Tài liệu Đồ án môn học điện tử công suất - tính toán mạch điều khiển pdf

Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* CHƯƠNG V : TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN Máy biến áp xung: chọn vật liệu làm lõi sắt ferit AM Lõi có dạng hình xuyến ,làm việc phần đặc tính từ hố có ΔB=0,3T ΔH=30A/m ,khơng có khe hở khơng khí : Tỷ số biến áp xung m=3 Độ rộng xung tx=40 μ s Độ sụt đỉnh xung: sx=0,05 +> điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U2=Udk=3V +> điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung : U1= mU2 = 3*3 = 9(V) +> dòng điện thứ cấp BA xung : I2=Idk=150mA +> dòng điện sơ cấp BA xung: I1=I2/m=150/3= 0.05A Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: μ tb = ΔB 0,3 = = 7957.75 μ o ΔH 4π * 10 −7 * 30 μ =4* Π * 10 −7 (h/m) _ độ từ thẩm khơng khí ********************************************************************* 25 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* +> thể tích lõi thép cần có : V=Ql= μ tb μ o s x t xU I 7957.75 * 4π 10 −7 * 0.05 * 40 *10 −6 * * 0.05 = 0,3 ΔB =0.1(cm3) chọn v=0.123 cm3 tra bảng Tra bảng thông số loại loĩ thép xuyến ta chọn lõi thép có thơng số sau: Q=0.03(cm2), a=1(mm), b=3(mm), D=14(mm), d=12(mm) Số vòng dây quấn sơ cấp: U 1t x * 40 *10 −6 = = 400 (vũng) w1= ΔBQ 0,3 * 3.10 −6 Số vòng dây quấn thứ cấp: w2= w1 400 = =134(vòng) m tiết diện dây quấn sơ cấp : S1= I 0,05 = =0.00833(mm2) j1 Chọn mật độ dòng điện j1=6(A/mm2) Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 = S1 π = 4.0,00833 =0,103(mm) 3,14 tiết diện dây quấn thứ cấp : S2 = I 0,15 = = 0,0375(mm ) j2 Chọn mật độ dòng điện j2=4(A/mm2) đường kính dây quấn thứ cấp : d2= 4S π = 4.0,0375 =0,2185(mm) 3,14 chọn dây có đường kính d2=0.22 (mm) kiểm tra hệ số lấp đầy : S1W1 + S 2W2 d12 w1 + d w2 0.103 * 400 + 0.2185 *134 Klđ= = = =0.074 d (Π + d / 4) 12 2.Tính tầng khuếch đại cuối : Chọn transistor cơng suất tr3 loại 2sc9111,làm việc chế độ xung có thông số ********************************************************************* 26 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* + transistor loại pnp ,vật liệu bán dẫn si + > điện áp bazo colector hở mạch emito Ucb0=40 v +> điện áp emito bazo hở mạch colector : UEB)=4 v +> dòng điện lớn colector chịu đựng được: Icmax=500 mA +> công suất tiêu tán colector : Pc=1.7 w +> nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : T1=1750c +> hệ số khuếch đại : β =50 +> dòng làm việc colector : Ic3=I1=0.05 A dòng làm việc bazơ : IB 3= Ic3 β = 0.005 = 0,05(mA) 100 ta thấy với loại transis tor chọn có cơng suất điều khiển bé : Udk=3V; Iđk=0.15 A Nên dòng colector _bazơ transistor Tr3 bé ,trong trường hợp không cần Tr2 mà có đủ cơng suất điều khiển transistor Chọn nguồn cung cấp cho MBA xung E=+12v với nguồn E=12v ta phảI mắc thêm R17 nối tiếp cực emitơ Tr3 : R17= E − U 12 − = = 60(Ω) 0,05 IC Điện trở R16 để hạn chế dòng điện vào cực Bazơ Q1: R16≥ U B2 , UB2 điện áp đầu JK, vậy: I B2 R16≥ 0.05 *10− = (KΩ), chọn R16= KΩ 3.Chọn JK VÀ DIOT DZ2: Toàn ba pha mạch điện sử dụng JK loại họ CMOS Các thông số Nguồn cung cấp :Vcc=3÷15 v Cơng suất tiêu thụ : Ptiêu thụ =2.5(nW) ********************************************************************* 27 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án mơn học điện tử cơng suất ************************************************************* Dịng điện ≤1mA * Chọn Dz2 loại A có thơng số : Uod=6 V Trở kháng động : 12 Ω Công suất tiêu tán : 280 (mW) Tính tạo xung chùm : Điều khiển pha dùng khuếch đại thuật tốn ,do phảI chọn IC loại TL084 hãng Texas Instruments chế tạo , IC có khuếch đại thuật tốn Thơng số TL084 : • • • • • • Điện áp nguồn nuôi Vcc=±18(V), chọn Vcc=±12(V) Hiệu điện hai đầu vào: ±30 Nhiệt độ làm việc –25oC đến 85oC Cụng suất tiêu thụ P=680(mW) Rin=106(Ω) Ira=30(pA) • Tốc độ biến thiờn điện ỏp cho phép 14 12 13 11 10 - + + + - du = 13(V / μs ) dt + - Uc c H × h Sơ đ c h â n IC TL0 n ********************************************************************* 28 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* mạch tạo xung chùm có tần số : 1 = =25(Khz) t x 40 * 10 − 1 =40 μ s chu kì xung chùm : T= = f 25 * 103 2R ta có : T=2C2R8.ln(1+ ) , chọn R9=R10=35K R10 f= T≈ 2,2R8C2 = 40 μ s =>R8C2=18.2 μ s Chọn C2=0,3 μ F R8=61 Ω 5.Tính chọn tầng so sánh : R6 để hạn chế dòng đI vào khuếch đại thuật tốn A3 Thường chọn R7 cho dịng vào khuếch đại thuật toán Iv U = −3 = (K Ω ) I v 10 Chọn R6=10 (K Ω ) *> điện áp so sánh : chế độ : • Chế độ tay : bật dèn điện áp tăng đến UĐM tương ứng góc α Giảm từ 1500 đến 00 Tương ứng Udk phảI giảm từ 6v xuống v Chọn R15=100 K.biến trở biến đổi từ vị trí đến vị trí R14=10 Ω ; R13=10 Ω ********************************************************************* 29 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử cơng suất ************************************************************* • Chế độ tự động : u cầu : +> Bật sáng điện áp tăng dần từ đến Udm vòng 10s +> Tắt sáng điện áp giảm dần từ Udm vòng 15s *Khi bật ánh sáng : ta chuyển khoa K2sang (-E, R14) Dz2 đeer ghim điện áp ra: chon loai A-810 có thơng số: Uod=6( V) Trở kháng động : 12Ω Công tiêu tán: 280(mW) Để điện áp tăng từ 0- U đm vịng 10s ta chon thơng số cho điện áp đầu tăng - 6(V) vong 10s: 6= 12* * 10 * 10 − C * R12 C3*R12=0.02 chon C3=22(μF) R 12=909 Ω *Khi tắt sáng ta đóng khố K1 : Khi điện áp phảI giảm từ v vòng 15 s 6- 12* * 15 * 10 − = C * R11 C3 *R11 = 0.03 Chọn C3= 22( μ F ) R11=1363.64 Ω Tính khâu tạo điện áp cưa : ********************************************************************* 30 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* ta thấy Udk=-Ecc diot D3 thông IR4 = U dk − Ecc = ; chọn Udz=6 v ,chọn điện trở R4 cho dòng qua tụ C R4 R4 khoảng 0.4ms đạt giá trị Udz diot ổn áp dịng qua tụ có giá trị không đổi địn áp tụ thay đổi theo qui luật tuyến tính : Ic U c = = =15*103 → Ic=c*15*103 −3 c t 0.4 * 10 Chọn c=0.22 μ F ;Ic =0.22*10-6*15*103=3.3 mA E 12 =3.64 *103 Ω R4= cc = −3 I c 3.3 * 10 Uc= Ic *t c → Chọn R4=3 K Ω Trong khoảng 6.56 mS lại dòng qua tụ C dòng qua điện trở Rx+R5.ta phảI chọn giá trị dòng điện cho tụ C phóng điện 0v sau 6.56mS Trong khoảng thời gian điện áp tụ C thay đổi theo qui luật : Uc=Uco0=6- Ic *t Uco=Udz=6v c Ic *6.56*10-3 → Ic=c*6/6.56*10-3=0.22*10-6*6/6.56*10-3=0.2*10-3 A c Ecc E -3 → Rx +R5= cc =12/0.2*10 =60*10 Ω Ic= Rx + R5 Ic Rx +R5=60 K Ω Chọn Rx=R5= 30 K Ω ********************************************************************* 31 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* 7.Chọn OA1 khơí chỉnh lưu: chọn R0 cho dịng vào khuếch đại thuật tốn IvUv/Iv chọn điện áp xoay chiều đồng pha Uv=9 (v) R0>9/10-3=9 K Ω chọn R0=10 K Ω Udk1=1.9 (v) Giải phương trình Udk1= *9*sin θ Với θ = 0.4 *180 8.333 Chọn R2,R1: Ta có : 0.4*10-3*240*9= Udk1 Udk1= E c * R2 R2 + R1 → 1.9(R1+R2)=12R2 1.9R1=10.1R2 ********************************************************************* 32 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* → R1= chọn R2=10 Ω Ω *MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU Ta thiết kế MBA cho mạch tạo nguồn nuôi khâu đồng pha Chọn loại MBA pha trụ, trụ có cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp quấn ngược chiều Điện áp thứ cấp MBA U2=9(V) Dòng điện thứ cấp MBA mạch tạo xung tam giác đồng pha I2đf=1(mA) Suy công suất nguồn nuôI cấp cho BA xung Pdongfa=6* 9*10-3 =54(mW) Mạch điều khiển sử dụng IC TL084 tiêu thụ cụng suất P5IC=4.PIC=4.0,68=2.722(W) Công suất BAX điều khiển van bán dẫn: P6BAX=6.PBAX=6.Udk.Idk=6*3*0.15=2.7(W) Công suất tiêu thụ cổng JK: P2IC=9*2.5*10-9=22.5*10-9 (W) Vậy công suất tiêu thụ mạch điều khiển nguồn nuôi: Ptt=0.054+2.722+2.7+22.5*10-9 =5.476(W) Vậy cơng suất MBA tính đến tổn hao(5%) là: SBA=1,05.Ptt=1,05.(5.476+0.054)=5.8065(VA) Dòng điện thứ cấp BA: S BA 5.8065 = = 0.215( A) I2= 3.U 3.9 Dòng điện sơ cấp BA: S BA 5.8065 = = 8.8(mA) I1= 3.U 3.220 Tiết diện trụ MBA : QT=kQ S , đú: mf kQ hệ số phụ thuộc phương thức làm mát(cho kQ=8) S công suất toàn phần m số trụ f tần số điện áp lưới QT=6 5.8065 =1.08cm3) 3.60 Chuẩn hoá tiết diện tra theo bảng 7: ********************************************************************* 33 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* QT=1.23 (cm3) Tra bảng ta chọn loại BA có thơng số QT=1,23(cm2), thép dày 0,5mm Số thép : 51 a=12mm b=12mm h=30mm hệ số ép chặt kc=0,85 Chọn mật độ từ cảm lõi thép B=1T Suy số vòng dây quấn sơ thứ cấp: U1 220 = = 6714(vòng ) w1= 4,44 f B.Qt 4,44.60.1*1.23.10−4 w2=w1 U2 =275(vòng) U1 Chọn mật độ dòng điện j1=j2=2.75(A/mm2), suy tiết diện dây quấn sơ thứ cấp: I 8.8.10 −3 = 0,0032(mm2) S1= = j1 2.75 I 0.215 = = 0,0782 (mm2) S2= j2 2.75 Đường kớnh dõy quấn sơ thứ cấp: 4.S 4.0.0032 = = 0.0638( mm) , chọn d1=0,1(mm) để đảm bảo d1= π π độ bền đường kính có kể cách điện : d1cd=0.12 (mm) ********************************************************************* 34 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* d2= 4.S π = 4.0.0782 π = 0.3155(mm) , chuẩn hoá đường kính d2=0.33mm đường kính có kể đến cách điện :d2cd=0.35(mm) Π 2 (d1cd w1 + d cd ) hệ số lấp đầy : Klđ= ch chọn hệ số lấp đầy : Klđ=0.7 Π Π (d1cd w1 + d cd ) * (0.122 * 6714 + 0.352 * 275) = =9.75 chiều rộng cửa sổ : c= k ld h 0.7 * 30 (mm) chọn c=12 (mm) chiều dàI mạch từ : L=2.c+3.a=2*12+3*12=60 (mm) Chiều cao mạch từ : H=h +2*a=30+2*12=54(mm) Tạo nguồn nuôi: Ta cần tạo điện áp chiều ±12V cấp nguồn cho biến áp xung, KĐTT, transistor, điện áp so sánh Điện áp thứ cấp biến áp nguồn nuôi : U2 = 12 = 5,12(V ) , chọn U2=12(V) 2,34 Các vi mạch 7812 7912 để ổn định điện áp nguồn có thông số: điện áo đầu vào: Uv=7V đến 35V điện áp đầu : Ura=12V với IC 7812 Ura=-12V vớI IC 7912 dòng điện đầu Ira=0 đến 1A Cỏc tụ C4, C5, C6, C7 để lọc sóng hài bậc cao Ta chọn C4=C5=C6=C7=470 μ F , U=35V ********************************************************************* 35 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* +12V 7812 a b C4 C6 c A 380~ B C a b C5 C7 c 7912 Sơ đồ mạch tạo nguồn ni 9.Tính chọn diot cho chỉnh lưu nguồn ni: Phương trình liên hệ trị hiệu dụng dòng điện thứ cấp mba dịng điện tải trung bình : I2= Id Id= I =0.534(A) Suy dòng trung bình qua van: I 0,534 = 0,178( A) ID= d = 3 Cho hệ số dự trữ KI=7 ta có dịng điện để chọn van: Ivđm=7.0,178=1.246(A) Điện ỏp ngược cực đại đặt lờn van: Ung= U2= *9=22(V) Cho Ku=2 ta có Ungmax=2.22=44(V) Chọn điot loạI KII 208A có thơng số: Dũng điện định mức 1,5(A) Điện áp ngược cực đại 100(V) ********************************************************************* 36 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 -12V Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* KẾT LUẬN Đây lần làm đồ án mơn học ,vì em gặp nhiều khó khăn bỡ ngỡ Song qua đồ án em học thêm nhiều thứ ,củng cố lại kiến thức học môn :Điện tử công suất ,Điện tử số Điện tử tương tự ,đặc biệt môn học Điện tử công suất Được tiếp xúc với vấn đề thực giúp em hình dung phần công việc người làm thiết kế ,và nghành nghề ,được làm quen dần để sau không bị bỡ ngỡ làm đồ án tốt nghiệp Trong trình thực hiên đồ án em nhận giúp đỡ tân tình thầy mơn ,đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy Võ Minh Chính Cũng lần làm đồ án kiến thức có hạn nên chắn đồ án em tránh khỏi thiếu xót ,em mong nhận bảo thầy cô để đồ án em hoàn chỉnh Em xin chân thành cám ơn ********************************************************************* 37 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* Người thực : Đặng Thị Quỳnh Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO : 1.Điện Tử Cơng Suất Lớn ……………………Nguyễn Bính 2.Phân tích giải mạch điện tử cơng suất Phạm Quốc Hải Dương Văn Nghi 3.Điên tử công suất ………………………… Nguyễn Bính 4.Điện tử số ………………………………… 5.Điên tử tương tự …………………………… 6.Sơ đồ chân linh kiên ……………………….Dương Minh Chí 7.Giáo trình điện tử công suất ……………….Trần Trọng Minh ********************************************************************* 38 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* ********************************************************************* 39 Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45 ... qua đồ án em học thêm nhiều thứ ,củng cố lại kiến thức học môn :Điện tử công suất ,Điện tử số Điện tử tương tự ,đặc biệt môn học Điện tử công suất Được tiếp xúc với vấn đề thực giúp em hình dung... TĐH1_K45 -1 2V Đồ án môn học điện tử công suất ************************************************************* KẾT LUẬN Đây lần làm đồ án mơn học ,vì em gặp nhiều khó khăn bỡ ngỡ Song qua đồ án em học. .. Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO : 1 .Điện Tử Cơng Suất Lớn ……………………Nguyễn Bính 2.Phân tích giải mạch điện tử công suất Phạm Quốc Hải Dương Văn Nghi 3.Điên tử cơng suất ………………………… Nguyễn Bính 4 .Điện tử số