Đồ án điện tử công suất bách khoa đà nẵng

A. PHẦN GIỚI THIỆU I Giới thiệu động cơ không đồng bộ : Động cơ không đồng bộ là loại máy điện quay , được sử dụng phổ biến nhất trong kĩ thuật truyền động điện do có ưu điểm là khả năng quá tải về mô men lớn có thể làm việc ở tốc độ rất thấp hoặc rất cao , đặc điểm của rôto lồng sóc co kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn hiệu suất cao . Cấu tạo của nó gồm 2 phần chính : Phần stato(phần cảm) : là phần tạo ra từ trường quay chính cấu tạo là các vòng dây quấn quanh lõi sắt đặt cố định ở vỏ máy . Phần rôto (Phần ứng) : là phần quay khi có từ trường quay tác động , cấu tạo là các thanh dẫn làm bằng đồng hay nhôm đặt song song nhau và được nối tắt bằng các vòng ngắn mạch tạo thành một cái lồng gọi là lồng sóc . Nguyên tắc hoạt động : Đưa dòng xoay chiều vào mạch dây quấn stato thì tạo ra từ trường quay trong khe hở không khí với tốc độ n1 . Từ trường này cắt qua các thanh dẫn ở rôto , với rôto lồng sóc các thanh dẫn này bị nối ngắn mạch tạo ra dòng điện I2 . Từ trường tác dụng với dòng điện này tạo ra mômen làm cho rôto quay theo chiều từ trường với tốc độ n < n1. II Cách thay đổi tốc độ của động cơ không đồng bộ (động cơ lồng sóc): Có nhiều cách thay đổi tốc độ nhưng ở đây ta chỉ xét đến cách thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tần số sử dụng bộ biến tần bằng linh kiện bán dẫn . Bởi đặc điểm của động cơ rôto lồng sóc thường có hệ số trượt s rất nhỏ (hệ số trượt s : là độ lệch tương đối giữa từ trường quay và tốc độ rôto) : Mà : Trong đó : f1_ Tần số của điện áp đầu vào của động cơ . p_ Số đôi cực từ. n1_Tốc đọ quay của từ trường . n_ Tốc độ quay của rôto . Nên cách tốt nhất để điều chỉnh tốc độ là bằng cách thay đổi tần số nguồn f1 . Khi điều chỉnh tốc độ ta muốn khả năng quá tải là không đổi nên năng lực quá tải của động cơ là : = const (1) Từ biểu thức : (2) Từ (1) và (2) suy ra : Với M¬¬¬¬max ,M ,U1_ các mômen và điện áp khi f = f1đm¬ M¬¬¬¬’max ,M’,U’1_ các mômen ¬¬¬¬¬và điện áp khi f = f’ f1đm Vậy khi điều chỉnh tần số ta phải đồng thời điều chỉnh điện áp để khả năng quá tải là không đổi . Ta có : (xem tổng trở dây quấn ) (3) Nếu ta giảm f1 mà U1 không đổi thì từ thông sẽ lớn lên do đó làm cho mạch từ chóng bảo hoà và dòng điện từ hoá sẽ tăng lên làm cho các chỉ tiêu năng lượng của động cơ giảm xuống . Nếu tăng f1 mà U1 không đổi thì từ thông sẽ giảm xuống nếu như lúc làm việc mômen của phụ tải là không đổi thì dòng điện trong rôto sẽ tăng lên làm cho rôto nóng lên và khả năng quá tải của động cơ giảm xuống (theo (1,2)). Để thay đổi tần số của nguồn xoay chiều ta sử dụng các bộ biến tần ( trực tiếp hay gián tiếp qua trung gian điện một chiều dùng nghịch lưu dòng hay áp ) . Bởi ưu điểm của các bộ biến tần như sau : Với biến tần trực tiếp thì điện áp ra gần hình sin , hiệu suất cao và khả năng hãm tái sinh động cơ điện . Nhưng mà có nhược điểm là mạch điều khiển phức tạp và đắt mà tần số ra hạn chế khoảng từ 0 → f3 nên chỉ thích hợp với truyền động tốc độ thấp và công suất lớn ( ít phổ biến ). Với biến tần trung gian sử dụng bộ nghịch lưu dòng thì cho phép điều chỉnh tần số từ 0→f dùng cho động cơ có công suất vài kW đến hàng ngàn kW . Bộ biến tần nghịch lưu áp thì cho phép điều chỉnh tần số từ 0→f và cho động cơ dưới 100kW. Tóm lại là nên thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn mà tỷ số giữa điện áp và tần số của nguồn không đổi và điều chỉnh tần số bằng các bộ biến tần gián tiếp . III Quy luật biến đổi điện áp theo tần số : Với mong muốn khi điều chỉnh tốc độ của động cơ là khả năng quá tải không đổi tức là ta cố gắng điều chỉnh sao cho tỉ số giữa mômen định mức của động cơ và mômen phụ tải tĩnh là không đổi . Ứng với mỗi loại phụ tải tĩnh nhất định ta được một quy luật biến đổi điện áp tương ứng . Khi phụ tãi tĩnh là không đổi thì : . Qua đó ta thấy quan hệ giữa tần số và điện áp là tuyến tính nếu như ta bỏ đi một số ảnh hưởng của một số yếu tố , nhưng đối với động cơ công suất lớn và phạm vi điều chỉnh tốc độ tương đối lớn thì sụt áp trên điện trở dây quấn stato lớn nên không thể bỏ qua . Ở vùng tần số thấp khi ta điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm tần số f1 của điện áp đặt vào stato thì cảm kháng từ hoá x1¬ sẽ giảm tương ứng với tần số f1 còn điện trở của dây quấn R1 không đổi do đó dòng điện từ hoá I1 tăng lên gây sụt áp trên dây quấn stato ta có đặc tính cơ giữa điện áp và tần số là : Trên đặc tính điều khiển bao gồm 2 thành phần : phần điện áp không đổi U0 và phần phụ thuộc vào tần số kω nên ta biểu thức điện áp trên stato là : Trong đó U0 (thành phần điện áp được cọng thêm ở tần số bằng 0 ) và k được chọn tuỳ vào tần số định mức , điện áp định mức và một số yếu tố khác . Nếu tải cần một mômen lớn để khởi động thì ta chọn giá trị U0 lớn tuy nhiên khi chọn giá trị U0 này ta phải chú ý đến điều kiện quá tải về nhiệt của động cơ ta có thể biểu diễn việc điều chỉnh điện áp theo tần số theo sơ đồ sau : Với động cơ không đồng bộ ta có phương trình đặc tính cơ như sau : Trong đó : R1 , R2 là điện trở dây quấn stato va rôto . ωo là tốc độ đồng bộ của động cơ . Xmm = x1 + x2 điện kháng ngắn mạch của một pha . Khi thay dổi tần số với hệ số không đổi : Dòng điện mở máy trực tiếpcủa động cơ rôto lồng sóc thường rất lớn thì chỉ có thể giảm điện áp đặt vào Stato thì mới có thể giảm được dòng điện mở máy . Tuy nhiên với bộ biến tần sẽ cho phép ta mở máy ở những tần số nhỏ và tăng dần tần số để đạt được tốc độ mong muốn . Đặc tuyến cơ cho thấy nguồn có tần số nhỏ thì mômen mở máy lớn song tần số mở máy cảm kháng lên rôto nhỏ nên dòng cảm ứng trong rôto gần trùng pha với điện áp tạo nên Momen mở máy lớn , hệ số công suất và biên độ dòng mở máy nhỏ , đó là một chỉ số thuận lợi khi mở máy động cơ và đó thể hiện ưu điểm của phương pháp điều chỉnh bằng bộ biến tần . VI Giới thiệu về bộ biến tần : Biến tần là một thiếc bị điện tử nó có chức năng biến dổi điện năng một chiều hay xoay chiều có tần số cố định f thành những dòng điện xoay chiều có tàn số điều khiển được nhờ các khoá điện tử . Nếu tần số được tạo ra bằng cách đóng cắt từng đoạn thích hợp một dòng điện xoay chiều có tần số cao hơn thì ta có bộ biến tần trực tiếp , còn trường hợp dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển nhờ việc đóng cắt nguồn một chiều thì ta có bộ nghịch lưu . 1 Biến tần trực tiếp : Bộ biến tần trực tiếp gồm hai nhóm chuyển mạch nối song song ngược , còn được gọi là biến tần phụ thuộc có sơ đồ khối sau : Điện áp van xoay chiều U1 có tần số f1 chỉ cần qua một mạch van thì chuyển ngay ra tải với tần số f2 , do đó biến tần này có hiệu suất cao về năng lượng .Tuy nhiên thực tế việc thay đổi tần số f2 rất phức tạp và khó khăn nó phụ thuộc vào tần số f1 chính vì thế phạm vi thay đổi tần số nhỏ khoảng từ 0 đến f13 mặc dù về nguyên tắc là có thể có f2 > f1 song lúc đó mức độ phụ thuộc sẽ tăng lên lần . Trong biến tần trực tiếp đường cong điện áp đưa ra là những đoạn nối hình sin của các pha điện áp đầu vào do đó về mặt ứng dụng loại này được dùng cho truyền động điện công suất lớn có tốc độ làm việc thấp . 2 Biến tần gián tiếp : Là bộ biến tần qua trung gian một tạo ra dòng điện một chiều dùng bộ chỉnh lưu rồi sau đó lại nghịch lưu về xoay chiều với tần số mong muốn . Ta có sơ đồ cấu tạo sau : Nguyên tắc biến đổi như sau : Điện áp xoay chiều được đưa vào bộ chỉnh lưu để chuyển thành điện áp một chiều , sau đó nó được lọc để điện áp hay dòng điện đỡ nhấp nhô hơn rồi nó được đưa vào bộ nghịch lưu để biến trở lại điện áp hay dòng xoay chiều có tần số khác điện áp xoay chiều ban đầu . Nhờ việc biến đổi năng lượng hai lần này làm cho việc thay đổi tần số được dễ dàng thông qua mạch nghịch lưu mà không phụ thuộc vào tần số nguồn ban đầu . Dựa vào tính chất của mạch chỉnh lưu và dạng tín hiệu đầu ra là nguồn áp hay nguồn dòng mà ta phân loại biến tần thành biến tần nguồn áp và biến tần nguồn dòng . Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dòng điện và điện áp sin hơn , dãi biến thiên tần số rộng hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn . Giới thiệu về biến tần gián tiếp nguồn áp : Bộ biến tần nguồn áp gồm 2 bộ phận : phần động lực và phần điều khiển B. PHẦN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC B.1. HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC Sơ đồ khối toàn mạch động lực : I Bộ nghịch lưu : Các van bán dẫn trong bộ nghịch lưu có thể là tranzistor hay là trisistor , sau đây ta lập bảng so sánh ưu nhược điểm của hai loại linh kiện đó : Biến tần Trisistor : Điều khiển không hoàn toàn chỉ điều khiển thời gian mở mà không điều khiển được khoá , muốn khoá thì cần có bộ chuyển mạch đi kèm để đặt lên nó một điện áp ngược . Nên nó chỉ làm việc với tần số nhỏ hơn Tranzistor và tổn hao chuyển mạch lớn song điện áp định mức cao hơn Tranzistor . Để điều khiển điện áp ra phải dùng bộ chỉnh lưu trisistor để thay đổi giá trị điện áp Ud đặt vào bộ nghịch lưu . Biến tần Tranzistor : Điều khiển hoàn toàn tần số làm việc lớn , tổn hao đổi chiều bé hơn Trisistor , bộ nghịch lưu dùng Tranzistor có kích thước gọn và đơn giản hơn Trisistor vì không có bộ chuyển mạch khi muốn khoá Tranzistor thì chỉ cần ngưng cung cấp dòng điện vào cực B của Tranzistor . Khuyết điểm là ta phải liên tục đưa dòng vào cực B trong chu kỳ dẫn của nó và điện áp định mức thấp . Để điều khiển điện áp ra ta dùng phương pháp điều biến độ rộng xung dùng chỉnh lưu diod . Để phù hợp và ưu việc của bộ biến tần khi điều khiển động cơ không đồng bbộ rôto lồng sóc với yêu cầu thiết kế đã cho ta dùng bộ nghịch lưu điện áp sơ đồ cầu dùng van điều khiển là Tranzistor . 1 Sơ đồ mạch và nguyên lý làm việc của mạch : a Chức năng của các linh kiện trong mạch : Cuộn cảm L : có chức năng cản sự phóng điện của tụ về phía nguồn một chiều , san bằng dòng điện nạp vào tụ C để giữ cho mức điện áp trên tụ là không đổi . Tụ điện C : có chức năng đảm bảo điện áp nguồn ít thay đổi ( bộ lọc điện áp ) mặt khác nó trao đổi công suất phản kháng với điện cảm của tải (động cơ) . Các Diod : có chức năng bảo vệ các Tranzistor khi trong mạch xảy ra quá trình chuyển mạch . b Phương pháp điều khiển góc mở các van : Ta có hai cách để điều khiển các van với góc dẫn là Ψ = 120o và Ψ = 180o nhưng ở đây ta xét với góc dẫn Ψ = 180o . Các van được mở lệch nhau một góc là π3 theo thứ tự từ 1 đến 6 . Các van trên cùng một pha không bao giờ được thông đồng thời mà chúng dẫn lệch nhau góc π ( van nào được dẫn thì được xem là thông mạch ) .Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải nối nói tiếp với hai pha được đấu song song nhsu , do vậy điện áp ra trên tải chỉ có hai giá trị hiệu dụng là hoặc khi nó bị đấu song song với pha khác hoặc là khi nó đấu nối tiếp với nhóm song song kia với giả thiết là 3 tải đối xứng nhau Z1=Z2=Z3 . c Nguyên tắc chuyển mạch : Cho góc mở của mỗi Tranzistor là 180o và cứ 60o tiếp theo thì lại mở van tiếp theo (kể từ lúc Tranzistor trước đó mở) . Như vậy trong cùng một thời gian có 3 Tranzistor mở từ đó ta thành lập ra bảng trạng thái đóng mở của Tranzistor sau : Tranzistor mở 0o→60o 60o→120o 120o→180o 180o→240o 240o→300o 300o→360o T1 T2 T3 T4 T5 T6 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 Xét quá trình chuyển mạch từ T5 sang T2 tương ứng với khoảng từ (0o→60o) sang (60o→120o) trong khoảng (0o→60o) thì T5 ,T6 ,T1 dẫn như hình (a) .Chiều dòng điện trên tải được xác định theo nữa trên , đến thời điểm 60o thì đảo trạng thái điều khiển từ T5 sang T2 do tải Z3 , Z2 mang tính cảm nên dòng điện không đảo chiều ngay lập tức mà năng lượng tích luỹ trong cuộn kháng được giải phóng ra làm cho dòng điện vẫn duy trì theo chiều cũ và âm dần (nó chạy qua Diod D2 qua tải về lại âm nguồn) đến khi dòng về 0 thì đảo chiều dòng ngưng chảy qua Diod mà chảy qua van T2 quá trình chuyển mạch kết thúc . Lý luận tương tự cho các pha khác ta có các sơ đồ chuyển mạch sau : Từ (0o→60o) thì cho xung mở T5 , T6 , T1: Từ (60o→120o) thì cho xung mở T6 , T1 , T2: Từ (120o→180o) thì cho xung mở T1 , T2 , T3: Từ (180o→240o) thì cho xung mở T2 , T3 , T4: Từ (240o→300o) thì cho xung mở T3 , T4 , T5: Từ (300o→360o) thì cho xung mở T4 , T5 , T6: Từ (360o→420o) thì cho xung mở T5 , T6 , T1: Và chu trình trở lại như đầu . d Bảng trạng thái của chuyển mạch của Diod : Diod 0o 60o 120o 180o 240o 300o D1 D2 D3 D4 D5 D6 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 e Dạng sóng ra của mạch nghịch lưu: f Vai trò của Diod : Xét quá trình chuyển mạch của nhịp T5,T6,T1 sang nhóm T6,T1,T2 .Trước khi chuyển mạch và sau khi chuyển dòng trong pha 2 và 3 thay đổi ,ta có điện áp cảm ứng là: Hai điện áp này nối tiếp nhau và có giá trị lớn có cực dương đặt tại 2 và cực tính âm đặt tại 3 . Nếu không có Diod mắc song song với T2 thì điện áp nói trên đặt lên Tranzistor T2 và có giá trị lớn nên có thể đánh thủng Tranzistor này . B.2. PHẦN TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH I Tính và chọn các phần tử trong mạch nghịch lưu : Theo đề đã cho thông số về động cơ lồng sóc : Pđm = 1 kW . nđm = 1450 vòngphút . cosφđm = 0.8 . η = 0.85 . Hệ số quá tải λ = 1.8 . Ta có công suất tác dụng của động cơ tiêu thụ là : (W) Mà P1 = m.UđmIđm.cosφđm m: Số pha . Điện trở trên một pha tải là : ở đây tải đấu sao nên If = Id = Iđm 1 Tính chọn Tranzistor : Điện áp pha cực đại của động cơ Ufmax = 23 Ud = Điện áp đầu vào của bộ nghịch lưu là : Ud = 3.311,132 = 467 (V) Nếu chọn hệ số quá tải ku = 1,6 thì Tranzistor cần phải chịu điện áp định mức là : UT = ku . Ud = 1,6.467 = 747,2 (V) Vì tải được đấu hình sao nên dòng chảy qua mỗi Tranzistor lúc cực đại là bằng dòng chỉnh lưu tức Id = Iđm = 2,22 (A) Nhưng khi khởi động động cơ dòng mở máy tăng do đó ta còn phải chọn tranzistor có giá trị vượt hơn , tra bảng ta chọn 6 con Tranzistor trong bộ nghịch lưu có các giá trị sau : Loại có mã hiệu BUX 47A với : UCE = 1000(V) điện áp VCE khi bazơ bị khoá bởi điện áp âm . UCE0 = 450(V) điện áp VCE khi mạch bazơ để hở . UCES = 1,5(V) điện áp khi Tranzistor dẫn bão hoà . IC = 9(A) Dòng colector mà Tranzistor chịu được . IB = 1(A) Dọng điện cực Bazơ chịu được . tf = 0,8 µs Thời gian cần thiết để IC giảm xuống 0 . ts = 3 µs Thời gian cần thiết để VCE tăng từ giá trị UCES đến điện áp nguồn . ton = 1 µs Thời gian cần thiết để VCE từ giá trị điện áp nguồn về giá trị UCES . Pm = 125 (W) Công suất tiêu tán bên trong Tranzistor . 2 Tính chọn Diod ngược trong bộ nghịch lưu : Dòng điện pha tải có 3 đoạn khác nhau trong nữa chu kì : + (1) + (2) + (3) Với Q (φ = arcos(0,8) = 37o) a R : Điện trở trên một pha của tải R = 79,3(Ω) Tại thời điểm θ = θ1 dòng chảy qua tải pha 1 bằng 0 i1 = 0 (A) Từ (1) Theo bảng trạng thái chuyển mạch Diod tại thời điểm θ = 0 diod D1 dẫn và dòng qua diod cũng là dòng qua tải lúc này dòng qua diod là dòng cực đại của diod : Nếu chọn hệ số quá dòng qua điod là 1,2 thì diod chịu được dòng : ID = 1,2.1,52 = 1,82 (A) Điện áp ngược đặt lên mỗi diod có giá trị : Ung = 23Ud = 23.476 = 311,3 (V) Chọn hệ số quá áp là ku = 1,6 thì diod chịu điện áp ngược có giá trị lớn nhất là : Ungmax = 1,6.311,3 = 498 (V) Tra bảng ta chọn 6 con Diod bảo vệ Tranzistor có các thông số là : Mã hiệu B_10 (Liên Xô) với : U1m = 100 1000 (V) Ip = 10 (A) Kết luận : Trong bộ nghịch lưu ta cần phải có : 6 con Tranzistor công suất mã hiệu BUX 47A : 1000V , 9A . 6 con diod công suất B_10 : 100 1000 (V) , 10A . 3 Tính chọn C0 : Cotgφ = Trong mạch nghịch lưu áp 3 pha không phải lúc nào cũng cần tụ C0 khi nguồn Ud là nguồn chỉnh lưu . Nếu tải lớn có tỉ số >0,66 thì không cần đến tụ C0 và dòng do điện cảm của pha này sẽ không trở về nguồn mà chạy sang pha khác . So với thiết kế ở trên = 1,33 > 0,66 nên ta không cần tụ C0 còn nếu cần đưa tụ C0 vào thì có trị số là : Thường lấy Thực tế thì nhà sản xuất chỉ sản xuất các tụ có trị số tiêu chuẩn , theo bảng tra ta chọn tụ có C = 47 µF chịu điện áp 350V và tụ hoá có phân cực . II Bộ điều chỉnh xung điện áp : Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn 1 chiều cố định mà cần điều chỉnh điện áp ra tải bộ điều chỉnh này hoạt động theo nguyên tắc đóng cắt nguồn với tải một cách có chu kì theo một số luật khác nhau . Phần tử thực hiện nhiệm vụ dó là các van bán dẫn song do chúng làm việc trong mạch 1 chiều nên khi dùng loại Tranzistor thông thường nó không được kháo lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp như khi làm việc với nguồn xoay chiều . Vì vậy ngày nay người ta thường dùng loại van điều khiển cả đóng và cắt như Tranzistor Bipolar . 1 Sơ đồ nguyên lí của phương pháp điều chỉnh xung điện áp : Sơ đồ mạch : Dạng sóng của mạch : Trong khoảng thời gian 0 T¬1 ta chọn van T1 mở , toàn bộ điện áp nguồn được đưa ra tải còn trong khoảng thời gian T1 T ta cắt nguồn ra khỏi tải , lúc này giá trị trung bình của điện áp ra tải là : Theo biểu thức này ta suy ra 3 phương pháp điều chỉnh áp Ud là : T = const , T1 = var : Phương pháp độ rộng xung . T = var , T1 = const : Phương pháp tần số xung . T = var , T1 = var : Phương pháp xung thời gian . Trong ba phương pháp trên thì phương pháp tần số xung và phương pháp xung thời gian có phần nhược điểm là tần số phải thay đổi theo một phạm vi rộng mới có thể cung cấp một dãy rộng điện áp đầu ra , việc thiết kế bộ lọc với tần số thay đổi được gặp nhiều khó khăn sau : Trong trường hợp mức điện áp ra thấp , nếu ta điều khiển theo phương pháp này sẽ làm thời gian toff lớn gây nên hiện tượng gián đoạn dòng điện . Việc sử dụng phương pháp điều khiển độ rộng xung tránh được phần nào nhược điểm trên nên nó thích hợp cao hơn vì thế ta chọn phương pháp này để điều khiển . 2 Tính chọn Tranzistor T : Phương pháp điều khiển của ta ở đây là điều khiển độ rộng xung : Gọi T1 là thời gian mở . T2 là thời gian đóng . T là chu kì đóng mở của xung . Ud là điện áp trước bộ biến dổi . Ta có : Điện áp trung bình sau bộ biến đổi là : Chọn tần số làm việc của bộ biến đổi là f = 500Hz T = T1 + T2 = = 2000 ( ) Phạm vi điều khiển điện áp là : αmin = 0,2 ; αmax = 0,8 Nếu coi sụt áp trên cuộn dây bộ lọc phía trước nghịch lưu là không đáng kể do đó giá trị điện áp phía sau bộ biến đổi tại thời điểm cực đại của dãy điều chỉnh là : Chọn hệ số quá áp ku = 1,6 Vậy cần chọn Tranzistor phải chịu được điện áp là : Utđm = 1,6.583,8 = 934,08 (V) Một cách tương đối ta xem hiệu suất của bộ nghịch lưu là = 0,9 theo định luật bảo toàn năng lượng thì : Ud.Id = Chọn hệ số dự trữ dòng điện là ki = 1,2 Để bộ băm làm việc được ổn định kể từ lúc khởi động và cả trong các quá trình khác xảy ra (tức là nó phải chịu được dòng điện vượt quá dòng định mức), vì khi khởi động và lúc chuyển mạch dòng điện tăng lên lớn rất nhiều (do lúc này cuộn cảm tải tích luỹ năng lượng điện và nó giải phóng về lại cực âm của nguồn trong quá trình chuyển mạch xảy ra tức là khi chuyển từ mở sang đóng của Tranzistor )vì vậy ta thường lấy giá trị lớn hơn khi tính toán . Vậy Tranzistor chọn làm bộ băm phải thoả mãn hai điều kiện sau : UT = 934,08(V) IT = 2,86(A) Tra bảng ta chọn được Tranzistor loại BUX 47A có : VCE = 1000(V) ; IC = 9(A) ton = 1( s) ; toff = 0,8( s) 3 Tính chọn Diod Do : Diod có nhiệm vụ ngăn điện áp tự cảm từ cuộn cảm tải đặt lên Tranzistor T khi chuyển từ trạng thái mở sang khoá để bảo vệ Tranzistor khỏi vượt quá điện áp đánh thủng . Đồ thị biểu diễn quá trình dòng điện và điện áp sau bộ băm : Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua Diod Do : Để tìm IDomax ta đạo hàm IDo theo α : Ta chọn Diod có dòng cực đại (tính đến cả lúc mở máy)với hệ số quá dòng ki =1,2 và hệ số quá áp là ku = 1,6 từ đó ta có : IDo = 1,2.0,595 = 0,714(A) UDo = 1,6.467 = 747,2(V) Tra bảng ta có Diod Do loại B_10 có Itb = 10(A) , Um = 100 . 4 Tính toán bộ lọc : Sơ đồ mạch và dạng sóng : Một cách tương đối ta xem tiêu tán năng lượng trên bộ lọc và bộ biến đổi điện áp là không đáng kể ta có phương trình sau ; Ud.Id = Uz.Iz Tính điện áp ΔUC sau : Chọn Cf sao cho : Lúc đó ta có tần số dao động của mạch lọc là : Để tránh hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong mạch ta cần phải chọn : f (2 3) fL Với f là tần số làm việc cuả Tranzistor T : Ta chọn f = 2,5 fL Như vậy ta chọn các phần tử của bộ lọc là : Cf = 16(µF) Uf = 39,6 (mH). III Bộ chỉnh lưu : Bộ chỉnh lưu là bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều . Có nhiều sơ đồ chỉnh lưu , trong đó có hai loại thông dụng là chỉnh lưu hình cầu và chỉnh lưu hình tia . Các linh kiện điện tử thường sử dụng trong mạch chỉnh lưu là Trisistor và Diod , Trisistor sử dụng trong chỉnh lưu có điều khiển để cho ra dạng điện áp ra thay đổi được . Do vậy theo yêu cầu của đồ án này thì ta chỉ sử dụng chỉnh lưu dùng Diod vì yêu cầu điện áp ra một chiều không thay đổi . Chỉnh lưu hình cầu điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn , cho ra điện áp ít nhấp nhô hơn nhưng mà số phần tử sử dụng trong mạch lớn hơn nhiều . Tuy nhiên giá thành các Diod rẻ nên không đáng kể nhưng mà yêu cầu sóng ra cần sang phẳng hơn do đó ta chọn sơ chỉnh lưu hình cầu . 1 Sơ đồ và dạng sóng của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha : Sơ đồ mạch :Dạng sóng ra của chỉnh lưu : 2 Nguyên lý làm việc : Các van chỉnh lưu 3 pha chia làm 2 nhóm : Nhóm Katôt chung (là các van có cực Katôt cùng nối vào nguồn xoay chiều) : gồm các van D1 , D3 , D5 hay còn gọi là nhóm lẻ . Nhóm Anôt chung (là các van có cực Anôt cùng nối vào nguồn xoay chiều) : gồm các van D2 , D4 , D6 hay còn gọi là nhóm chẵn . Trong nhóm Anôt van nào có phía Katôt âm hơn thì dẫn , ngược lại bên nhóm Katôt thì van nào phía Anôt dương hơn thì dẫn . Như vậy tại mọi thời điểm luôn có 2 van thuộc hai nhóm khác nhau cùng dẫn và mỗi van dẫn trong khoảng thời gian là λ = 2π3 . Ta xét trong khoảng van D1 và D6 dẫn khi đó điện áp ở tải có 1 điện áp ua qua D1 và ub đi qua D6 đặt vào , ta có ud = ua – ub = uab Tại thời điểm θ1 điện áp ub = uc và uc âm dần thì Diod D6 bắt đầu ngưng dẫn và D2 bắt đầu dẫn đây là thời điểm chuyển mạch D6 qua D2 . Sang thời điểm thì điện áp trên tải là (D2 dẫn còn D6 khoá hẳn) ud = ua – uc = uac Tương tự cho các quá trình tiếp theo . Ta có giá trị điện áp trung bình đầu ra là : Điện áp ngược lớn nhất đặt lên diod là : Dòng chảy qua diod là dòng ra ngoài : ip = id Giá trị trung bình của dòng ra là : Id = Dòng qua mỗi diod trung bình là : ID = Id3 3 Tính và chọn các phần tử trong mạch chỉnh lưu : Đối với máy biến áp công suất nhỏ thì điện áp rơi trên điện trở cuộn dây tương đối lớn khoảng 4% trên các cuộn kháng bé khoảng 1,5% , và điện áp rơi trên các Diod khoảng 2V . Điện áp ra bộ chỉnh lưu lúc không tải là : Udo = Ud + ΔU = 583,8 + 583,8(1,5% + 4%) +2 = 618(V) Giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp của máy biến áp : Tỉ số máy biến áp : k = Điện áp ngược lớn nhất mà mỗi Diod phải chịu là : Uim = .U2f = .264 = 646,7 (V) Giá trị trung bình của dòng chạy qua Diod : ID = Id3 = 2,233 = 0,743(A) Dòng điện chạy qua mỗi pha phía thứ cấp máy biến áp là : I2 = Id = 2,23. = 1,82 (A) Trị hiệu dụng dòng chạy qua mỗi pha của máy biến áp phía sơ cấp là : I1 = k . I2 = 0,69.1,82 = 1,26(A) Chọn hệ số dự trữ của Diod về áp là ku = 1,6 và về dòng là ki = 1,2 Điện áp và dòng mà ta cần chọn Diod là : Uim = 1,6.646,7 = 1034,72(V) ID = 1,2.0,743 = 0,89(A) Tuy nhiên ta phải chọn Diod cógiá trị lớn hơn tính toán vì lúc mở máy thì dòng tăng lên nhiều lần , do đó ta chon Diod lọai B _10 có ID = 10(A) ; Uim = 300 1500(V) 4 Tính máy biến áp : Công suất biểu kiến của máy biến áp : S2 = mU2I2 = 3.246.1,82 = 1441,44 (W) S1 = mU1I1 = 3.380.1,26 = 1436,4 (W) Mạch từ của máy gồm 3 trụ có tiết diện mỗi trụ được tính toán theo cá công thức kinh nghiệm , với các thông số công suất và điện áp định mức trên các phía sơ và thứ cấp đó tra bảng ta tìm ra được các thông số phù hợp của máy . IV Giới thiệu về các linh kiện bán dẫn sử dụng trong mạch động lực : 1 Diod công suất : Cấu tạo bởi hai lớp bán dẫn loại pn ghép lại với nhau , diện tích tiếp xúc của nó có thể lên đến vài chục cm2 với mật độ dòng điện khoảng 10Amm2 . Khi Diod cho dòng định mức chạy qua thì điện áp rơi trên nó khoảng 12 V . Ngày nay chế tạo được nhiều loại Diod chịu được dòng lớn và điện áp ngược cao . Cấu tạo và kí hiệu của Diod : a Sự phân cực mặt ghép : Phân cực thuận : Khi hai lớp bán dẫn được đặt vào điện áp có cực tính như hình vẽ thì lúc này điện trường của lứop tiếp xúc Ej ngược chiều với điện trường ngoài E , do vậy phần bão hoà bị thu hẹp lại nen dòng điện dễ dàng chạy qua bề mặt tiếp xúc . Trường hợp này điện tổng có chiều trùng với điện trường ngoài thuận lợi cho các hạt dẫn chuyển động qua vùng chuyển tiếp . Lúc này ta nói Diod được phân cực thuận và dẫn điện . Phân cực ngược : Ta mắc nguồn điện áp ngoài như hình vẽ , lúc này điện trường ngoài cùng chiều với điện trường tiếp xúc , điện trường tổng cùng chiều với điện trường tiếp xúc và có giá trị lớn hơn điẹn trường ngoài nên làm cho vùng dẫn bão hoà mở rộng hơn làm tăng khả năng cách điện ở vùng tiếp xúc nên các hạt dẫn không thể vượt qua nó . Do đó dòng điện không chạy trong mạch , lúc này ta nói Diod phân cực ngược và không dẫn điện . Đặc tính VA của Diod : Đặc tính gồm 2 nhánh : nhánh thuận (1) thể hiện trạng thái mở và nhánh nghịch (2) thẻ hiện trạng thái đóng . Nếu đặt vào điện áp UAK >0 thì dòng sẽ chạy qua Diod và tạo nên một điện áp rơi trên nó khoảng 0,7V khi dòng là định mức . Nếu đặt vào điện áp UAK < 0 thì Diod đóng chỉ có dòng rò vào khoảng vài mA có thể chạy qua . Khi tiếp tục tăng điện áp ngược các điện tích sẽ được gia tốc lớn gây nên va chạn dây chuyền làm hàng rào điện thế bị chọc thủng . Kết quả là Diod dẫn trở lại (thông cả hai chiều) mất đi khả năng chỉ cho dẫn 1 chiều . Do vậy để bảo vệ Diod ta cho nó làm việc dưới điện áp ngưỡng cực đại . 2 Tranzistor công suất : Dùng để đóng cắt dòng điện một chiều có cường độ tương đối lớn . Cấu tạo gồm ba lớp bán dẫn loại pn xếp xen kẻ nhau . Cấu tạo và kí hiệu : Điều kiện để Tranzistor thông là : Với loại p n p thì : UBE > 0 và IB >0 Với loại n p n thì : UBE < 0 và IB < 0 , Sụt áp trên Tranzistor nhỏ khoảng (0,1 0,2)V. Công suất tiêu tán trên Tranzistor : khi làm việc ở chế độ bình thường P = UBE . IB , ở chế độ mở Tranzistor tổn hao nhiều hơn ở chế độ bình thường , khi mở làm việc với dòng và điện áp lớn nên tổn thất tăng gây nóng . Tranzistor không thể làm việc ở chế độ nhiệt độ lớn > 200oC , để giảm nhỏ công suất tiêu tán ta thường dùng thêm vào nó mạch trợ giúp để bảo vệ nó khi chuyển trạng thái làm việc . Sau đây là một số mạch trợ giúp cho Tranzistor : Để dòng IC tăng từ từ ta mắc vào mạch thêm điện cảm L , để điện áp tăng không tăng đột biến ta mắc thêm tụ C . Những mạch trợ giúp bắt buộc sử dụng trong điều kiện f > 5kHz , VCEo >= 60V , IC > 5A . Đặc tính tĩnh UCE = f(IC) của Tranzistor : Để cho Tranzistor khi đóng sụt áp bên trong bé thì người ta cho nó làm việc ở chế độ bão hoà , lúc này sụt áp trên Tranzistor khoảng (0,5 – 1)V trong khi với Trisistor là 1,5V . C. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển : I Phát xung chủ đạo : Khâu phát xung chủ đạo dùng IC555 làm việc ở chế độ phi ổn có tác dụng tạo ra dãy xung có tần số mong muốn . 1 Giới thiệu IC555 : Vi mạch IC555 bao gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán SS1 và SS2 thực hiện chức năng so sánh của một trigơ , một Tranzistor và 3 điện trở 5kΩ và một mạch dao động Flip Flop RS . Linh kiện gồm 8 chân như hình vẽ sau : 1. Nối với cực âm của nguồn nuôi . 2. Kích lật khi V(2) = 2.E3 , V(3) = 0(V) . 3. Cổng ra V(3)min = 0,1(V) , V(3)max = 0,5(V) , I(3)max = 0,2(A) . 4. Chân khoá khi V(4) = 0 thì V(3) = 0 , nếu không cần chân khoá thì ta nối 4 vào 8 . 5. Lọc nhiễu thường tụ điện khoảng 0,01µF đấu giữa chân 5 và chân 1 . 6. Ngưỡng lật V(6) = 2.E3 thì V(3) = 0(V) . 7. Chân phóng điện thường được đấu với tụ C của mạch ngoài . 8. Nối vớ cực dương của nguồn nuôi E = tiêu thụ dòng diện 0,7(mAV) nguồn nuôi (=10(mA) khi E = 15(V)). 2 Sơ đồ nguyên lí mạch phát xung chủ đạo : a Sơ đồ mạch : b Nguyên lí làm việc : Ở trạng thái ban đầu mới cáp điện , tụ C chưa nạp điện UC = 0 nên điện áp trên chân 2 – 6 cũng bằng 0 ở đầu ra 3 điện áp ở mức cao ( Vcc = 1,7V ) và điện áp ở chân 7 ở mức thấp ( 0 ) . Tụ bắt đầu nạp điện áp trên tụ tăng dần dòng chạy từ Vcc qua RA RB đến tụ C . Khi điện áp trên tụ C UC 23Vcc thì đầu 3 sẽ chuyển trạng thái về mức thấp còn chân 7 chuyển lên mức cao , lúc này tụ C bắt đầu phóng điện qua RB đến chân 7 về đất , tụ càng phóng điện thì điện áp trên tụ càng giảm , đến lúc giảm xuống giá trị Uc 13 Vcc thì đầu 3 lại chuyển trạng thái lênmức cao và chân 7 chuyển xuống mức thấp , tụ c lại nạp điện . Quá trình dao động cứ tiếp tục mãi với thời gian chuyển đổi gần như không đổi thì ta thu được ở đầu ra 3 một dãy xung vuông rồi nó được đưa đến khâu phân phối xung . Dạng xung ra như sau : II Khâu phân phối xung : Yêu cầu của khâu phân phối xung là tạo ra đựơc các xung điều khiển để mở các Tranzistor theo quy luật đóng mở của nó , từ bảng tuần tự dẫn của các van Tranzistor ta đã xét ở phần động lực ta có các kết luận sau : + Khi T1 dẫn thì T4 khoá , tức là T1 có xung điều khiển thì T4 không có xung điều khiển . + Tương tự thì ta T3 có xung thì T6 không có xung , T5 có xung thì T2 không có xung . Để tạo được sự phân phối đó ta cần sử dụng các Trigơ với các chân đầu ra đảo và không đảo . Theo như phân tích trên thì ta cần 3 Trigơ ( 6 < 23 = 8) như vậy là có 8 xung đầu vào thì đầu ra nhận được 1 xung nhưng trong khi 1 chu kì điện áp chỉ có 6 xung mỗi xung cách nhau 60o nên chỉ được xây dựng bộ đếm xoắn , tức là có 6 xung đầu vào thì đầu ra có một xung được phát ra từ khâu phát xung chủ đạo . Bộ đếm được xây dựng trên cơ sở các Trigơ D (FlipFlop D) . Bảng chức năng của FFD : Qn D Qn+1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Với Qn+1 = D Từ bảng trên ta có bảng đầu vào kích của FFD : D 0 1 0 1 Tại mọi thời điểm trong bộ nghịch lưu luôn có 3 Tranzistor ( trong 6 Tranzistor ) mơ nên cần phải phân phối xung mở các Tranzistor phải phù hợp với yêu cầu , từ đấy ta có các trạng thái mở của Flip Flop D như sau : Từ đó ta thành lập bảng trạng thái của các DFF : mi Xung Trạng thái hiện tại Trạng thái kế tiếp Đầu vào DFF m1 m3 m7 m6 m4 m0 1 2 3 4 5 6 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 D3 0 1 1 1 0 0 D2 1 1 1 0 0 0 D1 1 1 0 0 0 1 Dựa vào bảng trạng thái cho các DFF ta tìm được sự lên hệ giữa các đại lượng vào và cần tối giản theo phương pháp Karnaugh . Q2Q1 Q3 00 01 11 10 0 0 0 1 X 1 0 X 1 1 D3 = Q1 Q2Q1 Q3 00 01 11 10 0 0 1 1 X 1 0 X 1 0 D2 = Q2 Q2Q1 Q3 00 01 11 10 0 1 1 1 X 1 0 X 0 0 D1 = Sơ đồ mạch khâu phân phối : III Khâu khuếch đại xung : Khâu khuếch đại xung dùng các linh kiện bán dẫn trong đó sử dụng phần tử ghép quang (Ôptocopleur ) để cách li giữa mạch động lực và mạch điều khiển . Sơ đồ khuếch đại xung cho một Tranzistor thuộc nhóm chẵn : Sơ đồ khuếch đại xung cho một Tranzistor công suất thuộc nhóm lẻ : Nguyên lí làm việc : Khi tín hiệu đưa vào chân B của các Tranzistor T” từ các trigơ ở mức logic 0 thì T” ngưng dẫn lúc này đầu vào và đầu ra của Ôptocopleur không có dòng đưa đến T’ ngưng dẫn và Tranzistor công suất T không được kích thích ở cực B . Cho đến khi tín hiệu từ các trigơ ở mức logic 1 đưa vào T” thì T” dẫn dòng lúc này đầu vào vả đầu ra của Ôptôcpleur có dòng đưa đến T’ , T’ dẫn dòng kéo theo Tranzistor công suất cũng được mở . Ở đầu các nguồn cung cấp của Ôptocopleur được nối với các nguồn cung cáp riêng biệt để cách li giữa mạch động lực và điều khiển . II Tính chất của mạch điều khiển : 1 Xác định tần số xung ra của IC555 và các Trigơ : Vi mạch 555 làm việc ở chế độ tự động dao động , tấn số dao động cuả nó phụ thuộc vào sự phóng nạp cuả tụ điện C . Khi tụ C nạp qua điện trở RA RB , từ đó ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch điện đó là : i.R + UC = VCC Trong đó : i : là dòng điện nạp cho tụ R : điên trở tương đương R = RA + RB Phương trình vi phân mô tả quá trình nạp của tụ : Viết phương trình này đưới dạng toán tử laplace sau : Trong đó Tại thời điểm ban đầu của quá trình nạp điện thì UC(0) = 13VCC , do đó phương trình được viết lại như sau : Từ ảnh ta Laplace ngược đựoc gốc là : (1) Khi kết thúc quá trình nạp điện thì UC(T1) = thay vào (1) ta có : (2) Từ phương trình (2) ta giải được: T1 = τnln2 = 0,7τn = 0,7.RC = 0,7.C(RA + RB) Tương tự cho quá trình phóng điện của tụ điện C nhưng tụ chỉ phóng qua điện trở RB nên R = RB ta có phương trình sau : () Vào thời điểm ban đầu cho quá trình phóng điện thì UC(0) = 23VCC thế vào () ta có : Từ ảnh trên ta laplace ngược được gốc sau : (3) Kết thúc quá trình phóng điện thì điện áp trên tụ là UC(T2) = 13VCC thay vào (3) ta có: (4) Từ (4) ta giải được : T2 = τnln2 = 0,7τn = 0,7.RC = 0,7.CRB Chu kì phát xung ra là : T = T1 + T2 = 0,7.C(RA + 2RB) Tần số xung phát ra của vi mạch 555 là : f555 = Vì có đến 6 xung đầu vào (điều khiển các van Tranzistor) mà được lấy từ IC555 (làm xung đồng hồ) , ở đầu ra của Trigơ cũng chính là tần số của điện áp xoay chiều trên tải nên : f = Như vậy muốn thay đổi tần số của điện áp đầu ra ta chi cần thay đổi các thông số ra của mạch phát xung chủ đạo IC555 , cụ thể là ta thay đổi các giá trị của RA , RB và C . Thường để đơn giản ta chọn giá trị điện dung tụ C trước rồi giữ nguyên và chỉ điều chỉnh các giá trị của 2 điện trở RA , RB . Với tải cảu ta là động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc thì yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn cung cấp cho tải từ . Vậy chọn tụ C = 0,1µF Giả trị điện trở RA tương ứng với tần số 50Hz và RB = 0 Ω là : Giả trị điện trở RB tương ứng với tần số 15Hz và điện trở RA = 48 kΩ là : Bộ phân phối xung chọn vi mạch 4013 chứa hai trigơ D lọai Cmos điện áp ra mức logic “1” là 5V , dòng khoảng 500mA . 2 Tính chọn các phần tử khuếch đại xung : Theo tính toán trước Tranzistor công suất T chọn loại BUX 47A có các thông số = 9 , Icmax = 9 (A) . Với dòng làm việc Iclv = 2,22 (A) thì dòng bazơ của Tranzistor là : a Tính chọn các phần tử của mạch khuếch đại xung thuộc nhóm lẻ : Chọn van T’ theo điều kiện ICT > IBT = 0,25 (A) . loại PNP . Vậy chọn van T’ phải thoã mãn điều kiện trên , do không có loại PNP thích hợp nên tạm thời chọn T’ là loại 25B622 có thông số cơ bản sau : ICmax = 0,3 (A) ; = 30200 , UCE = 400 (V) Chọn = 30 Optocopleur chọn loại 4N35 có các thông số : Điện áp cách li : 3,5 (kV) Dòng chịu đựng : 10 (mA) Điện trở R21 tính theo điều kiện : Điện trở R31 tính theo : Tranzistor T” chọn theo điều kiện : Tranzistor T” loại 25C602 có các thông số sau : VCE0 = 20(V) , Icmax = 25(mA) , = 35 Với dòng Iop = 10(mA) = ICLVT” thì : Điện trở R3 chọn theo điều kiện : bTính chọn phần tử khâu khuếch đại xung thuộc nhóm chẳn : Tranzistor T’ chọn theo điều kiện : loại NPN Chọn T’ loại 25C1004 có các thông số : UCE = 300 (V) , = 30160 , ICmax = 0,5(A) Chọn = 30 với dòng làm việc ICLVT’ = 0,25(A) OP vẫn chọn loại TPL521 có Iop = 10(mA) Các điện trở R1 , R2 , R3 tính tương tự nhóm lẻ ta có : R1 = R2 = 1,2(k , R3 = 40(k Tranzistor T” được chọn như trong nhóm lẻ là loại 25C206 có các thông số sau : VCE0 = 20(V) , Icmax = 25(mA) , = 35 3 Chọn mạch điều khiển bộ điều chỉnh xung điện áp : Ta đã tính và chọn các Tranzistor trong bộ điều chỉnh xung làm việc ở tần số 500Hz , do đó ta phải chọn mạch điều khiển Tranzistor phát ra với tần số đó . Ở đây ta chọn vi mạch phát xung IC555 với tần số phát ra của mạch là f555 = 500Hz , theo tính toán trên ta có tần số phát xung ra của IC555 là : f555 = Do đó : Tụ C được chọn trước nên để tần số ra là 500Hz thì ta chỉ cần thay đổi RA và RB sao cho : . D. BẢO VỆ MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Các linh kiện điện tử công suất cần được bảo vệ khỏi quá áp , dòng và quá tốc độ tăng dòng và áp . 1 Bảo vệ quá dòng điện : Sự cố thường gây hư hỏng nhất là trường hợp linh kiện gây ngắn mạch nguồn cung cấp lúc này sẽ tạo ra một dòng ngắn mạch có giá trị rất lớn . Nhưng trong khi các linh kiện bán dẫn có nhiệt dung rất nhỏ , do đó quá dòng điện làm cho linh kiện phát nóng và nhanh chóng vượt quá giới hạn an toàn gây hư hỏng hay làm cho các linh kiện thay đổi các đặc tính làm việc do nhiệt . Thường để bảo vệ người ta sử dụng cầu chì có các đặc điểm cần chú ý là : 1. Nó phải luôn chịu dòng điện định mức của thiết bị . 2. Nhiệt dung chịu được của cầu chì phải nhỏ hơn thiết bị cần bảo vệ . 3. Điện áp trong hồ quang của của cầu chì cần phải tương đối lớn để giảm dòng và tiêu tán năng lượng của mạch nhanh. 4. Khi dòng bị ngắt cầu chì có thể chịu được diện áp không gây phóng điện giữa các cực của nó . Các cách đặt cầu chì để bảo vệ là : o Đặt nối tiếp với từng linh kiện cần bảo vệ . o Đặt ở từng pha của cuộn thứ cấp máybiến áp . o Đặt nối tiếp với từng nhóm linh kiện mắc song song . o Đặt ở đầu ra của thiết bị biến đổi . o Đặt ở phía sơ cấp của máy biến áp Sau đây là mô hình bảo vệ quá dòng ở mạch chỉnh lưu . Ta có điện áp và dòng điện trên mỗi pha phía thứ cấp của máy biến áp là : Uf = 264(V) ; I1 = 1,82(A) Ta chọn loại dây chảy có mã hiệu có thông số 380V25A .

ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c A PHN GII THIU I/ Gii thiu ng c khụng ng b : ng c khụng ng b l loi mỏy in quay , c s dng ph bin nht k thut truyn ng in cú u im l kh nng quỏ ti v mụ men ln cú th lm vic tc rt thp hoc rt cao , c im ca rụto lng súc co kt cu n gin lm vic chc chn hiu sut cao Cu to ca nú gm phn chớnh : - Phn stato(phn cm) : l phn to t trng quay chớnh cu to l cỏc vũng dõy qun quanh lừi st t c nh v mỏy - Phn rụto (Phn ng) : l phn quay cú t trng quay tỏc ng , cu to l cỏc dn lm bng ng hay nhụm t song song v c ni tt bng cỏc vũng ngn mch to thnh mt cỏi lng gi l lng súc Nguyờn tc hot ng : a dũng xoay chiu vo mch dõy qun stato thỡ to t trng quay khe h khụng khớ vi tc n1 T trng ny ct qua cỏc dn rụto , vi rụto lng súc cỏc dn ny b ni ngn mch to dũng in I T trng tỏc dng vi dũng in ny to mụmen lm cho rụto quay theo chiu t trng vi tc n < n1 II/ Cỏch thay i tc ca ng c khụng ng b (ng c lng súc): Cú nhiu cỏch thay i tc nhng õy ta ch xột n cỏch thay i tc bng cỏch thay i tn s s dng b bin tn bng linh kin bỏn dn Bi c im ca ng c rụto lng súc thng cú h s trt s rt nh (h s trt s : l lch tng i gia t trng quay v tc rụto) : M : n1 n n = n (1 s) s = n1 60f1 60f1 n= (1 s) p p n = 60f1 p Trong ú : SVTH INH NGOĩC AI Trang ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c f1_ Tn s ca in ỏp u vo ca ng c p_ S ụi cc t n1_Tc quay ca t trng n_ Tc quay ca rụto Nờn cỏch tt nht iu chnh tc l bng cỏch thay i tn s ngun f1 Khi iu chnh tc ta mun kh nng quỏ ti l khụng i nờn nng lc quỏ ti ca ng c l : k= M max M ' max = M M' = const (1) T biu thc : M max = C U 12 f 12 (2) T (1) v (2) suy : U'1 f '1 = U1 f1 M' M Vi Mmax ,M ,U1_ cỏc mụmen v in ỏp f = f1m Mmax ,M,U1_ cỏc mụmen v in ỏp f = f f1m Vy iu chnh tn s ta phi ng thi iu chnh in ỏp kh nng quỏ ti l khụng i Ta cú : E1 = kf1 (xem U1 = E1 + I1 Z1 E1 U1 = E U1 = kf1 tng tr dõy qun Z1 ) (3) Nu ta gim f1 m U1 khụng i thỡ t thụng s ln lờn ú lm cho mch t chúng bo ho v dũng in t hoỏ s tng lờn lm cho cỏc ch tiờu nng lng ca ng c gim xung Nu tng f1 m U1 khụng i thỡ t thụng s gim xung nu nh lỳc lm vic mụmen ca ph ti l khụng i thỡ dũng in rụto s tng lờn lm cho rụto núng lờn v kh nng quỏ ti ca ng c gim xung (theo (1,2)) thay i tn s ca ngun xoay chiu ta s dng cỏc b bin tn ( trc tip hay giỏn tip qua trung gian in mt chiu dựng nghch lu dũng hay ỏp ) Bi u im ca cỏc b bin tn nh sau : SVTH INH NGOĩC AI Trang ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c - Vi bin tn trc tip thỡ in ỏp gn hỡnh sin , hiu sut cao v kh nng hóm tỏi sinh ng c in Nhng m cú nhc im l mch iu khin phc v t m tn s hn ch khong t f/3 nờn ch thớch hp vi truyn ng tc thp v cụng sut ln ( ớt ph bin ) - Vi bin tn trung gian s dng b nghch lu dũng thỡ cho phộp iu chnh tn s t 0f dựng cho ng c cú cụng sut vi kW n hng ngn kW B bin tn nghch lu ỏp thỡ cho phộp iu chnh tn s t 0f v cho ng c di 100kW Túm li l nờn thay i tc ng c bng cỏch thay i tn s ngun m t s gia in ỏp v tn s ca ngun khụng i v iu chnh tn s bng cỏc b bin tn giỏn tip III/ Quy lut bin i in ỏp theo tn s : Vi mong mun iu chnh tc ca ng c l kh nng quỏ ti khụng i tc l ta c gng iu chnh cho t s gia mụmen nh mc ca ng c v mụmen ph ti tnh l khụng i ng vi mi loi ph ti tnh nht nh ta c mt quy lut bin i in ỏp tng ng Khi ph tói tnh l khụng i thỡ : U'1 f '1 U U' = = = const U1 f1 f1 f '1 Qua ú ta thy quan h gia tn s v in ỏp l tuyn tớnh nu nh ta b i mt s nh hng ca mt s yu t , nhng i vi ng c cụng sut ln v phm vi iu chnh tc tng i ln thỡ st ỏp trờn in tr dõy qun stato ln nờn khụng th b qua vựng tn s thp ta iu chnh tc bng cỏch gim tn s f ca in ỏp t vo stato thỡ cm khỏng t hoỏ x s gim tng ng vi tn s f1 cũn in tr ca dõy qun R khụng i ú dũng in t hoỏ I1 tng lờn gõy st ỏp trờn dõy qun stato ta cú c tớnh c gia in ỏp v tn s l : U Um SVTH INH NGOĩC UA I Trang fm c tớnh iu chnh in ỏp theo tn s ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c f Trờn c tớnh iu khin bao gm thnh phn : phn in ỏp khụng i U0 v phn ph thuc vo tn s k nờn ta biu thc in ỏp trờn stato l : U1 = U + k Trong ú U0 (thnh phn in ỏp c cng thờm tn s bng ) v k c chn tu vo tn s nh mc , in ỏp nh mc v mt s yu t khỏc Nu ti cn mt mụmen ln ng thỡ ta chn giỏ tr U ln nhiờn chn giỏ tr U0 ny ta phi chỳ ý n iu kin quỏ ti v nhit ca ng c ta cú th biu din vic iu chnh in ỏp theo tn s theo s sau : pha Bin tn Vi Vc k k BD SVTH INH NGOĩC AI Trang ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c Vi ng c khụng ng b ta cú phng trỡnh c tớnh c nh M= sau : 3U f2 R 2 R2 R + + X mm s Trong ú : R1 , R2 l in tr dõy qun stato va rụto o l tc ng b ca ng c Xmm = x1 + x2 in khỏng ngn mch ca mt pha Khi thay di tn s vi h s khụng i : Tn s ngun k= Tn s nh mc M k= 0.4 k=0.7 k=1 k=1.3 c tớnh c thay i tn s Dũng in m mỏy trc tipca ng c rụto lng súc thng rt ln thỡ ch cú th gim in ỏp t vo Stato thỡ mi cú th gim c dũng in m mỏy Tuy nhiờn vi b bin tn s cho phộp ta m mỏy nhng tn s nh v tng dn tn s t c tc mong mun c tuyn c cho thy ngun cú tn s nh thỡ mụmen m mỏy ln song tn s m mỏy cm khỏng lờn rụto nh nờn dũng cm ng rụto gn trựng pha vi in ỏp to nờn Momen m mỏy ln , h s cụng sut v biờn dũng m mỏy nh , ú l mt ch s thun li m mỏy ng c v ú th hin u im ca phng phỏp iu chnh bng b bin tn VI/ Gii thiu v b bin tn : SVTH INH NGOĩC AI Trang ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c Bin tn l mt thic b in t nú cú chc nng bin di in nng mt chiu hay xoay chiu cú tn s c nh f thnh nhng dũng in xoay chiu cú tn s iu khin c nh cỏc khoỏ in t Nu tn s c to bng cỏch úng ct tng on thớch hp mt dũng in xoay chiu cú tn s cao hn thỡ ta cú b bin tn trc tip , cũn trng hp dũng in xoay chiu cú tn s iu khin nh vic úng ct ngun mt chiu thỡ ta cú b nghch lu 1/ Bin tn trc tip : U~ f1 U~ f2 Mch van B bin tn trc tip gm hai nhúm chuyn mch ni song song ngc , cũn c gi l bin tn ph thuc cú s sau : in ỏp van xoay chiu U1 cú tn s f1 ch cn qua mt mch van thỡ chuyn ti vi tn s f2 , ú bin tn ny cú hiu sut cao v nng lng Tuy nhiờn thc t vic thay i tn s f rt phc v khú khn nú ph thuc vo tn s f1 chớnh vỡ th phm vi thay i tn s nh khong t n f1/3 mc dự v nguyờn tc l cú th cú f2 > f1 song lỳc ú mc ph thuc s tng lờn ln Trong bin tn trc tip ng cong in ỏp a l nhng on ni hỡnh sin ca cỏc pha in ỏp u vo ú v mt ng dng loi ny c dựng cho truyn ng in cụng sut ln cú tc lm vic thp 2/ Bin tn giỏn tip : L b bin tn qua trung gian mt to dũng in mt chiu U~ f1 Chnh lu U= (I=) Lc U= (I=) Nghch lu U~ f2 dựng b chnh lu ri sau ú li nghch lu v xoay chiu vi tn s mong mun Ta cú s cu to sau : Nguyờn tc bin i nh sau : in ỏp xoay chiu c a vo b chnh lu chuyn thnh in ỏp mt chiu , sau ú nú c lc in ỏp hay dũng in SVTH INH NGOĩC AI Trang ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c nhp nhụ hn ri nú c a vo b nghch lu bin tr li in ỏp hay dũng xoay chiu cú tn s khỏc in ỏp xoay chiu ban u Nh vic bin i nng lng hai ln ny lm cho vic thay i tn s c d dng thụng qua mch nghch lu m khụng ph thuc vo tn s ngun ban u Da vo tớnh cht ca mch chnh lu v dng tớn hiu u l ngun ỏp hay ngun dũng m ta phõn loi bin tn thnh bin tn ngun ỏp v bin tn ngun dũng B bin tn ngun ỏp cú u im l to dũng in v in ỏp sin hn , dói bin thiờn tn s rng hn nờn c s dng rng rói hn */ Gii thiu v bin tn giỏn tip ngun ỏp : B bin tn ngun ỏp gm b phn : phn ng lc v phn iu khin U1 f1 B bin tn ( Mch ng lc ) Uk SVTH INH NGOĩC AI Trang Mch iu khin ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c B PHN THIT K MCH NG LC B.1 HOT NG CA MCH NG LC S ton mch ng lc : U~ng Bin ỏp Chnh lu Lc Nghch lu n g c I/ B nghch lu : Cỏc van bỏn dn b nghch lu cú th l tranzistor hay l trisistor , sau õy ta lp bng so sỏnh u nhc im ca hai loi linh kin ú : Bin tn Trisistor : iu khin khụng hon ton ch iu khin thi gian m m khụng iu khin c khoỏ , mun khoỏ thỡ cn cú b chuyn mch i kốm t lờn nú mt in ỏp ngc Nờn nú ch lm vic vi tn s nh hn Tranzistor v tn hao chuyn mch ln song in ỏp nh mc cao hn Tranzistor iu khin in ỏp phi dựng b chnh lu trisistor thay i giỏ tr in ỏp Ud t vo b nghch lu Bin tn Tranzistor : SVTH INH NGOĩC AI Trang iu khin hon ton tn s lm vic ln , tn hao i chiu hn Trisistor , b nghch lu dựng Tranzistor cú kớch thc gn v n gin hn Trisistor vỡ khụng cú b chuyn mch mun khoỏ Tranzistor thỡ ch cn ngng cung cp dũng in vo cc B ca Tranzistor Khuyt im l ta phi liờn tc a dũng vo cc B chu k dn ca nú v in ỏp nh mc thp iu khin in ỏp ta dựng phng phỏp iu bin rng xung dựng chnh lu diod ỏn in t cụng sut GVHD Lõm Tng c phự hp v u vic ca b bin tn iu khin ng c khụng ng bb rụto lng súc vi yờu cu thit k ó cho ta dựng b nghch lu in ỏp s cu dựng van iu khin l Tranzistor 1/ S mch v nguyờn lý lm vic ca mch : Ud SVTH INH NGOĩC AI Trang a/ Chc nng ca cỏc linh kin mch : - Cun cm L : cú chc nng cn s phúng in ca t v phớa ngun mt chiu , san bng dũng in np vo t C gi cho mc in ỏp trờn t l khụng i - T in C : cú chc nng m bo in ỏp ngun ớt thay i ( b lc in ỏp ) mt khỏc nú trao i cụng sut phn khỏng vi in cm ca ti (ng c) - Cỏc Diod : cú chc nng bo v cỏc Tranzistor mch xy quỏ trỡnh chuyn mch b/ Phng phỏp iu khin gúc m cỏc van : Ta cú hai cỏch iu khin cỏc van vi gúc dn l = 120o v = 180o nhng õy ta xột vi gúc dn = 180o Cỏc van c m lch mt gúc l /3 theo th t t n Cỏc van trờn cựng mt pha khụng bao gi c thụng ng thi m chỳng dn lch gúc ( van no c dn thỡ c xem l thụng mch ) Nhỡn chung s ny cú dng mt pha ti ni núi tip vi hai pha c u song song nhsu , vy in ỏp trờn ti ch cú hai giỏ tr hiu dng l hoc Uz nú b u song song vi pha khỏc hoc l Uz nú u ni tip vi nhúm song song vi gi thit l ti i xng Z1=Z2=Z3 c/ Nguyờn tc chuyn mch : Cho gúc m ca mi Tranzistor l 180o v c 60o tip theo thỡ li m van tip theo (k t lỳc Tranzistor trc ú m) Nh vy cựng mt thi gian cú Tranzistor m t ú ta thnh lp bng trng thỏi úng m ca Tranzistor sau : iu kin Tranzistor thụng l : Vi loi p - n - p thỡ : UBE > v IB IC >0 Vi loi n - p - n thỡ : UBE < v IB < , IB IC St ỏp trờn Tranzistor nh khong (0,1 - 0,2)V Cụng sut tiờu tỏn trờn Tranzistor : lm vic ch bỡnh thng P = U BE IB , ch m Tranzistor tn hao nhiu hn ch bỡnh thng , m lm vic vi dũng v in ỏp ln nờn tn tht tng gõy núng Tranzistor khụng th lm vic ch nhit ln > 200 oC , gim nh cụng sut tiờu tỏn ta thng dựng thờm vo nú mch tr giỳp bo v nú chuyn trng thỏi lm vic Sau õy l mt s mch tr giỳp cho Tranzistor : dũng IC tng t t ta mc vo mch thờm in cm L , in ỏp tng khụng tng t bin ta mc thờm t C Nhng mch tr giỳp bt buc s dng iu kin f > 5kHz , VCEo >= 60V , IC > 5A c tớnh tnh UCE = f(IC) ca Tranzistor : IC Vựng bóo ho cho Tranzistor úng st ỏp bờn thỡ ngi ta cho nú lm vic ch bóo ho , lỳc ny st ỏp trờn Tranzistor khong (0,5 1)V vi Trisistor l 1,5V Vựng khuch i iB=0 Vựng tuyn tớnh VCE C THIT K MCH IU KHIN S ca h thng iu khin : Phỏt xung ch o Phõn phi xung Khuch i xung Van I/ Phỏt xung ch o : Khõu phỏt xung ch o dựng IC555 lm vic ch phi n cú tỏc dng to dóy xung cú tn s mong mun 1/ Gii thiu IC555 : Vi mch IC555 bao gm b khuch i thut toỏn SS1 v SS2 thc hin chc nng so sỏnh ca mt trig , mt Tranzistor v in tr 5k v mt mch dao ng Flip Flop RS Linh kin gm chõn nh hỡnh v sau : Ni vi cc õm ca ngun nuụi Kớch lt V(2) = 2.E/3 , V(3) = 0(V) Cng V(3)min = 0,1(V) , V(3)max = 0,5(V) , I(3)max = 0,2(A) Chõn khoỏ V(4) = thỡ V(3) = , nu khụng cn chõn khoỏ thỡ ta ni vo Lc nhiu thng t in khong 0,01àF u gia chõn v chõn Ngng lt V(6) = 2.E/3 thỡ V(3) = 0(V) Chõn phúng in thng c u vi t C ca mch ngoi Ni v cc dng ca ngun nuụi E = ữ 18(V) tiờu th dũng din 0,7(mA/V) ngun nuụi (=10(mA) E = 15(V)) 2/ S nguyờn lớ mch phỏt xung ch o : a/ S mch : b/ Nguyờn lớ lm vic : trng thỏi ban u mi cỏp in , t C cha np in U C = nờn in ỏp trờn chõn cng bng u in ỏp mc cao ( Vcc = 1,7V ) v in ỏp chõn mc thp ( ) T bt u np in ỏp trờn t tng dn dũng chy t Vcc qua RA & RB n t C Khi in ỏp trờn t C UC 2/3Vcc thỡ u s chuyn trng thỏi v mc thp cũn chõn chuyn lờn mc cao , lỳc ny t C bt u phúng in qua RB n chõn v t , t cng phúng in thỡ in ỏp trờn t cng gim , n lỳc gim xung giỏ tr Uc 1/3 Vcc thỡ u li chuyn trng thỏi lờnmc cao v chõn chuyn xung mc thp , t c li np in Quỏ trỡnh dao ng c tip tc mói vi thi gian chuyn i gn nh khụng i thỡ ta thu c u mt dóy xung vuụng ri nú c a n khõu phõn phi xung Uc 2/3 1/3 Ucc Ucc Uca t T1 T2 t Dng xung nh sau : II/ Khõu phõn phi xung : Yờu cu ca khõu phõn phi xung l to c cỏc xung iu khin m cỏc Tranzistor theo quy lut úng m ca nú , t bng tun t dn ca cỏc van Tranzistor ta ó xột phn ng lc ta cú cỏc kt lun sau : + Khi T1 dn thỡ T4 khoỏ , tc l T1 cú xung iu khin thỡ T4 khụng cú xung iu khin + Tng t thỡ ta T3 cú xung thỡ T6 khụng cú xung , T5 cú xung thỡ T2 khụng cú xung to c s phõn phi ú ta cn s dng cỏc Trig vi cỏc chõn u o v khụng o Theo nh phõn tớch trờn thỡ ta cn Trig ( < 23 = 8) nh vy l cú xung u vo thỡ u nhn c xung nhng chu kỡ in ỏp ch cú xung mi xung cỏch 60o nờn ch c xõy dng b m xon , tc l cú xung u vo thỡ u cú mt xung c phỏt t khõu phỏt xung ch o B m c xõy dng trờn c s cỏc Trig D (FlipFlop D) Bng chc nng ca FFD : Qn 0 1 D 1 Qn+1 1 Vi Qn+1 = D T bng trờn ta cú bng u vo kớch ca FFD : Q n Q n +1 00 1 11 D 1 Ti mi thi im b nghch lu luụn cú Tranzistor ( Tranzistor ) m nờn cn phi phõn phi xung m cỏc Tranzistor phi phự hp vi yờu cu , t y ta cú cỏc trng thỏi m ca Flip Flop D nh sau : CK Q1 Q2 Q3 T ú ta thnh lp bng trng thỏi ca cỏc D-FF : m Xun Trng thỏi hin Trng thỏi k u vo Dg ti tip FF m m m m m Q 3n Q n2 Q 1n Q 3n +1 Q n2 +1 Q 1n +1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 D3 1 0 D2 1 0 D1 1 0 m Da vo bng trng thỏi cho cỏc D-FF ta tỡm c s lờn h gia cỏc i lng vo v cn ti gin theo phng phỏp Karnaugh Q2Q 00 01 11 10 0 X X 1 00 01 11 10 1 X X 00 01 11 10 1 X X 0 1 D3 = Q1 Q2Q 1 D2 = Q2 Q2Q 1 D1 = Q3 S mch khõu phõn phi : IC555 III/ Khõu khuch i xung : Khõu khuch i xung dựng cỏc linh kin bỏn dn ú s dng phn t ghộp quang (ễptocopleur ) cỏch li gia mch ng lc v mch iu khin S khuch i xung cho mt Tranzistor thuc nhúm chn : T cỏc FF op Tranzistor ca mch nghch lu nhúm chn m ngun Dng ngun Tranzistor ca mch nghch lu nhúm l T cỏc FF S khuch i xung cho mt Tranzistor cụng sut thuc nhúm l : Nguyờn lớ lm vic : Khi tớn hiu a vo chõn B ca cỏc Tranzistor T t cỏc trig mc logic thỡ T ngng dn lỳc ny u vo v u ca ễptocopleur khụng cú dũng a n T ngng dn v Tranzistor cụng sut T khụng c kớch thớch cc B Cho n tớn hiu t cỏc op trig mc logic a vo T thỡ T dn dũng lỳc ny u vo v u ca ễptụcpleur cú dũng a n T , T dn dũng kộo theo Tranzistor cụng sut cng c m u cỏc ngun cung cp ca ễptocopleur c ni vi cỏc ngun cung cỏp riờng bit cỏch li gia mch ng lc v iu khin II/ Tớnh cht ca mch iu khin : 1/ Xỏc nh tn s xung ca IC555 v cỏc Trig : Vi mch 555 lm vic ch t ng dao ng , tn s dao ng cu nú ph thuc vo s phúng np cu t in C Khi t C np qua in tr RA & RB , t ú ta cú phng trỡnh cõn bng in ỏp ca mch in ú l : i.R + UC = VCC Trong ú : i : l dũng in np cho t i=C dU C dt R : iờn tr tng ng R = RA + RB Phng trỡnh vi phõn mụ t quỏ trỡnh np ca t : RC dUc + U C = VCC dt Vit phng trỡnh ny i dng toỏn t laplace sau : Trong dU n Cdt + { U C } = { VCC } dt ú n = RC n [ p.U C (p) U C (0)] + U C (p) = U C (p)( n p + 1) = VCC p VCC + n U C (p)(*) p Ti thi im ban u ca quỏ trỡnh np in thỡ UC(0) = 1/3VCC , ú phng trỡnh c vit li nh sau : V U C (p)[ n p + 1] = CC + n VCC p U C ( p) = = VCC 1.VCC n + p( n p + 1) 3( n p + 1) VCC n p p + n + V U C (p) = CC n VCC n 3. n p + n VCC n n + p p + p+ n n = VCC p p + n T nh ta Laplace ngc oc gc l : t U C ( t ) = VCC e n (1) Khi kt thỳc quỏ trỡnh np in thỡ UC(T1) = T1 2 n VCC = VCC e 3 VCC thay (2) T phng trỡnh (2) ta gii c: T1 = nln2 = 0,7n = 0,7.RC = 0,7.C(RA + RB) vo (1) ta cú : Tng t cho quỏ trỡnh phúng in ca t in C nhng t ch phúng qua in tr RB nờn R = RB ta cú phng trỡnh sau : U C (p)( n p + 1) = VCC + n U C (0) p (*) Vo thi im ban u cho quỏ trỡnh phúng in thỡ UC(0) = 2/3VCC th vo (*) ta cú : VCC + n VCC p VCC 2.VCC U C ( p) = + n p p + p + n n U C (p)( n p + 1) = U C ( p) = VCC n n n p p+ n 1 = VCC p p + n + 2.VCC p + n T nh trờn ta laplace ngc c gc sau : t U C ( t ) = VCC e n (3) Kt thỳc quỏ trỡnh phúng in thỡ in ỏp trờn t l U C(T2) = 1/3VCC thay vo (3) ta cú: T VCC = VCC e n 3 (4) T (4) ta gii c : T2 = nln2 = 0,7n = 0,7.RC = 0,7.CRB Chu kỡ phỏt xung l : T = T1 + T2 = 0,7.C(RA + 2RB) Tn s xung phỏt ca vi mch 555 l : f555 = 1 = T 0,7.C.(R A + 2R B ) Vỡ cú n xung u vo (iu khin cỏc van Tranzistor) m c ly t IC555 (lm xung ng h) , u ca Trig cng chớnh l tn s ca in ỏp xoay chiu trờn ti nờn : f= f 555 1 = = 6.0,7.C.(R A + 2R B ) 4,2.C(R A + 2R B ) Nh vy mun thay i tn s ca in ỏp u ta chi cn thay i cỏc thụng s ca mch phỏt xung ch o IC555 , c th l ta thay i cỏc giỏ tr ca RA , RB v C Thng n gin ta chn giỏ tr in dung t C trc ri gi nguyờn v ch iu chnh cỏc giỏ tr ca in tr RA , RB Vi ti cu ta l ng c in khụng ng b rụto lng súc thỡ yờu cu iu chnh tc bng cỏch thay i tn s ngun cung cp cho ti t 15 ữ 50Hz Vy chn t C = 0,1àF Gi tr in tr RA tng ng vi tn s 50Hz v RB = l : 50 = R A = 47619() 48(k) 4,2.0,1.10 6.R A Gi tr in tr RB tng ng vi tn s 15Hz v in tr RA = 48 k l : 15 = R B = 55,4(k) 4,2.0,1.10 ( 48000 + 2.R B ) B phõn phi xung chn vi mch 4013 cha hai trig D lai Cmos in ỏp mc logic l 5V , dũng khong 500mA 2/ Tớnh chn cỏc phn t khuch i xung : Theo tớnh toỏn trc Tranzistor cụng sut T chn loi BUX 47A cú cỏc thụng s = , Icmax = (A) Vi dũng lm vic Iclv = 2,22 (A) thỡ dũng baz ca Tranzistor l : IB = I CLV 2,22 = = 0,25(A) a/ Tớnh chn cỏc phn t ca mch khuch i xung thuc nhúm l : Chn van T theo iu kin ICT > IBT = 0,25 (A) U CET ' U CET = 747,2(V) loi PNP Vy chn van T phi thoó iu kin trờn , khụng cú loi PNP thớch hp nờn tm thi chn T l loi 25B622 cú thụng s c bn sau : ICmax = 0,3 (A) ; = 30-200 , UCE = 400 (V) Chn = 30 I BT ' = I CT ' 0,25 = = 0,0083(A) = 8,3(mA) 30 Optocopleur chn loi 4N35 cú cỏc thụng s : in ỏp cỏch li : 3,5 (kV) Dũng chu ng : 10 (mA) in tr R21 tớnh theo iu kin : in tr R31 tớnh theo : R 31 = R 21 = U a ' 12 = = 1,2(k) I op 10 VCC 12 = = 1,2(k) I op 10 Tranzistor T chn theo iu kin : I CT" I op = 10(mA) VCE VCC = 12(V) Tranzistor T loi 25C602 cú cỏc thụng s sau : VCE0 = 20(V) , Icmax = 25(mA) , = 35 Vi dũng Iop = 10(mA) = ICLVT thỡ : I BT" = I CLVT" 10.10 = = 0,3( mA) 35 in tr R3 chn theo iu kin : R3 = U trigo I BT" = 12 = 40(k) 0,3 b/Tớnh chn phn t khõu khuch i xung thuc nhúm chn : Tranzistor T chn theo iu kin : I CT ' = I ET ' I BT = 0,25(A) U CET ' = U CBT = 747,2(V) loi NPN Chn T loi 25C1004 cú cỏc thụng s : UCE = 300 (V) , = 30-160 , ICmax = 0,5(A) Chn = 30 vi dũng lm vic ICLVT = 0,25(A) I BT ' = I CLVT ' 0,25 = = 8,3(mA) 30 OP chn loi TPL521 cú Iop = 10(mA) Cỏc in tr R1 , R2 , R3 tớnh tng t nhúm l ta cú : R1 = R2 = 1,2(k ) , R3 = 40(k ) Tranzistor T c chn nh nhúm l l loi 25C206 cú cỏc thụng s sau : VCE0 = 20(V) , Icmax = 25(mA) , = 35 3/ Chn mch iu khin b iu chnh xung in ỏp : Ta ó tớnh v chn cỏc Tranzistor b iu chnh xung lm vic tn s 500Hz , ú ta phi chn mch iu khin Tranzistor phỏt vi tn s ú õy ta chn vi mch phỏt xung IC555 vi tn s phỏt ca mch l f555 = 500Hz , theo tớnh toỏn trờn ta cú tn s phỏt xung ca IC555 l : 0,01àF 1 = T 0,7C.(R A + 2R B ) ú : 0,7C.(R + 2R ) = 500 A B f555 = Do T C c chn trc nờn tn s l 500Hz thỡ ta ch cn thay i RA v RB cho : R A + 2R B = = const 0,7.500.C D BO V MCH IN T CễNG SUT Cỏc linh kin in t cụng sut cn c bo v quỏ ỏp , dũng v quỏ tc tng dũng v ỏp 1/ Bo v quỏ dũng in : S c thng gõy h hng nht l trng hp linh kin gõy ngn mch ngun cung cp lỳc ny s to mt dũng ngn mch cú giỏ tr rt ln Nhng cỏc linh kin bỏn dn cú nhit dung rt nh , ú quỏ dũng in lm cho linh kin phỏt núng v nhanh chúng vt quỏ gii hn an ton gõy h hng hay lm cho cỏc linh kin thay i cỏc c tớnh lm vic nhit Thng bo v ngi ta s dng cu chỡ cú cỏc c im cn chỳ ý l : Nú phi luụn chu dũng in nh mc ca thit b Nhit dung chu c ca cu chỡ phi nh hn thit b cn bo v in ỏp h quang ca ca cu chỡ cn phi tng i ln gim dũng v tiờu tỏn nng lng ca mch nhanh Khi dũng b ngt cu chỡ cú th chu c din ỏp khụng gõy phúng in gia cỏc cc ca nú Cỏc cỏch t cu chỡ bo v l : o t ni tip vi tng linh kin cn bo v o t tng pha ca cun th cp mỏybin ỏp o t ni tip vi tng nhúm linh kin mc song song o t u ca thit b bin i o t phớa s cp ca mỏy bin ỏp Sau õy l mụ hỡnh bo v quỏ dũng mch chnh lu Ta cú in ỏp v dũng in trờn mi pha phớa th cp ca mỏy bin ỏp l : Uf = 264(V) ; I1 = 1,82(A) Ta chn loi dõy chy cú mó hiu 57 cú thụng s 380V/25A [...]... Bộ chỉnh lưu là bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều Có nhiều sơ đồ chỉnh lưu , trong đó có hai loại thông dụng là chỉnh lưu hình cầu và chỉnh lưu hình tia Các linh kiện điện tử thường sử dụng trong mạch chỉnh lưu là Trisistor và Diod , Trisistor sử dụng trong chỉnh lưu có điều khiển để cho ra dạng điện áp ra thay đổi được Do vậy theo yêu cầu của đồ án này thì ta chỉ sử dụng chỉnh... lớn hơn tính toán vì lúc mở máy thì dòng tăng lên nhiều lần , do đó ta chon Diod lọai B Π _10 có ID = 10(A) ; Uim = 300 ÷ 1500(V) 4/ Tính máy biến áp : Công suất biểu kiến của máy biến áp : S2 = mU2I2 = 3.246.1,82 = 1441,44 (W) S1 = mU1I1 = 3.380.1,26 = 1436,4 (W) Mạch từ của máy gồm 3 trụ có tiết diện mỗi trụ được tính toán theo cá công thức kinh nghiệm , với các thông số công suất và điện áp định mức... hai lớp bán dẫn được đặt vào điện áp có cực tính như hình vẽ thì lúc này điện trường của lứop tiếp xúc Ej ngược chiều với điện trường ngoài E , do vậy phần bão hoà bị thu hẹp lại nen dòng điện dễ dàng chạy qua bề mặt tiếp xúc Trường hợp này điện tổng có chiều trùng với điện trường ngoài thuận lợi cho các hạt dẫn chuyển động qua vùng chuyển tiếp Lúc này ta nói Diod được phân cực thuận và dẫn điện */... nguồn điện áp ngoài như hình vẽ , lúc này điện trường ngoài cùng chiều với điện trường tiếp xúc , điện trường tổng cùng chiều với điện trường tiếp xúc và có giá trị lớn hơn điẹn trường ngoài nên làm cho vùng dẫn bão hoà mở rộng hơn làm tăng khả năng cách điện ở vùng tiếp xúc nên các hạt dẫn không thể vượt qua nó Do đó dòng điện không chạy trong mạch , lúc này ta nói Diod phân cực ngược và không dẫn điện. .. i r Ur UAK 2 Đặc tính gồm 2 nhánh : nhánh thuận (1) thể hiện trạng thái mở và nhánh nghịch (2) thẻ hiện trạng thái đóng Nếu đặt vào điện áp UAK >0 thì dòng sẽ chạy qua Diod và tạo nên một điện áp rơi trên nó khoảng 0,7V khi dòng là định mức Nếu đặt vào điện áp UAK < 0 thì Diod đóng chỉ có dòng rò vào khoảng vài mA có thể chạy qua Khi tiếp tục tăng điện áp ngược các điện tích sẽ được gia tốc lớn... nên điện áp trên chân 2 – 6 cũng bằng 0 ở đầu ra 3 điện áp ở mức cao ( ≈ Vcc = 1,7V ) và điện áp ở chân 7 ở mức thấp ( ≈ 0 ) Tụ bắt đầu nạp điện áp trên tụ tăng dần dòng chạy từ Vcc qua RA & RB đến tụ C Khi điện áp trên tụ C UC ≥ 2/3Vcc thì đầu 3 sẽ chuyển trạng thái về mức thấp còn chân 7 chuyển lên mức cao , lúc này tụ C bắt đầu phóng điện qua RB đến chân 7 về đất , tụ càng phóng điện thì điện. .. 3 thay đổi ,ta có điện áp cảm ứng là: di 2 dt di = L3 3 dt U 2L = L 2 U 3L Hai điện áp này nối tiếp nhau và có giá trị lớn có cực dương đặt tại 2 và cực tính âm đặt tại 3 Nếu không có Diod mắc song song với T2 thì điện áp nói trên đặt lên Tranzistor T2 và có giá trị lớn nên có thể đánh thủng Tranzistor này B.2 PHẦN TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH I/ Tính và chọn các phần tử trong mạch nghịch... Diod vì yêu cầu điện áp ra một chiều không thay đổi Chỉnh lưu hình cầu điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn , cho ra điện áp ít nhấp nhô hơn nhưng mà số phần tử sử dụng trong mạch lớn hơn nhiều Tuy nhiên giá thành các Diod rẻ nên không đáng kể nhưng mà yêu cầu sóng ra cần sang phẳng hơn do đó ta chọn sơ chỉnh lưu hình cầu 1/ Sơ đồ và dạng sóng của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha : U ub u uc a Sơ đồ mạch :Dạng... 9(A) ton = 1( µ s) ; toff = 0,8( µ s) 3/ Tính chọn Diod Do : Diod có nhiệm vụ ngăn điện áp tự cảm từ cuộn cảm tải đặt lên Tranzistor T khi chuyển từ trạng thái mở sang khoá để bảo vệ Tranzistor khỏi vượt quá điện áp đánh thủng Đồ thị biểu diễn quá trình dòng điện và điện áp sau bộ băm : Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua Diod Do : Ud T1 Id imax IT T2 IDo imin T I Do = T T − T1 1 idt = I Z =... Sụt áp trên Tranzistor nhỏ khoảng (0,1 - 0,2)V Công suất tiêu tán trên Tranzistor : khi làm việc ở chế độ bình thường P = U BE IB , ở chế độ mở Tranzistor tổn hao nhiều hơn ở chế độ bình thường , khi mở làm việc với dòng và điện áp lớn nên tổn thất tăng gây nóng Tranzistor không thể làm việc ở chế độ nhiệt độ lớn > 200 oC , để giảm nhỏ công suất tiêu tán ta thường dùng thêm vào nó mạch trợ giúp để