Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển theo nguyên lý arccos cho phần ứng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất Lời nói đầu Ngày với tiến khoa học kỹ thuật ngày đáp ứng nhu cầu tính đại tự động hóa nghành công nghiệp.Bước tiến vượt bậc khoa học kỹ thuật đời cơng nghệ bán dẫn, yếu tố thiếu ngành công nghiệp tự động hóa.Việc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đặc biệt lĩnh vực điện tử cơng suất ứng dụng để chế tạo linh kiện điện tử góp phần tạo nên mạch điều khiển ứng dụng điều khiển động Điện tử công suất phục vụ hiệu cho truyền động điện đặc biệt điều khiển động cơ.Cũng nhằm mục đích tìm hiểu sâu ứng dụng quan trong điều khiển động cơ, đặc biệt động điện chiều sử dụng ngày rộng rãi sống, sinh viên nghành Điện tham gia làm đồ án mơn học Điện tử cơng suất nhằm tìm hiểu kỹ vấn đề Đồ án môn học “Thiết kế chỉnh lưu cầu pha có điều khiển theo nguyên lý arccos cho phần ứng động điện chiều kích từ độc lập” gồm có chương: Chương 1:Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập Chương 2:Tổng quan chỉnh lưu cầu pha Chương 3:Tính chọn mạch động lực Chương 4:Tính chọn mạch bảo vệ cuộn kháng san Chương 5:Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý ARCCOS Chương 6:Mơ Với hướng dẫn nhiệt tình thầy PGS.TS Đồn Quang Vinh thầy mơn, tơi hồn thành đồ án với học hỏi mở mang kiến thức Tôi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô bạn bè giúp đỡ tơi hồn thành nhiệm vụ mình! Đà nẵng, ngày 22 tháng 12 năm 2008 Sinh viên thực Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.Đặc tính động điện 1.1 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Đặc điểm động kích từ độc lập dịng điện kích từ từ thơng động khơng phụ thuộc dịng điện phần ứng.Sơ đồ nối dây hình vẽ: C KT Rf E R KT RKT CKT IKT Rf E I KT UKT Iư a, b, Hình 1.1 a:Sơ đồ nối dây động kích từ song song b:Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động kích từ độc lập Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình 1.1 ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: (1-1) Uư = Eư + (Rư + Rt)Iư đó: Uư : điện áp phần ứng Eư : sức điện động phần ứng Rư : điện trở mạch phần ứng Rt : điện trở phụ mạch phần ứng Iư : dòng điện mạch phần ứng Với Rư = rư + rcf + ri + rct rư : điện trở cuộn dây phần ứng rcf : điện trở cuộn cực từ phụ rb : điện trở cuộn bù rct : điện trở tiếp xúc chổi điện Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức Trong đó: Sinh viên thực hiện: Eu = pN Φω = K Φω 2π a http://www.ebook.edu.vn (1-2) Đồ án môn học: Điện tử công suất p: số đơi cực từ N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng Φ: từ thông kích từ cực từ ω : tốc độ góc K= pN : Hệ số tỉ lệ phụ thuộc cấu tạo động 2π a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: E ö = K c Φn 2π n n = 60 9.55 pN Eu = Φn 60a (1-3) ω= Vì : : Hệ số sức điện động động Kc = pN 60a Kc = K = 0.105 K 9.55 Từ ta có: ω= U u Ru + R f − × Iu KΦ KΦ (1-4) Đây phương trình đặc tính điện động Mặt khác mômen điện từ Mđt động tỉ lệ với từ thơng dịng điện phần ứng xác định bởi: (1-5) Mđt = K Φ Iư Suy ra: Iu = M dm KΦ thay giá trị Iư vào (1-4) ta được: ω= U u Ru + R f M dt − K Φ ( K Φ )2 (1-6) Nếu bỏ qua tổn thất động cơ, gồm tổn thất ma sát ổ trục, tổn thất tự quạt mát tổn thất thép mômen trục động coi mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mđt = Mcơ = M ω= U u Ru + R f − M K Φ ( K Φ )2 (1-7) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Nếu bỏ qua ảnh hưởng phản ứng phần ứng , từ thông động Φ = const phương trình đặc tính điện (1-4) phương trình đặc tính (1-7) tuyến tính Đồ thị chúng biểu diễn hình đường thẳng Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất ω ω ωo ωo ωdm ωdm Iâm Inm I M âm M nm Hình 1.2 a:Đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập b:Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Theo đồ thị trên, Iư = M = ta có: ω= Uu = ωo KΦ (1-8) ωo : gọi tốc độ không tải lý tưởng động Khi ωo =0 ta có: U Iư = = I nm Rö + Rf (1-9) M = K ΦI nm = M nm (1-10) Và Inm , Mnm gọi dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch Mặt khác, phương trình đặc tính (1-4), (1-7) viết dạng: Uu R − I u = ωo − Δω KΦ KΦ U R ω= u − M = ωo − Δω K Φ ( K Φ )2 ω= (1-11) (1-12) đó: R = Ru + R f ωo = Uu KΦ R R I ö = M KΦ (KΦ )2 Δω gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M 1.1.2 Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động Φ, điện áp phần ứng Uư điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số Δω = Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất 1.1.2.1 Ảnh hưởng điện trở phần ứng Giả thiết Uư = Uđm = const Φ = Φđm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng hình 1.1 1.2 làm thay đổi điện trở tổng mạch Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: ωo = U dm = const K Φ dm Độ cứng đặc tính cơ: ( K Φ dm ) = var ΔM β = =− Δω Ru + R f Khi Rt lớn, β nhỏ nghĩa đặc tính dốc Ứng với Rf = ta có đặc tính tự nhiên ( K Φ dm ) βTN = − (1-13) Ru βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện trở phụ Rf ta họ đặc tính biến trở có dạng hình vẽ: ω ωo TN(Rn) Rf Rf Rf Mc Rf M Hình 1.3: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ 1.1.2.2 Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông Φ=Φdm=const, điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Udm , ta có: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Tốc độ không tải: ωox = Điện tử công suất Ux = var K Φ dm ( K Φ dm ) Độ cứng đặc tính cơ: β = − = const Ru Như thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song với đặc tính tự nhiên ω ωo TN ω01 Uâm U1 ω02 U2 ω03 ω04 U3 U4 Mc M(I) Hình 1.4: Các đặc tính động chiều kích từ độc lập giảm áp đặt vào phần ứng động Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dịng điện ngắn mạch động giảm tốc độ giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động Ảnh hưởng từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm =const , không nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng,tức Rư = const.Bằng cách thay đổi dịng điện kích từ Ikt động ta làm thay đổi từ thông Trong trường hợp này: Tốc độ không tải: ωox = U dm = var KΦx ( KΦx ) Độ cứng đặc tính cơ: β = − Ru = var Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thơng Nên từ thơng giảm ωox tăng, cịn β giảm Ta có họ đặc tính với ωox tăng dần độ đặc tính giảm dần giảm từ thông Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Ta nhận thấy thay đổi từ thông: U dm = const Ru = K Φ x I nm = var Dòng điện ngắn mạch: I nm = M nm Mơmen ngắn mạch: Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thơng biểu diễn hình ω ω ω02 ω02 ω01 Φ ω0 Φ Φ dm Φ2 ω01 ω0 TN Φ1 Mc Inm I Φ ñm , TN M nm2 M nm1 M nm M Hình 1.5: Đặc tính điện đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thơng tốc độ động tăng lên 1.2 Tổng quan điều chỉnh -Động điện chiều có nhiều ưu điểm so với động khác, khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển đơn -Để điều chỉnh tốc độ động điện có phương pháp: +Điều chỉnh điện áp phần ứng động +Điều chỉnh điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng +Điều chỉnh từ thông động 1.2.1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện trở phần ứng: Từ phương trình đặc tình tổng quát: ω = R Uu − u∑ M K Φ ( K Φ) ⇒ ω=ωo-Δω Ta thấy thay đổi Ruf ω0 = const cịn Δ ω thay đổi , ta đường đặc tính điều chỉnh có ω0 dốc dần Ruf lớn với tải tốc độ thấp: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất - Uư Ckt ωdm ω1 Rkt ω ω0 TN Rưf1 ω2 Ikt Rưf2 RF Iư E Mc a, M b, Hình 1.6 : a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Rưf b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Rưf Như vậy:0…, ta tăng Rưf đến giá trị làm cho M ≤ Mc động không quay động làm việc chế độ ngắn mạch, ω=0.Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf tốc độ 0, nghĩa không điều chỉnh tốc độ động nữa, phương pháp điều chỉnh phương pháp điều chỉnh không triệt để 1.2.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động ĐMdl cách thay đổi từ thơng kích từ động cơ: Từ phương trình đặc tích tổng qt: ω = R Uu − u∑ M K Φ ( K Φ) ⇒ ω=ωo-Δω Ta thấy thay đổi Φ ωo Δω thay đổi , ta đặc tính điều chỉnh dốc dần ( độ cứng β giảm) cao đường đặc tính tự nhiên Φ nhỏ, với tải tốc độ cao giảm từ thông - Uu Ckt Ikt Iu ω02 ω01 Rkt ω0dm Φ E a) ω ω0 ω2 ω1 Φ2 Φ1 Mc Φdm Mn2 Mn1 M b) Hình 1.7 :a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Φ b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Φ Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Như : Φ đm > Φ 1> Φ 2>… ωdm < ω1 < ω2 M Uu= Uu1< -ωudm a) Uudm b) Hình 1.8 : a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Uư b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl cách thay đổi Uư Các biến đổi là: Bộ biến đổi máy điện :dùng máy phát chiều(F),máy khuếch đài (MĐKĐ); biến đổi từ:mạch khuyếch đại từ(KĐT) pha ,ba pha:bộ biến đổi điện tử bán dẫn: chỉnh lưu (CL) dùng thyristor, băm điện áp(BĐA) dùng thyristor, transistor… Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn Đồ án môn học: Điện tử công suất Chương 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA id T2 T11 iT1 i L A ud E2 U B T4 R T3 iT4 Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cầu pha 2.1 Nguyên lí làm việc: u = Usinθ Trong nửa chu kỳ đầu : ≤ θ1 ≤ π, u > cực dương A, cực âm B Hai Thyristor T1 T3 trạng thái sẵn sàng dẫn điện chưa có xung kích khởi đưa vào cực điều khiển Tại thời điểm θ1 = α1( ≤ θ1 ≤ π) ta đưa xung kích khởi vào T1 T3 làm cho T1, T3 mở lúc mạch có dòng điện id qua tải qua T3 trở nguồn,lúc ud=u Tại thời điểm θ = π u = 0, hai Thyristor T1, T3 mở tải phần ứng động điện chiều nên coi có cuộn cảm mắc nối tiếp với tải Trong trình T1 T3 mở cuộn cảm L tích luỹ lượng e = - L di nên u < dt T1 T3 cịn dẫn điện qua tải ứng với lúc cuộn cảm bắt đầu hoàn trả lượng nguồn Trong nửa chu kỳ sau: π ≤ θ ≤ 2π, tính cực dương B, cực âm A.HaiThyristor T2 T4 trạng thái chờ mở cho dòng chảy qua Tại thời điểm: θ2= π+θ1 = π+α (α góc điều khiển) ta đưa xung kích khởi vào mở T2 T4 → T2 T4 dẫn cịn T1, T3 khố Vì mạch xảy trình lặp lại liên tục.Vì có điện cảm L mạch tải nên thực tế dòng liên tục id = Id Khi T1,T3 mở ta có: ⋅ U sin θ = R ⋅ id + E + X L Sinh viên thực hiện: di dθ http://www.ebook.edu.vn 10 Đồ án môn học: Điện tử công suất đường dây nguồn dẫn đến Thyristor (luôn có) Quá điện áp tổng điện áp làm việc L ⋅ di nói dt 4.2.3.2 Nguyên nhân bên : Những nguyên nhân xảy ngẫu nhiên có sét đánh, cầu chì bảo vệ nhảy, đóng cắt m.b.a nguồn Cắt máy biến áp nguồn tức cắt dòng điện từ hố m.b.a, bầy lượng từ trường tích luỹ lõi sắt từ, chuyển thành lượng điện trường chứa tụ điện ký sinh,rất nhỏ, dây quấn sơ cấp thứ cấp 2 m.b.a ( LI = CU ) Điện áp lớn gấp lần điện áp làm việc Để bảo vệ điện áp người ta thường dùng mạch RLC, bảo vệ riêng Thyristor Người ta thường chọn điện áp định mức Thyristor U ≥ 1,2Uim Trị số nhỏ nhiều so với trị cực đại điện áp kể Quá điện áp có du lớn Đạo hàm điện áp sinh dòng điện chảy qua tụ C, đến dt du anốt catốt Thyristor i = C Điện cảm L hạn chế biên độ dòng điện dt tốc độ tăng trưởng Khi kích mở Thyristor, tụ C phóng điện qua Thyristor, điện trở R hạn chế dòng điện Các linh kiện bảo vệ tính tốn cơng thức, thực tế người ta dùng trị số kinh nghiệm C = 0,01 ÷ 1μF; R = 10 ÷ 1000Ω; L = 50 ÷100μH; Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 27 Đồ án môn học: Điện tử công suất Sơ đồ sau giới thiệu biến đổi có phần tử bảo vệ áp dòng : R V C R V C dáy chaíy R V C dáy chy R V C R C Bäübiãún âäøicọbo vãûquạạp, quạdng Hình 4.4: Sơ đồ biến đổi có bảo vệ dòng áp Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 28 D Đồ án môn học: Điện tử công suất Chương 5: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN LÝ ARCCOS Để cho mạch động lực hoạt động yêu cầu điều chỉnh tốc độ động ta sử dụng mạch điều khiển đóng mở Thyristor đồng thởi thay đổi góc kích mở α Thyristor mở cho dịng điện chảy qua có điện áp dương đặt anốt xung áp dương đặt vào cực điều khiển Sau Thyristor mở xung điều khiển khơng cịn tác dụng, dịng điện chảy qua Thyristor thông số mạch động lực định Mạch điều khiển có chức sau : Điều khiển vị trí xung điều khiển phạm vi nửa chu kỳ dương điện áp đặt anốt catốt Thyristor Tạo xung đủ điều kiện mở Thyristor ( xung điều khiển thường có biên độ từ ÷ 10V, độ rộng xung tx = 20ữ100às i vi thit b chnh lu) Cu trỳc ca mạch điều khiển Thyristor : ucm : điện áp điều khiển, điện áp chiều ur : điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều biến thể nó, đồng với điện áp anốt - catốt Thyristor Hiệu điện áp ucm - ur đưa vào khâu so sánh 1(ss), làm việc trigơ Khi ucm - ur = trigơ lật trạng thái, đầu ta nhận chuỗi xung dạng “sin chữ nhật” Khâu đa hài trạng thái ổn định, khâu khâu khuếch đại xung, khâu khâu biến áp xung Bằng cách tác động vào ucm điều chỉnh vị trí xung điều khiển, tức điều chỉnh góc α Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển Thyritor : ucm SS >1 ur 5.1 Nguyên lý điều khiển Arccos U2 uAK uS Udk π 2π α ωt Hình 5.1:Đồ thị dạng điện áp Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 29 Đồ án môn học: Điện tử công suất Theo nguyên tắc người ta dùng hai điện áp: - Điện áp đồng us vượt trước điện áp uAK Thyristor góc π : us= Um.cos ω t - Điện áp điều khiển Uđk điện áp chiều điều chỉnh biên độ theo hai chiều âm dương Nếu đặt us vào cổng đảo uđk vào cổng không đảo khâu so sánh us = uđk ta nhận xung mảnh đầu khâu so sánh khâu lật trạng thái uđk = Umcosα Do đó: ⎛ U dk ⎞ ⎟ ⎝ Um ⎠ α = arccos ⎜ Uđk = α = Khi: Uđk = Um Uđk = -Um π α=0 α=π Như cho Uđk biến thiên từ Um đến –Um , ta điều chỉnh góc α biến thiên từ đến π Trên hình vẽ đường nét đứt thể điện áp anot, catot Thyristor từ điện áp người ta tạo us Trong sơ đồ chỉnh lưu điện áp phụ thuộc góc điều khiển theo quy luật udα = U d cos α ,do với điện áp tựa dạng cơsin điện áp chỉnh lưu phụ thuộc tuyến tính vào Uđk Đây ưu điểm dạng điện áp tựa 5.2 Cấu tạo chức khối Tính tốn mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu xung mở Thyristor.Các thơng số để tính mạch điều khiển Unmax = 400(V) Điện áp ngược cực đại van Dòng điện định mức van Iđmmax = 1.5(A) Đỉnh xung dòng điện Ipikmax = 160(A) Dòng điện xung điều khiển Igmax = 200( μ A) Điên áp xung điều khiển Ugmax = 0.8(V) Dòng điện rò Irmax = 200 ( μ A) Sụt áp max củaThyristo thời điểm dẫn Δ Umax = 1,7(V) du Tốc độ thay đổi điện áp = 25(V/s) dt Thời gian chuyển mạch tcm =40 vs Nhiệt độ làm việc max cho phép Tmax = 1250 oC Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 30 Đồ án môn học: Điện tử công suất 5.2.1 Khâu khuếch đại xung Thông thường phần tử mạch động lực làm việc điện áp cao mạch điều khiển lại hoàn toàn nằm điện áp thấp.Vì để đảm bảo an toàn cho mạch điều khiển người sử dụng , mạch điều khiển phải cách ly điện với mạch động lực.Chức cách ly thực tầng khuyếch đại xung cuối cùng,là khâu truyền xung đến cực điều khiển van Có hai biện pháp thường sử dụng , cách ly nhờ biến áp xung cách ly nhờ phần tử quang (photocoupler) Khâu khuếch đại xung gồm hai phần tử Tranzistor phần tử ghép quang nhằm thực chức Tạo xung mở Thyristor theo chu kỳ, tức khâu khuếch đại xung tạo xung có biên độ dủ lớn để dưa đến Thyristor mạch động lực Tạo phù hợp điện áp mạch tạo xung cực điều khiển Phân phối xung đến Thyristor Vcc° R1 C ° Vcc R2 R4 R3 D2 G T D1 Hình 5.7 Sơ đồ cấu tạo khâu khuếch đại xung Ở ta dùng phần tử ghép quang thay cho biến áp xung thơng số thiết kế tương đối nhỏ Khâu khuếch đại gồm hai phần: • Mạch sơ cấp mạch phát tia sáng dùng diode phát quang (LED) • Mạch thứ cấp mạch nhận biết tia sáng dùng photo-tranzistor, photoDarlington transistor, photo-thyristor,photo-triac Mạch sơ cấp mạch thứ cấp cách li hoàn toàn với điện trở cách ly khoảng 1011Ω Chọn loại TLP 632 Nhật Bản chế tạo có thơng số: IF = 5mmA, CTR = IC/IF = 50 ÷ 200% (tỷ số truyền dịng),VCEO = 55 V (hình vẽ sơ đồ nối chân) Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 31 Đồ án môn học: Điện tử công suất Chọn nguồn cung cấp cho photo-transistor Vcc = E = +12V.Với nguồn E=12V,dòng mạch sơ cấp IF = 5mmA nên ta phải mắc thêm điện trở R1 nối tiếp với cực emitor Transistor T: R1 = E 12 = = 2400Ω =2,4 kΩ I F 5.10−3 Xét điện trở photo-transistor, ta chọn R1= 2,2 kΩ :Điện trở hạn chế dòng colector Mạch thứ cấp photo-transistor: Chọn dòng làm việc IC =200% IF=10mmA>Igmax=200( μ A) dòng cần thiết để mở thyristor.Với dòng IC ta hồn tồn mở thyristor theo u cầu.Chọn nguồn cung cấp cho photo-transistor Vcc = E = +12V nên cần phải mắc thêm điện trở R2 để hạn chế dòng vào Transistor mạch thứ cấp: R2 = E 12 = = 1200Ω =1,2 kΩ I C 10.10−3 Để giảm nhỏ dòng vào cực điều khiển ta chọn điện trở hạn chế dòng điều khiển R4= 22Ω Hoạt động sơ đồ: Khi xuất tín hiệu vào Ue (Tín hiệu khâu so sánh,xung sin chữ nhật) Ue mức “ 1” (cao) Tranzistor mở bảo hoà Ue mức “ 0” (thấp) Tranzistor bị khóa lại R1= 2,2 kΩ :Điện trở hạn chế dòng colector R4= 22Ω:Điện trở hạn chế dòng điều khiển D1: Triệt tiêu xung âm vào cực B D2:ngăn chặn xung áp âm có Chọn : R3= kΩ:Điện trở hạn chế dòng vào cực B Tranzisto C = 100nF ,tụ lọc Tín hiệu vào ue tín hiệu logic( xung sin chữ nhật).Khi ue “1” transistor T mở bão hồ, ue = “0” Transistor bị khố 5.2.2 Khâu so sánh Khâu so sánh sử dụng khuếch đại thuật toán OA2 Khi Udk=us cho tín hiệu phát xung ,ta có : cos α = Us U ⇒ α = arccos( dk ) U s.max U s ,max đầu khâu so sánh ta nhận chuỗi xung hình chữ nhật Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 32 Đồ án môn học: Điện tử công suất * OA2 R - U2 ° +Vcc Ud OA2 U1 + U1 ° -Vcc Ur US 2π θ π U2 (a) U2 U2 +Usat Ud -a θ a -Usat -Usat (b) (c) Hình 5.5 Phần so sánh tín hiệu khâu so sánh a, Đặc tính vào khâu so sánh b, So sánh tín hiệu c, So sánh tín hiệu dấu Chế độ tuyến tính: U2 = A.Ud (A = 104 ÷105 hệ số khuếch đại điện áp) Để thực chế độ ta phải có: Ud ≤ U sat A Chế độ bão hòa : Ud > U sat , Usat = U2 A Ud > − U sat , -Usat = U2 A Ở ta so sánh hai tính hiệu dấu Ud = Ur - U1 Nên Ur < U1 Ud < U0 , U2 = -Usat Ur > U1 Ud > U0 , U2 = Usat Ở đầu khâu so sánh ta nhận chuỗi xung chữ nhật dương âm Có thể dùng diode đầu khâu so sánh để loại xung âm Điện trở giảm dòng đưa vào cổng đảo theo điện áp U1 lớn nhất: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 33 Đồ án môn học: Điện tử cơng suất Có U1max = Vậy R = 12 = 8,15 V RCω U1max = 4, K Ω I max ° +V 0,47μF 10K OA1 4,7K OA2 12K Udk 4,7K Hình 5.6 Sơ đồ cấu tạo khâu so sánh ° V 5.2.1 Khâu đồng pha Trong biến đổi phụ thuộc Thyritor điều khiển mở xung thời điểm, chậm pha so với điểm chuyển mạch tự nhiên góc α, gọi góc điều khiển Điểm chuyển mạch tự nhiên điểm điện áp nguồn qua khơng hay điểm điện áp nguồn cắt nhau.Vì khâu hệ thống điều khiển khâu đồng pha.Khâu bao gồm: • Máy biến áp đồng pha • Bộ nguồn ni chiều π • Khâu tích phân tạo điện áp tựa đồng us vượt trước uAK góc Bộ nguồn ni chiều : Nguồn nuôi nguồn chiều cung cấp cho khâu mạch điều khiển.Nguồn điện áp chiều dùng mạch tạo xung điều khiển thường nguồn điện áp ổn định trước dao động bất thường lứơi điện xoay chiều, phải sử dụng mạch ổn áp.Trong sơ đồ ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch này: Điện áp đầu vào : Uv =7÷35 V Điện áp đầu : IC 7812 có Ura = 12V IC 7912 có Ura = -12V Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 34 Đồ án môn học: Ổn áp 7812 7912 Vin (V) 14/35 -14/-35 Điện tử công suất Vout (V) 11.5/12.5 -11.5/-12.5 Line Regulation (mV) Load Regulation (mV) 120 120 120 120 Icc (mA) 6.0 3.0 ΔIcc (mA) 0.8 ISC (mA) 750 ISD (mA) 500 Dòng điện dầu : Ira= 0÷1 A Tới khâu tích phân D1 7812 +12V + - C1 C3 + - C2 C4 BÂF D2 D3 7912 -12V Hình 5.2 Sơ đồ biến áp đồng pha nguồn nuôi Máy biến áp đồng pha: Tính tốn máy biến áp đồng pha: Số liệu : U1 = 220 V U2 = 12 V I1 = I2 = 2A S = 12 × = 24 (VA) Công suất máy biến áp : Tỷ số biến áp: K= U 220 = = 18,33 U1 12 Tính chọn mạch từ Tra bảng II_2 sách điện tử cơng suất Nguyễn Bính ta chọn E20.12 có kích thước: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 35 Đồ án môn học: Điện tử công suất H b a h c A Hình 5.3 Mạch từ máy biến áp đồng pha Với: a = 20 mm h = 50 mm b = 20 mm H = 70 mm Tiết diện trụ giữa: Tính số vịng dây: c = 12 mm A = 80 mm Q = 4,36 cm2 Sơ cấp: n1 = U1 = 2066 vòng 4, 44 fbmax Thứ cấp: n2 = n1 2066 = = 113 vòng k 18,33 Đường kính dây sơ cấp: d1 = I1 = 0,9 mm π J1 Chọn mật độ dịng điện : J1 = J2 = 2,7A/mm2 Đường kính dây sơ cấp: d2 = ΔS π = 0,12 mm Chọn tụ lọc: C1 = C2 = 470 μ F C3 = C4=0,1 μ F 5.2.2 Khâu tích phân: Tín hiệu đầu vào khâu OA1 : uv = Umsinωt Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 36 Đồ án môn học: Điện tử công suất *OA1 R U C - Us UV ° +Vcc π OA1 + Uv ° -Vcc 2π θ Us Hình 5.4 Phần tạo hàm cosin khâu so sánh Tín hiệu đầu khâu OA1 : OA1 có nhiệm vụ tạo hàm cosin nhanh pha điện áp đặt lên hai đầu anot, catot π góc Nguyên lý tạo hàm cosin sau: Giả sử OA1 mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng nên: Rd = ∞ , I = 0, U+ = U - = Ta có: UV − U − du (R lớn nên i1 =i2) =C R dt UV − U − d (U − − Us ) UV dUs ⇒ = −C =C R dt R dt Us = − Giả sử C0 =0 thì: us = U U m sin ωt = m cos ωt + C0 ∫ RC RCω Um cos ωt = U dk max cos ωt RCω Chọn t = , Um = 12V Chọn R = R1 + R2 với R1 = R2 = 5k Ω C = 0,47μF Các điện áp us Udk (điện áp điều khiển chiều )là hai đại lượng vào khâu so sánh Mỗi kênh điều khiển phải dùng khuếch đại thuật tốn, ta chọn IC loại TL081 hãng TexasInstruments chế tạo, IC khuếch đại thuật tốn có sơ đồ nối chân :(hình vẽ) Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 37 Đồ án môn học: Điện tử công suất V+cc _ + Sinh viên thực hiện: V-cc http://www.ebook.edu.vn 38 Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất Chương 6:MƠ PHỎNG 6.1 Cấu tạo sơ đồ mô Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 39 Đồ án môn học: Điện tử công suất 6.2 Hình dạng sóng ra: Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 40 Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất Hình dạng sóng điện áp dịng điện Sinh viên thực hiện: http://www.ebook.edu.vn 41 ... học: Điện tử công suất Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.Đặc tính động điện 1.1 Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: Đặc điểm động kích từ độc lập dịng điện kích. .. động kích từ độc lập Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song Khi nguồn điện chiều có. .. so với động khác, khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển đơn -Để điều chỉnh tốc độ động điện có phương pháp: +Điều chỉnh điện áp phần ứng động +Điều chỉnh điện trở