Thiết kế và chế tạo bộ chỉnh lưu cầu 1pha có điều khiển

Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải. Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây: 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

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều 1.2 Cấu tạo động điện chiều 1.2.1 Phần tĩnh (stator) 1.2.2 Phần quay (rotor) 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều: 1.4 Phương trình đặc tính động điện kích từ độc lập .6 1.4.1.Sơ đồ nguyên lý: 1.4.2.Phương trình đặc tính cơ: .7 1.4.3.Ảnh hưởng thông số tới tốc độ động cơ: 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập: 1.5.1 Khái niệm chung: 1.5.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng: 11 1.5.3 Điều chỉnh tốc độ thay đổi từ thông: 12 1.5.4 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: 14 1.5.5 Điều chỉnh tốc độ động rẽ mạch phần ứng: 16 CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 20 2.1 Các phần tử bán dẫn công suất 20 2.1.1.Diode 20 2.1.2 Thysistor 22 2.2 Sơ đồ điều chỉnh lưu động 24 2.2.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha có diều khiển 25 2.2.2 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển: .27 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 29 3.1 Mục đích ý nghĩa 29 3.2 Tính chọn mạch động lực 29 3.2.1.Tính tốn chọn van động lực 30 3.2.2 Chọn máy biến áp (MBA) chỉnh lưu: 31 3.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van .32 3.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn .32 3.3.2 Bảo vệ dòng điện cho van: 33 3.4 Tính tốn mạch điều khiển 34 3.5 Thiết kế Bộ Chỉnh lưu .35 3.5.1 Gới thiệu vi mạch TCA 785 35 3.5.2.Tính chọn phần tử cách ly 40 KẾT LUẬN .44 LỜI NÓI 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 u 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 1pha có điều khiển’’ Với hướng dẫn cô : Đặng Thị Loan Phượng , 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 Em xin chân thành cảm ơn SINH VIÊN THỰC HIỆN Thân Quang Sang CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT 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 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều gồm có phần : Phần tĩnh (stator) phần động (rôtor) 1.2.1 Phần tĩnh (stator) Gồm phần sau: a Cực từ chính: Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện Cực từ gắn chặt vào vỏ nhờ bulông Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện b Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều c Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy d Các phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than 1.2.2 Phần quay (rotor) Gồm phận sau: a Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện hai đầu ép chặt lại Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần sinh s.đ.đ có dòng điện chạy qua Thường làm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện với rãnh lõi thép c Cổ góp: Cổ góp hay gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình nhạn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ tròn Đi vành góp có cao lên để để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép Cacbon tốt 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều: b A F® t + n I a I c F® t B d - Hình 1:Sơ đồ ngun lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U đặt vào chổi than A B dây quấn phần ứng có dòng điện Iư dẫn ab, cd có dòng điện nằm từ trường chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ có phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi đảm bảo động có chiều quay không đổi Khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động Eư chiều s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động điện chiều sức điện động E ngược chiều với dòng điện I nên Eư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp: U= Eư+Rư.Iư Trong đó: Rư: điện trở phần ứng Iư: dòng điện phần ứng Eư: sức điện động Theo yêu cầu đề ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động điên chiều kích rừ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ khơng phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa từ thơng động không phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ + - U­ I E KT IKT + UKT - Hình2 : Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập 1.4 Phương trình đặc tính động điện kích từ độc lập Đặc tính quan hệ tốc độ quay mômen (M) động Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động vận hành chế độ định mức với đặc tính tự nhiên (Mđm , wđm) Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi thông số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động Để đánh giá, so sánh đặc tính người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính  tính sau   M   lớn (đặc tính cứng) tốc độ thay đổi M thay đổi  nhỏ (đặc tính mềm) tốc độ giảm nhiều M tăng đặc tính tuyệt đối cứng 1.4.1.Sơ đồ nguyên lý: + - U + - U E Rf RKT CKT IKT CKT Rf E RKT Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động điện chiều Khi nguồn điện chiều có cơng suất lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng vàmạch kích từ mắc vào nguồn chiều độc lập 1.4.2.Phương trình đặc tính cơ: Trường hợp Rf= 0: U= E + Iư.Rư (1) E= Ke  n (2) Trong đó: Ke = p.n 60a : hệ số sức điện động động a: số mạch nhánh song song cuộn dây K= p.n : hệ số cấu tạo động a  : tốc độ góc tính rad/s p: số đơi cực N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng Thế (2) vào (1) ta có:  = Hoặc: n= Uu R  u Iu K  K  Uu Ru  Iu K e  K e  (3) (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi phương trình đặc tính điện Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): mômen điện từ động Suy ra: n= Uu Ru  M K e  K e .K  phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Hoặc:  = Uu Ru  M =    K  ( K ) đó:  : tốc độ không tải lý tưởng  : độ sụt tốc độ 1.4.3.Ảnh hưởng thông số tới tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính cơ:  = U u Ru  R f  M ta nhận thấy muốn thay đổi K  ( K ) tốc độ  ta thay đổi  , Rf , U  Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): ( Kdm ) M  Độ cứng đặc tính cơ:   = giảm Nếu Rf lớn tơcf độ Ru  R f  động giảm đồng thời dòng ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ  Trường hợp thay đổi U< Uđm Tốc độ không tải    U M giảm độ cứng đặc tính   = K  ( K )  const Khi thay đổi điện áp ta thu họ đường đặc tính song song Ru Phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng khởi động  Ảnh hưởng từ thông: Muốn thay đổi  ta thay đổi dòng kích từ Ikt tốc độ khơng tải   U dm K ( K ) M tăng Độ cứng đặc tính cơ:   = giảm Ru  1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập: 1.5.1 Khái niệm chung: 1.5.1.1 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 thông 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 Không 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 1.5.1.2 Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: a Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = n max/nmin Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh c Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng:  = M/n Khi  lớn tức M lớn n nhỏ nghĩa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác  lớn tốt d Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ  đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau: = ni ni 1 Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment  tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, khơng có nhảy cấp hay gọi điều chỉnh tốc độ vô cấp   : Hệ thống điều chỉnh có cấp e Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động  cao tổn hao lượng Pphụ mức thấp f Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ: 10 Trong đó:  = 0,25 hệ số lấy cho động có cuộn bù 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: Điện áp ngược lớn mà Thyristor phải chịu là: Ud Ungmax= Knvan U2= Knvan 2 =  220 2 = 345,6 (V)  Trong đó:  Ud: điện áp tải  U2: điện áp thứ cấp máy biến áp  Knvan= hệ số điện áp tải cầu chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn: Điện áp ngược van cần chọn là: Ungvan= KdtU Ungmax= 1,8 345,6= 622,008 (V) Trong đó:  KdtU hệ số dự trữ điện áp Dòng điện làm việc hiệu dụng van: Id= Iđm= 1,2 (A) Ilv= Ihd = Khd Id= 1,2 = 0,85(A) Trong đó:  Khd= hệ số dòng điện hiệu dụng cầu chỉnh lưu pha có điều khiển hồn tồn Dòng điện làm việc định mức van: Ilvđm= Ki Ilv= 0,85= 3,4(A) Trong đó:  Ki= hệ số dự trữ dòng điện  Thông thường: Ilv= (10 30 )% Iđm (ở chọn Ilv=25% Iđm) 30 Chọn Thyristor loại BT151 có thông 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 Chọn máy biến áp (MBA) chỉnh lưu: Trong thiết bị chỉnh lưu người ta dung MBA để tạo điện áp thích hợp, tạo số pha cần thiết, cách ly phụ tải với lưới điện, cải thiện dòng điện sơ cấp hạn chế dòng ngắn mạch Để chọn MBA chỉnh lưu dựa vào sức điện động thứ cấp, điện áp sơ cấp cơng suất tính tốn cần thiết.Điện áp sơ cấp lấy theo điện áp lưới, sức điện động cơng suất tính tốn từ điện áp dòng điện chỉnh lưu Chọn MBA pha làm mát tự nhiên khơng khí  Điện áp sơ cấp MBA: U1= 220 (V) Thông số chỉnh lưu: U d = 220 (V), I d = 1,2 (A) o Điện áp thứ cấp MBA là: Phương trình cân điện áp có tải: U cos  U d  2U V  U dn  U BA Trong đó: -  = 100 góc dự trữ có suy giảm điện áp lưới - U V = 1,7 (V) sụt áp Thyristor: - U dn = sụt áp dây nối - U BA U r  U X sụt áp điện trỏ điện kháng MBA Thông thường: U BA = (5 10)% U d Ta chọn: U BA = 6% U d = 6(V) Từ phương trình cân điện áp có tải ta có: 31 U  2U V  U dn  U BA 220  2.1,7   U d0  d  = 232,94 (V) cos  cos10 Công suất tối đa tải là: Pd max U d I d = 232,94.1,2= 279,528 (W) Cơng suất MBA nguồn cấp tính là: Sba k s Pmax = 1,23.279,528 = 343,82 (VA) Trong đó: - Sba : Cơng suất biểu kiến MBA - k s = 1,23: hệ số công suất cầu chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn Điện áp pha thứ cấp MBA là: U 232,94 U2  d  kU 2 = 258,73 (V)  Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA là: I2= k2.Id= 1,2 1,2= 1,44 (A) (Với cầu chỉnh lưu pha điều khiển hồn tồn k2= 1,2) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA là: I1= KBA I2= (258,73÷220) 1,44 = 1,7 (A) 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 vanc ó sụt điện áp có tổnt thất công suất P Tổn hao sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn làm việc nhiệt độ cho phép T cp Nếu 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 1,40= 2,1(W) Diện tích bề mặt tỏa nhiệt là: Sm = 32 P K m  Trong đó: P : tổn hao công suất van  : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường T mt= 400C Nhiệt độ làm việc cho phép T cp= 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) 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 Hình1: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 = 1,1.1,40 = 1,54 (A)  Chọn cầu chảy nhóm 1CC loại (A) 33 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 = 1,1.1,98 = 2,178 (A)  Chọn cầu chảy nhóm 2CC loại (A) Bảo vệ ngắn mạch thứ cấp MBA (nhóm 3CC) : I3CC = 1,1.I2= 1,1.2,376 = 2,61 (A)  Chọn cầu chảy nhóm 3CC 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= L di lớn Để bảo vệ điện áp ta sử dụng mạch R- C mắc song song với dt C1 Thyristor tạo mạch vòng phóng điện Rtích q trình chuyển mạch bảo vệ van 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 hồn tồn 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 ( A )  Mức độ sụt biên độ xung: Sx= 0,1  Độ đối xứng cho phép:  = 40 34  Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unguồn= 12 (V) 3.5 Thiết kế Bộ Chỉnh lưu 3.5.1 Gới thiệu vi mạch TCA 785 Vi mạch TCA 785 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp cưa, so sánh tạo xung TCA 785 hang Simen chế tạo sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị điều chỉnh dòng xoay chiều Đặc trưng - Dẽ phát việc chuyển qua điểm khơng - phạn vi ứng dụng rộng rãi - Có thể dung làm chuyển mạch điẻm khơng - Tương thích LSL - Có thể hoạt động pha (3 IC) - Dòng điện 250 mA - Miền dốc dòng lớn - Dải nhiệt độ rộng Nhiệm vụ Tạo xung điều khiển mở thyristor với góc mở α giảm dần để tăng điện áp tải đến điện áp phóng điện a.Kí hiệu: 35 b Chức năng: Chân 10 11 12 Kí hiệu GND Q2 QU Q1 VSYNC I QZ VREF R9 C10 V11 C12 13 L 14 15 16 Q1 Q2 VS Chức Chân nối đất Đầu đảo Dầu U Đầu đảo Tín hiệu đồng Tín hiệu cấm Đầu z Điện áp chuẩn Điện áp tạo xung cưa Tụ tạo xung cưa Điện áp điều khiển Tụ tạo độ rộng xung Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng Đầu Đầu Điện áp nguồn nuôi 36 c.Sơ đồ cấu tạo d.Dạng sóng dòng điện: 37 e.Các thông số TCA 785: Thông số Giá trị Giá trị tiêu Giá trị biểu(F= 50 max Đơn vị HZ VS=5V) Dòng tiêu thụ Điện áp vào điều khiển , IS V11 chân 11trở kháng vào Mạch tạo cưa R11 Dòng nạp tụ I10 Biên độ cưa V10 Điện trở mạch nạp R9 Thời gian sườn ngăn tP 4,5 0,2 6,5 15 10 80 10 V10 MA V MAX kΩ 1000 μA VS-2 V 300 KΩ Ms xung cưa Tín hiệu cấm vào, chân Cấm V6I 3.3 Cho phép Độ rộng xung ra, chân 13 V6H 3.3 Xung hẹp V13 3.5 2.5 Xung rộng Xung chân 14,15 H 2.5 V V 2.5 3.5 V V Điện áp mức cao V14/V VS-13 VS-2.5 VS V Điện áp mức thấp 15 0.3 0.8 1.0 V Độ rộng xung hẹp V14/V 20 30 μs Độ rộng xung rộng 15 530 620 40 μs/n 760 F 3.1 3.4 V 2x10-4 5x10-4 1/K tP Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn VREF Góc điều khiển ứng với αrsef 2.8 điện áp chuẩn * Tính tốn phần tử bên - Xung cưa: 38 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  F (max) 500pF (min) Thời điểm phát xung: tTr = Dòng nạp tụ: V11 R9 C10 Vref K I10 = Điện áp tụ: V10 = Vref K R9 Vref K t R9 C10 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 Thơng số chủ yếu TCA là: - Điện áp nguồn nuôi: 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= (20 500) k 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 3.5.1.2 Nguyên lý làm việc TCA785 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 39 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 V 11, góc mở α thay đổi từ đến 180o Với nửa chu kì song xung dương xuất Q 1, 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 Ngun 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 C 10 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 3.5.2.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 cơng 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 hiệu giá thành rẻ gọn nhẹ cách ly an toàn mạch lực mạch điều khiển từ thong số chúng em định sử dụng MOC 3021 để thực khâu cách ly 40 Sau số sơ đồ kết nối datasheet : Đây số sơ đồ kết nối MOC 3020 ứng với loại tải khác sau sơ đồ kết nối khâu cách ly chúng em 41 Hình 18: Sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý moc 3020 Sơ đồ nguyên lí Nguyên lí hoạt động mạch 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 11V) để thay dổi 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 11V 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 42 + 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 43 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu sách tham khảo với lỗ lực thành viên nhóm nhiệt tình giáo viên hướng dẫn Thạc sĩ Đặng Thị Loan Phượng em hoàn thành đề tài: “ Thiết kế chế tạo chỉnh lưu cầu pha có điều khiển “ Đề tài hoàn thành thỏa mãn yêu cầu giáo viên hướng dẫn đặt Trong trình thực Nhưng lực hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót em mong đóng góp ý kiến thầy giáo để khơng ngừng hồn thiện kiến thức thân em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ giáo viên hướng dẫn Đặng Thị Loan Phượng tồn thể thầy giáo khoa tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án !! Thái Nguyên , ngày… tháng… năm 2018 Sinh viên thực hiện: Thân Quang Sang 44 ... tài: Thiết kế chế tạo chỉnh lưu cầu 1pha có điều khiển ’ Với hướng dẫn cô : Đặng Thị Loan Phượng , em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn... đồ điều chỉnh lưu động Như ta biết để điều chỉnh động điện ta phải chọn mạch lực để điều khiển động Tùy thuộc vào yêu cầu điều chỉnh, công suất động mà ta đưa phương án chọn mạch lực điều khiển. .. yêu cầu đề Sau em giới thiệu số mạch chỉnh lưu cầu pha điều chỉnh động điện chiều dùng Thyristor sau: 24 2.2.1 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha có diều khiển *Ưu điểm: - Sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển