Xem mẫu
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Đồ án: Thiết kế bộ
chỉnh lưu chạy động
cơ điện một chiều
1
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Mục lục
Chương I: Động cơ điện một chiều …………………………..........3
I.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều ………………………..….3
I.2.Giới thiệu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập…………..3
I.3.Phương trình đặc tính cơ của ĐCMC kích từ độc lậ.…………...4
I.4.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ …………...…..4
I.5.Lựa chọn phượng án……………………………………………..6
Chương II: Thiết kế và tính toán mạch động lưc…….…..........7
II.1. Sơ đồ mạch động lực. ………………… ....................................7
II.2. Tính toán mạch động lực …………………………………. …..9
II.2.1.Tính chọn thyritor…………………………………..........9
II.2.2.Tính chọn MBA chỉnh lưu ……………………………..11
II.2.3.Tính chọn thiết bị bảo vệ……………………………….13
Chương III: Thiết kế và tính toán mạch ĐIềU KHIểN……………..15
III.1. Sơ đồ mạch điều khiển…………………………………….…15
III.2.Tính toán mạch điều khiển……….………………….…….….17
III.2.1.Tính chọn khâu đồng pha………………………….…..17
III.2.2.Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa…………………..17
III.2.3.Tính chọn tầng so sánh ………………………………..18
III.2.4.Tínhchọn bộ tạo xung chùm……………………….......19
III.2.5.Tính chọn tầng KĐX….. …………………………. .....19
KếT LUậN……………………………………………………………………………22
Lời nói đầu
2
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh
vực khoa học, ứng dụng của chúng vào công nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử
nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn đã đươc chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt
là ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự
hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này là hết sức cần thiết đối với các kỹ sư ngành điện.
Trong năm học vừa qua em đã được học môn Điện tử công suất , và được giao cho
nhiệm vụ “ Thiết kế bộ chỉnh lưu chạy động cơ điện một chiều ”
Qua đồ án này em nhận thấy kiến thức của mình đã nắm sâu hơn về môn , có thể tổng
hợp các kiến thức của môn học khác . Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp trong đồ án
còn nhiều sai sót mong các thầy cô tận tình chỉ bảo . Em xin cảm ơn thầy Đỗ Mạnh
Cường đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án .
Em xin trân thành cảm ơn !
Hà Nội ngày 20 tháng 8 năm 2009
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Đình Thuỷ
CHƯƠNG I: ĐộNG CƠ ĐIệN MộT CHIềU
3
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
i.1. Cấu t ạO CủA ĐộNG CƠ ĐIệN MộT CHIềU.
1.Phần tĩnh (phần cảm hay còn gọi là phần tạo ra từ trường ).
a.Cực từ chính : Có dây quấn kích từ lồng vào lõi sắt cực từ , lõi thép cực từ làm bằng
thép kỹ thuật điện mỏng, các cuộn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và
được nối nối tiếp với nhau .
b.Cực từ phụ : Được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều , lõi thép
của cực từ phụ thường làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu
tạo giống như dây quấn cực từ chính.
c. Vỏ máy (gông từ ): Ngoài nhiệm vụ thông thường như những vỏ máy khác vỏ máy
điện một chiều còn tham gia vào việc dẫn từ,vì vậy nó phải làm từ thép dẫn từ.
2. Phần quay ( phần ứng quay xung quanh từ thông ).
a. Lõi thép roto:
b. Cổ góp: Gồm nhiều phiếm góp bằng đồng ghép cách điện với nhau, bề mặt cổ góp
được gia công với tốc độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa chổi than và cổ
góp.
I.2.GIớI THIệU Về ĐộNG CƠ ĐIệN MộT CHIềU KíCH Từ ĐộC LậP
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống
truyền động chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều từ vài W đến hàng
MW, giản đồ kết cấu của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được thể hiện như hình
vẽ dưới đây, phần ứng được biểu diễn vòng tròn bên trong có sức điện động Eư , ở phần
stato có thể có vài dây quấn kích từ: Dây quấn kích từ độc lập CKD, dây quấn kích từ nối
tiếp CKN, dây quấn cực từ phụ CF, dây quấn bù CB.
sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch
kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ
kích từ độc lập.
*Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Khi đóng động cơ roto quay đến tốc độ n, đặt điện áp Ukt nào đó lên dây quấn kích từ thì
trong dây quấn kích từ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông , tiếp
đó ở trong mạch phần ứng thì trong dây quán phần ứng sẽ có dòng điện i chạy qua tương
tác với dòng điện phần ứng. Tăng từ từ dòng kích từ (bằng cách thay đổi điện trở Rkt) thì
điện áp ở hai đầu động cơ sẽ thay đổi theo quy luật sau:
Edư = (1 2)Uđm
I.3.Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một
4
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
chiều kích từ độc lập.
Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện áp của
động cơ.
Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư = Eư + RIư (1)
Trong đó: Uư - điện áp phần ứng (V)
Eư – sức điện động phần ứng (V)
Rư - điện trở của mạch phần ứng (Ω)
Rf - điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)
Iư – dòng điện mạch phần ứng (A)
Từ phương trình (1) Eư = Uư – (Rư + Rf)Iư
Chia cả hai vế cho k ta được:
hay (2)→ =f(I): đặc tính cơ điện
Mà mô men điện từ của cơ điện được xác định bởi:Mđt = K Iư , suy ra Iư =
Thế vào (2) ta được , = f(M) đặc tính cơ theo mô men
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô
men cơ trên trục điện cơ bằng mô men điện từ, ta kí
hiệu là M. nghĩa là: Mđt = Mcơ = M
(3)
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ,
từ thông = const thì phương trình đặc tính cơ
điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính
đồ thị của chúng được thể hiện như hỡnh bờn:
I.4.Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ , từ đó đưa ra phương án thiết kế nguồn
cung cấp
Từ phương trình đặc tính cơ:
Ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là: từ thông động cơ , điện áp phần
ứng Uư và điện trở phần ứng động cơ.
Các phương pháp điều khiển động cơ:
1. Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ.
Đối với phương pháp này (biến trở) chỉ tạo ra được những tốc độ động cơ thấp hơn tốc
độ động cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ. Nó là phương pháp điều chỉnh
không triệt để, giải điều chỉnh phụ thuộc vào mômen tải , độ chính xác duy trì tốc độ
không cao, độ tinh điều chỉnh kém.
2. Điều chỉnh điện áp mạch kích từ (điều chỉnh từ thông)
Đối với phương pháp này khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm theo biểu thức:
β=(k )2/Rư còn tốc độ không tải lí tưởng thì tăng theo quan hệ =U/k
do đó sai số tĩnh tăng tỉ lệ nghịch với từ thông
Như vậy độ chính xác duy trì không cao .
Phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp , công suất
mạch điều khiển nhỏ và tổn thất năng lượng không nhiều , có khả năng tự động hoá hệ
thống và tạo được những đặc tính tốt. Tuy nhiên giải điều chỉnh không rộng , thông
thường D=1,5 các động cơ đặc biệt khác có D=4 8 nhưng loại này to và đắt .
3. Điều chỉnh điện áp nguồn
Phương pháp này là phương pháp được đánh giá tốt vì:
5
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
- Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kì vùng tải
nào, kể cả khi không tải lí tưởng.
- Đặc tính cơ tuy mềm hơn đặc tính tự nhiên nhưng cứng hơn các đặc tính biến trở,
phân mạch …
- Đảm bảo sai số nhỏ, khả năng quá tải lớn, giải điều chỉnh rộng và tổn thất ít
- Mạch điều chỉnh công suất nhỏ, thao tác nhẹ nhàng có khả năngcải thiện hệ thành tự
động vòng kín.
Từ ba phương pháp trên ta thấy phương pháp (3) là phương pháp khả thi nhất
trong việc điều khiển ĐCĐMC theo yêu cầu của đồ án.
Cần có bộ biến đổi để cung cấp điện cho mạch phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ.
Có hai loại bộ biến đổi cho động cơ điện một chiều là bộ chỉnh lưu có điều khiển và bộ
biến đổi xung áp một chiều (băm xung một chiều)
Tuy nhiên bộ biến đổi xung áp một chiều cần có thêm bộ chỉnh lưu để chỉnh
lưu dòng xoay chiều nên bộ biến đổi này phức tạp giá thành cao .
Trong yêu cằu của đồ án môn học ta không chọn sơ đồ này và sẽ sử dung sơ đồ chỉnh lưu
tiristor - Động cơ để thiết kế nguồn cung cấp cho ĐCĐMC
* Động cơ điện một chiều làm việc với điện áp nguồn cung cấp ở đây chỉ có
dòng xoay chiều ba pha 380/220 V, vì thế để cung cấp điện cho động cơ ta phải tạo ra bộ
chỉnh lưu có điều khiển ba pha.
* Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển ba pha có các loại sau :
ã Chỉnh lưu tia ba pha
ã Chỉnh lưu cầu ba pha
ã Chỉnh lưu 6 pha hình tia
ã Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng
i.5.Lựa chọn phuơng án
Từ các bốn loại chỉnh lưu như đã trình bày ở trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều
khiển đối xứng.
6
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng
- Giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu :
Ud0 = 2,34U2 cos
- Dòng điện trung bình qua tải :
Id =
- Dòng điện trung bình qua van :
IT =
- Dòng thứ cấp MBA :
I2 = 0,816 Id
- Công suất MBA :
S = 1,05 Pd
- Hệ số đập mạch chỉnh lưu :
kV = 0,057
- Khi Xa 0 sụt áp do trùng dẫn gây ra:
U=
Thời điểm mở 0 Van dẫn
60 120 T1,T6 dẫn
7
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
120 180 T1,T2 dẫn
180 240 T2,T3 dẫn
240 300 T3,T4 dẫn
300 360 T4,T5 dẫn
360 420 T5,T6 dẫn
* Phân tích ưu nhược điểm của sơ đồ :
Điện áp chỉnh lưu bằng phẳng hơn, có hệ số sử dụng máy biến áp cao , có khả năng làm
việc ở chế độ nghịch lưu . Tuy nhiên số lượng van điều khiển gấp đôi so với chỉnh lưu 3
pha hình tia và cầu 3 pha không đối xứng. Sự mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha
gây khó khăn cho việc vận hành và sử chữa.
chương II: thiết kế và tính toán mạch động lực
II.1. Sơ đồ mạch động lực
a.Sơ đồ:
8
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
b. Nguyên lý hoạt động của mạch động lực.
hoạt động của sơ đồ ( khi không xét đến trùng dẫn )
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng cầu gồm 6 tiristor chia thành 2 nhóm :
Nhóm Catốt chung : T1,, T3, T5
Nhóm Anốt chung : T2, T4, T6
Dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này sang pha kia ,do đó tại mỗi thời
điểm cần mở tiristor ta phải cấp hai xung điều khiển đồng thời ( một xung ở nhóm NA
,một xung ở nhóm NK )
Ví dụ tại một thời điểm cần mở T1 của pha A ta cấp xung X1 đồng thời cấp xung X6
cho tiristor T6 của pha B các thời điểm tiếp theo cũng tương tự .Thứ tự cấp xung tuân
theo đúng thứ tự pha .
Dòng điện chạy từ pha có điện áp dương hơn sang pha có điện áp âm hơn
Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp lần lượt là:
Ua=
Ub=
Uc=
9
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Góc mở được tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên ( giao điểm của các nửa hình sin).
Giả thiết T5 , T6 đang dẫn cho dòng chảy qua VF = Vc ; VG= Vb.
ã Khi = 1 = + cho xung điều khiển mở T1 : Tiristor này được mở vì Va> 0 sự mở
của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì Va> Vc . Lúc này T6 và T1 cho dòng
chảy qua, và điện áp trên tải là:
Ud=Uab=Va-Vb;
ã Khi = 2 = 3 + cho xung điều khiển mở T2 khi T2 mở nó làm cho T6 bị khóa lại
tương tự trên .
ã Quá trình cứ tiếp tục như vậy, mỗi van được đưa xung vào mở sau T .
ã Ta có biểu thức tính toán sau:
Điện áp trung bình trên tải : Ud=
II.2.tính toán mạch động lực
II.2.1.Tính chọn tiristor
Uđm = 220(V)
Pdm = 7,5(KW), chọn động cơ πH-145: Iđm = 46,5(A) , Ikt=1,1(A) ,n=1000vg/p
Tính chọn tiristor dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện
toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính đến như sau
-Điệnáp ngược lớn nhất mà thyrito phải chịu
Do chọn sơ đồ chỉnh lưu cần 3 pha điều khiển đối xứng nên
-Điện áp ngược của van cần chọn
-hệ số dự trữ điện áp ,chọn
-Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng
Trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng
Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt
:Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng điện định mức của van cần chọn
:
- hệ số dự trữ dòng điện, chọn
Từ các thông số ta chọn 6 tiristor loại
chọn 6 tiristor loại ST110S08P0V
Ký hiệu Unmax
(V) Iđmmax
(A) Ipikmax
(A) Igmax
(A) Ugmax
10
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
(V) Irmax
(A) Ihmax
(A)
Tx
(S)
(V/s) T
max
(C)
ST110S08P0V 800 110 2270 150m 3,0 3m 30m 1,52 10 m
500 90
Trong đó
Un- Điện áp ngắn mạch cực đại
Iđm- Dòng điện làm việc cực đại
Ipik- Dòng điện đỉnh cực đại
Ig- Dòng điện xung điều khiển
Ug- Điện áp xung điều khiển
Ih- Dòng điện tự giữ
Ir- Dòng diện rò
-Sụt áp trên tiristor ở trạng thái dẫn
dv/dt- Tốc độ biến thiên điện áp
Tx-Thời gian chuyển mạch ( mở và khoá).
Tmax- Nhiệt độ làm việc cực đại
III.2.2.Tính toánMBA chỉnh lưu
a.Tính các thông số cơ bản
Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây làm mát bằng không khí tự nhiên
- Điệnáp pha sơ cấp MBA:U1=380(V)
- Điện áp pha thứ cấp MBA
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải
Udocn min=Ud+2 +
min=10 là góc dự trữ khi có suy giảm diện áp lưới
Uv=1,7(V):sụt áp trên van
Udn=0: sụt áp trên dây nối
UIba=6.220 =13.2(V) : sụt áp trên diện trở và điện kháng MBA
Thay số ta có
Ud0 = = = 240(V)
Điện áp pha thứ cấp MBA
Ku- hệ số điện áp của sơ đồ
- Công suất tối đa của tải
Pdmax=Ud0.Id=240.46,5=11160(w)
- Công suất biến áp nguồn được tính
Sba=Ks.Pmax
Sba- Công suất biểu kiến MBA (w)
11
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Ks- Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực, Ks=1,05
Sba=1,05.11160=11718(W)
- Dòng điện hiệu dụng phía thứ cấp MBA.
I2=Khd.Id
Kld-Hệ số dòng điện hiệu dụng, Khd=
- Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA.
(A)
b.Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ ).
-Tiết diện sơ bộ trụ
Qfe=kq
Kq - Hệ số phụ thuộc vào phương thức luôn mát Kq=6.
m - Số trụ của MBA ,m=3
f - Tần số nguồn xoay chiều f=50(hz)
Thay số:
Qfe= 6.
-Đường kính của trụ
d=
Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn: d=7(cm).
Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5mm
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT=1(T)
c.Tính toán dây quấn.
- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA
W1= (vòng)
W1= 322,8vòng
- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA.
W2= (vòng)
W2 =86,6(vòng)
Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA; với dây dẫn bằng đồng và loại MBA khô
J=(2 2,75)A/mm , chọn J=2,75A/mm
- Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA
S1=
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo tiêu
chuẩn:S1=3,71(mm ).
Kích thước dây có kể cách điện : S1cd =a1.b1=1,23.3,05(mm.mm)
* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp
J1=
- Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA.
Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điên cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn
:S2=13,8(mm
Kích thước dây có kể cách điện ; S2cd=a2b2=3,05.4,7(mm*mm)
*Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp
II.2.3.Tính chọn thiết bị bảo vệ.
a. Bảo vệ quá dòng điện cho van :
12
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
+ Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch
Tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp
+ Chọn 1 Aptomat có :
Iđm = 1,1.I1d = 1,1 . .10,2 = 19,43 (A)
Uđm = 220 (V)
Có 3 tiếp điểm chính , có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện
Chỉnh định dòng ngắn mạch :
Dòng quá tải :
+ Chọn cầu dao có dòng định mức :
Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa hệ truyền động.
+ Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor, ngắn mạch đầu ra của
bộ chỉnh lưu :
Nhóm 1 cc :
Dòng diện định mức mức dây chảy nhóm 1 cc :
I1cc = 1,1.I2 = 1,1 .37,97 = 41,77 (A)
Nhóm 2 cc :
Dòng diện định mức mức dây chảy nhóm 2 cc :
I2cc = 1,1.Ihd = 1,1 . 26,85 = 29,54 (A)
Nhóm 3 cc :
Dòng diện định mức mức dây chảy nhóm 3 cc :
I3cc = 1,1 . Id = 1,1 . 46,5 =51,15 (A)
Vậy chọn cầu chảy nhóm :
1cc loại 45A
2cc loại 30A
3cc loại 55A
b. bảo vệ quá điện áp cho van
- Bảo vệ quá điện áp: Do quá trình đóng cắt các tiristor được thực hiện bằng cách
mắc các R,C song song với tiristor. Khi có chuyển mạch các điện tích tích tụ trong cácc
lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến
thiên nhanh chóng này gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho
quá điện áp giữa anốt và katốt của tiristor. Khi có mậch R,C mắc song song với tiristor sẽ
tạo ra mạch
vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển
mạch nên tiristor không bị quá áp
Theo kinh nghiệm chọn
R1 = (5 30)
C1 = (0,25 4) F
- Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện
Ta mắc mạch R,C như hình vẽ, nhờ có
mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm
13
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
lại hoàn toàn trên điện trở đường dây
Trị số R,C chọn theo kinh nghiệm
R2 = 12,5 , C2 = 4 F
CHƯƠNG Iii: Thiết kế và TíNH TOáN Mạch điều khiển
Iii.1. - Sơ đồ mạch điều khiển
a. Nguyên tắc điều khiển
Điều khiển Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điều khiển theo nguyên
tắc thẳng đứng tuyến tính. Nội dung của nguyên tắc này có thể mô tả theo giản đồ hình
dưới đây:
14
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của Tiristor, để có thể điều khiển được góc
mở của Tiristor trong vùng điện áp+anod, ta cần tạo một điện áp tựa dạng tam giác, ta
thường gọi là điện áp tựa hay điện áp răng cưa Urc. Như vậy điện áp tựa cần có trong
vùng điện áp dương anod.
Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm (t1,t4) điện áp
tựa bằn điện áp điều khiển (Urc=Uđk), trong vùng điện áp dương anod, thì phát xung
điều khiển Xơđk. Tiristor được mở tại thời điểm có xung điều khiển (t1,t4) cho tới cuối
bán kỳ (hoặc tới khi dòng điện bằng 0).
b. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển
c.Sơ đồ mạch điều khiển.
15
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
ã Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển.
Đưa điện áp pha A : UA = 220 sin( t ) của máy biến áp đồng pha vào bộ chỉnh lưu
hai nửa chu kỳ. Điện áp ra bộ chỉnh lưu là UCL, điện áp này được đem so sánh với điện
áp đặt (điện áp một chiều) bằng bộ so sánh thuận, điện áp UCL vào bộ so sánh thuận có
dạng tuần hoàn với chu kỳ T nên điện áp ra bộ so sánh thuận là Us có dạng xung vuông
góc cùng chu kỳ và đồng bộ với điện áp UCL . Điện áp đồng bộ Us này đưa vào cổng B
của tranzitor. Mỗi khi có Us > 0 tác động vào thế bazơ của tranzitor thì tụ C2 phóng theo
đường C2 - colector T1 – Emetor – C2 . Khi Us < 0 thì tụ C2 được nạp điện theo dường
+ E – R –C2 - âm nguồn. Khi tụ C2 phóng điện tạo điện áp răng của Urc , điện áp răng
cưa này đưa vào đầu đảo của khâu so sánh và được so sánh với điện áp điều khiển. Để
điều chỉnh góc mở của tiristor ta chỉ cần điều chỉnh Uđk bằng cách điều chỉnh biến trở
(VR).
Giả sử taị thời điểm t = ứng với điện áp Uđk = Uđk0 khi Ucr = Uđk lúc này tại đầu
ra của bộ so sánh xuất hiện xung vuông, xung vuông này kết hợp với bộ tạo xung chùm
đưa vào cổng AND, để đảm bảo tiristor mở chắc. Điện áp ra tại cổng AND đưa vào bộ
khuyếch đại (BKĐ) và qua máy biến áp xung (MBAX) ta nhận được xung đến kích mở
cổng G của T1 và T6
Như vậy tại cùng một thời điểm ứng với một giá trị Uđk0 thì T1và T6 của bộ biến
đổi dẫn và tiếp theo là các van T2,T3 dẫn đảm bảo theo đúng thứ tự pha. Iii.2.Tính toán
mạch điều khiển
III.2.1.Tính chọn khâu đồng pha:
Điện áp thứ cấp biến áp U2=15V đưa
vào 2 đầu D1, D2:
=0,9U2=13,5 V
Giá trị điện áp ngược đặt lên đi ốt trong sơ
đồ tia một pha là:
=
Vậy ta chọn đi ốt loại IN4007 có điện áp
ngược là 50V
R1 để hạn chế dòng đi vào khuếch đại thuật toán OA1 thường chọn điện trở vào bộ
khuếch đại sao cho Iv
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Vậy ta chọn VR1=20k và R2=1322( )
Khuếch đại thuật toán dùng MA741
III.2.2. Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa.
Khi uđb > 0 Tranzitor T mở bão hoà tụ C
phóng điện uC = ura = 0
khi uđb< 0 tranzitor T khoá lại lúc này tụ C
sẽ được nạp điện từ nguồn một chiều E
Tại thời điểm :
Chọn ucmax = 70E = 70 .15 = 10,5(V)
Chọn tụ C = 1 F, ta tính được R4
Tính toán các phần tử còn lại:
Chọn tranzitor T: chọn theo tham số dòng điện qua bóng Ic và điện áp tối đa giữa các cực
colector, êmetor Ucmax. Dòng qua T là dòng điện chẩy qua điện trở R, ttrong giai đoạn
bão hoà, do đó
Chọn điện áp cho phép Uce = (24 30)V
Chọn tranzitor T C829 có các tham số sau
Tính chọn điện trở bazơ R3 :
Điện trở này có nhiệm vụ đảm bảo cho tranzitơ mở bão hoà để tụ C phóng hết.
Chọn thời điểm bóng mở bão hoà tương ứng 10o điện :
()
Chọn Rb = 45 (k )
III.2.3 . Tính chọn tầng so sánh :
Chọn mạch khuyếch đại thuật toán loại
TL 084 :
Chọn R6 = R5 > Uv/Iv
Chọn nguồn nuôi Vcc = 15 V
Với điện áp vào khuyếch đại thuật toán
Uv 15 V
Và dòng điện phải được hạn chế
Ilv < 1(mA).
Do đó ta chọn R6 = R5 =20 k
Ivmax = = 0.75 mA
III.2.4.Tính chọn bộ tạo xung chùm:
Đây là mạch rất thông dụng hiện nay.OA
được sử dụng như bộ so sánh hai cửa, tụ C
được phóng-nạp làm cho OA đảo trạng
thái khi điện áp trên tụ đạt tới trị số của bộ
17
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
chia điện áp R8,R9.
Chu kì dao động : T = 2RC2(1+2R9/R8) (*)
Mạch tạo xung chùm có tần số
f = ( Khz)
T = = 0,000334(s) = 334( s)
Từ phương trình (*) ta có :
+ Chọn R8 = R9 = 25 (k ) khi đó ta có
T = 2,2Rơ7C2 = 334( s)
Rơ7C2 = 334/2,2 = 151,8 ( s)
Chọn tụ C2 = 0,1 ( F) có điện áp U = 15V,R7 =1,518 ( )
Chọn khuyếch đại thuật toán OA loại TL 084 có các thông số kĩ thuật sau :
+ Điện áp nguồn nuôi : Vcc = 18 V
+ Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : 30 V
+ Nhiệt độ làm việc : T = -25o 80oC
+ Công suất tiêu thụ : P = 0,68 (W)
+ Tổng trở đầu vào : Rin = 106 (M )
+ Dòng điện đầu ra : Iout = 30 ( pA)
+ Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : =13 (V/ s)
III.2.5.Tính toán tầng khuyếch đại xung:
Nhận thấy rằng biến áp xung có tính vi
phân nên phải có điện trở để kịp tiêu tán
năng lượng tích luỹ ở các cuộn dây trong
giai đoạn khoá các bóng.Vì vậy mà
người ta mắc thêm điện trở R12 vào khi
T3 khoá dòng điện qua biến áp xung sẽ
chảy qua D2 – R12 nên năng lượng sẽ tiêu
tán trên điện trở R12.Thường chọn R12 có
khả năng dẫn dòng tối đa cho phép của
T3 : R12 >
Tuy nhiên do R12 mắc nối tiếp với cuộn
sơ cấp biến áp xung nên khi dẫn nó sẽ
làm giảm áp đặt vào biến áp xung.
Để vẫn giữ điện áp ban đầu trên biến áp bằng nguồn Ecs có thể đưa thêm tụ C vào, lúc đó
trong giai đoạn T3 khoá tụ điên phải kịp nạp đến số bằng nguồn và trị số tụ điệnđược tính
bằng : C > Tn /3R2
Trong đó :
Tn – thời gian nghỉ giữa hai xung liền nhau của xung chùm
Tần số của xung chùm fxc = 3(kHZ),điện điều khiển Uđk = 3V ,dòng điều
khiển Iđk=150 mA
Chọn biến áp xung có tỉ số các cuộn dây K = 2.
Vậy tham số điện áp và dòng điện trên cuộn sơ cấp :
U1 = U.K = 3.2 = 6 (V)
I1 = Ig/K = 0,15/2 = 0,075 (A)
Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U1 để bù lại sụt áp trên điện trở.
Vì ta chọn Ecs = 15 (V) .
18
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
Từ giá trị
Chọn bóng T3 có các tham số :
Loại Icmax(A) Pcmax(A) UCEmax(V) UCBmax(V) f(MHZ)
BD135 1,5 8 45 45 40 250 250
+ Tính điên trở R12 : R12 > = 10 ( ) .Chọn R12 =15 ( )
+ Điện áp trên điện trở : UR12 = I1.R12 = 0,075.115 = 1,125 (V)
+ Điện áp trên biến áp xung : U1 = Ecs – UR12 = 15 – 1,125 = 13,88 (V)
+ Tần số xung chùm tương ứng trong chu kì một xung là:
Txc = = 334 ( s)
+ Khoảng cách giữa hai xung chùm là :
tnơ = 0,5.Txc = 167 ( s)
C < = 3,71 ( F)
Bóng T2,T3 chọn loại có các thông số sau :
Loại Icmax(A) Pcmax(A) UCEmax(V) UCBmax(V) f(MHZ)
BC237B 0,1 0,35 45 50 110 450 300
ã R11: Điện trở tạo thiên áp cho T3 đảm bảo tạo ra một điện áp khoảng 0,65V mở
bão hoà T3. Chọn R11= 1K
ã Chọn các điôt D1,D2, D3 là loại D1011
ã R10 : Điện trở hạn chế dòng vào cực badơ T2. Chọn R10 = 1K
Tính toán biến áp xung :
Chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit : lõi có dạng hình xuyến,làm việc trên một phần
từ hoá có : B = 0,3 (T) ; H = 30 (A/m) và không có khe hở không khí
+ Tỉ số biến áp xung chọn :k=m=2
+ Điện áp cuộn thứ cấp : U2 = Uđk = 3(V)
+ Điện áp cuộn thứ cấp : U1 = kU2 = 6(V)
+ Dòng điện thứ cấp biến áp xung : I2 = Iđk = 0,15(A)
+ Dòng điện sơ cấp biến áp xung : I1 = = 0,075 (A)
ã Số vòng quấn dây sơ cấp biến áp xung :
w1 = = 124 (vòng)
Q – tiết diện lõi. Chọn Q = 27 mm2 = 27.10-6 (m2)
ã Số vòng dây quấn thứ cấp:
wơ2 = = 61,85 ( vòng )
Đồ thị phát xung điều khiển cho một kênh Tiristor T1
19
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
- ThÇy gi¸o h−íng dÉn : Đỗ Mạnh Cường
§å ¸n m«n häc §TCS
KếT LUậN
Trong quá trình làm đồ án giúp em thu thập được thêm rất nhiều kiến thức bổ ích về môn
học Điện Tử Công Suất. Qua đồ án này giúp em hiểu hơn về những kiến thức lý thuyết
được học, và cách vận dụng nhưng kiến thức đó vào giải quyết một vấn đề cụ thể trong
thực tế đặt ra.
Tuy nhiên không thể tránh khỏi những sai sót, nhưng được sự giúp đỡ tận tình của thầy
giáo Đỗ Mạnh Cường và các thầy cô giáo trong bộ môn TĐH XNCN trường ĐH Bách
Khoa HN đã giúp em hoàn thành được đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội ngày 20 tháng 8 năm 2009
Sinh Viên
Nguyễn Đình Thuỷ
20
Sinh viªn : NguyÔn §×nh Thuû_TC06 - 4142 LỚP TĐH_ K46
nguon tai.lieu . vn
