3. 1 Cơ sở lý thuyết điều khiển Thyristor
3.2 Cấu trúc mạch điều khiển
Hình 3.2 Cấu trúc mạch điều khiển 3.3 Khâu đồng bộ.
- Chọn mạch đồng bộ giữa hai chu kì :
Hình 3.3 Sơ đồ mạch đồng pha
Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì có điểm giữa dùng điôt D1, D2 và tải cho chỉnh lưu là điện trở Ro. Điện áp chinh lưu Ucl sau khi được tạo ra thì đưa tới cực (+) của Opam để so sánh với 0 ( vì cực (- ) của opam nối đất ). Nếu Ucl > 0 thì Ud bằng điện áp bão hòa (Ubh).
Nếu Ucl > 0 thì Ud bằng điện áp bão hòa âm (-Ubh).
Nhiệm vụ của khâu đồng pha: Nhận điện áp từ anode của Thyristor và điện áp tựa trùng pha với điện áp anode của Thyristor. Điện áp tựa là Urc, điện áp tựa này phải biến thiên liên tục trong vùng anode của Thyristor
3.4 Khâu tạo răng cưa
Hình 3.4 : Mạch tạo răng cưa Hoạt động :
+ Khi Udb < 0 thì D3 dẫn ; DoU−OA¿¿2 =U+OA¿¿2 = 0 = Ucı = Urc
UR4 = Udb → Udb = Ucı
Khi Cnạp đạt đến nguỡng của điôt ốn áp Dz thì nó thông giữ điện áp ra ở vị trị số ổn áp này ( nếu không có Dz = Uc tăng đến +Uab ).
+ Khi Udb > 0 thì D3 khóa → Tụ được phóng →Uc giảm đến 0 và Dz giữ Uc ở giá trị x ~ - 0,7.
Tính toán :
Chu kì: T = 1/ f = 0,02 (s) = 20 (ms).
Chọn OA loại TL082. Phạm vi góc điều khiểu 168 độ.
→Thời gian tụ C phóng: tp = 168.10 . 10 −3 = 9,33 (ms).
180
Chọn điốt ổn áp BZX79C có Upz = 10 (V). Chọn tụ C = 220 (nF).
Chọn R6 = 51k nối tiếp biến trở P1 = 8k.
Thời gian tụ C nạp: tn = T/2 - tp = 10- 9,33 = 0,67 (ms). Điện áp bão hòa của OA: Udb = E- 1,5 = 12 - 1,5 = 10,5 (V). Chọn R4 = 1 (kΩ).
Ưu điểm: Tác động nhanh, có sườn răng cưa dốc, độ chính xác cao Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng hiện đại nên vi mạch dược chế tạo ngày càng nhiều, chất lượng ngày càng cao, kích thước ngày càng gọn . Ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha cho ta chất lượng điện áp tựa tốt nên em chọn sơ đồ này
3.1 3.5 Khâu so sánh
Chức năng: So sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để xác định thời điểm phát xung điều khiển →Xác định góc điều khiển α
Khâu so sánh có thể thực hiện bằng phần tử như transistor, hay khuếch đại thuật toán OA.
Ta sử dụng phần tử OA vì cho phép đảm bảo độ chính xác cao nhất là dùng OA chuyên dụng coparator, có giá thành hạ, không cần chỉnh định phức tạp. So sánh dùng OA kiểu hai cửa:
Hình 3.5 Mạch so sánh
Hai điện áp cần so sánh được đưa tới hai cực khác nhau của OA. Trong trường hợp trên Uđk = U+, Utựa = U -
Nếu Udk > Utựa → Ura = + Ubh Nếu Udk < Utựa → Ura = - Ubh Tính chọn van : Chọn Opam loại TL082. Chọn điện trở R1 = 10k , R2=10k. Udk = 4 (V).
3.2 3.6 Khâu tạo xung chùm
Để tạo được xung chùm ta tạo xung dao động rồi cho kết hợp với xung đồng pha.
Tạo dao động xung: ta dùng Opam tạo xung dao động, Opam được sử dụng như bộ so sánh hai cửa.
Hình 3.6 Mạch tạo xung chùm Hoạt động của mạch dao động xung :
+ Tụ C liên tục được phóng – nạp làm cho Opam đảo trạng thái, mỗi lần điện áp trị số của bộ chia điện áp R1, R2.
+ Tổng trở bộ phân áp (R1 +R2) ~ 20 (kΩ).
+ Dùng tần số cao để tạo xung ( fxc = 6 – 12 kHz ). Chọn thông số mạch dao động xung:
Mạch tạo xung chùm có tần số: f = 1 →T = 1/f = 5.103 = 200 (μs) ChọnC 10 (nF), R1 = 5 (kΩ) ,R2 = 15 (kΩ)., R3=10 (kΩ). Chọn loại Opam là TL082. 3.3 3.7 Khâu khuếch đại tạo xung
Nhiệm vụ : Tạo xung để mở Thyristor, xung để mở Thyristor có yêu cầu:
+ Đủ công suất.
+ Có sườn dốc thắng đứng, thường là xung chữ nhật.
+ Cách ly giữa mạch điều khiến và mạch lực → Dùng biến áp xung. Một số cách khuếch đại xung.
+ Trực tiếp: Không cho phép cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực. +Ghép qua phần tử quang: Chỉ chịu được dòng tải vài chục mA
→ Không đủ công suất để mở van lực.
+ Bằng cách khuếch đại xung: Thông dụng nhất hiện nay, Dễ cách ly giữa mạch điều khiển và mạch lực, truyền xung dưới dạng xung chùm.
→ Chọn cách khuếch đại bằng biến áp xung. Khuếch đại bằng biến áp xung:
Hình 3.7 Mạch khuếch đại
Hoạt động : Điện áp đầu vào là điện áp dạng xung chùm, có dạng hình chữ nhật, cần mở 2 thyristor, khi có xung vào thì có dòng Is nên có dòng chạy biến áp xung. Dòng này sẽ cảm ứng sang thứ cấp cùa biến áp xung điều khiến. Dùng xung dương vì xung dương năng lượng được lấy từ nguồn E, qua còn xung âm do năng lượng của cuộn điện cảm xảy ra , năng lượng này nhỏ
3.4 4.1 Sơ đồ mô phỏng toàn mạchA B A B 0 1 2 3 4 5 6 TR1 D1
D2 7 TRAN-2P3S DIODE 8 9 A B 3 1
KẾT LUẬN
Sau quá trình học tập và nghiên cứu đồ án, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Nguyễn Ngọc Khoát, sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã hoàn thành đề tài “ Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập”
Trong đề tài này đã giúp em hiểu rõ hơn về: - Động cơ điện một chiều
- Thyristor
- Bộ chỉnh lưu cầu ba pha
- Các khâu trong mạch điều khiển - Mạch động lực và bảo vệ
- Cách tính toán các thông số của các linh kiện trong mạch
Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Sách Hướng dẫn thiết kết điện tử công suất – Phạm Quốc Hải – NXB Khoa học và kỹ thuật.
[2] Giáo trình Điện tử công suất – Võ Minh Chính - NXB Khoa học và kỹ thuật
[3] Giáo trình Tính toán thiết bị điện tử công suất – Trần Văn Tính
[4] Đồ án môn học Điện tử công suất – Lê Văn Nghĩa – Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.