Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu có điều khiển cho tải nạp ác quy

Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 ĐỒ ÁN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN * ) Đề tài thiết kế : Thiết kế nguồn chỉnh lưu có điều khiển cho tải nạp ác quy *) Các số liệu ban đầu : Điện áp ác quy Ud = 24V, dòng dung lượng ác quy 250A/h Điện áp nguồn cấp U1= 220v, điều chỉnh dòng điện vào cấp dải từ đến Idmax Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 LỜI NÓI ĐẦU Nước ta đường Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa Bởi tự động hóa phát triển mạnh năm gần đây.Tự động hoá điều khiển trình sản xuất sâu vào ngõ ngách, vào tất trình tạo sản phẩm Ngày tất máy móc thiết bị công nghiệp đời sống hàng phải sử dụng điện , dùng hoàn toàn nguồn lượng điện phần lượng điện kết hợp với lượng khác Trên thực tế có lúc cần lượng điện mà ta lấy lượng điện từ lưới điện Do ta phải lấy nguồn điện dự trữ Ăc quy Như để sử dụng nguồn ăcquy ta phải nạp điện cho ăcquy Bởi chỉnh lưu nạp ăcquy tự động sử dụng rộng rãi nhiều trường hợp cụ thể quan trọng , thiếu nguồn điện vận hành , dự trữ cho máy móc thiết bị mà không đáp ứng tiêu kinh tế kỹ thuật Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Mục lục Chương I: Giới thiệu khái quát Ăc quy I Cấu tạo nguyên lý làm việc ăc quy………………………… ……5 Cấu tạo…………………………………………………………….… Nguyên lý làm việc…………………………………………………… II, Ắcquy kiềm .7 1, Nguyên lý làm việc 2, Quá trình hóa học ăc quy kiềm III, Các thông số ăc quy 1, Dung lượng 2, Điện áp 3, Điện trở IV, Đặc tính phóng ăcquy 10 V, Các phương pháp nạp ăcquy tự động .11 Phương pháp nạp ăcquy với dòng điện không đổi .11 Phương pháp nạp với điện áp không đổi 12 Phương pháp nạp dòng áp 12 Chương II : Chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu ………………………….13 I Đối với chỉnh lưu pha ……………………………………………………13 Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Chỉnh lưu cầu pha ……………………………………………… ……13 2.Chỉnh lưu tia pha……………………………………………………… 15 II Đối với chỉnh lưu pha………………………………………………….…16 1, Chỉnh lưu nửa chu kỳ ……………………………………………… 16 Chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính………………………… 16 Chỉnh lưu cầu pha ………………………………………………… 18 III Chọn sơ đồ chỉnh lưu ………………………………………………….19 Chương : Thuyết minh hoạt động cảu sơ đồ động lực , vẽ đường cong dòng điện điện áp tải van dẫn ( Ud , Id , Uv , Iv ) …………………………….19 I Tính toán chọn van động lực ……………………………………… 20 II./ Tính toán máy biến áp ………………………………………… 22 Điện áp chỉnh lưu không tải…………………………………………… 22 Công suất tối đa tải……………………………………… ……… 23 Công suất nguồn cấp……………………………………….… ……… 23 4, Tính toán sơ mạch từ ……………………………………………….23 5, Tính toán dây quấn biến áp ………………………………………….23 Tính kích thước mạch từ ……………………………………………25 kết cấu dây quấn …………………………………………………….26 ) Tính khối lượng sắt ……………………………………………… 29 ) Khối lượng đồng ………………………………………………… 29 10 ) Sụt áp MBA ………………………………………………… 30 11 ) điện trở ngắn mạch MBA ………………………………………….31 12 ) Tổng trở ngắn mạch MBA …………………………………….31 13 ) Điện áp ngắn mạch MBA ………………………………………….31 14 ) Điện áp ngắn mạch phần trăm MBA ………………………….31 Chương : Tính chọn thiết bị bảo vệ…………… …32 I ) Bảo vệ dòng điện…………………………… …………………32 II ) bảo vệ điện áp cho thiết bị bán dẫn ……………………….…….34 Chương : Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện…… 35 I ) Tính toán cuộn kháng lọc - CKL dòng điện đập mạch…… ……….35 ) điện áp rơi cuộn kháng …………………………………………….36 2) tính công suất cuộn kháng lọc ………………………………… 36 ) tính toán lõi thép cuộn kháng lọc …………………………………….36 ) tính toán dây quán cuộn kháng ………………………………….… 36 Chương VI : Tính toán thiết kế mạch điều khiển …39 Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 A Các bước thiết ……………………………………………………….39 / tìm hiểu mạch điều khiển < nguyên tắc điều khiển >…………… 39 / sơ đồ khối mạch điều khiển ………………………………………… 39 B ) tính toán thông số mạch điều khiển ………………………… 41 I/ Tính toán máy biến áp xung …………………………………………………41 II / Tính toán khâu ………………………………………………………43 ) khâu đồng pha ……………………………………………………….….43 ) khâu tạo điện áp cưa ……………………………………………….44 ) khâu so sánh ………………………………………………………… 46 ) khâu khếch đaị xung cuối cùng……………………………………… 47 ) tạo nguồn nuôi …………………………………………….……………48 */ Tính toán máy biến áp nguồn nuôi đồng pha……………………… 49 Chương I: Giới thiệu khái quát Ắcquy Hiện có nhiều loại ắc quy, hai loại ắc quy axit ắc quy kiềm Chúng ta xét loại sau: I, Cấu tạo nguyên lý làm việc Ăc quy axit: Cấu tạo : - Bình ăc quy chia thành nhiều ngăn, thong thường ngăn Mỗi ngăn ăc quy đơn cho điện áp đầu 2V Như vậy, đem đấu nối tiếp ngăn với ta có nguồn ăc quy 12V - Vỏ bình ăc quy chế tạo vật liệu cứng có tính chịu axit, chịu nhiệt, mà người ta đúc nhựa cứng ebonite Phía vỏ bình có vách ngăn để tạo thành ngăn riêng biệt, ngăn riêng biệt gọi ăc quy đơn Dưới đáy bình ta làm hai yên đỡ gọi yên đỡ cực Mục đích để cực tỳ lên đó, tránh bị ngắn mạch đáy bình có lắng đọng cặn bẩn - Bản cực làm từ hợp kim chì antimon, mặt cực có gắn xương dọc xương ngang để tăng độ cứng vững tạo ô cho chất hoạt tính bám Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 cực Nếu cực dương chất hoạt tính để phủ vào khung ô cực dioxit chì Nếu cực dung làm cực âm chất hoạt tính sử dụng chì xốp Khi ăc quy hoạt động chất hoạt tính tham gia đồng thời vào phản ứng hoá học nhiều tốt, để tăng bề mặt tiếp xúc chất hoạt tính với dung dịch điện phân, người ta chế tạo chất hoạt tính có độ xốp, đồng thời đem ghép cực tên song song với thành chum cực ngăn ăc quy đơn Chùm cực dương chum cực âm lồng xen kẽ hai cực khác tên lại đặt them cách, cách làm từ chất cách điện để cách điện hai cực nhựa xốp, thuỷ tinh hay gỗ - Phần nắp ăc quy để che kín phận bên bình, ngăn ngừa bụi vật khác từ bên rơi vào bên bình, đồng thời giữ cho dung dịch điện phân không bị tràn Trên nắp bình có lỗ để đổ kiểm tra dung dịch điện phân, lỗ nút kín nút có lỗ thong nhỏ Ở số loại ắcquy lỗ thong chế tạo riêng biệt Để đảm bảo độ kín bình ăc quy, xung quanh mép nắp ăc quy xung quanh lỗ cực đầu ra, người ta thường trát nhựa chuyên dụng Dung dịch điện phân dung ăc quy thường hỗn hợp axit sunfuric H 2SO4 pha chế theo tỷ lệ định với nước cất Nguyên lý làm việc : a, Quá trình nạp: Khi ăc quy lắp ráp xong, ta đổ dung dịch axit sunfuric vào ngăn bình cực sinh lớp mỏng chì sunfat (PbSO 4) Vì chì tác dụng với axit theo phản ứng: PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O Đem nối nguồn điện chiều vào hai đầu cực ăc quy dòng điện chiều khép kín qua mạch ăcquy dòng điện theo chiều: Cực dương nguồn chiều → Dung dịch điện phân → Đầu cực ăcquy → Cực âm nguồn chiều Dòng điện chiều làm cho dung dịch điện phân phân ly: Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 H2SO4 → 2H+ + SO42Cation H+ theo dòng điện phía cực nối với âm nguồn điện tạo thành phản ứng đó: 2H+ + PbSO4 → H2SO4 + Pb chạy phía chùm cực nối với dương nguồn Các anion SO42điện tạo thành phản ứng đó: PbSO4 + H2O + SO42- → PbO2 + 2H2SO4 Kết cực nối với dương nguồn điện có PbO (chì dioxit) chùm cực có chì Pb, hai chùm cực có khác cực tính Từ phản ứng hóa học ta thấy trình nạp điện tạo lượng axit sunfuric bổ sung vào dung dịch điện phân, đồng thời trình nạp điện dòng điện phân tích dung dịch điện phân khí hydro (H2) oxy (O2), lượng khí sủi lên bọt nước bay đi, nồng độ dung dịch điện phân trình nạp điện tăng lên Ăc quy coi nạp đầy quan sát thấy dung dịch sủi bọt (gọi tượng sôi) Lúc ta ngắt nguồn nạp xem trình nạp điện cho ăc quy hoàn thành b, Quá trình phóng điện ăc quy: Nối hai cực ăc quy nạp điện với phụ tải, ví dụ bong đèn lượng tích trữ ăc quy phóng qua tải, làm cho bóng đèn sáng Dòng điện ăcquy theo chiều: Cực dương ăcquy (đầu cực nối với cực dương nguồn nạp) → Tải (bóng đèn) → Cực âm ăcquy → Dung dịch điện phân → Cực dương ăcquy Quá trình phóng điện ăcquy, phản ứng hoá học xảy ăcquy sau: Tại cực dương: PbO2 + 2H+ + H2SO4 +2e → PbSO4 + 2H2O Tại cực âm : Pb + SO42- → PbSO4 + 2e Như ăcquy phóng điện, chì sunfat lại hình thành hai cực, làm cho cực dần trở lại giống nhau, dung dịch axit bị phân thành cation 2H+ anion SO42- đồng thời trình tạo nước dung dịch, Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 nồng độ dung dịch giảm dần sức điện động ăcquy giảm dần II, Ắcquy kiềm: Nguyên lý làm việc : Ăcquy kiềm loại ăcquy mà dung dịch điện phân dùng ăcquy dung dịch kiềm KOH NaOH Tuỳ thuộc vào cấu tạo cực, ăcquy kiềm chia thành loại: - Loại ăcquy sắt - niken, loại ăcquy có cực chế tạo sắt (Fe) niken (Ni) - Loại ăcquy cadimi - niken, loại ăcquy có cực chế tạo cadimi (Cd) niken (Ni) - Loại ăcquy bạc - kẽm, loại ăcquy có cực chế tạo bạc (Ag) kẽm (Zn) Trong ba loại loại thứ ba có hệ số hiệu dụng đơn vị trọng lượng đơn vị thể tích lớn hơn, giá thành lại cao phải sử dụng khối lượng bạc tới 30% khối lượng chất tác dụng, loại dùng So với ăc quy axit, ăc quy kiềm có nhược điểm giá thành cao hơn, điện trở lớn hơn, lại có ưu điểm sau: - Có độ bền lớn thời gian sử dụng dài - Trong điều kiện máy khởi động, làm việc nặng nề cần có yêu cầu độ tin cậy cao có tính ưu việt hẳn ăc quy axit - Quá trình nạp điện cho ăc quy kiềm không đòi hỏi nghiêm ngặt dòng điện nạp Trị số dòng điện lớn gấp lần dòng định mức chưa làm hỏng ăc quy Ăc quy kiềm có cấu tạo tương tự ăc quy axit, tức gồm dung dịch điện phân, vỏ bình ăc quy, cực, Bản cực ăc quy kiềm chế tạo thành dạng thỏi không thỏi Giữa cực ngăn cách ebonit Chùm cực dương chùm cực âm hàn nối chùm cực ăc quy axit để đưa vấu cực cho ăc quy Các chùm cực đặt bình điện phân ngăn cách với vỏ bình lớp nhựa vinhiplat Loại ăc quy dùng cực dạng thỏi thỏi hộp làm thép bề mặt có khoan nhiều lỗ: Φ = 0,2-0,3 mm dung dịch thấm qua Nếu ăc quy kiềm sắt - niken hộp cực âm chứa sắt đặc biệt khiết, cực dương hỗn hợp 75%NiO.OH 25% bột than hoạt tính Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Loại ăc quy kiềm dùng cực không phân thỏi, cực chế tạo theo kiểu khung xương, đem chất tác dụng có cấu trúc xốp mịn để ép vào lỗ nhỏ cực Quá trình hóa học ác quy kiềm : Giống ăc quy axit, trình hoá học ăcquy kiềm trình thuận nghịch Nếu cực ăc quy kiềm sắt-niken phản ứng hoá học xẩy ăcquy sau: Trên cực dương: Ni(OH)2 + KOH + OHNi(OH)3 + KOH Trên cực âm: Fe(OH)2 + KOH Fe + KOH + 2OHNhư trình nạp điện, sắt hidroxit cực âm bị phân tích thành sắt nguyên tố anion OH- Còn cực dương, Ni(OH)2 chuyển hoá thành Ni(OH)3 Chất điện phân KOH xem không tham gia vào phản ứng hoá học mà đóng vai trò chất dẫn điện, sức điện động ăcquy không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân Sức điện động ăc quy đựoc xác định dựa trạng thái chất tác dụng cực Thông thường ăc quy kiềm nạp điện hoàn toàn sức điện động đạt khoảng 1,7 đến 1,85V Khi ăc quy phóng điện hoàn toàn, sức điện động ăcquy 1,2 đến 1,4V Như điện phóng điện ăc quy kiềm thấp ăc quy axit Nếu ăc quy axit điện phóng điện bình quân 2V ăc quy kiềm 1,2V Hiện nhà thiết kế, chế tạo ăc quy chưa dừng lại kết đạt được, người ta chế tạo ăc quy kiềm nhỏ nhẹ, có thông số kỹ thuật ăc quy axit Những ăc quy hướng tới việc thay cực hợp kim có khả chống han gỉ, giảm kích thước tăng tính bền vững Những tạp chất trộn vào chất tác dụng cải thiện đặc tính phóng điện ăcquy cách đáng kể Nhiều ăc quy cầu nối nắp kết cầu vỏ bình thay vật liệu nhẹ nên giảm chiều dày thành bình, ăc quy phải chăm sóc Đồ Án thiết bị điều khiển Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 III, Các thông số ăc quy: Dung lượng : Là điện lượng ăc quy nạp đầy, đem cho phóng điện liên tục với dòng điện phóng 1A tới điện áp ăcquy giảm xuống đến trị số giới hạn quy định nhiệt độ quy định Dung lượng ăc quy tính ampe-giờ (Ah) Điệp áp : Tuỳ thuộc vào nồng độ chất điện phân nguồn nạp cho ăc quy mà điện áp ngăn ăc quy nạp đầy đạt 2,6V đến 2,7V (để hở mạch), ăc quy phóng điện hoàn toàn 1,7V đến 1,8V Điện áp ăc quy không phụ thuộc vào số lượng cực ăcquy nhiều hay Điện trở : trị số điện trở bên ăc quy, bao gồm điện trở cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến ngăn cách ngăn cực Thường trị số điện trở ăcquy nạp đầy điện (0,001-0,0015) Ω ăc quy phóng điện hoàn toàn (0,02-0,025)Ω IV, Đặc tính phóng ăcquy: Đặc tính phóng ăc quy đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc sức điện động, điện áp ăcquy nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng dòng điện phóng không thay đổi Từ đặc tính phóng ăc quy ta có nhận xét: - Trong khoảng thời gian phóng từ t = đến t = t gh (10h), sức điện động, điện áp nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, nhiên đoạn độ dốc đường đặc tính không lớn, ta gọi giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với chế độ phóng điện ăc quy (dòng điện phóng) Đồ Án thiết bị điều khiển 10 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Hình vẽ sơ đồ khối mạch điều khiển a ) nhiệm vụ khâu : * ) Khâu đồng pha : có nhiệm vụ tạo điện áp tựa dạng cưa URC, thông thường điện áp tựa cưa dạng tuyến tính, trùng pha với điện áp anod Triristor *) Khâu so sánh : nhận tín hiệu điện áp cưa điện áp điều khiển, thực công việc so sánh điện áp, thời điểm hai điện áp (URC = Udk) phát xung điều khiển Triristor gửi sang tầng khuếch đại (khâu tạo xung) * ) Khâu tạo xung : có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor, với yêu cầu xung mở Tiristor có sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo xung loại xung kim xung chữ nhật, đủ độ rộng công suất để mở van, đảm bảo cách ly mạch điều khiển mạch động lực Hình vẽ d ạng xung điều khiển van Mạch điều khiển chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính gồm kênh điều khiển Mỗi kênh tạo xung tương ứng cho van T1 T2 đến nửa chu kỳ dương điện áp hay nửa chu kỳ âm Ta có sơ đồ dạng điện áp qua điều khiển xét cho kênh điều khiển van T1 hình vẽ * ) Khâu khếch đại xung ( khâu khếch đại cuối ) : Đồ Án thiết bị điều khiển 41 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Tiến hành khếch đại xung từ mạch dạng xung đưa đảm bảo mở chắn tiristor khâu thường làm nhiệm vụ cách ly giũa mạch điều khiển mạch lực B ) tính toán thông số mạch điều khiển : Chọn loại van tiristor C48C300 có thông số cần thiết: - Điện áp điều khiển Tiristor : Udk = V - Dòng điện điều khiển Tiristor : Idk = 75 mA =0,075 A - Thời gian mở Tiristor : tm = 80 μs - Độ rộng xung điều khiển : tx = tm = 160 μs - Tần số xung điều khiển : fx = kHz - Độ đối xứng cho phép : Δα = 4o - Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = ± 12V - Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 I/ Tính toán máy biến áp xung : Chọn vật liệu làm lõi sắt sắt Ferit dạng hình vòng xuyến làm việc phần đặc tính từ hóa có: ΔB = 0,3T; ΔH = 30 A/m -) Tỷ số biến áp xung: thường m = (2-3), chọn m =3 -) Điện áp cuộn thứ cấp biến áp xung U2 = Udk = V -) Điện áp sơ cấp biến áp xung: U1 = m.U2 = 3.3 = V -) Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I2 = Id = 0,15 A -)Dòng điện sơ cấp biến áp xung : I1 = I 0,075 = =0,025 A m -) Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: U tb = ∆B 0,3 = =8.103 µ0 ∆H 1,25.10−6.30 Trong µ0 = Π 10-7 = 1, 25.10−6 ( H/m ) -) thể tích lõi thép cần có : V = Q l = = U tb µ0 t x S x U1.I1 ∆B 8.103.1,25.10−6.160.10−6.0,15.9.0,25 0,32 = 9.10-7 ( m3 ) = 0,9 10-6 ( m3 ) = 0,9 cm3 Theo bảng 1.5 tài liệu thiết kế bảng thông số loại lõi thép hình xuyến tròn ta chọn mạch từ A0-20/25-6,5 co thể tích Đồ Án thiết bị điều khiển 42 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 V = 0,162 7,1 = 1,15 cm3 Từ ta có kích thước mạch từ sau : a b d D Q = 2,5 = 6,5 = 20 = 25 = 0,162 l = 7,1 Qcs = 3,14 mm mm mm mm cm2 cm cm2 * ) tính toán cuộn sơ cấp : -) Số vòng dây quấn sơ cấp biến áp xung: Theo định luật cảm ứng điện từ: Theo định luật cảm ứng điện từ ta có : dB ∆B U = W Q =W .Q 1 dt t x tx 9.160.10−6 U = = 296 => W1 = ∆B.Q 0,3.0,162.10−4 -) tiết diện dây quấn sơ cấp : I1 0, 025 S1 = J = = 0, 0042 mm2 ( chọn mật độ dòng điện J1 = A/mm2 ) -) đường kính dây quấn sơ cấp : Đồ Án thiết bị điều khiển 43 Nguyễn Văn Hùng d1 = 4.S1 Π = MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 4.0,0042 = 0,073 mm Π Theo bảng P.5 - Tài liệu thiết kế, Thông số dây đồng tiêu chuẩn Ta chọn loại dây: S1 = 0,00785 mm2 → d1 = 0,1 mm * ) tính toán cuộn thứ cấp : -) số vòng dây thứ cấp : W2 = W1 296 = = 98 vòng m -) tiết diện dây quấn sơ cấp : I2 0, 075 S1 = J = = 0, 01875 mm2 ( chọn mật độ dòng điện J1 = A/mm2 ) -) đường kính dây quấn sơ cấp : d = 4.S2 Π = 4.0,01875 = 0,155 mm Π Ta chọn loại dây: S2 = 0,02011 mm2 → d1 = 0,16 mm -) kiểm tra lại hệ số lấp đầy : Kld = W1.S1 + W2 S2 0,00785.296+ 0,02011.98 = =0,0126 Qcs 3,14.102 Như cửa sổ đủ S cần thiết II / Tính toán khâu : ) khâu đồng pha : Đồ Án thiết bị điều khiển 44 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Điệp áp U0 đồng pha qua điot D1, D2 dạng điện áp chiều nửa hình sin điện áp xoay chiều đồng pha UA = 12 V Điện trở R1 dùng để hạn chế dòng vào KĐTT Chọn R1 = 10 (K Ω ) Chọn góc trì khóa lượng 50 điện áp đặt vào cửa dương so sánh : Dd = 2.U sin 50 = 2.12.sin 50 = 1, 48 ≈ 1,5 V Từ : => E.R3 R3 + R2 =1,5⇒ R2 =7.R3 Chọn R1 = 35 ( K Ω ) R3 chọn loại 100 K Ω , đặt giá trị K Ω Chọn khếch đại thuật toán loại TL084 có : Nguồn cung cấp E = ± 12 V Nhiệt độ làm việc t = -25 ÷ 850 C Công suất tiêu thụ P = 680 mW Tổng trở đầu vào Rin = 106 M Ω Dòng điện Ira = 30 pA Điện áp Uo so sánh với điện áp điện trở R3 thời điểm Uo = UR3 đổi dấu điện áp khếch đại thuật toán : + điện áp cửa âm UR3 = + E.R3 R3 + R1 Điện áp cửa dương Uo Điện áp : Đồ Án thiết bị điều khiển 45 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Ura = Ko ( U+ - U- ) = Ko ( Uo - UR3 ) Khi U0 > UR3 điện áp Ura = Ubh = E -1,5 V ) khâu tạo điện áp cưa : a) sơ đồ nguyên lý : Điệp áp đồng đưa vào cửa đảo khâu tạo điệp áp cưa Khi Udp ( Udp = -Ubh ) D3 dẫn , tụ C nạp điện , điện áp tụ C điện áp đầu OA2 Điệp áp tụ C nạp tăng tuyến tính đến trị số ngưỡng điốt ổn áp DZ giữ điện áp trị số Ở nửa chu kỳ sau , Udb > D3 khóa nên dòng qua D3 , tụ phóng điện , điện áp tụ C ( điện áp ) giảm tuyến tính tính Khi điện áp giảm đến âm điot DZ dẫn điot bình thường giữ cho điện giá trị b ) tính toán : + ) Udp < ( Udp = - Ubh ) D3 dẫn tụ C nạp điện Điện áp tụ C điện áp đầu OPAM Thông thường thiết kế với R5 > iR4 , để đơn giản bỏ qua iR4 nên iR5 = iC 1 Ura = UC = Uc(0) + ∫ ic dt = ∫ ic dt ( Uc(0) = o ) C C Điot ổn áp không cho điện áp nạp tụ C Udz Đồ Án thiết bị điều khiển 46 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Chọn loại điot ổn áp KC210B có điện áp ổn áp : U dz = 10 (V) Dòng tối đa I = 22 ( mmA ) Với tần số công nghiệp f= 50 Hz nửa chu kỳ T = 10 ( ms ), chọn R C cho tụ nạp đến điện áp Udz thời gian t = tn = 0,5 (ms) UC = IC 10 t ⇒ I C = C = 2.104.C −3 C 0,5.10 Chọn C = 0,2 ( uF) => Ic = 0,2 10-6.2.104 = 10-3 ( A ) R4 = E − 1,5 = 2, ( k Ω ) chọn R4 = ( k Ω ) IC +) Udp > ( Udp = + Ubh ) D3 khóa , tụ C phóng điện Dòng phóng điện : Ip = E R5 + R Điện áp tụ C giảm dần theo thời gian : 1 E Uc(t) = Uc (0) + C ∫ ic dt = U dz − C ∫ ic dt = 10 − R + R t p C Thời gian phóng điện t = = 0,5 ms , thời điểm điện áp tụ E => 10 − R + R t p C = => R5 + R6 = 57 ( k Ω ) Chọn R6 = 10 ( k Ω ) chọn R5 loại 100 ( k Ω ) , đặt giá trị 50 ( k Ω ) ) khâu so sánh : a/ sơ đồ nguyên lý so sánh điện áp tựa điện áp điều khiển , điểm cân hai điện áp thời điểm mở tiristor Udk > Urc điện áp khâu so sánh U = + Ubh = E – 1,5 ( V ) Udk < Urc điện áp khâu so sánh U = - Ubh = -( E – 1,5 ) ( V ) kết cho điện áp xung chữ nhật Đồ Án thiết bị điều khiển 47 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 b ) tính toán R6 chọn 10 ( k Ω ) , chọn khâu KĐTT loại TL084, nguồn nuôi E = ± 12 ( V ) ) khâu khếch đaị xung cuối : +12V MBA XUNG D7 1N4003 Ura D6 1N4003 R8 TR1 10k BC142 Uss D5 R9 1N4003 5k Đồ Án thiết bị điều khiển 48 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Chọn Tranzitor công suất Tr2 loại BC142 làm việc chế độ xung có thông số: - Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si - Công suất tiêu tán Collecto: PC = 0,8 W - Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: T = 1750C Chọn D4, D5, D6 loại 1N4003 có : Imax = A , Ung = 200 V Chọn loại điện trở R8 = 10 ( k Ω ) , R9 = ( k Ω ) ) tạo nguồn nuôi : Đồ Án thiết bị điều khiển 49 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp pha, trụ thép có cuộn dây hình trên, với cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp: - ) Cuộn thứ thứ cuộn dây đồng pha, cuộn dây cần lấy trung thực điện áp hình sin lưới - ) Cuộn thứ 3: Cần tạo điện áp ±12V (có ổn áp) để cấp nguồn nuôi cho IC, mà cụ thể A1, A2, A3 Để ổn định điện áp đầu nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912, với thông số vi mạch sau: + Điện áp đầu vào: UV = - 35 V + Điện áp đầu ra: Với 7812 Ura = +12V Với 7912 Ura = - 12V + Dòng điện đầu ra: Ira = - A + Các tụ điện C để lọc thành phần sóng hài bậc cao: Chọn C = 470 μF, U = 35 V - ) Cuộn thứ 4: Cuộn có nhiệm vụ tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho Tisistor Mỗi phát xung điều khiển công suất xung đáng kể, nên nguồn cấp cho biến áp xung cần phải độc lập với nguồn cấp cho khuếch đại thuật toán để tránh bị sụt áp nguồn Đồ Án thiết bị điều khiển 50 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 * / Tính toán máy biến áp nguồn nuôi đồng pha: Điện áp lấy thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi IC: U23 = 14 V Công suất tiêu thụ IC TL 084 sử dụng làm khuếch đại thuật toán ta chọn IC TL 084 có khuếch đại thuật toán, ta sử dụng khuếch đại thuật toán cho kênh điều khiển cho mạch trừ để lấy đường hồi tiếp dòng điện (tính toán phần sau): PIC = 7.pIC = 7.0,68 = 4,76 W Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển Tiristor: PX = 6.Udk.Idk = 6.3.0,075 = 1,35 W Điện áp pha thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi biến áp xung: U 24 = 12 = 8,51 1,41 Điện áp lấy cuộn đồng pha U21 = U22 = Udf = V Dòng điện chạy qua cuộn dây chọn 10 mA Công suất cuộn dây đồng pha: Pdf = 2.Udf.IX = 2.9.0,01 = 0,18 W Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi: PN = Pdf + PX + PIC = 0,18 + 1,35 + 4,76 = 6,29 W Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn hao máy: S = 1,05.PN = 1,05.6,29 = 6,6045 W 10 dòng điện sơ cấp biến áp : I1 = S 6, 6045 = = 0, 03( A) ≈ 30mA U1 220 11 tiết diện trụ tính theo công thức : S 6,6045 Qt = KQ =5 =1,8172(cm2 ) m f 1.50 => chọn a = 12 mm b = 16 mm h = 60 mm => chọn Qt = 12.16 = 192 mm2 = 1,92 cm2 12 Chọn mật độ từ cảm B = 1T tụ ta có số vòng dây quấn sơ cấp: W1 = U1 220 = = 5161 vòng 4, 44 f B.Qt 4, 44.50.1.1,92.10 −4 13 chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 A/mm2 Tiết diện dây quấn sơ cấp : I 0, 03 S1 = J = 2, 75 = 0, 011 A/mm2 Đồ Án thiết bị điều khiển 51 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 Đường kính dây quấn sơ cấp : d1 = 4S1 = 0,118 mm Π => tra bảng ta : d = 0,12 mm S = 0,01131 mm2 => đường kính bề kể cách điện : d = 0,14 mm 14 số vòng dây quấn thứ cấp W21 = W22 : W21 = W22 = W1 U 23 U1 =5161 = 211 vòng 220 15 số vòng dây quấn thứ cấp W23 U 14 23 W23 = W1 U =5161 220 =328 vòng 16 số vòng dây quấn thứ cấp W24 U 24 8,51 W24 = W1 U = 5161 220 = 199 vòng 17 đường kính cuộn thứ cấp : kích thước nhỏ không đáng kể nên chọn d = 0,26 mm 18 tính chọn điốt cho chỉnh lưu nguồn nuôi : +) với cuộn dây : xét trường hợp cuộn làm việc : I3 = S 6, 6045 = = 0, 472 A U 23 14 Dòng điện qua van : 1 ID = I3 = 0,472=0,236 A 2 => dòng điện định mức qua van : Idm = 10.ID = 2,36 A Điện áp ngược van cần chọn : Unv = KdtU Unmax = 1,8 9,8 = 35,64 v KdtU : hệ số dự trữ điện áp +) với cuộn dây : xét trường hợp cuộn làm việc : I4 = S 6, 6045 = = 0, 776 A U 24 8,51 Dòng điện qua van : 1 ID = I = 0, 776 = 0,388 A 2 Đồ Án thiết bị điều khiển 52 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Lớp TBĐ 1- K52 dòng điện định mức qua van : Idm = 10.ID = 3,88 A Điện áp ngược van cần chọn : Unv = KdtU Unmax = 1,8 12,03 = 21,66 V Để đơn giản ta dùng loại điốt đáp ứng yêu cầu dãy điốt Theo bảng P1 thông số chọn loại MR 2000 với thông số : + ) dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 20 A + ) điện áp ngược điốt : Inv = 50 V Đồ Án thiết bị điều khiển 53 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Đồ Án thiết bị điều khiển Lớp TBĐ 1- K52 54 Nguyễn Văn Hùng MSSV : 20071415 Đồ Án thiết bị điều khiển Lớp TBĐ 1- K52 55