MỤC LỤC KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ 1 Hình 3: Họ đặc tính cơ bản khi thay đổi từ thông................................................12 5 LỜI NÓI ĐẦU 6 CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 7 I: Giới thiệu về máy điện một chiều 7 1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều 7 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập 8 1.2.1 Khái niệm chung 8 1.2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều 8 1.2.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 8 1.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông 10 1.2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng 12 1.2.2.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng 14 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH 17 2.1 Sơ đồ khối 18 2.2 Phân tích từng khối 18 2.2.1 Khối nguồn 18 2.2.2 Mạch lực 19 2.2.2.1 Sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha 19 2.2.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển 22 2.3 Mạch điều khiển 24 2.3.1 Khái quát chung 24 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý 25 2.3.3 Nguyên lí làm việc của TCA 785 30 CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ 32 3.1 Mục đích và ý nghĩa 32 3.2 Tính chọn mạch động lực 32 3.2.1 Tính toán chọn van động lực 32 3.2.2 Tính chọn diode 33 3.3. Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van 33 3.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn 33 3.3.2 Bảo vệ quá dòng điện cho van 34 3.3.3.Bảo vệ quá điện áp cho van 34 3.4 Tính toán mạch điều khiển 35 3.5 Tính chọn phần tử cách ly 35 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch 38 3.7 Sơ đồ board 39 3.8 Sơ đồ bố trí linh kiện 39 KẾT LUẬN 40 Tài liệu tham khảo 41
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** - o0o - ĐỀ TÀI MƠN HỌC Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Hùng Vũ Thanh Hải Khoá học : 2014-2018 Ngành đào tạo: Điện tử công nghiệp Tên đề tài: Thiết kế chế tạo chỉnh lưu cầu pha điều khiển điều khiển tốc độ động chiều Yêu cầu: - Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển - Sử dụng động chiều Số liệu cho trước: - Động có thơng số Uđm= 220V(DC),Pđm =0.2KW,Iđm= 1.2A N=2000 V/ph - Tài liệu chun mơn Nội dung cần hồn thành: Phân tích, lựa chọn phương án Lý thuyết vấn đề liên quan Phân tích, lựa chọn thiết bị Lập trình điều khiển mô Sản phẩm đề tài: Quyển thuyết minh vẽ, mạch yêu cầu Giáo viên hướng dẫn Chu Thị Thanh Thơ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT MỤC LỤC KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Hình 3: Họ đặc tính thay đổi từ thông 12 .5 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .7 I: Giới thiệu máy điện chiều 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 1.2.1 Khái niệm chung 1.2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều 1.2.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng 1.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ thay đổi từ thông 10 1.2.2.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng 12 1.2.2.4 Điều chỉnh tốc độ động rẽ mạch phần ứng 14 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH 17 2.1 Sơ đồ khối 18 2.2 Phân tích khối 18 2.2.1 Khối nguồn .18 2.2.2 Mạch lực 19 2.2.2.1 Sơ đồ cầu chỉnh lưu pha 19 2.2.2.2 Mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 22 2.3 Mạch điều khiển 24 2.3.1 Khái quát chung 24 2.3.2 Sơ đồ nguyên lý 25 2.3.3 Nguyên lí làm việc TCA 785 30 CHƯƠNG III TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ 32 3.1 Mục đích ý nghĩa 32 3.2 Tính chọn mạch động lực 32 3.2.1 Tính tốn chọn van động lực 32 3.2.2 Tính chọn diode 33 3.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van 33 3.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn 33 3.3.2 Bảo vệ dòng điện cho van 34 3.3.3.Bảo vệ điện áp cho van 34 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 3.4 Tính tốn mạch điều khiển 35 3.5 Tính chọn phần tử cách ly 35 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch .38 3.7 Sơ đồ board 39 3.8 Sơ đồ bố trí linh kiện .39 KẾT LUẬN 40 Tài liệu tham khảo 41 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động 10 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng 11 Hình 3: Họ đặc tính thay đổi từ thơng 12 Hình 4: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng .13 Hình 5: Họ đặc tính thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng .14 Hình 6: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ cách rẽ mạch phần ứng 15 Hình 7: Họ đặc tính Rn = const, RS thay đổi 17 Hình 8: họ đặc tính RS = const, Rn thay đổi……………………………… 18 Hình : Sơ đồ khối .19 Hình 10 : Sơ đồ khối nguồn 19 Hình 11: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển 23 Hình 12: điện áp tải van bán dẫn sơ đồ điều khiển 24 Hình 13: TCA 785 .26 Hình 14:Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ .35 Hình 15: Sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý MOC 3020 39 Hình 16: Sơ đồ nguyên lí .39 Hình 17: Sơ đồ board 41 Hình 18: Sơ đồ bố trí linh kiện 41 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, điện tử cơng suất đóng vai trò quan trọng q trình cơng nghiệp hố đất nước Sự ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hố cho q trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử cơng suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nội dung mơn học Điện tử công suất chúng em giao thực đề tài: “Thiết kế chế tạo chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển điều khiển tốc độ động cơ’’ Với hướng dẫn tận tình thầy: Chu Thị Thanh Thơ, chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực Nguyễn Đức Hùng Vũ Thanh Hải KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I: Giới thiệu máy điện chiều 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều Như ta biết máy phát điện chiều dùng làm máy phát điện động điện Động điện chiều thiết bị quay biến đổi điện thành Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Động điện chiều sử dụng rộng rãi công nghiệp giao thông vận tải Động điện chiều gồm loại sau đây: - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp - Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 1.2.1 Khái niệm chung Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi thơng số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác Khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều 1.2.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dòng điện, moment khơng thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều, biến đổi van khuếch đại từ… Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo u cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = Uđm/KEđm Độ cứng đường đặc tính cơ: Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động tốc độ không tải lý tưởng thay đổi độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp độ cứng đường đặc tính khơng thay đổi Họ đặc tính đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên: n n0 ncb n1 n2 n3 TN ( Uđm) Uđm > U1> U2> U3 ncb> n1> n2> n3 U1 U2 U3 M MC Hình 1: Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất giảm áp cho tốc độ nhỏ tốc độ n cb Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào nguồn có điện áp thay đổi cách liên tục ngược lại KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Theo lý thuyết phạm vi điều chỉnh D = Nhưng thực tế động điện chiều kích từ độc lập khơng có biện pháp đặc biệt làm việc phạm vi cho phép: Umincp = nghĩa phạm vi điều chỉnh: D = ncb/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < Umincp phản ứng phần ứng làm cho tốc độ động không ổn định Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ ncb Ưu điểm: Đây phương pháp điều chỉnh triệt để, vơ cấp có nghĩa điều chỉnh tốc độ vùng tải kể không tải lý tưởng Nhược điểm: Phải cần có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao 1.2.2.2 Điều chỉnh tốc độ thay đổi từ thông + - U Iư Ckt + Rkt - Ukt Hình 2: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = KMIư sức điện động quay động Eư = KEn Thông thường, thay đổi từ thơng điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ máy điện công suất trung bình, người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đổi từ 10 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT d.Dạng sóng dòng điện 27 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT e Các thông số TCA 785 28 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Thơng số Dòng tiêu thụ Điện áp vào điều khiển , chân 11trở kháng vào Mạch tạo cưa Dòng nạp tụ Biên độ cưa Điện trở mạch nạp Thời gian sườn ngăn xung cưa Tín hiệu cấm vào, chân Cấm Cho phép Độ rộng xung ra, chân 13 Xung hẹp Xung rộng Xung chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng Giá trị Giá trị tiêu Giá biểu(F= 50 max HZ VS=5V) IS V11 R11 4,5 0,2 I10 V10 R9 tP 10 V6I V6H 6,5 15 10 V10 MAX MA V kΩ 1000 VS-2 300 μA V KΩ Ms 3.3 3.3 2.5 V V 80 trị Đơn vị V13 H 3.5 2.5 3.5 2.5 V V V14/V 15 V14/V 15 tP VS-13 0.3 20 530 VS-2.5 0.8 30 620 VS 1.0 40 760 V V μs μs/n F 2.8 3.1 2x10-4 3.4 5x10-4 V 1/K Điện áp điều khiển VREF Điện áp chuẩn Góc điều khiển ứng với αrsef điện áp chuẩn * Tính tốn phần tử bên -Xung cưa: 29 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Ta có f = 50Hz => T = 1/f = 20ms =>1 chu kì xung cưa : T1 = 10ms Sườn lên : 9.5 ms Sườn xuống : 0.5ms Chọn tụ cưa: C10 500pF (min) 1F (max) Thời điểm phát xung: tTr = Dòng nạp tụ: I10 = Điện áp tụ: V10 = TCA 785 hãng SIEMEN chế tạo sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều Có thể điều chỉnh góc từ 00 đến 1800 điện Thông số chủ yếu TCA là: - Điện áp nguồn ni: US= 15V - Dòng điện tiêu thụ: IS= 10mA - Điện áp ra: I= 50mA - Điện áp cưa: URC max= (US- 2) V Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9= (20500) Điện áp điều khiển: U11 = - 0,5 (US – 2) V Dòng điện đồng bộ: IS = 200 (A) Tụ điện: C10 = 0,5 (F) Tần số xung ra: f = (10 500) Hz Chọn giá trị thực tế: C10 = 104, C12 = 473 ,R9 = 33kΩ Biến trở VR1= 10kΩ - Điện áp điều khiển chọn VR2 = 10kΩ - Khâu đồng pha chọn Rđồng pha = 1mΩ 30 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT 2.3.3 Ngun lí làm việc TCA 785 TCA 785 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: “tề đầu???” điện áp đồng tạo điện áp cưa đồng bộ, so sánh tạo xung Nguồn ni qua chân 16 Tín hiệu đồng đượclấy qua chân số số Tín hiệu điều khiển đưa vào chân 11 Một nhận biết điện áp kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái chuyển tín hiệu đến phận đồng Bộ phận đồng điều khiển tụ C10; Tụ C10 nạp đến điện áp không đổi (quyết định R9) Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 tín hiệu đưa vào khâu logic Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, góc mở α thay đổi từ đến 180 o Với nửa chu kì song xung dương xuất Q1, Q2 Độ rộng khoảng 30-80μs Độ rộng xung kéo dài đến 180o thơng qua tụ C12 Nếu chân 12 nối đất có xung khoảng α đến 180o Nguyên lí hoạt động khâu tạo xung điều khiển Thyristor: Điện áp lưới sau qua máy biến áp hạ xuống 12VAC đưa vào chân số chân số qua điện trở R Tín hiệu điều khiển V dk đưa vào chân 11 so sánh với điện áp cưa tạo tụ C10 cho ta xung điều khiển thyristor có góc mở α tăng dần đầu chân 14 15 Khi xảy ngắn mạch chân 16 nhận tín hiệu cấm, chân 14 15 khơng tín hiệu đầu 31 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG III TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Mục đích ý nghĩa Trong việc chọn thiết bị hệ thống truyền động điện có ý nghĩa quan trọng Mục đích để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật hệ thống với vốn đầu tư tối thiểu Trong việc chọn cơng suất động có ý nghĩa quan trọng Nếu chọn cơng suất động lớn cơng suất u cầu làm tăng vốn đầu tư Động làm việc non tải khong sử dụng hết khả phát nhiệt dẫn đến làm giảm hiệu suất hệ thống, hệ số công suất thấp làm ảnh hưởng đến chất lượng điện Ngoài việc chọn thiết bị khác phải phản ánh chế độ làm việc đảm bảo kỹ kinh tế kỹ thuật, tận dụng hết khả làm việc thiết bị 3.2 Tính chọn mạch động lực Các thơng số động điện chiều sau: Uđm = 220 (V) Pđm = 200 (W) I=1 (A) f= 50 (Hz) n1 = 1800(v/p) 3.2.1 Tính tốn chọn van động lực Tính chọn Thyristor dựa yếu tố dòng tải, sơ đồ chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc Các thơng số van tính đây: Udmax== = 198.17 (V) Trong đó: Udmax: điện áp tải lớn U2: điện áp thứ cấp máy biến áp UT thmax =UT ngmax=*U2 == 311.12 (V) UTh ≥ KdtU* UThmax = 1.8* 311.12 = 560.016 (V) UTh :Giá trị cho phép Thyristor ( Datasheet ) KdtU: Hệ số dự trữ điện áp 32 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Ta có Idm = Id = (A) Ilv= Ihd = Khd Id= = 0.7 (A) Ilvđm= Ki * Ilv = 4* = 2.8 (A) Ki : Hệ số dự trữ dòng điện Chọn Thyristor BT151 – 650R có thơng số sau Ung max= 650V ; Iđm= 7,5A ; Ug = 1,5V : Ig max = 15mA Tx= 100µs ; Sx = 0,1 Ton = 2ms ; Toff = 70ms 3.2.2 Tính chọn diode Ta có : IDhd = = (A) UDng max = U2 = *220 =311.12 (V) UDng KdtU * UDngmax = 1.8*311.12 = 560.016 (V) Idm Ki*IDdm = 4* =2.8 (A) Chọn diode 1N5406 3.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van 3.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn Khi làm việc với dòng điện chạy qua van có sụt điện áp có tổnt thất công suất Tổn hao sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn làm việc nhiệt độ cho phép Tcp Nếu q nhiệt độ cho phép van bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an tồn khơng bị chọc thủng nhiệt ta phải chọn thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý - Tổn hao công suất Thyristor là: P = Uv.Ilv = 1,5 = 1,06 (W) Diện tích bề mặt tỏa nhiệt là: Sm = Trong đó: : tổn hao công suất van : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt= 400C Nhiệt độ làm việc cho phép Tcp= 1250C Chọn nhiệt độ cánh tản nhiệt tỏa nhiệt Tlv= 800C Vậy: = Tlv - Tmt = 125 - 40 = 850C Km hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ chọn Km= (W/m2 oC) Sm = 3,08 10(m2) 33 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 3.3.2 Bảo vệ dòng điện cho van Các nguyên nhân gây dòng điện cho van: - Quá dòng dài hạn - Ngắn mạch đầu - Ngắn mạch thân van Hình 14:Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh (nhóm 1CC) để bảo vệ ngắn mạch thyristor Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC là: I1CC= 1,1.Ilv = 1,1 = 0,78 (A) Chọn cầu chảy nhóm 1CC loại (A) Dùng cầu chảy tác động nhanh (nhóm 2CC) để bảo vệ ngắn mạch đầu chỉnh lưu Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2CC là: I2CC = 1,1.Id = 1,1.1 = 1.1 (A) Chọn cầu chảy nhóm 2CC loại (A) 3.3.3.Bảo vệ điện áp cho van Khi có chuyển mạch van điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dòng điện ngược thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp anot catot Thyristor Tốc độ biến thiên đạt 10 (s)dẫn đến điện áp Uqđa= Llớn Để bảo vệ điện áp ta sử dụng mạch R- C mắc song song với Thyristor tạo mạch vòng phóng điện tích q trình chuyển mạch bảo vệ van 34 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT C1 R1 T Mạch R-C bảo vệ cho van Theo kinh nghiệm R1 = (2 30) ; C1 = (0,25 4) F Ta chọn: R1 = 2(); C1 = 2(F) Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc R-C hình vẽ Nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây 3.4 Tính tốn mạch điều khiển Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu xung mở Thyristor: Điện áp điều khiển: Uđk= Ug= 1,5(V) Dòng điện điều khiển: Iđk= 15 (mA) Độ rộng xung điều khiển tx= 100 () Mức độ sụt biên độ xung: Sx= 0,1 Độ đối xứng cho phép: = 40 Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unguồn= 15 (V) 3.5 Tính chọn phần tử cách ly Có nhiều phương án cho khâu cách ly dung phần tử cách ly quang biến áp xung hay với mạch công suất nhỏ cần dùng diot để chống ngược dòng Trong phạm vi đề tài ứng dụng với tải công suất trung bình nhỏ, để đáp ứng tính gọn nhẹ gái thành mạch, phương án sử dụng cách ly quang chúng em định sử dụng tính hiệu quả, giá thành rẻ gọn nhẹ cách ly an toàn mạch lực mạch điều khiển từ thong số Do đó, đề tài chúng em định sử dụng MOC 3020 để thực khâu cách ly Sau số sơ đồ kết nối datasheet: 35 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 36 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đây số sơ đồ kết nối MOC 3020 ứng với loại tải khác sau sơ đồ kết nối khâu cách ly chúng em Hình 15: Sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý MOC 3020 37 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 3.6 Sơ đồ ngun lý mạch Hình 16: Sơ đồ ngun lí Ngun lí hoạt động mạch là: - IC TCA 785 (có tích hợp khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa - xung ,khuyếch đại) tạo xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( T1 T2) Chân 11 TCA chân nhận điện đáp điều khiển ( từ đến 15V) để - thay đổi góc kích mở Thyristor từ đến 180 độ Mạch lực ta dùng mạch cầu chỉnh lưu bán điều khiển Giả sử ta đạt điện áp diều khiển thay đổi từ đến 15V vào chân 11 IC TCA785, chân 14 15 IC TCA785 xuất chuỗi xung thay đổi từ đến 180 độ - Nguyên lí hoạt động mạch lực: + Giả sử bán kì ta có điện áp + đặt vào AC_IN2, diện áp âm AC_IN1 Lúc mạch điều khiển tạo xung (với góc anpha tuỳ vào điện áp điều khiển) tới kích mở T2 Dòng điện có chiều từ AC_IN2 qua cầu chì, qua D7, qua tải, qua T2 âm nguồn 38 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT + Ở bán kì lại AC_IN1 + AC_IN2 âm Lúc mạch điều khiển xuất xung tới kích mở T1 Dòng điện có chiều từ AC_IN1 qua qua D8, qua tải, qua T1, qua cầu chì AC_IN2 + Vậy dòng điện có chiều cố định từ DC_OUT2 DC_OUT1 điều chỉnh từ đến 220V DC 3.7 Sơ đồ board Hình 17: Sơ đồ board 3.8 Sơ đồ bố trí linh kiện Hình 18: Sơ đồ bố trí linh kiện 39 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu sách tham khảo với nỗ lực thành viên nhóm, chúng em hoàn thành đề tài: “ Thiết kế chế tạo chỉnh lưu cầu pha điều khiển điều khiển tốc độ động chiều’’ với yêu cầu đặt Bên cạnh đó, thời gian thực đề tài, với trình độ kiến thức có hạn nên khơng tránh khỏi sai sót Do chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy, giáo bạn để đề tài chúng em ngày hoàn thiện Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè thầy cô khoa ,đặc biệt thầy Chu Thị Thanh Thơ, nhiệt tình bảo trực tiếp hướng dẫn chúng em việc hoàn thành đồ án Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2016 Nhóm sinh viên thực đồ án: Nguyễn Đức Hùng Vũ Thanh Hải 40 KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VÀ TĐĐ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Tài liệu tham khảo Điện tử công suất-Nguyễn Văn Doanh Điện tử cơng suất –Nguyễn Bính Giáo trình truyền động điện-Đỗ Cơng Thắng-Nguyễn Phương Thảo www.alldatasheet.com/ www.tailieu.vn/ www.hoiquandientu.com/ 41