điều ap xoay chiều ba pha

Bộ điều áp ~3fa có MP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HA NỘI *********** CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ********** NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC I- Các số liệu ban đầu: - Công suất động (Pđc) : 80 KW - Điện áp định mức (Uđm) : 380/220 V - Hệ số cosφ => : 0,68 θ = 470 - Tốc độ định mức (n) : 580 v/p - Hiệu suất (η)) : 0,79 II- Giới thiệu chung: 1- Giới thiệu chung công nghệ động không đồng ba pha 2- Giới thiệu phương pháp khởi động động không đồng III- Nội dung thiết kế: 1- Giới thiệu thiết kế mạch lực 2- Giới thiệu tính tốn mạch điều khiển - Nguyên tắc điều khiển - Khối đồng pha, dồng - Khối tạo luật điều khiển - Khối so sánh - Khối tạo xung điều khiển tách xung - Khối khuếch đại xung - Khối nguồn 3- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý tổng thể 4- Kết luận ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG MÁY I- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: II- CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: .5 1- Các yêu cầu khởi động động cơ: 2- Các phương pháp mở máy: a/ Phương pháp “Khởi động cứng”: b/ Phương pháp “Khởi động mềm”: 3- Lựa chọn phương án: CHƯƠNG II: NỘI DUNG THIẾT KẾ I- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC: 1- Giới thiệu mạch lực: 2- Hoạt động mạch: 3- Tính tốn mạch lực: a/ Tính thơng số valve: b/ Điều kiện làm mát cho valve: c/ Mạch bảo vệ valve: II- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 10 1- Khâu đồng bộ: 11 a/ Đồng pha: 11 b/ Đồng bộ: 11 2- Khâu tạo điện áp cưa: 12 3- Khâu tạo luật điều khiển: 13 a/ Chức năng: 13 b/ Tính tốn linh kiện: 13 4- Khâu so sánh: 14 5- Khâu tạo xung kép: 14 a/ Tạo xung đơn: 15 b/ Tách xung: 16 6- Khâu khuếch đại xung: 17 a/ Phần khuếch đại xung: 17 b/ Biến áp xung: 17 7- Khối nguồn: 18 a/ Mạch cấp nguồn DC (W2): 19 b/ Biến nguồn: 19 8- Tổng hợp linh kiện sơ đồ chi tiết mạch điều khiển: 22 a/ Bảng tổng hợp linh kiện: 22 b/ Sơ đồ chi tiết mạch điều khiển: 23 III- MÔ PHỎNG MẠCH LỰC: 24 1- Dòng điện tải: 24 2- Điện áp tải: 24 3- Xung phát mở valve pha: 24 KẾT LUẬN 25 ĐỀ XUẤT 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 25 SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất LỜI MỞ ĐẦU - Ngày nay, với việc phát triển mạnh mẽ ứng dụng khoa học kỹ thuật công nghiệp, đặc biệt cơng nghiệp điện tử thiết bị điện tử có cơng suất lớn chế tạo ngày nhiều Đặc biệt ứng dụng vào ngành kinh tế quốc dân đời sống hàng ngày phát triển mạnh mẽ - Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày nhiều phức tạp công nghiệp ngành điện tử cơng suất phải ln nghiên cứu để tìm giải pháp tối ưu Đặc biệt với chủ trương cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao công nghệ cách đưa công nghệ điều khiển tự động vào sản xuất Do địi hỏi phải có thiết bị phương pháp điều khiển an tồn, xác Đó nhiệm vụ mà nghành điện tử công suất cần phải giải - Để giải vấn đề này, nhà nước ta cần có đội ngũ thiết kế đơng đảo đủ lực Sinh viên ngành Tự động hóa tương lai khơng xa đứng đội ngũ này, cần phải tự trang bị cho trình độ tầm hiểu biết sâu rộng Chính vậy, đồ án môn học Điện tử công suất yêu cầu cấp thiết cho sinh viên tự động hóa Đó kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp sinh viên điều kiện cho sinh viên tự tìm hiểu, nghiên cứu kiến thức điện tử công suất - Mặc dù vậy, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên cần đến giúp đỡ hướng dẫn thầy giáo Qua đây, em xin gởi lời cám ơn đến thầy Phạm Quốc Hải tận tình dẫn để em hoàn thành đề án SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch CHƯƠNG I: Môn: Điện tử công suất GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG MÁY I- GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: - Trong lịch sử máy điện, máy điện không đồng (KĐB) đời muộn so với loại máy điện khác, đến nay, loại máy điện sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng trăm kW - Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguuồn động lực cho máy gia công chế tạo sản phẩm - Trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng chím vị trí quan trọng như: quạt gió, động bơm gia dụng … - Sở dĩ máy điện không đồng sử dụng phát triển nhanh chóng tính bật vượt trội so với máy điện chiều máy điện đồng như: • Có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo • Làm việc chắn, vận hành tin cậy, hiệu suất tương đối cao Chi phí vận hành bảo trì sửa chữa thấp • Sử dụng trực tiếp với lưới điện xoay chiều khơng tốn chi phí cho biến đổi • Giá thành thấp, dễ chấp nhận - Tuy nhiên, máy điện không đồng chủ yếu sử dụng chế độ động nên nhược điểm dịng khởi động thường cao (thường từ khoảng ÷ lần dịng định mức) Điều khơng làm cho thân máy bị nóng mau giảm tuổi thọ động mà làm cho điện áp lưới điện giảm sút nhiều, với lưới điện cơng suất nhỏ - Do vấn đề đặt ta phải giảm dòng điện mở máy động không đồng đặc biệt động không đồng roto ngắn mạch Việc tác động vào động roto ngắn mạch thường khó khăn so với động roto dây quấn, nhiên, với việc áp dụng ứng dụng điện tử cơng suất cơng việc trở nên dễ dàng II- CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ: - Khi bắt đầu mở máy, roto đứng yên, hệ số trượt = nên dịng điện mở máy tính theo mạch điện tương đương với công thức sau: Ik  U1 ' 2 (r1  C r )  ( x1  C1 x2' ) - Từ cơng thức trên, ta thấy dịng điện khởi động phụ thuộc vào cấu tạo động phụ thuộc nhiều vào điện áp lưới 1- Các yêu cầu khởi động động cơ: Đối với động cơ, công việc mở máy cần đạt yêu cầu sau: - Momentt mở máy lớn tốt đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải - Dòng điện mở máy nhỏ tốt - Tổn hao cơng suất q trình mở máy nhỏ tốt - Phương pháp mở máy thiết bị cần dùng nên đơn giản, rẻ tiền, chắn SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất 2- Các phương pháp mở máy: - Hiện có nhiều phướng pháp khởi động máy, phân chia thành hai phương pháp chính, phương pháp khởi động cứng phương pháp khởi động mềm a/ Phương pháp “Khởi động cứng”: - Mở máy trực tiếp thơng qua thiết bị đóng cắt như: cầu dao, khởi động từ … - Hạ điện áp mở máy biến áp tự ngẫu, phương pháp giảm dòng mở máy đồng thời làm giảm momentt mở máy Với cách này, bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ, sau thời gian mở máy, biến áp loại khỏi mạch điện - Nối điện kháng trực tiếp vào mạch điện stator Khi mở máy, điện kháng đặt nối tiếp vào mạch điện stator, sau thời gian mở máy điện kháng bị nối ngắn mạch - Đổi nối Y-∆ + Ưu điểm: Thiết bị khởi động đơn giản, dễ lắp đặt, giá thành thấp, dễ bảo trì sửa chữa + Nhược điểm: Chỉ sử dụng cho động có cơng suất nhỏ, khó đồng hóa với việc điều khiển cho toàn hệ thống Khả đáp ứng chậm, khơng thực việc dừng mềm có u cầu b/ Phương pháp “Khởi động mềm”: - Sử dụng phương pháp Biến tần - Sử dụng phương pháp Điều áp xoay chiều + Ưu điểm: Thiết bị điều khiển nhỏ gọn Khả đáp ứng nhanh Đặc tính điều chỉnh trơn Dễ đồng hóa với việc điều khiển toàn hệ thống Phù hợp với nhu cầu đại hóa cơng nghiệp Có thể thực việc dừng mềm có nhu cầu Với giá thành nay, chi phí lắp hệ thống khởi động mềm khơng cao Sử dụng cho động công suất lớn + Nhược điểm: Dạng điện áp dòng điện qua điều khiển cấp cho tải khơng cịn hình sin dải điều chỉnh Do mạch điều khiển phức tạp nên người vận hành cần phải có trình độ hiểu biết định Việc kiểm tra bảo trì phức tạp 3- Lựa chọn phương án: - So sánh ưu nhược điểm hai phương án khởi động động không đồng trên, kết hợp với thời kỳ cơng nghiệp hóa nước ta số liệu động cơ, đề án xin chọn phương án khởi động mềm để khởi động cho động mà cụ thể phương pháp “Điều áp xoay chiều ba pha” dùng thyristor đấu theo kiểu song song ngược phương pháp thơng dụng có giá thành thấp yêu cầu chì cần khởi động mềm cho động SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch CHƯƠNG II: Môn: Điện tử công suất NỘI DUNG THIẾT KẾ I- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH LỰC: 1- Giới thiệu mạch lực: - Các điều áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hay thay đổi điện áp xoay chiều tải từ nguồn xoay chiều cố định, tần số điện áp tần số điện áp nguồn - ĐAXC dùng valve bán dẫn có đầy đủ ưu điểm mạch cơng suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: dễ điều chỉnh tự động hóa, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với đột biến điều khiển, độ tin cậy tuổi thọ cao, kích thước gọn dễ thay thế, thích hợp vớ q trình đại hóa, tập trung hóa q trình cơng nghệ… - Nhược điểm chung ĐAXC điện áp tải khơng sin tồn dải điều chỉnh, điều chỉnh sâu – giảm điện áp độ méo lớn, tức thành phần sóng hài bậc cao lớn Nhưng phạm vi đề án khởi động động cơ, thời gian khởi động khoảng ÷ 30s tải động bơm nên ta chấp nhận phương án - Do tải yêu cầu dòng điện xoay chiều nên valve bán dẫn dùng là: • TRIAC, valve bán dẫn cho phép dòng điện chảy theo hai chiều Tuy nhiên loại valve thường có cơng suất nhỏ giá thành tương đối cao • Ghép hai valve cho phép dẫn chiều cách đấu song song ngược nhau, lúc valve đảm nhận chiều dòng tải Bằng cách ghép hai thyristor với hay thyristor với diode Trong đề án này, ta chọn theo phương pháp ghép thyristor theo kiểu song song ngược phương pháp thông dụng - Nguyên tắc điều chỉnh ĐAXC điều chỉnh góc mở valve bán dẫn Các valve làm việc với điện áp xoay chiều nên khóa tự nhiên điện áp nguồn chịu ảnh hưởng lưới điện đến valve, kiểu điều khiển valve dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều, tức sử dụng mạch điều khiển xung - pha 2- Hoạt động mạch: - Mạch hoạt động theo quy luật chung: • Trường hợp valve dẫn: Mỗi pha có valve dẫn => Utải = Unguồn • Trường hợp valve dẫn: Có pha có valve dẫn pha khơng valve dẫn => điện áp pha tải = ½ điện áp dây nguồn có pha khơng có điện áp • Trường hợp khơng có valve dẫn: Tồn tải bị ngắt khỏi nguồn (Utải = 0) - Các trường hợp dẫn valve phụ thuộc vào góc điều khiển α Gồm vùng điều khiển: • 0o > α > 60o: - Trong vùng có hai trạng thái valve dẫn → valve dẫn Giai đoạn valve dẫn dài 60o ÷ α, giai đoạn valve dẫn α - Góc dẫn valve λ = (180o – α), valve ngắt điện áp pha nguồn = SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất • 60o > α > 90o: - Vùng điều khiển ln có valve dẫn khơng phụ thuộc vào góc điều khiển α - Valve nhóm (chẳn lẽ) thay dẫn, valve sau mở valve trước khóa lại Lúc góc dẫn valve λ = 120o - Điện áp tải khơng cịn đoạn điện áp nguồn mà có th = ẵ in ỏp dõy ã 90o > > 150o: - Trong vùng điều khiển có trạng thái thay valve dẫn không valve dẫn - Valve không dẫn liên tục mà dẫn thành giai đoạn xen khoản nghỉ - Valve ngắt dòng điện áp dây nguồn 0V 3- Tính tốn mạch lực: a/ Tính thông số valve: - Ung max = Ud = 380 = 537,4 (V) - Ivalve max α = với η) = 0,79 P  80.10 226( A) U cos  0,79 3.380.0,68 => It   t d - Theo cách đấu mạch lực (6 thyristor đấu song song – ngược), tra theo bảng “Các tham số tính tốn cho ĐAXC ba pha” (Trang 188 – Tài liệu hướng dẫn thiết kế ĐTCS) ta có: Itb valve = 0,45.It.klv = 0,45 226 1,6 = 362 (A) SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất (Chọn thông số klv = 1.6 hệ số dự trữ dòng) b/ Điều kiện làm mát cho valve: Qua thực nghiệm cho ta thấy: - Ở điều kiện làm mát tự nhiên, valve làm việc tốt với 25% dòng điện định mức - Ở điều kiện làm mát cưỡng bức, valve làm việc với 30%-60% dòng điện định mức => Ta chọn điều kiện làm mát cưỡng để valve làm việc tốt với 40% dịng điện định mức I 226 I tbvanthuc  tbvan  565( A) => 40% 0,4 - Chọn hệ số dự trữ điện áp cho valve: Chọn kuv = 1.6 Ung valve = kuv Ung max = 1,6 537,4 = 860 (V) - Theo điều kiện Itb valve thực = 565A Ung valve = 860V, tra theo bảng 2.2.2 (Trang 437 - Tài liệu hướng dẫn thiết kế ĐTCS), ta chọn valve T588N loại Tây Âu có dãy điện áp khoảng 1200V đến 1800V tham số khác là: di du I tb 588 A 200( A / s ) 1000(V / s ) dt dt c/ Mạch bảo vệ valve: ► Bảo vệ q dịng: - Vì valve mắc trực tiếp vào lưới điện mà khơng qua biến áp cần phải có cuộn cảm để bảo vệ cho valve trường hợp dòng Tốc độ di/dt lớn dòng qua valve cao Giả sử điện áp lưới không ổn định mà dao động khoảng ±5%, U v max lúc tương đương: Uv max = 1,05 220 = 326,7 (V) di - Xét trình độ mạch: U f iR  L dt U di - Tốc độ tăng dòng lớn max  f dt L U di di di => Chọn cuộn kháng L có trị số cho max  van  f  van dt dt L dt => L U van max 326,7  1.6( H ) di 200.10 dt => Chọn L = 3µH - Các cuộn cảm thường có lỏi khơng khí, với giá trị cuộn cảm 3µH, ta chọn kích thước cuộn dây là: D = h = 0,15m Tra theo đồ thị “Hệ số điều chỉnh k” cuộn cảm lõi không khí ta có: tương ứng với h/D = k = 0,68 - Vậy ta có số vịng dây là: SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch D n hL10  k 0,15 Môn: Điện tử cơng suất 0,15.5.10  6.10 7(vịng ) 0,68 ► Bảo vệ áp: - Gồm phần tử R C tạo thành mạch RC mắc song song với valve Thông số phần tử tính sau: du 0  200.106 dt  1140.103 ( Rad ) s 0,564.U f max 0,564 220 - Do loại valve có du/dt = 1000 V/µs, valve làm việc điều kiện lý tưởng, ta chọn thơng số du/dt cho valve = 200 v/µs Ta có: C 1  0,256.10  ( F ) L 3.10 1140 2.10  R 1,928 L 1,928 11,72() C 0,256 => C = 0,25 µF => R = 12 Ω + Xác định công suất R: - Tổn thất R valve trạng thái khóa: PR khóa = (Ufmax ω.C)2.R = (311.314.0,25.10-6)2.12 = 0,007 (W) - Tổn thất R valve mở: CU C2 max CU f max 0,25.10  6.3112 W1R WC    0,012(Ws) 2 - Tổn thất valve khóa lại: CU 2f max W2 R  0,012(Ws ) - Công suất phát nhiệt với khoảng dẫn valve 10ms, cơng suất R valve mở - khóa : W  W2 R 0,012  0,012 PR  1R  2,4(W ) t 10.10  - Do công suất phát nhiệt valve lớn vượt q tổng cơng suất vừa tính: PR < (PR khóa + PR) = 0,007 + 2,4 = 2,407(W) => Chọn điện trở có cơng suất từ 3W đến 5W -Vậy giá trị phần tử mạch bảo vệ valve là: L = 3µH C = 0,25µF R = 12Ω/3W II- GIỚI THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: ► Yêu cầu chung mạch điều khiển: - Phát xung điều khiển đến valve lực theo thứ tự pha theo góc điều khiển α cần thiết - Đảm bảo phạm vi điều khiển αmin ÷ αmax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp tải mạch lực - Cho phép điều áp làm việc bình thường với chế độ khác tải yêu cầu - Góc điều khiển valve khơng lệch q (1 ÷ 3)o điện - Đảm bảo mạch hoạt động ổn định tin cậy lưới điện xoay chiều dao động giá trị điện áp tần số - Có khả chống nhiễu công nghiệp tốt - Độ tác động mạch điều khiển nhanh, 1ms - Đảm bảo xung điều khiển phát tới valve phù hợp để mở chắn valve ► Sơ đồ khối mạch điều khiển: - Nguyên tắc điều khiển dọc: Ulực ĐB SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Uđb Utựa Urc Uđk SS Uss DX Udx KĐ X Ugk Trang / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất - Hoạt động: Khâu ĐB thường tạo điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực Utựa tạo điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng cưa, đơi có dạng hình sin) theo chu kỳ nhịp đồng U đb Khâu so sánh (SS) xác định điểm cân hai điện áp Utựa Uđk để phát động khâu tạo xung DX Như nguyên tắc thời điểm phát xung mở valve hay góc điều khiển thay đổi thay đổi trị số Uđk 1- Khâu đồng bộ: a/ Đồng pha: - Tại phần đồng pha này, ta sử dụng theo cách đơn giản sử dụng biến áp đồng pha Có thể dùng biến áp pha cho pha Tuy nhiên, mạch điều khiển cịn có khâu khác cần dùng đến biến áp nên thường dùng chung biến áp có nhiều cuộn dây thứ cấp, cuộn thực nột chức riêng có cuộn dành cho việc lấy tín hiệu đồng pha - Khâu tạo điện áp đồng cho ĐAXC pha để điều chỉnh thyristor thường cần hệ điện áp pha làm điện áp đồng Góc α tính từ góc “0” Hệ điện áp pha bao gồm điện áp đồng hình sin lệch góc = π/3 Do ta cần phải đấu cuộn sơ cấp biến áp đồng pha với điện áp pha nguồn lực, điểm trung tính nối với điểm “0” mạch điều khiển Các điện áp lấy từ thứ cấp a, a’, b, b’, c, c’ sau qua chỉnh lưu dùng làm điện áp đồng pha pha A, B, C tương ứng b/ Đồng bộ: - Do kiểu sơ đồ đấu valve, ta có góc điều khiển: 0o ≤ α ≤ 150o - Chọn: • Uđp = 10V • f = 50Hz • E = ±15V - Nhóm chỉnh lưu D1, D2 có điện áp đặt vào điện áp đồng pha với Uhd = 10V nên Ungmax đặt lên diode là: U ng max 2 2U đp 2 10 28(V ) => Chọn D1 D2 kà loại 1N4002 với tham số Itb = 1A Ungmax = 100V - Mạch so sánh tạo xung đồng bộ, chọn OA loại TL082 loại chứa hai vỏ IC vỏ cịn lại dùng cho mạch tạo xung cưa IC có sơ đồ chân sau: SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang 10 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất - Chọn R1 = 15K - Để có phạm vi điều chỉnh góc điều khiển 150o => góc điều khiển nhỏ là: Αmin = 0,5(180o – 150o) = 15o => Điện áp ngưỡng là: U ng 2U đp sin   10 sin 15o 3,66(V ) Do có sụt áp diode chỉnh lưu nên Ung giảm khoảng 0,7V => Ungưỡng = Ung – 0,7 = 3V - Chọn dòng i qua phân áp P1 + R4 1mA => tổng trở phân áp là: R  E 15  15.10 15( K) 3 i 1.10 => Chọn R4 = 10K P1 = 10K, điều chỉnh P1 = 5K - Ro điện trở tải mạch chỉnh lưu, chọn Ro = 10K 300.00 T U luc -300.00 50.00 Udf -10.00 20.00 Udb -20.00 0.00 10.00m 20.00m Time (s) 30.00m 40.00m - Biểu đồ kết mô với thông số linh kiện tính tốn 2- Khâu tạo điện áp cưa: - Chọn • Urcmax = 10V • Uđp = 10V • E = ± 15V • f = 50Hz • αđiều chỉnh = 150o - Chọn OA2 vỏ dùng chung IC với OA1 (đã giới thiệu phần trước) IC loại TL082 - Do T  1  20(ms) đó, ½ chu kỳ điện áp lực ta phải tạo f 50 xung cưa => trc = + tn =10ms - Thời gian tụ C1 phóng điện thời gian tương ứng phạm vi điều chỉnh góc điều khiển α, đó, góc 150o quy đổi thành thời gian là: 150.10(ms)  8,33(ms) 180o => t n 10  8,33 1,67( ms ) - Chọn diode ổn áp Dz1 loại: BZX79A10 có UDz = 10V - Chọn tụ C1 = 220 nF - Với = 8,33ms, ta có: SVTH: Nguyễn Phúc Đồn Trang 11 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất E.t p 15.8,33.10  R3   56795,45() U DZ C1 10.0,22.10  => Chọn R3 = 56K biến trở nối tiếp P2 = 100K (chỉnh P2 = 50K) Cụm điện trở R3 P2 dùng để chỉnh thời gian phóng tụ, chỉnh P2 chỉnh thời gian phục hồi cho tụ - Với tn = 1,67ms điện áp bảo hòa OA2 là: Ubh = E – 1,5 = 15 – 1,5 = 13,5 (v) R2  => U bh  0,7 13,5  0,7  8093,73() 6 C.U DZ E , 22 10 10 15   tn R3 1,67.10 56795,45 => Chọn R2 = 3,9K (hoặc chọn nhỏ hơn) Thay đổi R2 làm thay đổi giá trị biên độ xung cưa, R2 lớn biên độ xung cưa giảm 20.00 T Udf -20.00 20.00 Urc -10.00 0.00 10.00m 20.00m Time (s) 30.00m 40.00m - Biểu đồ kết mô khâu tạo xung cưa với thông số linh kiện tính tốn 3- Khâu tạo luật điều khiển: a/ Chức năng: - Khâu có chức chủ yếu tạo quy luật điều khiển khởi động xây dựng sở mạch PI Sơ đồ nguyên lý đường đặc tính mạch PI sau: - Mạch có tiếp điểm K rơle điều khiển khởi động, chưa chạy, tiếp điểm mở làm cho T1 thông, nối ngắn mạch tụ C2 để đảm bảo điều kiện đầu mạch là: U c(0) = Mặt khác, điện áp Uv = 0, điện áp - Khi ấn nút khởi động máy, rơle đóng tiếp điểm K lại: mặt đưa điện áp nguồn âm (-E) qua R5 vào BT1 để khóa bóng lại, cho phép tụ C2 tiến hành nạp điện, mặt khác đưa nguồn –E vào cụm phân áp (R5 - P5) để tạo điện áp vào OA3 với U v = const mạch bắt đầu hoạt động mạch PI - Diode ổn áp Dz2 nhằm hạn chế điện áp điều khiển tối đa cho phù hợp với điện áp cưa thiết kế - P4 dùng để chỉnh Uo điện áp khởi động ban đầu - P3 dùng điều chỉnh tốc độ tăng áp đặt thời gian khởi động - P5 dùng để đặt điện áp Uv, thường điện áp đặt với giá trị thấp xấp xỉ 1V b/ Tính tốn linh kiện: - Chọn: • Biên độ điện áp cưa 10V (Urc max = 10V) SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang 12 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất • E = ±15V • Phạm vi điều chỉnh: Uo = 20% ữ 60% ã Thi gian ng dài 25s - Vì Urc max = 10V => phạm vi điều chỉnh mức ban đầu Uo = (2 ÷ 6)V - Ta chọn mức điện áp Uv = 1V, điện áp tích phân tăng khởi động với mức Uv Uo max = 6V, đó: U v t kđ 1.25 t kđ U m  U o max  C P3   6,25( s ) C P3 U m  U o max 10  - Chọn tụ C2 = 330µF (là tụ hóa) => P3  6,25 19 K 330.10  - Theo thành phần Uo = a, ta có: U o  => Chọn P3 = 50K (chỉnh P3 = 20K) U P4 U v  P4  o P3 P3 Uv - Từ ta có phạm vi điều chỉnh biến trở P4 là: U  P4  o P3  20.10 40.10 40( K ) Uv U  P4 max  o max P3  20.10 120.10 120( K ) Uv => Vậy chọn P4 gồm điện trở R = 27K biến trở P4 = 100K - Nhóm điện trở phân áp R5 P5 cần có tổng trở Chọn R10 = 4,7K Dz3 loại 1N2808 có Ungưỡng = 10V - Từ số thời gian mạch τ = R.C, ta có: t  100.10  C  x  1,18.10  => Chọn C3 = 1nF R 1,8.R 1,8.4,7.103 - Dạng sóng Uk qua mơ với thơng số linh kiện vừa tính sau: SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang 14 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất T 20.00 Uss -20.00 5.00 Uk 2.00 13.00 13.50 14.00 Time (s) 14.50 15.00 600.00m 800.00m - Dạng sóng Uk theo Uđk thời gian đầu (0 ÷ 15)ms: T 5.00 Udk 0.00 20.00 Urc -10.00 9.00 Uk -3.00 20.00 Uss -20.00 0.00 200.00m 400.00m Time (s) b/ Tách xung: - Để đầu vào (+) OA = 1mA → R11 = R13 = 10K - Do OA chọn loại TL082 (có hai vỏ, dùng cho OA5 OA6 sơ đồ) có E = ±15V → Ura = ±15V Trong đó, IC logic làm việc mức +5V dòng = 1mA => 15 R12  15( K) 1.10  => Chọn R12 = R14 = 15K - Ngoài ra, lắp thêm D4 D5 để bảo vệ đầu vào OA khỏi điện áp R11 có tác dụng hạn chế dòng qua diode chúng dẫn ½ chu kỳ điện áp đồng pha SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang 15 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất - Chọn D4 = D5 = D6 = D7 = D8 = D9 loại N4001 - IC logic AND chọn loại HC4081B IC logic OR chọn loại CD4071B có sơ đồ chân sau: 6- Khâu khuếch đại xung: - Khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng cơng suất khâu tạo dạng xung DX hình thành đến mức đủ mạnh để mở valve lực Đa số thyristor mở chắn xung điều khiển có giá trị UGK = (5 ÷ 10)V IGK = (0,3 ÷ 1)A thời gian khoảng 100μs - Thực chất, nhiệm vụ KĐX khuếch đại dòng điện Với cỡ dịng điện I G cần phải dùng transistor làm chức khuếch đại, transistor thơng dụng cỡ dịng 1A có hệ số β < 100 nên KĐX thường gồm tầng khuếch đại Phương pháp thơng dụng dễ dàng cách ly phần điều khiển phần lực Tuy nhiên tính chất vi phân biến áp nên khơng cho phép truyền xung rộng vài mili giây Để đơn giản mạch, đồng thời đảm bảo hệ số khuếch đại dòng cần thiết, tầng khuếch đại thường đấu theo kiểu Dalinton - Các thơng số ban đầu: • Valve lực loại T588N • IG = 250mA • UG = 2,2V a/ Phần khuếch đại xung: - Chọn biến áp xung (BAX) có tỷ số k = 2, ta có tham số dịng điện sơ cấp sau:  U U đk k 2,2.2 4,4(V ) I đk 0,25  0,125( A) k - Nguồn công suất, ta lấy chung nguồn 15V sử dụng cấp cho mạch điều khiển, ta chọn bóng T2 loại BD135 có thơng số sau:  I1  • UCE = 45V • ICmax = 1,5A • βmin = 40 - Tuy nhiên, để tiêu tán nhanh dòng điện qua BAX bóng T2 khóa, ta lắp thêm R16 nối tiếp với cuộn sơ cấp để T2 khóa, dòng điện qua BAX chảy vòng qua D10-R16 làm cho lượng tiếu tán R16 Điều tránh tình trạng điểm làm việc lõi biến áp bị đẩy lên vùng bảo hòa E 15 15 R16  CS  10() I1max  1,5( A) => I C max 1,5 10 - Do dòng qua điện trở thường xuyên lớn => chọn R16 = 10Ω/2W - Bóng T3 chọn loại BC107 có thơng số sau: • UCE = 45V • ICmax = 0,1A • βmin = 110.R - Vậy R15 điện trở đầu vào có trị số là: SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang 16 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch R15  Môn: Điện tử công suất 1. ECS 40.110.15  36666,6() S I1max 1,2.1,5 => Chọn R15 = 15K b/ Biến áp xung: - Nhiệm vụ BAX gồm: • Cách ly mạch lực mạch điều khiển • Phối hợp trở kháng tầng KĐX cực điều khiển valve lực - Do BAX phải làm việc với tần số cao nên lõi thép biến áp cho tần số lưới điện 50Hz không đáp ứng Lõi dẫn từ trường cho BAX thường dùng lõi ferit dạng xuyến, hình trụ hay có tiết diện kiểu chữ E Tuy nhiên tổn thất biến áp tăng mạnh theo tần số nên cường độ từ cảm giảm đáng kể so với tần số 50Hz Đồ thị “Đặc tính từ hóa lõi ferit tần số cao đến 30kHz” cho thấy biến áp làm việc theo trạng thái từ hóa phần giá trị ∆B khơng vượt 0,25 Tesla, tương ứng ∆H phải 40A/m Trường hợp biến áp làm việc theo đường từ hóa tồn phần tăng gấp đơi trị số B 20 oC 0,4 100 oC 0,2 H 80 160 240 Đặc tính từ hóa lõi ferit tần số cao đến 30kHz - Do khâu tạo dạng xung xung đơn sau tách xung cổng logic, điều ứng với chu kỳ điện áp lực có hai xung đơn (do phần tách xung xác định pha lực đến vị trí “0”) nên ta có chu kỳ xung đơn Txđ = π/3 so với chu kỳ nguồn lưới là: 20 Txđ  Tng  ( ms ) có tx = 100µs = 100.10-6s (đã chọn mục số 5) 6 - Do chế độ làm việc BAX làm việc phần nên theo đồ thị “ Đặc tính từ hóa lõi ferit”, ta chọn ∆B = 0,2(T) tương ứng ∆H = 30(A/m) Thường chọn độ sụt áp cho phép ∆U x = 0,1 Vậy: k U I t U x 2.2,2.7,5.10  3.100.10  6.0,1 V  ba 2 x  5,5.10  ( m ) 0,55mm3 B.H 0,2.30 - Tra theo bảng, ta chọn loại lõi chữ E có mã hiệu 814E250 có diện tích lõi từ 0,202 cm2 diện tích cửa sổ 0,171cm2 - Số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp là: U 1.t x 4,4.100.10  w   108,9(vịng ) => • Chọn w1 = 110 vịng B.S ba 0,2.0,202.10  • w2  w1 110  55(vòng ) k => Chọn w2 = 55 vòng 7- Khối nguồn: - Gồm mạch nguồn biến nguồn • Mạch nguồn có chức cung cấp nguồn điện chiều cho mạch điều khiển khâu khuếch đại xung hoạt động • Biến nguồn biến ba pha mà bên thứ cấp có nhiều cuộn dây với chức khác - Cấu tạo biến nguồn sau: SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang 17 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất a/ Mạch cấp nguồn DC (W2): - Đa số mạch điều khiển đòi hỏi nguồn cung cấp điện áp chiều, trị số điện áp độ ổn định tùy thuộc khâu mạch Năng lược cấp cho nguồn thông thường lấy từ lưới điện nhờ biến áp điều khiển Cấu trúc thông thường nguồn cho mạch điều khiển sau: Uđp~ ±Udo ±ECS ±EC C U1~ BIẾN ÁP ĐIỀU KHIỂN U2~ CHỈNH LƯU DIODE LỌC ĐIỆN DUNG ỔN ÁP ỔN ÁP ±Ech - Trong phần tính tốn trước, ta chọn nguồn cung cấp cho khâu với mức điện áp ±15VDC, mạch cấp nguồn chiều này, ta chọn nguồn cung cấp ±15V ổn áp hai vi mạch LM7815 ổn áp nguồn +15V LM7915 ổn áp nguồn -15V - Sơ đồ mạch cấp nguồn chiều sau: - Chọn thơng số linh kiện: • C01 = C02 = 1000µF tụ có nhiệm vụ san điện ỏp chnh lu ã C03 = C04 = 100àF l tụ có nhiệm vụ lọc phẳng • C05 = C06 = 0,1àF l t lc nhiu ã D01=D02=D03=D04=D05=D06 l loi 1N4002 có thơng số: Itb = 1mA Ung max = 100V b/ Biến nguồn: - W1 cuộn sơ cấp nối với nguồn xoay chiều pha 220/380V - W2 cuộn thứ cấp thực chức cung cấp U2 cho mạch cấp nguồn chiều - W3 cuộn thứ cấp thực chức lấy tín hiệu đồng pha cấp cho khâu đồng SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn Trang 18 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch Môn: Điện tử công suất ► W2: - Cấp nguồn cho mạch điều khiển cho khâu KĐX + Nguồn cho mạch điều khiển: - Để hai IC LM7815 LM7915 có ngõ ±15V, ta cần có đầu vào hai IC > 15V => chọn Vin = ±20V => Ud = 40V - Do phần nguồn dùng để cấp cho khuếch đại thuật toán chủ yếu nên dịng tiêu thụ khơng lớn => Chọn Id = 500mA = 0,5A Ta có: Ud 40  17,1(V ) 2,34 2,34  Pd U d I d 40.0,5 20(W )  U d 2,34U  U   S ba k sđ Pd 1,05.40.0,5 21(VA) + Nguồn cấp cho khâu khuếch đại xung: - Để cấp nguồn cho khâu này, ta lấy nguồn trước ổn áp => Ud = ± 20V - Theo phần tính tốn khâu KĐX, ta có: TCmax = 1,5A = Id, vậy: • Pd = Ud.Id = 20.1,5 = 30(W) => • Sba = ksđ.Pd = 1,05.20.1,5 = 31,5(VA) - Với cuộn cảm W2, ta có: SbaW2 = 21 + 31,5 = 52,5 (VA) + Tổn thất công suất valve chỉnh lưu: I tbvalve  I d 0,5  1,5   0,67( A) 3 - Điện áp rơi diode chỉnh lưu 0,7V => tổn hao công suất diode là: Pt hao = 0,7 0,67 = 0,469 (W) - Vì ta dùng chỉnh lưu cầu pha diode, đó: Pthực = 0,469 = 2,814 (W) ► W3: - Chọn U2 = Uđp = 10V (theo thiết kế khâu đồng pha) - Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha => Ud = 0,9.U2 = 0,9 10 = 9(V) - Chọn Id = 100mA = 0,1A, ta có: • Sba = 1,48 Ud Id = 1,48 0,1 = 1,33 (VA) ã Itb valve = ẵ Id = 0,1/2 = 0,05 (A) = 500mA - Với Uvalve = 0,7V => => Pth valve = 0,7 0,05 2(valve) = 0,07(W) Với cuộn dây W3, ta có: • Σ Sba = 1,33 = 3,99(VA) ≈ VA • Pth valve = 0,07 = 0,21(W) => Σ Sba thứ cấp = Sba W2 + Sba + Pth W2 + Pth W3 = 52,5 + + 2,814 + 0,21 = 59,424(VA) - Theo bảng tra “Các tham số tính tốn cho biến áp cơng suất nhỏ” (Trang 159 - Tài liệu S2 0,85 hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất), ta chọn sơ bộ:   S1 - Vậy: S baW  SVTH: Nguyễn Phúc Đoàn 59,424 69,9(VA) 70VA 0,85 Trang 19 / 25 ĐAXC pha khởi động ĐC KĐB roto ngắn mạch - Từ công thức: S th S cs  Môn: Điện tử công suất S ba 10 bảng tra “Các tham số tính tốn cho 2,22 f Bmax  k th k cs biến áp cơng suất nhỏ” ta có: S th S cs  59,424.10 79,38 79,4 2,22.50.1,31.2,2.0,9.0,26 - Theo bảng tra “Lõi thép kỹ thuật điện” (Trang 473 - Tài liệu hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất), ta chọn lõi thép kỹ thuật điện loại lõi 20x40 có thơng số tương ứng: • a = 20 • h = 50 • c = 20 • b = 40 • C = 80 • H = 70 • Qt = 7,28 • Ltb = 17,4 • Qt.Qc = 80 • Vt = 125 • Gt = 990(g) • S(50Hz) = 70VA • S(400Hz) = 400VA b b = (1 - 1,5)a c = (0,6 : 0,8)a h = (2 : 3)a c h a/2 a/2 H a C + Xác định tổn hao lõi thép: - Từ công thức Pth = pth Gth P (w/kg) q (VAR/kg) 100 80 60 40 20 B(T) 0,4 0,8 0,9 1,2 9,1 1,6 B(T) 0,4 0,8 Hình a 1,2 1,6 Hình b Đồ thị tổn thất riêng lõi thép - Theo “Đồ thị tổn thất riêng lõi thép – hình a”, ta có: Gth = 990 tương ứng với pth = 0,9 => Pth = pth Gth = 0,9 0,99 = 0,891 (W) + Xác định thành phần dịng từ hóa:  I xa  Pth 0,891  0,015( A) S ba 59,424  0,891 - Theo “Đồ thị tổn thất riêng lõi thép” – hình b, ta có: q th = 9,1 tương ứng với pth = 0,9 Do đó: SVTH: Nguyễn Phúc Đồn Trang 20 / 25 ... tắc điều chỉnh ĐAXC điều chỉnh góc mở valve bán dẫn Các valve làm việc với điện áp xoay chiều nên khóa tự nhiên điện áp nguồn chịu ảnh hưởng lưới điện đến valve, kiểu điều khiển valve dịch pha. .. điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều, tức sử dụng mạch điều khiển xung - pha 2- Hoạt động mạch: - Mạch hoạt động theo quy luật chung: • Trường hợp valve dẫn: Mỗi pha có valve dẫn => Utải... THIỆU VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: ► Yêu cầu chung mạch điều khiển: - Phát xung điều khiển đến valve lực theo thứ tự pha theo góc điều khiển α cần thiết - Đảm bảo phạm vi điều khiển αmin ÷ αmax