Xem mẫu
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Ch¬ng 2 : ThiÕt kÕ m¹ch lùc
I S¬ ®å vµ nguyªn lý ho¹t ®éng:
1. S¬ ®å
2. Nguyªn lý ho¹t ®éng
§Ó cung cÊp nguån ®iÖn cho hµn hå quang, ta sö dông s¬ ®å chØnh lu
mét pha hai nöa chu k× cã ®iÓm gi÷a.
II. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¹ch:
Theo ®Ò ra ta cã c¸c th«ng sè :
+) Nguån ®iÖn xoay chiÒu: 380 V, 50 Hz
+) §iÖn ¸p hë m¹ch: Uhh= 60 (V)
+) Dßng ®iÖn cùc ®¹i: Imax= 600 (A) ( = 240)
a) §iÖn ¸p:
- §iÖn ¸p chØnh lu kh«ng t¶i (hë m¹ch) sÏ lµ:
Ud = Udo. Cosαo = Uho + ∆Uba + ∆Uv + ∆Ud©y
Trong ®ã: ∆Uv: sôt ¸p trªn van = 1,5 V
∆Ud©y: sôt ¸p trªn d©y dÉn = 0
∆Uba=∆Ur + ∆Ux : sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p
= 4% + 1,5% = 5,5%
αo: lµ gãc më cña thyristor khi hë m¹ch, ta chän αo= 60o
Thay c¸c th«ng sè ta ®îc :
Udo.cosαo = 60. 1,055 + 1,5 = 64,8 (V)
→ Udo = 2. 64,8 = 129,6 (V)
- §iÖn ¸p thø cÊp MBA:
U do .π
U2= = 144 (V)
2. 2
- Tû sè MBA:
U2 144
m= U = = 0,38
1 380
- §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt mµ mçi Thyristor ph¶i chÞu:
-1-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Um = 2 2 U2 = 407,3 (V)
b) Dßng ®iÖn:
- TrÞ trung b×nh cùc ®¹i dßng ®iÖn ch¶y trong mçi Thyristor :
I d max 600
Itbmax = = = 300 (A) (120A)
2 2
- TrÞ hiÖu dông cùc ®¹i ch¶y qua thø cÊp MBA:
I d max 600
I2max= = = 424 (A) XXX ( 240/1.41 =170)
2 2
- TrÞ hiÖu dông cùc ®¹i ch¶y qua s¬ cÊp MBA:
I1max= m.I2max = 0,38.424 = 161 (A) (0,38. 170 = 65A)
III. Chän Thyristor :
TÝnh to¸n ë trªn cã : Ungmax= 407,3 (V)
Itbmax= 300 (A) 120A
- Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ tèt víi c¸nh to¶ nhiÖt vµ qu¹t ®èi lu
kh«ng khÝ. Trong ®iÒu kiÖn ®ã cã :
HÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ku= 1,6
HÖ sè dù tr÷ vÒ dßng ®iÖn ki= 1,2
- Do vËy ph¶i chän Thyristor Ýt nhÊt chÞu ®îc
Ung = 1,6 . 407,3 = 652 (V)
Itb = 1,2 . 300 = 360 (A) (1,2. 120 =144A)
- Tra b¶ng ta chän ®îc Thyristor SC150C80 víi c¸c th«ng sè sau:
§iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i cña van : Ungmax = 800 V
Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m = 150 A
§iÖn ¸p xung ®iÒu khiÓn : Ug= = 3 V
Dßng ®iÖn cña xung ®iÌu khiÓn : Ig = 0,1 A
Dßng ®iÖn rß : I rß = 15 mA
Sôt ¸p trªn Thyristor : ∆UT = 1,6 V
du
Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p: = 200 V/s
dt
di
Tèc ®é biÕn thiªn dßng ®iÖn: = 180 A/µs
dt
Thêi gian chuyÓn m¹ch : tcm= 80 µs
NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp : Tcp =
IV. ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p:
U1= 380 (V) I1= 161 (A) 65
U2= 144 (V) I2= 424 (A) 170
- C«ng suÊt biÓu kiÕn m¸y biÕn ¸p phÝa thø cÊp :
S2 = U2 . I2= 144.424 = 61056 (VA) 144.170 = 24480
- C«ng suÊt biÓu kiÕn m¸y biÕn ¸p phÝa s¬ cÊp :
S1 = U1 . I1=380 . 161 = 61180 (VA) 380.65 =24700
-2-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
⇒ C«ng suÊt biÓu kiÕn m¸y biÕn ¸p :
S1 + S 2 61056 + 61180
S= = = 61118 24590
2 2
Ta chän MBA 1 pha, 1 trô d¹ng Ш, І lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ. §©y lµ m¸y
biÕn ¸p cã ®iÓm gi÷a do vËy cã 1 cuén s¬ cÊp vµ hai cuén thø cÊp.
a) TiÕt diÖn trô cña lâi thÐp MBA:
TiÕt diÖn trô ®îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm:
S
QFe= k [cm2]
cf
Trong ®ã:
+) k = hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t, lÊy k = 6
+) c : sè trô cña MBA ( 3 pha: c=3; 1pha c = 1)
+) f = 50 Hz tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu.
61118
QFe= 6 = 210 [cm2] 24590/50 c¨n 22,176
50
b) TÝnh to¸n d©y quÊn:
- Chän vËt liÖu lµ c¸c l¸ t«n Silic dµy 0,5 mm , tæn thÊt 1,3 W/kg , träng
lîng riªng 7,5 kg/dm3.
Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô B = 1,1 T
-Sè vßng d©y mçi cuén tÝnh theo c«ng thøc:
U U
W = = = 0,195.U / ... 0.0022 =1,8
4,44. f .QFe .B 4,44.50.0,021.1,1
U
U: ®iÖn ¸p r¬i trªn cuén d©y
Sè vßng d©y s¬ cÊp: W1= 0,195. 380 = 74 = 702 vßng
Sè vßng d©y thø cÊp ( hai cuén ) : W 2 = 0,195. 144 . 2 = 56 = 518
vßng
- TiÕt diÖn d©y:
I
SCu = (mm2)
J
trong ®ã: I - dßng diÖn ch¹y qua cuén d©y
J - mËt ®é dßng ®iÖn 2-3 A/mm 2, tuú theo chÊt lîng d©y
lÊy J = 3
I1 161
⇒ TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp : SCu1 = = = 54 (mm2) 65/3 =22 mm2
J 3
I 424
TiÕt diÖn d©y thø cÊp : SCu 2 = 2 = = 141 (mm2) 170/ 3 =56,5 mm2
J 3
c) TÝnh kÝch thíc m¹ch tõ:
- Chän trô cã h×nh ch÷ nhËt :
QFe= a.b
- DiÖn tÝch cöa sæ cña m¹ch tõ:
-3-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Qcs= t.h = kld.(W1.SCu1 + W2.SCu2)
( kld: hÖ sè lÊp ®Çy = 2 ÷3)
⇒ Qcs= 2. ( 74.54 + 28.141) = 15888 mm2 ≈ 160 [cm2] 89422mm = 894
cm2
- C¸c hÖ sè phô:
h
m= = 2,3 ;
a
c b
n = = 0,5 ; l = = 1,5
a a
⇒ QFe= 1,5.a2 ⇒ a = 12 (cm)
⇒ b = 18 c = 6;
h = 30 t = 7 (cm)
d) KÕt cÊu d©y quÊn :
-D©y quÊn ®îc bè trÝ theo chiÒu däc trô víi mçi cuén d©y ®îc cuèn
thµnh nhiÒu líp d©y, mçi líp d©y c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng b×a c¸ch ®iÖn.
- TiÕt diÖn d©y rÊt lín, ta chän tiÕt diÖn d©y h×nh ch÷ nhËt .
- Sè vßng trªn mçi líp:
h − hcd
WL =
br
hcd : kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn, lÊy hcd = 5 mm
br : bÒ réng b¸nh d©y
⇒ WL1= 40 víi br = 7 mm , bn = 20 mm ⇒ quÊn 2 líp
WL2= 90 víi br = 3 mm , bn = 18 ⇒ quÊn 1 líp
- Tæng bÒ dµy c¸c cuén d©y:
bd = 20.2 + 18 + 4.1 = 62 (mm) < t → tho¶ m·n
V. Läc
1. TÝnh to¸n L,C:
- §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh lu ®îc triÓn khai ë d¹ng Fourier. C¸c sãng
hµi bËc cao cã biªn ®é rÊt nhá nªn ta cã thÓ dõng l¹i ë 2 sè h¹ng ®Çu. Víi
chØnh lu 1 pha c¶ chu kú cã ®iÓm gi÷a:
2 2U 2 4
ud = + 2U 2 cos 2ωt
π 3π
-4-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
khi ®ã LC sÏ ®îc tÝnh theo c«ng thøc:
A
LC =
n ω 2 k LC
2
trong ®ã: A = 0,425 n = 2
kLC = tû sè nhÊp nh«
∆U 0,425
kLC = = 0,01 → LC = 2
= 107,8.10− 6
2 .U 2 4.314 .0,01
- Chän C = 10000 µF → L = 10,76 (mH)
2. ThiÕt kÕ cuén L:
Cuén kh¸ng cho dßng ®iÖn lín ®i qua nªn tiÕt diÖn d©y dÉn lín, v× vËy
®iÖn trë thuÇn cña cuén kh¸ng nhá cã thÓ bá qua.
ZCK = XCK = 2 π fmL = 314.2.10,76.10 -3 = 6,78 Ω
Biªn ®é sãng hµi dßng ®iÖn bËc 1 qua cuén kh¸ng:
A 2U 2 0,45. 2 .144
Im = = = 13,56 A
mωL 2.314.10,76.10 −3
§iÖn ¸p xoay chiÒu r¬i trªn cuén kh¸ng läc:
Im
UCK = ZCK. = 65 V
2
C«ng suÊt cña cuén kh¸ng läc:
Im
SCK = UCK. = 623 VA
2
- Chän lâi thÐp h×nh ch÷ Ш. TiÕt diÖn trô:
S 623
Q=k =5 = 12,5 cm2
mf 2.50
- Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô lµ B = 1T. Sè vßng d©y trªn cuén kh¸ng:
U CK 65
W = 4,44.m. f .B.Q = 4,44.2.50.1.12,5.10− 4 = 117 vßng
- Dßng ®iÖn ch¹y qua cuén kh¸ng:
2
Im
Ik = Id +
2
= 600,1
2
- chän mËt ®é dßng ®iÖn J = 3 A/mm 2
→ tiÕt diÖn d©y : SCK = 200 mm2 → d = 15 mm
VI.ThiÕt kÕ c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ:
1. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®é cho van:
-Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn ch¹y qua trªn van cã sôt ¸p, do ®ã cã tæn
hao c«ng suÊt sinh nhiÖt ®èt nãng van. MÆt ghÐp lµ n¬i bÞ ®èt nãng nhiÒu
nhÊt.
Van b¸n dÉn chØ ®îc phÐp lµm viÖc ë nhiÖt ®é cho phÐp nµo ®ã tuú thuéc
lo¹i van. §èi víi b¸n dÉn Ge: Tcp= 80 ÷ 100 ; Si: Tcp= 150÷200 .
-5-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
- ViÖc lµm m¸t cã ¶nh hëng lín tíi dßng lµm viÖc cho phÐp cña van. Víi
dßng kh¸ lín:
Kh«ng cã to¶ nhiÖt : Ilv < 10%Idm
To¶ nhiÖt b»ng c¸nh to¶ nhiÖt ®ång, nh«m : I lv < 40%I dm
To¶ nhiÖt b¼ng c¸nh vµ qu¹t thæi giã : Ilv < 70%Idm
Lµm m¸t b»ng níc Ilv < 90%I dm
- Do vËy ®Ó van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, hiÖu suÊt cao, kh«ng bÞ
chäc thñng vÒ nhiÖt ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý.
- Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 Thyristor lµ:
∆P = ∆U.Iv = 1,5.424 =636 (W)
- C«ng suÊt to¶ nhiÖt nµy lín do vËy cÇn lµm m¸t b»ng c¸nh to¶ nhiÖt vµ
qu¹t giã.
2. B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van:
B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do qu¸ tr×nh
®ãng c¾t Thyistor ®îc thùc hiÖn b»ng
m¹ch RC m¾c song song víi Thyristor
t¹o thµnh m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch
trong óa tr×nh chuyÓn m¹ch
Chän R = 5 Ω, C=25 µF
-6-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Ch¬ng 3 .ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn
Néi dung chÝnh cña ch¬ng gåm c¸c phÇn sau
1.C¸c nguyªn t¾c thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn.
2. HÖ thèng ®iÒu khiÓn pha xung.
3. C¸c s¬ ®å m¹ch cña mçi kh©u. Chän lùa m¹ch.
4. M¹ch ®iÒu khiÓn cô thÓ .
5. TÝnh chän m¹ch ®iÒu khiÓn .
I- C¸c nguyªn t¾c thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn:
Trong thùc tÕ thêng dïng 2 nguyªn t¾c thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn lµ
nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh vµ th¼ng ®øng arccos ®Ó ®iÒu chØnh
thêi gian ph¸t xung vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Thyristor.
1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh:
Néi dung cña nguyªn t¾c nµy cã thÓ m« t¶ theo s¬ ®å:
-7-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo anod cña Thyristor, ®Ó cã
thÓ cã ®iÒu chØnh ®îc gãc ®iÒu khiÓn α, trong vïng ®iÖn ¸p d¬ng cña
anod, ta t¹o ®iÖn ¸p tùa d¹ng r¨ng ca. Dïng ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k so s¸nh víi
®iÖn ¸p tùa Utùa . T¹i thêi ®iÓm c©n b»ng cña hai ®iÖn ¸p th× ph¸t xung ®iÒu
khiÓn. Thyristor sÏ ®îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn cho ®Õn hÕt
nöa cuèi chu k×.
π .U
Gãc ®iÒu khiÓn α ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc α = U
dk
. B»ng c¸ch
tua max
thay ®æi U®k tõ 0 ®Õn Utùa max sÏ thay ®æi ®îc gãc α, do ®ã thay ®æi ®îc Ud
2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arccos:
Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arccos ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ:
-8-
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
§iÖn ¸p ®Æt vµo anod – catod cña Thyristor lµ uAK = Um.sinωt.
§iÖn ¸p ®ång bé U®b vît tríc uAK mét gãc π/2 : u®b = Um.cosωt.
§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ thay ®æi theo c¶ hai
phÝa d¬ng vµ ©m cña biªn ®é.
§Æt u®b vµ u®k vµo cæng ®¶o vµ kh«ng ®¶o cña bé so s¸nh. T¹i thêi
®iÓm u®k=u®b ta nhËn ®îc mét xung ra rÊt m¶nh ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh.
Gãc ®iÒu khiÓn α ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:
Um. cosα = U®k.
U
⇒ α = arccos U
dk
m
B»ng c¸ch thay ®æi U®k tõ gi¸ trÞ -Um ®Õn +Um, ta cã thÓ ®iÒu chØnh
α tõ 0 ®Õn π.
Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arccos ®îc dïng trong c¸c thiÕt bÞ
chØnh lu ®ßi hái chÊt lîng cao.
Trong b¶n ®å ¸n nµy sö dông m¹ch lùc lµ s¬ ®å chØnh lu 1 pha cã ®iÓm
gi÷a kh«ng ®ßi hái chÊt lîng ®iÖn ¸p cao l¾m nªn ta sÏ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu
khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh.
II- S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn:
Ta biÕt trong c¸c hÖ thèng chØnh lu ®iÖn ¸p ra ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu
thøc :
§ång So
Ud = Udo. cosα. D¹ng KhuÕc
trong phaα lµ thêi ®iÓmtùa ph¸t xung s¸nh
®ã U ta më Thyristor. xung h® ¹i
xung
Nh vËy b»ng c¸ch thay ®æi gãc më α ta sÏ thay ®æi gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p ra vµ
hÖ thèng cho phÐp ta ®iÒu chØnh gãc α gäi lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn pha
xung.
U®
S¬ ®å cÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn: k
Bé Uph
® iÒu
khiÓn
-9-
U®
- Æt
ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
NhiÖm vô cña c¸c kh©u trong s¬ ®å :
1) Kh©u ®ång pha ( kh©u ®ång bé) : kh©u nµy cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh
®iÓm gèc ®Ó tÝnh gãc ®iÒu khiÓn α. Nã cã gãc pha liªn hÖ chÆt chÏ víi
®iÖn ¸p cña m¹ch lùc. Kh©u nµy thêng lµ m¸y biÕn ¸p xung hoÆc c¸c phÇn tö
«pt«
2) Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa: kh©u nµy cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p cã d¹ng cè
®Þnh theo nhÞp cña ®iÖn ¸p ®ång pha, ®ång thêi nã còng x¸c ®Þnh ph¹m vi
®iÒu chØnh cña gãc α §iÖn ¸p tùa cã d¹ng tam gi¸c hoÆc r¨ng ca, thßng
dïng lµ ®iÖn ¸p r¨ng ca.
3) Kh©u so s¸nh : nhiÖm vô cña kh©u nµy lµ tiÕn hµnh so s¸nh ®iÖn ¸p
tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. Th«ng thêng thêi ®iÓm c©n b¨ng gi÷a hai ®iÖn
¸p nµy chÝnh lµ thêi ®iÓm ph¸t xung më van, tøc lµ thêi ®iÓm x¸c ®Þnh gãc
α.
4) Kh©u d¹ng xung: kh©u nµy cã nhiÖm vô t¹o ra xung ®iÒu khiÓn cã
h×nh d¹ng phï hîp ®Ó më ch¾c ch¾n m¹ch van chØnh lu. Xung ®iÒu khiÓn
cã 4 d¹ng chÝnh lµ xung ®¬n, xung kÐp, xung réng, xung chïm.
5) Kh©u khuÕch ®¹i xung: nhiÖm vô chÝnh lµ khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña
xung ra tõ m¹ch ®iÒu khiÓn lªn tíi gi¸ trÞ ®ñ më ch¾c ch¾n van lùc.
6) Bé ®iÒu chØnh : cã nhiÖm vô thùc hiÖn mét qui luËt ®iÒu chØnh nµo
®ã (®iÒu chØnh b»ng lîng ®Æt hoÆc do c«ng nghÖ thiÕt bÞ chÕ t¹o ) vµ ®-
îc ph¶n håi ®Ó t¹o ra U®k ®Ó ®iÒu chØnh gãc α nh»m khèng chÕ n¨ng lîng ra
t¶i theo yªu cÇu.
III- Chän c¸c kh©u cña m¹ch ®iÒu khiÓn
1.Kh©u ®ång pha:
- 10 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Kh©u nµy thêng sö dông biÕn ¸p ®ång pha hoÆc phÇn tö ghÐp quang.
a)Sö dông m¸y biÕn ¸p ®ång pha:
u1~ u2
§Æt ®iÖn ¸p u1= U1m. sinωt vµo cuén d©y s¬ cÊp th× bªn phÝa thø cÊp
xuÊt hiÖn ®iÖn ¸p xoay chiÒu u2= U2m. cosωt.
b)Sö dông phÇn tö ghÐp quang:
- 11 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Trong nöa chu k× d¬ng cña nguån th× D0 dÉn ph¸t ¸nh s¸ng më T0 (T 0 lµ
trandito quang) lµm T0 dÉn dßng ic tõ +E qua R2 ,T0 ,do ®ã U®f =0.
Trong nöa chu k× ©m cña nguån th× D0 kho¸ lµm cho T0 kho¸, do ®ã U ®f
=E
Trong ®å ¸n nµy chän kh©u ®ång pha lµ m¸y biÕn ¸p ®ång pha
2. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa:
Nguyªn t¾c cña viÖc t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca lµ dùa vµo sù phãng n¹p cña tô
C qua mét m¹ch nµo ®ã. Quan hÖ dßng vµ ¸p trªn tô C cã d¹ng:
dU c (t )
ic(t) = C.
dt
§Ó Uc (t) tuyÕn tÝnh ph¶i cã ®iÒu kiÖn lµ : C vµ ic(t) lµ c¸c h»ng sè.
C¸c m¹ch th«ng dông dïng dïng trandito:
Urc
H×nh a
Urc
H×nh b
- 12 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
*Víi m¹ch h×nh a:
Khi u®f > 0 ⇒ T th«ng, C bÞ ng¾n m¹ch nªn Utùa= Uc = 0.
Khi u®f < 0 ⇒ T kho¸, C ®îc n¹p theo ®êng +E - R2 - C. §iÖn ¸p trªn tô
τ
cã d¹ng : uc (t) =E.(1- e-t / ) trong ®ã τ = R.C. Sau kho¶ng thêi gian t= (3
÷ 4)τ th× uc = E.
D¹ng ®iÖn ¸p nh h×nh vÏ(sau-tê5)
R¨ng ca nµy cã d¹ng phi tuyÕn lµm cho sù thay ®æi cña gãc α phô thuéc
vµo U®k kh«ng tuyÕn tÝnh.
*Víi m¹ch h×nh b:
Khi u®f > 0 ⇒ T th«ng nªn Utùa= Uc = 0.
Khi u®f < 0 ⇒ T kho¸, cã s¬ ®å thay thÕ nh sau:
Urc
Tõ s¬ ®å thay thÕ ta cã :
ie = ic + ib ≈ ic
U E − U DZ
ie = iR3 = R = = const
R
3 RE
1 1
⇒ UC(t) = .∫ iC (t ).dt = .iC (t ).t + uC (0) = const
C C
KÕt qu¶ lµ ta thu ®îc d¹ng r¨ng ca tuyÕn tÝnh nh h×nh vÏ.
*Ngoµi ra ta còng cã thÓ dïng m¹ch t¹o xung sö dông K§TT nh h×nh
vÏ,tuy nhiªn s¬ ®å nµy kh¸ phøc t¹p so víi s¬ ®å trªn.
- 13 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
ë kh©u nµy ta chän s¬ ®å b
3.Kh©u so s¸nh:
§Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm më Thyristor ta cÇn so s¸nh 2 tÝn hiÖu lµ U ®k vµ
Utùa. ViÖc so s¸nh 2 tÝn hiÖu nµy thêng ®îc thùc hiÖn b»ng khuÕch ®¹i thuËt
to¸n.
+E
+E
Utùa Utùa
USS USS
U®k
U®k
-E
-E
So s¸nh 2 So s¸nh 1
cöa cöa
*So s¸nh 2 cöa: thêi ®iÓm lËt tr¹ng th¸i lµ lóc Utùa=U®k
Lóc Utùa > U®k th× ∆U = Utùa – U®k > 0 ⇒ Uss = +Uramax (Uramax).
Lóc Utùa < U®k th× ∆U < 0 ⇒ Uss = -Uramax.
- 14 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
*So s¸nh 1 cöa: thêi ®iÓm lËt tr¹ng th¸i lµ lóc UN=UP =0
Ta cã:
UN = U P = 0
U tua U dk
+
⇔ R1 R2 = 0
1 1
+
R1 R 2
R2
⇔ U dk = − .U tua
R1
Trong 2 s¬ ®å trªn th× s¬ ®å so s¸nh mét cöa dïng cho tÝn hiÖu kh¸c
dÊu cßn s¬ ®å so s¸nh 2 cöa ®îc dïng cho hai tÝn hiÖu cïng dÊu. Do ®ã ta sÏ
sö dông s¬ ®å 1 – so s¸nh 2 cöa.
4.Kh©u d¹ng xung :
Kh©u d¹ng xung t¹o ra xung ®iÒu khiÓn cã h×nh d¹ng phï hîp ®Ó më
ch¾c ch¾n m¹ch van chØnh lu. Xung ®iÒu khiÓn cã 4 d¹ng c¬ b¶n lµ xung
®¬n, xung kÐp, xung réng, xung chïm.
*Xung ®¬n: lµ mét xung ng¾n, cã ®é réng tx ≈ 100 ns, nã thêng ®îc dïng
cho c¸c m¹ch chØnh lu d¹ng h×nh tia, t¶i thuÇn trë, t¶i ®éng c¬.
*Xung kÐp: lµ 2 xung ®¬n, xung ®Çu tiªn x¸c ®Þnh gãc α, xung thø 2
®¶m b¶o th«ng m¹ch van.Lo¹i nµy hay dïng cho s¬ ®å chØnh lu cÇu 3 pha.
*Xung réng : lµ xung cã ®é réng phô thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn α, tx =π -
α.Nã lµ xung v¹n n¨ng cã thÓ dïng cho c¸c lo¹i m¹ch lùc vµ c¸c lo¹i t¶i xong l¹i
khã thùc hiÖn viÖc c¸ch ly.
*Xung chïm : lµ mét d¹ng xung réng nhng trong ®é réng (π - α) cã mét
chïm c¸c xung tÇn sè cao, kho¶ng 3 ÷ 12 kHz. Nã dÔ thùc hiÖn viÖc c¸ch ly
vµ ®îc øng dông nhiÒu trong thùc tÕ.
Ta sÏ chän xung ®iÒu khiÓn cã d¹ng xung chïm.
- 15 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Xung®¬
n
Xung
kÐp
Xung réng
Xung
chïm
§Ó t¹o ®îc xung chïm, ta trén xung réng lÊy ra tõ m¹ch so s¸nh vµ kh©u
ph¸t tÇn ë tÇn sè cao b»ng m¹ch AND.
M¸y ph¸t tÇn chÝnh lµ c¸c m¹ch dao ®éng ®a hµi t¹o xung vu«ng tÇn sè
cao, thêng dïng b»ng K§TT hoÆc vi m¹ch 555.
TÇn sè cña xung ra lµ:
1.443
+ víi bé t¹o xung dïng vi m¹ch 555: f = ( R1 + 2.R 2).C
1
f =
+ víi bé t¹o xung dïng K§TT : R1
2.R3.C. ln1 + 2. .
R2
- 16 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
Ta sÏ sö dông vi m¹ch 555.
5.Kh©u khuÕch ®¹i xung :
Kh©u khuÕch ®¹i xung cã nhiÖm vô t¨ng c«ng suÊt xung ®Ó ®¶m b¶o
më ch¾c ch¾n cho van vµ c¸ch ly m¹ch lùc víi m¹ch ®iÒu khiÓn nÕu U d <
36V.
Thùc tÕ ®a sè c¸c van cã UG = 3 ÷ 7 V vµ IG = 0.1 ÷ 1 A.
Kh©u d¹ng xung cho xung ra cã Ira = 3 ÷ 10 mA, cho nªn m¹ch khuÕch ®¹i
xung chñ yÕu lµ khuÕch ®¹i dßng víi KI max = 1/0.01 =100.
Víi kh©u khuÕch ®¹i xung cã 2 c¸ch ghÐp lµ ghÐp trùc tiÕp vµ ghÐp gi¸n
tiÕp th«ng qua m¸y biÕn ¸p víi m¹ch lùc.
a) KhuÕch ®¹i xung ghÐp trùc tiÕp:
S¬ ®å
§Æc ®iÓm cña m¹ch:
- §Çu vµo lµ xung réng, cho nªn kh©u d¹ng xung còng chÝnh lµ kh©u
so s¸nh.
- Cã thÓ ghÐp trùc tiÕp víi m¹ch lùc,nÕu ®iÖn ¸p díi 36V.
Ho¹t ®éng:
+ Udx ≤ 0 (tríc thêi ®iÓm α ) : T1 kho¸ ⇒ T2 kho¸ ⇒ IG = 0.
+ Udx > 0 (tõ thêi ®iÓm α trë ®i ): T1 më ⇒ T2 më, xuÊt hiÖn dßng IG
,dßng nµy tån t¹i tíi chõng nµo mµ UDX cßn d¬ng.
D¹ng xug ra:(tê 10)
Xung ra cã 1 ®Ønh rÊt m¹nh lµm Thyristor më chÝnh x¸c, sau ®ã gi¶m
h¼n xuèng ®Ó duy tr×.
- 17 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
b) KhuÕch ®¹i xung ghÐp gi¸n tiÕp qua m¸y biÕn ¸p xung:
S¬ ®å:
Víi s¬ ®å trªn tô C1 cã vai trß gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt cña trandito
vµ gi¶m kÝch thíc m¸y biÕn ¸p xung. Trandito chØ më cho dßng qua trong
thêi gian tô n¹p. Bݪn ¸p xung cã nhiÖm vô c¸ch ly m¹ch lùc víi m¹ch ®iÒu
khiÓn.
Ho¹t ®éng cña s¬ ®å:
E
−t
* Udx = 1 → T1 më → T2 më nªn i1= R1 .1 − e τ
víi τ = L1/R1.
E
Khi t ≈ 5τ th× iL= , bªn thø cÊp biÕn ¸p xung xuÊt hiÖn xung ®iÖn ¸p UG ®Ó
R1
më thyristor.
* Udx = 0 → T1 kho¸ → T2 kho¸ nªn iC = 0, n¨ng lîng cuén c¶m ®îc giÈi
E -t
−T1
phãng qua R1, i1 gi¶m dÇn i1 = .1 − e τ .e trong ®ã T1 lµ thêi ®iÓm mµ UDX
R1
=0
D¹ng xung thu ®îc nh h×nh vÏ
- 18 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
§Æc ®iÓm cña m¸y biÕn ¸p xung lµ chØ cã thÓ truyÒn ®îc xung chïm,
xung ®¬n , xung kÐp, kh«ng truyÒn ®îc xung réng vµ cã kh¶ n¨ng c¸ch ly
m¹ch lùc víi m¹ch ®iÒu khiÓn.
Trong ®å ¸n nµy do ®iÖn ¸p ra cña m¹ch lùc lóc kh«ng t¶i lµ Ud0 = 60V >
36V ,khi ho¹t ®éng th× ®iÖn ¸p hµn cì 40 V nªn ta sö dông s¬ ®å khuÕch ®¹i
xung dïng biÕn ¸p xung.
6.Bé ®iÒu chØnh:
NhiÖm vô cña bé ®iÒu khiÓn lµ t¹o ra U®k dùa vµo lîng ®Æt U® vµ ph¶n
håi. Do ®ã ta sÏ sö dông m¹ch khuÕch ®¹i vi sai.
S¬ ®å
Ta cã : U®k = k. (U®Æt - Uph)
Chän Ra = Rf ta cã U®k = U®Æt - Uph.
IV- S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn:
Gi¶i thÝch ho¹t ®éng cña m¹ch:
§iÖn ¸p ®ång pha vµo t¹i A cã d¹ng h×nh sin trïng pha víi ®iÖn ¸p trªn
anod cña Thyristor . Trong thêi gian U®f > 0 th× T1 th«ng , Utùa = 0.
Trong thêi gian U®f < 0 th× T1 kho¸ ,t¹i B cã ®iÖn ¸p tùa Utùa cã d¹ng r¨ng
ca
§iÖn ¸p ®Æt U®Æt+ vµ ®iÖn Êp ph¶n håi Uph ®îc ®a tíi ®Çu vµo cña
khuÕch ®¹i vi sai, kÕt qu¶ lµ ®Çu ra cña K§TT A2 cã ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U ®k
lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu.
§iÖn ¸p tùa Utùa ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i 2 ®Çu vµo cña
K§TT A1. Thêi ®iÓm Utùa = U®k th× ®Çu ra cña A1 lËt tr¹ng th¸i. Trong thêi
gian U®k < Utùa ®iÖn ¸p so s¸mh Uss cã gi¸ tri ©m. Trong thêi gian U®k > Utùa
®iÖn ¸p so s¸mh Uss cã gi¸ tri d¬ng
M¹ch t¹o xung tÇn sè cao 555 cho ta chuçi xung cã tÇn sè tõ 3 ®Õn
12kHz (xung thu ®îc sau m¹ch 555 chØ cã tÝnh chÊt ®Þnh tÝnh).
Hai tÝn hiÖu Uss vµ Uchïm xung cïng ®îc ®a tíi kh©u AND 2 cæng vµo .Khi
®ång thêi cã c¶ 2 tÝn hiÖu d¬ng UCX vµ USS ta sÏ cã xung ra UDX. C¸c xung ra
- 19 -
- ThiÕt kÕ m¸y hµn mét chiÒu NguyÔn TiÕn Hng– Líp T§H2
– K46
lµm T3,T4 th«ng ,kÕt qu¶ lµ ta nhËn ®îc chuçi xung nhän X®k trªn biÕn ¸p
xung ®Ó ®a tíi Thyristor
§iÖn ¸p Ud trªn T1 sÏ xuÊt hiÖn tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Çu
tiªn cho ®Õn thêi ®iÓm ph¸t xung vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Thyristor 2
Ph©n tÝch t¬ng tù cho nöa cßn l¹i cña bé chØnh lu
- 20 -
nguon tai.lieu . vn
