông số: + TRanzitor loai pnp làm bvằng Si + Điện áp Emitor Bazơ lúc hỏ mạch colector :UEB0 =7V + Dòng điện lớn mà colector chịu đợc : IC-max = 100mA + Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : TCP = 1500 + Hệ số khuyếch đại = 250 + Dòng cực đại Bazơ : IB3 = I C = 100 0,4 A 250 = + Điện trở để hạn chế dòng điện vào bazơ Tranzitor Tr1 đợc chọn nh sau : Chọn R2 thoã mãn điều kiện : 12 U N max = 30k = R2 0,4.10 IB Chọn R2 = 30k Chọn điện áp đồng pha : UA= 9V Điện trở R1 để hạn chế dòng điện vào khuyếch ddaij thuật toán A1 thờng chọn R1 cho dòng vào khuyếch đại thuật toán : Ir < 1mA Do U A = = 9k R1 > I 1.10 r Chọn R1 = 10 k Tao nguôn nuôi Ta cần chọn nguồn nuôi 12V để cấp cho BAX nuôi IC, điều chỉnh dòng điện tốc độ , điện áp đặt tốc độ Ta dùng mạch chỉnh lu cầu ba pha dùng điốt, điện áp từ cấp MBA nguồn nuôi : Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch này: Điện áp đầu vào : UV = ữ 35V Điện áp đầu : Ura = 12V với IC 7812 Ura = - 12V với IC 7912 Dòng điện đầu : IR = ữ 1A Sụt áp nhỏ nhấttrên IC 7812 U = 4V Trang Ud = 12- = 8V U2 = = 8,88(V ) 0,8 Ta chọn U2 = 9V Tụ điện C4 , C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 =470àF 7812 C4 +12V C6 220~ C5 C7 7912 -12V Tính toán máy BA nguồn nuôi đồng pha Ta thiết kế MBA dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi cho tất mạch điều kiển bao gồm công suất cung cấp cho mạch đồng pha cung cấp nguồn nuôi cho IC TL084 tạo 32 khuyếch đại thuật toán Chọn kiểu MBA pha rụ, trụ có cuộn dây : cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp Điện áp lấy thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha , lấy thứ cấp nguồn nuôi : U2 = U2đp = UN = 9(V) - Dòng điện thứ cấp MBA đồng pha : I2đp = IA1-max = 1(mA) - Công suất MBA cung cấp cho việc tạo nên áp đồng pha Pđp = 8.I2-dp U2-đp = 8.9.1.10-3 = 0,072( W) - Công suất tiêu thụ 8IC TL 084 sử dụng làm khuyếch thuật toán P8IC = 8.0,68 = 5,44W - Công suất BA xung cấp cho cực điều khiển Tiristor Px = Uđk Iđk = 8.1,4.0,12 = 1,344(W) - Tổng công suất MBA cung cấp : P = Pđp + P8IC + PX P = 0,072 + 5,44 +1,344 = 6,856(W) - Công suất MBA có kể đến 5% tổn thất máy : S = 1,05.P = 1,05 6,856 = 7,1988 (VA) - Dòng điện thứ cấp MBA : = 0,133(A) I2 = S = 7,1988 6.U 6.9 - Dòng điện sơ cấp MBA: S 7,1988 = 0,011(A) I1 = 3.U = 3.220 - Tiết diện trụ MBA đợc tính theo công thức kinh nghiệm: QT = kQ S m.f = 7,1988 = 1,32(cm ) 3.50 Trong : kQ = : hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát m = : số trụ MBA f = 50 : tần số điện áp lới - Ta chọn lõi thép hình chữ E , có độ từ cảm B = 1T có kích thớc nh hình vẽ : b H h c a c C Ta có : QFe = a.b = 1,32cm2 b Trong trình thiết kế ta thờng chọn < < 1,5 Ta chọn a = 1cm ; b a =1,32cm h Và m = = 2,5 => h = 2,5.1 = 2,5 cm ca n = = 0,5 => c = 0,5.1 = 0,5 cm a - Chọn mật độ từ cảm B = 1T trụ ta có số vòng dây sơ cấp : w1 = 7507,5 (vòng) 220 U1 4,44.f.B.Q Fe = 4,44.50.1.1,32.10 = Chọn w1 = 7508 ( vòng) - Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75A/mm2 - Ta có tiết diện dây quấn sơ cấp : 0,004(mm ) S1 = I1 0,011 = = 2,75 J1 - Chọn dây dẫn tròn , tiết diện theo qui chuẩn : S1 = 0,00785mm2 Đờng kính thực lõi dây quấn sơ cấp : d1 = 0,1mm Đờng kính có kể cách điện D1 = 0,12mm Số vòng dây thứ cấp : U 7508 = 307,1 (vòng) w = w1 U1 = 220 Chọn w1 = 308 ( vòng) - Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75A/mm2 - Ta có tiết diện dây quấn thứ cấp : 0,048(mm ) S2 = I 0,133 = = 2,75 J2 Chọn dây dẫn tròn , tiết diện theo qui chuẩn : S2 = 0,095mm2 Đờng kính thực lõi dây quấn sơ cấp : d2 = 0,11mm Đờng kính có kể cách điện D2 = 0,14mm Chiều dài mạch từ : L = 2c +3a =2.0,5 +3.1 = 4cm - Chiều cao mạch từ H = 2a + h =2.1 + 2,5 = 4,5 cm - Chọn điốt cho chỉnh lu - Dòng điện hiệu dụng qua điốt I2 IĐ = = 0,133 0,094 ( A) - 1,41 = Chọn điốt có dòng định mức IĐ-đm = ki.IĐ = 10.0,094 = 0,94 A ( ki = 10 hệ số trữ dòng ) - Điện áp ngợc lớn mà điốt phải chịu Ung-max = 6.U = 6.9 = 22(V ) - Chọn điốt có điện áp ngợc lớn UĐ ng-max = ku.Ung-max = 2.22 = 44 (V) Với ku = hệ số trữ điện áp Chọn điốt loại : kY Z70 có Ung-max = 50 (V) ; Iđm = 20 (A) - Tài Liệu tham khảo Điện tử công suất - Nguyễn Bính ( Nhà xuất KHKT) Truyền Động Điện - Nguyễn Văn Liễn ( Nhà xuất KHKT ) Máy Điện Tập 1,2,3 Nguyễn Khánh Hà - Vũ Gia Hanh ( Nhà xuất KHKT ) Tài Liệu Hớng Dẫn Thiết Kế ĐTCS - Phạm Quốc Hải [...]... xung điện áp từ lới điện ta mắc mạch R-C nh mạch lọc này mà đỉnh xung gần nh nằm lại hoàn toàn trên điện trở đờng dây Chọn R1= 40 ()và C1= 0,8àF Chơng V Tính toán và thiết kế mạch điều khiển I Yêu cầu đối với mạch điều khiển Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lợng và độ tin cậy của BBĐ Yêu cầu của mạch điều khiển. .. đông cơ điện một chiều có sức phản điện động ,trong điều kiện nào đó nó có thể làm việc ở chế độ nghịch lu - là chế độ biến đổi năng lợng dòng một chiều phía tải thành dòng điện xoay chiều cấp trở lại lới điện, chế độ làm việc nh vậy chính là khi ta hãm tái sinh để tiết kiệm năng lợng Để sức điện động E phát năng lợng trở lại lới điện thì dòng và áp phải ngợc chiều nhau Ud và Id ngợc nhau Do dòng điện. .. bộ điều khiển Lôgic Sơ đồ của bộ điều khiển Lôgic nh sau : II 1 2L b1 b1 b2 b2 iLd Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn một bộ bién đổi kia bị khoá do cha có xung điều khiển Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tơng ứng là FX1 và FX2 Trật tự hoạt động của bộ phát xung này đợc quy... lắp ráp vận hành Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập II Nguyên lý chung của mạch điều khiển 1 Nhiệm vụ của mạch điều khiển Là tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lu - Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dơng đặt trên Anốt và có xung áp dơng đặt vào cực điều khiển không còn tác... xung điều khiển iLĐ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1 iLĐ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2 i1L (i2L) = 1 có dòng điện chảy qua bộ BĐ1 và BĐ2 b1(b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1 và FX2 Từ mạch lôgic trên ta có: b1 = iLD i1L + i2 L b2 = iLD i2 L + i1L Nhận xét: Hệ truyền động van đảo chiều điểu khiển riêng có u điểm là làm việc an toàn ,không có dòng điện cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi nên không cần thiết. .. về độ rộng xung điều khiển + Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển + Yêu cầu về độ dốc sờn trớc của xung (càng cao thì việc mở càng tốt di DK 0,1A/, ) thông thờng dt + Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển + Yêu cầu về độ tin cậy Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ để Tiristor không tự mở khi dòng rò tăng .Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn Cần... không cần thiết kế cuộn kháng cân bằng ,song cần một khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không R24 +E R23 UI R22 A5 -E Do nguyên tắc điều khiển riêng dùng hai bộ biến đổi làm việc độc lập, trong một thời điểm thì chỉ có một bộ BĐ làm việc còn bộ BĐ kia phải chắc chắn khoá( có nghĩa là dòng điện qua bộ BĐ này phải bằng 0) Ta sẽ dùng xenxơ dòng điện để nhận biết có dòng điện chạy qua... X I U 2 c d 2 Sự hoạt động của mạch trong quá trình ta đảo chiều động cơ Trong quá trình ta đảo chiều động cơ ta cần 1 bộ điều kiển lôgic để thực hiện các bớc đảo chiều nh sau : Giả sử ta chuyển từ sự làm việc của bộ chỉnh lu I sang bộ chỉnh lu II Ta cần thực hiện thứ tự các bớc nh sau 1 Ngắt xung điều khiển bộ chỉnh lu I 2 Đo dòng chạy qua tải để xác định dòng điện về không 3 Sau khi phát hiện... : - Điện áp ngợc trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lu hình tia Unv= 2 U2 - Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với chỉnh lu hình tia + Nhợc điểm : - Số van nhiều hơn - Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó khăn hơn Nhận xét chung Từ các phân tích trên ta lựa chọn mạch lực là mạch chỉnh lu điều khiển cầu một pha Do yêu cầu cấp điện cho động cơ có... chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anod và catod của Tiristor Khi có mạch R-C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện ... 2.U (cos Xc c + )) o s ( ic = ic1 + ic2 , ic1 = ic2 = 0,5.ic ic1 : làm tăng dòng T4 làm giảm dòng T2 Ic2 : làm tăng dòng T3 làm giảm dòng T1 iT 3,4 = U2 ( cos 2.X c cos( + )) iT1,2 = U ( cos... Si + Điện áp colecto bazơ hở mạch Emitơ UCB0 = 40 (V) + Điện áp Emito bazơ hở mạch Colecto UEB0 = (V) + Dòng điện lớn mà colecto chịu đựng Imax = 500 (mA) + Công suất tiêu tán colecto Pc =... 2.U cos ( Ta thấy so với không trùng dẫn đặc tính điện áp sụt phần sụt áp gây trùng dẫn U Uà 2.U sin ( + ) d = = 2. 2.U ( cos c+ o s )) ( 2.X Uà = c I d giá trị trung bình điện áp tải cos