Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC TrangChương I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠChương II TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU THYRISTOR HÌNH CẦU BA PHA. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ TĐ)Chương III TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰCChương IV TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂNChương V MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬNCHƯƠNG ITỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ1. Tổng quan về động cơ điện một chiều1.1. Khái quátDo có thể điều chỉnh tốc độ dể dàng nên động cơ điện một chiều được dùng phổ biến trong hệ thống truyền động điện của các nghành công nghiệp, giao thông vận tải.. . đặc biệt ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng với dải công suất động cơ một chiều (Đ) từ vài W đến vài ngàn MW .1.1.1.Phân loại: Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộn kích từ :Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.Động cơ điện một chiều kích từ song song.Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.1.1.2. Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều: Ưu điểm:Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ.üCó nhiều phương pháp hãm tốc độ. Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khănGiá thành đắt hơn các máy điện khác1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ: = f(M) hoặc n = f(M).Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất :c= f(Mc) hoặc nc= f(Mc).Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ: = f(I) hoặc n = f(I).Trong phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 1.2.1. Phương trình đặc tính cơ :Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ n=f(M), đây là đặc tính quan trọng nhất của động cơ.Từ sơ đồ trên ta có phương trình cân bằng điện của mạch phần ứng như sau: Uư = Eư + Rư Iư (1)Trong đó : Uư , Eư , Rư , Iư lần lược là điện áp ,sức điện động, điện trở, dòng điện của mạch phần ứng.Suất điện động Eư phần ứng của động cơ được xác định theo biểu thức sau: Eư = ¬ = (2)Trong đó :N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứnga : số đôi mạch nhánh song song cuộn phần ứng : từ thông kích từ dưới một cực từ Ce = : hệ số S.đ.đn : số vòng quay p : số đôi cựNếu biểu diễn theo tốc độ góc ta có: Eư = ¬ = Trong đó: Ke= Khi trong thanh dẫn có dòng điện iư thì thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng, chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái và nó sẽ tạo ra một mômen điện từ có độ lớn: (3)Trong đó: là hệ số mômen Iư là dòng điện phần ứngTrong chế độ động cơ M và n ngược chiều, Eư ngược chiều iư .Từ phương trình (1) ,(2) và (3) ta có phương trình đặc tính cơ điện của động cơ như sau: (4) hay Nếu bỏ qua các tổn hay Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:Về phương diện điều chỉnh tốc độ , động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt tốc độ điều chỉnh cao trong dãi điều chỉnh tốc độ rộng.Trên thực tế ta có ba thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mđt= Me= M. Khi đó ta được: phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ của động cơ.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của động cơ.Trong đề tài này chúng ta sẽ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên phần ứng của động cơ.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát Ta thấy rằng khi đưa thêm Rf vào mạch phần ứng ta có đặc tính cơ là: Theo phương pháp này ta có n0=const, nên khi tăng Rf độ dốc của đặc tính cơ tăng lên tức tốc độ thay đổi nhiều hơn khi tải thay đổi. Như vậy : 0 < Rưf 1< Rưf 2 < ....nđm >n1 >n2 ......Nhưng nếu ta tăng Rưf đến giá trị nào đó thì sẽ làm cho M như thế động cơ không quay được và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch, n= 0. Từ lúc này , ta có thay đổi Rưf thì tốc độ vẫn bằng không, nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa. Do đó phương pháp này là phương pháp điều chỉnh không triệt để.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ động cơ:Ta có phương trình đặc tính cơ: Ta nhận thấy rằng khi thay đổi thì n0 và đều thay đổi, vì vậy ta được các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông . Khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức.Như vậy: đm > 1 > 2 > ..... nđm u2c. Lúc này T6 và T1 cho dòng chạy qua. Điện áp trên tải: ud= uab=u2au2b Khi cho xung điều khiển mở T2. Thyristor này mở vì khi T6 dẫn dòng, nó đặt u2b lên anot T2 mà u2b>u2c. Sự mở T2 làm cho T6 bị khóa lại một cách tự nhiên vì u2b>u2c các xung điều khiển lệch nhau được lần lượt đưa đến các cực điều khiển của các Thyristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1.. ..Thời điểmMởKhóa T1T5 T2T6 T3T1 T4T2 T5T3 T6T Trong một nhóm, khi một Thyristor mở nó sẽ khóa ngay Thyristor dẫn dòng trước đó, ta có bảng tóm tắt sau:Trị trung bình của điện áp trên tải:Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F là vF. Đường bao phía dưới biểu diễn điện thế điểm G là vG. Điện áp trên mạch tải là: ud=vFvG là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường bao: Do trong mạch luôn có điện cảm Lc 0 nên trong quá trình chuyển mạch sẽ có hiện tượng trùng dẫn. Sau đây ta sẽ xét mạch khi có hiện tượng trùng dẫn.Giả thiết T1và T2đang dẫn dòng. Khi cho xung điều khiển mở T3. Do Lc 0 nên dòng không thể tăng đột ngột từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngột giảm từ Id xuống 0. Cả ba Thyristor đều dẫn dòng. Hai nguồn ea và eb nối ngắn mạch.Nếu chuyển gốc tọa độ từ 0 sang , ta có: Điện áp ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch ic được xác định bởi phương trình: Dòng điện chạy trong T1 là Dòng điện chạy trong T3 là Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi , và kí hiệu là góc trùng dẫn. Khi , iT1=0, ta có biểu thức sau: (1)Hình dạng điện áp tải ud trong giai đoạn trùng dẫn: Do trùng dẫn nên trị trung bình của điện áp tải bị giảm đi một lượng Xác định (2)Thay (1) vào (2) ta có: 2.2 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng 2.2.1 Sơ đồ mạch và dạng sóng Trong sơ đồ cầu ba pha đối xứng nếu ta thay 3 Thyristor T2, T4, T6 bằng 3 diod D2, D4, D6 ta sẽ được sơ đồ cầu ba pha không đối xứng như sau: 2.2.2 Hoạt động của sơ đồVới sơ đồ trên ta có thể coi nó gồm hai khối ba pha hình tia có điều khiển và không điều khiển nối tiếp nhau và hoạt động độc lập với nhau với cùng một phụ tải. Trong khoảng 0 đến : T5 và D6 cho dòng tải id=Id chảy qua, T5 đặt điện thế u2c lên anôt D2.Khi điện thế catôt D2 là u2c bắt đầu nhỏ hơn u2b diod D2 mở dòng tải id=Id chảy qua T2 và D5, ud=0.Khi cho xung điều khiển mở T1Trong khoảng đến : T1 và D2 cho dòng tải Id chạy qua D2 đặt điện thế u2c lên anôt D4.Khi điện thế catôt D4 là u2a bắt đầu nhỏ hơn u2c, diod D4 mở. Dòng tải chảy qua T4 và D1 , ud=0. Góc mở về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 đến nên điện áp chỉnh lưu có thể điều chỉnh từ giá trị lớn nhất đến 0. Khi điện áp trên tải bằng 0.Trên hình vẽ, ud1 là thành phần điện áp tải do nhóm catôt chung tạo nên, còn ud2 là thành phần điện áp tải do nhóm anot chung tạo nên. Trị tức thời của điện áp tải: ud = ud1ud2Trị trung bình của điện áp tải: Ud = Ud1Ud2trong đó: Ưu điểm của sơ đồ là đơn giản,mạch điều khiển đơn giản dễ thực hiện hơn, giá rẻ hơn. Do đó trong đa số trường hợp người ta thường chọn phương án cầu ba pha không đối xứng. Tuy nhiên trong thành phần điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nên cần có bộ lọc tốt.2.3 Bộ biến đổi đảo dòng 2.3.1 Sơ đồ và dạng sóng Chế độ chỉnh lưu Chế độ nghịch lưu 2.3.2 Hoạt động của sơ đồSơ đồ gồm 2 bộ biến đổi G1 và G2 đấu song song ngược với nhau và các cuộn kháng cân bằng Lc. Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu.Nếu là góc mở đối với G1, là góc mở đối với G2 thì sự phối hợp giá trị và phải được thực hiện theo quan hệ: . Sự phối hợp này gọi là sự phối hợp tuyến tính.Giả thử động cơ quay thuận ta cho G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu , Ud1¬>0,bây giờ ,G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu Ui2< 0. Cả 2 điện áp Ud1 và Ui2 đều đặt lên phần ứng của động cơ M. Động cơ chỉ có thể nghe theo Ud1 và quay thuận. Động cơ từ chối Ui2 vì các Thyristor không thể cho dòng chảy từ catôt đến anôt.Khi động cơ ở trạng thái dừng.Giả thử cần khởi động cơ quay thuận ta cho uc=uc1 , , , .G1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn G2 chuẩn bị sẵn sàng làm việc ở chế độ nghịch lưu. Nếu bây giờ cần giảm tốc độ động cơ ta cho uc=uc2.Các góc mở: , , , .Lúc này do quán tính nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trị số ứng với trạng thái trước đó E >U’d1 bộ biến đổi G1 bị khóa lại.Mặt khác bộ biến đổi G2 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, trả năng lượng tích lũy trong động cơ về nguồn điện xoay chiều. Dòng điện phần ứng đổi dấu, chảy từ M vào G2. Động cơ bị hãm tái sinh, tốc độ giảm xuống.Nếu chọn điện áp uc0, xuất hiện xung ra ở chân 14 nếu V(t) 300 pF.+US : điện áp nguồn nuôi từ các chân 6, 13, 16 với điện áp 1 chiều (18 V)Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng 3 tiristor ta chỉ cần sử dụng xung ra lấy từ chân số 15. +Để có được xung điều khiển lần lượt cho cả 3 tiristor cần có 3 vi mạch TCA 780 đảm nhận.2. Tính khâu khuyết đại xung, biến áp xung Máy biến áp xung:Lõi sắt máy biến áp xung được làm từ các loại hợp kim như hợp kim ferit, làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có: = 0,3 T; = 30 Am, không có khe hở không khí. Máy biến áp xung có nhiệm vụ tạo ra một điện áp bằng điện áp điều khiển để mở Thyristor. Đồng thời nó giúp cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển.Tỷ số biến áp xung: thường m = 2 3 ta chọn m = 3.+ Điện áp thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Uđk = 2,5(V).+ Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp: U1 = m.U2 = 2,5 . 3 = 7.5 (V).+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung: I2 = Iđk = 0,15(A).+ Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung: I1 = = 0,05(A). + Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: trong đó = 1,25.106 Hm là đọ từ thẩm của không khí.+ Thể tích của lõi sắt cần có:V = Q.l = thay số: V = Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 . Với thể tích đó ta có các thể tích mạch từ như sau: a = 4,5 mm; b = 6 mm; Q = 0,27 cm2 = mm2; d = 12 mm; D = 21 mm.Chiều dài trung bình mạch từ : l = 5,2 cm.+ Số vòng dây quấn sơ cấp của MBA xung: Theo định luật cảm ứng điện từ :U1 = W1 = vòng. + Số vòng dây thứ cấp:W2 = vòng.+ Tiết diện dây quấn thứ cấp:S1 = mm2Chọn mật độ dòng điện J1 = 6 Amm2+ Đường kính dây quấn sơ cấp:d1 = mm.Chọn d = 0.1 mm.+ Tiết diện dây quấn thứ cấp:S2 = mm2Chọn mật độ dòng điện J2 = 4 Amm2+ Đường kính dây quấn thứ cấp:d1 = mm.Chọn dây có đường kính d2 = 0.22 mm.+ Kiểm tra hệ số lắp đầy: Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết. Tầng khuyết đại cuồi cùng. Chọn Tranzitor Tr2:Chọn Tranzitor Tr2 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số sau:Tranzitor loại NPN, làm bằng vật liệu Silic.Điện áp giữa colectơ và bazơ khi hở mạch emitơ: UCBO = 40 VĐiện áp giữa emitơ và bazơ khi hở mạch colectơ: UEBO = 4 VDòng điện lớn nhất colectơ có thể chịu được: ICmaz = 500 mACông suất tiêu tán colectơ: Pc = 1,7 WNhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: Tmax = 1750C Hệ số khuyết đại: = 50Dòng điện làm việc của Colectơ: IC = I1 = 50 (mA).Dòng điện làm việc của bazơ: (mA).Ta thấy rằng với loại tiristo đã chọn có công suất điều khiển khá bé: Uđk = 2,5 V, Iđk = 0,15 A, nên doing colectơbazơcủa tranzitor Tr2 khá be, trong trường hợp này ta có thể không cần tranzitor Tr2 mà vẫn có đủ công suất điều khiển tranzitor Chọn nguồn cung cấp cho máy biến áp xung:Chọn nguồn +E = 12(V)Với nguồn cung cấp là E = 12(V) thì ta phải mắc thêm điện trở RC nối tiếp với cực colectơ của Tranzitor Tr2 để tránh quá áp cho Tranzitor. Chọn diodeCả hai diode D2 và Dr được chọn cùng loại 1N4009, có các tham số sau: Kí hiệu: Dòng điện định mức: Iđm =10 mA Điện áp ngược lớn nhất: Unm = 25 V Điện áp cho diode mở thang: Um = 1 V3. Chọn cổng ANDToàn bộ mạch điều khiển phải dùng 6 cổng AND nên ta chọn hai IC4801 thuộc họ CMOS. Mỗi IC4801 có 4 cổng AND, có các tham số: Nguồn nuôi IC: Vcc = 3 15 (V) ta chọn Vcc= 12(V). Nhiệt độ làm việc: t = 400C 800C Điện áp ứng với mức logic ‘1’ : 2 4,5 (V) Công suất tiêu thụ : P = 2,5 nW1 cổng.4. Chọn tụ C3 và điện trở R9Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazơ của Tranzitor. Chọn R9 thõa mãn điều kiện: Chọn R9 = 4,5( )Chọn .R9 = tx =167 ( ), tương đương 30 điện. Suy ra: Hinh1: Sơ đồ nguyên lý một kênh điều khiển.5. Tính chọn bộ tạo xung chùmMạch dao động đa hài không trạng thái bềnh tạo xung chùm dùng khuyết đại thuật toán.Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuyết đại thuật toán do đó ta chọn 6 IC loại TL084, mỗi IC này chứa 4 khuyết đại thuật toán. Các thông số: Điện áp nguồn nuôi: Vcc = 18V, chọn Vcc = 12 V. Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: 30 V. Tổng trở đầu vào: Rin = 106 M Dòng điện đầu ra: Ira = 30 pA.Mạch tạo xung chùm có tần số: kHz hay chu kì của xung chùm: T= 334 Ta có: Chọn R6 = R7 = 33 k thì T=2,2. R8.C2 = 334 Vậy R8.C2 = 151,8 Chọn tụ C2 = 0,1 R8 = 1,518 Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch, ta chọn R8 là biến trở 2(k ).6. Tính chọn tầng so sánhKhuyết đại thuật toán đã chọn loại TL084.Chọn R4 = R5 Trong đó nếu nguồn nuôi Vcc = 12 V thì điện áp vào A3 là Uv 12 V. Dòng điện vào được hạn chế để Ivn1 >n2 Nhæng nãúu ta tàng Rổf õóỳn giaù trở naỡo õoù thỗ seợ laỡm cho M ≤ Μ c nhæ thãú âäüng cå khäng quay âỉåüc v âäüng cå lm viãûc åí chãú âäü ngàõn mảch, n= Tỉì lục ny , ta cọ thay õọứi Rổf thỗ tọỳc õọỹ vỏựn bũng khọng, nghộa laỡ khäng âiãưu chènh täúc âäü âäüng cå âỉåüc nỉỵa Do âọ phỉång phạp ny l phỉång phạp âiãưu chènh khäng triãût âãø 2.2 Phỉång phạp âiãưu chènh täúc âäü bàịng cạch thay âäøi tỉì thäng kêch tỉì âäüng cå: Ta coù phổồng trỗnh õỷc tờnh cồ: n= Ru M U − C eφ C M C eφ n = n − ∆n Ta nháûn tháúy ràòng thay õọứi thỗ n0 vaỡ n õóửu thay õọứi, vỗ váûy ta âỉåüc cạc âỉåìng âàûc âiãưu chènh däúc dỏửn, vồùi taới nhổ thỗ tọỳc õọỹ caỡng cao gim tỉì thäng Φ Khi âiãưu chènh tỉì thọng thỗ õióỷn aùp phỏửn ổùng giổợ nguyón giaù trở âënh mæïc Nhæ váûy: Φ âm > Φ > Φ > nâm u2c Lục ny T6 v T1 cho dng chảy qua Âiãûn ạp trãn ti: ud= uab=u2a-u2b SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 10 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều Âiãûn cm mảch pháưn ỉïng â cọ: Lỉc = Lỉ + 2.LBA = 8,049 + 2.0,379 = 8,782 mH Âiãûn cm cün khạng lc: Lk = L - Lỉc = 10,743 - 8,808 = 1,961 mH 3.4.Thiãút kãú kãút cáúu ca cün khạng Cạc thäng säú ban âáưu: Âiãûn cm u cáưu ca cün khạng lc: Lk = 1,961 mH Dng âiãûn âënh mỉïc chy qua cün khạng: Im = 43,5 A Biãn âäü dng xoay chiãưu báûc mäüt: I1.m = 10%Iâm = 4,35 A Do âiãûn caím cuäün khạng låïn v âiãûn tråí ráút bẹ, ta cọ thãø coi täøng tråí cün khạng xáúp xè bàịng âiãûn khạng ca cün khạng: Zk = Xk = π f’.Lk = π 6.50.1,961 10 −3 = 3,696 Ω Âiãûn ạp xoay chiãưu råi trãn cün khạng lc: ∆U = Z k I m = 3,696 4,35 = 11,368 V Cäng sút ca cün khạng loüc: S = ∆U I 1.m = 11,218 4,35 = 34,968 VA Tiãút diãûn cỉûc tỉì chênh ca cün khạng lc: Q = kQ S 34,968 = = 1,707 cm2 ' 6.50 f kQ - hãû säú phủ thüc phỉång thỉïc lm mạt, lm mạt bàịng khäng khê tỉû nhiãn kQ = Chøn hoạ kêch thỉåüc trủ theo kêch thỉåïc cọ sàơn: Chn Q = 2.25 cm2 Våïi tiãút diãûn truû Q = 2.25 cm2 Chn loải thẹp a = 15 mm ; b = 20 mm Chn máût âäü tỉì cm trủ BT = 0,8 T Khi cạc thnh phỏửn õióỷn xoay chióửu chaỷy qua cuọỹn khaùng thỗ cün khạng s xút hiãûn mäüt sỉïc âiãûn âäüng Ek: E = 4,44.Ỉ.f’.BT.Q Gáưn âụng ta cọ thãø viãút: Ek = ∆U = 11,368 V W= ∆U 11,368 = = 47,416 voìng 4,44 f '.BT Q 4,44.6.50.0,8.2,25.10 −4 Láúy W = 48 vng Ta cọ dng âiãûn chảy qua cuäün khaïng: i(t) = Id + I1.m.cos(6 θ + ϕ1 ) Dng âiãûn hiãûu dủng chảy qua cün khạng: SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 28 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều Ik = I 4,35 I + 1.m = 43,5 + = 43.609 A 2 d Choün máût âäü doing âiãûn qua cuäün khaïng: J = 2,75 A/mm2 10.Tiãút diãûn dáy quáún cuäün khaïng: Sk = I k 43,609 = = 15,858 mm2 J 2,75 Chn dáy tiãút diãûn chỉỵ nháût, cạch âiãûn cáúp B, choün Sk = 16,20 mm2 ak x bk = 3,80 x 8,00 (mm x mm) J k 43,609 = = 2,692 A/mm2 S k 16,200 W S k = 0.7 11.Choün hãû säú láúp âáöy: Klâ = Qcs Tênh lải máût âäü dng âiãûn: J = 12.Diãûn têch cỉía säø: Qcs = W S k 48.15,858 = = 1110 ,9 (mm2) = 11,109 cm2 K ld 0,7 13.Tênh kêch thỉåïc mảch tỉì: Qcs = c x h Choün m = h/a = Suy ra: h = 3a = 3.15= 45 mm c= Qcs 11,109 = = 2,469 (cm) = 25mm h 45 14.Chiãưu cao mảch tỉì: H = h + a = 45 + 15 = 60 mm 15.Chiãưu di mảch tỉì: L = 2.c + 2.a = 2.25 + 2.15 = 80 mm 16.Choün khoaíng cạch tỉì gang âãún cün dáy: hg = mm 17.Tênh säú voìng dáy trãn mäüt låïp: W1 = h − 2.hg bk = 10 voìng 18.Tênh säú låïp dáy quáún: n1 = W 48 = = låïp W1 10 Mäùi låïp cọ 10 vng 19.Chn khong cạch cạch âiãûn giỉỵa dáy qún våïi trủ: a01 = mm Cạch âiãûn giỉỵa cạc låïp: cd1 = 0,1 mm 20.Bãư daìy cuäün dáy: Bd = (ak + cd1).n1 = (3,8 + 0,1).5 = 19,5 mm 21.Täøng bãư dy cün dáy: BdΣ = Bd + a01 = 19,5 + = 22,5 mm 22.Chiãưu di ca vng dáy cng: SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 29 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều l1 = 2.(a + b) + π a01 = 2.(15 + 20) + π = 88,850 mm 23.Chiãưu di ca vng dáy ngoi cng: l2 = 2.(a + b) + π (a01 + Bd) = 2.(15 + 20) + π (3 + 19.5) = 211,372 mm 24.Chióửu daỡi trung bỗnh cuớa mọỹt voìng dáy: ltb = l1 + l 88,850 + 211,372 = = 150,111 mm 2 25.Âiãûn tråí cuía dáy quáún åí 750C: l tb W 150,111 10 −3.48 = 0,02133 = 0,0095 Ω R = ρ 75 Sk 16,2 våïi ρ 75 = 0,02133 Ω mm / m l âiãûn tråí sút âäưng åí 750C Ta tháúy âiãûn tråí ráút bẹ, nãn gi thiãút ban âáưu b qua âiãûn tråí l âụng 26.Thãø têch sàõt: a b VFe = 2.a.b.h + .b.L = a.b.(2h + L) = = 15.20.10-4.(2.45 + 80).10-2 = 0,051 dm 27.Khäúi læåüng sàõt: MFe = VFe.mFe = 0,051.7,85 = 0,400 kg âọ mFe l khäúi lỉåüng riãng ca sàõt mFe = 7,85 kg/ dm Khäúi lỉåüng âäưng: MCu = VCu.mCu = Sk.ltb.W.mCu = = 16,2.150,111.10-6.48.8,9 = 1,039 kg Trong âoï: mCu = 8,9 kg / dm CHỈÅNG TÊNH CHN CẠC PHÁƯN TỈÍ MẢCH ÂIÃƯU KHIÃØN SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 30 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều Khi toạn mảch âiãưu khiãøn ta tiãún hnh toạn tỉì táưng khuút âải ngỉåüc tråí lãn ÅÍ âáy ta thiãút kãú mảch âiãưu khiãøn theo ngun tàõc âiãưu khiãøn thàóng âỉïng tuún Mảch âiãưu âỉåüc xút phạt tỉì u cáưu vãư måí xung Thyristor Cạc thäng säú cå bn âãø mảch âiãưu khiãøn: Âiãûn ạp âiãưu khiãøn Thyristor : Uđk = 2.5 (V) Dng âiãûn âiãưu khiãøn Thyristor : Iđk = 150 (mA) = 0,150 (A) Thåìi gian måí Thyristor : tcm = 15 µs Âäü räüng xung âiãưu khiãøn : tx = 167 µs Táưn säú xung diãưu khiãøn : fx = kHz Mỉïc sủt biãn âäü xung : sx = 0,15 ∆α = 40 Âäü máút âäúi xụng cho phẹp : Âiãûn ạp ngưn ni mảch âiãưu khiãøn : U = ± 12 V -Tiristor chè måí cho dng âiãûn chảy qua cọ âiãûn ạp dỉång âàût trãn anot v xung dng dỉång âàût vo cỉûc õióửu khióứn G Sau tiristor õaợ mồớ thỗ xung âiãưu khiãøn khäng cn tạc dủng, dng âiãûn chy qua tiristor thäng säú ca mảch âäüng lỉûc quút âënh -Mảch âiãưu khiãøn cọ cạc chỉïc nàng sau: +Âiãưu chènh âỉåüc vë trê xung âiãưu khiãøn phảm vi nỉía chu k dỉång ca âiãûn ạp âàût trãn anot - catot ca tiristor +Tảo âỉåüc cạc xung â âiãưu kiãn måí âỉåüc tiristor (xung âiãưu khiãøn thỉåìng cọ biãn âäü tỉì - 10 V, âäü räüng xung tiristorx = 20 - 100 µ s âäúi våïi thiãút bë chènh læu) Âäü räüng xung âæåüc theo biãøu thæïc: tx = I dt di dt Trong âoï: Idt : doỡng trỗ cuớa tiristor di : tọỳc õọỹ tng trỉåíng ca dng ti dt 1/ Thiãút kãú mảch âiãưu khiãøn: -Cáúu trục mảch âiãưu khiãøn ca tiristor: SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 31 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều udk : âiãûn ạp âiãưu khiãøn : âiãûn aïp mäüt chiãöu udb : âiãûn aïp âäöng bäü: âiãûn ạp xoay chiãưu hồûc biãún thãø ca nọ, âäưng bäü våïi âiãûn ạp anot - catot ca tiristor +Kháu 1: Khỏu so saùnh, U CM- UC =0 thỗ trigồ láût trảng thại åí âáưu cọ chùi xung “sin chỉỵ nháût” +Kháu 2: Âa hi trảng thại äøn âënh +Kháu 3: Khuãúch âaûi xung +Kháu 4: Biãún aùp xung *Caùc giaù trở trung bỗnh: -Giaù trở trung bỗnh cuớa õióỷn aùp chốnh lổu: T Ud = ỷt u dt = d T ∫0 2π U di = π 2π + +α ∫ U m sin θ dθ = π +α 6 U cos α 2π U : giaù trở trung bỗnh cuớa õióỷn aùp chènh lỉu ca bäü chènh lỉu âiãưu khiãøn våïi α = 0 Suy U d = U di cos -Hióỷn tổồỹng truỡng dỏựn: +Vỗ thỉûc tãú âiãûn cm ca ngưn v ca ti â keùo daỡi quaù trỗnh chuyóứn maỷch, vỏỷy mọỹt tiristor naỡy õang giaớm dỏửn doỡng õióỷn vóử thỗ tiristor khạc lải cọ dng âiãûn tàng lãn våïi cng täúc âäü Khong thåìi gian chuøn tiãúp ny cọ sỉû trng dáùn +Trong khong chuøn mảch âỉåüc âàûc trỉng bàịng gọc chuøn mảch µ Lục ny dng âiãûn ti l täøng dng âiãûn tiristor cng dáùn Âiãûn ạp trón taới laỡ trung bỗnh cuớa õióỷn aùp pha âang dáùn Hiãûn tỉåüng chuøn mảch lm gim âiãûn ạp trung bỗnh Bừng caùch taùc õọỹng vaỡo Udk ta coù thãø âiãưu chènh âỉåüc vë trê xung âiãưu khiãøn, cng tỉïc l âiãưu chènh âỉåüc gọc måí α SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 32 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều -Mảch âiãưu khiãøn thỉåìng âỉåüc thiãút kãú theo ngun tàõc thàóng âỉïng tuún -Âãø tảo thnh mảch âiãưu khiãøn thỉåìng sỉí dủng cạc linh kiãûn: biãún ạp âäưng pha, vi mảch TCA 780 (cäng tàõc ngỉåỵng), tranzitor, mạy biãún ạp xung, cạc diot v diot zener v mäüt säú linh kiãûn âiãûn tỉí khạc Vi maûch TCA 780 a) Giåïi thiãûu Vi maûch TCA 780 cn âỉåüc gi l cäng tàõc ngỉåỵng -Âỉåüc bạn räüng ri trãn thë trỉåìng, vi mảch ny hng Siemens chãú tảo, âỉåüc sỉí dủng âãø âiãưu khiãøn cạc thiãút bë chènh lỉu, thiãút bë âiãưu chènh dng âiãûn xoay chiãưu -TCA 780 l vi mảch phỉïc håüp thỉûc hiãûn chỉïc nàng ca mäüt mảch âiãưu khiãøn: +”Tãư âáưu” âiãûn ạp âäưng bäü +Tảo âiãûn ạp ràng cỉa âäưng bäü +So sạnh +Tảo xung b) Så âäư ca TCA 780 SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 33 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều -Cọ thãø âiãưu chènh gọc måí α tỉì 00 âãún 1800 âiãûn -Thäng säú ch úu ca TCA 780: +Âiãûn ạp ni: Us = 18 V +Dng âiãûn tiãu thủ: IS = 10 mA +Dng âiãûn ra: I = 50 mA +Âiãûn ạp ràng cỉa: Ur max = (US - 2) V +Âiãûn tråí mảch tảo âiãûn ạp ràng cỉa: R9 = 20 k Ω - 500 k Ω +Âiãûn ạp âiãưu khiãøn: U11 = -0,5 - (Us - 2) V +Doìng âiãûn âäưng bäü: IS = 200 µ A +Tủ âiãûn: C10 = 0,5 µ F +Táưn säú xung ra: f = 10 -500 Hz -TCA 780 hoaût âäüng theo nguyãn tàc âiãưu khiãøn thàóng âỉïng tuún +Uc : âiãûn ạp âiãưu khiãøn láúy tỉì chán 11 (Khong 0,5 -16 V) +Ur = Uc -Uv : Uc = Ur tæïc Uv =0 thỗ TCA laỡm nhióỷm vuỷ so saùnh vaỡ tảo xung Bàịng cạch lm thay âäøi Udk cọ thãø âiãưu chènh thåìi âiãøm xút hiãûn xung tỉïc âiãưu chènh âỉåüc gọc måí α +Tủ C10: tham gia vo kháu tảo âiãûn ạp ràng cỉa, âỉåüc nảp bàịng dng âiãûn i tỉì chán säú 10 v dng i âỉåüc âiãưu chènh bàịng R9 (thỉåìng R9 = 20 k Ω 500 k Ω ) Doìng âiãûn i âæåüc tênh: i= U 3,3 = R9 R (Thỉåìng chn R9 = 200 k Ω ) SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 34 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều U 10 = i.t C10 (Thỉåìng chn C10 = 0,5 µ F) +Tải thåìi âiãøm t = t0, U10 = Uc = U11, xút hiãûn xung dỉång åí chán 15 nãn V(t)>0, xuáút hiãûn xung åí chán 14 nãúu V(t) 300 pF +US : âiãûn ạp ngưn ni tỉì cạc chán 6, 13, 16 våïi âiãûn ạp chiãưu (18 V) Lổu yù: +Trổồỡng hồỹp sồ õọử chốnh lổu hỗnh tia pha sỉí dủng tiristor ta chè cáưn sỉí dủng xung láúy tỉì chán säú 15 +Âãø cọ âỉåüc xung âiãưu khiãøn láưn lỉåüt cho c tiristor cáưn cọ vi mảch TCA 780 âm nháûn Tênh kháu khuút âải xung, biãún ạp xung - Maïy biãún aïp xung: +E Rc D3 Rg T il Dr C3 L iDr R9 iC D2 Tr Li sàõt mạy biãún ạp xung âỉåüc lm tỉì cạc loải håüp kim håüp kim ferit, lm viãûc trãn mäüt pháưn ca âàûc tỉì hoạ cọ: ∆B = 0,3 T; ∆H = 30 A/m, khäng cọ khe håí khäng khê Mạy biãún ạp xung cọ nhiãûm vủ tảo mäüt âiãûn ạp bàịng âiãûn ạp âiãưu khiãøn âãø måí Thyristor Âäưng thåìi giụp cạch ly giỉỵa mảch âäüng lỉûc v mảch âiãưu khiãøn SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 35 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều T säú biãún ạp xung: thỉåìng m = ÷ ta chn m = + Âiãûn ạp thỉï cáúp mạy biãún aïp xung: U = Uâk = 2,5(V) + Âiãûn aïp âàût lãn cuäün så cáúp: U1 = m.U2 = 2,5 = 7.5 (V) + Doìng âiãûn thỉï cáúp mạy biãún ạp xung: I = Iâk = 0,15(A) + Dng âiãûn så cáúp mạy biãún ạp xung: I1 = I 0.15 = = 0,05(A) m + ọỹ tổỡ thỏứm trung bỗnh tổồng õọỳi cuớa loợi sừt: tb = B 0,3 = = 8.10 µ ∆H 1,25.10 −6.30 âọ µ = 1,25.10-6 H/m l â tỉì tháøm ca khäng khê + Thóứ tờch cuớa loợi sừt cỏửn coù: à t s U I V = Q.l = tb X X 1 ∆B thay säú: V= −6 −6 8.10 1,25.10 167.10 0,15.7,5.0,05 = 1,044.10 −6 m = 1,044 cm 0,3 Chn mảch tỉì coï thãø têch V = 1,4 cm Våïi thãø têch âọ ta cọ cạc thãø têch mảch tỉì nhæ sau: a = 4,5 mm; b = mm; Q = 0,27 cm2 = mm2; d = 12 mm; D = 21 mm Chióửu daỡi trung bỗnh maỷch tổỡ : l = 5,2 cm + Säú voìng dáy quáún så cáúp ca MBA xung: Theo âënh lût cm ỉïng âiãûn tỉì : U1 = W1 Q ⋅ W1 = dB ∆B = W1Q ⋅ dt tx U 1t x 7,5.167.10 −6 = = 155 voìng ∆B.Q 0,3.27.10 −6 + Säú vng dáy thỉï cáúp: W2 = W1 = 52 vng m + Tiãút diãûn dáy qún thỉï cáúp: I 50.10 −3 = = 0,0083 mm2 S1 = J1 Choün máût âäü doìng âiãûn J1 = A/mm2 + Âỉåìng kênh dáy qún så cáúp: d1 = 4.S1 = π 4.0,0083 = 0,103 mm π Choün d = 0.1 mm + Tiãút diãûn dáy quáún thæï cáúp: SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 36 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều S2 = I 0,15 = = 0,038 mm2 J2 Choün máût âäü doìng âiãûn J2 = A/mm2 + Âỉåìng kênh dáy qún thỉï cáúp: d1 = 4.S = π 4.0,038 = 0,219 mm π Chn dáy cọ âỉåìng kênh d2 = 0.22 mm + Kiãøm tra hãû säú làõp âáöy: S1 W1 + S W2 d12 W1 + d 22 W2 = d2 d2 (π + ) 0,1 155 + 0,22 2.52 = = 0,03 12 K ld = Nhỉ váûy cỉía säø â diãûn têch cáưn thiãút - Táưng khuút âải cưi cng - Chn Tranzitor Tr2: Chn Tranzitor Tr2 loải 2SC9111 lm viãûc åí chãú âäü xung cọ cạc thäng säú sau: Tranzitor loải NPN, lm bàịng váût liãûu Silic Âiãûn ạp giỉỵa colectå v bazå håí mảch emitå: U CBO = 40 V Âiãûn ạp giỉỵa emitå v bazå håí mảch colectå: UEBO = 4V Dng âiãûn låïn nháút colectå cọ thãø chëu âỉåüc: ICmaz = 500 mA Cäng suáút tiãu taïn colectå: Pc = 1,7 W Nhiãût âäü låïn nháút åí màût tiãúp giạp: Tmax = 1750C Hãû säú khuút âải: β = 50 Dng âiãûn lm viãûc ca Colectå: IC = I1 = 50 (mA) Dng âiãûn lm viãûc ca bazå: I B = I C 50 = = (mA) β 50 Ta tháúy ràịng våïi loải tiristo â chn cọ cäng sút âiãưu khiãøn khạ bẹ: k = 2,5 V, Iâk = 0,15 A, nãn doing colectå-bazåca tranzitor Tr2 khạ be, trỉåìng håüp ny ta cọ thãø khäng cáưn tranzitor Tr2 m váùn cọ â cäng sút âiãưu khiãøn tranzitor - Chn ngưn cung cáúp cho mạy biãún ạp xung: Choün nguäön +E = 12(V) Våïi nguäön cung cáúp laỡ E = 12(V) thỗ ta phaới mừc thóm õióỷn tråí RC näúi tiãúp våïi cỉûc colectå ca Tranzitor Tr2 âãø traïnh quaï aïp cho Tranzitor RC = E − U 12 − 7,5 = = 90 (Ω) I1 0,05 SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 37 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều - Chn diode C hai diode D2 v Dr âỉåüc chn cng loải 1N4009, cọ cạc tham säú sau: - Kê hiãûu : - Dng âiãûn âënh mỉïc : Iâm =10 mA - Âiãûn ạp ngæåüc låïn nháút : Unm = 25 V - Âiãûn aïp cho diode måí thang : Um = V Chn cäøng AND Ton bäü mảch âiãưu khiãøn phi duìng cäøng AND nãn ta choün hai IC4801 thuäüc h CMOS Mäùi IC4801 cọ cäøng AND, cọ cạc tham säú: - Ngưn ni IC: Vcc = ÷ 15 (V) ta choün Vcc= 12(V) - Nhiãût âäü laìm viãûc: t = -400C ÷ 800C - Âiãûn ạp ỉïng våïi mỉïc logic ‘1’ : ÷ 4,5 (V) - Cäng suáút tiãu thuû : P = 2,5 nW/1 cäøng Chn tủ C3 v âiãûn tråí R9 Âiãûn tråí R9 dng âãø hản chãú dng âiãûn âỉa vo bazå ca Tranzitor Chn R9 tha mn âiãưu kiãûn: U 4,5 = = 4500(Ω) = 4,5 ( kΩ) I B 0,001 Choün R9 = 4,5( kΩ ) Choün C R9 = tx =167 ( µs ), tỉång âỉång 30 âiãûn Suy ra: t 167.10 −6 C3 = x = = 0,037( µF ) R9 4,5.10 −3 R9 ≥ SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 38 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều U1 UA R1 A1 R2 D1 Tr R3 A2 C1 C2 Urc Udk A4 R8 R6 R4 R5 R7 A3 AND C3 R9 Dr D2 +E Rc il L iDr iC Tr D3 Rg T Hinh1: Så âäö nguyãn lyï mäüt kãnh âiãöu khiãøn SVTH : BïI XU¢N QUANG– Lớp 04DHT Trang 39 Đồ án môn học Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều Tênh chn bäü tảo xung chm Mảch dao âäüng âa hi khäng trảng thại bãưnh tảo xung chm dng khuút âải thût toạn Mäùi kãnh âiãưu khiãøn phi R8 dng khuút âải thût toạn âọ ta chn IC loải TL084, mäùi IC ny chỉïa khuút âải thût toạn Cạc thäng säú: A - Âiãûn aïp nguäön nuäi: Vcc = ± 18V, choün Vcc = ± 12 V C2 - Hiãûu âiãûn thãú giỉỵa hai R7 âáưu vo: ± 30 V R6 - Täøng tråí âáưu vo: Rin = 10 M Ω - Dng âiãûn âáưu ra: Ira = 30 pA Mảch tảo xung chuỡm coù tỏửn sọỳ: f = kỗ cuớa xung chuỡm: T= = kHz hay chu tx = 334 µs f R T = R8 C ln1 + R7 Choỹn R6 = R7 = 33 k thỗ T=2,2 R8.C2 = 334 µs Váûy R8.C2 = 151,8 µs Choün tủ C2 = 0,1 µF ⇒ R8 = 1,518 kΩ Ta cọ: Âãø thûn tiãûn cho viãûc âiãưu chènh làõp mảch, ta chn R8 l biãún tråí 2(k Ω ) Tênh chn táưng so sạnh Khuút âải thût toạn â chn loải TL084 Chn R4 = R5 R Urc Udk U 12 > v = = 12(kΩ) I v 1.10 −3 R5 A3 Trong âọ nãúu ngưn nuọi Vcc = Ura 12 V thỗ õióỷn aùp vaỡo A3 l Uv ≈ 12 V Dng âiãûn vo âỉåüc hản chãú âãø Iv