Điều chỉnh tốc độ động cơ roto dây quấn bằng phương pháp điện trở xung

òng phãng ®iÖn qua tiristor T, cuén L1 vµ ®ièt D0, kÕt qu¶ lµ tô C ®­îc n¹p theo cùc tÝnh ng­îc l¹i. T¹i thêi ®iÓm t = t® muèn khãa tiristor T l¹i, chØ cÇn cho xung ®iÒu khiÓn më tiristor T1. Qua T1, ®iÖn ¸p trªn tô uc ®­îc ®Æt lªn tiristor T t¹o nªn mét ®iÖn ¸p ng­îc khãa tiristor T l¹i, ®iÖn trë lóc nµy lµ R. V× T1më dÉn ®iÖn nªn tô ®iÖn C l¹i ®­îc n¹p ®iÖn ®Õn gi¸ trÞ uc, khi tô ®· n¹o ®Çy th× T1khãa l¹i, qu¸ tr×nh lÆp l¹i nh­ cò. §é réng mçi xung t® lµ kho¶ng thêi gian më cña tiristor T t­¬ng øng víi kho¶ng thêi gian gi÷a xung më tiristor T vµ xung më tiristor T1. Ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc ®é réng xung t® theo ý muèn. Chu kú tck t­¬ng øng víi kho¶ng thêi gian gi÷a hai xung liªn tiÕp më tiristor T. §Ó cã bé b¨m tÇn sè cè ®Þnh, ta gi÷ kh«ng ®æi kho¶ng thêi gian gi÷a hai xung kÕ tiÕp më tiristor T, vµ ®iÒu chØnh kho¶ng thêi gian gi÷a xung më tiristor T vµ xung më tiristor T1. H×nh 19. Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p khi ®iÒu khiÓn xung ®iÖn trë r«to. Nh­ ë phÇn trªn, ta ®· chän ph­¬ng ph¸p gi÷ nguyªn tck vµ thay ®æi thêi gian ®ãng t®. Tøc lµ ta sÏ cÊp cho c¸c tiristor c¸c xung ®iÒu khiÓn cã tÇn sè cè ®Þnh fck nh­ng xung ®iÒu khiÓn cña tiristor T1 sÏ cÊp tr­íc xung ®iÒu khiÓn tiristor T mét kho¶ng thêi gian lµ tc = tck – t®. TÝnh chän ®iÖn trë phô R Ta cã d¹ng biÓu thøc Klox cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé: Trong ®ã: Khi ta m¾c thªm vµo mçi pha r«to mét ®iÖn trë Rf, khi ®ã ®iÖn trë mçi pha r«to lóc nµy lµ (r2 + Rf). Khi ®ã, d¹ng ®Æc tÝnh c¬ sÏ thay ®æi vµ trë nªn mÒm h¬n: H×nh 20. S¬ ®å vµ ®Æc tÝnh c¬ khi thay ®æi ®iÖn trë r«to. Trong tr­êng hîp phô t¶i Mc lµ kh«ng ®æi, khi ®ã ®iÓm lµm viÖc sÏ dêi tõ ®iÓm a(w®m; Mc) ®Õn ®iÓm a’(w2; Mc). T­¬ng øng víi sù thay ®æi hÖ sè tr­ît tíi h¹n tõ sth.®m ®Õn sth2. Trong suèt qu¸ tr×nh thay ®æi trªn, m«men tíi h¹n Mth lµ kh«ng ®æi. Gi¸ trÞ ®iÖn trë Rf ¶nh h­ëng ®Õn ph¹m vi ®iÒu chØnh D. Khi gi¸ trÞ ®iÖn trë Rf cµng lín th× ph¹m vi ®iÒu chØnh cµng lín vµ ®Æc tÝnh c¬ cµng mÒm, vµ ng­îc l¹i, khi gi¸ trÞ ®iÖn trë Rf cµng nhá th× ph¹m vi ®iÒu chØnh D cµng nhá vµ ®Æc tÝnh c¬ cµng cøng. Ta sÏ t×m gi¸ trÞ ®iÖn trë Rf ®Æt cè ®Þnh vµo mçi pha r«to sao cho ph¹m vi ®iÒu chØnh D = 4 ¸ 1. Trong thùc tÕ, phô t¶i kh«ng ph¶i lµ cè ®Þnh, do ®ã, m«men phô t¶i lu«n dao ®éng. Ta xÐt øng víi tr­êng hîp nã dao ®éng trong kho¶ng 0,9M®m ¸ 1,1M®m. Ph¹m vi ®iÒu chØnh: Trong ®ã: wmax – tèc ®é lµm viÖc lín nhÊt øng víi phô t¶i Mc = M®m, ; wmin – tèc ®é lµm viÖc nhá nhÊt øng víi phô t¶i Mc trong tr­êng hîp nµy Mc = 0,9 M®m, wmin = w2. Tèc ®é lµm viÖc nhá nhÊt: §èi víi ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn Trong ®ã: r1= 1,04 W; r’2 = 0,932 W; xnm = 2,065 W; Uf = 220 V. Thay c¸c gi¸ trÞ trªn vµo hÖ ta cã: §Æc tÝnh tù nhiªn qua ®iÓm (w®m; M®m) tøc lµ: §èi víi ®Æc tÝnh biÕn trë khi m¾c thªm ®iÖn trë Rf vµo mçi pha r«to §Æc tÝnh nµy qua ®iÓm (w2; 0,9M®m) cã hÖ sè tr­ît s2 t­¬ng øng lµ: Ta cã: Do m«men tíi h¹n lµ kh«ng ®æi, Mth2 = Mth.®m = 276 Nm, nªn: hay: Suy ra: Sth2.1 = 4,750; Sth2.2 = 0,125 Gi¶i ra ta ®­îc: Khi cho thªm ®iÖn trë phô Rf vµo m¹ch r«to cña ®éng c¬ th× hÖ sè tr­ît tíi h¹n sÏ t¨ng, do ®ã sth2 > sth.®m. Ta lÊy gi¸ trÞ sth2 = 4,750. Ta l¹i cã: Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta ®­îc: §iÖn trë r«to khi ch­a quy ®æi vÒ phÝa stato: §iÖn trë Rf cÇn m¾c vµo mçi pha r«to ®Ó cã ph¹m vi ®iÒu chØnh D = 4 ¸ 1 khi m«men phô t¶i Mc dao ®éng trong kho¶ng 10% M®m lµ: Nh­ vËy, ®iÖn trë R m¾c trong m¹ch mét chiÒu h×nh 18 lµ: R = 2Rf = 2.4,985 = 9,97W TÝnh chän c¸c ®ièt chØnh l­u D Trong s¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®iÒu khiÓn th× c¸c ®ièt D lµ c¸c ®ièt gièng hÖt nhau do cã cïng ®iÒu kiÖn lµm viÖc, mçi ®ièt dÉn dßng ®iÖn t¶i trong 1/3 chu kú. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña hÖ, c¸c ®ièt nµy ph¶i chÞu ®­îc khi më m¸y vµ ë ®iÒu kiÖn lµm viÖc ®Þnh møc. Khi më m¸y, trong thùc tÕ ®Ó m«men më m¸y lín ®ång thêi dßng ®iÖn më m¸y kh«ng qu¸ cao, ta ®iÒu chØnh tÇn sè ®ãng, c¾t tiristor T sao cho Mmm = 0,8.Mth. H×nh 21. §Æc tÝnh c¬ khi më m¸y ®éng c¬ kh«ng ®ång bé b»ng biÕn trë. Ta cã d¹ng biÓu thøc Klox cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé khi më m¸y: hay: Suy ra: Khi ®iÒu chØnh tÇn sè ®ãng, c¾t tiristor th× sth.mm > 1. Do ®ã: sth.mm = 2, ta l¹i cã: Dßng ®iÖn trong d©y quÊn r«to ®· quy ®æi vÒ phÝa stato lóc më m¸y: Dßng ®iÖn trong d©y quÊn r«to lóc më m¸y: Ta tÝnh chän c¸c ®ièt dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n lµ: ®iÖn ¸p lµm viÖc, dßng ®iÖn t¶i vµ ®iÒu kiÖn táa nhiÖt. Khi më m¸y, ®ièt chÞu ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt: Trong ®ã: §iÖn ¸p ng­îc cña ®ièt cÇn chän: Trong ®ã: kdtU – hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p, chän kdtU = 1,8. Khi më m¸y, van chÞu dßng ®iÖn lín nhÊt. Dßng ®iÖn hiÖu dïng qua van: Trong ®ã: Khd – hÖ sè x¸c ®Þnh dßng ®iÖn hiÖu dông, ®èi víi chØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®iÒu khiÓn, ; K2 – hÖ sè x¸c ®Þnh dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p, ®èi víi chØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®iÒu khiÓn, . Tuy nhiªn, do ®éng c¬ trong yªu cÇu cña bµi to¸n cã c«ng suÊt P = 7,5KW, nªn thêi gian më m¸y lµ ng¾n, vµ mçi ®ièt chØ dÉn trong 1/3 chu kú, ta tÝnh chän van theo gi¸ trÞ dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y qua van: Trong ®ã: ktb = 1/3; Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña ®ièt lµ cã c¸nh t¶n nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch táa nhiÖt; Kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ, víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc ®ã, dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®ièt cÇn chän: Trong ®ã: ki – hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn, chän ki = 3,2. Tõ c¸c th«ng sè Un = 646,578V; I®m = 67,407A ta chän 6 ®ièt lo¹i CR80-120 cã c¸c th«ng sè sau: Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®ièt I®m = 80A; §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i Un = 1200V; §Ønh xung dßng ®iÖn ®ièt chÞu ®­îc Ipik = 1500A; Sôt ¸p trªn ®ièt DU = 1,2V; Dßng ®iÖn thö cùc ®¹i Ith = 89A; Dßng ®iÖn rß ë 250C Ir = 100mA; NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp Tcp = 1250C. TÝnh chän tiristor Hai tiristor T vµ T1 cã ®iÒu kiÖn lµm viÖc nh­ nhau, do vËy ta chän hai tiristor gièng nhau. Ta tÝnh chän tiristor dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n lµ: ®iÖn ¸p lµm viÖc, dßng ®iÖn t¶i vµ ®iÒu kiÖn táa nhiÖt. - Ta tÝnh chän tiristor trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc nÆng nÒ nhÊt, tøc lµ vµo ®Çu qu¸ tr×nh më m¸y. Dßng ®iÖn lín nhÊt mµ tiristor ph¶i chÞu: Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña tiristor lµ cã c¸nh t¶n nhiÖt víi ®Çy ®ñ diÖn tÝch táa nhiÖt; Kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ, dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van b¸n dÉn cÇn chän: - §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ tiristor ph¶i chÞu lµ ®iÖn ¸p trªn ®iÖn trë R khi më m¸y: Tõ c¸c th«ng sè Unv = 630,044V; ta chän hai tiristor lo¹i SKT250/08C cã c¸c th«ng sè sau: Dßng ®iÖn lµm viÖc cùc ®¹i I®m = 250A; §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van Un = 800V; Dßng ®iÖn ®Ønh cùc ®¹i Ipik = 7000A; Dßng ®iÖn xung ®iÒu khiÓn Ig = 100mA; §iÖn ¸p xung ®iÒu khiÓn Ug = 3V; Dßng ®iÖn tù gi÷ Ih = 250mA; Dßng ®iÖn rß Ir = 50mA; Sôt ¸p trªn van ë tr¹ng th¸i dÉn DU = 1,05V; §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p theo thêi gian dU/dt = 200V/s; Thêi gian chuyÓn m¹ch (më vµ khãa) tcm = 50ms; NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i Tmax = 1250C. TÝnh chän cuén kh¸ng Cuén kh¸ng trong m¹ch cã hai t¸c dông: Läc dßng ®iÖn t¶i; Lµm cho dßng ®iÖn t¶i thay ®æi theo hµm mò trong tõng chu kú b¨m xung. §èi víi tõng t¸c dông, yªu cÇu c¸c gi¸ trÞ ®iÖn c¶m kh¸c nhau. Ta sÏ tÝnh gi¸ trÞ cña cuén c¶m tháa m·n c¶ hai t¸c dông trªn. TÝnh cuén kh¸ng läc theo t¸c dông thø nhÊt Sù ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u lµm cho dßng ®iÖn t¶i còng ®Ëp m¹ch theo, lµm xÊu ®i chÊt l­îng cña dßng ®iÖn mét chiÒu. Trong s¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha, thµnh phÇn sãng hµi bËc nhÊt (K = 1) cã biªn ®é lín nhÊt. Biªn ®é cña sãng cµng cao sÏ cµng gi¶m, t¸c dông cña cuén kh¸ng läc víi c¸c thµnh phÇn hµi bËc cao nµy cµng hiÖu qu¶ h¬n. V× vËy, khi tÝnh cuén kh¸ng läc víi c¸c s¬ ®å chØnh l­u, ta chØ cÇn tÝnh theo thµnh phÇn sãng hµi bËc nhÊt lµ ®ñ. Ta cã khai triÓn Fourier cña chØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®iÒu khiÓn: Trong ®ã: Ud0 - ®iÖn ¸p chØnh l­u cùc ®¹i Nh­ vËy thµnh phÇn sãng hµi bËc nhÊt: Ta chØ xÐt víi thµnh phÇn sãng hµi bËc nhÊt, khi ®ã thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu: Biªn ®é thµnh phÇn xoay chiÒu: Nh­ vËy: (*) Yªu cÇu cña cuén kh¸ng läc lµ biªn ®é thµnh phÇn xoay chiÒu I1m < 10%.Id.®m. Tõ (*) ta cã: Trong ®ã: Id.®m – dßng ®iÖn ®Þnh møc cña bé chØnh l­u . Nh­ vËy: Ta cÇn ®iÖn c¶m L = 0,28mH ®Ó thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu cã biªn ®é kh«ng lín h¬n 10% dßng ®iÖn t¶i. §iÖn c¶m cña cuén kh¸ng L cÇn m¾c vµo m¹ch: Trong ®ã: L2- ®iÖn c¶m d©y quÊn mét pha r«to LK < 0, nh­ vËy b¶n th©n ®iÖn kh¸ng trong mach r«to còng tháa m·n ®iÒu kiÖn läc dßng ®iÖn. TÝnh cuén kh¸ng theo t¸c dông thø hai §iÖn c¶m cña m¹ch r«to lµm dßng ®iÖn trong r«to biÕn ®æi theo quy luËt hµm mò. H×nh 25. BiÕn thiªn ®iÖn trë vµ dßng ®iÖn theo thêi gian khi ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë. Do Imax vµ Imin lµ kh«ng ®æi, do ®ã ta kh«ng thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc hÖ. Khi trong m¹ch cã ®iÖn c¶m, khi tùa x¸c lËp th× ph­¬ng tr×nh dßng ®iÖn lµ: ( trong kho¶ng thêi gian t® ). ( trong kho¶ng thêi gian tc ). Trong ®ã : Idd, I®c- lµ dßng x¸c lËp øng víi tr¹ng th¸i ®ãng vµ c¾t cña khãa K; T®® , T®c- lµ thêi gian ®iÖn tõ ®ãng vµ c¾t cña phÇn øng khi khãa K ®ãng vµ c¾t. Khi trong m¹ch kh«ng cã ®iÖn c¶m, dßng ®iÖn t¶i trong m¹ch r«to sÏ cã d¹ng xung nh­ sau: H×nh 22. BiÕn thiªn dßng ®iÖn theo thêi gian khi ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë víi m¹ch r«to kh«ng cã c¶m kh¸ng. ; TÇn sè ®ãng, c¾t tiristor T: fck lµ cè ®Þnh, trong thùc tÕ fck = 200 ¸ 2000Hz. Ta chän, fck = 1000Hz lµ gi¸ trÞ phï hîp víi kh¶ n¨ng ®ãng c¾t cña tiristor. Cuén kh¸ng L ®­îc tÝnh ®Ó sao cho . Ta chän Suy ra: §iÖn c¶m cuén kh¸ng cÇn thiÕt: Nh­ vËy, b¶n th©n ®iÖn c¶m trong m¹ch r«to còng tháa m·n yªu cÇu thø hai. KÕt luËn: Ta kh«ng cÇn cã thªm cuén c¶m L trong m¹ch r«to do b¶n th©n ®iÖn c¶m trong m¹ch r«to ®éng c¬ ®· tháa m·n hai yªu cÇu trªn. TÝnh chän c¸c phÇn tö khãa tiristor T C¸c phÇn tö ®Ó khãa tiristor T bao gåm C, L1, D0 vµ T1. Trong ®ã T1 ®· ®­îc tÝnh ë phÇn tr­íc. TÝnh chän tô C H×nh 19 biÓu diÔn c¸c d¹ng sãng, ®Ó chän tô C ta nhËn xÐt r»ng, theo d¹ng sãng ®iÖn ¸p uT, thêi gian khãa tiristor T ë gi÷a kho¶ng t¨ng theo hµm mò tõ -Ud ®Õn Ud. §iÖn ¸p trªn tiristor trong kho¶ng thêi gian nµy: T¹i thêi ®iÓm t = 0 th× , do vËy A = -2Ud0 T¹i thêi ®iÓm t = tk =tcm =50ms, th× u = 0 Trong ®ã, tk – lµ thêi gian khãa cña tiristor T Nh­ vËy: Ta cã, h»ng sè thêi gian: T = R1.C Trong ®ã: R1 = 2r2 = 2.0,462 = 0,924 W. Nh­ vËy, ta chän tô C cã trÞ sè: Ta chän tô C lµ tô xoay chiÒu cã C = 100mF vµ ®iÖn ¸p Uc = 1000V. TÝnh chän cuén c¶m L1 Tõ ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å h×nh 16, ta thÊy r»ng thêi gian khãa cña tiristor T1 b»ng 1/4 chu kú dao ®éng cña m¹ch L1, C. Do vËy ta cã: Víi tcm = 50ms = 50.10-6s; C = 78.10-6F. TÝnh chän ®ièt D0 §ièt lµm viÖc nÆng nÒ nhÊt lµ lóc më m¸y, ta cã trong m¹ch dao ®éng L1, C: (*) Trong ®ã: Tõ (*) ta cã: I = Imax = 840A lµ dßng ®iÖn cùc ®¹i ch¹y qua ®ièt D0, vµ chØ tån t¹i trong kho¶ng thêi gian lµ 1/4 chu kú m¹ch dao ®éng L1, C hay nã chÝnh lµ kho¶ng thêi gian khãa cña tiristor T1. MÆt kh¸c, gi¸ trÞ cña nã gi¶m dÇn tõ thêi ®iÓm më m¸y. Gi¸ trÞ trung b×nh lín nhÊt cña dßng ®iÖn qua ®ièt lµ: Ta chän ®ièt D0 cã dßng ®iÖn ®Þnh møc: Ta chän ®ièt lo¹i 1N3089 cã c¸c th«ng sè nh­ sau: Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®ièt I®m = 150A; §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i Un =500V; §Ønh xung dßng ®iÖn ®ièt chÞu ®­îc Ipik = 3000A; Sôt ¸p trªn ®ièt DU = 1,33V; Dßng ®iÖn thö cùc ®¹i Ith = 150A; NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp Tcp = 2000C. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ m¹ch ®éng lùc S¬ ®å ®éng lùc cã c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ S¬ ®å ®éng lùc víi ®Çy ®ñ thiÕt bÞ b¶o vÖ nh­ h×nh 18: B¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho c¸c van b¸n dÉn Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn cã dßng ®iÖn ch¹y qua trªn van cã sôt ¸p, do ®ã cã tæn hao c«ng suÊt Dp. Tæn hao nµy sinh ra nhiÖt ®èt nãng van b¸n dÉn. MÆt kh¸c van b¸n dÉn chØ ®­îc phÐp lµm viÖc d­íi nhiÖt ®é cho phÐp Tcp nµo ®ã, nÕu qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp th× c¸c van b¸n dÉn sÏ bÞ ph¸ háng. §Ó van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt, ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý. ThiÕt kÕ táa nhiÖt cho c¸c ®ièt D - Tæn thÊt c«ng suÊt trªn mét ®ièt: Trong ®ã: - DiÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt: Trong ®ã: DPD – tæn hao c«ng suÊt trªn ®ièt; t - ®é chªnh nhiÖt ®é so víi m«i tr­êng. Ta chän nhiÖt ®é m«i tr­êng Tmt = 400C. NhiÖt ®é cho phÐp lµm viÖc cña ®ièt Tcp = 2000C, ta chän nhiÖt ®é trªn c¸nh t¶n nhiÖt lµ Tlv = 1000C. Khi ®ã: Km – hÖ sè táa nhiÖt b»ng ®èi l­u vµ bøc x¹, chän km = 8W/m2.0C. Nh­ vËy, diÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt: Ta chän lo¹i c¸nh t¶n nhiÖt cã 10 c¸nh, kÝch th­íc mçi c¸nh: a x b = 3 x 4(cm x cm) Tæng diÖn tÝch táa nhiÖt cña c¸nh: STN = 10.2.3.4 = 240cm2 ThiÕt kÕ táa nhiÖt cho c¸c tiristor - Tæn thÊt c«ng suÊt trªn mét tiristor: - DiÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt: NhiÖt ®é lµm viÖc cña tiristor lµ 1250C, chän nhiÖt ®é trªn c¸nh t¶n nhiÖt lµ Tlv = 800C. Khi ®ã: Chän km = 8W/m2.0C, ta cã: Ta chän lo¹i c¸nh t¶n nhiÖt cã 12 c¸nh, kÝch th­íc mçi c¸nh: a x b = 8 x 8(cm x cm) Tæng diÖn tÝch táa nhiÖt cña c¸nh: STN = 12.2.8.8 = 1536cm2 ThiÕt kÕ táa nhiÖt cho c¸c ®ièt D0 - Tæn thÊt c«ng suÊt trªn mét ®ièt: - DiÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt: NhiÖt ®é cho phÐp lµm viÖc cña ®ièt Tcp = 2000C, ta chän nhiÖt ®é trªn c¸nh t¶n nhiÖt lµ Tlv = 1000C. Khi ®ã: Nh­ vËy, diÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt: Ta chän lo¹i c¸nh t¶n nhiÖt cã 12 c¸nh, kÝch th­íc mçi c¸nh: a x b = 7 x 8(cm x cm) Tæng diÖn tÝch táa nhiÖt cña c¸nh: STN = 12.2.7.8 = 1344cm2 B¶o vÖ qu¸ dßng cho van Aptomat dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng c¾t m¹ch khi qu¸ t¶i, ng¾n m¹ch. Ta chän mét aptomat cã: Dßng ®iÖn ch¹y qua aptomat: Ilv = I1 =20,6A Dßng ®iÖn aptomat cÇn chän: Idm = 1,1.Ilv = 1,1.20,6 = 22,66A Ta chän aptomat cã ba tiÕp ®iÓm chÝnh, ®iÖn ¸p ®Þnh møc Udm = 380V. Tõ c¸c th«ng sè trªn, ta chän aptomat lo¹i ABS33B/30 do h·ng LS chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè: Idm = 30A; Udm = 380V. C«ng t¾c t¬ K dïng ®Ó ®ãng c¾t th­êng xuyªn ®Ó khëi ®éng hoÆc dõng ®éng c¬. Ta chän mét c«ng t¾c t¬ cã: Dßng ®iÖn c«ng t¾c t¬ cÇn chän: Idm = 1,1.Ilv = 1,1.20,6 = 22,66A Ta chän c«ng t¾c t¬ cã ba tiÕp ®iÓm chÝnh, ®iÖn ¸p ®Þnh møc Udm = 380V. Tõ c¸c th«ng sè trªn, ta chän c«ng t¾c t¬ lo¹i GMC32 do h·ng LS chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè: Idm = 32A; Udm = 380V. R¬ le nhiÖt RN dïng ®Ó qu¸ t¶i. Ta chän mét r¬ le nhiÖt cã: Dßng ®iÖn r¬ le nhiÖt cÇn chän: Idm = 1,1.Ilv = 1,1.20,6 = 22,66A Ta chän r¬ le cã ®iÖn ¸p ®Þnh møc Udm = 380V. Tõ c¸c th«ng sè trªn, ta chän r¬ le nhiÖt lo¹i GTH(k)-40 do h·ng LS chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè: Idm = 40A; Udm = 380V, vµ cã ®Æc tÝnh b¶o vÖ nh­ sau: Cold state Hot state H×nh 23. §Æc tÝnh b¶o vÖ cña r¬ le nhiÖt lo¹i GTH(k)-40. Ch­¬ng III TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Lùa chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn cña hÖ ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha r«to d©y quÊn b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÖn trë xung cã thÓ cã ®­îc dùa trªn hai nguyªn t¾c: nguyªn t¾c th¼ng ®øng sö dông m¹ch sè. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng Nguyªn lý ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn xung ®iÖn trë r«to cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh thêi ®iÓm më vµ khãa tiristor T vµ T1. Ta sö dông ph­¬ng ph¸p “®iÒu réng”, víi chu kú ®ãng, c¾t c¸c tiristor tck lµ kh«ng ®æi vµ thay ®æi thêi gian t®, nªn tÇn sè ph¸t c¸c xung ®iÒu khiÓn tiristor T vµ T1 lµ nh­ nhau: H×nh 26. Nguyªn lý ®iÒu chØnh xung ®iÖn trë. §iÖn trë xung ®­îc tÝnh: M¹ch ®iÒu khiÓn cÇn ®¸p øng yªu cÇu ®iÒu khiÓn g b»ng c¸c lÖnh theo mét nguyªn t¾c nµo ®ã. §Ó ®iÒu khiÓn g víi chu kú ®ãng c¾t tck kh«ng ®æi ta cÇn ph¶i ®iÒu khiÓn kho¶ng thêi gian dÉn cña van b¸n dÉn trong chu kú ®ãng c¾t. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn thêi gian dÉn cña c¸c van b¸n dÉn trong ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn xung ®iÖn trë cã thÓ thùc hiÖn nh­ sau: T¹o mét ®iÖn ¸p tùa d¹ng ®iÖn ¸p r¨ng c­a (hay ®iÖn ¸p d¹ng tam gi¸c) víi tÇn sè f x¸c ®Þnh, . Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu (lµm ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn) so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa trªn. Ph¸t c¸c lÖnh më c¸c van b¸n dÉn t¹i thêi ®iÓm ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. H×nh 27. Nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn ®iÖn trë xung. t1 t2 t3 t4 t5 Urc U®k Rx t t tc t® H×nh 27 tr×nh bµy nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn bé b¨m xung ®iÖn trë. §iÖn ¸p tùa Urc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t¹i c¸c thêi ®iÓm 0, t1, t2… Urc = U®k sÏ ph¸t lÖnh më hay kho¸ van b¸n dÉn. T¹i c¸c thêi ®iÓm t1, t3… ph¸t lÖnh më tiristor T, t¹i c¸c thêi ®iÓm 0, t2, t4… ph¸t lÖnh më tiristor T1. §é réng xung cña ®iÖn trë xung ®­îc ®iÒu khiÓn khi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k. Khi t¨ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn th× ®iÖn trë xung sÏ gi¶m, vµ ng­îc l¹i. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn Tõ s¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn trªn, ta cã s¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn nh­ sau: T¹o tÇn sè So s¸nh T¹o xung, khuÕch ®¹i H×nh 28. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn trë xung. M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÒu ¸p mét chiÒu gåm 3 kh©u c¬ b¶n: Kh©u t¹o tÇn sè cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p tùa r¨ng c­a Urc víi tÇn sè . Kh©u so s¸nh cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh thêi ®iÓm ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. T¹i c¸c thêi ®iÓm ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn th× ph¸t lÖnh më hoÆc kho¸ van b¸n dÉn. Kh©u t¹o xung, khuÕch ®¹i cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më van b¸n dÉn. Mét xung ®­îc coi lµ phï hîp ®Ó më van lµ xung cã ®ñ c«ng suÊt (®ñ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn), c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc khi nguån ®éng lùc hµng chôc v«n trë lªn. H×nh d¹ng xung ®iÒu khiÓn phô thuéc lo¹i van ®éng lùc ®­îc sö dông. Van ®éng lùc lµ Tiristor, xung ®iÒu khiÓn cÇn cã lµ xung kim víi s­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng. Van ®éng lùc lµ Tranzitor, xung ®iÒu khiÓn cã d¹ng xung ch÷ nhËt ®é réng cña c¸c xung nµy b»ng t®. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn b»ng m¹ch sè HiÖn nay, sö dông m¹ch sè ®Ó ®iÒu khiÓn ®ang rÊt phæ biÕn. Cã nhiÒu gi¶i ph¸p kh¸c nhau ®Ó thiÕt kÕ m¹ch sè ®Ó ®iÒu khiÓn tiristor. Ta xÐt mét trong nh÷ng m¹ch ®ã. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn Nguyªn lý ®iÒu khiÓn ®­îc m« t¶ trªn gi¶n ®å sau: H×nh 24. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn tiristor b»ng m¹ch sè. Trong m¹ch ®iÒu khiÓn, cã c¸c thiÕt bÞ t¹o ra xung ®ång hå (X®h) cã tÇn sè cao. Khi ®iÖn ¸p an«t tiristor (UAT) ®æi dÊu tõ (-) sang (+), bé ®Õm b¾t ®Çu ®Õm xung ®ång hå. Sè l­îng xung ®Õm (n.X®h) kh«ng ®æi cho mçi chu kú. Khi ®ñ sè l­îng xung ®Õm th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn (X®k) tiristor. Tiristor ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn cho ®Õn khi ®iÖn ¸p an«t ®æi dÊu tõ (+) sang (-). S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn §Ó thùc hiÖn nguyªn lý ®iÒu khiÓn trªn, ta cã s¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn nh­ sau: §F X®h §X K§-TX H×nh 25. S¬ ®å khèi ®iÒu khiÓn tiristor trong m¹ch chØnh l­u b»ng m¹ch sè. M¹ch ®iÒu khiÓn gåm c¸c khèi sau: §F - nhËn tÝn hiÖu ®iÖn ¸p anod tiristor, t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha. T¹i c¸c thêi ®iÓm ®iÖn ¸p ®æi dÊu cã xung ®iÖn ¸p ph¸t lÖnh cho bé ®Õm. B¾t ®Çu chu k× ®Õm xung. X®h - t¹o xung ®ång hå tÇn sè cao, tÇn sè cµng cao chÊt l­îng ®iÒu khiÓn cµng tèt. §X – cã nhiÖm vô ®Õm xung ®ång hå víi sè l­îng xung cè ®Þnh cho c¸c chu kú, hÕt sè l­îng xung cÇn ®Õm th× ph¸t lÖnh më tiristor. K§-TX – cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i vµ t¹o xung ®iÒu khiÓn. KÕt luËn Trong ph¹m vi cña ®å ¸n nµy, ta sÏ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng C¸c kh©u c¬ b¶n Kh©u t¹o tÇn sè TÇn sè cña ®iÖn ¸p tùa Urc lµ cè ®Þnh, ta cã ba d¹ng ®iÖn ¸p tùa ®iÓn h×nh: U t H×nh 29. C¸c d¹ng ®iÖn ¸p tùa cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn trë xung. a tc tc tc tck tck tck b c U®k U U t t §iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c c©n nh­ h×nh 29a ®­îc t¹o ra khi tÇn sè f = 1/tck cè ®Þnh. §é réng xung ®iÖn trë cã thÓ ®­îc ®iÒu chØnh b»ng viÖc thay ®æi c¶ thêi ®iÓm më van b¸n dÉn ë s­ên xuèng ®iÖn ¸p tùa vµ c¶ thêi ®iÓm kho¸ van b¸n dÉn t¹i s­ên lªn ®iÖn ¸p tùa. §iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c vu«ng h×nh 29b, c còng ®­îc t¹o víi tÇn sè cè ®Þnh. Khi thay ®æi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, cã mét c¹nh cña tam gi¸c lµ c¹nh gãc vu«ng, nªn thêi ®iÓm më (hay kho¸) theo c¹nh ®ã sÏ cè ®Þnh trong mét chu kú. Van b¸n dÉn chØ ®­îc më (hay kho¸) theo c¹nh huyÒn cña tam gi¸c. Chóng ta xÐt mét sè s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa cña kh©u t¹o tÇn sè. T¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c b»ng dao ®éng da hµi. §iÖn ¸p tam gi¸c c©n cã thÓ ®­îc t¹o bëi mét dao ®éng ®a hµi b»ng khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) nh­ sau: + A1 t V+ V- b V+ V- R R1 R2 C a + A2 R3 H×nh 30. Dao ®éng ®a hµi b»ng K§T. S¬ ®å dao ®éng ®a hµi dïng K§TT cÇn hai bé K§TT A1 vµ A2. K§TT A1 cã hai ®­êng håi tiÕp: Håi tiÕp ©m vÒ ®Çu vµo ®¶o V- b»ng m¹ch RC. Håi tiÕp d­¬ng vÒ ®Çu vµo kh«ng ®¶o V+ b»ng m¹ch chia ¸p R1, R2. K§TT A2 dïng ®Ó phèi hîp trë kh¸ng gi÷a ®iÖn ¸p trªn tô víi t¶i bªn ngoµi. Nguyªn lý ho¹t ®éng Gi¶ sö ®iÖn ¸p ra cña K§TT A1 ®ang d­¬ng, UA = Ucc > 0. Qua ®­êng håi tiÕp d­¬ng R1, R2 mµ ®iÖn ¸p ®Çu vµo kh«ng ®¶o cã trÞ sè: Trªn ®­êng håi tiÕp ©m R, C, ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®¶o V- lµ ®iÖn ¸p n¹p tô, ®iÖn ¸p n¹p tô Uc = UV- t¨ng dÇn theo hµm mò víi h»ng sè thêi gian T = R.C cho ®Õn khi UV+ = UV- t¹i thêi ®iÓm t1. T¹i thêi ®iÓm t1, ®Çu ra lËt tr¹ng th¸i tõ (+) xuèng (-), UA = -Ucc. Lóc nµy ®iÖn ¸p trªn ®Çu vµo kh«ng ®¶o: Tô còng x¶ ®iÖn, ®iÖn ¸p trªn tô gi¶m dÇn cho ®Õn khi UV+ = UV- t¹i thêi ®iÓm t2. T¹i thêi ®iÓm t2, ®Çu ra lËt tr¹ng th¸i tõ (-) lªn (+), qu¸ tr×nh lÆp l¹i nh­ cò. Chu k× dao ®éng cña m¹ch ®­îc x¸c ®Þnh: TÇn sè xung: Ta thÊy, ®©y lµ m¹ch t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c c©n, tuy nhiªn, c¸c c¹nh cña ®iÖn ¸p tùa nµy phô thuéc vµo viÖc n¹p vµ x¶ n¨ng l­îng cña tô. Do ®ã, nã th­êng kh«ng tuyÕn tÝnh. C¸c ®­êng cong nµy lµm cho quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn vµ kho¶ng réng cña ®iÖn trë xung kh«ng tuyÕn tÝnh. V× vËy m¹ch t¹o dao ®éng nµy Ýt ®­îc dïng trong thùc tÕ. T¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c b»ng dao ®éng tÝch tho¸t. M¹ch dao ®éng tÝch tho¸t b»ng UJT (tranzitor ®¬n nèi) còng cã thÓ cho chóng ta mét ®iÖn ¸p tam gi¸c. E R1 C R1 B1 B2 R2 +Ucc 0 a H×nh 31. M¹ch dao ®éng tÝch tho¸t a. s¬ ®å nguyªn lÝ, b. s¬ ®å thay thÕ, c c¸c ®­êng cong. UE1 UB2 t UB1 c t t E R1 C R1 B1 B2 R2 +Ucc 0 RB2 RB1 b B UP Nguyªn lý ho¹t ®éng Khi míi ®ãng ®iÖn tô C ®¼ng thÕ, ta coi UE = 0, tranzitor ë tr¹ng th¸i kho¸. Tô C n¹p qua ®iÖn trë Rt lµm UE t¨ng ®Õn ®iÖn ¸p ®Ønh víi trÞ sè: T¹i thêi ®iÓm nµy ®ièt D dÉn. Tô C x¶ nhanh qua ®ièt D - RB1 - R1. Khi tô C x¶ tõ UP ®Õn ng­ìng d­íi Umin ®ièt D ng­ng dÉn, tô n¹p trë l¹i b¾t ®Çu mét chu kú míi. TÇn sè dao ®éng cña m¹ch: GÇn ®óng coi: lóc ®ã Ta nhËn thÊy, d¹ng ®iÖn ¸p ra UE lµ d¹ng tam gi¸c kh«ng c©n do thêi gian n¹p vµ x¶ tô lµ kh¸c nhau. C¸c c¹nh cña ®iÖn ¸p nµy kh«ng tuyÕn tÝnh vµ cã d¹ng ®­êng cong hµm mò do viÖc phãng vµ n¹p tô. Trong thùc tÕ m¹ch nµy Ýt ®­îc dïng. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c dïng IC566. M¹ch VCO (Voltage Control Osilator - m¹ch dao ®éng ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p) dïng IC 566 cã h×nh d¸ng cÊu tróc trªn h×nh 33. H×nh 33. S¬ ®å cÊu tróc cña IC566. Current Sources Schmitt Trigger 1 7 5 6 8 4 3 R C S¬ ®å c¸c ch©n: GND: Nèi ®Êt; NC: Kh«ng dïng; Square Ware Output: §Çu ra sãng vu«ng; Triangle Ware Output: §Çu ra sãng tam gi¸c; Modulation Input: §µu vµo ®iÒu chÕ; R: Ch©n vµo nèi ®iÖn trë; C: Ch©n vµo nèi tô; +Ucc: Nguån nu«i d­¬ng. M¹ch nguån dßng ®iÖn (current sources) cã t¸c dông gi÷ cho dßng ®iÖn n¹p tô C qua ®iÖn trë R cã trÞ sè æn ®Þnh. Dßng ®iÖn n¹p tô cã thÓ ®iÒu chØnh b»ng ®iÖn ¸p tùa vµo ch©n 5. §iÖn ¸p trªn tô khuÕch ®¹i ®Öm d­a ra ch©n 4 t¨ng theo hµm bËc nhÊt. M¹ch Trigger Schmitt cho ra d¹ng sãng ®iÖn ¸p h×nh vu«ng khuÕch ®ai ®Öm ®­a ra ch©n 3. M¹ch khuÕch ®¹i ®Öm trong IC ®Ó khuÕch ®¹i sãng vu«ng vµ tam gi¸c, ®ång thêi phèi hîp trë kh¸ng ®Ó ®­a tíi c¸c tÇng sau. H×nh 34. M¹ch vÝ dô t¹o sãng tam gi¸c b»ng IC566 Thay ®æi ®iÖn ¸p ®­a vµo ch©n 5 lµm thay ®æi dßng ®iÖn n¹p tô C dÉn tíi thay ®æi tèc ®é n¹p tô. KÕt qu¶ lµ thay ®æi tÇn sè sãng vu«ng vµ tam gi¸c ra. Trong ®ã: R - ®iÖn trë vµo ch©n 6. C - tô ®iÖn nèi vµo ch©n 7 U5 - ®iÖn ¸p ch©n 5 - ch©n ®iÒu chØnh. TrÞ sè ®­îc phÐp 3/4.Ucc < U5 < Ucc TrÞ sè ®iÖn trë R giíi h¹n: 2 kW < R < 20 kW. Trªn h×nh 34 vÏ mét m¹ch øng dông t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c. S¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa b»ng VCO IC 566, IC 4046, ®­îc dïng nhiÒu khi cÇn ®iÒu chØnh tÇn sè xung ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p. M¹ch dao ®éng dïng IC 567. H×nh 35. S¬ ®å cÊu tróc IC567. Input detector VCO Quadrature phase detector 4 2 8 1 7 6 5 3 +Ucc R1 C1 2.2MF 1MF C3 R2 C2 R1 Rt¶i A2 A1 Uref + - IC 567 lµ lo¹i IC vßng kho¸ pha cã khèi dao ®éng CCO (Current Control Oscilator – dao ®éng t¹o xung ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng dßng ®iÖn). H×nh d¸ng cÊu tróc cña IC nµy ®­îc m« t¶ trªn h×nh 35. S¬ ®å c¸c ch©n: 1 - Output Filter C3 – ch©n nèi läc tô ®Çu ra; 2- Low Rass Filter C2 – ch©n nèi tô C2 xuèng mass ®Ó läc tÝn hiÖu tÇn sè thÊp; 3 - Input – ch©n nhËn tÝn hiÖu ®Çu vµo; 4 - +Ucc – ch©n d­¬ng nguån nu«i 4,75 – 10 V; 5 - Timing R1 – ch©n nèi ®iÖn trë gi÷a ch©n 5 vµ 6 ®Ó ®Þnh tÇn sè CCO; 6 - Timing R1, C1 – ch©n nèi tô läc xuèng mass, nh­ m¹ch läc ®Ó ch¹y æn ®Þnh tÇn sè cho m¹ch CCO. TÇn sè dao ®éng cã trÞ sè thay ®æi nh­ sau: 7 - Ground – nèi ®Êt (mass) ®Ó lÊy nguån nu«i cho IC; 8 - Output - ®Çu ra víi colector hë. Nguyªn lÝ t¹o xung cña IC nh­ sau: §iÖn trë R ë ch©n 5 vµ tô C ë ch©n 6 x¸c ®Þnh tÇn sè dao ®«ng cña m¹ch. TÝn hiÖu fo ®ång thêi ®­a vµo hai khèi so pha vµ so ¸p vu«ng pha, chóng cïng nhËn tÝn hiÖu ë ®Çu vµo ch©n 3 ®Ó so víi tÝn hiÖu f0 do m¹ch dao ®éng trong IC t¹o nªn. Hai tô ®iÖn C1, C2 ë c¸c ch©n 1 vµ 2 cã t¸c dông läc xoay chiÒu tÇn sè thÊp ë ®Çu ra cña m¹ch so pha vµ so ¸p vu«ng pha. §iÖn trë R1, R2 trong IC ®­îc xem lµ ®iÖn trë t¶i cho hai m¹ch nµy. Khi tÇn sè ®Çu vµo fv vµ tÇn sè dao ®éng f0 kh¸c nhau th× kh«ng cã dßng ®iÖn qua ®iÖn trë R2 trong IC. Lóc ®ã, kh«ng cã dßng qua R2 trong IC, ®iÖn ¸p vµo V+ cña OP-AMP so s¸nh sÏ cao h¬n ®iÖn ¸p chuÈnVref ë ®Çu vµo V-. M¹ch so s¸nh sÏ cho ra ®iÖn ¸p cao ë ch©n 8 Khi tÇn sè ®Çu vµo fv vµ tÇn sè dao ®éng f0 b»ng nhau th× cã dßng ®iÖn qua ®iÖn trë R2 trong IC t¹o sôt ¸p trªn nã. Lóc ®ã, ®iÖn ¸p vµo V+ cña OP-AMP so s¸nh sÏ thÊp h¬n ®iÖn ¸p chuÈnVref ë ®Çu vµo V-. M¹ch so s¸nh sÏ cho ra ®iÖn ¸p møc thÊp ë ch©n 8 M¹ch dao ®éng cã d¹ng xung vu«ng ë ch©n 5 vµ xung tam gi¸c ë ch©n 6. Khi ch©n 5 cã ®iÖn ¸p møc cao, tô C n¹p, ch©n 6 cã ®iÖn ¸p t¨ng. Khi ch©n 5 cã ®iÖn ¸p møc thÊp, tô C x¶, ch©n 6 cã ®iÖn ¸p gi¶m, nh­ m« t¶ trªn h×nh 36. U5 U6 t t H×nh 36. §­êng cong ®iÖn ¸p c¸c ch©n 5,6 IC 567. Mét s¬ ®å vÝ dô t¹o xung tam gi¸c giíi thiÖu trªn h×nh 37. H×nh 37. S¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c b»ng IC 567. 3 IC 567 4 8 1 5 6 7 2 +Ucc X M¹ch t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c tõ dao ®éng ®a hµi kh«ng ®èi xøng M¹ch t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c tõ dao ®éng ®a hµi kh«ng ®èi xøng cã thÓ t¹o ®­îc ®iÖn ¸p tam gi¸c vu«ng. S¬ ®å m¹ch nh­ sau: H×nh 38. S¬ ®å m¹ch t¹o sãng tam gi¸c vu«ng. vu«ng. b a + A t V+ V- V+ V- VR R1 R2 C D1 D2 VR2 VR1 M¹ch cã s¬ ®å t­¬ng tù nh­ m¹ch t¹o dao ®éng ®a hµi. Nguyªn lý ho¹t ®éng Gi¶ sö ®iÖn ¸p ra cña K§TT A ®ang d­¬ng, UA = Ucc > 0. Qua ®­êng håi tiÕp d­¬ng R1, R2 mµ ®iÖn ¸p ®Çu vµo kh«ng ®¶o cã trÞ sè: Trªn ®­êng håi tiÕp ©m VR1, D1, C ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®¶o V- lµ ®iÖn ¸p n¹p tô, ®iÖn ¸p n¹p tô Uc = UV- t¨ng dÇn theo hµm mò víi h»ng sè thêi gian T1 = VR1.C cho ®Õn khi UV+ = UV- t¹i thêi ®iÓm t1. T¹i thêi ®iÓm t1, ®Çu ra lËt tr¹ng th¸i tõ (+) xuèng (-), UA = - Ucc. Lóc nµy ®iÖn ¸p trªn ®Çu vµo kh«ng ®¶o: Tô còng x¶ ®iÖn qua D2, VR2 víi h»ng sè thêi gian T2 = VR2.C, ®iÖn ¸p trªn tô gi¶m dÇn cho ®Õn khi UV+ = UV- t¹i thêi ®iÓm t2. T¹i thêi ®iÓm t2, ®Çu ra lËt tr¹ng th¸i tõ (-) lªn (+), qu¸ tr×nh lÆp l¹i nh­ cò. H»ng sè thêi gian n¹p tô phô thuéc phÇn ®iÖn trë trªn VR. B»ng c¸ch thay ®æi vÞ trÝ con ch¹y cña biÕn trë, hai chiÒu n¹p tô cã hai trÞ sè ®iÖn trë kh¸c nhau. Tõ ®ã cã ®é dèc cña hai chiÒu n¹p tô kh¸c nhau. Hai c¹nh tam gi¸c cã ®é nghiªng kh¸c nhau. Khi vÞ trÝ con ch¹y n»m s¸t mÐp trªn cña h×nh vÏ n¹p tô theo chiÒu ®i lªn dµi h¬n, n¹p theo chiÒu ®i xuèng nhanh h¬n vµ ng­îc l¹i. Ta nhËn thÊy, c¶ hai c¹nh cña ®iÖn ¸p tô ®Òu kh«ng tuyÕn tÝnh vµ d¹ng ®iÖn ¸p chØ gÇn ®óng lµ tam gi¸c vu«ng. V× vËy trong thùc tÕ m¹ch nµy Ýt ®­îc dïng. T¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c b»ng tÝch ph©n sãng vu«ng. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c còng cã thÓ nhËn ®­îc tõ bé tÝch ph©n xung vu«ng nh­ h×nh 39. H×nh 39. Bé t¹o sãng ®iÖn ¸p vu«ng vµ tam gi¸c b»ng K§TT. Trong s¬ ®å trªn, K§TT A1 cã nhiÖm vô t¹o ra ®iÖn ¸p h×nh ch÷ nhËt ®­a vµo bé tÝch ph©n dïng K§TT A2. Nguyªn lý ho¹t ®éng Gi¶ sö ban ®Çu ®iÖn ¸p ra cña K§TT A1 ®ang d­¬ng, UA1 = Ucc > 0. Tõ ®iÒu kiÖn c©n b»ng dßng ®iÖn ë nót ta cã: Trong ®ã: Ur0 - ®iÖn ¸p trªn tô C khi t = 0, khi t = 0 th× Uv = Ucc, Ur = Ur0 = 0. Nh­ vËy, ®iÖn ¸p ra Ur = UA2 trong kho¶ng (0, t1) lµ mét ®­êng th¼ng gi¶m dÇn. §iÖn ¸p t¹i ®Çu lµ tæng hîp cña hai ®­êng håi tiÕp: ®iÖn ¸p UA1 qua ®iÖn trë R1 vµ ®iÖn ¸p UA2 qua ®iÖn trë R2. T¹i thêi ®iÓm t1, ®iÖn ¸p trªn ®Çu vµo kh«ng ®¶o cña K§TT 1 b»ng 0. Lóc nµy, ®iÖn ¸p ®Çu ra K§TT 1 ®æi dÊu vµ trë nªn ©m UA1 = -Ucc. §iÖn ¸p ®Çu ra cña K§TT A2: §iÖn ¸p ®Çu ra t¨ng tuyÕn tÝnh. T¹i thêi ®iÓm t2, ®iÖn ¸p trªn ®Çu vµo kh«ng ®¶o cña K§TT 1 b»ng 0. Lóc nµy, ®iÖn ¸p ®Çu ra K§TT 1 ®æi dÊu vµ trë nªn d­¬ng UA1 = Ucc. Qu¸ tr×nh lÆp l¹i nh­ trªn. TÇn sè ®iÖn ¸p tùa ®­îc tÝnh: Ta nhËn thÊy, ph­¬ng ph¸p t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c b»ng tÝch ph©n sãng vu«ng lµ mét ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n ®ång thêi kh¾c phôc ®­îc nh­îc ®iÓm phi tuyÕn cao cña ®iÖn ¸p ra cña c¸c m¹ch th«ng th­êng. Do vËy trong thùc tÕ m¹ch nµy hay ®­îc sö dông. KÕt luËn Tõ viÖc ph©n tÝch c¸c ph­¬ng ph¸p t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c trªn, ta chän ph­¬ng ph¸p t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c b»ng tÝch ph©n sãng vu«ng do viÖc m¹ch ®¬n gi¶n ®ång thêi sö dông cïng mét lo¹i thiÕt bÞ lµ K§TT trong m¹ch ®iÒu khiÓn. Tuy nhiªn, ®iÖn ¸p Urc lµ d¹ng ®iÖn ¸p cã c¶ phÇn d­¬ng vµ phÇn ©m. Do vËy, ®Ó ®¬n gi¶n trong viÖc ®iÒu khiÓn vµ m¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ta sÏ n©ng hoÆc h¹ ®iÖn ¸p Urc sao cho nã chØ cã mét dÊu. Ta xÐt tr­êng hîp ®iÖn ¸p Urc lµ d­¬ng, khi ®ã ta cã kh©u t¹o xung hiÖu chØnh nh­ sau: H×nh 40. Bé t¹o sãng ®iÖn ¸p vu«ng vµ tam gi¸c b»ng K§TT hiÖu chØnh. Kh©u so s¸nh Muèn x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm më tiristor, ta tiÕn hµnh so s¸nh hai tÝn hiÖu Urc vµ U®k. ViÖc so s¸nh ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng tranzitor hoÆc K§TT. Kh©u so s¸nh dïng tranzitor R1 Urc R2 U®k -E R3 Tr Ura H×nh 41. Kh©u so s¸nh dïng tranzitor, R1 = R2. Trong kho¶ng thêi gian 0 ¸ t1, Urc + U®k > 0 nªn tranzitor khãa, Ura = -Ucc. Trong kho¶ng thêi gian t1 ¸ t2, Urc + U®k < 0 nªn tranzitor dÉn, Ura = 0. Møc ®é më b·o hoµ cña tranzitor phô thuéc vµo tæng ®¹i sè U®k + Urc = Ub, tæng ®¹i sè nµy cã mét vïng ®iÖn ¸p nhá hµng mV, lµm cho Tr kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më tiristor bÞ lÖch so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k + Urc = 0. Kh©u so s¸nh dïng K§TT H×nh 42. Kh©u so s¸nh dïng tiristor, R1 = R2. a. Dïng céng mét cæng ®¶o cña K§TT b. Dïng hai cæng cña K§TT. a. b. K§TT cã hÖ sè khuÕch ®¹i v« cïng lín, chØ mét cÇn tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cho ®iÖn ¸p nguån nu«i. Do vËy, ta cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i thêi ®iÓm mong muèn. §Ó dung K§TT lµm m¹ch so s¸nh ta cã hai s¬ ®å sau: Kh©u so s¸nh dïng cæng ®¶o cña K§TT Trong kho¶ng thêi gian 0 ¸ t1, Urc + U®k > 0 nªn ®iÖn ¸p ®Æt vµo cæng ®¶o > 0, Ura = -Ucc. Trong kho¶ng thêi gian t1 ¸ t2, Urc + U®k < 0 nªn ®iÖn ¸p ®Æt vµo cæng ®¶o < 0, Ura = Ucc. Kh©u so s¸nh dïng hai cæng cña K§TT Trong kho¶ng thêi gian 0 ¸ t1, Urc > U®k nªn ®iÖn ¸p ®Æt vµo cæng ®¶o > 0, Ura = -Ucc. Trong kho¶ng thêi gian t1 ¸ t2, Urc < U®k nªn ®iÖn ¸p ®Æt vµo cæng ®¶o < 0, Ura = Ucc. KÕt luËn Tõ viÖc ph©n tÝch c¸c kh©u so s¸nh, ta chän kh©u so s¸nh dïng hai cæng cña K§TT do viÖc m¹ch ®¬n gi¶n ®ång thêi sö dông cïng mét lo¹i thiÕt bÞ lµ K§TT trong m¹ch ®iÒu khiÓn. Kh©u khuÕch ®¹i Kh©u khuÕch ®¹i cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më tiristor, ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô nµy ta cã s¬ ®å sau: H×nh 43. Kh©u khuÕch ®¹i vµ t¹o xung. §Ó t¹o xung kim göi tíi tiristor T, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX). C¸c ®ièt D1, D2 ®Ó b¶o vÖ tranzitor vµ cuén d©y s¬ cÊp khi tranzitor khãa ®ét ngét. TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington ®Ó t¨ng hÖ sè khuÕch ®¹i ®Ó ®¸p øng yªu cÇu vÒ c«ng suÊt cña xung më tiristor. Trong thùc tÕ, xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng 10 ¸ 200mS), mµ thêi gian më c¸c tranzitor dµi, lµm cho c«ng suÊt táa nhiÖt d­ trªn tranzitor qu¸ lín vµ kÝch th­íc cuén d©y s¬ cÊp lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt táa nhiÖt d­ trªn tranzitor vµ kÝch th­íc cuén d©y s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p ta nèi thªm tô nèi tÇng C. Khi ®ã, tranzitor chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng ®iÖn hiÖu dông cña chóng nhá h¬n nhiÒu lÇn. Lùa chän lo¹i kh©u khuÕch ®¹i Ta cÇn ®iÒu khiÓn hai tiristor T vµ T1 víi cïng tÇn sè. Do vËy, ®Ó ®iÒu khiÓn hai tiristor nµy ta lÊy cïng mét ®iÖn ¸p so s¸nh. Xung ®iÒu khiÓn tiristor T ®­îc ph¸t ë s­ên lªn vµ xung ®iÒu khiÓn tiristor T1 ®­îc ph¸t ë s­ên xuèng cña ®iÖn ¸p so s¸nh UA4 nh­ trong gi¶n ®å sau: H×nh 44. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn xung ®iÖn trë. Do ta ph¶i ®iÒu khiÓn tiristor T1 ë s­ên xuèng ®iÖn ¸p so s¸nh, do ®ã ta ph¶i dïng mét trong hai c¸ch sau: §¶o ng­îc ®iÖn ¸p so s¸nh tr­íc khi vµo kh©u khuÕch ®¹i. Gi÷ nguyªn ®iÖn ¸p so s¸nh, ta dïng lo¹i tranzitor PNP. Ngoµi ra, nh­ ®· ph©n tÝch ë phÇn tr­íc, ta cÇn më tranzitor T1 tr­íc tiristor T. §Ó thùc hiÖn ®­îc yªu cÇu nµy ta cÇn thªm mét m¹ch AND l«gic. Tõ c¸c ph©n tÝch trªn ta cã hai lùa chän cho kh©u khuÕch ®¹i nh­ sau: a. b. H×nh 45. Mét sè s¬ ®å cña kh©u khuÕch ®¹i khi b¨m xung ®iÖn trë. Trong thùc tÕ hay sö dông s¬ ®å a h¬n do tÝnh ®¬n gi¶n trong viÖc thiÕt kÕ nguån nu«i cho m¹ch, hai m¹ch khuÕch ®¹i cã linh kiÖn gièng nhau nªn ®¬n gi¶n khi chän linh kiÖn. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn H×nh 46. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn b¨m xung ®iÖn trë. ViÖc tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn th­êng ®­îc tiÕn hµnh tõ tÇng khuÕch ®¹i ng­îc trë lªn. M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc tÝnh xuÊt ph¸t tõ yªu cÇu vÒ xung më Tiristor. C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu khiÓn. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Tiristor: U®k = 3,0 V; Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Tiristor: I®k = 0,2 A; Thêi gian më Tiristor: tm = tcm = 50 ms; §é réng xung ®iÒu khiÓn tx = 2.tm = 100 ms - t­¬ng ®­¬ng kho¶ng 1,8o ®iÖn; TÇn sè xung ®iÒu khiÓn: fx = fck = 1 kHz; §é mÊt ®èi xøng cho phÐp Da = 40 ; §iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn U= ±12 V ; Møc sôt biªn ®é xung: sx = 0,15. TÝnh biÕn ¸p xung + Chän vËt liÖu lµm lâi lµ s¾t Ferit HM. Lâi cã d¹ng h×nh xuyÕn, lµm viÖc trªn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã: DB = 0,3 T, DH = 30 A/m [1], kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ. + Tû sè biÕn ¸p xung: th­êng m = 2¸3, chän m = 3. + §iÖn ¸p cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung: U2 = U®k =3,0 V. + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung: U1 = m. U2 = 3.3 = 9 V. + Dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p xung: I2 = I®k = 0,2 A. + Dßng ®iÖn s¬ cÊp biÕn ¸p xung: I1 = I2 /m = 0,2/3=0,067A. + §é tõ thÈm trung b×nh t­¬ng ®èi cña lâi s¾t: mtb =DB/(m0 . DH) = 8.103 Trong ®ã: m0=1,25.10-6 (H/ m) lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ. ThÓ tÝch cña lâi thÐp cÇn cã: V= Q.L = (mtb . m0 . tx . sx . Ul . Il )/ DB2 Thay sè V= 1,005.10-6 m3 = 1,005 cm3. Chän m¹ch tõ OA-20/25-6,5 cã thÓ tÝch V= Q.l = 0,162.7,1 = 1,15 cm3 . Víi thÓ tÝch ®ã ta cã kÝch th­íc m¹ch tõ nh­ sau: d D a b H×nh 47. KÝch th­íc m¹ch tõ m¸y biÕn ¸p xung. a = 2,5 mm; b = 6,5 mm; Q = 0,162 cm2 = 16,2 mm2; Qcs = 3,14 cm2 d = 20 mm; D = 25 mm . ChiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ: l = 7,1 cm + Sè vßng quÊn d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung: Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ: U1 = W1 . Q. dB/dt = W1 . Q. DB/tx W1 = U1 tx / (DB.Q) = 9.100.10-6/(0,3.0,162.10-4) = 185 vßng + Sè vßng d©y thø cÊp: W2 = W1 /m = 185/3 = 62 vßng. + TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp: S1 = I1 /J1 = 67.10-3 /6 = 0,011 mm2 . Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = 6 A/mm2. + §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp: d1 = = 0,118 mm. Tra b¶ng d©y ®ång tiªu chuÈn, chän d1 = 0,12 mm, khi ®ã S1 = 0,01131mm2 + TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: S2 = I2 / J2 = 0,2/4 = 0,05 mm2 . Chän mËt ®é dßng ®iÖn J2 = 4 A/ mm2 . B¶ng 1: B¶ng th«ng sè c¸c lo¹i lâi thÐp xuyÕn trßn Lo¹i lâi thÐp KÝch th­íc mm Sè liÖu cÇn tra cøu d a b D Q (cm2) l cm Qcs (cm2) P (g) Q.Qcs (cm4) OA-12/14-3 12 1 3 14 0,03 4,1 1,13 0,96 0,034 -14/17-3 14 1,5 3 17 0,045 4,86 1,54 1,71 1,069 -16/20-3 16 2 3 20 0,06 5,56 2 2,65 0,121 -18/23-4 18 2,5 4 23 0,1 6,45 2,55 5 0,25 -20/25-5 20 2,5 5 25 0,125 7,1 3,14 6,9 0,39 -20/25-6,5 20 2,5 6,5 25 0,162 7,1 3,14 9,1 0,51 -22/30-5 22 4 5 30 0,2 8,2 3,82 12,7 0,75 -22/30-6,5 22 4 6,5 30 0,26 8,2 3,82 16,5 0,99 -25/35-5 25 5 5 35 0,25 9,42 4,9 18,3 1,23 -25/40-5 25 7,5 5 40 0,375 10,2 4,9 27,6 1,84 -25/40-6,5 25 6 8 40 0,49 10,2 4,9 36 2,4 -28/40-8 28 6 8 40 0,48 10,7 6,1 40 2,95 -28/40-10 28 6 10 40 0,6 10,7 6,1 50 3,7 -32/45-8 32 6,5 8 45 0,52 12,1 8 58,5 5,7 -32/50-8 32 9 8 50 0,72 12,9 8 58,5 5,7 -36/56-10 36 10 10 56 1 14,4 10,2 112 10,2 -40/56-16 40 8 16 56 1,28 15 12,5 150 16 + §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d2 = = 0,252 mm. Tra b¶ng d©y ®ång tiªu chuÈn, chän d©y cã ®­êng kÝnh d2 = 0,27 mm, S2 = 0,05726 mm2. + KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy: Kl® = Nh­ vËy, cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt. TÝnh tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng Chän tranzitor c«ng suÊt Tr3 lo¹i 2SC9111 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè: Tranzitor lo¹i NPN, vËt liÖu b¸n dÉn lµ Si. §iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ Baz¬ khi hë m¹ch Emito : UCBO = 40 V; §iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch Colecto : UEBO = 4 V; Dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colecto cã thÓ chÞu ®ùng : Icmax = 500 mA; C«ng suÊt tiªu t¸n ë Colecto : Pc =1,7 W; NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p : T1 =1750 C; HÖ sè khuÕch ®¹i : b = 50; Dßng lµm viÖc cña Colecto : Ic2 = I1 = 67 mA; Dßng lµm viÖc cña Baz¬ : IB2 =Ic2 /b = 67/50 = 1,34 mA. Ta thÊy r»ng víi lo¹i tiristor ®· chän cã c«ng suÊt ®iÒu khiÓn kh¸ bÐ Udk = 3,0 V, Idk = 0,2 A, Nªn dßng Colecto – Baz¬ cña tranzitor Tr2 vµ Tr4 kh¸ bÐ, trong tr­êng hîp nµy ta cã thÓ kh«ng cÇn tranzitor Tr1 vµ Tr3 mµ vÉn cã ®ñ c«ng suÊt ®iÒu khiÓn tiristor. Chän nguån cÊp cho biÕn ¸p xung: E = + 12 V ta ph¶i m¾c thªm ®iÖn trë R10 nèi tiÕp víi cùc emitor cña Tr2. Ta chän R10 = R15 = 45 W. TÊt c¶ c¸c ®i«t trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu dïng lo¹i 1N4009 cã tham sè: Dßng ®iÖn ®Þnh møc : Idm = 10 A; §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : UN = 25 V; §iÖn ¸p ®Ó cho ®i«t më th«ng : Um = 1 V. Chän cæng AND Toµn bé m¹ch ®iÖn ph¶i dïng 1 cæng AND nªn ta chän mét IC 4081 hä CMOS. IC 4081 cã 4 cæng AND (s¬ ®å ch©n h×nh 48), c¸c th«ng sè: Nguån nu«i IC: Vcc = (3¸18) V, ta chän: Vcc = 12 V; NhiÖt ®é lµm viÖc: - 40o C ¸ 80o C; §iÖn ¸p øng víi møc logic “1”: 2¸4,5 V; Dßng ®iÖn nhá h¬n 1mA ; C«ng suÊt tiªu thô P = 2,5 mW/1 cæng. Chän tô C1, C2 vµ R9, R13 §iÖn trë R9 vµ R13 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®­a vµo Baz¬ cña tranzitor Tr2 vµ Tr4, chän R9 vµ R13 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: Chän R9 = R13 = 3,3 kW. Chän C1. R9= tx = 100 mS. Suy ra C1 = tx/ R9 C1 = 100.10-6/ 3,4.10-3 = 0,029 mF. chän C1 = C2 = 0,022 mF. TÝnh chän tÇng so s¸nh Trong m¹ch ta sö dông tÊt c¶ 5 K§TT, do ®ã ta chän 2 IC lo¹i TL084 cã c¸c th«ng sè: §iÖn ¸p nguån nu«i : Vccmax = 18 V vµ Vccmin = -18V chän Vcc = ± 12 V; HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo : ± 30 V; NhiÖt ®é lµm viÖc : T = -25¸ 850 C; C«ng suÊt tiªu thô : P = 680 mW = 0,68 W; Tæng trë ®Çu vµo : Rin= 106 MW; Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ira = 30 pA; Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp: du/dt = 13 V/ms. - Chän R7 = R8 > Uv/I v = UA3/I = 10,5/ 1.10-3 = 10,5 KW. Trong ®ã: Víi ®iÖn ¸p nguån cÊp lµ 12 V, ®iÖn ¸p b·o hßa cña IC lµ (80% ¸ 90%).Vcc = 10,5 V; Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ ®Ó Ilv < 1 mA. Do ®ã ta chän R7= R8= 15 KW khi ®ã dßng vµo A4: Ivmax= 10,5/ (15. 103) = 0,7 mA. - Chän R11, R12 Ta chän R11 = R12 = 2,2 KW. - Trong m¹ch ta sö dông mét J-K Flip Flop, ta dïng mét IC lo¹i 74HC109. TÝnh chän kh©u t¹o tÇn sè K§TT A3 cã nhiÖm vô kÐo ®­êng ®Æc tÝnh ®iÖn ¸p lªn trªn trôc hoµnh. Ta chän R4 = R5 = 68KW. §Ó n©ng ®­îc ®­êng ®iÖn ¸p tam gi¸c lªn trªn trôc hoµnh, khi ®Çu ra cña A3 cã trÞ sè 10,5V, chän R6 = 0,5 R4 = 34 KW. Chän tiªu chuÈn R6 = 33 KW. - C¸c ®iÖn trë R1, R2 chän R1 = R2 = 47 kW. TrÞ sè C, R3 chän tõ biÓu thøc: Thay c¸c trÞ sè R1, R2 vµo biÓu thøc trªn ta cã: R3.C = 2,5.10-4 Chän C = 0,01 mF = 10-8 F. §iÖn trë R3 ®­îc chän: Chän theo tiªu chuÈn R3 = 33 KW. ThiÕt kÕ nguån cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn cã hai hÖ thèng nguån cÊp c¸ch li nh­ h×nh 50. HÖ thèng nguån nu«i thø nhÊt lµ nguån nu«i ®èi xøng ± 12V, cÊp cho m¹ch IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ Flip-Flop. HÖ thèng nguån nu«i thø hai lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu 12V cÊp cho biÕn ¸p xung. H×nh 50: S¬ ®å nguyªn lÝ t¹o nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn. Cuén thø cÊp thø nhÊt. CÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 12 V vµ +5 V (cã æn ¸p) ®Ó cÊp cho nu«i c¸c IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é. Nguån nµy ®­îc cÊp bëi ba cuén d©y thø cÊp a1, b1, c1. §iÖn ¸p vµo cña IC æn ¸p chän 20 V. §iÖn ¸p thø cÊp c¸c cuén d©y a1, b1, c1 lµ: Chän U21 = 14 V. §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 3 vi m¹ch æn ¸p 7812, 7912 vµ 7805, c¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy: §iÖn ¸p ®Çu vµo: UV = 7¸35 V. §iÖn ¸p ®Çu ra: IC 7812 cã Ura= 12 V. IC 7912 cã Ura= -12 V. IC 7805 cã Ura= 5 V. Dßng ®iÖn ®Çu ra: Ira = 0¸1 A. Tô ®iÖn C1, C2, C5 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng dµi bËc cao. Chän C1= C2 = C3 = C4 = C5 = C6 = 470 mF ; U= 35 V. Cuén thø cÊp thø hai a2, b2, c2 T¹o nguån nu«i cho biÕn ¸p xung, cÊp xung ®iÒu khiÓn cho c¸c tiristor (+12 V). Do møc ®é sôt xung cho phÐp t­¬ng ®èi lín nªn nguån nµy kh«ng cÇn æn ¸p. Mçi khi ph¸t xung ®iÒu khiÓn c«ng suÊt xung ®¸ng kÓ, nªn cÇn chÕ t¹o cuén d©y nµy riªng rÏ víi cuén d©y cÊp nguån IC, ®Ó tr¸nh g©y sôt ¸p nguån nu«i IC. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p nguån nu«i 1. §iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp cuén d©y nguån nu«i IC: U21= 14 V. 2. C«ng suÊt tiªu thô ë 2 IC TL084, 1 IC4081 vµ 1 IC Flip-Flop lµ: PIC = 4. PIC = 4.0,68 = 2,72 W 3. C«ng suÊt BAX cÊp cho cùc ®iÒu khiÓn Tiristor: Px = 2. U®k . I®k = 2.3.0,2 = 1,2 W 4. §iÖn ¸p pha thø cÊp cuén d©y nguån nu«i biÕn ¸p xung a2, b2, c2: 5. C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i: PN = PIC +Px = 2,72 + 1,2 =3,92 W §Ó cã thÓ më réng m¹ch víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c, ta chän c«ng suÊt PN = 5 W. 6. C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y: S = 1,05 . PN = 1,05. 5 = 5,25 VA 7. Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: I1 = S/(3.U2) = 5,25/(3. 220) = 8 mA 8. TiÕt diÖn trô cña m¸y biÕn ¸p ®­îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm: Qt= kQ. = 0,9 cm2 Trong ®ã: kQ = 6- hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t; m = 3- sè trô cña biÕn ¸p; f = 50- tÇn sè ®iÖn ¸p l­íi. V× kÝch th­íc nµy qu¸ nhá nªn ta chän chuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô theo b¶ng Qt= 1,63 cm2. KÝch th­íc m¹ch tõ l¸ thÐp dµy s = 0,5 mm. Sè l­îng l¸ thÐp: 68 l¸. a =12mm, b =16mm, h =30mm. HÖ sè Ðp chÆt kc = 0,85. 9. Chän mËt ®é tõ c¶m B =1T ë trong trô, ta cã sè vßng d©y s¬ cÊp: 10. Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1= J2= 2,75 A/mm2. TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp: S1= mm2 §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp: d1= = 0,061 mm Chän d1= 0,1 mm ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. §­êng kÝnh cã kÓ c¸ch ®iÖn: d1c® = 0,12 mm. 11. Sè vßng d©y quÊn thø cÊp W21: vßng 12. Sè vßng d©y quÊn thø cÊp W22: vßng 13. §­êng kÝnh d©y quÊn c¸c cuén thø cÊp v× kÝch th­íc nhá kh«ng ®¸ng kÓ chän 0,26 mm. 14. TÝnh chän ®i«t cho bé chØnh l­u nguån nu«i: + Dßng ®iÖn hiÖu dông qua ®i«t: ID.HD = = 0,099 A + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ ®i«t ph¶i chÞu: UNmax= . U22 = .8,51 = 22 V. + Chän ®i«t cã dßng ®Þnh møc: Idm³ Ki . ID.HD =10.0,1 = 1 A Chän ®i«t cã ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt: Un= ku. UNmax=2.22 = 44 V Chän ®i«t lo¹i KII208A cã c¸c th«ng sè: + dßng ®iÖn ®Þnh møc: Idm = 1,5 A; + ®iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña ®i«t: UN =100 V. Ch­¬ng IV HÖ thèng ®iÒu khiÓn hai m¹ch vßng Giíi thiÖu chung RÊt nhiÒu m¸y s¶n xuÊt cã yªu cÇu æn ®Þnh tèc ®é lµm viÖc. Yªu cÇu ®ã lµ cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao chÊt l­îng s¶n phÈm ®­îc gia c«ng trªn m¸y, n©ng cao chÊt l­îng kü thuËt cña mét quy tr×nh c«ng nghÖ mµ m¸y s¶n xuÊt tham gia hoÆc n©ng cao n¨ng suÊt cña m¸y. MÆt kh¸c ®é æn ®Þnh tèc ®é cßn ¶nh h­ëng quan träng ®Õn gi¶i ®iÒu chØnh tèc ®é vµ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña truyÒn ®éng. §é æn ®Þnh cµng cao th× gi¶i ®iÒu chØnh cµng cã kh¶ n¨ng më réng vµ m«men qu¸ t¶i cµng lín. Víi môc ®Ých ®ã ng­êi ta sö dông c¸c m¹ch håi tiÕp ®Ó thiÕt lËp c¸c hÖ tù ®éng vßng kÝn. S¬ ®å cÊu tróc tæng qu¸t cña nã ®­îc vÏ trªn h×nh 52. H×nh 52. CÊu tróc chung cña hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn. HÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn gåm: ®éng c¬ truyÒn ®éng M quay m¸y s¶n xuÊt Mx vµ thiÕt bÞ biÕn ®æi n¨ng l­îng B§ (®­îc gäi lµ phÇn lùc); c¸c thiÕt bÞ ®o l­êng §L vµ c¸c bé ®iÒu chØnh R (®­îc gäi lµ phÇn ®iÒu khiÓn). TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®­îc gäi lµ tÝn hiÖu ®Æt TH§ vµ ngoµi ra cßn c¸c tÝn hiÖu nhiÔu lo¹n NL t¸c ®éng lªn hÖ thèng. S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu chØnh ®iÖn trë r«to §Ó cã thÓ tæng hîp ®­îc c¸c m¹ch vßng truyÒn ®éng th× tr­íc hÕt ta ph¶i x©y dùng ®­îc m« h×nh cña hÖ truyÒn ®éng. §èi víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ta cã c¸c ph­¬ng tr×nh nh­ sau: Khi ®iÒu chØnh ®iÖn trë r«to th× ta cã Tõ c¸c ph­¬ng tr×nh trªn ta cã thÓ tÝnh ®­îc c¸c gi¸ trÞ ®¹o hµm riªng cña m«men vµ dßng ®iÖn t¹i ®iÓm lµm viÖc x¸c lËp ®ang xÐt (M, R2, I2): Ta cã quan hÖ ®iÖn trë xung r«to Rx vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn u®k nh­ trªn h×nh vÏ sau: H×nh 53. Quan hÖ ®iÖn trë xung r«to Rx vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn u®k. Ta cã: vµ do ®ã: Tõ c¸c ph­¬ng tr×nh trªn ta cã s¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu chØnh ®iÖn trë r«to: H×nh 54. S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng ®iÒu chØnh ®iÖn trë r«to. TÝnh to¸n c¸c tham sè trong s¬ ®å khi tuyÕn tÝnh hãa quanh ®iÓm lµm viÖc ®Þnh møc. Chän tÇn sè ®ãng, c¾t tiristor T: fck = 1KHz, khi ®ã h»ng sè thêi gian trung b×nh: Biªn ®é cña ®iÖn ¸p r¨ng c­a t¹i xung më cña tiristor phô T1 lµ Utm = Ucc = 9,97V. Khi ®ã: TÝnh Ta cã nªn: T¹i ®iÓm lµm viÖc ®Þnh møc, thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta ®­îc: H»ng sè thêi gian trung b×nh cña m¹ch r«to: Trong ®ã: L2 - ®iÖn c¶m pha r«to, L2 = 1,95.10-3 H; Lk, Rk - ®iÖn c¶m vµ ®iÖn trë cuén kh¸ng L, Lk = Rk = 0. T¹i ®iÓm lµm viÖc ®Þnh møc Rx = 0. Do ®ã: TÝnh Ta cã T¹i ®iÓm lµm viÖc ®Þnh møc TÝnh Ta cã T¹i ®iÓm lµm viÖc ®Þnh møc TÝnh ®¹i l­îng nµy lµ nhá, do vËy ®Ó ®¬n gi¶n cho viÖc tæng hîp c¸c m¹ch vßng ta bá qua ®¹i l­îng nµy. M«men qu¸n tÝnh cña hÖ thèng th­êng kho¶ng 1,2 m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬: Th«ng sè cña phÇn tö ph¶n håi dßng ®iÖn Ta chän m¹ch ph¶n håi dßng lÊy tÝn hiÖu tõ dßng ®iÖn mét chiÒu cña m¹ch r«to, chän H»ng sè thêi gian cña phÇn tö ph¶n håi dßng ®iÖn, chän Ti = 0,1ms. Th«ng sè cña phÇn tö ph¶n håi tèc ®é Ta chän, vµ Tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn H×nh 55. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch vßng dßng ®iÖn. _ DI _ Thay sè vµo ta ®­îc: Hµm truyÒn cña m¹ch dßng ®iÖn (hµm truyÒn cña ®èi t­îng ®iÒu chØnh): Trong ®ã c¸c h»ng sè thêi gian Ti = 0,0001s vµ Tv0 = 0,0005s lµ rÊt nhá so víi Td = 0,004s. §Æt Ts = Ti + Tv0 = 0,0001 + 0,0005 = 0,0006s, th× ta cã thÓ viÕt nh­ sau: Theo tiªu chuÈn tèi ­u modul ta t×m ®­îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã d¹ng PI: Hµm truyÒn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn: H×nh56. S¬ ®å m« pháng vµ dßng ®iÖn qu¸ ®é Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é H×nh 57. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch vßng tèc ®é. Ta cã thÓ ®¬n gi¶n hãa s¬ ®å trªn: H×nh 58. S¬ ®å cÊu tróc ®¬n gi¶n hãam¹ch vßng tèc ®é. Víi tr­êng hîp kh«ng t¶i, khi ®ã hµm truyÒn cña m¹ch tèc ®é: Ta thÊy r»ng: lµ nhá cã thÓ bá qua. Theo tiªu chuÈn tèi ­u modul, ta cã bé ®iÒu chØnh tû lÖ: Trong ®ã, Ts = 0,0012 + 0,001 = 0,0022s Hµm truyÒn cña m¹ch vßng tèc ®é: H×nh 59. S¬ ®å m« pháng vµ tèc ®é qu¸ ®é. TÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ trong s¬ ®å tæng hîp ®iÖn – c¬ Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn PI Ta cã: §Ó thùc hiÖn hµm cã chøc n¨ng trªn ta cã s¬ ®å bé ®iÒu chØnh PI nh­ sau: H×nh 60. Bé ®iÒu chØnh PI. Trong s¬ ®å trªn, U1w lµ tÝn hiÖu ®Æt, U1 lµ tÝn hiÖu ®o l­êng vµ U2 lµ tÝn hiÖu ®Çu ra bé ®iÒu chØnh. Ta chän C2 = 1mF khi ®ã, aR2 = 11,7KW. Chän R2 = 2,2KW. , chän R1 = 33KW. Trong thùc tÕ, hÖ thèng th­êng mÊt æn ®Þnh do dßng ®iÖn v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp. Nguyªn nh©n cña hiÖn t­îng nµy lµ do nhiÔu lo¹n ®éng cña hÖ thèng g©y ra. §©y lµ nhiÔu lo¹n kh«ng kh¾c phôc ®­îc. §Ó h¹n chÕ nhiÔu lo¹i nµy ta dïng kh©u h¹n chÕ l­îng ®Æt ®Çu vµo cña m¹ch vßng dßng ®iÖn kh«ng v­ät qu¸ giíi h¹n. Khi U1 > 0, nÕu U1 >U+ th× D+ më, U2 = U+. Khi U1 < 0, nÕu th× D- më, U2=U-. Bé ®iÒu chØnh tèc ®é P Ta cã: §Ó thùc hiÖn hµm cã chøc n¨ng nh­ trªn ta cã bé ®iÒu chØnh P nh­ sau: H×nh 61. Bé ®iÒu chØnh P. Ta chän R2 = 22KW vµ R1 = 1KW. PhÇn tö ph¶n håi dßng ®iÖn §Ó ph¶n håi tÝn hiÖu dßng ®iÖn ta dïng khuÕch ®¹i tõ m¾c vµo m¹ch mét chiÒu r«to. H×nh 62. Ph¶n håi dßng ®iÖn dïng khuÕch ®¹i tõ. Ta cã Víi Trong ®ã: k2 = 1 víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu; Wdk vµ WT lµ sè vßng cña cuén d©y ®iÒu khiÓn vµ cuén WT. Ta chän RT = 10W vµ K§T cã . PhÇn tö ph¶n håi tèc ®é H×nh 63. Ph¶n håi tèc ®é dïng m¸y ph¸t mét chiÒu. §Ó ph¶n håi tèc ®é ta dïng m¸y ph¸t tèc mét chiÒu cã s¬ ®å nguyªn lý nh­ sau: Chän ®iÖn trë ®ñ lín: Uw » kw.w. Vµ bé läc R- C cã tÇn sè: Ta l¹i cã ta chän, R=3,3KW vµ C = 0,1mF. Ch­¬ng V C¸c ®Æc tÝnh c¬ Ta xuÊt ph¸t tõ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé: vµ Trong ®ã, khi ®iÒu chØnh ®iÖn trë m¹ch r«to th× Mth = const = 276 N.m, vµ ®Æc tÝnh c¬ phô thuéc vµo ®iÖn trë m¹ch r«to, tøc lµ phô thuéc vµo hÖ sè . Ta sÏ dùng tõng ®Æc tÝnh c¬ øng víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cña g ta ®­îc hä ®Æc tÝnh c¬ nh­ sau: H×nh 64. C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn khi ®iÒu chØnh ®iÖn trë xung r«to. g=1 g=0,7 g=0,9 g=0 w M H×nh 65. C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ kÝn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to d©y quÊn khi ®iÒu chØnh ®iÖn trë xung r«to. Tµi liÖu tham kh¶o C¬ së truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng – Bïi §×nh TiÕu, Ph¹m Duy Nhi – Nhµ xuÊt b¶n ®¹i häc vµ trung häc chuyªn nghiÖp – Hµ Néi 1982. ThiÕt kÕ thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt – TrÇn V¨n ThÞnh – Hµ Néi 2004. Tù ®éng hãa vµ ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ ®iÖn – TrÇn V¨n ThÞnh. §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, Ph¹m Quèc H¶i, D­¬ng V¨n Nghi – Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt – Hµ Néi. §iÖn tö c«ng suÊt vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn – Cyril W.lander – Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt – Hµ Néi 2002. TruyÒn ®éng ®iÖn th«ng minh – NguyÔn Phïng Quang, Andreas Dittrich – Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt – Hµ Néi 2002. C¬ së truyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn – Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt – Hµ Néi.