Thiết kế bộ biến tần cho lò tôi trung tần (phần chỉnh lưu )

đồ án môn học điện tử công suất nhiệm vụ thiết kế đồ án I - đề tài thiết kế Thiết kế biến tần cho lò trung tần (phần chỉnh lu ) I Các số liệu ban đầu : Nguồn cung cấp Uvào=380v R pha f = 50 Hz Đầu phụ tải (phần nghịch lu ) f = 20kHz U = 750VAC Pt = 80kW cos = 0.1ữ 0.4 II - nội dung phần thuyết minh tính toán 1- Giới thiệu chung công nghệ máy biến tần 2- Giới thiệu chung chỉnh lu chọn phơng án chỉnh lu tính toán mạch lực 3- Thiết kế mạch điều khiển 4- Tính chọn thiết bị bảo vệ hệ thống Phần I - Giới thiệu chung kỹ thuật tần số cao: - Nhiệt luyện khâu chiếm vị trí quan trọng nghành khí chế tạo, ảnh hởng lớn đến chất lợng chi tiết nh làm tăng tính chống mài mòn, độ bền mỏi tính khác - Bất cỗ máy nhiều chi tiết hợp thành Mỗi chi tiết nằm vị trí khác nên yêu cầu tính chúng khác Ví dụ nh trục truyền động, bánh răng, trục khuỷu bề mặt chúng luôn tiếp xúc với bề mặt chi tiết khác nên độ bị mài mòn lớn Ngoài mở máy chi tiết phải chịu tác dụng lực va đập Vì phần lõi chúng phải có độ dẻo dai tốt để làm việc bình thờng Ví dụ ta dùng thép có độ bon cao để chế tạo chi tiết có độ cứng cao bề mặt nhng độ dẻo dai phần lõi Khi chịu tác dụng lực va đập dễ bị vỡ, nứt, gãy khó gia công chế tạo Nếu ta dùng thép có độ bon thấp để gia công chế tạo có độ dẻo dai, dễ chế tạo nhng tính chống mài mòn bề mặt thấp - Để giải vấn đề ngời ta dùng phơng pháp nhiệt luyện bề mặt Đó phơng pháp bề mặt * Bản chất bề mặt là: - Tôi bề mặt hay gọi phơng pháp nhiệt luyện bề mặt Đây phơng pháp nung nóng chi tiết cần thật nhanh ( giây lên đến hàng vài trăm độ ) làm cho chi tiết đạt đợc nhiệt độ nhanh chóng Khi nhiệt độ cha kịp chuyển vào bên ngời ta lại làm nguội nhanh cách phun nớc dầu, làm cho bề mặt chi tiết hấp thụ đợc tổ chức mactennit có độ cứng cao Bên phần lõi giữ nguyên đợc tổ chức ban đầu với độ dẻo dai tơng đối tốt - Căn vào phơng pháp nung bề mặt khác ngời ta chia làm hai loại bề mặt khác Đó lửa tần số cao * Tôi tần số cao : Hay gọi phơng pháp cảm ứng Đây phơng pháp công nghệ tiên tiến áp dụng công nghệ điện tử chủ yếu để bề mặt Làm cho bề mặt có độ cứng tính chống mài mòn cao Còn phần lõi đảm bảo tính dẻo dai ban đầu * Ưu điểm phơng pháp : - Có thể khống chế nhiệt độ cách tự động, hiệu suất cao Thao tác nhanh thời gian ngắn - Có thể chi tiết có hình dạng khác kích thớc tuỳ ý - Dùng tần số khác tốc độ khác ta có đợc bề dầy tuỳ ý * Nguyên lý : - Là dùng dòng điện cảm ứng có tần số cao để nung nóng thật nhanh chi tiết cần lên đến nhiệt độ sau lại làm nguội nhanh cách phun nớc dầu - Thiết bị tần số cao thờng gồm có phận sau : + Nguồn điện xoay chiều Ngời ta thờng dùng loại nguồn nh lới điện có tần số công nghiệp 50Hz, máy phát điện trung tần kiểu giới, để thu đợc tần số từ 500 ữ 1000 Hz ngời ta thờng dùng máy phát trung tần để làm nguồn nuôi cảm ứng + Vòng cảm ứng : Là cuộn dây vật dẫn có hình dạng tuỳ theo hình dạng vật tôi, khí cụ dùng để truyền điện dòng điện có tần số cao lên bề mặt chi tiết cần định trực tiếp đến chất lợng hiệu suất nung cảm ứng Ngời ta thờng dùng đồng đỏ nguyên chất đồng thau có độ dẫn điện không thấp 96%, ngời ta chế tạo vòng cảm ứng dựa nguyên lý cảm ứng điện từ Junlenxo + Máy phát trung tần kiểu đèn điện tử thu đợc dòng có tần số từ 70000Hz đến 100000Hz, thờng dùng để làm nguồn nuôi cảm ứng Loại thờng qua nhiều lần chuyển hoá lợng nên thờng bị tổn thất phần + Máy biến tần kiểu đèn ION: Dùng đèn ION có cực lới hệ thống khống chế đa tín hiệu khống chế vào cực lới biến dòng điện xoay chiều pha có tần số công nghiệp thành dòng trung tần ~ pha, loại có hiệu suất cao, công suất lớn nhng giá thành đắt, chế tạo phức tạp nên đợc sử dụng + Máy biến tần Silic có khống chế : Máy biến tần loại có hiệu suất cao 90% Chi tiết có giá thành rẻ, tuổi thọ sử dụng bền, chế tạo đơn giản Do loại thiết bị đợc sử dụng rộng rãi để nhiệt luyện, nấu chảy kim loại, rèn Phần II Giới thiệu chung loại biến tần : Nguyên lý biến tần silic: - Là biến đổi nguồn điện áp với thông số điện áp tần số không thay đổi thành nguồn điện áp tần số thay đổi đợc - Nguyên lý biến tần loại đợc chia làm loại : + Biến tần trực tiếp: Loại tạo điện áp tải phần điện áp lới Mỗi lần nối tải vào nguồn phần tử đóng, ngắt nhất, khoảng thời gian định, không thông qua khâu lợng trung gian sơ đồ nguyên lý biến tần trực tiếp +Biến tần gián tiếp : Hay gọi biến tần có khâu trung gian chiều Dùng chỉnh lu biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn chiều Sau lại dùng nghịch lu biến đổi nguồn chiều thành nguồn xoay chiều Khâu trung gian đóng vai trò tích trữ lợng dới dạng nguồn áp Dùng tụ diện nguồn dòng, cuộn cảm tạo khâu cách ly định phụ tải nguồn điện áp lới Sơ đồ nguyên lý biến tần gián tiếp Trong biến tần gián tiếp có hai phần là: Phần chỉnh lu phần nghịch lu 1- Phần chỉnh lu: Là phần nhận điện áp đầu vào xoay chiều biến điện áp xoay chiều thành điện áp chiều đầu Phần dùng thiết bị diot (nếu phần chỉnh lu điều khiển ) van Transistor, Tiristor chỉnh lu có điều khiển Đầu chỉnh lu đa vào đầu vào nghịch lu , có qua khâu trung gian (nếu biến tần gián tiếp ) chỉnh lu có nhiều cách đấu Các sơ đồ nguyên lý đấu chỉnh lu : c a b a- sơ đồ chỉnh lu cầu pha b- sơ đồ chỉnh lu 3pha hình tia c- sơ đồ chỉnh lu pha cầu Phần nghịch lu biến tần: Với biến tần nguồn áp, nguồn chiều chỉnh lu có điều khiển Nếu nguồn chiều không điều khiển, ta phải có thêm xung áp chiều để điều khiển Ta có sơ đồ sau: sơ đồ nguyên lý nghịch luu biến tần Phần III Lựa chọn phơng án thiết kế mạch lực tính toán mạch lực I / loại chỉnh lu A/ Chỉnh lu không điều khiển dùng Diot : 1- Cấu tạo: Gồm lớp bán dẫn P N ghép lại Bán dẫn loại N: Silic (Si) nguyên tố hoá học thuộc nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn Là thành phần cấu tạo chủ yếu Diot công suất Silic có điện tử thuộc lớp cấu trúc phân tử Khi có nguyên tố nhóm V điện tử tham gia vào liên kết với điện tử tự Si làm xuất điện tử tự ttrong cấu trúc tinh thể, điện tử tự làm tăng tính dẫn điện điện tử có điện tích (- ) nên chất đợc gọi bán dẫn N Bán dẫn loại P : Nếu thêm vào Si nguyên tố thuộc nhóm III xuất lỗ trống cấu trúc tinh thể mang điện tích (+) gọi bán dẫn P A P Urơi Anot ca tot N Uđt i0 V đặc tính vôn am pe ốt 2- Đặc tính Vôn Am pe : Khi Diot đợc đặt điện áp có chiều (+) anot, (-) catot, Diot phân cực thuận Tức dẫn cho dòng chạy qua Lúc điện áp rơi Diot nhỏ, khoảng vôn Ngợc lại Diot phân cực ngợc điện áp Un Uđánh thủng Diot bị hỏng * Ưu điểm dùng chỉnh lu Diot: - Nhỏ gọn, dễ bố trí lắp đặt - Không có tựơng dòng hồ quang - Tổn hao Diot nhỏ ảnh hởng đến số lợng chỉnh lu - Nhợc điểm chỉnh lu Diot: - Không khống chế đợc điện áp dòng điện tải - Điện áp điều chỉnh có cấp không trơn - Công suất truyền theo chiều từ nguồn đến tải - Vì nhợc điểm nên dùng mạch Diot vào cho biến tần đợc II / chỉnh lu có điều khiển: Cấu tạo : Tiristor linh kiện điện tử gồm lớp bán dẫn PNPN liên tiếp tạo nên cực Anot, catot, cực điều khiển G Về mặt cấu tạo Tiristor (T) gồm đĩa Si từ đơn tinh thể loại N lớp đệm có loại bán dẫn P Các lớp tiếp xúc Anot Catot làm đĩa môlipđen hay tungsten có hệ số nóng chảy gần Si Cấu tạo theo dạng đĩa kim loại nh để dễ dàng tản nhiệt - Lớp Catot: Là bán dẫn loại N mỏng mật độ điện tử cao, có dòng điện thuận chạy qua dễ dàng tạo nên nhiều điện tử lớp điều khiển Lớp catot có dòng điện ngợc lớn nhng chịu đợc điện áp ngợc thấp - Lớp điều khiển: Là lớp bán dẫn loại P có mật độ trung bình hầu hết điện tử từ lớp Catot tới đợc lớp điều khiển - Lớp chắn : Là lớp bán dẫn loại N Đây lớp dày có mật độ điện tử Do T có dòng điện rò (dòng ngợc) nhỏ chịu điện áp ngợc lớn so với Diot - Lớp Anot: loại bán dẫn loại P có chiều dày mật độ dòng điện trung bình, lớp sát vỏ Anot có mật độ điện tích cao để giảm điện trở thuận lớp Anot có dòng điện ngợc bé chịu gần nh toàn điện áp ngợc đặt lên Tiristor Các đặc tính vôn am pe Tiristor G A A P N P K N đặc tính vôn am pe ốt A G A K Ig2 Uz Ih Ig1 Ih Uz Uhc V Uhc V - Từ đặc tính V-A ta nhìn thấy đợc trạng thái Tiristor tơng ứng với đoạn * Đoạn 1- ứng với trạng thái khoá Tiristor tăng điện áp U lên đến giá trị Uch (điện áp chuyển trạng thái ) bắt đâù trình tăng nhanh dòng điện * Đoạn ứng với trình phân cực thuận J2 giai đoạn lợng tăng nhỏ dòng điện tơng ứng với việc giảm lớn điện áp, gọi đoạn điện trở âm * Đoạn ứng với trạng thái mở Tiristor mặt ghép trở thành dẫn điện Dòng điện chạy qua Tiristor đợc giữ trạng thái mở chừng dòng điện I lớn dòng trì Ih * Đoạn ứng với trạng thái Tiristor bị đặt dới điện áp ngợc Un Dòng điện ngợc In bé (vài chục mA ) Un tiến đến điện áp đánh thủng Uz dòng In tăng lên nhanh mặt ghép bị chọc thủng Từ ta thấy : Bằng cách cho dòng Ig > nhận đợc họ đặc tính V-A với Uch nhỏ dần - Điều kiện để mở Tiristor Uak >1v T khoá + Ig - Điều kiện để T khoá Uak < Các sơ đồ chỉnh lu có điều khiển = Igst Tsẽ bị khoá I Chỉnh lu pha hai nửa chu kỳ Ud U sơ đồ chỉnh luu pha nửa chu kỳ id Ut1 B Ưu điểm: Là dòng điện Id, điện áp Ud đợc cải thiện Nghĩa khắc phục đợc gián đoạn nửa chu kỳ âm điện áp đầu vào Tuy nhng tồn giá trị không Id Nhợc điểm : Chất lợng nguồn không tốt Nghĩa độ phẳng Ud, Id thấp, điện áp đặt lên Tiristor tơng đối lớn 2.84U 2max , phải dùng máy biến áp nguồn đầu vào, nhợc điểm hai lại sử dụng điện áp pha nên cha đáp ứng đợc với biến tần loại pha II- Chỉnh lu cầu pha Ưu điểm : Cũng nh chỉnh lu pha hai nửa chu kỳ hình tia dòng điện có đợc cải thiện Nhợc điểm : Chất lợng nguồn điện chiều sau chỉnh lu thấp độ nhấp nhô còn, gián đoạn nhiều đặc biệt góc mở lớn Dòng qua T theo yêu cầu nguồn lớn It=Id khó khăn cho việc chọn T Sử dụng điện áp pha III - Sơ đồ chỉnh lu pha nửa chu kỳ +Ưu điểm chỉnh lu loại này: Đơn giản, gọn nhẹ, dễ lắp đặt + Nhợc điểm dòng điện tải id bị gián đoạn (id=0)trong nửa chu kỳ âm điện áp nguồn Điện áp tải Ud bị gián đoạn nửa chu kỳ âm điện áp nguồn sử dụng điện áp Upha Do nhợc điểm nên phơng pháp không áp dụng đợc cho biến tần gián tiếp IV Chỉnh lu có điều khiển ba pha sơ đồ hình tia sơ đồ chỉnh luu điều khiển ba pha hình tia Ưu điểm : So với chỉnh lu cầu pha số lợng Tiristor hơn, dòng qua T giảm, chất lợng dòng Id đợc cải thiện Nhợc điểm: Sẽ xuất không giá trị điện áp (dòng điện ) tải góc mở lớn Độ phẳng nguồn chiều cha tốt Sử dụng điện áp ba pha đầu vào nhng phải sử dụng biến áp đầu vào V Chỉnh lu cầu ba pha U Ua Uc Ub Ud id Hoạt động sơ đồ - Mạch đợc cung cấp từ ba nguồn sức điện động lấy từ máy biến áp ba pha Ea =2 sin Eb = 2sin ( + 120) Ec = 2sin ( - 120) U Ua Ub Uc Ud id Hoặc lấy trực tiếp từ nguồn điện xoay chiều pha tần số công nghiệp Trong khoảng thời gian - phát xung điều khiển mở đồng thời T1 T4 điện áp dơng Ea qua tải đến T4 nguồn Eb Từ khoảng 2- , T1 trì mở, đồng thời phát xung mở T6 (Eb Ea) Quá trình xảy trình tự cho nửa chu kỳ sau Tức xung điều khiển lần lợt đa vào cực điều khiển T theo thứ tự 1-2-3- 4-5-6 - thời điểm phải có hai xung điều khiển mở Ưu điểm: Chất lợng nguồn chiều đầu đợc nâng cao nhiều điện áp chỉnh lu có dạng đập mạch lần ttrong chu kỳ, lần lặp lại chu kỳ điện áp dây Ud = 6/ x 3Ul x 1/2 Ud = 33/ x U2 =36/ x U2 2,34U2 I2 = 0,816 Id van: Iv = Id/3 ; Ungmax =6 x U2 - Có thể đấu trực tiếp đầu vào với lới điện tần số công ngiệp Nhợc điểm: Giá trị dòng trung bình chảy qua van Tiristor It = Id/3 lớn đòi hỏi phải làm mát tốt, tổn thất van lớn Nhận xét : Qua so sánh số u nhợc điểm số sơ đồ chỉnh lu xét ta nhận thấy chọn phơng pháp dùng chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển phù hợp với đề tài cho phù hợp với yêu cầu biến tần lò trung tần Nguồn điện đầu chiều có tính ổn định cao Sơ đồ mắc trực tiếp vào nguồn điện lới giảm bớt đợc khâu biến áp nguồn đỡ tốn kém, trị số đầu vào mạch trị số lới điện Tính toán chọn van mạch lực Để tính toán thiết kế mạch chỉnh lu chi tiết ta cần biết nhiều yêu cầu kỹ thuật tiêu cụ thể Và yêu cầu tối thiểu cần biết nh: - Điện áp tải định mức nh Ud - Phạm vi điều chỉnh Ud - Dòng điện tải định mức Id - Tính chất tải phạm vi thay đổi - Điều kiện làm việc Với số liệu cho: - Nguồn cung cấp U = 3pha x380 vac - Tần số f = 50 Hz - Phụ tải f = 20 kHz U = 750 vac Pt = 80 kW cos = 0,1ữ 0,4 - Theo số liệu nguồn đầu vào chỉnh lu ta đấu trực tiếp với lới điện bỏ qua biến áp nguồn Vì điện áp đầu vào điện áp lới - Điện áp đầu Ud chỉnh lu điện áp đầu vào nghịch lu - Công suất đầu vào nghịch lu công suất đầu chỉnh lu, công suất tải +20% ( công suất tổn hao nghịch lu ) Pnl = Ptải + 20% Từ công thức P = U.I Ta có : Ud =Udo cos - U Nếu ta cho góc mở = ( điện áp điều chỉnh lớn ) ta bỏ qua đợc Lúc ta có : Pnl = Pt + 20% = 80kw + 16 = 96kw =P dcl = 96000w Từ ta có : Ud =Udo.cos = 2,34 U2.cos0 = 2,34 220 = 515 V từ công thức tính công suất chiều tải Pd = Ud Id Ta có Id = Pd/Ud Id = 96000/515 = 186 A Từ ta tính đợc dòng trung bình qua van Tiristor Itb = Id/3 = 186/3 = 62,13 A Dòng hiệu dụng qua van : Ihd = Id/3 = 107 A Dòng làm việc định mức : Ilv =50% Iđm Iđm = Ilv/0,5 =Ihd/0,5 = 107/0,5 =214 A hệ số kI Tiristor : It > klv Itb =2,4 62,13 =149 A điện áp ngợc cực đại đặt lên Tiristor : Ungmax =6.U2 =6 220v =539 V Hệ số ku củaTiristor : Ut >kUt Ungmax =1,7 539 =916 V Chọn cách làm mát cho van quạt gió cánh tản nhiệt Với Iđm = 214 A Theo tài liệu bảng 1.3a chọn dòng 200 ữ 250 A có diện tích bề mặt tản nhiệt 24dm Chọn van Tiristor : từ thông số tính Itb = 62,13 A Ungmax = 539 V Ut = 916 V Chọn van Liên xô cũ van loại T10-80 có : Icp = 80 A Ix =845 A Cấp điện áp 112 =1200 V Phần IV Lựa chọn phơng án thiết kế mạch điều khiển tính toán I/ Khái quát mạch điều khiển Để phối hợp việc đóng mở Tiristor vấn đề đặt phải thiết kế mạch điều khiển đáp ứng đợc nhu cầu điều chỉnh : - Nh điều chỉnh phải đảm bảo đợc chức sau : 1/ Phù hợp với dãy điều chỉnh điện áp tải 2/ Tạo đợc xung đủ điều kiện mở đợc Tiristor : + Biên độ xung Uđk =3 V + Dòng điều khiển I đk = 100 mA = 0.1 A 3/ Điều khiển đợc vị trí xung điều khiển phạm vi nửa chu kỳ dơng điện áp đặt Anôt Catôt Tiristor 4/ Dừng đợc việc phát xung có cố * Nguyên tắc điều khiển mở Tiristor a/ Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Đợc sử dụng phổ biến cho nguyên tắc ngời ta sử dụng điện áp: / Điện áp đồng ( Ur) có dạng ca đồng với điện áp đặt lên Anot Catot Tiristor / Điện áp điều khiển (Uđk) điện áp chiều điều chỉnh đợc biên độ : Nội dung phơng pháp : Tại thời điểm xuất cân điện áp điều khiển (Uđk) điện áp ca (Ur) phát xung điều khiển Tiristor Nh thay đổi điện áp điều khiển (Uđk) làm thay đổi thời điểm cân (Uđk) (Ur) Dẫn đến việc thay đổi thời điểm phát xung điều khiển, nghĩa góc đợc thay đổi U Ur Uđk t Ig t góc mở đợc xác định quan hệ / = Uđk / Ur max = Uđk / Ur max Ur max : giá trị cực đại điện áp tựa *Kết luận : Góc mở hàm tuyến tính điện áp điều khiển b / Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arcos Nguyên tắc dùng điện áp : 1- điện áp đồng Ur vợt trớc Anot Catot Tiristor góc /2 U akT = Asin t Ur = B cos t 2- Điện áp điều khiển Uđk điện áp chiều điều chỉnh đợc hai hớng U Ur Uđk t Ig t Uđk = Uđk max (-Uđk max Uđk +Uđk max ) Góc mở đợc xác định = ar cos( Udk ) Ur max Ur U Nh thay đổi góc Bằng cách thay đổi Uđk t Uđk II/ Cấu trúc mạch điều khiển : Hệ thống điều khiển mạch chỉnh lu Tiristor thờng gồm khâu 1- Khâu đồng pha tạo điện áp tựa 2- Khâu so sánh 3- Khâu khuếch đại tạo xung T U nguồn đồng pha tạo U tựa So sánh KĐ tạo xung Uđk Ngày nhờ phát triển kỹ thuật điện tử (công nghệ tích hợp ) cho đời nhiều loại IC có chức điều khiển mở Tiristor Điều làm đợc phần lớn kích thớc trọng , dễ dàng lắp đặt vàg cung cấp nguồn nuôi Song nhu cầu sử dụng thực tế cha nhiều phổ biến, số lợng Vì việc xây dựng mạch rời chiếm phần lớn, linh kiện phong phú, có khả sửa chữa thay Độ tin cậy cao III- Xây dng khâu mạch điều khiển : 1- Khâu đồng pha tạo điện áp tựa a/ Đồng pha : Là tạo điện áp tựa đồng pha với điện áp Anot Catôt Tiristor Ta dùng biến áp có khả thoả mãn yêu cầu, đạt thêm yếu tố khác - Chuyển đổi đợc điện áp cao xuống điện áp thấp phù hợp với mạch điều khiển thờng dùng làm nguồn nuôi - Cách ly hoàn toàn với điện áp lới đảm bảo an toàn cho ngời sử dụng thiết bị Do mạch điều khiển có nhiều khâu cần dùng điện áp thấp nên cần dùng biến áp có nhiều cuộn dây thứ cấp khác Mỗi cuộn phục vụ cho khâu riêng Trong khâu đồng cần dùng cuộn Nếu cuộn sơ cấp dấu ta đạt đợc phạm vi góc điều chỉnh = 01800 A a B b C c A Uđb B C a b c Uđb Điểm điện áp tựa van lực bắt đầu dơng điểm điện áp dây AC, cuộn dây đấu Y giảm phạm vi điều chỉnh (0150) tồn 300 không sử dụng đợc điện áp van cha dơng b - Tạo điện áp tựa b1 - Dùng Diot thực khâu tạo xung Nếu dùng loại điện áp Ur gồm thành phần - Không chu kỳ -Vcc - Có chu kỳ Vcc e-t/T, có tác dụng làm tăng độ phi tuyến điện áp Ur Nh ta phải làm giảm thành phần cách tăng T=RC T ằ 1/f = 1/50 =0.002 (s ) Thời gian nạp tụ C không hết nửa chu kỳ âm (0)điện áp nguồn Nh độ rộng sờn trớc Ur bị thu hẹp (01) nên khả điều chỉnh đợc toàn chu kỳ điện áp nguồn đặt lên Tiristor, mà phạm vi (01) Nh sử dụng phơng pháp đơn giản kinh tế nhng phạm vi điều chỉnh hạn chế Độ tuyến tính điện áp Ur thấp việc tăng T phải hạn chế R C tăng tuỳ ý đợc mà phải phụ thuộc vào nguồn nuôi - Khi U ng =0 Ur Diot có điện áp rơi Điều khó đảm bảo đợc tính đối xứng xung phát điều khiển kênh Kết luận Do nhợc điểm mà phơng pháp dùng cho hệ điều chỉnh có độ xác không cao b2 - Dùng Transistor tụ điện : Điện áp Ur phơng pháp tồn thành phần có chu kỳ nghĩa độ tuyến tính cha cao Vì để tăng độ tuyến tính ta phải tăng T 1=(R2+R3).C chủ yếu tăng R2 R3, C có giá trị không đổi độ dốc sờn sau xung cha cao Nh chu kỳ âm điện áp đặt lên Tiristor (UT) có xung mở Tiristor Đây điều ta không mong muốn Ưu điểm : - Độ rộng sờn trớc xung Ur kéo dài hết chu kỳ dơng điện áp nên đáp ứng đợc dãy điều chỉnh nửa chu kỳ dơng điện áp Anot Catot Tiristor - Đơn giản thiết bị, có độ tin cậy cao - Nhng độ tuyến tính cha cao làm giảm độ xác điều chỉnh - Có thể bị trôi điểm không Tiristor nhạy cảm với nhiệt độ b3 - Phơng pháp sơ đồ dùng khuếch đại thuật toán / Sơ đồ nguyên lý : UT t UAN D C UR1 UR2 R5 R1 TR t - A t t OA1 + R2 N R3 R4 - OA2 + Ur 3-Nguyên lý hoạt động Điện áp hình sin UAN từ biến áp đồng pha đa vào cổng đảo thuật toán OA1 nh Trong khoảng nửa chu kỳ âm điện áp đồng pha UAN đầu OA1 ta nhận đợc điện áp Ur = +V cc ( V cc điện áp nguồn nuôi OA1) làm cho Diot D khoá, dẫn đến Transistor Tr khoá Tụ đợc nạp qua điện trở R3 triết áp R Thời gian nạp tụ đợc xác định T1 = (R3+R4) Thực chất OA khâu tích phân nên đầu ta nhận đợc điện áp ca hoàn toàn tuyến tính Ur ( t) Ur1 t ( R3 + R 4).C Vcc t = ( R3 + R 4).C = - Trong nửa chu kỳ dơng điện áp UAN đầu OA1 ta nhận đợc Ur1 = -Vcc nh Ur1 chuyển trạng thái từ +V cc sang -Vcc D thông dẫn đến Tr mở bão hoà Tụ C hoàn toàn đợc phóng điện qua Tr với thời gian ngắn coi nh gần đầu OA2 có Ur2 = - Nh tín hiệu hình sin UAN lấy từ biến áp đồng pha đa vào cổng đảo dấu so với UAN điện áp đa vào khâu tích phân OA2 đầu ta nhận đợc Ur2 xung ca nửa chu kỳ âm UAN Còn nửa chu kỳ dơng Ur2 = có Tr khoá * Nhận xét : Điện áp OA2 nhận đợc hoàn toàn tuyến tính theo thời gian nạp tụ nh để điều chỉnh đợc toàn điện áp nửa chu kỳ dơng Anot Catot đặt lên Tiristor ta tăng thời gian nạp tụ C cách thay đổi giá trị R4 Thờng tính chọn R3, R4, C T1 =(R3 +R4 ).C = 0.01 0.02s Độ dốc sờn xung sau ca cao gần nh thẳng đứng Vì thời gian phóng T2 = C Rcc mà Transistor Tr mở bão hoà Ur1 lật trạng thái nên Rcc tiến tới dẫn đến T2 tiến tới nhanh Để tránh tợng trôi điểm ảnh hởng nhiệt độ ta mắc thêm cổng thuận OA1 điện trở R2 = ( 100 500) biên độ điện máy biến áp đồng pha UAN phải nhỏ điện áp nguồn nuôi Vcc OA1 Để làm việc tin cậy ngời ta mắc vào trớc cổng OA1 hai Diot song song ngợc Vì điện áp rơi Diot đủ cho OA1 làm việc Ưu điểm: - Điện áp ca nhận đợc có độ xác cao, làm việc tin cậy - Khả cách ly tốt với nguồn điện xoay chiều Nhợc điểm: - Số lợng linh kiện mạch tơng đối nhiều D TR C R5 R1 - A OA1 + R2 N R3 R4 - OA2 + Ur - Tính kinh tế không cao / Khâu so sánh : Có chức xác định thời điểm phát xung thực cách so sánh hai nhiều tín hiệu theo nguyên tắc: - Khi tín hiệu tổng đại số tín hiệu đổi dấu khâu so sánh phát xung điều khiển - Việc thực cộng tín hiệu điều khiển hai phơng pháp + Đấu nối tiếp tín hiệu điện áp vào so sánh + Đấu song song tín hiệu điện áp - Qua thực nghiệm rút đợc kết luận + So sánh nối tiếp cho kết có độ xác cao nhng khó thực cần so sánh nhiều tín hiệu + So sánh song song thực đồng thời nhiều tín hiệu dễ dàng hơn, kết nhận đực có mức nhiễu thấp đợc dùng phổ biến - Các phần tử chủ yếu dùng ttrong khâu so sánh Transistor khuếch đại thuật toán Sơ đồ dùng khuêch đại thuật toán Rđp Rđp Rđk Rđk OA OA Rp so sánh hai tín hiệu trái dấu so sánh hai tín hiệu dấu U t Uđp U Uđp Uđk Uđk Ur t Ur t t Hoạt động sơ đồ +So sánh hai tín hiệu dấu gọi Ud =Uđk Uđp điện áp hai cổng vào khuếch đại thuật toán nh nếu: Ud > Uđk > Uđp đầu ta nhận đợc điện áp có giá trị Ur =Vcc Tại thời điểm Ud = Uđk = Uđp Ur = + So sánh hai tín hiệu dấu Vì E+ = cổng đảo nối âm nên U Uđp Uđk t Ur t Rdp Rdk + Rdp Udk Rdp Udk = Uđp Udk + Rdp Rdk + Rdp Ud =E- = Uđp (Uđp + Uđk ) Nếu Ud < Uđp Rđk< Uđk Rđp đầu ta nhận đợc giá trị Ur =Vcc Nếu Ud > Uđp Rđk > Uđk Rđp đầu có giá trị Ur = +Vcc Nếu Ud = Uđp Rđk = Uđk Rđp Ur = Cả sơ đồ cho kết đầu xung chữ nhật với biên độ Ur = Vcc độ rộng xung thay đổi đợc cách thay đổi thời điểm Uđk vàUđp ta thay đổi Uđk phân áp Ưu điểm + Thời gian tác động nhanh + Nhạy với giá trị điện áp điều khiển + Độ xác cao Nhợc điểm + Trong số trờng hợp cần phải cắt bớt phần xung dùng mạch phụ để tiêu tán lợng / Khâu tạo xung kép: Dạng xung kép hai xung đơn cách 600 điện Loại xung chuyên dùng cho mạch chỉnh lu cầu ba pha thông dụng Do đặc điểm dòng điện cấp từ nguồn xoay chiều buộc phải qua van lực ( nhóm đấu Katot chung nhóm đấu Anot chung ) Nên mạch điều khiển phải phát đồng thời vào van cần dẫn Vì để điều khiển mở cho van lực cần xung Xung thứ xung đợc phát theo góc điều khiển , xung thứ xung phụ để đảm bảo có van dẫn 360 T1 T2 T3 T4 T5 T6 Biểu đồ phát xung điều khiển cho sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha Xung van xung phụ van Đảm bảo van dẫn với van Xung van xung phụ van Đảm bảo van dẫn van Xung van xung phụ van 6, đảm bảo van dẫn van van dẫn lần lợt cách 600 điện nên xung thứ phải cách xung thứ phải 600 Ta thấy để tạo xung trớc tiên phải tạo đợc xung (xung thứ ).Đây xung đơn mà ta nói khâu trớc Sau ta ghép xung thành xung kép phơng pháp sau + Ghép xung Diot Khi đầu vào khuếch đại xung KĐX Transistor Ta ghép xung đơn thành xung kép Diot Theo kiểu kết hợp Diot Transistor Gọi lôgic DTL kiểu thích hợp với nhiều loại DTX khác Kể mạch tạo xung kim đợc dùng nhiều thực tế Chỉ có tác dụng khoá T xung từ TDX đa đến nên chọn điện trở theo điều kiện Rk ằ Rb Sơ đồ ghép xung đơn thành xung kép dùng Diot T X1 T X2 T X3 T X4 T X5 T X6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 + Ghép xung mạch lôgíc ( mạch OR ) Đây mạch đơn giản, tín hiệu sau khâu tạo xung đơn TXD van đợc phát đồng thờicho khâu KĐX, van đó, van đứng trớc Kết van nhận đợc xung theo yêu cầu Tuy nhiên sử dụng IC lôgíc cần lu ý vấn đề nh xung điều khiển đa vào IC lôgíc tối thiểu phải xung vuông Sơ đồ ghép xung đơn thành xung kép dùng mạch lôgíc T X1 T X2 OR T1 OR T2 T X1 T X3 T X4 OR T3 OR T4 T X2 T X3 T X4 T X5 OR T X5 T5 T X6 T X6 OR T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 4/ Khuếch đại xung : - Tạo xung có đủ công suất, độ rộng hợp lý để mở Tiristor - Trong khâu khuếch đại đợc dùng phổ biến sơ đồ Dalington Vcc R C B Tr Tr E Đặc điểm sơ đồ : Dalington có chức khuếch đại dòng điện với hệ số khuếch đại đợc xác định Ki = ic1 Trong = jb1 hệ số khuếch đại dòng Tr1 ic 2 = jb2 hệ số khuếch đại dòng Tr2 - Phơng pháp có dòng điện d lớn, dòng d tầng trớc đợc tấng sau khuếch đại thờng dùng Transistor - Vì Diot Ba giơ - Emitor Transitor nối tiếp nên điện áp chiều Ba giơ - Emitor sơ đồ Dalington nh mức trôi điện áp lớn gấp đôi so với trờng hợp dùng Transitor - Để có hỗ dẫn lớn, ngời ta thờng chọn Transitor có IB1 > IB2 cách đa vào Emitor Tr1 nguồn dòng mắc thêm Reằ rBE2 để toàn dòng tín hiệu Ic1 vào Bagiơ Tr2 - Đa vào điện trở Rgiữa Emitor tầng trtớc sau để tạo sụt áp UR = 0.4 V điều khiển mở Transitor tầng sau lúc dòng đủ lớn chuyển chúng từ mở sang khoá nhanh Vcc C B Tr Vcc Tr1 B Tr Vcc B Tr1 E Tr2 Tr2 B B E Tr1 Vcc Vcc Tr1 E Tr2 Tr2 E E - Trong hầu hết điều khiển ngời ta không lấy tín hiệu trực tiếp từ khuếch đại Dalington đa vào cực điều khiển G Tiristor mà thờng qua khuếch đại đệm chủ yếu biến áp xung 5/ Biến áp xung: Đây tầng khuếch đại sau thờng đợc sử dụng với u điểm sau dễ dàng tạo đợc xung nhọn có độ dốc sờn xung trớc thẳng đứng, biên độ xung phù hợp với yêu cầu Cách ly điện mạch lực mạch điều khiển Dễ dàng thay đổi đợc cực tính xung cách thay đổi chiều quấn dây Dễ phân bố xung cho kênh điếu khiển chủ yếu mạch có nhiều kênh Chế tạo đơn giản, giá thành thấp, làm việc tin cậy, dễ sửa chữa Sơ đồ nguyên lý máy biến áp xung +Vcc D1 UC R1 A D2 R2 BAX T D3 G K TR1 TR2 * Hoạt động sơ đồ - Tín hiệu Uc có dạng xung vuông đa vào bagiơ Transistor TR1 Khi Uc>0 Tr1 mở làm cho Tr2 mở Lúc cuộn sơ cấp W1 biến áp xung đợc cấp nguồn Vcc Khi đột ngột đặt điện áp vào sơ cấp BAP sinh dòng điện độ I1, dòng điện làm cảm ứng sang cuộn thứ cấp W2 sức điện động E2 sức điện động E2 sinh dòng I2 chạy W2 thông qua D2 và đến cực điều khiển Tiristor Khi Uc Tr1 khoá làm cho Tr2 khoá Cuộn dây W1 hở mạch nên I1 = đầu cuộn W2 dòng I2 = xung mở Tristor Chức linh kiện mạch + R2 : Hạn chế dòng colector +Vcc UC R1 A D2 R2 D1 BAX T D3 G TR1 TR2 K + D1 : Hạn chế điện áp cực collector, emitor Transitor, đồng thời tiêu tán lợng cuộn dây W1 trình ngắt Transitor + D2 : Ngăn chặn xung âm có Transitor khoá tạo + D3 : Tiêu tán lợng tích luỹ W2 + R1 : Hạn chế dòng bagiơ Tr1 Ghép nối thành lập mạch điều khiển Uđk U ng đồng pha điện áp tựa so sánh nguồn nuôi Khâu đồng pha tạo sin chuẩn Khâu tạo điện áp tựa ca Khâu so sánh - Khâu khuếch đại tạo xung - Nguồn nuôi Bộ chỉnh lu khuêch đại tạo xung chỉnh luu Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển kênh T K A UT o G Uđp D9 D8 o R11 OR R10 TR2 D7 o TR3 +Vcc BAX UR1 R9 R8 D5 OA D6 OR Uđk D4 UR3 ?1 R3 2 R1 D1 ?1 U~ o R2 D2 OA1 o D3 Ic1 Ig R6 R4 ?1 R5 Ib1 o TR1 + C - o OA1 R7 Uđk R14 o * Hoạt động sơ đồ : - Tín hiệu sin từ biến áp đồng pha ( ngợc pha với điện áp đặt lên Tiristor UT) đa vào cổng khuếch đại thuật toán OA1 Điện áp rơi Diot D1và D2 hai nửa chu kỳ biến áp đồng pha (ud = 0.7V) đủ cho OA1 làm việc chế độ bão hoà, nghĩa : khoảng Uđp < làm cho D1 khoá, D2 dẫn Điện áp rơi D2 u2 = 0.7V = -Ud đủ cho OA1 làm việc tức đầu ta nhận Ur1 = -Vcc - Trong khoảng Uđp > 0, D1 dẫn, D2 khoá Điện áp rơi D1 u1 = 0.7V =Ud đủ làm thay đổi trạng thái từ Vcc sang + Vcc Lúc Ur1 = +Vcc Khi Uđp = 0, Ud = 0, Ur1 = Ta nhận dợc đầu OA1 điện áp dạng xung chữ nhật * Điện áp Ur1 đa đến cổng đảo khâu tích phân OA2 Ur2 > (Ur1 = Vcc) D3 thông Transistor Tr1khoá Tụ C đợc nạp qua R3 R4 C= Ur1 dUc Ur1 t = ngiệm Uc(t) = ur2 (t) = C ( R + R 4) dt R3 + R T1 = C (R3+ R4) số thời gian nạp tụ T =f (R4) nh cần thay đổi độ rộng xung ta cần thay đổi biến trở R4 Khi Ur1 < D3 khoá, Tr1 mở bão hoà Lúc tụ C phóng điện qua Tr1 với thời gian nhanh chóng T2 Uc = Độ rộng xung đợc xác định T = T1+T2 = T1 = C (R3 + R4) f(R4) * Điện áp ca đem so sánh với điện áp điều khiển lấy từ nguồn điều khiển vào cổng đảo OA3 Thực chất OA3 mạch cộng tín hiệu trái dấu Ud3 = Uđk + (-Ur2) Khi Uđk/ > / Ur2/ Ud3 > , D4 thông, D5 khoá đầu OA3 nhận đợc điện áp UR3 = - Vcc Khi Uđk/ = / Ur2/ = Diot khoá D4, D5 điện áp Ur3 = Uđk/ < / Ur2/ Ud3 < D4 khoá D5 thông UR3 = + Vcc Vậy đầu OA3 cho ta điện áp Ur3 dạng xung chữ nhật * Điện áp Ur3 đa vào cổng khuếch đại Dalington gồm hai Transistor Tr2 Tr3 qua tụ nối tầng C1 thời điểm Ur3 chuyển trạng thái từ Vcc lên + Vcc tụ C ngắn mạch Tr2 có tín hiệu ib2 > nên Tr2 mở làm cho Tr3 mở Biến áp xung đợc cấp nguồn phía thứ cấp biến áp xung có dòng điều khiển Ig để mở Tiristor chỉnh lu [...]... liệu trên thì nguồn đầu vào của bộ chỉnh lu ta có thể đấu trực tiếp với lới điện bỏ qua biến áp nguồn Vì điện áp đầu vào bằng điện áp lới - Điện áp đầu ra Ud của bộ chỉnh lu chính bằng điện áp đầu vào của bộ nghịch lu - Công suất đầu vào bộ nghịch lu chính bằng công suất đầu ra của bộ chỉnh lu, và chính là công suất tải +20% ( đây chính là công suất tổn hao trên nghịch lu ) Pnl = Ptải + 20% Từ công thức... đứng tuyến tính : Đợc sử dụng phổ biến cho nguyên tắc này ngời ta sử dụng 2 điện áp: 1 / Điện áp đồng bộ ( Ur) có dạng răng ca đồng bộ với điện áp đặt lên Anot Catot của Tiristor 2 / Điện áp điều khiển (Uđk) là điện áp một chiều có thể điều chỉnh đợc biên độ : Nội dung phơng pháp : Tại thời điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển (Uđk) và điện áp răng ca (Ur) thì phát xung điều khiển Tiristor... giảm thành phần này bằng cách tăng T=RC để cho T ằ 1/f = 1/50 =0.002 (s ) Thời gian nạp tụ C không hết nửa chu kỳ âm ( 0) iện áp nguồn Nh vậy độ rộng sờn trớc của Ur bị thu hẹp (0 1) nên không có khả năng điều chỉnh đợc toàn bộ chu kỳ điện áp nguồn đặt lên Tiristor, mà chỉ trong phạm vi (0 1) Nh vậy sử dụng phơng pháp này đơn giản và kinh tế nhng phạm vi điều chỉnh hạn chế Độ tuyến tính của điện áp Ur... chữ nhật * Điện áp Ur1 đa đến cổng đảo khâu tích phân OA2 khi Ur2 > 0 (Ur1 = Vcc) thì D3 thông Transistor Tr1khoá Tụ C đợc nạp qua R3 và R4 C= Ur1 dUc Ur1 t = ngiệm Uc(t) = ur2 (t) = C ( R 3 + R 4) dt R3 + R 4 T1 = C (R3+ R 4) là hằng số thời gian nạp tụ T =f (R 4) nh vậy khi cần thay đổi độ rộng xung ta chỉ cần thay đổi biến trở R4 Khi Ur1 < 0 thì D3 khoá, Tr1 mở bão hoà Lúc này tụ C phóng điện qua... Vậy ở đầu ra OA3 cho ta điện áp ra Ur3 dạng xung chữ nhật * Điện áp Ur3 đa vào cổng khuếch đại Dalington gồm hai Transistor Tr2 và Tr3 qua tụ nối tầng C1 tại thời điểm Ur3 chuyển trạng thái từ Vcc về 0 và lên + Vcc thì tụ C ngắn mạch Tr2 có tín hiệu ib2 > 0 nên Tr2 mở làm cho Tr3 cũng mở Biến áp xung đợc cấp nguồn phía thứ cấp biến áp xung có dòng điều khiển Ig để mở Tiristor của bộ chỉnh lu ... toán chọn van mạch lực Để tính toán thiết kế một mạch chỉnh lu chi tiết ta cần biết khá nhiều yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu cụ thể Và các yêu cầu tối thiểu cần biết nh: - Điện áp ra tải định mức nh Ud - Phạm vi điều chỉnh Ud - Dòng điện tải định mức Id - Tính chất tải và phạm vi thay đổi - Điều kiện làm việc Với số liệu đã cho: - Nguồn cung cấp U = 3pha x380 vac - Tần số f = 50 Hz - Phụ tải f = 20... phơng án thiết kế mạch điều khiển và tính toán I/ Khái quát mạch điều khiển Để phối hợp việc đóng mở Tiristor vấn đề đặt ra là phải thiết kế mạch điều khiển đáp ứng đợc nhu cầu điều chỉnh : - Nh vậy điều chỉnh phải đảm bảo đợc các chức năng sau : 1/ Phù hợp với dãy điều chỉnh điện áp ra tải 2/ Tạo đợc các xung đủ điều kiện mở đợc các Tiristor : + Biên độ xung Uđk =3 V + Dòng điều khiển I đk = 100 mA... điện áp vào so sánh + Đấu song song các tín hiệu điện áp - Qua thực nghiệm rút ra đợc kết luận + So sánh nối tiếp cho kết quả có độ chính xác cao nhng khó thực hiện khi cần so sánh nhiều tín hiệu + So sánh song song thực hiện đồng thời nhiều tín hiệu dễ dàng hơn, kết quả nhận đực có mức nhiễu thấp vì vậy đợc dùng phổ biến hơn - Các phần tử chủ yếu dùng ttrong khâu so sánh là Transistor hoặc khuếch đại... Reằ rBE2 để toàn bộ dòng tín hiệu Ic1 đi vào Bagiơ của Tr2 - Đa vào điện trở Rgiữa Emitor của tầng trtớc và sau để tạo ra sụt áp UR = 0.4 V điều khiển mở Transitor tầng sau lúc dòng ra đủ lớn và chuyển chúng từ mở sang khoá nhanh hơn Vcc C B Tr 1 Vcc Tr1 B Tr 2 Vcc B Tr1 E Tr2 Tr2 B B E Tr1 Vcc Vcc Tr1 E Tr2 Tr2 E E - Trong hầu hết bộ điều khiển ngời ta không lấy tín hiệu trực tiếp từ bộ khuếch đại Dalington... mà thờng qua bộ khuếch đại đệm chủ yếu là biến áp xung 5/ Biến áp xung: Đây là tầng khuếch đại sau cùng thờng đợc sử dụng với những u điểm sau dễ dàng tạo ra đợc xung nhọn có độ dốc sờn xung trớc thẳng đứng, biên độ xung ra phù hợp với yêu cầu Cách ly về điện giữa mạch lực và mạch điều khiển Dễ dàng thay đổi đợc cực tính của xung ra bằng cách thay đổi chiều quấn dây Dễ phân bố các xung cho các kênh