Đồ án thiết kế mạch role có khâu thừa hành dùng SCR 2017

3.Nguyên lý hoạt động. Điện áp vào nằm trong khoảng U_ng1≤U_v≤U_ng2 : U_ng1=7V;U_ng2=9V. =>OA1,OA2 bão hòa dương làm cho điốt D1,D2 đều khóa => U_A>U_ng3 dẫn đến OA3 bão hòa âm => U_ra3≈0.Khi đó tụ điện áp trên tụ C không được nạp U_C≈0 và U_C U_C> U_ng4 =>OA4 bão hòa dương khi đó tụ C_1được nạp điện khi U_C1=U_bh+,SCR được cấp xung điều khiển.SCR mở khiến cho rơ le ngắt. Với giả thiết U_A=8V; U_ng3=5V; U_ng4=9V; U_bh+=10,5V 4.Các bước tính toán 4.1 Tính khâu tạo thời gian trễ. .2Khâu thừa hành dùng SCR mắc trực tiếp Các bước tính toán: 1, Tính dòng qua Rơle: mạch vào của sơ đồ mạch bảo vệ : Thiết kế nguồn nuôi A.Thiết kế mạch ổn áp Thiết kế biến áp cho nguồn nuôi 1)Tính công suất máy theo biểu thức: S_ba=∑▒〖K_sđ.P_đ+∑▒P_2 +ΔP_(d ) 〗 Trong đó : 〖 K〗_sđ hệ số sơ đồ phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu(tra theo bảng) 〖 P〗_đ –Công suất mạch chỉnh lưu. ∑▒P_2 –tổng công suất của các cuộn thứ cấp có tải không phải là chỉnh lưu. ΔP_đTổng tổn hao trên các van chỉnh lưu. Theo mạch ổn áp có khâu điều chỉnh có : 15) Tính số vòng cuộn thứ cấp : 16) Tính diện tích cửa sổ yêu cầu cho cuộn sơ cấp : 14) Tính đường kính dây thứ cấp : 13) Tính tiết diện dây thứ cấp 12) Tính dòng cuộn thứ cấp : Tính số vòng cuộn dây sơ cấp :4) Tính tiết diện của lõi : 10) Tính đường kính dây sơ cấp :5)Tính tiết diện trung bình của lõi : 9) Tính tiết diên dây sơ cấp :7)Tính tiết diện cửa sổ có sẵn : 8) Tính dòng cuộn sơ cấp :

Đồ Án Môn Học : Thiết kế Mạch Điện Điện Tử

Ngày nay,điện năng là một phần thiết yếu trong mọi hoạt động sản xuất cũng

như trong cuộc sống sinh hoạt của con người.Để đảm bảo sản lượng và chất lượng điện năng cần thiết,tăng cường độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ,đảm bảo an toàn cho thiết bị và sự làm việc ổn định trong toàn hệ thống; cần phải sử dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả những phương tiện bảo vệ,thông tin,đo lường,điều khiển và điều chỉnh tự động trong hệ thống điện

Trong số các phương tiện này,rơle và thiết bị bằng rơle đóng một vai trò hết sức quan trọng.Trong quá trình vận hành hệ thống điện,không phải lúc nào hệ thống cũng hoạt động ổn định,thực tế chúng ta luôn gặp tình trạng làm việc không bình thường hoặc sự cố như ngắn mạch,quá tải … mà nguyên nhân có thể do chủ quan hoặc khách quan.Hệ thống Rơle sẽ phát hiện và tự động loại trừ các sự cố,xử

lý tình trạng bất thường của hệ thống

Hiện nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,thiết kế bảo vệ rơle ngày càng hiện đại,nhiều chức năng và tác động chính xác hơn.Ở nước ta ngày nay,xu hướng

sử dụng rơle kỹ thuật số để dần thay thế cho các rơle điện cơ đang được xúc tiến mạnh mẽ

1.Sơ đồ khối các khâu của mạch bảo vệ rơle.

2.Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ rơle.

+Ec

R1

VR1

R6

R3

R5

R2

R7 VR2

R4

Dz2

Dz1

OA1

OA2

R8 R10

VR3 OA3

R9 R11

D1

D2

VR4

R12

R13

OA4 R14

RL D3

C1

R15 SCR

Uv

+Ec

Ung2

+

-Ura2

+ -Ura3

Ung1

+

C

Ung4

-+

+ - Ec

3.Nguyên lý hoạt động.

Điện áp vào nằm trong khoảng U ng 1 ≤U v ≤ U ng 2 :

U ng 1=7 V ;Ung 2=9 V

=>OA1,OA2 bão hòa dương làm cho điốt D1,D2 đều khóa => U A>U ng 3 dẫn đến OA3 bão hòa âm => U ra 3 ≈ 0.Khi đó tụ điện áp trên tụ C không được nạp U C ≈ 0 và U C<U ng 4

khiển.SCR khóa mạch làm việc ổn định

bão hòa dương U ra 3=U+bh¿ ¿

tụ C được nạp điện U C=U bh+ ¿¿

=> U C>U ng 4 =>OA4 bão hòa dương khi đó tụ C1được nạp điện khi U C 1=U+bh¿¿

,SCR được cấp xung điều khiển.SCR mở khiến cho rơ le ngắt

Với giả thiết U A=8 V;U ng 3=5 V;U ng 4=9 V;U bh+ ¿ =10,5V ¿

4.Các bước tính toán

4.1 Tính khâu tạo thời gian trễ.

Sử dụng khuếch đại thuật toán với sơ đồ :

Giả thiết : OA3,OA4 sử dụng các nguồn đơn cực

Đồ thị thời gian minh họa nguyên lý làm việc :

Khi OA3 bão hòa âm thì U C ≈ 0 => U C<U n g 4 : OA4 bão hòa âm U ra 4=0

Tại thời điểm t1 xảy ra sự cố khiến cho U A ≤ U ng 3 khiến cho OA3 lật trạng thái chuyển sang bão hòa dương U ra 3=U+bh¿ ¿

hàm mũ

Khi U C=U ng 4 tại t2 thì OA4 lật trạng thái chuyển sang bão hòa dương U ra 4=U bh+ ¿¿

Thời gian trễ ∆ t=t2−t1

U C = U Cxl=U Ctd=U bh+ ¿ ¿

+ A.e RC−t

Với sơ kiện U C(+0)=U C(−0)=0

U C (+ 0)=0=Ubh+¿+A¿

=>A=−U bh+ ¿ ¿

U C=U bh+ ¿ (1−e

−t RC

) ¿

Ở thời điểm t2 có U C=U ng 4  U bh+ ¿.(1−e

−∆t RC

) ¿=U ng 4

=>1−e

−∆ t

RC

=U ng 4

U bh+ ¿

¿ => e−RC ∆ t

=¿1 −U U ng 4

bh

+ ¿

¿ =>−RC ∆ t=ln¿ ¿

Với U bh+ ¿ =E c−1,5=15−1,5=13,5 V ¿

C=22 μFF

+ Tại thời điểm t1=2 s :

=>∆ t=−RC ln¿ ¿

¿>2=−R 22 10− 6 ln(1− 9

13,5)

22.10−6 ln(1− 9

13,5)=82,7 kΩΩ +Tại thời điểm t2=7 s :

=>∆ t=−RC ln¿ ¿

¿>7=−R 22 10−6 ln(1− 9

13,5)

22.10−6 ln(1− 9

13,5)=289.6 kΩΩChọn triết áp VR4 loại 470kΩ

Tụ C chuẩn loại 22µF

4.2Khâu thừa hành dùng SCR mắc trực tiếp

Sơ đồ nguyên lý:

OA4

R14

RL D3

C1

R15

SCR

Ung4

-+

+ Ec

Để mở tiristo :_Phân cực thuận U AK>1 V

_Dòng điều khiển I G ≥ I Gmin

Để khóa tiristo:_Phân cực ngược U AK<0

_Giảm dòng điện thuận I4<I H

Số liệu cần U rl=15 V, I đm=2 A

Các bước tính toán:

1, Tính dòng qua Rơle:

I a=E c

R rl=2(A )

2,Chọn Tiristo có I atm ≥ 2 I a, U đm ≥2 E c

Chọn tiristor TS435 có :

U G=3 V,I G=80 mA

3,Tính R đkΩ=U G

3

80 10−3=37,5 Ω

4,Tính R1=U bh+ ¿ −U D 1

2 I G ¿=13,5−0,7

2.80 10−3=80 Ω

P R 1=kΩ at R1.(2 I G)2=2.80.(2.80 10−3

)2=¿4(ԝ) )ԝ)

5,Tính R2= R1 R đkΩ

R1−R đkΩ=80−37,580.37,5 =70,5 Ω

I R 2=kΩ at R2.(I G)2=2.70,5.(80 10−3)2=0.9(ԝ)A)

6, Chọn tụ chống nhiễu

C1=0,1 µF

Chọn dòng qua các phân áp 1mA

I pa=1 mA

=>(ԝ)R8+R9¿= E C

10−3=

15

10−3=15 kΩΩ

điện áp U A=8 V

10−3=8kΩ

R9=15−8=7 kΩ

Chọn điện trở chuẩn : R8=8,2 kΩ

=>R9=15−8,2=6,8 kΩ

Tra điện trở chuẩn R9=6,8 kΩ

8,2+6,8.8,2=8,2V

+ Với R10,R11,VR3 tính toán tương tự ta có :

10−3=15 kΩΩ

Chọn điện trở chuẩn cho R10=5,1 kΩΩ,R11=5,6 kΩΩ

=>VR3=15-5,1-5,6=4,3kΩ

Chọn Triết áp VR3 :4,7kΩ

=>U ng 3 min= E C

5,1+5,6+4,7.5,1=4,9 V

=>U ng 3 max= E C

5,1+5,6+4,7.(5,6+4,7)=10 V

+ Với R1,R3,VR1 tính toán tương tự ta có :

10−3=15 kΩΩ

Chọn điện trở R1=8,2kΩΩ,R3=2,2kΩΩ

=>VR1=15-8,2-2=4,6kΩ

Chọn Triết áp VR1 :4,7kΩ

VR 1 ',VR 1 '' là khi triết áp được vặn ở mức trên và dưới của VR1

')= 15 8,2+2,2+4,7.(8,2+VR1

'

)

=>VR 1 '=9.(8,2+4,7+2,2)

15 −8,2=0,86 kΩΩ

VR 1 ''=0,86 kΩΩ

+ Với R2,R4,VR2 tính toán tương tự ta có :

10−3=15 kΩΩ

Chọn điện trở R2=6,2kΩΩ,R4=4,3 kΩΩ

=>VR2=15-6,2-4,3=4,5kΩ

Chọn Triết áp VR2 :4,7kΩ

VR 2 ',VR 2 '' là khi triết áp được vặn ở mức trên và dưới của VR2

')= 15 6,2+4,3+4,7.(6,2+VR 2

'

)

=>VR 2 '

=7.(6,2+4,3+4,7)

15 −6,2=0,89 kΩΩ

VR 2 ''

=4,7−0,89=3,81 kΩΩ

Chọn điện trở R5,R6,R7 :

10−3= 8

10−3=8 kΩΩ

Chọn điện trở chuẩn R5=8,2 kΩΩ

10−3= 9

10−3=9 kΩΩ

Chọn điện trở chuẩn R6=9,1 kΩΩ

R7=U ng 1

10−3=

7

10−3=7 kΩΩ

Chọn điện trở chuẩn R7=7,5 kΩΩ

+Với R12, R13

=>(ԝ)R12+R13¿= E C

10−3=

15

10−3=15 kΩΩ

điện áp U ng 4=9 V

10−3=9kΩ

Chọn điện trở chuẩn : R12=9,1 kΩ

=>R13=15−9,1=5,9 kΩ

Tra điện trở chuẩn R13=6,2 kΩ

9,1+6,2.9,1=9 V

5: Thiết kế nguồn nuôi

A.Thiết kế mạch ổn áp

Mạch ổn áp có khâu điều chỉnh

Số liệu cần :{U0=15 V ; I0=2 A

¿U 0 max=12,5 V

¿U 0 min=11,5V

I 0

I R

I R2

I Z

I E1

I R1

I 2

I B2

R 4

R3

R R

I E2

I C2

I B1

D1÷D4

BA

1)Tính U imin và U imax :

U imin=1,5U0=1,5.15=22,5(V )

U imax=2.U0=2.15=30(V )

2)Tính U itb :

U itb=U imin+U imax

30+22,5

2 =26,25(V )

3)Chọn tranzitor BJT1 theo điều kiện :

{ I C 1 max ≥2 I0=2.2=4 ( A )

¿P C 1max ≥ 2 I0(U itb−U0)=2.2 (26,25−15)=45 (W )

¿U C 1max ≥ 2.(U itb−U0)=2.(26,25−15)=22,5 (V )

¿P C 1max=75 (W )

¿U C 1 max=50 (V )

4) Chọn diođe zener :

2 =

15

2 =7,5 (V )

{ U z=7,5 (V )

¿I z=10 (mA)

5) Tính dòng qua phân áp R3, VR, R4

I R ≈ I0

100=

2

100=20 (mA )

6) Tính điện trở cầu phân áp :

R Σ=(R3+VR+R4)=U0

15

20 10−3=750 Ω

7) Tính điện trở trong cầu phân áp :

¿

U 0 min

R Σ=7,5+0,7

11,5 .750=534,7 ( Ω)

⇒VR=(VR+ R4)−R4=534,7−470=64,7(Ω)

P VR=kΩ at VR I R2=2.64,7 (20.10−3)2=0.05(W)

{ R3=R Σ−(VR+R4)=750−(68+470)=212 (Ω)

¿P R 3=kΩ at R3 I R2=2.(20.10−3)2.212=0.169 (W )

 Chọn R3=220( Ω) loại 0,5(ԝ)W) sai số ± 1%

8) Chọn dòng cực gốc BJT2 :

I B 2 ≈ I R

100=

20.10−3

100 =200(µA )

9) Tính dòng cực phát của BJT2 :

I E 2= I z

2 ÷ 3=

10

2 =5 (mA )

10) Tính hệ số khuyếch đại của BJT2 :

β2=I E 2

I B 2=

5 10− 3

200 10−6=25

11) Chọn BJT2 theo điều kiện :

 { I C 1 max=1( A )

¿P C 1 max=10 (W )

¿U C 1 max=36 (V )

β=40

12) Tính dòng qua điện trở R2:

I R 2=I z−I E 2=10−5=5 (mA)

13) Tính điện trở R2:

 Chọn R2=1,5 (kΩΩ) loại 0,5W sai số ± 1%

14) Tính dòng qua điện trở R1

I R 1=I B 1+I C 2=I E 2+ I0

β1=5 10

−3

+ 2

50=45 (mA)

15) Tính điện trở R1 :

Chọn R2=240 (Ω) loại 0,5W sai số ± 1%

16) Tính khoảng điện áp ổn định ở đầu ra :



U 0 min=(U z+0,7) R3+VR+R4

VR+R4 =(7,5+ 0,7)

220+68+470 68+470 =11,55(V )

¿

U imax=(U z+0,7) R3+VR+R4

R4 =(7,5+0,7 ).

220+68+470

470 =13,22(V )¿

¿

B- Thiết kế biến áp cho nguồn nuôi

1)Tính công suất máy theo biểu thức:

Trong đó :

K sđ -hệ số sơ đồ phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu(ԝ)tra theo bảng)

∑P2 –tổng công suất của các cuộn thứ cấp có tải không phải là chỉnh

lưu

Theo mạch ổn áp có khâu điều chỉnh có :

U d=U itb=26,25 (V )

I d=I R 1+I R 2+I R+I0

¿(45+ 5+20) 10−3+2=2070 (mA)=2.07( A)

⇒U d 0=1,2 Ud=1,2.26,25=31,5 (V )

⇒ P d=U d 0 I d=31,5.2,07=65,205 (W )

Theo yêu cầu sử dụng mạch thứ cấp tải chỉnh lưu hình tia 1 pha có :

+¿K sđ=1,48

⇒ S ba=K sđ P d=1,48.65,205=96,5(VA)

Để dự trữ chọn S ba=100 (VA)

+¿kΩ u=U d 0

0,9=

31,5 0,9 =35 (V )

+¿ I2

I d=0,785⇒ I2=0,785 Id=0,785.2,07=1,62( A)

+¿Uℑ=2,83 U2=2,83.35=99,05 (V )

+¿I V=I d

2=

2,07

2 =1,035 ( A )=1035 (mA )

U ng max=100(V )

2) Ứng với S ba=100 (VA) tra bảng ta được n0=4,6 (vòng /V )

3)Tính từ thông cực đại:

4,44 f n0=

1 4,44.50 4,6=9,8 10

−4

(Wb)

4) Tính tiết diện của lõi :

=9,8 10− 4

1 =9,8.10

−4

(m2

)

m2)

5)Tính tiết diện trung bình của lõi :

kΩ ec=

9,8.10−4

0,9 =1,08.10

−3

(m2)

kΩ ec=0,9 :hệ số ép chặt

A=√Q G=√1,08.10−3=0,032 (m)=32,8(mm)

7)Tính tiết diện cửa sổ có sẵn :

B E

E

C D

Theo bảng chọn kích thước các tấm sắt kiểu E-I, lá thép dày 0,3 (ԝ)mm) Phiến Sankey số1 có kích thước :

¿(64,3−24,6−7,952 )(57,2−7,95)=782,58( mm2)

8) Tính dòng cuộn sơ cấp :

I1= S ba

η U1

0,85.220=0,53( A)

η=0,8÷ 0,9

9) Tính tiết diên dây sơ cấp :

F1=I1

0,53

2,3 =0,23(mm

2

)

10) Tính đường kính dây sơ cấp :

J =1,13.√0,532,3 =0.54 (mm )

Tra bảng chọn :

{ d1'

=0,49( mm): đường kΩínhthực của lõi đồng

d1''=0,54 (mm) :đường kΩínhngoài kΩể cả cách điện

⇒ F1'

=π d1' 2

4 =0,188(mm

2)

⇒ F1''

=π d1' ' 2

4 =0,229(mm

2

)

11) Tính số vòng cuộn dây sơ cấp :

n1=n0.U1=4,6.220=1012(vòng)

12) Tính dòng cuộn thứ cấp :

I2= S ba

U 2=2,85(ԝ)A)

13) Tính tiết diện dây thứ cấp:

F2=I2

2,85

2,3 =1,24(mm

2

)

14) Tính đường kính dây thứ cấp :

d2=1,13√I2

J=1,13√2,852,3 =1,25 (mm)

Tra bảng, chọn :

{ d2'=1,16 (mm ):đường kΩínhthực của lõi đồng

d2''=1,25(mm ): đườngkΩínhngoài kΩể cả cách điện

⇒ F2'

=π d2' 2

4 =1,05(mm

2)

⇒ F2''

=π d2' ' 2

4 =1,22(mm

2

)

15) Tính số vòng cuộn thứ cấp :

n2=1,05.n0 U2=1,05.4,6 35=169,05(vòng)

16) Tính diện tích cửa sổ yêu cầu cho cuộn sơ cấp :

S CS 1=n1.F1' '

1012.0,229 0,8 =289,685(mm

2

)

kΩ lđ=0,8−hệ số lấp đầy

17) Tính diện tích cửa sổ yêu cầu cho cuộn sơ cấp :

S CS 2=n2F2''

169,05.1,22 0,8 =257,8 (mm

2

)

kΩ lđ=0,8−hệ số lấp đầy

18) Lấy dư 25% tính được diện tích cửa sổ yêu cầu :

S csyc=1,25(S CS1+S CS2)=1,25 (289,685+257,8)

¿684,35(mm2

)

19) Kiểm tra điều kiện :

S csyc=684,35(mm2)

S cscs=782,58(mm2)

⇒ S csyc<S cscs(thỏamãn)

20) Tính số phiến yêu cầu :

Chiều dày của 1 phiến : t = 0,3(ԝ)mm)

24,6

21) Tính bề rộng cuộn dây rên lõi :

684,35 57,2−2.7,95=16,57 (m m)

22) Tính chiều dài trung bình của một vòng dây :

l tb=4(A+ H

2 +

H

2 )=4(24,6+16,57

16,57

2 )=164,68 (mm )

23) Tính khối lượng dây đồng :

G=l tb(n1F1'+n2F2') g

¿164,68 (1012.0,188+169,05.1,05).8,9 10−3=539 (g)