ĐỀ TÀI:Thiết kế hệ truyền động điện TĐ : Sử dụng chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển, động cơ 1 chiều kích từ động lập có thông số: Uđm = 400V; Iđm=20A; Pđm=7,2Kw; Uktđm=200V; Iktđm=5A; nđm=955 vph1.Khái quát chung2.Tính chọn thiết bị3.Thiết kề mạch điều khiển dùng TCA 7854.Phân tích hoạt động5.Giới thiệu ứng dụng trong công nghiệp.
ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ***** ĐỒ ÁN CHUN ĐỀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN SVTH: TRỊNH CƠNG HỒNG NGUYỄN ĐĂNG HIẾU LỚP : LTCĐ-ĐH ĐIỆN K5 GVHD: NGUYỄN ĐĂNG KHANG ĐỀ TÀI: ThiÕt kÕ hƯ trun ®éng ®iƯn T-§ : Sư dơng chØnh lu pha h×nh tia cã ®iỊu khiĨn, ®éng c¬ chiỊu kÝch tõ ®éng lËp cã th«ng sè: U®m = 400V; I®m=20A; P®m=7,2Kw; Ukt®m=200V; Ikt®m=5A; n®m=955 v/ph 1.Kh¸i qu¸t chung 2.TÝnh chän thiÕt bÞ 3.ThiÕt kỊ m¹ch ®iỊu khiĨn dïng TCA 785 4.Ph©n tÝch ho¹t ®éng 5.Giíi thiƯu øng dơng c«ng nghiƯp LỜI NĨI ĐẦU GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Trong chiến lược phát triển kinh tế KHCN quốc gia ngành cơng nghiệp ln ln đóng vai trò quan trọng, chiếm tỉ trọng đáng kể tổng sản phẩm quốc dân Mà động lực cúa cơng nghiệp động điện, đối tượng dường khơng thể thay dây chuyền ngành cơng nghiệp, q trình tự động hố, với bùng nổ tiến khoa học cơng nghệ lỉnh vực điện, điện tử tin học Trong năm gần ảnh hưởng sâu sắc lý thuyết lẫn thực tế lĩnh vực khác nhau, đặc biệt lĩnh vự điều khiển tự động,các dây chuyền cơng nghệ khép kín đời lĩnh vực điều khiển động cơ.Do việc điều khiển tốc độ động điện có ý nghĩa lớn, mục đích hệ truyền động điện Điều khiển động điện chiều lĩnh vực có nhiều ưu điểm loại động điện khác, có giải điều chỉnh tốc độ rộng, đặc tính có độ cứng cao có nhiều phương pháp điều khiển Do đó, việc nghiên cứu điều khiển tự động, truyền động, động điện chiều người quan tâm ngày hồn thiện Hệ thống truyền động điện tổ hợp nhiều thiết bị điện, dung để biến đổi điều khiển lượng từ dạng điện sang dang cơ, phục vụ cho u cầu sản xuất Phần tử trung gian q trình biến đổi điện động điện Tốc độ mơmen trục động sản phẩm truyền động điện Mục đích truyền động điện nâng cao chất lượng giá thành sản phẩm, làm cho sản phẩm hồn mỹ hơn, yếu tố hang đầu ngành sản xuất Vì trải qua q trình nghiên cứu lâu dài đạt mứu độ hồn thiện nay, ngành truyền động điện phat triển qua nhiều giai đoạn, giai đoan phát triển người tìm cách ứng dụng cách triệt để,nhất thành kỹ thuật Ngày nay, việc nghiên cứu khơng ngừng mà ln quan tâm sâu sắc Ngày nay, nhờ bước nhảy vọt bán dẫn phương pháp tính, người ta tạo tổ hợp chức để ứng dụng vào truyền động điện Cho phép thiết kế hệ thống truyền động điện cách nhanh chóng chất lượng Sinh viên thực CHƯƠNG I :GIỚI THIỆU VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA HÌNH TIA DÙNG THYRISTOR GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN I/ GIỚI THIỆU VỀ THYRISTOR: I.1/ Khái niệm: Từ Tiristor gồm hai từ thyristor transistor ghép lại mà thành Do nhóm kỹ sư hảng Bell Telephone phát minh sang chế vào năm 1956.Hiện Tiristor làm việc điện áp hang kilơvơn chịu dòng điện cở kilơampe I.2 Cấu trúc: Tiristor thiết bị gồm lớp bán dẫn: P 1, N1, P2, N tạo thành với A: Anốt : K; katốt, G; cực điều khiển , I1 I2 I3 mặt ghép A tốt Cực điều khiển G P1 N1 P2 N2 J1 J2 J3 Các mặt ghép K tốt Hình 2-1: Cấu tạo Tiristor I.3/ Các thơng số thyristor: 1/ Điện áp thuận cực đại Umaxđiện áp lớn đặt lâu dài lên Tirristor theo chiều thuận mà tirristor trạng thái khố.Nếu vượt q giá trị làm hỏng tirristor 2/ Điện áp ngược cực đại U ng max Điện áp ngược lớn đạt lên Tiristor theo chiều ngược mà tiristor khong bị hỏng.Với giá trị dòng điện cho phép qua tiristor khoảng (10-20) mA khơng phải giảm dòng Iđiều kiện 3/ Điện ap định mức ( Uđđm) -Điện áp cho phép đặt lâu dài lên Tirristor theo chiều thuận ngược thường Uđm = 2/3U max 4/ Điện áp rơi tiristor ∆U Điện áp tiristor tiristor mở ∆U = (0.5-1)V 5/ Điện áp chuyển trạng thái (Uch) điện áp chuyển trạng thái cho tiristor Từ trạng thái đóng sang trạng thái mở khơng cần Ikd 6/ Dòng áp điều khiển (U đm , Idk) dòng áp nhỏ đặt lên điều khiển, đảm bảo cho tiristor mở 7/ Dòng định mức (Iđm) đòng có giá trị trung bình lớn cho phép chạy qua tiristor GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 8/ Thời gian mở tiristor ( Tm) thời gian tính từ sườn trước xung điều khiển đến I = 0.9 Iđm 9/ Thời gian khố tiristor khoảng thời gian tính từ thời điểm suất điện ápthuận tiristor, khơng chuyển trạng thái mở (còn gọi thời gian phục hồi tính chất cách điện tiristor) 10/ Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép ( du ) giá trị lớn tốc độ dt tăng điện áp A nốt mà khơng cần có chuyển trạng thái từ khố sang mở 11/ Tốc độ tăng dòng điện thuận cho phép ( di ) Giá trị tăng dòng diện dt q trình mở tiristor mà khơng gây nóng II / CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU KHIỂN TIRISTOR: Việc điều khiển đóng mở Tiristor thực nhiều phương pháp khác Sau ta sơ lược số phương pháp thường dung II.1/ Phương pháp điều khiển theo biên độ: Cơ sở cua phương pháp quy định phụ thuộc điện áp chuyển mạch Tiristor với dòng điều khiển Ubđ=f(Idk) Khi dong điều khiển nằm thẳng nhỏ, thời điểm chuyển mạch Tiristor làm việc với điện áp xoay chiều phụ thuộc khơng biên độ chu kỳ nguồn cung cấp, mà phụ thuộc vào độ lớn dong điều khiển Góc mở lớn Tiristor điều kiện:U α=Umax dòng điều khiển định mức.Khi αmin=900 với việc tăng dòng điểu khiển biên độ điện áp pha mở góc pha giảm Phương pháp biên độ dung có nhược điểm: + / Qn tính lớn + / Thời gian mở khơng rỏ rang + / Thời gian có phân tán đặc tính lớn U bđ=f(Iđk) phạm vi điểu chỉnh góc pha lớn 900.Tuy nhiên nhờ việc sử dụng sơ đồ phức tạp ,các phần tử góc pha > 900 + / Tính ổn định phương pháp khơng cao thời gian mở Tiristor phụ thuộc vào giá trị nhỏ dòng điều khiển II.2/ Phương pháp điều khiển pha xung: Việc điều khiển pha xung thực chất cực điều khiển pha xung có chu kỳ với tần số tần số tần số điện áp Anốt Hệ thống điều khiển pha xung gồm thành phần: +/ Thiết bị chuyển dịch A +/ Bộ phát xung Tiristor GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 4 G SVTH: NHĨM 24 K ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình 2-2.Sơ đồ khối ngun tắc điều khiển pha xung: Trong đó: 1.thiết bị dịch pha (đồng bộ) Bộ so sang Bộ tạo sung Bộ khốch đại cơng suất Mach đầu Nguồn áp khố Trong hệ thống điều khiển băng bán dẫn khác với hệ thống điều khiển khác(như hệ thống điều khiển điện từ) thiết bị dịch pha khơng phải nguồn cung cấp cho máy phát xung,sơ đồ khối phương pháp điểu khiẻn pha xung Hình 22 II.2.1/ Ngun tác điều khiển theo chiều đứng: Là việc phát xung điều khiển dưa sở so sang phần phi tuyến đại lượng xoay chiều mà ta gọi điện áp tựa co dạng chuẩn hình sin cưa với điện áp chiều tạu điểm ma điện áp hiệu số chúng đổi dấu , lúc phần tử phi thuyền phát xung điều khiển ,pha xung điều khiẻn thay đổi cách đổi tính hiệu điều khiển ,thong thường ,phần tử phi thuyền sữ dụng Transitor A Tiristor G K Hình 2-3.Sơ đồ khối ngun tắc điều khiển theo chiều đứng Trong đó: Khối tạo điện áp tựa: đồng pha Thiết bị đầu vào Thiết bị so sánh Thiết bị tạo xung II.2.2/ Ngun tắc điều khiển theo khuếch đại mức song: A Tiristor GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG G K SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình – 4: Sơ đồ khối n tắc điều khiển theo khuếch đại mức sóng Trong ngun tắc dùng hai điện áp: - Điện áp tựa Ur điện áp cosinus (vượt trước điện áp A-nốt _ K-tốt Tiristor góc π ) Điện áp điêu khiển UC điện áp chiều, điều chỉnh biên độ theo hướng (dương âm) Trên hình vẽ, đường đứt điện áp đồng với điện áp A nốt, K tốt, Tiristor.Từ điện áp đồng người ta tạo điện áp tức Bằng cách làm biến đổi UC người ta điều chỉng góc α ≤ Uc≤ ± Ucmax Ur ≈ Ucmaxcos ω t Khi: Ur +Uc =0 người ta nhận pha xung đầu khâu so sánh Uc+Ucmax cos α =0 Uc Do đó: α = ascos (- Uc max ) Khi Uc = α = π Uc < α tiến tới Uc >0 α tiến tới Л Như khi cho Uc biến đổi từ -Uc max đến +Uc max góc α tiến từ đến π II.2.3 Ngun tắc điều khiển theo góc tà: Ngun tắc sữ dụng ngun tắc UST.Lợi dụng điệu kiện tự dao động UST để tạo điện áp cưa khống chế góc mở Tiristor α1 α2 U Ur2 Ur1 Uc = Udk α GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG Xung α IC θ SVTH: NHĨM 24 θ ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình – 5: Ngun tắc điều khiển theo góc tà Trên hình vẽ: - Điện áp tựa, kí hiệu Ur có dạng hình cưa đồng pha điện áp đặt lên Anốt – Ktốt Tiristor - Điện áp Uc điện áp điều khiển ,là điện áp chiều điều chỉnh biên độ Nhờ có điều khiển tự dao động UST tạo điện áp cưa Ur khác có góc α mở tiristor khác Khi: Uc = ⇒ α =0 Uc > ⇒ α >0 II.2.4 Ngun tắc điều khiển theo chiều ngang: Khi đầu vào có điện áp Uđk, dựa vào dịch pha kiểu cầu có đầu A tín hiệu hình sin pha thay đổi theo Uđk Tiristor G K Hình – 6: Sơ đồ khối ngun tắc điều khiển theo chiều ngang Trong đó: 1:.Khối đầu vào Bộ dịch pha kiểu cầu Bộ pha xung Bộ tạo điện áp đồng III/ CHỈNH LƯU TIRISTOR PHA HÌNH TIA: Dùng tiristor chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều ba pha thành nguồn điện chiều để cung cấp cho động điện chiều gọi chỉnh lưu có điều khiển :ta dung sơ đồ tia ba pha GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN III.1/ Sơ đồ tia ba pha khơng có tượng trùng dẫn: Trong mạch tải có điện cảm L nên i đ dòng liền tục iư = iư góc mở α tính từ giao điểm hai điện áp pha (phần giá trị dương) Ta có: va= V2sin θ 2π ) 4π vc= V2sin ( θ - ) 5π / +α 3 V2 sin θdθ = V2 cos α Uđ = ∫ 2π π / 6+α 2π Vb V2sin ( θ - R E ea BÂL L T1 iâ T2 eb M T3 ec N Hình 2-7: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha khơng có trùng dẫn Hình 2-8: Đồ thi dạng sóng điện áp dòng điện khơng có trùng dẫn III.2/ Sơ đồ tia pha có tượng trùng dẫn: T1 e a Lc T2 e b i1 i2 Lc T3 N e c R Lc E V Hình 2-8: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha khơng có trùng dẫn GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN u ec ea eb ea ec ea eb eb ec i iT1 T3 iT2 iT1 Hình - 9: Đồ thị dạng sóng điện áp dòng điện có trùng dẫn Gỉa sử T1 dẫn dòng điện iT1 θ = θ cho xung điều khiển mở T2 → hai Tiristor T1 vàT2 mở → cho dòng điện làm ngắn mạch hai nguồn eavà eb Điện áp chuyển mạch: Ta chuyển góc tòa độ “0” sang “02” 5π + α ) π eb= V2sin( θ + + α ) ⇒ uc = eb + ea + V2sin θ + π ea= V2sin(0 + Dòng ngắt nạch xác định phương trình: θ V2sin( + α dic ) = 2Xc dθ 6V2 [ cos α − cos(θ + α )] (2-1) 2X c Gỉa thiết q trình chuyển mạch kết thúc θ = θ gọi µ = θ − θ góc trùng dẫn: θ = µ → I = θ , ic = iT = I d ; Uđ trùng dẫn: Do đó: ic = diT1 = Uđ dt di eb = Lc T = Uđ dt ea = Lc ⇒ iT1 + iT2 = Iđ = const Do đó: (2-1) ⇒ cos α = cos( µ + α ) = Vì: Uđ = ⇒ 2X c Id 6V2 (2-2) c a − cb U Đtđ < U đoTĐ → ∆U µ GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Trong giai đoạn trùng dẫn điện áp tải U đ nhỏ so với trường hợp lý tưởng.Gía trị trung bình điện áp tải bị hụt lượng ∆U µ gọi sụt áp trùng dẫn µ s + cb 3 µ (cb − a )dθ − ∆U = ∫ 2π 2π ∆Uµ = µ ∫ 2V2 sin(θ + α )dθ 6V2 [ cos α − cos(µ + µ )] 4π Kết hợp phương trình (2-2) ta có: 3X c I d 2π 6V2 Uđ = cos α 2π ∆U µ = Trong đó: III.3/ Ngun lý làm việc chỉnh lưu hình tia pha có điều khiển: u 2b u 2a u 2c iâ iv1 iv2 iv3 V1 V2 V3 L E R iG1 iG2 iG3 T1 Hình 2-10: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia điều khiển III/3.1/ Khi α = 0: Uđ = Uđo = Umax III/3.2/ Khi α ≠ Gỉa thiết Lđ = ∞ Xung điều khiển mở Tiritor với góc mở α ≤ π / 6;α > π / 6; φ2 = φ2 + α Điện áp chỉnh lưu trung bình: Ud = m 2π 5π +α ∫( π ) 2U sin θ dθ − +α m U cosα 2π U cos α 2π U U cos α = cos α Gía trị dòng chỉnh lưu trung bình: I d = 2πRd Rd Với m = 3: U2 = GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 10 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN thuận Triristor giảm đột ngột Triristor mở độ lớn điện tích tích lũy bán dẫn P nối với cực điều khiển có dạng Hình 3-8 iâk 3000 2000 1000 Hình 3-8: Quan hệ biên độ rộng xung Thơng thường độ rộng xung điều khiển khơng nhỏ µ s tăng độ rộng xung điều khiến sẻ cho phép giảm nhó biên độ điều khiển Khi mạch tải có điện cảm lớn mạch tái tăng chậm, nên cần tăng độ rộng sung điều khiển Nếu R, L trở, điện cảm mạch tải, I dm dòng điện tải lúc xác lập Dòng tải Tiristor tăng theo quy luật Rt It = Iđm(I - e L ) Độ rộng tối thiểu xung điều khiển it ≥ IL là: I L dm Txmin ≥ R In I − I dm L I.3/ u cầu độ dốc sườn trước xung: Đo dốc sườn trước xung cao việc mở Triristor tốt Đặc biệt mạch có nhiều Triristor mắc nối tiếp song song Thơng thường u cầu độ dốc, sườn trước dòng xung điều khiển didk ≥ 0,1µ A/s dt Độ dốc sườn trước khung tăng, đốt nóng cực Triristor giảm I.4/ u cầu đối xứng xung kênh điều khiển: Ở biến đổi nhiều pha, nhiều van, đối xứng xung điều khiển kênh sẻ định chất lượng đặc tính hệ Đối với sơ đồ hình cầu, hai hệ thống ngược chiều 60 xem có hai hệ thống xung hình tia Còn sơ đồ hình tia pha u cầu xung điều khiển lệch 1200 nói chung khơng sai lệch q I.5/ u cầu độ tin cậy: Mạch điều khiển phải dảm bảo làm việc tin cậy hồn cảnh nhiệt độ tăng, tín hiệu nhiễu tăng…Do vậy, u cầu GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 40 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - Điện trở xung điều khiển phải nhỏ để Tiristor khơng tự mở dòng rò tăng - Xung điều khiển phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn - Cần khử nhiều cảm ứng (thường nhiễu cam ứng tồn khâu so sánh, biến áp xung tần ra, để tránh mở nhầm) I.6/ u cầu lắp ráp vận hành: Thiết bị dể thay thế, lắp ráp điều chỉnh Dễ lắp lẩn khâu có khả làm việc độc lập II/ NGUN TẮC XÂY DỰNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN: II.1/ Ngn tắc xây dựng: Mạch điều khiển có nhiệm vụ gia cơng biến đổi tín hiệu điều khiển (điện áp chiều ) thành chuổi xung Để đưa cực điều khiển Tiristor Sơ đồ khối trình bầy Hình 3-9 N DB C CH T a CĐ a CB Hình 3-14: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Tiristor Đối tượng cần điều khiển biến đổi Tiristor đặc trưng đại lượng điề khiển a (có thể dòng, áp, nhiệt độ, tốc độ ) N khối biểu thi nhiễu loạn bên ngồi (như mơmen tải, nhiệt độ mơi trường ) Bộ cảm biến CB chế biến tín hiệu cần điều khiển đưa tín hiệu b tỷ lệ với đại lượng a Tín hiệu b đem so sánh với tín hiệu đạo α từ phát tín hiệu chủ đạo CD Sai lệch cửa tín hiệu ( α – b) X sẻ điều khiển thiết bị chấp hành CH, CH có nhiệm vụ khử sai lệch X cực tiểu cách tạo góc điều khiển α để điều khiển biến đổi Tiristor Hoạt động thiết bị chấp hành CH đồng tín hiệu C phát từ nguồn đồng ĐB Các mạch điều khiển Tiristor dựa vào ngun lý góc α theo ta có ngun lý khống U chế ngang khống chế đứng II.1.1/ Khống chế ngang: d UR GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG C a Uc R 41 c Ura SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN a c α UR d Uc b Hình 3-10: Sơ đồ ngun lý phương án Hình 3-11: Gỉan đồ vectỏ Khống chế ngang: Là phương pháp tạo góc α thay đổi cách dịch chưyển điện áp hình sin theo phương ngang so với điện áp tựa.Phương pháp có nhược điểm góc α phụ thuộc vào dạng áp tần số lước điện,do độ xác thấp nên sử dụng II.1.2/ Khống chế đứng: Tảo xung DB So sạnh Tảo hçnh U4 U5 Khúch âải BA Hình 3-13: Sơ đồ khối phương pháp khống chế đứng: U U2 U1 t U U3 t U U5 U4 t Hình 3-13: Đồ thị điện áp GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 42 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Là phương pháp tạo góc α thay đổi cách dịch chuyển điện áp tựa theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa cưa Ở thời điện áp U 1,U2 (áp tựa) tương ứng góc α so sánh tạo xung U3 Xung U3, đưa qua mạch khuyếch đại mở xung để có dạng U6 dạng xung thích hợp cho việc điều khiển Tiristor Phương pháp điều khiển dạng đứng dùng phổ biến độ xác cao khoảng điều chỉnh rộng (0 ÷ 180) Phương pháp điều chỉnh đứng chia làm hai phương pháp: − Khống chế đồng bộ: khống chế tạo xung điều khiển đồng với nhờ nguồn phát tín hiệu đồng − Khống chế khơng đồng bộ: việc tạo xung điều khiển Tiristor độc lập với Việc tạo xung mở Tiristor sau phụ thuộc vào thời điểm mở Tiristor trước Việc sử dụng vi mạch vào hệ thống điều khiển Tiristor có nhiều ưu điểm, bên cạnh ưu điểm kích thước nhỏ thiết bị vạn lắp ráp đơn giản, dùng hệ thống vi mạch cho phép sử dụng khối cách dễ dàng Ngày nay, người ta sản xuất vi mạch vi mạch vạn năng, lúc cần sử dụng đièu khiển sơ đồ Tiristor cụ thể ta chọn vi mạch có sẳn, vài vi mạch hệ sản xuất theo kiẻu -Máy phát xung, có loại máy phát xung lệch 180˚, có khả điều chỉnh pha, máy phát kênh lệch 120˚, máy phát kênh với xung lệch 60˚ Các khuếch đại xung tạo xung: cung cấp xung có độ dài 180˚ ÷ α 210˚ ÷ α (α góc điều khiển) − Các điều khiển: điếu khiển theo lượt điều khiển khác như:tỷ lệ(P) phân tích (I) tỷ lệ phân tích đạo hàm (P12) − Các lọc điện áp lưới: cho điện áp hồn tồn hình sin để cung cấp cho khối đồng − Các mạch điều khiển Tiristor: dùng vi mạch điều khiển, dùng ngun lý khống chế đứng: II.2/ Chọn phương án điều khiển Tiristor: Qua phân tích thấy việc ứng dụng vi mạch vào hệ thống điều khiển có nhiều ưu điểm tốt Ta chọn phương án ứng dụng vi mạch theo phương pháp khống chế đứng.Trong đồ án ta sử dụng vi mạc TCA-785 để thực mạch điều khiển nhờ vi mạch TCA- 785 có nhiều chức năng, chế tạo thành vi mạch nên mạch điều khiển trở nên đơn giản, dễ tính tốn, dễ lắp ráp GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 43 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG TCA 785 Mạch điều khiển Tiristor cho sơ đồ chỉnh lưu ứng dụng dung TCA-785 Sơ đồ ngun lý gần giống Đặc biệt hoạt động kênh hồn tồn giống nên sử dụng chung Sơ đồ điều khiển chung MBA đồng pha cấp điện áp đồng va vi mạch TCA-785, khuếch đại xung BAX (cho sơ đồ hình tia) V.1/ Giới thiệu TCA – 785: Hình 3-14: Đồ thị điện áp TCA – 785 TCA-785 vi mạch phức tạp thực chức mạch điều khiển thơng thường “Tờ đầu” điện áp đồng tạo điện áp cưa đồng so sánh tạo xung TCA-785 hảng simens sản xuất, sử dụng để điều khiển từ 0÷180 điện Các thơng số chủ yếu vi mạch TCA-785: GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 44 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Hình 3-15: Sơ đồ ngun lý mạch điều khiển: − Điện áp ni:US =18V −Dòng I =50mĐ − Dòng vào đồng IS =200μA − Tần số xung f =10÷500 H2 − Dòng tiêu thụ IS = 10mĐ − Điện áp cưa: Ur max = US÷α (V) − Điện trở tạo điện áp cưa Rg =20÷500 kΩ − Tụ điện ngồi C10 =0,5μA − Điện áp điều khiển U11 =0,5÷(US -2) (V) GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 45 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Vi mạch TCA-785 áp dụng vào mạch điều khiển Tiristor chỉnh lưu làm cho mạch điều khiển đơn giản Ta mơ tả mạch điề khiển gồm khối: khối điều khiển pháp xung khối đầu ra, khối điều khiển phát xung xử lý vi mạch TCA-780, khối đầu tầng khuếch đại Transistor MBA xung mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu V.2/ Mạch điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu pha hình tia : Mạch điều khiển Tiristor cho sơ đồ chỉnh lưu ba pha hinh tia sử dụng vi mạch TCA-785 kết hợp với tổng khuếch đại tạo xung Mạch gồm vi mạch TCA-785, biến áp xung biến áp đồng pha hình 3.15 * Ngun lý làm việc mạch điều khiển: Điện áp đồng Uab =220V đưa vào chân vi mạch để tạo điện áp tự cưa Ur co Rmax =13V Điện áp điều khiển Uđk gần điện áp chủ đạo Uđk điện áp phân hồi âm tốc độ Upt.Uđk đưa vào chân 11 qua khuếch đại thuật tốn làm chức cơng điện áp khuếch đại thuật tốn U 11 thay đổi nhờ thay đổi biến đầu vào U 11 đem so sánh với U r = U10 Thời điểm U11 = U10 (giả sử thời điểm T 1) chân 15 vi mạch TCA-785 có xung ra, xung U15 đưa vào khuếch đại xung, đưa vào BAX cuối đưa vào cực điều khiển Tiristor Điện áp pha đồng kênh lệch 120˚ nên xung chân 15 kênh lệch 120˚ Xung chân 15 phát thời gian ứng với điện áp đồng dương Thay đổi U 11 thời điểm phát xung thay đổi Do thay đổi điện áp chỉnh lưu tức thay đổi tốc độ động Từ giản đồ thời gian Hình 3-15 cho thấy: để thực điện áp chỉnh lưu cần khống chế khoảng (0,5÷7,5)v Như điện áp thành phần cộng điện thực sở Udkmax =7,5V V.3/Tính tốn khâu mạch điều khiền: Bộ đồng pha Khuếch đại So sánh tạo xung Truyền tín hiệu điều khiển T xung Hình 3-16: Sơ đồ khối mạch điều khiển V.3.1/ Khâu đồng pha: GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 46 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Khâu đồng pha tạo điện áp tựa với điện áp nguồn Nếu khâu đồng pha tạo điện áp tựa dạng cưa thoả mản u cầu vùng điều khiển, độ xác tính ổn địn q trình tạo xung V.3.1.1/ Tính biến áp xung: B Bs B BS Hs Bm Hs H Bs Hình 3-17: Chọn chế độ việc máy biến áp xung a) Làm việc phần đặc tính từ hóa b) Làm việc tồn đặc tính từ hóa Chọn vật liệu sắt từ Φ 330, lõi sắt có dạng hình chữ E, làm việc một phần đặc tính từ hố có: ΔB =0,7(Tesla) ΔH =50 (A/m) co khe hở khơng khí Từ thẩm lõi thép: ∆B μ = µ ∆Η ⇒μ = với μ0 = π 10-6 ≈ 10-6 0.7 = 1,4 104 10 −6.50 Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình sơ chọn − Chiều dài trung bình đường sức: l = 0,1 − chiều dài khe hở khơng khí : IKH =105 m Vậy từ thẩm trung bình lãi sắt từ: I KH + 0,1 = −5 0,1 = 5,8.10 10 + µ 1,4.10 Thể tích lõi sắt từ: Trong đó: µ tb µ 0TS S U I ' V = QI = ∆B Q: tiết điện lõi thép Tx: độ rộng xung phụ thuộc vào thời gian mỡ Tiristor Tin điện cảm tải Để đảm bảo cho Tiristor mở rộng hệ thơng ta, có điện cảm lớn ta chọn Tx =600 μs GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 47 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN S: mức sụt biên độ xung: chọn S =0,15 U: điện áp phía sơ cấp U = KBAX.Udk KBAX: Hệ số MBAxung, chọn KBAX = ⇒ U =3.2,5 =7,5(V) IS: Dòng điện thứ cấp quy sơ cấp I2 8,15 I ’S = K = =2,7(A) BAΧ ⇒ V= 3,8.10 3.10 −6.600.10 −6 0,15.7.5.2.7 = 21,5(cm ) 0,7 Tra bảng 5-6 sách Điện tử cơng suất lớn Nguyễn Bính, chọn U = 25,64(cm) Các thơng số sau: Q = 2,55cm I = 10,03cm a = 1,2cm h = 3cm C = 1,2cm H = 4,2cm C = 4,8cm B =2,5cm Số vòng dây quận sơ cấp biến áp xung: W1 = U T X ∆B.φk Với: k = 0,76: Hệ số lấp đầy ⇒ 7,5.600.10 = 34 ( vòng ) W1 = 0,7.2,55.10 − 4.0,76 Số vòng dây cuộn thứ cấp: W2 = U đk W1 2,5.34 = = 12 ( vòng ) U 7,5 Chọn mật độ dòng điện J = 3,5 (A/mm2) Đường kính cuộn dây sơ cấp: Ta có: q1 = I 8,15 = = 2,4 (mm2) J 3,5 ⇒ Chọn dây có đường kính ngồi d1 Đường kính cuộn dây thứ cấp: Ta có: q2 = I 6,43 = = 1,83 (mm2) J 3,5 ⇒ Chọn dây có đường kính ngồi d2 GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 48 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN h H c a C Hình 3-18: Mạch từ máy biến áp: Việc tính tốn biến áp xung xét đến hệ số lấp đầy độ sụt đỉnh xung nên khơng cần kiểm tra lại việc chọn V.3.1.2/ Máy biến áp đồng pha: Dùng để biến điện áp lưới thành điện với mạch điều khiển: - Tạo điện áp có trị số phù hợp với mạch điều khiển - Tạo điện áp đồng pha với điện áp Anốt Ktốt - Tạo điện áp lệch pha góc 300 so với UAK Tiristor - Máy biến áp đồng pha có nhiệm vụ cách ly mạch động lực để đảm bảo an tồn cho vi mạch điều khiển có cố mạch động lực Sơ đồ nối dây máy biến áp đồng pha phái giống sơ đồ nối dây biến áp động lực cung cấp cho chỉnh lưu Biến áp động lực cung cấp cho vi mạch TCA-785 có số liệu biết - Tổ nối dây biến áp động lực: ∆ /Y: - Điện áp thứ cấp U2 = 290,9 (V) - Dòng điện thứ cấp I2 = 200 µ A(Dòng điện lấy theo dòng điện đồng đưa vào vi mạch TCA- 785) - Điện áp sơ cấp U1 = 220(V) U 290,9 = = 2,24 U1 220 I 200 = 117,6 ( µ A) Dòng điện sơ cấp I1 = = 3 - Tỷ số máy biến áp: K = - a/ Tính tốn mạch từ: Cơng suất tác dụng biến áp đồng pha: P2 = 3U2I2 = 3.290,9.200.106 = 1,74(W) Cho mạch từ trụ, tiết diện mối trụ tính theo cơng thức kinh nghiệm: GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 49 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Q = K P2 cf Trong đó: K = ÷ MBA dầu K = ÷ MBA thơ ⇒ chọn MBA thơ K = P: Cơng suất tác dụng MBA đồng pha c: Số trụ c = f: 50 Hz tần số nguồn điện xoay chiều Vậy: 1,74 = 0,64 (cm3) 3.50 Q=6 Vì tiết diện mạch từ tính tốn nhỏ nên rỏ ràng số lượng vòng dây quấn lớn, việc chế tạo phải tăng điện tích mạch từ lên, chọn Q = 4(cm3) Mạch từ thường có dạng trình bầy hình 3-18 tơn Silic tổn thất 1,3 W/kg, trọng lượng 7,5kg/dm3 b/ Từ cảm: Trong trụ chọn Bm = 1,1T Trong Quylat chọn Bm = 1,1T c/ Dây quấn: Số vòng dây mối pha: Sơ cấp: U 220 n1 = 4,44 f Q.B = 4,44.50.4.1,1.10 − 3890 (vòng) m Thứ cấp: N2 = 3890.U 3890.290,9 = = 5143 (vòng) U1 220 Chọn mạt độ dòng điện: J1 = J2 = 2,75(A/mm2) Đường kính dây quấn : Sơ cấp: d1 = 4.I = π J D2 = 4.I = π J 4.117,6.10 −6 = 0,0074 (mm) 3,14.2,75 Thứ cấp: 4.200.10 −6 = 0,0096 (mm) 3,14.2,75 Chọn dây quấn tiêu chuẩn: d1 = 0,0074(mm); d2 = 0,0098(mm) Dây quấn quấn ống lồng vào nhau, cách điện với giấy cách điện, lớp dây quấn ống dây cách điện giấy cách điện mỏng GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 50 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN V.3.2/ Khâu so sánh: U _ Rk D3 + T1 C2 _ + _ U + k Khi Urc < Uđk: Uđk đặt lên D3 dẫn đến D3 khóa, có dòng rò chạy từ ’ → U U Transistor T1: Khi Urc > Uđk : có dòng qua cực E Transistor T1, làm T1mở, D3 phân cực thuận làm xuất xung tài cực C T1 * Tính so sánh: Chọn Transistor mạch so sánh loại M Π - 20T1 làm việc với dòng ic = 0,38 mA: β = 13 ⇒ Ibi = I c 0,38 = = 0,03 (Ma) β 13 Chọn nguồn ni T1,T2,T3 có giá trị điện áp 24(V) Điện trở hạn chế dòng Colector T1: U 7,5 Rkl = I = 0,38 10 = 19,74 (K Ω ) c Điơt D3 làm nhiệm vụ bảo vệ T Uic = 0, lúc Uđk đặt lên góc Bazơ cực phát Emintor Chọn loại Điơt có thơng số: Uim = 20(V) Imax = 2,5( µ A) Ing = 25 ( µ A) Để phối hợp giửa khâu so sánh khâu khuếch đại, mắc thêm điện trở Rk2, tụ C2, Rk2 tụ C2 giữ vai trò tạo rộng xung, q trình tạo độ rộng xung sau - Khi T1 mở, tụ C2 phóng điện, điện áp dương cúa tụ C2 đặt vào cực gốc Bazơ T2 , cực âm nguồn I chiều đặt vào cực gốc T qua Rk2 có xu hướng làm T2 dẫn - Khi U c > U RK T2 T3 khóa, bên thứ cấp máy biến áp xung tạo xung âm Thời gian tạo xung phụ thuộc vào C Rk2, ta có: tx = 600 µs GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 51 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN RK2 = RK1= 63(K Ω ) C2 = tx 600.10 = = 30,4(nF ) R x 19,74.10 V.3.3/ Khâu khuếch đại tạo xung: + 15 v D2 R1 D1 D4 Tr1 BAX U1 R3 R2 U2 D3 Hình 3-19: Tầng khuếch đại tạo xung Điện áp nguồn cung cấp U = 15(V) Điện áp cuộn sơ cấp biến áp xung dòng qua Emiter Transistor ⇒ Ic = 8,15(A) Chọn Transistor loại Π 605 làm việc chế độ xung có: UCE = 40 V UBE = V Icmax = 1,5 (A) B = 20 ÷ 60 ⇒ Chọn Ic = 0,5 (A) ; β = 20 Chọn R3 Tr1 mở có dòng qua R3 R3 = U − U 15 − 7,5 = = 15(Ω) Ic 0,5 D2, D4 dùng đẻ bảo vệ q điện áp đặt trrn hai cực Tr 1, chọn D2 D3 loại δ 310 có thơng số: Loại I(A) Ing( µ A Ung(V) ∆ U(V) 20 20 0,55 ) δ 310 0,5 T0cp( C) ∆ min(mW) -55 ÷ 60 275 Chọn D4 loại δ 581 có thơng số: - Điện áp ổn định mở U = 10V - Dòng điện ổn định I = 0,5(A) Chọn D1 , R1 - Dòng điện chân 15 tức dòng qua D1 mở I = 50 Ma GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 52 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN - Biên độ xung áp : U = 15V - Đ1 thơng xung đủ điều kiện đẻ mở Tr 1, chọn KC 139A có thơng số: Loại Uođ (V) Iođ (mA) Imin(mA) KC 139A 3,7 70 Điện trở R1được tính: R1 = 15 − 3,7 − = 86(Ω) 50.10 −3 V.3.4/ Khâu truyền tín hiệu điều khiển: RB D4 R1 BAX RA Khi có xung cuộ thứ cấp máy biến áp xung L 2, xung truyền qua D4 đến điều khiển mở Tiristor Rg : hạn chế dòng điều khiển R : điều khiến độ rộng xung V.3.5/ Tính chọn phần tử khâu điều khiển: Chọn máy phát tốc loại I-21 có thơng số: PđmW Uđm(V1) nđm(vòng) 0,37 115 11,5 Áp phản Dòng phản hồi hồi 7,5 10 115 = 11,5( KΩ) 10.10 −3 7,5 = 0,75( KΩ) R4 = 10.10 −3 R5 = 10,75 (K Ω ) Để hạn chế Uph ≤ 7,5 V có tăng vượt q giá trị định mức Ta có: R4 + R5 = tốc độ, ta đặt thêm điơt ổn áp loại II 815B có Uođ=7,5V, Icđ= 1A Nếu tốc độ động vượt q giá trị định mức U n5 ≥ 7,5V, D mở điệ áp phản hồi bị hạn chế 7,5V GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 53 SVTH: NHĨM 24 ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MỤC LỤC GVHD:NGUYỄN ĐĂNG KHANG 54 SVTH: NHĨM 24 ... SVTH: NHểM 24 N TRUYN NG IN trng thỏi hóm ch cú th xy ngoi lc lm cho ng c quay ngc ( < 0) Nguyờn nhõn hin tng ny l tớnh dn mt chiu ca van Dng c tớnh thng (phng trỡnh (2-17) v hỡnh 2 -24) ch ỳng... ny l ng thng nột t hỡnh sau GVHD:NGUYN NG KHANG 22 SVTH: NHểM 24 N TRUYN NG IN 0min 0min 'min bbd Eb2 Eb1 m Eb0 M Mdm Hỡnh 2 -24: c tớnh iu chnh ca h T Ga s c tớnh ca h cú cng l v iu chnh... l tng ng vi tc mc bin i ca E phi m bo cho: Scp (2 -24) vi im l( min) c ng c tớnh mong mun S= Ni im omin (ng nột m trờn Hỡnh 2 -24, phng trỡnh ca ng ny l: = M m Trong ú, m l cng mong