Tính tầng khuếch đại cuối cùng

VI, Tính toán các thông số của mạch điều khiển

b.Tính tầng khuếch đại cuối cùng

Chọn Tranzitor công suất Tr2 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số:

- Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si

- Điện áp giữa cực C và cực B khi hở mạch Emittơ: UCBO = 40 V - Điện áp giữa cực E và cực B khi hở mạch Colecto: UEBO = 4 V - Dòng điện lớn nhất ở Collecto có thể chịu đựng: ICmax = 500 mA - Công suất tiêu tán ở Collecto: PC= 1,7 W

- Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: T = 1750C - Hệ số khuếch đại: β = 50

- Dòng điện làm việc của Colecto: IC = I1 = 50 mA

- Dòng điện làm việc của Bazo: IB = IC 50 1 mA 50

β = =

Ta thấy dòng làm việc của Colecto và Bazo đều rất nhỏ, nên ta chỉ cần 1 Tranzitor Tr2 là đủ công suất khuếch đại cho biến áp xung, do đó không cần phải mắc mạch khuếch đại theo sơ đồ Darlington.

Chọn nguồn cấp cho biến áp xung: E = +12V ta phải mắc thêm điện trở R0 nối tiếp với cực E của Tr2:

1 0 1 E - U 12 7,5 R 90 I 0,05 − = = = Ω

Tất cả các điốt trong mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: - Dòng điện định mức: Idm = 10 A

- Điện áp ngược lớn nhất: UN = 25 V - Điện áp để mở thông điốt: Um = 1 V c. Tính chọn tụ C2 và điện trở R7:

- Điện trở R7 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazo của Tranzitor Tr2, chọn R7 thõa mãn điều kiện:

V 7 b U R I >

Trong đó: UV – Điện áp đưa vào từ tầng so sánh

Ib – Dòng điện Bazo của Tranzitor khuếch đại Do UEBO = 4 V, nên ta có lấy UV = 4,5 V

Khi đó: R7 > 4,5/(1.10-3) = 4,5 kΩ Chọn: R7 = 5 kΩ

d. Tính chọn tầng so sánh:

Khuếch đại thuật toán chọn loại TL 084

Trong đó nếu nguồn nuôi Vcc = ± 12V thì điện áp vào A3 là Uv ≈ 12V. Dòng điện vào được hạn chế để Ilv < 1mA

Do đó chọn R4 = R5 = R6 > v 3 lv

U 12 12 k

I =1.10− = Ω

Nếu ta chọn R4 = R5 = R6 = 15 kΩ thì khi đó dòng vào A3:

vmax 12 3

I 0,8 mA

15.10

= =

e. Tính chọn khâu đồng pha:

- Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C1, và để đảm bảo điện áp tụ có trong một nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ được nạp: T = R3.C1 = 0,005s Chọn tụ C1 = 0,1 μF thì điện trở R3 = 6 3 1 T 0,005 50.10 = 50 k C =0,1.10− = Ω Ω

Để thuận tiện trong việc điều chỉnh khi lắp đặt thì thường chọn biến trở R3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

lớn hơn 50 kΩ

- Tr1 chọn loại A564 có các thông số sau: + Tranzito loại pnp làm bằng Si

+ Điện áp giữa Colecto và Bazo khi hở mạch Emito: UCBO = 25 V + Điện áp giữa Emito và Bazo khi hở mạch Colecto: UEBO = 7 V + Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chịu đựng : ICmax = 100 mA + Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : Tcp = 1500C + Hệ số khuếch đại : β = 250 + Dòng cực đại của Bazo: IB IC 100 0,4 mA

250

β

= = =

- Điện trở R2 đề hạn chế dòng điện đi vào bazo của Tranzito Tr1 được chọn sao cho thỏa mãn điều kiện:

R2 Nmax 3 B U 12 30 k I 0,4.10− ≥ ≈ = Ω R2 = 30 kΩ

- Chọn điện áp xoay chiều đồng pha: Udf = 9V

Điện trở R1 được chọn để hạn chế dòng đi vào khuếch đại thuật toán A1. Như trên đã trình bày cả 3 khuếch đại thuật toán A1, A2, A3 đều chọn loại TL 084,

7812 7912 +12V -12V C C C C C +12V ~220V 1 2 3 4 Tức chọn: df 1 3 v U 9 R 9 k I 1.10− > = = Ω Chọn R1 = 10 kΩ f. Tạo nguồn nuôi:

Hình 17: Mạch tạo nguồn

Thiết kế máy biến áp dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp 1 pha, trên trụ thép có 5 cuộn dây như hình trên, với một cuộn sơ cấp và 4 cuộn thứ cấp:

- Cuộn thứ 1 và thứ 2 là các cuộn dây đồng pha, các cuộn dây này cần lấy trung thực điện áp hình sin của lưới.

- Cuộn thứ 3:

Cần tạo ra điện áp ±12V (có ổn áp) để cấp nguồn nuôi cho các IC, mà cụ thể là A1, A2, A3.

Để ổn định điện áp đầu ra của nguồn nuôi ta dùng 2 vi mạch ổn áp 7812 và 7912, với các thông số của vi mạch như sau:

Với 7912 Ura = - 12V + Dòng điện đầu ra: Ira = 0 – 1 A

+ Các tụ điện C để lọc thành phần sóng hài bậc cao: Chọn C = 470 μF, U = 35 V

- Cuộn thứ 4:

Cuộn này có nhiệm vụ tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho các Tisistor. Mỗi khi phát xung điều khiển công suất xung đáng kể, nên nguồn cấp cho biến áp xung cần phải độc lập với nguồn cấp cho các khuếch đại thuật toán để tránh bị sụt áp nguồn.

* Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha:

1. Điện áp lấy ra ở thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi IC: U23 = 14 V.

2. Công suất tiêu thụ ở 6 IC TL 084 sử dụng làm khuếch đại thuật toán ta chọn 2 IC TL 084 khi đó sẽ có 8 khuếch đại thuật toán, ta sử dụng 6 khuếch đại thuật toán cho 2 kênh điều khiển và 1 cho mạch trừ để lấy đường hồi tiếp dòng điện (tính toán ở phần sau):

PIC = 7.pIC = 7.0,68 = 4,76 W

3. Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển Tiristor: PX = 6.Udk.Idk = 6.2,5.0,15 = 2,25 W

4. Điện áp pha thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi biến áp xung: U24 = 1,4112 =8,51 V

5. Điện áp lấy ra ở cuộn đồng pha U21 = U22 = Udf = 9 V 6. Dòng điện chạy qua cuộn dây chọn 10 mA.

7. Công suất các cuộn dây đồng pha: Pdf = 2.Udf.IX = 2.9.0,01 = 0,18 W

8. Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi: PN = Pdf + PX + PIC = 0,18 + 2,25 + 4,76 = 7,19 W. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

9. Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn hao trong máy: S = 1,05.PN = 1,05.7,19 = 7,55 W

10. Dòng điện sơ cấp biến áp: 1 1 S 7,55 I 0.0343 35 mA U 220 = = = ≈

11. Tiết diện trụ được tính theo công thức: Qt k .Q S

m.f

=

f = 50 là tần số lưới điện 2 t 7,55 Q 5. 1,943 cm 1.50 = =

12 Chọn mật độ từ cảm B = 1T ở trong tụ ta có số vòng dây quấn sơ cấp:

1 1 4 t U 220 w 5100 4,44.f.B.Q 4,44.50.1.1,943.10− = = = vòng 13.Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 A/mm2 Tiết diện dây quấn sơ cấp:

2 1 1 1 I 0,035 S 0,0127 mm J 2,75 = = =

Theo bảng P5- Thông số của dây đồng tiêu chuẩn Chọn dây có S1 = 0,01327 mm2

d1 = 0,13 mm

Với đường kính ngoài kể cả cách điện: Dn = 0,15 mm 14.Số vòng dây quấn thứ cấp w21: w21 = w1. 21 1 U 5100. 9 209 U = 220= vòng 15.Số vòng dây quấn thứ cấp w23: w23 = w1. 23 1 U 5100. 14 325 U = 220= vòng 16.Số vòng dây quấn thứ cấp w24: w24 = w1. 24 1 U 8,51 5100. 197 U = 220 = vòng

Đường kính các dây quấn cuộn thứ cấp vì kích thước nhỏ không đáng kể nên chọn 0,26 mm

17.Tính chọn diod cho các bộ chỉnh lưu nguồn nuôi: - Với cuộn dây 3:

Xét trường hợp chỉ cuộn 3 làm việc thì khi đó: I3 =

23

S 7,55 0,54 A

U = 14 =

Dòng điện qua mỗi van: ID = ½ I3 = 0,27 A

→ Dòng điện định mức van: Idm = 10.ID=10.0,27 = 2,7 A Điện áp ngược van: Unmax = 2.U23 = 2.14 19,8 V=

Điện áp ngược của van cần chọn: Unv = kdtU.Unmax = 1,8.19,8 = 35,64 V Với kdtU = 1,8 là hệ số dự trữ điện áp

Xét trường hợp chỉ cuộn 4 làm việc thì khi đó: I4 =

24

S 7,55 0,887 A U = 8,51=

Dòng điện qua mỗi van: ID = ½ I4 = 0,443 A

→ Dòng điện định mức van: Idm = 10.ID=10.0,443 = 4,43 A Điện áp ngược van: Unmax = 2.U23 = 2.8,51 12,03 V=

Điện áp ngược của van cần chọn: Unv = kdtU.Unmax = 1,8.12,03 = 21,66 V

- Để đơn giản ta chọn cùng 1 loại diod đáp ứng được cả yêu cầu của 2 dãy diod trên. Theo bảng P1- Thông số diod công suất, chọn được loại

MR2000 với các thông số:

+ Dòng điện chỉnh lưu cực đại: Imax = 20 A + Điện áp ngược của diod : Unv = 50 V 4. Tính toán điện trở Sun hồi tiếp dòng điện: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Ta sử dụng 3 điện trở sun có dòng điện định mức: Iđm = 6 (A) mắc nối tiếp với tải ắc quy, đều có giá trị điện trở sun là 10 Ω, như sơ đồ hình vẽ:

Rs1 = Rs2 = Rs3 = 10 Ω Khi đó giá trị U0 là điện áp rơi trên các điện trở sun được tính theo:

3 0 d i=1 si 1 I U . R = ∑ → U0 = d s1 s2 s3 I 1 1 1 ( ) R +R +R

Khi giá trị dòng điện ổn định là 15 A, ta có: U0 = 15 1 1 1 ( ) 10 10 10+ + = 50V Hình 18: Điện trở sun

- Điện áp của khâu đồng pha tạo điện áp răng cửa luôn luôn là 12V,

với góc mở αmin = 100 và αmax = 78,10 ta xác định được dải điều chỉnh của điện áp Udk:

+ Với αmin = 100 → Udk = 11,33 V

U0 Id

Rs1 Rs2 Rs3

Vậy Udk = (6,8 – 11,3)V

- Khi bắt đầu làm việc thì giả sử sức điện động của ăc quy sụt giảm đến mức thấp nhất cho phép, khi đó góc mở van sẽ là cực đại α = αmax = 78,10

- Trong quá trình nạp sức điện động của ắc quy tăng dần, tức là dòng điện nạp giảm dần, để giữ cho dòng điện nạp ổn định thì phải tăng dần điện áp điều khiển. Khi đó tín hiệu phản hồi được đưa qua mạch trừ như sau:

Hình 19: Mạch trừ lấy hồi tiếp

Ta có biểu thức điện áp đầu ra Udk:

10 8 11 11 0 dk 8 8 9 10 R .(R R ) R U = R .(R +R ).12− R .U +

Khi đó ta chọn được các giá trị điện trở như sau: R8 = R9 = 10 kΩ

R10 = R11 = 1 kΩ

Thì giá trị ban đầu Udk = 7V.

TÓM TẮT CÁC THÔNG SỐ:

1. Van động lực Tiristor: Loại 40RIF40W15 2. Lõi thép hình xuyến : Loại OA-16/20-3 3. Tr1: Loại A564 4. Tr2: Loại 2SC9111 5. A1,A2,A3,A4: TL 084 6. C1 = 0,1 μF 7. C2 = 0,009 μF R8 R10 R11 R9 +12V U0 Udk

9. R2 = 30 kΩ 10.R3 = 50 kΩ 11.R4 = R5 = R6 = 15 kΩ 12.R7 = 5 kΩ 13.R8 = R9 = 10 kΩ 14.R10 = R11 = 1 kΩ 15.Udk = (6,8 – 11,3)V

16.Diod mạch tạo nguồn: Loại MR2000 17.Diod mạch điều khiển: 1N4009.