Hình 4.17. Mạch điờ̀u khiờ̉n nghi ̣ch lưu
Ma ̣ch điờ̀u khiờ̉n phõ̀n nghi ̣ch lưu đươ ̣c cṍp điờ ̣n áp 22 vụn từ máy biờ́n áp lṍy từ nguụ̀n điờ ̣n áp lưới 380 V. Trong ma ̣ch cũng sử du ̣ng con IC ULN2003A/So con IC khuyờ́ch đa ̣i có nhiờ ̣m vu ̣ khuyờ́ch đa ̣i tín hiờ ̣u điờ̀u khiờ̉n các Thyristor.
4.5.1. Khõu khởi đụ̣ng và kờ́t thúc khởi đụ̣ng khi khụng khởi đụ̣ng được
Bộ phận khởi động nghịch lưu ỏp dụng kiểu khởi động mềm quột tần số điện ỏp bằng khụng,chỉ cần lấy tớn hiệu phản hồi điện ỏp trung tần trong một đường,khụng cần đến tớn hiệu dũng trờn tụ điện trung tần mạch song song, điện cảm,tụ,về bản chất tương đương với mạch ngồi kớch chuyển thành mạch tự kớch thuộc mạch phản hồi cú giỏ trị bỡnh qũn,do trờn mạch chủ khụng cần mắc thờm bất cứ mạch khởi động nào,khụng cần đến quỏ trỡnh khởi động để nạp từ trước hoặc nạp điện trước,do đú mạch chủ được giản hoỏ,quỏ trỡnh điều chỉnh được giản đơn.
Quỏ trỡnh khởi động đại để như sau:trước khi khởi động mạch đổi chiều, đầu tiờn dung tớn hiệu ngoại kớch cao hơn tần số cộng hưởng của mạch điện cảm,tụ. điện ỏp trung tần sẽ được xỏc lập và phản hồi đến mạch tự động điều tần.Mạch tự động điều tần một khi đĩ làm việc sẽ đỡnh chỉ động tỏc tần số quột xuống thấp của tớn hiệu ngoại kớch biến thành mạch điều tần tự động khống chế gúc dẫn trước,làm cho thiết bị vận hành ổn định.
Đo khởi động thất bại LM339 Vcc Vcc Vcc Khĩa 1 IC4A R69 R41 C29 C23 R40 Vcc LM324 IC3B D31 D30 Rw3 R47 C21 C22 R39 Dw4 Rw4 Khĩa 2 LM324 IC3C C20
Hình 4.18. Mạch khởi đụ̣ng và kờ́t thúc khởi đụ̣ng khi khụng khởi đụ̣ng được
Nếu một lần khởi động khụng thành cụng cú nghĩa là mạch tự động điều tần chưa bỏm chắc tớn hiệu phản hồi điện ỏp trung tần,lỳc này tớn hiệu ngoại kớch vẫn cứ quột đến tần số thấp nhất,mạch khởi động trở lại một khi kiểm tra tần số ngoại kớch tiến vào đoạn tần số thấp nhất thỡ tiến hành khởi động một lần nữa,lại đẩy tớn hiệu ngoại kớch đến tần số cao nhất,rồi quột lại một lần nữa,cú đến khi khởi động thành cụng.Chu kỳ khởi động trở lại vào khoảng 0,5 giõy.
4.5.4. Khõu tạo tõ̀n sụ́ khởi đụ̣ng
Tớn hiệu điện ỏp trung tần dẫn vào từ cỏc đầu số 27 và 28, đi qua IC1A chuyển thành tớn hiệu súng hỡnh vuụng,dẫn vào chõn 30 của IC6.Tớn hiệu khởi động đổi chiều được lấy ra từ 15P,16P của IC6 sau khi qua bộ khuyếch đại IC7A khởi động đốn tinh thể Q5,Q6.IC4C và IC4B hợp thành bộ bỏo giờ khống chế điện ỏp đổi chiều,dẫn vào chõn số 33 CLOCK 2 của IC6; chiết ỏp vi chỉnh RW6 dựng xỏc định tần số cao nhất của bộ bỏo giờ khống chế điện ỏp(tức tần số cao nhất của tớn hiệu ngoại kớch đảo chiều).
V C C V C C R 5 2 R 5 3 f m a x D 3 3 D 3 4 R 4 8 C 2 7 k h o a 3 - + L M 3 3 9 I C 4 C R W 6 - + L M 3 3 9 I C 4 B R 5 1 C 2 6 C 3 0
Hỡnh 4.19. Khõu tạo tần số khởi đụ̣ng nghịch lưu
Ngồi ra khi phỏt sinh bảo vệ quỏ điện ỏp,bộ dao động bảo vệ quỏ điện ỏp IC6 sẽ dao động,dẫn ra gấp 2 lần xung khởi động tần số đổi chiều lớn nhất,làm cho 4 Thyristor trong cầu đổi chiều đều thụng điện.
IC4A là bộ đo kiểm tra khi khởi động thất bại, đầu ra của nú sẽ khống chế mạch khởi động nội bộ IC6.
4.5.5. Khõu bảo vờ ̣ quá dòng
Tớn hiệu bảo vệ quỏ dũng sau khi qua Q3 được đảo pha, đưa đến 20P của IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động đốn chỉ thị LED “D104” làm cho sỏng và khởi động bộ bỏo động.Sau kho bộ khởi động quỏ điện ỏp làm việc,chỉ cú thụng qua sự phục hồi tớn hiệu hoặc thụng qua đúng mở mỏy tiến hành “nạp điện phục hồi” mới cú thể vận hành trở lại.Thụng qua chiết ỏp vi chỉnh W1 cú thể điều chỉnh mức điện quỏ dũng.
Trường hợp đầu vào xoay chiều 3 pha bị thiếu pha,bảng khống chế vẫn cú thể thực hiện sự bảo vệ và chỉ thị đối với nguồn điện.Nguyờn lý như sau:Phõn biệt lấy tớn hiệu điện ỏp 3 pha A,B,C qua sự ngăn cỏch của bộ ngẫu hợp quang điện dẫn đến IC6 tiến hành đo và xỏc định,mỗi khi xảy ra hỏng húc “thiếu pha”ngồi việc phong toả xung khởi động chỉnh lưu,cũn phải khởi động đốn chỉ thị LED “D102” và bộ bỏo động.
4.5.6. Khõu đo thiờ́u điờ ̣n áp
Để mạch khống chế cú thể vận hành chuẩn xỏc và tin cậy,trờn mạch khống chế
cũn lắp đặt bộ khởi động ổn định thời gian và bộ bảo vệ khi thiếu điện ỏp nguụng khống chế.Trong khoảnh khắc mở mỏy,mạch điện khống chế cụng tỏc khụng ổn định,phải lắp đặt bộ dịnh thời gian trờn dưới 3 giõy,sau khi định xong thời gian mới cho phộp lấy ra xung khởi động.Mạch này được cấu tạo bởi linh kiện IC2B.Nếu vỡ nguyờn nhõn nào đú gõy nờn điện ỏp một chiờu quỏ thấp trờn bảng khống chế,bộ ổn ỏp khụng thể bị sai lệch.Phải lắp đặt một mạch đo thiếu điện ỏp (cấu thành bởi IC2A),một khi điện ỏp VCC thấp dưới 12,5 V thỡ phong toả xung khởi động chỉnh lưu,phũng ngừa sự khởi động khụng chớnh xỏc, đồng thời đốn chỉ thỡ LED”D100: sỏng lờn và khởi động bộ bỏo động.
Hỡnh 4.21. Khõu đo thiờ́u điờ ̣n áp
Mạch khởi động tự động nằm ở bờn trong IC6.Ngắn mạch dõy nhảy 1 để đúng mạch khởi động tự động.
4.5.7. Khõu bảo vờ ̣ quá áp
Hỡnh 4.22. Khõu bảo vờ ̣ quá áp
Q2 là bộ đo quỏ điện ỏp trung tần,dẫn vào 29P của IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động đốn chỉ thị LED “D101” làm cho đốn sỏng lờn và khởi động bộ bỏo động, đồng thời làm cho bộ dao động bảo vệ qỳ điện ỏp bắt đầu dao động.Sau khi bộ bảo vệ qỳa điện ỏp làm việc cỳng như bộ bảo vệ quỏ dũng,chỉ cú thụng qua việc phục hồi tớn hiệu hoặc đúng mở mỏy để “nạp điện phục hồi”mới cú thể vận hành trở lại. Điều chỉnh chiết ap vi chỉnh W2,cú thể điều chỉnh mức qua điện ỏp.
4.5.8. Khõu bảo vờ ̣ mṍt nước
Hỡnh 4.23. Khõu bảo vờ ̣ mṍt nước
IC4D và cỏc mạch chung quanh cấu tạo thành mạch bảo vệ ỏp suất nước quỏ thấp kộo dài thời gian,thời gian kộo dài khoảng 3 giõy.Dẫn vào đến 27P của IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động cho sỏng đốn chỉ thị LED
“D103” và khởi động bộ bỏo động.Sau khi ỏp lực nước bỡnh thường,mạch điện sẽ tự động phục hồi cụng tỏc bỡnh thường.
Tớn hiệu cụng tỏc phục hồi dẫn vào đầu số 29,trạng thỏi đúng là phục hồi/tạm dừng. Tớn hiệu đồng hồ bỏo giờ CLOCK 1 dẫn đến IC5~35P,chu kỳ tớn hiệu là 20μs
4.5.9. Khối tạo điện ỏp cung cấp cho cỏc phần tử của bảng mạch
Hỡnh 4.24. Khõu tạo điờ ̣n áp cung cṍp cho các phõ̀n tử của bảng mạch
Ở đõy dựng cỏc phẩn tử ổn ỏp 7805 để tạo ra điện ỏp 5 V và 7815 để tạo ra điện ỏp 15V.
4.5.10. Nguyờn lý hoạt động và tỏc dụng của cỏc chiết ỏp trờn bảng mạch:
Trờn bảng mạch ta cú 6 chiết ỏp:
Cụng dụng của cỏc chiết ỏp lần lượt như sau:
-W1 Chiết ỏp thiết kế dũng ra lớn nhất,khi cú dũng phản hồi cú thể xỏc định dũng ra lớn nhất,chỉnh theo chiều kim đồng hồ làm tăng dũng lờn,phạm vi điều chỉnh khoảng 2 lần.
-W2 Chiết ỏp thiết kế điện ỏp trung tần ra lớn nhất,khi cú điện ỏp phản hồi cú thể xỏc định được ỏp trung tần ra lớn nhất,chỉnh theo chiều kim đồng hồ thỡ giảm nhỏ phạm vi điều chỉnh lớn nhất 2 lần.
-W3 Chiết ỏp thiết kế gúc đẫn trước đổi chiều lớn nhất,theo chiều kim đồng hồ sẽ giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn nhất khoảng 400-600
-W4 Chiết ỏp thiết kế gúc dẫn trước đổi chiều nhỏ nhất,theo chiều kim đồng hồ thỡ giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn nhất khoảng 200-400
-W5 Chiết ỏp thiết kế tần số đổi chiều ngoại kớch lớn nhất,theo chiều kim đồng hồ giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn nhất khoảng 2 lần.
-W6 Chiết ỏp thiết kế tần số trờn đầu vào của kim đồng hồ bỏo giờ chỉnh lưu,chỉnh theo chiều kim đồng hồ sẽ giảm nhỏ.
4.5.11. Thiết kế riờng bộ biến ỏp xung
Từ bảng điều khiển ta chỉ thấy biến ỏp xung điều khiển cỏc van nghịch lưu mà
khụng thấy biến ỏp xung điều khiển van nghịch lưu nờn ta phải thiết kế biến ỏp xung cho cỏc van nghịch lưu. Ở đõy nghịch lưu cú thể rất đa dạng như cỏc van nghịch lưu khụng phải bốn van mà là 8 van hoặc cỏc van nghịch lưu khỏc loại nhau. D 1 D 2 D 3 D 4 1 5 4 8 1 5 4 8 R 1 C 1 C 2 D 8 R 4 1 5 4 8 R 2 1 5 4 8 D 7 D 5 C 4 C 3 D 6 R 3 G 1 K 1 G 2 K 2 G 3 K 3 G 4 K 4 O U T 1 O U T 2 2 4 V
Hỡnh 4.25. Sơ đồ biến ỏp xung nghịch lưu
Biến ỏp xung cú thể thực hiện cỏc nhiệm vụ sau: - Cỏch ly mạch lực và mạch điều khiển.
- Phối hợp trở khỏng giữa tầng KĐX và cực điều khiển van lực.
- Nhõn thành nhiều xung (BAX nhiều cuận thứ cấp) cho cỏc van cần mở đồng thời như trương hợp phải mắc nối tiếp hoặc song song nhiều van...
BAX phải làm việc với tần số cao nờn lừi thộp biến ỏp cho tần số lưới điện 50HZ khụng đỏp ứng được. Lừi dẫn từ trường cho BAX thường dựng nhất hiện any là lừi ferit dạng xuyến,hỡnh trụ hoặc cú tiết diện kiểu chữ E. Vỡ khả năng tải cụng suất ở
tần số cao lớn hơn nhiều lần ở tần số lưới điện bỡnh thường nờn kớch thước lừi BAX dựng ferit nhỏ gọn hơn hẳn.Tuy nhiờn do tổn thất trong biến ỏp tăng mạnh theo tần số nờn cường độ từ cảm cũng phải giảm đỏng kể so với tần số 50Hz
Quỏ trỡnh tớnh chọn biến ỏp xung vào thụng số cỏc thyristor nghịch lưu như sau: - Điện ỏp điều khiển thyristor: Udk = 1,32 V
- Dũng điện điều khiển thyristor: Idk = 1,07m A - Thời gian mở xung: tm = 40 μs
- Độ rộng xung điều khiển: tx = 2.tm - Mức sụt biờn độ xung: sx = 0,15
Hỡnh 4.26. Sơ đồ mỏy biến ỏp
- Chọn vật liệu làm lừi sắt là Ferit HM. Lừi cú dạng hỡnh xuyến,làm việc trờn một phần của đặc tớnh từ hoỏ cú: ΔB = 0,3T, ΔH = 30A/m. Khụng cú khe hở khụng khớ. - Tỷ số biến ỏp xung: Lấy m=3
- Điện ỏp cuộn thứ cấp biến ỏp xung: U2 = Udk = 1,32 (V) - Điện ỏp đặt lờn cuộn sơ cấp biến ỏp xung:
U1 = m.U2= 3.1,32 = 3,96 (V)
- Dũng điện thứ cấp biến ỏp xung: I2 = 0,107 (A)
- Dũng điện sơ cấp biến ỏp xung: I1 = I2/m = 0,107/3 = 0,036A - Độ từ thẩm trung bỡnh tương đối của lừi sắt:
μtb = ΔB/μ0.ΔH = 0,3/1,25.30 = 8.103(H/m) Trong đú μ0=1,25.10-6 (H/m) là độ từ thẩm của khụng khớ - Thể tớch của lừi thộp cần cú là: 0 1 1 2 μ .μ . . . . . Δ tb t s U Ix x V Q L B = =
Thay số vào ta được : V = 2 6 6 3 3 , 0 036 , 0 . 96 , 3 . 15 , 0 . 10 . 80 . 10 . 25 , 1 . 10 . 8 − − V = 0,190.10-6 (m3) Chọn mạch từ cú thể tớch V = 0,190.10-6 (m3). Với thể tớch đú ta cú kớch thước mạch từ như sau: a = 4,5 mm; b = 6,5mm, d = 2cm, D = 3cm.
- Số vũng quấn dõy sơ cấp biến ỏp xung: w1 = U1.tx/ΔB.Q = 165 vũng;
- Số vũng dõy thứ cấp: W2 = W1/m = 165/3 = 55 (vũng)
- Tiết diện dõy quấn thứ cấp: S1 = I1/J1 = 0,036/6 = 0,006 (mm2 ) Chọn mất độ dũng điện J = 6(A/mm2)
- Đường kớnh dõy quấn sơ cấp : d1 = π1
. 4S
= 40.0,314,006 = 0,076 (mm) Chọn d = 0,08 (mm), S1 = 0,012 mm2
- Tiết diện dõy quấn thứ cấp : S2 = I2/J2 = 0,107/4 = 0,0267 mm2 Chọn mật độ dũng điện J2 = 4 A/mm2
- Đường kớnh dõy quấn thứ cấp: d1 = π1 . 4S = 4.00,,3140267 = 0,034 (mm) Chọn dõy cú đường kớnh d2 = 0,08 (mm), S2 = 0,02 mm2 . CHƯƠNG 5
THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN Lề VÀ GIỚI THIỆU BẢNG ĐẤU DÂY
600 V 3000A 1000V
1500Hz 450V
Bieỏn trụỷ
Nút ấn
DW16-2000 2000A 400V 55KG 380V 66x59x40cm3 T KĐT ATM TI 5-0,2A BAX 1 BA BA
Cuoọn khaựng moọt chiều
NL1 TNL1 NL1 T TNL1 BAX 2 BAX 4 BAX 3 TCL1 TCL2 CL4 T CL3 T TCL5 TCL6 Mách ủiều khieồn loứ Maựy caột DELIXI
CH82 0,22uF 2000V CH82 0,1uF 4KV RX 20-50 20R-J DW16-2000 2000A 400V 55KG 380V 66x59x40cm3 12 ụm
Cuoọn khaựng moọt chiều ẹieọn trụỷ Shunt
Mách RC Mách RC CK khõng khớ
Mách RC
Maựy caột DELIXI
Bieỏn doứng cao
Hỡnh 5.3. Bố trớ cỏc linh kiện mặt phớa sau bờn trong tủ
5.2. Giới thiệu bản đấu dõy
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vừ Minh Chớnh, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh
Điện tử cụng suất – Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật – 2001 2. Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi
3. Phạm Minh Hà Thuật – 2001 Kỹ thuật mạch điện tử - Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật – 1997 4. Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liờn Anh
Trang bị điện – Điện tử mỏy cụng nghiệp dung chung Nhà xuất bản giỏo dục – 2000
5. Phạm Quốc Hải
Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử cụng suất. 6. Cụng ty Matexim
MỤC LỤC
Lời núi đầu
Lời cam kết
CHƯƠNG 1 TèM HIỂU CễNG NGHỆ Lề CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ…….1
1.1 Đặt vấn đề ……… ..1
1.2 Lịch sử phỏt triển của phương phỏp lũ điện ………. . 1
1.3 Đặc điểm chủ yếu của phương phỏp lũ điện………3
1.4 Cơ sở lý thuyết về lũ cảm ứng khụng lừi sắt ……….. 4
1.5 Đặc điểm nguyờn lý cảm ứng điện trong lũ cảm ứng khụng lừi sắt … 6 1.5.1 Mức độ cảm ứng ………... . 6
1.5.2 Cụng suất điện ………... .8
1.5.3 Hệ thống tụ điện bự ………. . .8
1.5.4 Ảnh hưởng của từ thụng tỏn xạ và từ thụng trong khối kim loại ….. 10
1.6 Phõn loại………. 11
1.6.1 Theo tần số làm việc……….. 11
1.6.2 Theo phạm vi ứng dụng………. .11
1.7 Nguồn điền cao tần cú thể được tạo ra bằng nhiều cỏch khỏc nhau 13 1.7.1 Dựng mỏy phỏt điện tần số cao……… ………... 13
1.7.2 Dựng đốn phỏt tần số……….. …..13
1.7.3 Dựng Thyristor……….. 14
1.8 Ưu nhược điểm của lũ cảm ứng khụng lừi sắt……….. 14
1.8.1 Ưu điểm……… 14
1.8.2 Nhược điểm……….. 15
1.9 Ứng dụng của lũ cảm ứng khụng lừi sắt……… 15
CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU Lề CẢM ỨNG VÀ MỘT SỐ LOẠI Lề KHÁC .17
2.1 Lũ cảm ứng………. …...17
2.1.1 Sơ đồ chức năng của lũ cảm ứng dựng bộ biến tần………… ....17
2.1.2 Sơ đồ nguyờn lý của lũ cảm ứng………. 18
2.1.3 Cỏc bộ phận chớnh của lũ cảm ứng………20
2.1.4 Đặc điểm nguyờn lý lũ trung tần nấu thộp phần chỉnh lưu……30
2.1.5 Đặc điểm nguyờn lý lũ trung tần nấu thộp phần nghịch lưu……..33
2.2 Lũ điện trở….………...37
2.2.1 Khỏi niệm…...
2.2.2 Yờu cầu đối với vật liệu làm dõy đốt……….37
2.2.3 Tớnh toỏn dõy đốt……… 38
2.2.4 Sơ bộ kết cấu lũ điện trở………39
2.3 Lũ hồ quang……… 40
2.3.1 Khỏi niờm chung và phõn loại……… 40
2.3.1 Kết cấu của lũ hồ quang……… 41
2.3.2 Chu trỡnh làm việc của lũ hồ quang……… 42
2.3.3 Lũ hồ quang chõn khụng……… 43
2.3.4 Lũ hồ quang Plasma………...45
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TÍNH TỐN MẠCH LỰC .…… ………48
3.1 Sơ đồ ……….48
3.2 Thyết minh sơ đồ mạch lực………49
3.3 Số liệu tớnh toỏn……… 49
3.4 Tớnh toỏn thiết kế phần mạch chỉnh lưu……… ... 50
3.4.1 Tớnh tồn chọn van chỉnh lưu………..….……… . .. 50
3.4.2 Chọn van chỉnh lưu………..………… 51
3.4.3 Lựa chọn phương phỏp bảo vệ van chỉnh lưu………… …52