Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o céng hoµ x· héi chñ nghÜa viÖt nam Tr­êng ®¹i häc b¸ch khoa §éc lËp-Tù do-H¹nh phóc Hµ néi ====j0j==== -------- Hä vµ tªn: NguyÔn Thanh LÞch Kho¸ : 43 Nghµnh häc: Tù ®éng ho¸. I. C¸c sè liÖu ban ®Çu. Ud = 75V ; Udmax = 130V ; P®m = 24KW ; Rk® = 0,8W §iÖn ¸p nguån: U = 3x380V. II. Néi dung thiÕt kÕ 1. Giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kÝch tõ cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha. 2. Giíi thiÖu chung vÒ chñng lo¹i thiÕt bÞ ®­îc giao thùc hiÖn thiÕt kÕ, c«ng nghÖ kÝch tõ. 3. giíi thiÖu vµ thiÕt kÕ m¹ch lùc: 3.1. TÝnh to¸n khèi biÕn ¸p lùc 3.2. TÝnh to¸n khèi chØnh l­u ®iÒu khiÓn 3.3. TÝnh to¸n khèi kh©u läc 3.4. TÝnh to¸n khèi kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p 3.5. TÝnh to¸n khèi kh©u ph¶n håi dßng 4. Giíi thiÖu vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn: 4.1. TÝnh to¸n kh©u ®ång pha 4.2. TÝnh to¸n kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a 4.3. TÝnh to¸n kh©u so s¸nh 4.4. TÝnh to¸n kh©u ph¸t xung chïm 5. C¸c b¶n vÏ: - S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iªu khiÓn. - Môc lôc Trang Lêi giíi thiÖu................................................................................................................................4 Ch­¬ng I: Giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kÝch tõ cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha................................... 5 I.1. Giíi thiÖu chung vÒ chñng lo¹i thiÕt bÞ ®­îc giao thùc hiÖn thiÕt kÕ, c«ng nghÖ kÝch tõ. ........................................................................................................ 5 1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn më m¸y............................................................................ 5 2. Nguyªn t¾c ®iÒu chØnh kÝch thÝch ........................................................................ 6 I.2. §Ò xuÊt c¸c ph­¬ng ¸n tæng thÓ, ph©n tÝch ­u, nh­îc ®iÓm cña tõng ph­¬ng ¸n ®Ó ®i ®Õn lùa chän mét ph­¬ng ¸n thùc thi thiÕt kÕ m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn............................................................................................... 7 1. Giíi thiÖu vÒ m¹ch lùc............................................................................................ 7 2. Chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u .................................................................................... 7 3. Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn .................................................................. 13 4. Lùa chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn................................................... 15 Ch­¬ng II : ThiÕt kÕ m¹ch lùc........................................................................................... 18 1. TÝnh to¸n chän van ................................................................................................. 18 2. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn vµ c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p .................... 19 3. TÝnh to¸n m¹ch tõ MBA ......................................................................................... 19 Ch­¬ng III : ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn .................................................................. 22 1.TÝnh to¸n kh©u ®ång pha vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch. ........................ ......... 22 2.Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a ....................................................................................... 24 3. Kh©u so s¸nh........................................................................................................... 25 4. Kh©u ph¸t xung chïm ............................................................................................ 27 5. Kh©u khuyÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung................................................................. 29 6- TÝnh to¸n khèi nguån vµ MBA ®ång pha ............................................................... 32 7. TÝnh to¸n kh©u ph¶n håi ......................................................................................... 33 KÕt luËn........................................................................................................................... 35 Tµi liÖu tham kh¶o............................................................................................................ 36 lêi giíi thiÖu - Ngµy nay cïng víi viÖc ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c øng dông cña khoa häc kü thuËt trong c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lµ trong c«ng nghiÖp ®iÖn tö th× c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö cã c«ng suÊt lín còng ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu. Vµ ®Æc biÖt c¸c øng dông cña nã vµo c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n vµ ®êi sèng hµng ngµy ®· vµ ®ang ®­îc ph¸t triÓn hÕt søc m¹nh mÏ. - Tuy nhiªn ®Ó ®¸p øng ®­îc nhu cÇu ngµy cµng nhiÒu vµ phøc t¹p cña c«ng nghiÖp th× ngµnh ®iÖn tö c«ng suÊt lu«n ph¶i nghiªn cøu ®Ó t×m ra gi¶i ph¸p tèi ­u nhÊt. §Æc biÖt víi chñ tr­¬ng c«ng nghiÖp ho¸-hiÖn ®¹i ho¸ cña Nhµ n­íc, c¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp cÇn ph¶i thay ®æi, n©ng cao ®Ó ®­a c«ng nghÖ tù ®éng ®iÒu khiÓn vµo trong s¶n xuÊt. Do ®ã ®ßi hái ph¶i cã thiÕt bÞ vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn an toµn, chÝnh x¸c. §ã lµ nhiÖm vô cña ngµnh ®iÖn tö c«ng suÊt cÇn ph¶i gi¶i quyÕt. §Ó gi¶i quyÕt ®­îc vÊn ®Ò nµy th× Nhµ n­íc ta cÇn ph¶i cã ®éi ngò thiÕt kÕ ®«ng ®¶o vµ tµi n¨ng. Sinh viªn ngµnh T§H t­¬ng lai kh«ng xa sÏ ®øng trong ®é ngò nµy, do ®ã mµ cÇn ph¶i tù trang bÞ cho m×nh cã mét tr×nh ®é vµ tÇm hiÓu biÕt s©u réng. ChÝnh v× vËy ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt lµ mét yªu cÇu cÊp thiÕt cho mçi sinh viªn T§H. Nã lµ bµi kiÓm tra kh¶o s¸t kiÕn thøc tæng hîp cña mçi sinh viªn, vµ còng lµ ®iÒu kiÖn ®Ó cho sinh viªn nghµnh T§H tù t×m hiÓu vµ nghiªn cøu kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt. MÆc dï vËy, víi sinh viªn n¨m thø t­ cßn ®ang ngåi trong ghÕ nhµ tr­êng th× kinh nghiÖm thùc tÕ cßn ch­a cã nhiÒu, do ®ã cÇn ph¶i cã sù h­íng dÉn gióp ®ì cña thÇy gi¸o. Qua ®©y cho em ®­îc göi lêi c¶m ¬n tíi thÇy Ph¹m Quèc H¶i ®· tËn t×nh chØ dÉn, gióp em hoµn thµnh tèt ®å ¸n m«n häc nµy. Hµ néi ngµy 5 th¸ng 12 n¨m 2001 Sinh viªn NguyÔn Thanh LÞch Ch­¬ng I: Giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kÝch tõ cña ®éng c¬ ®ång bé ba pha. I.1. Giíi thiÖu chung vÒ chñng lo¹i thiÕt bÞ ®­îc giao thùc hiÖn thiÕt kÕ, c«ng nghÖ kÝch tõ. §éng c¬ ®ång bé ®­îc dïng réng r·i trong c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn c«ng suÊt lín, kh«ng cÇn ®iÒu chØnh tèc ®é, lµm viÖc ë chÕ ®é dµi h¹n. VÝ dô: §Ó truyÒn ®éng cho c¸c m¸y b¬m, qu¹t giã, m¸y nÐn khÝ vµ mét sè m¸y c¸n lín. Ngµy nay do sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghiÖp ®iÖn tö, ®éng c¬ ®ång bé ®­îc nghiªn cøu øng dông nhiÒu trong c«ng nghiÖp, ë mäi lo¹i d¶i c«ng suÊt. §éng c¬ ®ång bé cã nh÷ng nguyªn t¾c sau ®©y: 1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn më m¸y Qu¸ tr×nh më m¸y chia lµm hai giai ®o¹n: Khëi ®éng kh«ng ®ång bé vµ ®­a vµo ®ång bé. +) Trong giai ®o¹n thø nhÊt, sau khi d©y quÊn stato ®­îc nèi vµo l­íi ®iÖn ba pha, tõ tr­êng quay ®­îc t¹o ra sÏ t¸c ®éng lªn d©y quÊn khëi ®éng (hay lµ lång sãc khëi ®éng ®¹t trong roto cña m¸y) g©y nªn momen quay ®­a tèc ®é ®éng c¬ lªn gÇn tèc ®é ®ång bé. +) Trong giai ®o¹n thø hai, dßng kÝch tõ sÏ ®­îc ®ua vµo roto , ®éng c¬ sÏ tù kÐo vµo ®ång bé vµ lång sãc khëi ®éng hÕt t¸c dông. Trong giai ®o¹n ®Çu, ë trong d©y quÊn kÝch thÝch còng sÏ cã søc ®iÖn ®éng c¶m øng lín. §iÒu ®ã lµm cho s¬ ®å m¹ch roto thªm phøc t¹p. §iÒu khiÓn qu¸ tr×nh khëi ®éng lµ ph¶i ®iÒu khiÓn c¶ hai giai ®o¹n ®ã trong m¹ch stato còng nh­ trong m¹ch roto. §Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn, cã thÓ dïng c¸ch gi¶m ®iÖn ¸p b»ng biÕn ¸p tù ngÉu hoÆc dïng cuén kh¸ng. Ng­êi ta rÊt Ýt dïng ®iÖn trë phô ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn v× tæn thÊt n¨ng l­îng lín vµ chØ tiªu chÊt l­îng khëi ®éng kh«ng t«t. Víi ®éng c¬ c«ng suÊt nhá vµ ë ®iÖn ¸p thÊp th× cã thÓ cho phÐp sö dông ®iÖn trë phô ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn. Trong giai ®o¹n khëi ®éng kh«ng ®ång bé,d©y quÊn kÝch thÝch ë roto kh«ng ®­îc hë m¹ch v× søc ®iÖn ®éng c¶m øng t¹o thµnh cã thÓ chäc thñng c¸ch ®iÖn. Kh«ng phô thuéc vµo c¸ch nèi m¹ch stato, m¹ch ®iÖn roto cã thÓ cã ba c¸ch nèi. a/ C¸ch nèi thø nhÊt: Roto ®­îc nèi trùc tiÕp vµo m¸y kÝch thÝch ngay tõ ®Çu. S¬ ®å nµy gäi lµ s¬ ®å kÝch thÝch trùc tiÕp. S¬ ®å nµy ®¬n gi¶n, lµm viÖc ch¾c ch¾n vµ kinh tÕ. Tuy vËy kh«ng ph¶i bao giê còng ¸p dông ®­îc. b/ C¸ch nèi thø hai : D©y quÊn kÝch thÝch ®­îc nèi vµo m¸y kÝch thÝch qua mét ®iÖn trë phô. Khi kh«ng tho¶ m·n ®iÒu kiÖn tk®1 £ tkt , nghÜa lµ kÝch thÝch h×nh thµnh sím qu¸ ¶nh h­ëng ®Õn dßng ®iÖn stato lµm khã kh¨n cho qu¸ tr×nh kÐo vµo ®ång bé. §Ó h¹n chÕ ¶nh h­ëng cña dßng ®iÖn kÝch thÝch trong qóa tr×nh khëi ®éng kh«ng ®ång bé ng­êi ta m¾c thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch kÝch thÝch cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. ®iÒu kiÖn ®Ó ¸p dông s¬ ®å nµy lµ: Mc £ 40%Mdd. Ng­îc l¹i nÕu kÝch thÝch h×nh thµnh qu¸ chËm th× qu¸ tr×nh khëi ®énh kh«ng ®ång bé kÐo dµi sÏ g©y qu¸ t¶i ë d©y quÊn khëi ®éng. c/ C¸ch nèi thø ba: D©y quÊn kÝch thÝch ®­îc nèi vµo ®iÖn trë phãng ®iÖn. Khi ®¹t tèc ®é vµo ®ång bé th× lo¹i bá ®iÖn trë phãng ®iÖn vµ ®ãng vµo m¸y kÝch tõ. VÒ mÆt khëi ®éng vµ kÐo vµo ®ång bé th× ®©y lµ s¬ ®å tèt nhÊt vµ ®­îc gäi lµ s¬ ®å gi¸n tiÕp. Khi kh«ng tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn: Mc £ 40%Md® vµ tk®1 £ tkt th× ta ph¶i sö dông s¬ ®å nµy. §iÖn trë phãng ®iÖn ë s¬ ®å nµy cã nh÷ng nhiÖm vô sau: - H¹n chÕ ®iÖn ¸p trªn d©y quÊn kÝch thÝch. - Lµm tèt ®Æc tÝnh khëi ®éng cña ®éng c¬. - Tiªu t¸n nhanh n¨ng l­îng tõ tr­êng khi ng¾n m¹ch phÝa stato hoÆc khi c¾t ®éng c¬ khái l­íi. 2. Nguyªn t¾c ®iÒu chØnh kÝch thÝch §éng c¬ ®iÖn ®ång bé còng ®­îc dïng ®Ó truyÒn ®éng c¸c m¸y s¶n xuÊt cã momen phô t¶i biÕn ®æi lín (vÝ dô nh­ c¸c m¸y c¸n lín, m¸y n©ng ë hÇm má...). Lóc nµy nÕu phô t¶i t¨ng mµ kÝch thÝch vÉn gi÷ kh«ng ®æi th× sÏ dÉn ®Õn lµm gi¶m c«ng suÊt ph¶n kh¸ng ph¸t vµo l­íi ®iÖn, t¨ng c«ng suÊt tiªu thô tõ l­íi ®iÖn, gi¶m kh¶ n¨ng t¶i cña ®éng c¬. HÖ thèng ®iÒu khiÓn cã thÓ cã bé phËn tù ®éng ®iÒu khiÓn kÝch thÝch. Khi phô t¶i t¨ng lªn, dßng ®iÖn qua cuén dßng ®iÖn cña biÕn ¸p còng t¨ng lªn, cßn ®iÖn ¸p ë cuén ®iÖn ¸p cã thÓ gi¶m xuèng. KÕt qu¶ diÖn ¸p ë cuén ra cña biÕn ¸p còng t¨ng lªn, do ®ã ®iÖn ¸p mét chiÒu sau cÇu chØnh l­u còng t¨ng lªn, kÝch cña ®éng c¬ ®­îc t¨ng lªn. Nh÷ng thay ®æi lín cña t¶i mµ kÝch thÝch vÉn kh«ng ®­îc ®iÒu chØnh theo cã thÓ g©y nªn dao ®éng lín vÒ tèc ®é vµ cã kh¶ n¨ng ®­a ®éng c¬ ra khái chÕ ®é ®ång bé. Lóc nµy ph¶i c¾t ®éng c¬ ra khái nguån b»ng r¬le b¶o vÖ dßng ®iÖn cùc ®¹i. NÕu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ kh«ng cho phÐp dï chi lµ t¹m thêi th× khi ®ã ph¶i ¸p dông s¬ ®å tù ®éng ho¸ ®ång bé. Vµ ®©y chÝnh lµ nhiÖm vô thiÕt kÕ cña ®å ¸n §iÖn tö c«ng suÊt ®­îc giao. I.2. §Ò xuÊt c¸c ph­¬ng ¸n tæng thÓ, ph©n tÝch ­u, nh­îc ®iÓm cña tõng ph­¬ng ¸n ®Ó ®i ®Õn lùa chän mét ph­¬ng ¸n thùc thi thiÕt kÕ m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. 1. Giíi thiÖu vÒ m¹ch lùc M¹ch lùc bao gåm c¸c khèi c¬ b¶n sau: a/ BiÕn ¸p lùc (BAL): - BiÕn ®iÖn ¸p xoay chiÒu cã biªn ®é cÇn thiÕt víi ®iÖn ¸p phï hîp cña t¶i. - Ngoµi ra cßn lµm nhiÖm vô c¸ch ly gi÷a nguån chØnh l­u (CL) víi l­íi ®iÖn xoay chiÒu. b/ ChØnh l­u ®iÒu khiÓn (CL§K): cã nhiÖm vô biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu ba pha thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu cã biªn ®é phï hîp víi t¶i. c/ Kh©u läc: gåm ®iÖn kh¸ng L vµ tô ®iÖn C t¸c dông san ph¼ng ®iÖn ¸p ra cña kh©u CL§K (vèn cã biªn ®é ®iÖn ¸p nhÊp nh«) thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu ph¼ng phï hîp víi yªu cÇu cña t¶i. Kh©u läc ph¶i thiÕt kÕ sao cho tiªu thô c«ng suÊt nhá nhÊt. d/ Kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p: LÊy mét phÇn nhá ®iÖn ¸p t¶i ®­a trë vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn ®Ó æn ¸p. Muèn vËy th× ®iÖn ¸p ph¶n håi vÒ ph¶i lµ ph¶n håi ©m. e/Kh©u ph¶n håi dßng: LÊy tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tû lÖ víi dßng t¶i ph¶n håi trë vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn ®Ó b¶o vÖ dßng hay ng¾n m¹ch. Ngoµi ra cßn cã kh©u ®ãng ng¾t b»ng cÇu dao ®iÖn b¶o vÖ ®Æt phÝa tr­íc biÕn ¸p lùc. 2. Chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u Tr­íc hÕt, chóng ta ph©n lo¹i chØnh l­u thµnh c¸c lo¹i s¬ ®å sau vµ xÐt ­u nh­îc ®iÓm cña chóng: C¸c ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch lùc: Sè liÖu yªu cÇu: Vd=115 (V), Id = 300 (A) T¶i cña kÝch tõ: WL >> R (t¶i c¶m lín -> dßng liªn tôc) • Ph­¬ng ¸n 1: Chän mét trong c¸c s¬ ®å chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn mét pha mét nöa chu kú (-) chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn mét pha hai nöa chu kú, chØnh l­u cÇn cã ®iÒu khiÓn mét pha. NhËn thÊy c¸c s¬ ®å nªu trªn chØ thÝch hîp ®èi víi dßng t¶i nhá v× ®èi víi dßng t¶i lín mµ chän c¸c s¬ ®å trªn th× sÏ g©y ra sù mÊt ®èi xøng cña l­íi -> ¶nh h­ëng tíi sù ho¹t ®éng cña c¸c thiÕt bÞ kh¸c. Do vËy mµ ta ph¶i dïng c¸c s¬ ®å chØnh l­u ba pha. • Ph­¬ng ¸n 2: Chän mét trong c¸c s¬ ®å sau: - ChØnh l­u tia ba pha cã ®iÒu khiÓn. - ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng. - ChØnh l­u cÇu ba pha cã ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng. a/ ChØnh l­u tia ba pha cã ®iÒu khiÓn: S¬ ®å m¹ch nguyªn lý : u t * Nguyªn lý ho¹t ®éng: Khi ®iÖn ¸p trªn mét van nµo ®ã trong ba van mµ d­¬ng h¬n van cßn l¹i th× van ®ã sÏ dÉn khi cã xung ®iÒu khiÓn më van ®ã. Do t¶i cã t¶i c¶m lín nªn dßng ®iÖn trªn t¶i lµ liªn tôc, tøc lµ van d·n sÏ vÉn d·n khi ®iÖn ¸p ©m vµ van cßn l¹i ch­a më. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i: - Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van: - Dßng ®iÖn trung b×nh ch¶y qua thiristor: IT = Id/3 - C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p: S1 = 1,209 Pd ; S2 = 1,481 Pd S = (S1 + S2)/2 = 1,345 Pd ¦u ®iÓm: - Do ®iÖn ¸p ng­îc trªn van lín cho nªn nã ®­îc sö dông cho t¶i cã yªu cÇu ®iÖn ¸p thÊp vµ dßng ®iÖn lín dÔ dµng cho viÖc chän van. - Do chØ cã mét van d·n nªn sôt ¸p trªn van lµ nhá -> c«ng suÊt tiªu thô cña van nhá. - ViÖc ®iÒu khiÓn më van lµ dÔ dµng. Nh­îc ®iÓm: - §iÖn ¸p ra cã ®é ®Ëp m¹ch lín -> xuÊt hiÖn nhiÒu thµnh phÇn ®iÒu hoµ bËc cao. HiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p kh«ng cao. Së dÜ nh­ vËy lµ v× ®iÖn ¸p ch¶y trªn van kh«ng ®èi xøng qua trôc hoµnh, do vËy khi khai triÓn chuçi Furie -> xuÊt hiÖn thµnh phÇn mét chiÒu vµ thµnh phÇn xoay chiÒu. Tuy nhiªn MBA chØ lµm viÖc víi thµnh phÇn xoay chiÒu -> gi¶m hiÖu suÊt MBA. b/ ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng: §å thÞ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn: u t id uc ub ua q q iT4 q I2a q id iT1 - Thùc ra s¬ ®å cÇu pha ba ®èi xøng lµ hai s¬ ®å h×nh trªn 3 pha ghÐp l¹i. Mçi s¬ ®å h×nh tõ ba pha ho¹t ®éng ë mét nöa chu kú ®iÖn ¸p - S¬ ®å h×nh tõ ba pha thø nhÊt gåm T1, T3, T5 ghÐp catot chung. - S¬ ®å h×nh tõ ba pha thø hai ghÐp anot chung gåm T2, T4, T6 Gãc më a ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin. L>>R dßng t¶i lµ liªn tôc. - Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i: - Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt trªn van: - Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ch¹y qua van: IT = Id/3 - C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p : Sba=1,05 Pd ¦u ®iÓm: - §iÖn ¸p ra ®Ëp m¹ch nhá do vËy mµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt. - HiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p tèt do dßng ®iÖn ch¹y trong van ®èi xøng. - §iÖn ¸p ng­îc trªn van lµ lín nh­ng do Udo=2,34U2 -> nã cã thÓ ®­îc sö dông víi ®iÖn ¸p kh¸ cao. Nh­îc ®iÓm: - M¹ch ®iÒu khiÓn phøc t¹p do ta ph¶i tiÕn hµnh ®iÒu khiÓn ®ång bé c¸c van d·n víi nhau. §iÖn ¸p r¬i trªn van lín do nhiÒu van h¬n s¬ ®å CL tõ. c/ S¬ ®å cÇu kh«ng ®èi xøng: S¬ ®å gåm hai nhãm: - Nhãm m¾c Katot chung gåm (T1, T3, T5) - Nhãm m¾c Anot chung gåm (P2, P4, P6) Do L >> R -> dßng t¶i lµ liªn tôc. - Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i: - Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¶y trong tiristor vadiot: IT = Id = Id/3 - Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt: t q Id u D6 D4 D2 D6 T1 T5 T3 T1 uc ub ua iT1 q iD4 q I2a q NhËn xÐt: ChØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®èi xøng so víi chØnh l­u cÇu ba pha ®èi xøng qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n. Nh­ng ®iÖn ¸p chØnh l­u cã lóc b»ng kh«ng. Do vËy mµ cã nhiÒu thµnh phÈn sãng hµi bËc cao. KÕt luËn: Víi t¶i L>>R, Ud=115 (V), Id=320 (A) vµ qua c¸c ph©n tÝch vÒ ­u nh­îc ®iÓm ë trªn, sinh viªn thiÕt kÕ chän s¬ ®å cÇu ba pha ®èi xøng. Bëi v× khi dßng ®iÖn t¶i lín, ®iÖn ¸p t¶i cao th× dßng ®iÖn trung b×nh ch¶y qua van nhá vµ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van nhá h¬n so víi s¬ ®å chØnh l­u tõ ba pha. MÆt kh¸c, c«ng suÊt tæn hao trªn van víi t¶i trªn lµ rÊt nhá so víi c«ng suÊt t¶i vµ hiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p rÊt tèt. Do vËy ta chän s¬ ®å nµy. Tuy nhiªn s¬ ®å nµy cã nh­îc ®iÓm lµ qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn phøc t¹p h¬n. 3. Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn Muèn tiristor më cho dßng ®iÖn ch¹y qua th× ta ph¶i ®Æt lªn anot cña tiristor ®iÖn ¸p d­¬ng, ®ång thêi ®­a xung ®iÒu khiÓn vµo cùc ®iÒu khiÓn. Khi mµ tiristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dung vµ dßng ®iÖn ch¹y qua tiristor do t¶i quyÕt ®Þnh. a/ Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn: - §iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu kú riªng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn anot-catot cña tiristor. - T¹o ®­îc c¸c xung ®ñ ®Ó ®iÒu khiÓn më ®­îc tiristor (®é lín cña xung ®ñ lín vµ ®é réng xung võa ®ñ ®Ó më -> gi¶m c«ng suÊt ®iÒu khiÓn). CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn mét tiristor ®­îc thÓ hiÖn ë h×nh d­íi ®©y: §ång pha TXRC SS T¹o d¹ng xung K§X & BAX Trong ®ã: - §F: Kh©u ®ång pha - TXRC: t¹o xung r¨ng c­a - SS: Kh©u so s¸nh - KDX + BAX: Kh©u khuyÕch ®¹i xung + BiÕn ¸p xung a/ C¸c yªu cÇu víi m¹ch ®iÒu khiÓn: M¹ch ®iÒu khiÓn lµ mét kh©u quan träng trong c¸c bé biÕn ®æi v× nã quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt l­îng vµ ®é tin cËy cña bé biÕn ®æi. Do vËy ®Ó ®¹t ®­îc chÊt l­îng vµ ®é tin cËy cao cña bé biÕn ®æi, nã ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu sau: • Yªu cÇu vÒ ®é lín cña xung ®iÒu khiÓn: - Mçi tiristor ®Òu cã mét ®Æc tÝnh lµ quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®Æt trªn cùc ®iÒu khiÓn vµ dßng ®iÖn ch¶y vµo cùc ®iÒu khiÓn. Quan hÖ ®ã ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh vÏ sau: - Do sai lÖch vÒ th«ng sè chÕ t¹o vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc lµm cho tiristor mÆc dï cïng lo¹i còng câ ®Æc tÝnh U®k= f(I®k) kh¸c nhau. - Víi mçi lo¹i tiristor c¸c ®Æc tÝnh nµy dao ®éng gi÷a hai ®Æc tÝnh (1) vµ (2) vÒ yªu cÇu ®é lín cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn. tx=1000 ms tx=100 ms (2) (1) I II ®­êng giíi h¹n c«ng suÊt ®iÒu khiÓn 0 U®k I®k Cã 3 yªu cÇu chñ yÕu sau vÒ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn: + C¸c gi¸ trÞ lín nhÊt kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp. + Gi¸ trÞ nhá nhÊt còng ph¶i ®¶m b¶o cho tÊt c¶ c¸c tiristor cïng lo¹i lµm viÖc ®­îc. + Tæn hao c«ng suÊt trung b×nh ë cùc ®iÒu khiÓn nhá h¬n gi¸ trÞ cho phÐp. Trªn h×nh vÏ ta thÊy yªu cÇu ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn lµ ph¶i t¹o ra ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn n»m trong vïng (I). • Yªu cÇu vÒ ®é réng xung ®iÒu khiÓn: Th«ng th­êng ®é réng xung ®iÒu khiÓn lín h¬n 5 ms (tx=5¸10 ms ®èi víi tiristor lµm viÖc ë tÇn sè cao vµ tx = 50¸200 ms víi tiristor lµm viÖc ë tÇn sè thÊp) vµ t¨ng ®é réng cña xung ®iÒu khiÓn sÏ cho phÐp gi¶m nhá xung ®iÒu khiÓn (nh­ h×nh vÏ). Khi m¹ch t¶i cã ®iÖn c¶m lín th× dßng t¶i t¨ng chËm nªn ta ph¶i t¨ng ®é réng cña xung ®iÒu khiÓn. §é réng cña xung ®iÒu khiÓn ®­îc tÝnh theo biÓu thøc: Trong ®ã: Idt: dßng duy tr× cña tiristor. di/dt: tèc ®é t¨ng cña dßng t¶i. • Yªu cÇu vÒ ®é dèc s­ên tr­íc cña xung: - §é dèc s­ên tr­íc cña xung cµng cao th× viÖc më tiristor cµng dÔ. Th«ng th­êng yªu cÇu ®é dèc s­ên tr­íc cña xung ®iÒu khiÓn lµ: A/ms. - §é dèc s­ên tr­íc cña xung cµng t¨ng th× ®èt nãng côc bé tiristor cµng gi¶m. • Yªu cÇu vÒ tÝnh ®èi xøng cña xung trong kªnh ®iÒu khiÓn: Trong c¸c bé biÕn ®æi cã nhiÒu pha, tÝnh ®èi xøng cña xung ®iÒu khiÓn rÊt quan träng. NÕu xung ®iÒu khiÓn mÊt ®èi xøng sÏ lµm cho dßng anode ë c¸c pha cã h×nh d¹ng kh¸c nhau vµ gi¸ trÞ kh¸c nhau lµm mÊt c©n b»ng søc tõ ®éng cña m¸y biÕn ¸p. Do vËy, gi¶m hiÖu suÊt sö dông cña m¸y biÕn ¸p. 4. Lùa chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Tõ m¹ch lùc vµ yªu cÇu cña xung ®iÒu khiÓn ta ®i ®Õn thiÕt lËp s¬ ®å khèi cho m¹ch ®iÒu khiÓn. Ta ph¶i lùa chän c¸c m¹ch phï hîp cho tõng kh©u trong khèi sao cho ®¹t ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cÇn thiÕt: ®ång pha Utùa So s¸nh K§X BAX M¸y ph¸t xung U®k a/ Kh©u ®ång pha §©y lµ kh©u cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh thêi ®iÓm mèc ®Ó tÝnh gãc më a. Nã liªn hÖ chÆt chÏ vÒ pha víi ®iÖn ¸p lùc. Bªn c¹ch ®ã nã cßn ®Ó c¸ch li m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ë ®Çu vµo hÖ ®iÒu khiÓn. Do vËy mµ khèi ®ång pha cã thÓ dïng biÕn ¸p ®Ó c¸ch li hoÆc dïng phÇn tö otocupler (phototransistor). - Trong kh©u nµy ta chän biÕn ¸p ®Ó c¸ch li kÕt hîp víi bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ diode chØnh l­u ®Ó taä ra xung ®ång bé. Rd S¬ ®å m¹ch: - Së dÜ ta chän s¬ ®å trªn lµ v× khi thay ®æi gi¸ trÞ cña U®k1 ta sÏ thay ®æi ®­îc ®é réng cña xung ®ång bé. b/ Kh©u t¹o Utùa Trong thùc tÕ cã rÊt nhiÒu m¹ch t¹o ra Utùa. VÝ dô: - M¹ch chØ dïng diode, tô ®iÖn vµ ®iÖn trë ghÐp l¹i víi nhau nh­ h×nh 1. - M¹ch dïng transistor vµ c¸c linh kiÖn ®iÖn tö kh¸c nh­ h×nh 2. - M¹ch dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ h×nh 3. q Ung Ul H×nh 1. t t Utùa H×nh 3. +E t t Urc Udp H×nh 3. ë s¬ ®å h×nh 1 ta cã mét m¹ch t¹o Utùa t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, dÔ l¾p ®Æt, rÎ tiÒn nh­ng cã nh­îc ®iÓm rÊt lín lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a tr¶i dµi qu¸ 1/2 chu k× cña ®iÖn ¸p l­íi lµm cho viÖc x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn tõ ®iÖn ¸p r¨ng c­a rÊt khã kh¨n. ë s¬ ®å h×nh 2 m¹ch còng kh¸ ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p tùa còng tr¶i ra c¶ 1/2 chu k× cña ®iÖn ¸p l­íi nh­ng do ®ãng më transistor ë vïng l©n cËn kh«ng nªn m¹ch ho¹t ®éng kÐm tin cËy. ë s¬ ®å h×nh 3 do khuÕch ®¹i thuËt to¸n ho¹t ®éng cã ®é tin cËy cao nªn t¹o ra tÝn hiÖu Utùa cã chÊt l­îng rÊt tèt. c/ Kh©u so s¸nh Kh©u nµy cã nhiÖm vô t¹o ra gãc ®iÒu khiÓn a (hay tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn dßng vµ ¸p ë thêi ®iÓm yªu cÇu). S¬ ®å nµy ta còng dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. d/ Kh©u ph¸t xung chïm Trong thùc tÕ cã rÊt nhiÒu m¹ch vµ vi m¹ch ®iÖn tö cã thÓ ®­îc dïng ®Ó t¹o ra xung chïm. VÝ dô nh­ vi m¹ch timer 555. ë ®©y ta chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n kÕt hîp víi c¸c linh kiÖn kh¸c t¹o ra khèi ph¸t xung chïm víi d¹ng xung mong muèn mµ gi¸ rÎ vµ chÊt l­îng cao. Ch­¬ng II ThiÕt kÕ m¹ch lùc S¬ ®å nhuyªn lý: - Sè liÖu yªu cÇu : Ud= 75V ; Id= 320A U1=380 V; f=50 Hz; Rk®= 0,8A 1. TÝnh to¸n chän van Ung=Kn´U2f Trong ®ã : V vµ - Suy ra: V §Ó van lµm viÖc an toµn ng­êi ta th­êng chän hÖ sè dù tr÷ cho van lµ Kdt=1,6¸2. - Do ®ã: Ungmax = Kdt ´Ung= 2´137 = 274 V - Dßng ®iÖn trung b×nh ch¶y qua van: A §Ó van lµm viÖc an toµn th× chän : Ivmax = 4´Iv -Suy ra: Ivmax = 4´106,7 = 426,8 A Tõ c¸c sè liÖu trªn ta chän van nh­ sau: Tiristor KH: ST280CH04C0 cã c¸c th«ng sè sau: Ungmax= 400 V; Ivm· = 500 A; IG = 150 mA; (dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn) DUv = 1,4 V; 2. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn vµ c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p + C«ng suÊt biÕn ¸p nguån ®­îc tÝnh bëi: Sba = Ks .Pd = 1,05.24.103 = 25,2 KW; + §iÖn ¸p c¸c cuén d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp: - §iÖn ¸p thø cÊp ®­îc tÝnh bëi: V; - §iÖn ¸p s¬ cÊp b»ng ®iÖn ¸p pha nguån cÊp (220 V) + Dßng ®iÖn c¸c cuén d©y: - Dßng ®iÖn cña cuén thø cÊp: I2 = K2.Id = 0,82.320 = 262,4 A - Dßng ®iÖn cña cuén s¬ cÊp: I1 = Kba.K1.Id = .0,82 . 320 = 66,8 A Ta tiÕn hµnh chän m¸y biÕn ¸p víi c¸c th«ng sè trªn. 3. TÝnh to¸n m¹ch tõ MBA Chän m¹ch tõ 3 trô tiÕt diÖn mçi trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Trong ®ã : k: HÖ sè kinh nghiÖm (th­êng lÊy K=5,8¸6,4).Víi MBA kh« lÊy K=6. c: Sè trô (c=3). f: tÇn sè (f=50 Hz). Sba: C«ng suÊt biÓu kiÕn MBA (VA). Thay sè vµo ta cã : Chän Q=78 (cm2) Ta chän m¹ch tõ : lµm b»ng t«n silic ' 310 cã bÒ dµy lµ 0,35 mm tû träng gb=75 kg/dm3 tæn hao p=1,3 w/kg. BÒ dµy l¸ t«n silic ' 310 : 0,35(mm) TÝnh to¸n chiÒu cao s¬ bé cña trô : Dùa vµo c«ng thøc kinh nghiÖm: Trong ®ã : +Thq :TiÕt diÖn hiÖu qu¶ Thq=Q. +b :lµ hÖ sè quan hÖ gi÷a chiÒu cao vµ chiÒu réng cña biÕn ¸p, th­êng b»ng 1,15¸1,35.Ta chän b=1,2. - Suy ra : b/ TÝnh träng l­îng cña trô: Gt=c´ST´gb´l Trong ®ã : +c: Sè trô (c=3). +ST: TiÕt diÖn trô: ST=Q=78 (cm3). +gb: Tû träng t«n silic (gb=7,5kg/dm3). VËy träng l­îng cña trô lµ : GT=3´0,78´7,5´2,6=45,6 (kg). c/ TÝnh g«ng: 2 l l b a 2 2 a a lG Chän a=9,5 cm2. lG = 26x2 -9,5 = 42,5 (cm) TG=Q=78 (cm2). Träng l­îng g«ng: Gg=t´TG´gb´lG Trong ®ã: t: Sè g«ng (t=2) TG: TiÕt diÖn g«ng. gb:: Tû träng t«n silic. lG: ChiÒu dµi cña g«ng. Thay sè vµo ta cã : Gg= 2´0,78´7,5´4,35=50 (kg). Träng l­îng lâi thÐp MBA: G=GT+Gg=45,6+50=95,6 (kg). d/ Sè l¸ t«n: -Sè l¸ trô : (l¸) -Sè l¸ ch¾n ®Çu ng¾n: (l¸). -Sè l¸ ch¾n ®Çu dµi: (l¸). CHUONG III ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn TÝnh to¸n kh©u ®ång pha vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch. a. Nguyªn lý ho¹t ®éng: Khi s¬ cÊp cña MBA ®ång pha ®­îc nèi vµo l­íi ®iÖn (h×nh trªn chØ vÏ 1 pha cña MBA ®ång pha). Lóc nµy thø cÊp cña MBA xuÊt hiÖn hai ®iÖn ¸p Ua0 vµ -Ua0 cã ®é lín b»ng nhau nh­ng ng­îc dÊu. Khi trong nöa chu k× ®µu tiªn ®iÖn ¸p ®Æt lªn D1 d­¬ng ( >0,7 V) vµ ®iÖn ¸p®Æt trªn D2 ©m. KÕt qu¶ lµ D1 dÉn cßn D2 kho¸. Trong nöa chu k× sau ®iÖn ¸p ®æi cùc tÝnhdo vËy mµ lóc nµy D1 kho¸ cßn D2 dÉn. C¸c diode D1, D2 dÉn vµ kho¸ cïng víi sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p thø cÊp lµm cho ®iÖn ¸p cöa vµo kh«ng ®¶ocña khuyÐch ®¹i thuËt to¸n OP1 lµ nöa h×nh sin d­¬ng trong c¶ chu k×. §iÒu chØnh Rx1 ®Ó thay ®æi ®iÖn ¸p Ung1 vµo cöa ®¶o cña OP1. NÕu®iÖn ¸p vµo cöa kh«ng ®¶o UI >Ung1 th× UD=(UI-Ung1)>0. Suy ra ®iÖn ¸p ra cña OP1 lµ UII >0 (UII =(E-2)V ) vµ ng­îc l¹i nÕu UD=(UI-Ung1)< 0 th× UII=-( E-2) V. V× vËy mµ ®iÖn ¸p ra cã d¹ng xung ch÷ nhËt nh­ h×nh vÏ. b. TÝnh to¸n khèi ®ång pha V× f=50Hz nªn: T== 0,021 s = 20 ms. Do ®ã trong nöa chu k× cña ®iÖn ¸p l­íi ta ph¶i t¹o ra ®iÖn ¸p r¨ng c­a sao cho : t=tp+ tn =0,01 s Trong ®ã : + tp:Thêi gian phãng cña tô ®iÖn ; + tn:Thêi gian n¹p cña tô ®iÖn. Trong thùc tÐ tÝnh to¸n ®Ó cã d¶i ®iÌu khiÓn línn tõ 0¸Ud®max th× tn<< tp hoÆc lµ tp<< tn. -Trong khu«n khæ cña ®å ¸n ta chän tn<< tp cô thÓ lµ: tn= 0,5 ms. tp= 9,5 ms. -Víi tn=0,5 (ms) ta ph¶i ®iÒu chØnh Rx1 sao cho : . Trong ®ã ® ® -V× dßng yªu cÇu vµo OP1 nhá nªn chän R1=R2=10 (kW). Chän R3=1(kW).Ta cã: Cuèi cïng ta chän :Rx1=0¸10 (kW) vµ ®iÒu chØnh ®Ó Rx1=4,66 (kW). + Chän D1,D2: - Gäi Id lµ dßng ch¶y qua t¶i Rd ( chän Rd =56 W ).Ta cã: Chän Ilv=25%.I®mv (dßng lµm viÖc cña van b»ng 25% dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van). ® I®mv=4´Ilv=4´0,2=0,8 (A). - §iÖn ¸p ng­îc trªn van : (V). Víi hÖ sè dù tr÷ lµ k=2 th× Ungmax=34´2=68 (V). Chän D1vµ D2 lµ lo¹i D-1001 víi I=1 (A) vµ Ungn·x=200 (V). + TÝnh dßng ®iÖn ch¹y ë thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p ®ång pha: I3=0,58´Id=0,116 (A). Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a a/ Nguyªn lý ho¹t ®éng §iÖn ¸p ®ång pha UII ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a. Do ®iÖn ¸p ra cña khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh phô thuéc vµo quan hÖ: Ura= K0 . (-UII + U+) Trong ®ã: U+ lµ ®iÖn ¸p ®Æt ë cöa kh«ng ®¶o; K0 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña b¶n th©n OP2 vµ K0 lµ rÊt lín. Khi UII 0 Suy ra UIII > 0 vµ tô C1 ®­îc n¹p th«ng qua R5 vµ D3 vÒ OP1 víi dßng n¹p: IC= I¢2 - I2 Trong ®ã: IC , I¢2 , I2 , ®­îc kÝ hiÖu nh­ trªn h×nh vÏ. ; Víi: DUD3 lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn D3. Chän b»ng 0,5 V UdII= (E- 2)= 13 V §iÖn ¸p UIII chÝnh lµ ®iÖn ¸p trªn tô C1 Ur = UC = Ur = UC = - Diot æn ¸p DZ cã nhiÖm vô kh«ng cho ®iÖn ¸p trªn tô n¹p qu¸ UDZ. Chän lo¹i Diod cã UDZ = 10V NÕu gäi tn lµ thêi gian n¹p cña tô th× ta cã ph­¬ng tr×nh sau: UZ = Khi UII >0 ® D3 kho¸ ® Ura = 0 ® tô C sÏ phãng ®iÖn vÒ ©m nguån cña OP2 Víi dßng ®iÖn phãng Ip = §iÖn ¸p trªn tô gi¶m dÇn theo hµm : Ur = UZp = Gäi tp lµ thêi gian phãng cña tô ®iÖn ta cã : Ur = (2) víi UDZ =10V vµ tp=9,5ms nh­ ®· chän, tõ (2) ta cã: Û Þ (R4 + RX2)C1 = 14,25.10-3 (3) tõ (1) ta cã: thay (3) vµo (1) ta cã: Û Û R5C1 = 0,675.10-3 chän C7 = 0,47mF ® R5 = 1,43(KW) , chän R5 = 1,5(KW) tõ (3) chän R4 = 10(KW) ta cã: (10.103 + RX2) = 30,3(KW) ® RX2 = 20,3(KW) ® ®iÒu chØnh biÕn trë ®Ó cã RX2 = 20,3(KW) -Dßng qua Diod D3: I2’ = (mA) Chän linh kiÖn : OP2 : mA741 cã c¸c th«ng sè: Ung= ±3¸22V; UnF= ±15 V; UdF= ±30 V; Ko=5.106; P1=100 mW; [t]=55¸1250C; Ira=±25 mA; En=±15 V; Zra=60 W; Zvµo=300 KW; V. D3 : D-1001 cã c¸c th«ng sè : I = 1A ; Ung = 200V ; DU = 0,5V §å thÞ ®iÖn ¸p ë kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a: 3. Kh©u so s¸nh. Yªu cÇu cña thiÕt kÕ víi s¬ ®å cÇu chØnh l­u 3 pha ®èi xøng. Gãc ®iÒu khiÓn . §©y lµ gi¸ trÞ mµ ®éng c¬ lµm viÖc æn ®Þnh . Do vËy ta ph¶i ®iÒu chØnh biÕn trë Rx ®Ó cã Ung2 tho¶ m·n yªu cÇu trªn. a/ Nguyªn lý ho¹t ®éng §iÖn ¸p r¨ng c­a ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña OP3. - Khi UD = (Udk2-UIII) > 0 th× UIV= (E-2) (V) - Khi UD=(Udk2-UIII) < 0 th× UIV= - (E - 2) V KÕt qu¶ lµ ë ®Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n OP3 cã mét d·y xung vu«ng liªn tiÕp. -Uph lµ tÝn hiÖu lÊy vÒ tõ chiÕt ¸p (®­îc nèi song song víi ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng kÝch tõ).nã cã t¸c dông æn ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc cña ®éng c¬: cô thÓ khi ®iÖn ¸p kÝch tõ vµo ®éng c¬ gi¶m dÉn ®Õn Uph gi¶m lµm cho Ung2 t¨ng ® gi¶m ® cos( ) t¨ng ® Ud t¨ng vµ ng­îc l¹i. Vµ chän Uph=2(V). - V× dßng vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ rÊt nhá nªn ta chän R7 = R6 = 10 KW. - V× a=550 nªn ®iÖn ¸p r¨ng c­a ra lµ tuyÕn tÝnh: Urcmax=10 V Suy ra: V Víi Chän R8 = 1 KW ta cã: 7.103 + 7. Rx3 = 13.103 ® Rx3 = 1KW §iÒu chØnh Rx3 = 1,1 KW víi biÕn trë Rx3 = 0 ¸ 10 KW. §å thÞ ®iÖn ¸p racña khèi so s¸nh ®­îc vÏ ë h×nh d­íi ®©y. Chän OP3 lµ khuyÕch ®¹i thuËt to¸n mA741 cã c¸c th«ng sè sau : Ung= ±3¸22V; UnF= ±15 V; UdF= ±30 V; Ko=5.106; P1=100 mW; [t]=55¸1250C; Ira=±25 mA; En=±15 V; Zra=60 W; Zvµo=300 KW; V. 4. Kh©u ph¸t xung chïm a/ Nguyªn lý ho¹t ®éng cña kh©u ph¸t xung chïm: T¹i thêi ®iÓm mµ ®iÖn ¸p trªn tô UC2= 0 ta cã Ud= Uph- UC2= 0 ®iÖn ¸p ra cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n OP4 lµ UV=0 , ta tiÕn hµnh n¹p cho tô C2 mét ®iÖn ¸p UC20 tÝn hiÖu ra cña OP4 lµ UV ®¹t tíi tr¹ng th¸i d­¬ng b·o hoµ vµ C2 ®­îc n¹p ®iÖn theo chiÒu ng­îc l¹i so víi chiÒu mµ ta n¹p cho C2 lóc ®Çu , tô C2 ®­îc n¹p tíi trÞ sè : Suy ra UV=0 dÉn ®Õn Uph= 0. Do ®ã C2 phãng ®iÖn qua R10 vÒ ©m nguån cña OP4 vµ ®iÖn ¸p ra cña OP4 ë møc ©m b·o hoµ. Qu¸ tr×nh lÆp l¹i lµm cho ®Çu ra cña OP4 cã xung ®iÖn ¸p d¹ng ch÷ nhËt víi tÇn sè tuú thuéc vµo gi¸ trÞ cña R10 vµ C2.§å thÞ ®iÖn ¸p ra cña kh©u ph¸t xung chïm nh­ sau: b/ TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña kh©u ph¸t xung chïm Chu k× cña xung chïm ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : T=2,2.R10.C2 (1) NÕu chän tÇn sè cña xung chïm lµ f=10 kHz th× chu k× xung lµ T=10-4 s. Thay vµo (1) ta cã: Chän C2= 0,01 mF ® R10= 4545 W .Ta chän R10=4,5 kW. Chän R9=R10=4,5 kW. Chän khuyÕch ®¹i thuËt to¸n lo¹i mA741 víi c¸c th«ng sè ®· x¸c ®Þnh ë phÇn tr­íc. 5. Kh©u khuyÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung UB a/ Nguyªn lý ho¹t ®éng + TÝn hiÖu tõ kh©u ph¸t xung ®­îc ®­a vµo cùc baz¬ cña T1 khi tÝn hiÖu d­¬ng. Do ®ã D4 th«ng ® Ube1 > 0 ® T1 kho¸ ( T1 lµ transistor thuËn) vµ ng­îc l¹i khi tÝn hiÖu ©m th× Ube1< 0 nªn T1 më b·o hoµ. KÕt qu¶ lµ tÝn hØÖu ë colector cña T1 lµ nh÷ng xung ©m cã chu k× trïng víi chu k× cña m¸y ph¸t xung( T1 cã vai trß khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu). +TÝn hiÖu tõ colector cña T1 cïng víi tÝn hiÖu ®Çu ra cña bé so s¸nh vµ tÝn hiÖu ®­îc lÊy tõ biÕn ¸p ®ång pha m¾c víi D7 ®­îc ®­a vµo cùc baz¬ cña transistor T2. T2,T3 ®­îc m¾c theo kiÓu Darlingt¬n cã hÖ sè khuyÕch ®¹i lµ b=b2´b3. - Khi Uab >0 vµ tÝn hiÖu so s¸nh d­¬ng th× T2 më ® cã tÝn hiÖu ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung. - Khi Uab<0 vµ tÝn hiÖu so s¸nh ©m th× T2 kho¸ ® kh«ng cã tÝn hiÖu ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung. + D5 cã t¸c dông b¶o vÖ T2 khi ®iÖn ¸p ®Æt ë cùc baz¬ cña T2 ©m. + D6 cã t¸c dông ng¾n m¹ch dßng ch¹y trong colector cña T3 khi T3 chuyÓn tõ më sang ®ãng. + R17 cã t¸c dông t¹o thiªn ¸p Ube cho ®Ìn 3 lµm ®Ìn 3 t¸c ®éng më nhanh khi ®Ìn T2 më . + BiÕn ¸p xung cã t¸c dông c¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ ®Çu ra cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. b/ TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña K§X vµ BAX · TÝnh to¸n m¸y BAX : Theo tÝnh to¸n ë phÇn m¹ch lùc ta chän van cã th«ng sè vÒ dßng vµ ¸p ®iÒu khiÓn lµ: IG=150 mA UG=3 V §©y lµ gi¸ trÞ dßng vµ ¸p ë thø cÊp cña BAX. Theo kinh nghiÖm tÝnh to¸n th× tØ sè biÕn ¸p xung th­êng lµ m=1,2¸1,5. Ta chän m=1,2. Nh­ vËy gi¸ trÞ dßng ®iÖn s¬ cÊp cña BAX lµ: mA Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p thø cÊp cña BAX lµ: V Gi¸ trÞ dßng ®iÖn trung b×nh ë s¬ cÊp BAX lµ: Trong ®ã : tx lµ chiÒu dµi xung truyÒn qua BAX. Th­êng chän tx=50¸250 ms ®èi víi tÇn sè thÊp. Ta chän tx=80 ms. Suy ra : mA Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ë thø cÊp BAX: mA · TÝnh to¸n khèi khuÕch ®¹i xung chïm: Biªn ®é cña xung chïm = ±13 V. Chän T1: lµ lo¹i C828 cã c¸c th«ng sè: UEC=35 V IECmax=300 mA b= 10¸30 - TÝnh R11 ®Ó cho T1 lµm viÖc ë chÕ ®é më b·o hoµ ( UCE=0). §Ó T1 më b·o hoµ th× : hay víi Kbh=1,2¸1,5 ®­îc gäi lµ hÖ sè b·o hoµ. Ta chän b= 10 vµ Kbh=1,2. Ta cã : Chän R12=1 kW. Khi ®ã IC< IEC m·x. Suy ra: mA Chän R11 sao cho : mA ® R11=7,2 kW. Chän D4 lµ lo¹i D-1001 cã c¸c th«ng sè: I=1 A Ung=100 V · TÝnh to¸n kh©u khuyÕch ®¹i xung: + §iÖn ¸p r¬i trªn cuén s¬ cÊp cña BAX lµ: USC= 4,1 (V) ; ISC=125 (mA) - Bá qua ®iÖn trë cuén d©y s¬ cÊp cña BAX R16 ta cÇn chän trong kho¶ng: R16 ³ (W) R16 £ Chän R16 = 50 (W) - Chän T2 lo¹i KH: C828 cã c¸c th«ng sè: UEC=35 V IEC =300 mA b= 10¸30 -Chän T3 lµ lo¹i ST603 cã th«ng sè: UCE=30 V ICE = 800 mA b = 30¸100 ; b=b2´b3 =900; (b2=b3=30). ® mA Chän mA Khi Uab>0, Uss>0 th× ph¶i tÝnh R13,R14 ®Ó UB=1,4 (V) Ta cã : mA Víi R12=1 kW ( nh­ tÝnh ë trªn) ta cã: Chän R13=1 kW ta sÏ tÝnh ®­îc R14=1,66 kW ®Chän R14=1,5 kW. Ta chän R15 nhá ®Ó khi Uss >0, Uab<0 ® ®iÖn ¸p UB< 0. Chän W. Theo kinh nghiÖm ta chän R17 = 1 (kW) -Chän D4 ,D5 , D6 lµ lo¹i D-1001 cã c¸c th«ng sè: Ung=100 V I=1 A 6- TÝnh to¸n khèi nguån vµ MBA ®ång pha CL1 W3A W2A W1A H×nh trªn lµ s¬ ®å nguyªn lý nguån cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn vµ lµ nguån tÝn hiÖu ®ång pha. + M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc cung cÊp tõ mét biÕn ¸p nguån 3 pha cã chung lâi víi biÕn ¸p ®ång pha: Trong ®ã W1 lµ cuén s¬ cÊp ®­îc nèi víi nguån xoay chiÒu 3 pha 220/380 (V). Thø cÊp MBA gåm cã c¸c cuén d©y W2 vµ W3. - W2 cung cÊp cho bé chØnh l­u (CL1). §Çu ra cña bé chØnh l­u nµy lµ c¸c vi m¹ch æn ¸p 7815 lÊy ra ®iÖn ¸p +E=+15 (V) vµ vi m¹ch æn ¸p 7915 lÊy ra ®iÖn ¸p lµ -E=-15 (V). Nguån ±E ®­îc cung cÊp cho khuyÕch ®¹i thuËt to¸n vµ c¸c transistor. - W3 cã ®iÓm gi÷a ®Ó ph¸t ra tÝn hiÖu ®ång bé. a/ Khèi nguån Ta chän tô C1, C2 : C1=C2=1000mF (®Ó san b»ng ®iÖn ¸p chØnh l­u). Cßn C3=C4=C5=C6=100nF. §iod chän lo¹i 204 cã Itb=800(mA), Ung=100(V) b/ BiÕn ¸p ®ång pha Nh­ ®· nªu ë trªn, m¹ch t¹o xung r¨ng c­a dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸ncÇn ®iÖn ¸p ®ång pha vµ ®iÖn ¸p nguån. BiÕn ¸p ®ång pha cung cÊp cho nguån nu«i OP (cã c«ng suÊt nhá d­íi 1W v× vËy kÝch th­íc cña MBA ®ång pha rÊt nhá. Thùc tÕ cho thÊy r»ng nÕu chän biÕn ¸p ®ång pha nhá th× dÉn ®Õn sè vßng/vol (W0 ) lín . Do ®ã cuén d©y sÏ to mÆc dï ta dïng lo¹i d©y nhá nhÊt th× vÉn g©y khã kh¨n cho viÖc chÕ t¹o vµ kh«ng kinh tÕ. Theo tÝnh to¸n ë phÇn tr­íc ta chän: U2=15 (V); I2=200 (mA); U3 = 12-0-12 (V) Dßng ®iÖn ë thø cÊp MBA ®ång pha ®· tÝnh ë phÇn tr­íc lµ: I3 = 116 mA. + C«ng suÊt : S2 = U2´I2 = 15´200´10-3 = 3(VA). S3 = U3´I3 = 12´116´10-3 = 1,4(VA). SS = S2 +S3 = 3+1,4 = 4,4(VA). S1 = U1´I1 = SS = 4,4 ® + TiÕt diÖn trô lµ : + Sè vßng/vol: (vßng/vol). (ta chän k=45 khi k=42¸50). + Sè vßng cuén d©y W1 : W1=W0´U1=18´380=6480 (vßng). + Sè vßng cuén d©y W2 : W2=W0´U2=18´15=270 (vßng). + Sè vßng cuén d©y W3: W3=W0´U3=18´12=216 (vßng). 7. TÝnh to¸n kh©u ph¶n håi: Bé biÕn ®æi TÝnh to¸n r2, r3 ®Ó cã Uph=2(V) víi Ud=75(V) ®©y lµ gi¸ trÞ ®Ó ®éng c¬ ®ång bé lµm viÖc ®­îc æn ®Þnh. Chän Rph=10(KW) ®iÖn trë c«ng suÊt. dßng qua Rph: Iph = = 7,5 (mA) Ta cã : §iÒu chØnh Rph ®Ó ®­îc r2=267 (W). KÕT LUËN Sau mét qu¸ tr×nh häc tËp vµ nghiªn cøu, cïng víi sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o Ph¹m quèc H¶i vµ sù gióp ®ì cña c¸c b¹n cïng líp, em ®· hoµn thµnh c¸c nhiÖm vô ®­îc giao cña b¶n ®å ¸n: ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng kÝch tõ cho ®éng c¬ ®ång bé ba pha. Trong néi dung nghiªn cøu cña b¶n ®å ¸n nµy, em ®· thùc hiÖn ®­îc c¸c nhiÖm vô sau: T×m hiÓu c«ng nghÖ vµ yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng kÝch tõ cho ®éng c¬ ®ång bé ba pha. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn hÖ thèng. Lùa chän c¸c s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ hÖ thèng. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, ch¾c ch¾n b¶n th©n em kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt, em rÊt mong nhËn ®­îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c thÇy vµ c¸c b¹n ®Ó b¶n ®å ¸n nµy ®­îc hoµn thiÖn h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Hµ Néi ngµy 10 th¸ng 12 n¨m 2001 Sinh viªn NguyÔn Thanh LÞch Tµi liÖu tham kh¶o 1. Gt : §iÖn tö c«ng suÊt Tg : NguyÔn BÝnh 2. Tl : H­íng dÉn thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt §HBKHN- Bé m«n ThiÕt bÞ ®iÖn -§iÖn tö 3. Gt : Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch (NXBKH_KT) Tg : Ph¹m Quèc H¶i ,D­¬ng V¨n Nghi 4. Gt : ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p ( NXBKH_KT)