CHỈNH lưu HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG cơ điện một CHIỀU

 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU    -A TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU PHA HÌNH TIA: 1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha : A B C T1 a T2 b T3 c R E L Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia pha Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia pha SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA  Sơ đồ chỉnh lưu pha: Gồm máy biến áp pha có thứ cấp nối Yo, pha Thyristor nối với tải hình 1.1  Điều kiện cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương so với trung tính +Khi biến áp đấu hình (Y)trên pha A,B,C nối van.3 catod đấu chung cho điện áp dương tải ,cịn trung tính biến áp, điện áp âm Ba pha dịch góc 120o theo đường cong điện áp pha ,có điện áp pha dương điện áp pha khoảng thời gian 1/3 chu kì +Nếu có Thyristor khác dẫn điện áp pha tương ứng phải dương pha Vì phải xét đến thời gian cấp xung Góc mở tự nhiên: +Góc mở  xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến (từ đóng sang khố) bắt đầu đặt xung điều khiển vào +Điện áp gây nên trình chuyển mạch: điện áp dây +0   − −  Trong : : góc dẫn : góc chuyển mạch 2.Nguyên lý hoạt động : a) Xét góc mở  = 0: u Vc Vb Va E  i1 E  i2 E  i3 E  id 1 2 3 4 SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp v a = 2u sin  vb = 2u2 sin ( − 2 / 3) vc = 2u2 sin ( + 2 / 3) - Qua hình ta thấy: • Lúc 1     → v a  v b  v c v a có giá trị lớn nên T1 mở cho dòng chạy qua T2; va − E R • Lúc      → v b  v c  v a v b có giá trị lớn nên T2 mở cho dòng chạy qua T1; v −E T3 khoá i = b R v −E • Lúc     1 v c  v a  v b , T3 mở; T1, T2 khoá; i = c R Trong đó: R: điện trở động E: suất điện động phản kháng động u −E Id = d R Dịng trung bình: I 5 I1 = I = I = I d d = d  2  T3 khoá i1 = b) Xét góc mở   : Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: u1 = U m sin  2 ) 2 u3 = U m sin( + ) u = U m sin(  − *Nhịp V1: khoảng thời gian từ 1 →  Tại  điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, đó: u v1 =  u v = u − u1  u = u − u   v3 T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu điện áp u1 : ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu dòng điện qua van 1: id = Id = i1 +Dòng điện qua T2, T3 0: i2 = i3 = Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, uV2 = T2 mở, lúc uV1 = u1 – u2 = bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2 *Nhịp V2: từ 2 → 3 SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất Lúc :  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA u v =  u v1 = u1 − u u = u − u  v3 T2 mở, T1, T3 đóng +Điện áp chỉnh lưu điện áp u2: ud = u2 +Dòng điện chỉnh lưu dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2 +Dòng điện qua T1, T3 0: i1 = i3 = Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, uV3 = T3 mở, lúc uV2 = u2 – u3 = bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3 *Nhịp V3: từ 3 → 4 Lúc : uv =  uv1 = u1 − u3 u = u − u  v2 T3 mở, T1, T2 đóng +Điện áp chỉnh lưu điện áp u3: ud = u3 +Dòng điện chỉnh lưu dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3 +Dòng điện qua T1, T2 0: i1 = i2 = Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, uV1 = T1 mở, lúc uV3 = u3 – u1 = bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1 Trong mạch ,dạng sóng dịng điện phụ thuộc vào tải, tải trở dịng điện id dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện trở nên phẳng hơn, Ld tiến tới vô dịng điện id khơng đổi, id = Id Trị trung bình điện áp tải: Ud = 3 5 +   2.U sin  d = + 6U cos  = 1,17U 2cos 2 Trong :  : Góc mở Thyristor Trùng dẫn: ea = 2.U sin  2 ) 2 ec = 2.U sin( + ) eb = U sin(  − Giả sử T1 cho dòng chạy qua, iT1 = Id Khi  =  cho xung điều khiển mở T2 Cả Thyristor T1 T2 cho dòng chảy qua làm ngắn mạch nguồn ea eb Nếu chuyển gốc toạ độ từ  sang  ta có: e a = U sin(  + eb = U sin(  + 5 + )  +) SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA Điện áp ngắn mạch: U c = eb − ea = 2.U sin(  +  ) Dòng điện ngắn mạch xác định phương trình: 6.U sin(  +  ) = X c dic dt Do đó: U cos  − cos( +  ) X c ic = Nguyên tắc điều khiển Thyristor : Khi anod Thyristor dương Thyristor kích mở Thời điểm pha giao coi góc thơng tự nhiên Thyristor Các Thyristor mở với góc mở nhỏ Tại thời điểm có Thyristor dẫn ,như dịng điện qua tải liên tục, t dẫn 1/3 chu kì.cịn điện áp tải gián đoạn thời gian dẫn Thyristor nhỏ Tuy nhiên, TH dịng điện trung bình Thyristor 1/3 Id khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện Thyristor dịng điện tải Dịng điện Thyristor khố = Điện áp Thyristor phải chịu điện dây pha có Thyristor khố với pha có Thyristor dẫn Khi tải trở dòng điện điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở Thyristor +Nếu   30 → Ud , Id liên tục +Nếu  > 30 → Ud , Id gián đoạn Ud Id Id Ud α T2 t t1 t2 t3 t4 I1 t I2 t I3 t UT1 t Hình 1.3: Giản đồ đường cong = 30o tải trở SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử công suất Ud α Ud Id GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA T2 Id t I1 t I2 t I3 t UT1 t Hình 1.4 :Giản đồ đường cong góc mở = 60o  Nhận xét : So với chỉnh lưu pha: +Chỉnh lưu tia pha có chất lượng điện chiều tốt +Biên độ điện áp đập mạch tốt +Thành phần sóng hài bậc cao bé +Việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản Dòng điện cuộn thứ cấp dòng điện chiều ,do biến áp pha trụ mà từ thông lõi thép biến áp từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Khi chế tạo biến áp động lực, cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn dây pha dây trung tính chịu dịng tải Tổng quan Thyristor : a) Cấu tạo: Là dụng cụ bán dẫn gồm lớp bán đẫn loại P N ghép xen kẽ có cực anốt, catốt cực điều khiển riêng G SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án môn học: Điện tử công suất + + P2 + - + + N1+ P1 - A J1 A K J3 Ei J2 G Hình 1-5 Kí hiệu : + + N2 + GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA K G b) Nguyên lý hoạt động : Khi Thyristor nối với nguồn chiều E > tức cực dương đặt vào anốt cực âm đặt vào catốt, tiêp giáp J1, J3 phân cực thuận miền J2 phân cực ngược, gần toàn điện áp đặt lên mặt ghép J 2, điện trường nội E1 J2 có chiều từ N1 hướng tới P2 Điện trường tác động chiều với E 1, vùng chuyển tiếp vùng cách điện mở rộng ra, khơng có dịng điện chạy qua tiristor đặt điện áp dương +Mở Thyristor : Nếu cho xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K ) electron từ N2 chạy sang P2 Đến số chúng chảy nguồn U g hình thành dịng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 - J3 - K - G , phần lớn điện tử sức hút cuả điện trường tổng hợp mặt J lao vào vùng chuyển tiếp chúng tăng tốc có động lớn bẻ gảy liên kết nguyên tử Si, tạo nên điện tử tự Số điện tử lại tham gia bắn phá nguyên tử Si khác vùng chuyển tiếp Kết phản ứng dây chuyền làm xuất nhiều điện trường chạy vào vùng N1 qua P1 đến cực dương nguồn điện ngoài, gây nên tượng đẫn điện ạt làm cho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện diểm sung quanh cực phát triển toàn mặt ghép với tốc độ lan truyền khoảng 1m/100s +E - Một biện pháp đơn giản để mở Thyristor trình bày hình vẽ Rt Khi đóng mở K, Ig > Igst T mở ( Ig  (1,1 R1 1,2 ) Igst ) T E K G= (1,1 − 1,2) I gst Ig : Giá trị dòng điều khiển ghi sổ tay tra R2 cứu Thyristor -E R2 = 100 1000() Hình 1-6a Có thể hình dung sau : Khi dặt Thyristor UAK > Thyristor tình trạng sẵn sàn mở cho dịng chảy qua, cịn đợi tín hiệu Ig cực điều khiển, Ig > Igst Thyristor mở +Khố Thyristor : Một Thyristor mở tín hiệu Ig khơng cịn tác dụng Để khố Thyristor có cách : Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dịng trì Idt SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA Đặt điện áp ngược lên Thyristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính UAK < có mặt P1, N1, P2, đảo chiều hành trình, tạo nên dịng điện ngược chảy từ Catốt Anốt cực âm nguồn điện áp +E +E R Rt1 Rt2 C C A T K Hình 1-6b B T2 T1 Hình 1-6c - Lúc đầu trình từ t0→ t1, dịng điện ngược lớn, sau J1, J3 trở nên cách điện Cịn điện tử giủ lại hai mặt ghép, tượng khuếch tán làm chúng dần hết J2 khơi phục lại tính chất mặt ghép điều khiển - Thời gian khố toff tính từ bắt đầu xuất hiên dong điện ngược (t2) thời gian mà sau đặt điện áp thuận lên Thyristor Thyristor khơng mở, toff kéo dài khoảng vài chục s Trong trường hợp không đặt tiristor điện áp thuận Thyristor chưa bị khố khơng có nguy gây ngắn mạch nguồn Trên sơ đồ hình (b), việc khoá Thyristor điện áp ngược thực cách đong khố K cịn sơ đồ (c) cho phép khóa Thyristor cách tự động Trong mạch hình (c) mở Thyristor tiristor khoá lại Giả thuyết cho xung điện áp dương đặt vào G1→T1 mở dẫn đến xuất dòng điện : Dòng thứ chảy theo mạch : +E - R1-T1 - E,còn dòng thứ chảy theo mạch +E - R2 -T1- -E - Tụ C nạp điện đến giá trị E, cực dương B, cực âm A Bây cho xung điện áp dương tác động vào G2→T2 mở đặt điện điểm B vào catốt T1 Như T1 bị đặt điện áp Uc = -E T1 bị khoá lại -T2 mở lại xuất dòng điện : Dòng thứ chảy theo mạch : + E - R1-C - T2 - -E Còn dòng thứ hai chảy theo mạch : +E - R2 - T2 - -E - Tụ C nạp ngược lại giá trị E, chuẩn bị khoá T2 ta cho xung mở T1 c) Điện dung tụ điện chuyển mạch : - Trong sơ đồ hình (b), (c) câu hỏi đặt : Tụ điện C phải có giá trị khố Thyristor  → Như nói T1 mở cho dịng chảy qua C nạp điện đến giá trị E cực “+” phía điểm B thời điểm cho xung mở T (cả Thyristor điều mở), ta có phương trình mạch điện du E = i.R1 + U c với i = C c dt du c Nên E = C.R1 +Uc dt Viết dạng toán tử Laplace : P = C.R1 P.U c ( p ) − U c (0 ) + U c ( p ) E SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử công suất U c (0) = − E nên U c ( p ) = Vì () ( − at ) GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA Q.E với a = p( p + a ) R1 C = U T Thời gian toff khoảng thời gian kể từ Từ ta có : U c t = E − 2.e mở T2 UT1 bắt đầu trở thành dương, ta có : ( ) E − 2.e − a.toff = → t off = 0,693.R1C C = t off 0,693.R1 1,44.I t off E nhận C = E I toff : ; I : Ampe ; E : Volt ; C : F d) Đặt tính Volt - Ampe Thyristor : R1 = Ia III II IH Ung IV I0 Ing U I Uth Uch Hình 1-7 Đoạn : Ứng với trạng thái khố Thyristor, có dịng điện rị chảy qua Thyristor tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu trình tăng nhanh chống dòng điện Thyristor chuyển sang trạng thái mở Đoạn : Ứng với giai đoạn phân cực thuận J2 Trong giai đoạn lượng tăng nhỏ dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn điện áp đặt lên Thyristor, đoạn gọi đoạn điện trở âm Đoạn : Ứng với trạng thái mở Thyristor Khi mặt ghép trở thàng đẫn điện Dòng chảy qua Thyristor bị hạn chế điện trở mạch Điện áp rãi Thyristor lớn khoảng 1V Thyristor giử trạng thái mở chừng I lớn dòng trì IH Đoạn : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt điện áp ngược Dòng điện lớn, khoảng vài chục mA Nếu tăng U đên Ung dịng điện ngược tăng lên nhanh chống, mặt ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng Bằng cách cho Ig lớn nhận đặt tính Volt - Ampe với Uch nhỏ dần SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA B: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Động điện chiều dùng phổ biến cơng nghiệp,giao thơng vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng Máy điện chiều làm việc hai chế độ máy phát động Khi máy làm việc chế độ máy phát công suất đầu vào công suất cịn cơng suất đầu cơng suất điện Động quay roto máy phát điện chiều turbine gas, động điesel động điện Khi máy điện chiều làm việc chế độ động cơ, công suất đầu vào cơng suất điện cịn cơng suất đầu cơng suất Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông điện chiều quay từ trường có dịng điện chạy qua SĐĐ phần ứng động điện chiều tính theo cơng thức: Eư = kE  n = kM  Mơmen điện từ tính theo cơng thức M = kM  Iư Phương trình cân điện áp động : U = Eư + Rư * Iư II CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU : 1.Phần tĩnh hay stato :  Đây phần đứng yên máy Phần tĩnh gồm phận tĩnh sau: a).Cực từ : Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cục từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0.5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong máy điện nhỏ làm thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối nối tiếp với b).Cực từ phụ : Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ nhờ bulông c).Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ , đồng thời làm vỏ máy máy điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại , Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d).Các phận khác : Các phận khác gồm có : -Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa , nắp máy cịn có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang -Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chổ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại 2.Phần quay rotor : Phần quay gồm có phận sau : SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA Sơ đồ để giải biểu thức lượng giác hình.Các hệ số tính: R R cos = , sin = R3 R2 cos t R2 sin t R0 sin t sin( t +  ) R3 Hình 3.2:Sơ đồ mạch tạo góc dịch pha so với điện áp lưới Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển: ĐIỆN ÁP TỰA ĐP T Uc KĐ XUNG SS Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor Nguyên tắc điều khiển : a).Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Theo nguyên tắc người ta thường dùng hai điện áp : - Điện áp đồng ( Us ) , đồng với điện áp đặt anôt – catôt Thyristor, thường đặt vào đầu đảo khâu so sánh - Điện áp điều khiển ( Udk ) , điện áp chiều , điều chỉnh biên độ Thường đặt vào đầu không đảo khâu so sánh Us Ucm -Usm Us Ucm ωt α π 2π α Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Do hiệu điện đầu vào khâu so sánh : Ud = Udk – Us ; Khi Us = Udk khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận sường xuống điện áp đầu khâu so sánh Sườn xuống thông qua đa hài trạng thái bền ổn định tạo xung điều khiển Như cách làm biến đổi Udk , ta điều chỉnh thời điểm xuất xung , tức điều chỉnh góc α SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án môn học: Điện tử công suất Giữa α Udk có quan hệ sau : α =  GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA U dk ; U s max Người ta lấy Udkmax = Usmax b).Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos : Theo nguyên tắc người ta dùng hai điện áp : - Điện áp đồng Us , vượt trước UAK = Um sinωt Thyristor góc  Us = Um cosωt - Điện áp điều khiển Udk điện áp chiều , điều chỉnh biên độ theo hai chiều dương âm Nếu đặt Us vào cổng đảo Ucm vào cổng không đảo khâu so sánh : Khi Us = Ucm , ta nhận xung mảnh đầu khâu so sánh khâu lật trạng thái Um cosα = Udk ; (3-1) U dk Do α = arcos( ) ; (3-2) Um ➢Khi Udk = Um α = ;  ➢Khi Udk = α = ; ➢Khi Udk = - Um α = π ; Us UAK Us UAK Um Ucm ωt π α -Um 2π Hình 3-4 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss Như , điều chỉnh Udk từ trị Udk = +Um , đến trị Udk = -Um ta điều chỉnh góc α từ đến α Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” sử dụng thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao Bằng cách tác động vào Udk ta điều chỉnh vị trí xung điều khiển, tức điều chỉnh góc mở  -Mạch điều khiển tia pha thường thiết kế theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính -Để tạo thành mạch điều khiển thường sử dụng linh kiện: biến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 (công tắc ngưỡng), tranzitor, máy biến áp xung, diot diot zener số linh kiện điện tử khác II Lựa chọn thiết kế mạch điều khiển : 1/.Vi mạch TCA 780: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA a)Giới thiệu: b)Sơ đồ vi mạch TCA 780: Hình 3.4 Bảng thích : Pin Chân 10 11 12 13 14 15 16 Symbol Kí hiệu GND Q2 QU Q1 VSYNC I QZ VREF R9 C10 V11 C12 L Q1 Q2 Vs Function (Chức năng) Ground Output inverted Output U Output inverted Nối đất Đầu số đảo Đầu U Đầu số đảo Synchronous voltage Inhibit Output Z Stabilized voltage Ramp resistance Ramp capacitance Control voltage Pulse extension Long pulse Output Output Supply voltage Điện áp đồng Chân khoá Đầu Z Điện áp chuẩn Điện trở tuyến tính Tụ tuyến tính Điện áp điều khiển Mở rộng xung Xung dài Đầu số Đầu số Điện áp nguồn ni Vi mạch TCA 780 cịn gọi công tắc ngưỡng SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA -Được bán rộng rãi thị trường, vi mạch hãng Siemens chế tạo, sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều -TCA 780 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: +‛‛Tề đầu” điện áp đồng +Tạo điện áp cưa đồng +So sánh +Tạo xung Hình 3.5: Vi mạch TCA780 -Có thể điều chỉnh góc mở α từ 00 đến 1800 điện -Thông số chủ yếu TCA 780: +Điện áp ni: Us = 18 V +Dịng điện tiêu thụ: IS = 10 mA +Dòng điện ra: I = 50 mA +Điện áp cưa: Ur max = (US – 2) V +Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9 = 20 k  - 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 2/ Khâu khuếch đại xung: -Xung vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để mở Thyristor, cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để mở Thyristor động lực -Khuếch đại tạo xung gồm linh kiện: transistor, biến áp xung, diot điện trở phân cực cho tranzitor a) Sơ đồ pha khâu khuếch đại xung: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA b) Chức linh kiện: - Dz1:diot ổn áp,ổn định điện áp đầu vào khâu khuếch đại - D3: hướng dòng cung cấp cho transistor - D2, Dz2: hạn chế điện áp cực colector emitor transistor - R1, R2: điện trở hạn chế dòng phân cực IB transistor - Rc:điện trở hạn chế dòng collector - D4:ngăn chặn xung áp âm có T bị khóa - Rg: hạn chế dòng điều khiển - R3: điều khiển biên độ sườn xung c) Hoạt động sơ đồ khuếch đại xung: Giả sử tín hiệu vào Uc (là tín hiệu logic) lấy từ chân 15 (và 14) TCA 780 -Khi Uc = “1” (mức logic 1)thì tranzitor dẫn bão hồ Giả sử t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L biến áp xung ngăn không cho Ic = US Rc ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ −t Uc ic = (1 − e T ) Rc với T = L1 Rc -Khi Uc = “0” (mức logic 0) Dz1 bị chặn lại tranzitor bị khoá Khi t = t1 Uc = “0” ta có: − t1 US U i L (t1 ) = i c (t1 ) = (1 − e T ) = I  S Rc Rc Tranzitor bị khoá → Ic = SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  Vậy khơng có diot D2 lượng W = GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA L.I 02 sinh điện áp cực C E, điện áp vượt 100V nên phá huỷ transistor Khi có D2: UCE = UC – UE = 0,8 (V) D2 mở cho dòng chạy qua làm ngắn mạch điểm C, F cuộn sơ cấp máy biến áp xung Do đó: UCE = US + 0,8 (V) d) Khâu truyền hàm điều khiển: Khi có xung cuộn dây thứ cấp máy biến áp xung, xung truyền qua D4 đến điều khiển mở Thyristor T phân cực thuận III Phân tích hoạt động mạch điều khiển : +18V D4 Dz2 +18V Udk SVTH: THIỀU QUANG _ PHAN15ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG D2 16 13THỊNH 11 TCA780 R5 Rg 10 12 14 DZ1 R2 Tr R3  Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA U A t U5 t U1 d U t k U15 U14 t t U'15 t U14 t Udk t Ur t t1 t2 t3 t4 t5 Hình 3.6 : Giản đồ đường cong mạch điều khiển ➢ Hoạt động sơ đồ : -TCA 780 hoạt động theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16 V) +Us = Uc – Uv : Uc = Us tức Uv =0 TCA làm nhiệm vụ so sánh tạo xung Bằng cách làm thay đổi Udk điều chỉnh thời điểm xuất xung tức điều chỉnh góc mở  +Tụ C10: tham gia vào khâu tạo điện áp cưa, nạp dịng điện i từ chân số 10 dòng i điều chỉnh R9 (thường R9 = 20 k  - 500 k  ) Dịng điện i tính: i= U 3,3 = R9 R9 (Thường chọn R9 = 200 k  ) SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất U 10 = i.t C10 GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA (Thường chọn C10 = 0,5  F) +Tại thời điểm t = t0, U10 = Uc = U11, xuất xung dương chân 15 nên V(t)>0, xuất xung chân 14 V(t) 300 pF +US : điện áp nguồn nuôi từ chân 6, 13, 16 với điện áp chiều (18 V) ( Trong khoảng t1 → t2 , t4 → t5 ) ta có xung Udk làm mở thơng Tranzitor, kết ta nhận chuổi xung nhọn Xdk biến áp xung , để đưa tới mở Thyristor T Điện áp Ud suất tải từ thời điểm có xung điều khiển , thời điểm t2 , t4 chuổi xung điều khiển , mổi chu kỳ điện áp nguồn cấp , cuối bán kỳ điện áp dương anôt Hiện có nhiều hãng chế tạo vi xử lý chuyên dụng để điều khiển thyristor tiện lợi Tuy nhiên linh kiện loại chưa phổ biến thị trường Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha sử dụng Thyristor ta cần sử dụng xung lấy từ chân số 15 +Để có xung điều khiển cho Thyristor cần có vi mạch TCA 780 đảm nhận IV Tính chọn thơng số phần tử mạch điều khiển: 1)Tính chọn phần tử khâu khuếch đại xung: Chọn diot D4 dùng điều khiển Thyristor T60N1000VOF: US = 18 V, Ig = 300 mA Chọn diot D4 loại S310 Liên Xô với thông số: UCE = 40 V, UBE = V, Ic max = 300 mA,  = 13 – 25 Với IC = 150 mA, chọn  = 20 → IB = IC  = 150 = 7,5mA 20 Điện trở Rc: Rc = U CE − U − U D3 U S − U − U D3 18 − 15,2 − 0,6 = = = 14,667() Ic Ic 150.10 −3  Rc = 15() Tính chọn R1: U BE 3.10 R1 = = = 70,58() I c I B 150.7,5.10 −6 Chọn D2, D3 loại S310 có thơng số: I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆UD3 = 0,6 V Diot Dz2 loại diot zener loại 1W3815 có thơng số: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA Imax = 264 mA, U0N = 16 V, Pmax = W Tính chọn Dz1 R2: Dịng điện từ chân 14 15 qua diot D1 50 mA Biên độ xung Ux = 16 V Chọn Dz1 diot zener loại KU139A có thơng số U = 3,7 V; Imax = 70 mA; Imin = 30 mA Dòng điện chân 14 15 qua diot D1 50 mA Biên độ xung Ux = 16 V Điện trở R2 tính sau: R2 = U X − U − U BE 16 − 3,7 − = = 186() I 150 Chọn Tranzitor công suất Tr loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số : +Tranzitor loại n-p-n,vật liệu bán dẫn Si +Điện áp colecto bazơ hở mạch emito:UCB0 =40 V +Điện áp emito bazơ hở mạch colecto: UEB0 =4 V +Dịng điện lớn colecto chịu đựng : Icmax=500 mA +Công suất tiêu tán colecto :PC=1,7 W +Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: T1 =1750C +Hệ số khuếch đại :  =50 +Dòng làm việc colecto: IC3=I1= 50 mA +Dòng điện làm việc bazơ: IB3=IC3/=50/50=1 mA Ta thấy với loại Thyristor chọn có cơng suất điều khiển bé Udk=1,4 V,Idk=0,15 A 2)Chọn phần tử bên TCA 780: Ta chọn : R9 = 100(k ) ; C10 = 0,5( F ) ; C12 = 0,5( F ) 3)Tính tốn máy biến áp đồng pha: Máy biến áp đồng pha máy biến áp tạo nguồn cung cấp cho TCA 780 Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn, có sơ đồ nối dây ∆∕Ү để tạo độ lệch 300 cách tự nhiên, đồng thời tạo đồng pha máy biến áp thứ cấp Độ dài xung cưa độ dài máy biến áp đồng pha với điện áp điều khiển cực đại là: U max = U dk sin 170 = UC sin 170 = 16 = 91,954(V ) 0,174 TCA có dịng vào đồng khoảng I5 = 200 ( A) Vậy điện trở R5 tính sau: R5 = U 91,954 = = 0,46.10 () = 460(k) I5 200 Tỉ số biến áp máy biến áp đồng pha: n= U1 220 = = 2,39 U 91,954 Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: I1 = I 200 = = 83, 68(  A) n 2,39 Công suất máy biến áp đồng pha: S = U1 I = 220 83,68.10-6 = 55,22.10-3 (W) Công suất máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ 4)Tính chọn biến áp xung: SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐƠNG  Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA Tỉ số biến áp biến áp xung tính theo cơng thức: m= U1 UX (Thường m = -3 ) Chọn m = Vậy điện áp sơ cấp biến áp xung là: U1 = m UX = (7 + 0,6) = 15,2 (V) Với UX = Uq + ∆Up = (7 + 0,6) (V) Dòng điện sơ cấp biến áp xung: I = Ig = 150(mA) *Mạch từ: Chọn vật liệu sắt từ 330, lõi sắt từ có dạng hình chữ nhật, làm việc phần đặc tính từ hố tuyến tính BS = 2,2 T, ∆B = 1,7 T làm việc f = 50 Hz, có khe ∆H = 50 A/m Từ thẩm lõi thép từ: = B 1, = = 2, 7.104 −7 0 H 50.4 10 Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình Sơ ta chọn chiều dài trung bình đường sức: L = 0,1 m; khe hở lkh = 10-5 tb = L lkh + L 0,1 = 10−5 +  0,1 2, 7.104 = 7,3.103 Thể tích lõi sắt từ: V = 1 = tb 0 t X S.U S I B 7,3.103.4 10−7.5.10−4.0,15.15, 2.0,15 = 0,72 = 1,02 10-6 (m) = 1,02 (cm3) Chọn thể tích (cm3) Chọn số liệu thiết kế: l = (cm), a = =1,5 (cm) Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung: c L T3 CKT 2CC R1 T2 2CC T1 R1 1 R1 2CC SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG M R2 C2 R2 C2 b R2 C2 a CD 1CC 1CC 1CC A B C Ap U tx1 15,2.5.10 −4 W1 = = = 95(vòng) B..K 0,7.1,5.0,76.10 − U2 7,6.95 W1 = = 47,5(vòng) Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: W2 = U1 15,2 Đồ án môn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA ➢Ngun lý hoạt động sơ đồ: Với sơ đồ nguyên lý trên, Thyristor nối theo nhóm katốt chung nên phần tử chỉnh lưu có đặc điểm sau: - Thyristor dẫn điện Thyristor có anốt nối với điện áp cao phải kích xung đồng pha với điện áp pha SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA - Thyristor dẫn điện gánh trọn dịng điện tải - Khi có Thyristor dẫn điện hai Thyristor cịn lại khơng dẫn ( ta xét bỏ qua chuyển mạch ) Để tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ, người ta thay đổi góc kích  Thyristor thay đổi điện áp chỉnh lưu, làm cho điện áp đặt lên phần ứng động thay đổi Xét hai trường hợp: * Khi  = 0: Ta kích Thyristor thời điểm chuyển mạch tự nhiên làm cho điện áp trung bình cực đại: Udo = Udmax m  ( ) U = U d max cos  = 2U f sin  m Trong đó: - Udo: Điện áp chỉnh lưu thời điểm  = - m: Số pha chỉnh lưu ( m = ) - U2f: Điện áp pha thứ cấp máy biến áp * Khi   0: Ud = Udmaxcos m  ( ) Ud = 2U f sin cos   m - Khi <  < 300: Dòng chỉnh lưu liên tục Trong khoảng thời gian t1t2 điện áp Ua có giá trị lớn nhất, đồng thời thời điểm t1 kích xung cho T1 T1 nhận xung kích nên dẫn điện, mở cho dịng điện chạy qua cịn hai van T2 T3 bị khóa Sau thời điểm t2 trở Ub có giá trị lớn Tại t2, kích xung cho T2 nên T2 dẫn Lúc ta có Ua < Ub nên anốt T1 có điện thấp so với katốt nó, T1 bị khóa Tương tự, thời điểm t3, T3 dẫn T1 T2 bị khóa Như Thyristor cho dịng chạy qua khoảng thời gian 1200 điện giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu Thyristor :  Ud = 2 + +   2 2U sin d = + U cos  2 ( 3 ) Điện áp ngược đặt lên Thyristor hiệu số điện anốt katốt Thyristor đó: Khi T2 dẫn:  U ngT = U b − U a = 6U cos( − ) Khi T3 dẫn: 2 U ngT = U c − U a = 6U cos( − ) Điểm cực trị điện áp ngược đặt lên T1 là: 4 U ngT = 6U khi = 11 U ngT = 6U khi = Dịng điện chỉnh lưu san có giá trị: Ud Id = Rd + X d Giá trị trung bình dịng điện chạy qua Thyristor là: ( ) ( ) ( ) 2 I I dtb = I d d = d  2 - Khi 300 <  < 900: Điện áp tức thời âm số khoảng ( ) SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA - Khi  = 900: Điện áp trung bình Udtb = Ta nhận thấy: Trong khoảng <  < 900, biến đổi làm việc chế độ chỉnh lưu với điện áp Ud > Và khoảng 900 <  < 1800, biến đổi làm việc chế độ nghịch lưu với Ud < Mối quan hệ Ud = f (  ) chỉnh lưu Thyristor biểu diễn sau: Ud Ud0 CL /2   NL - Ud0 Hình Đặc tính điều chỉnh Ud = f ( ) CHƯƠNG : KẾT LUẬN Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động điện chiều kích từ độc lập", giúp em hiểu rõ về: động điện SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA chiều, Thyristor, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển , vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng cách tính tốn thông số linh kiện mạch Sau trình học tập nghiên cứu đồ án, với hướng dẫn tận tình thầy giáo Nguyễn Tấn Hòa giúp đỡ bạn lớp, em hoàn thành nhiệm vụ giao đồ án: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động điện chiều kích từ độc lập Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: Chương I :Tổng quan chỉnh lưu tia pha động điện chiều - Tổng quan hình tia pha Sơ đồ nguyên lý hoạt động, đồ thị, giá trị điện áp, dòng điện -Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập Chương II :Thiết kế mạch động lực -Sơ đồ mạch động lực -Nguyên lý hoạt động -Thiết kế ,tính chọn thiết bị mạch động lực(bao gồm chọn van bán dẫn, tính tốn thơng số định mức , tính tốn máy biến áp hay cuộn kháng có, tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ ) Chương III : Thiết kế mạch động lực điều khiển -Xác định yêu cầu : Số kênh điều khiển, dải điều khiển góc mở, tính liên tục điều khiển điện áp -Lựa chọn thiết kế khâu : Đồng pha , so sánh tạo xung, khuếch đại -Phân tích hoạt động mạch,vẽ đồ thị ,mô phần mềm matlab Multisim -Hiệu chỉnh chỗ chưa hợp lý.0 Chương IV: Kết luận Trong trình thực hiện, chắn thân em tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Điện tử công suất Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HỊA 2- Điện tử cơng suất Tác giả: Nguyễn Bính 3- Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất Tác giả : Trần Văn Thịnh SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TỒN _NGUYỄN XN ĐƠNG ... Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động điện chiều kích từ độc lập Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: Chương I :Tổng quan chỉnh lưu tia pha động điện chiều -... XN ĐƠNG Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất  GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA B: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Động điện chiều dùng phổ biến công... phát điện chiều turbine gas, động điesel động điện Khi máy điện chiều làm việc chế độ động cơ, cơng suất đầu vào cơng suất điện cịn cơng suất đầu công suất Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông điện