Đồ án Thiết kế mạch băm xung một chiều để điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập có yêu cầu đảo chiều quay theo nguyên tắc kh«ng đối xứng

góc phần tư 2(). Để chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hãm tái sinh bằng cách sthay đổi chiều dòng điện tức là tức là giảm γ hoặc tăng E.Để quá trình điều khiển được đơn giản ta chọn phương pháp giảm γ gần tới 0,5 mà do tính quán tính của động cơ nên E biến đổi chậm, do đó , dòng qua phần ứng đổi chiều. t t t 0 0 t t t * Trong khoảng 1: S1 và S3 nhận tín hiệu điều khiến, sức điện động sinh ra dòng điện chảy qua D1 và S3. Trong khoảng này, dòng qua phần ứng tăng và tích lũy năng lượng trong điện kháng mạch phần ứng. * Trong khoảng 2: S3 tắt, S1 và S4 được kích dẫn, do tính chất điện kháng nên dòng qua phần ứng sẽ qua D1, U và D4, năng lượng được đưa trả về nguồn, dòng qua phần ứng giảm. * Trong khoảng 3: S1 tắt, S2 và S4 được kích dẫn, khi đó dòng qua phần ứng khép mạch qua S2 và D4, dòng qua phần ứng tăng. * Trong khoảng 4: S1 và S4 được kích dẫn, S2 tắt,dòng phần ứng chảy qua D1, U và D4,năng lượng phần ứng trả về nguồn, dòng qua phần ứng giảm. Chế độ làm việc của động cơ ở các góc phần tư 3 và 4 ứng với . Cách 2: Điện áp ra đảo cực tính (Bipolar Voltage Switching) Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp điều khiển này các cặp van S1 và S2; S3 và S4 lập thành hai cặp van mà trong mỗi cặp thì hai van được điều khiển đóng cắt đồng thời. Tín hiệu điều khiển được tạo ra bằng cách so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa (thường là dạng xung tam giác): -Nếu Udk>utua thì S1 và S2 được kích dẫn; S3 và S4 được kích tắt. -Nếu Udk<utua thì S1và S2 được kích tắt; S3 và S4 được kích dẫn. ● Biểu đồ dạng sóng dòng, áp trên tải t t t t t t 1 2 3 4 ● Chế độ hoạt động: +Trong khoảng 1: S1 và S2 được kích dẫn, S3 và S4 được kích tắt, động cơ được nối với nguồn U, dòng qua phần ứng tăng đến giá trị Imax. +Trong khoảng 2:S1và S2 được kích tắt,S3 và S4 được kích dẫn,nhưng do tải có tính cảm kháng nên dòng điện phần ứng khép mạch qua D3 và D4 về nguồn, S3 và S4 bị đạt điện áp ngược bởi hai diode D3 và D4 nên khoá, dòng id giảm từ Imax về 0. +Trong khoảng 3:S3 và S4 được kích dẫn, điện áp đặt lên động cơ là –U, dòng id tăng theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Imin theo chiểu dương). +Trong khoảng 4: S3 và S4 được kích tắt, S1 và S2 được kích dẫn, nhưng do trước đó dòng id chạy theo chiều ngược lại nên dòng id tiềp tục chảy theo chiều cũ, khép mạch qua các diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặt điện áp ngược bởi hai diode D1 và D2 phân cực thuận nên khoá, do đó id giảm theo chiều ngược lại từ Imin về 0. *) Kết luận: +) Chọn mạch lực Qua các mạch phân tích ở trên ta thấy để phù hợp đảo chiều động cơ (một cách chủ động) ta chọn bộ chopper lớp E (cầu BXDC), mạch này cho phép năng lượng đi theo 2 chiều Ud, Id có thể đảo chiều một cách độc lập. Hơn nữa mạch này rất thông dụng (dùng trong DC-DC, DC-AC converter) do đó việc tìm mua các phần tử cũng dễ dàng hơn +) Chọn phương pháp điều khiển Trong mạch này ta chọn cách điều khiển kh«ng đối xứng. §©y lµ ph­¬ng ph¸p diÒu khiÓn th«ng dông vµ cho chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra tèt nhÊt. Mặt khác cách điều khiển này cho phép chúng ta đảo chiều động cơ dễ dàng do khi đảo chiều (chuyển chế độ làm việc) ta chỉ việc điều chỉnh chiÕt ¸p theo m¹ch ®iÒu khiÓn. +)Chọn van bán dẫn Trong sơ đồ chopper lớp E ta chọn van bán dẫn là IGBT vì: IGBT là phần tử kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu quá tải lớn của transistor thường, tần số băm điện áp cao thì làm cho động cơ chạy êm hơn Công suất điều khiển yêu cầu cực nhỏ nên làm cho đơn giản đáng kể thiết kế của các bộ biến đổi và làm cho kích thước hệ thống điều khiển nhỏ ,hơn nữa nó cũng làm tiết kiệm năng luợng (điều khiển) IGBT là phần tử đóng cắt với dòng áp lớn, nó đang dần thay thế transistor BJT nó ngày càng thông dụng hơn do đó việc mua thiết bị cũng đơn giản hơn.Cùng với sự phát triển của IGBT thì các IC chuyên dụng điều khiển chúng (IGBT Driver) ngày càng phát triển và hoàn thiện do đó việc điều khiển cũng chuẩn xác và việc thiết kế các mạch điều khiển cũng đơn giản, gọn nhẹ h¬n. Sơ đồ mạch lực : II.3 THIẾT KẾ MẠCH LỰC Chọn tần số băm xung f = 400 Hz II.3.1 Tính toán chọn van II.3.1.1 Chọn Diode công suất Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy: +Dòng điện trung bình chạy qua Diode ID = (1-)It Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =35(A) Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % . Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax ==70(A) Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi Diode (bỏ qua sụt áp trên các van ) là Ungmax=E=100(V) Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 Ungv =ku.Ungmax = 2.5*100=250 (V). Từ hai thông số trên ta chọn 4 Diode với các thông số sau : Ký hiÖu ItbMAX(A) UnMAX(V) I®(A) SWPC08NO75 75 800 1300 Trong đó : Imax :dòng điện làm việc cực đại cho phép qua van Ungv : điện áp ngược cực đại cho phép đặt lên van Ipik : đỉnh xung dòng điện ΔU :tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diode Ith : dòng điện thử cực đại Ir :dòng điện rò ở nhiệt độ 250 C Tcp : nhiệt độ cho phép làm việc. II.3.2 Chọn các van bán dẫn Xuất phát từ yêu cầu về công nghệ ta phải chọn van bán dẫn là loại van điều khiển hoàn toàn là IGBT. +Tính dòng trung bình chạy qua van: Qua phân tích các mạch lực trên ta thấy: Dòng điện trung bình chạy qua van lµ : IS =It Với giá trị dòng điện định mức động cơ là Itđm =35(A) + Chọn chế độ làm mát là van có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt thông gió, khi đó dòng điện làm việc cho phép chạy qua van lên tới 50 % . Lúc đó dòng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax ==70(A) Qua các biểu đồ ta thấy :Điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi bãng IGBT (bỏ qua sụt áp trên các van ) là Ungmax=E=100(V) Chọn hệ số quá điện áp ku = 2.5 Ungv =ku.Ungmax = 2.5*100=250(V). Từ các tính toán trên ta chọn 4 van IGBT …có các thông số sau: Chủng loại Icmax (A) Vce (V) Pd max(W) Vce B·o hoµ Ices UGE max (v) UGEth max (v) IGE(mA) IXSH40N60 70 600 1200 2,5 1000 ±20 1500 III.ThiÕt kÕ bé nguån chØnh l­u mét chiÒu cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp . Th«ng sè ®éng c¬ : +§iÖn ¸p ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ U®m=100 (V) +Dßng ®iÖn ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ I®m=35(A) 1.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh l­u . +)Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu d©y D/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn . M¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá ,chØ cì chôc KVA trë l¹i ,sôt ¸p trªn ®iÖn trë lín kho¶ng 4% ,sôt ¸p trªn cuén kh¸ng Ýt h¬n kho¶ng 2% .§iÖn ¸p sôt trªn 2 §i«t kho¶ng 2V +)TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n : 1-TÝnh c«ng suÊt biÓu kiÕn cña M¸y biÕn ¸p : S = Ks . Pd 2-§iÖn ¸p pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : Up =380 (V) 3-§iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i : Udo =Ud +2. DUv +DUdn + DUba Trong ®ã : 2.DUv =2 (V) lµ sôt ¸p trªn 2 §i«t m¾c nèi tiÕp DUdn 0 lµ sôt ¸p trªn d©y nèi DUba = DUr + DUx lµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . Chän s¬ bé : DUba =6% .Ud =6% .100 = 6 (V) Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i ta cã : Ud0 ==100+2+0+6=108(V) §iÖn ¸p pha thø cÊp pha m¸y biÕn ¸p : U2= ==43,2 (V) 4-Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p : I2 === 28,6 (A) 5-Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : I1 = KbaI2 = .I2 = . 28,6 = 3,25 (A) *)TÝnh s¬ bé m¹ch tõ (X¸c ®Þnh kÝch th­íc b¶n m¹ch tõ) 6-TiÕt diÖn s¬ bé trô . QFe =kQ . Trong ®ã : kQ lµ hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t, lÊy kQ = 6. m lµ sè trô cña m¸y biÕn ¸p f lµ tÇn sè xoay chiÒu, ë ®©y f = 50 (Hz) Ta cã c«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p lµ : S2= 3.U2.I2=3.43,2.28,6=2471,04(VA) S1=3.U1.I1=3.380.3,25=3705(VA) Thay sè ta ®­îc : QFe=6 . =4,5273(cm2) 7-§­ßng kÝnh trô : d = = = 2,4 (cm) ChuÈn ®o¸n ®­êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 2,5(cm) 8-Chän lo¹i thÐp $330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô Bt =1 (T) 9-Chän tû sè m= = 4,3 , suy ra h = 4,3 . d = 4,3.2,5 = 10,75 (cm) Ta chän chiÒu cao trô lµ 12( cm) *)TÝnh to¸n d©y quÊn . 10- Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . W1== = 3773 (vßng) LÊy W1= 3773 vßng 11- Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p : W2 = .W1=.3773 = 429(vßng) LÊy W2= 429( vßng) 12- Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p . Víi d©y dÉn b»ng ®ång ,m¸y biÕn ¸p kh« ,chän J1= J2= 2 (A/mm2) 13- TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . S1 = = = 1,625(mm2) Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S1 = 6.8(mm2) KÝch th­íc d©y dÉn phÇn c¸ch ®iÖn S1c® = a1.b1= 1,1.2.5 =2.75(mm x mm) 14- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén s¬ cÊp . J1= = = 1.968 (A/mm2)< 2(A/mm2); tho¶ m·n gi¸ trÞ ®· chän. 15- TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p . S2 = = = 14,3 (mm2) Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S2= 14.5 (mm2) KÝch th­íc d©y dÉn phÇn c¸ch ®iÖn : S2c® = a2.b2 = 3,64.1,5=5.46 (mm x mm) 16- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp . J2= = =1.97(A/mm2)<2(A/mm2); tho· m·n gi¸ trÞ ®· chän. *)KÕt cÊu d©y dÉn s¬ cÊp : Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc 18- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp . W11= . kc=.0,95 = 44 (vßng) Trong ®ã : kc= 0,95 lµ hÖ sè Ðp chÆt . h lµ chiÒu cao trô . hg lµ kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp . Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn g«ng lµ 1,5 cm . 19- TÝnh s¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp : n11= = = 86 (líp) 20- Chän sè líp n11= 315 líp. Nh­ vËy cã 314líp_ mçi líp 44 vßng 21- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp : h1= = = 11,58 (cm) 22- Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy : S01= 0,1 cm. 23- Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp a01= 1,0 cm . 24- §­êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn . Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =2,5 + 2.1 - 2.0,1 = 4,3 (cm) 25- §­êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp . Dt1= Dt + 2.S01=4,3 + 2.0,1= 4,5 (cm) 26- Chän bÒ dÇy gi÷a hai líp d©y ë cuén s¬ cÊp : cd11= 0,1 mm 27- BÒ dÇy c¸ch ®iÖn cuén s¬ cÊp . Bd1= (a1+cd11).n11= (1,1 + 0,1).3 =3,6 (cm) 28- §­êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp . Dn1= Dt1+2.Bd1=4,5 + 2.3,6= 11,7 (cm) 29- §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp . Dtb1= == 8,1 (cm) 30- ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp . l1 = W1.p.Dtb= p.3773.8,1.10-2 =959,625 (m) 31- Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp :cd01= 1,0 cm *) KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp . 32- Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp . h1= h2 = 11,58 (cm) 33- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp . W12= = = 31(vßng) 34- TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp . n12= = = 14 (líp) 35- Chän sè líp d©y quÊn thø cÊp n12= 14 líp , 13 líp ®Çu31 vßng, líp cuèi cïng 26 vßng. 36- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp h2= = = 11,88 (cm) 37- §­êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp. Dt2 = Dn1+ 2.a12 = 11,7 + 2.1,1 =14 (cm) 38- Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp : cd22= 0,1 (mm) 39- BÒ dÇy cuén s¬ cÊp . Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,364 + 0,01).2= 0,748 (cm) 40- §­êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 14 + 2.0,748 =15,496 (cm) 41- §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp . Dtb2= = = 14,75 (cm) 42- ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp . l2 = p.W2.Dtb2 = p.429.14,75 = 198,69 (m) 43- §­êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y . D12= = =14,748 (cm) r12= = 7,347 (cm) 44- Chän kho¶ng c¸ch gi÷a hai cuén thø cÊp :a22= 2 (cm) *)TÝnh kÝch th­íc m¹ch tõ . 45- Víi ®­êng kÝnh trô d= 8 cm ,ta cã sè bËc lµ 3 trong nöa tiÕt diÖn trô . 46- Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô . Qbt= 2.(1,6.5,5+1,1.4,5+0,7.3,5) = 32,4 (cm2) 47- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô . QT= khq.Qbt = 0,95.14 =13,3 (cm2) 48- Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô . dt = 2.(1,6+1,1+0,7)= 6,8 (cm) 49- Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc . BËc 1 n1= = 64 l¸ BËc 2 n2= = 44 l¸ BËc 3 n3= = 28 l¸ *)§Ó ®¬n gi¶n trong viÖc chÕ t¹o g«ng tõ ,ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch th­íc sau . ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô : b = dt = 6,8 cm ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng tËp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô : a = 5,5 cm TiÕt diÖn g«ng Qbg= a x b = 37,4 (cm2) 50- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng . Qg= khq.Qbg = 0,95 .37,4 ~ 36 (cm2) 51- Sè l¸ thÐp dïng trong mét g«ng . hg = = = 136 (l¸) 52- TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô . BT = = = 0,2(T) 53- MËt ®é tõ c¶m trong g«ng . Bg = BT. = 1,5 .= 0,56 (T) 54- ChiÒu réng cöa sæ . c= 12mm 55- TÝnh kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m trôc . c’ = c+d = 1,2 + 2,5 = 3,7 (cm) 56- ChiÒu réng m¹ch tõ . L= 2.c +3.d = 2.1,2 + 3.2,5 = 9,9 (cm) 57- ChiÒu cao m¹ch tõ . H = h + 2.a = 11,58 + 2.5,5 = 22,58 (cm) *) TÝnh khèi l­îng cña s¾t vµ ®ång . 58- ThÓ tÝch cña trô . VT = 3.QT.h = 3.13,3.11,58=462,04 (cm3) 59- ThÓ tÝch cña g«ng . Vg = 2.Qg.L = 2.36.9,9 = 712,8 (cm3) 60- Khèi l­îng cña trô . MT= VT . mFe = 462,04 . 15,14.10-3 = 7 (Kg) 61- Khèi l­îng cña g«ng . Mg = Vg . mFe = 712,8.15,14.10-3 = 10,79 (Kg) 62- Khèi l­îng cña s¾t . MFe= MT+Mg = 7+10,79= 18(Kg) 63- ThÓ tÝch ®ång . VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.(1,6513.10-4.9596,25+ 14,5.10-4.1986,9) = 14 (dm3) 64- Khèi l­îng cña ®ång . MCu = VCu . mCu = 14.17,16 = 240,2(Kg) *) TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p . 65- §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 0 C . R1= r.= 0,02133. = 12,4 (W) Trong ®ã r75 = 0,02133 (W) 66- §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750C . R2= r.= 0,02133. = 0,3 (W) 67- §iÖn trë cña m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . RBA = R2 + R1=0,3+ 12,4 =0,46 (W) 68- Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p . DUr = RBA.Id = 0,46 . 35 = 16,1(V) 69- §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . XBA= 8 .p2.(W2)2..w.10-7 = 8 .p2.4292..314.10-7 = 0,987 (W) 70- §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . LBA = = = 3,14 (mH) 71- Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . DUx = XBA.Id = .0,987.35 = 33 (V) Rdt =.XBA = 0,943 (W) 72- Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p . DUBA= = =36,72 (V) 73- Tæng trë ng¾n m¹ch qui ®æi vÒ thø cÊp . ZBA = = = 1,089(W) 74- Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p . DPn = 3.RBA .I2 = 3.0,46.28,62 = 1128,78 (W) DP% = .100 = .100 = 0,01 % 75- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông . Unr= .100 = .100 = 30,45 % 76- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng . Unx = .100 = .100 =65,34 % 77- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m . Un= == 72,08% 78- Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp . I2nm= = = 40(A) 79- HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u . h = = ~99 % 2.TÝnh chän Thyristor : TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i ,®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt ,®iÖn ¸p lµm viÖc ,c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®­îc tÝnh nh­ sau : +)§iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ Thyristor ph¶i chÞu : Unmax=Knv.U2 =Knv .=.100 = 104,67 (V). Trong ®ã : Knv = Ku= §iÖn ¸p ng­îc cña van cÇn chän : Unv = KdtU . Un max =2,5 . 104,67 = 261,675(v) Trong ®ã : KdtU - hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ,chän KdtU =2,5 . +) Dßng lµm viÖc cña van ®­îc tÝnh theo dßng hiÖu dông : Ilv = Ihd = Khd .Id = ==20,21 (A) (Do trong s¬ ®å cÇu 3 pha ,hÖ sè dßng hiÖu dông :Khd =) . Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch to¶ nhiÖt ; Kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ ,víi ®iÒu kiÖn ®ã dßng ®Þnh møc cña van cÇn chän : I®m =Ki . Ilv =3,2 .20,21 = 64,672 (A) (Ki lµ hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn vµ chän Ki =3,2) tõ c¸c th«ng sè Unv ,I®mv ta chän 6 Diode lo¹i 1N 1195 do nhµ s¶n xuÊt IR s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau : §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van : Un = 300 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =25 (A) Dßng ®iÖn thö cùc ®¹i : Ith =30 (A) Dßng ®iÖn rß : Ir =10 (mA) Sôt ¸p lín nhÊt cña Diode ë tr¹ng th¸i dÉn lµ : DU = 1,4 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=150 oC Tính toán thiết kế bộ lọc Tính toán trị số điện cảm : Lấy hệ số đập mạch ra là kdmr = 0.011. Vì mạch chỉnh lưu là cầu 1 pha bán điều khiển nên hệ số đập mạch chỉnh lưu là : kcl = 0,057 Từ đó hệ số san bằng : ksb = T¶i cã ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng lµ: Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc : Dòng điện 1 chiều trung bình qua cuộn cảm Id = 35A Sụt áp một chiều trên cuộn kháng lọc (th­êng n»m trong kho¶ng5÷10%Ut): ∆Uckl = 5V Sụt áp xoay chiều cho phép tối đa trên cuộn kháng lọc lấy ∆U~ = 5V nhiệt độ môi trường nơi đặt cuộn kháng Tmt = 40oC Độ chênh lệch nhiệt độ tối đa cho phép giữa cuộn dây điện cảm và môi trường là ∆T = 50oC . Tính kích thước lõi thép Kích thước cơ sở : a = 2,6. Các kích thước khác tính theo a. b = 1,5a = 1,5.5,32 = 8 (cm) , c = 0,8. a = 0,8.5,32 = 4,3 (cm), h = 3.a = 3.5,32 = 16 (cm) Tiết diện lõi thép : Sth = a.b = 128 ( cm2 ) Diện tích cửa sổ : Scs = h.c = 16.4,3 = 68,8(cm2 ) Độ dài trung bình đường sức : lth = 2.(a + h + c) = 2.(5,32 + 16+ 4,3) = 51,24(cm) Độ dài trung bình của dây quấn : ldq = 2.(a + b) + . c =2.(5,32 + 8) + .4,3 = 40,142(cm) Thể tích lõi thép : Vth= 2ab.(a + h + c) = 2.5,32.8.(5,32 + 16+ 4,3) =2180,78(cm3 ) Tính điện trở dây quấn ở 20oC đảm bảo độ sụt áp cho phép : Số vòng dây của cuộn cảm : (vòng) Tính toán mật độ trường : (A/m) Tính cường độ từ cảm : (T) Tính hệ số theo H và B : Tính trị số điện cảm nhận được : trị số này lớn hơn 5% yêu cầu nên chấp nhận được Tiết diện dây quấn : =18 mm2 chọn dây quấn dẹt kích thước 6 x 3 = 18 mm2 Xác định khe hở tối ưu : lkk = 1,6.10-3. w.Id = 1,6.10-3.278.37,67 = 16,76mm Vì vậy miếng đệm sẽ có độ dày : l®Öm = 0,5.lkk = 0,5.16,76 = 8,38 mm Tính kích thước cuộn dây : Chọn lõi cuốn dây có độ dày 8mm . Độ cao sử dụng để quấn dây là : hsd = h - 2∆c = 24,87 – 1 = 23,87 cm Số vòng dây trong một lớp : .Vậy mỗi lớp quấn 41 vòng. Số lớp dây : n = w/w’ = 278/40 = 6,95 .Do đó cần quấn 7 lớp. Nếu lấy khoảng cách giữa 2 lớp dây quấn ( giành cho cách điện ) là ∆cd=1mm thì độ dày của cả cuộn dây là 7.(0,3 + 0,1) = 2,8cm < 6,69cm = c nên cuộn dây lọt trong cửa sổ. Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ (x¸c ®Þnh nhiÖt ®é tèi ®a cña cu«n d©y) Tổn thất trong dây quấn đồng : Tổng thể tích bề mặt cuộn dây: Scu = 2.hsd.(a+b+.∆cd)+1,4. ∆cd.( ∆cd+2.a) = =2.23,87.(8,29+12,44+.3)+1,4.3.(.3+2.8,29)=1548,561(cm2) Hệ số phát nhiệt α : để đơn giản có thể lấy α = 0,008 Độ chênh lệch nhiệt độ : < 50oC Nhiệt độ tối đa trên cuộn dây: Tmax = Tmt + ΔT = 40+23,15 = 63,150C IV M¹ch ®iÒu khiÓn IV.1. Yªu cÇu chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn C¸c yªu cÇu chung víi m¹ch ®iÒu khiÓn lµ: - Yªu cÇu vÒ ®é réng xung ®iÒu khiÓn ®ã lµ ph¶I thay ®æi ®­îc ®é réng xung ®iÒu khiÓn . - Yªu cÇu vÒ ®é lín xung ®iÒu khiÓn. - Yªu cÇu vÒ ®é dèc s­ên tr­íc cña xung (cµng cao th× viÖc më cµng tèt th«ng th­êng - Ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c van lùc theo ®óng pha vµ víi gãc ®iÒu khiÓn cÇn thiÕt. - §¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn min ®Õn max t­¬ng øng víi ph¹m vi thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i cña m¹ch lùc. - Cho phÐp ®éng c¬ lµm viÖc víi c¸c chÕ ®é ®· tÝnh to¸n nh­ chÕ ®é khëi ®éng, h·m t¸i sinh, ®¶o chiÒu quay... - Cã ®é ®èi xøng ®iÒu khiÓn tèt, tøc lµ gãc ®iÒu khiÓn víi mäi van kh«ng v­ît qu¸ 10 ®Õn 30 ®iÖn. - Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«ng nghiÖp tèt: kh«ng ®­îc g©y ra c¸c nhiÔu v« tuyÕn. - §é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh. - Thùc hiÖn c¸c yªu cÇu b¶o vÖ c¸c van nÕu cÇn nh­ ng¾t c¸c xung ®iÒu khiÓn khi cã sù cè, th«ng b¸o c¸c hiÖn t­îng kh«ng b×nh th­êng cña l­íi vµ b¶n th©n m¹ch m¹ch ®iÒu khiÓn . - Cã ®é tin cËy cao IV.2. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ so s¸nh mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U§K thay ®æi ®­îc víi mét ®iÖn ¸p tam gi¸c cã tÇn sè cao sè cao. §iÓm c©n b»ng gi÷a Utg vµ U®k sÏ lµ ®iÓm ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Ó më c¸c van b¸n dÉn. B»ng c¸ch thay ®æi U§K ta sÏ thay ®æi ®­îc ®é réng xung ®iÒu khiÓn trong khi vÉn gi÷ tÇn sè ®iÒu khiÓn kh«ng ®æi. U§KK *) TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. S¬ ®å chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ: U§ Logic Ph©n xung T¹o trÔ (chèng ng¾n m¹ch) IG BT C¸ch ly quang T¹o dao ®éng T¹o xung r¨ng c­a So s¸nh T¹o U§K II.4.1) Chän c¸c kh©u cña m¹ch ®iÒu khiÓn . a) Kh©u t¹o dao ®éng vµ kh©u t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c. Ng­êi ta th­êng dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó t¹o ra xung ch÷ nhËt vµ xung gi¸c . ë ®©y ta dïng 2 khuÕch ®¹i thuËt to¸n :OA1 lµ 1 trigger smith ®Çu vµo kh«ng ®¶o, OA2 lµ mét kh©u tÝch ph©n. Chóng t¹o thµnh 1 m¹ch ph¸t xung ch÷ nhËt vµ xung tam gi¸c chuÈn. B»ng viÖc nèi m¹ch Trigger Smith nèi tiÕp víi m¹ch tÝch ph©n cã ph¶n håi sÏ t¹o nªn dao ®éng: xung ch÷ nhËt ë ®Çu ra m¹ch Trigger Smith vµ xung tam gi¸c ë ®Çu ra OA2. +) XÐt OA1 cã d¹ng: §©y lµ Trigger Smith ®Çu vµo kh«ng ®¶o víi tÝn hiÖ vµo cña OA1 lµ Ura2. §iÓm lËt tr¹ng th¸i ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Gi¶ thiÕt IC lý t­ëng ta cã: UP=UN=0 Ura.R=-Ura.R Víi gi¶ thiÕt c¸c OA lµ lý t­ëng th× ta coi Ura =E vµ d¹ng Ura(t) lµ xung vu«ng víi 2 ®iÓm lËt trang th¸i lµ . b ) Víi OA2: §©y lµ m¹ch tÝch ph©n. §iÖn ¸p vµo cña m¹ch tÝch ph©n lµ Ura1 Ta cã Ura= Ta cã ®å thÞ d¹ng Ura(t) vµ d¹ng ®iÖn ¸p trªn tô C: Do ®iÓm lËt tr¹ng th¸i cña OA1 lµ nªn gi¸ trÞ ®Çu vµo cña Ura lµ - vµ gi¸ trÞ cuèi cña Uralµ + ( qu¸ tr×nh tÝch ph©n thuËn) vµ qu¸ tr×nh tÝch ph©n ng­îc th× gi¸ trÞ ®Çu ra cña Ura lµ - - Trong kho¶ng 0t th× Ura =+E= const Ta cã: Ura=- Ura = -.E.t1+=- 2 = E.t1 t1=2RC. Tõ h×nh vÏ ta thÊy thêi gian n¹p phãng b»ng nhau( víi h»ng sè thêi gian RC) vµ ®iÖn ¸p cuèi qu¸ tr×nh phãng n¹p cã ®é lín b»ng nhau. Do ®ã ta cã xung ra ®èi xøng. Chu k× dao ®éng: T= t1+t2= 2. t1 = 4. RC Hay tÇn sè xung f== 2)Kh©u so s¸nh: §Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm më van IGBT ta sÏ so s¸nh 2 tÝn hiÖu lµ Utùa vµ U®k.Ta sÏ dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô nµy bëi v× nh÷ng lý do sau: +Tæng trë vµo cña OA rÊt lín nªn kh«ng g©y ¶nh h­ëng tíi c¸c ®iÖn ¸p ®­a vµo so s¸nh ,nã cã thÓ t¸ch biÖt hoµn toµn chóng ®Ó kh«ng t¸c ®éng sang nhau. +TÇng vµo cña OA th­êng lµ khuÕch ®¹i vi sai, mÆt kh¸c sè tÇng nhiÒu nªn hÖ sè khuÕch ®¹i kh¸ lín. V× thÕ ®é chÝnh x¸c so s¸nh cao, ®é trÔ kh«ng qu¸ vµi ms. +Kh©u so s¸nh dïng OA còng cã 2 kiÓu ®Êu c¸c ®iÖn ¸p lµ so s¸nh 2 cöa vµ so s¸nh 1 cöa. So s¸nh 1 cöa Hai ®iÖn ¸p Utùa vµ U®k ®­îc ®­a tíi cïng 1 cùc cña OA th«ng qua 2 ®iÖn trë ®Çu vµo R1,R2. Cöa cßn l¹i, ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c so s¸nh th× ®Êu qua ®iÖn trë R3=R1//R2 xuèng ®Êt. §iÓm lËt tr¹ng th¸i lµ Un=Up=0 =0 Udk=-.Utùa BiÓu thøc nµy cho thÊy ®iÖn ¸p ra ®¶o ng­îc tr¹ng th¸i th× 2 ®iÖn ¸p so s¸nh cÇn ph¶i tr¸i dÊu nhau. b)So s¸nh 2 cöa: Udk vµ Utùa tíi 2 cùc kh¸c nhau cña OA. §iÖn ¸p ra tu©n theo quy luËt : Ura=Ko.(U+-U-) Víi Ko lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña OA §iÓm lËt tr¹ng th¸i øng víi Utùa=U®k. +Khi Utùa >U®k th× DU= Utùa- U®k > 0 Uso s¸nh =+Ura max. +Khi Utùa < U®k th× DU<0 Uso s¸nh =- Ura max. Nh­ vËy c¸c ®iÖn ¸p ®­a vµo so s¸nh ph¶i cïng dÊu th× míi cã hiÖn t­îng thay ®æi tr¹ng th¸i ®Çu ra.Vµ ®é chªnh lÖch tèi ®a gi÷a 2 cöa tr¹ng th¸i khi lµm viÖc kh«ng ®­îc v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp cña lo¹i OA ®· chän. KÕt luËn: Ta sÏ sö dông s¬ ®å so s¸nh 2 cöa. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Khi ®iÒu chØnh U®k th× ta sÏ ®iÒu chØnh ®­îc g= tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc ®é réng xung. Tõ ®ã sÏ ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ra t¶i. 3)Bé ®¶o dÊu . V× ë ®©y cã 4 IGBT trong ®ã cø 2 van t¹o thµnh 1 cÆp ®ãng më ®ång thêi. V× thÕ ta sÏ cÇn 2 ®­êng tÝn hiÖu,mçi ®­êng tÝn hiÖu sÏ ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng 1 cÆp van. §Ó cã 2 ®­êng tÝn hiÖu tr­íc khi ®­a vµo kh©u logic ph©n xung ta sÏ dïng 1 bé ®¶o dÊu dïng IC thuËt to¸n. §©y thùc chÊt lµ 1 bé ®¶o víi ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®¶o chÝnh lµ ®Çu ra cña bä so s¸nh . Hai ®iÖn trë R3 chän b»ng R4 Ta cã Uss2=-.Uss1=- Uss1 Nh­ vËy Uss2 chÝnh lµ tÝn hiÖu ®¶o cña Uss1 4) Kh©u logic ph©n xung. Xung ®­a tíi c¸c IGBT ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c van nµy , t¹o thµnh c¸c chÕ ®é quay thuËn vµ quay nghÞch. Nh­ng ë ®©y cã 1 hiÖn t­îng lµ c¸c van T1 hay T2 ch­a kÞp ®ãng th× T3,T4 ®· më. Khi ®ã sÏ x¶y ra t×nh tr¹ng 2 IGBT th¼ng hµng sÏ cïng dÉn. HËu qu¶ lµ ng¾n m¹ch nguån dÉn ®Õn ch¸y háng IGBT vµ m¹ch ®iÖn. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy th× mét biÖn ph¸p lµ dïng thªm 1 m¹ch logic. M¹ch nµy cã nhiÖm vô ®¶m b¶o sao cho c¸c tÝn hiÖu ®­a ®Õn IGBT ph¶i lu«n tho¶ m·n yªu cÇu lµ 2 IGBT th¼ng hµng kh«ng ®­îc cïng dÉn . a) §éng c¬ quay thuËn: Ta lËp b¶ng tr¹ng th¸i sau: A1  A2 T1 T2 T3 T4 §éng c¬  1 0 1 1 0 0 Quay thuËn 0 1 0 1 0 1 h·m Tõ b¶ng tr¹ng th¸i trªn ta dïng mét bé NAND hä CMOS cã nguån cung cÊp Ucc = 315 V. ë ®©y ta chän nguån cung cÊp Ucc = 12V. M¹ch logic ph©n xung thø nhÊt ®iÒu khiÓn ®éng c¬ quay thuËn T4 T1 T2 T3 R10 R7 R9 R8 R5 R6 Uss1 Uss2 D1 D2 b) §éng c¬ quay ng­îc: Ta lËp b¶ng tr¹ng th¸i sau: A1  A2 T1 T2 T3 T4 §éng c¬  1 0 0 1 0 1 quay ng­îc 0 1 0 0 1 1 h·m M¹ch logic ph©n xung thø 2 dïng ®¶o chiÒu ®éng c¬ T4 T1 T2 T3 R10 R14 R13 R12 R7 R8 Uss1 Uss2 D3 D4 cã mét l­u ý r»ng v× c¸c OA dïng nguån nu«i hai cùc tÝnh nªn sÏ xuÊt hiÖn c¸c xung ©m. V× vËy ta ph¶i chÆn c¸c xung ©m tõ ®Çu ra bé so s¸nh vµ bé ®¶o dÊu b»ng mét §iot. 5) Kh©u t¹o trÔ. §Ó ®¶m b¶o ch¾c ch¾n r»ng hai van th¼ng hµng kh«ng cïng dÉn, ta sÏ thªm vµo tr­íc cÆp van T1,T2 mét kh©u t¹o trÔ. S¬ ®å: C¸c cæng logic ch¹y hä CMOS víi nguån cung cÊp lµ 12V Riªng cæng NAND ph¶i chän hä cã ng­ìng Trigger Smith . ë ®©y ta chän lo¹i CD4093. Nguyªn lý lµm viÖc: Thêi gian trÔ ®­îc x©y dùng bëi ttrÔ = 0,693.R11.C11. §Ó m¹ch lµm viÖc an toµn th× ta ph¶i cã ttrÔ>toff cña van. Dùa vµo Datasheet cña lo¹i IGBT ®· chän ta sÏ x¸c ®Þnh R11, C11. 5)Kh©u c¸ch ly. §Ó ®¶m b¶o cach ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ta sÏ sö dông kh©u c¸ch ly quang. ¦u ®iÓm næi bËt cña kh©u c¸ch ly quang lµ: §¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn (®é c¸ch ®iÖn ®Õn vµi KV) vµ truyÒn ®­îc xung cã ®é réng tuú ý. Tuy nhiªn do dßng ®iÖn t¶i mµ nã chiô ®­îc chØ vµi chôc miliampe nªn kh«ng thÓ g¸nh trùc tiÕp më van lùc, v× vËy vÞ trÝ cña nã trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ë tr­íc tÇng khuÕch ®¹i cuèi. S¬ ®å: 6) Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ãng më van. V× IGBT lµ phÇn tö ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn ¸p, gièng nh­ MOSFET nªn yªu cÇu ®iÖn ¸p cã mÆt liªn tôc trªn cùc ®iÒu khiÓn ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é kho¸, më. S¬ ®å ®ãng më m¹ch ®iÒu khiÓn cho IGBT : TÝn hiÖu më cã biªn ®é UGE , tÝn hiÖu kho¸ cã biªn ®é - UGE cung cÊp cho m¹ch G-E th«ng qua ®iÖn trë RG ,RP .m¹ch G-E ®­îc b¶o vÖ b»ng §iot æn ¸p ë møc kho¶ng [-18 V , +18 V] . Do cã tô kÝ sinh gi÷a G vµ E nªn kÜ thuËt ®iÒu khiÓn MOSFET cã thÓ ®­îc ¸p dông, tuy nhiªn ®iÖn ¸p kho¸ ph¶i lín h¬n. §iÖn ¸p ®ãng më UGE phô thuéc vao IGBT ®· chän. §iÖn trë RG ¶nh h­ëng ®Õn tæn hao c«ng suÊt ®iÒu khiÓn .§iÖn trë RG nhá, gi¶m thêi gian x¸c lËp tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ,gi¶m ¶nh h­ëng cña , gi¶m tæn thÊt n¨ng l­îng trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn nh­ng l¹i lµm m¹ch ®iÒu khiÓn nh¹y c¶m h¬n víi ®iÖn c¶m ký sinh trong m¹ch ®iÒu khiÓn . CS , RS lµ m¹ch trî gióp ®Ó gi¶m thêi gian ®ãng më IGBT . CS cã trÞ sè 0.1 mF RS =1033 W RP =2,2 KW RG = 3,327W ZD1 , ZD2 cã ®iÖn ¸p æn ¸p kho¶ng 18V. 7) Khèi ph¶n håi . Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng hiÖn ®¹i th× m¹ch vßng ®iÒu khiÓn lµ mét phÇn kh«ng thÓ thiÕu . C¸c m¹ch vßng nµy ®­îc nèi theo cÊp, ®éc lËp t­¬ng ®èi víi nhau. ViÖc ph©n vïng t¸c dông gi÷a æn ®Þnh tèc ®é vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn ®­îc thùc hiÖn b»ng d¹ng phi tuyÕn cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh . S¬ ®å khèi cña d¹ng truyÒn ®éng: S¬ ®å m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é vµ dßng ®iÖn S¬ ®å gåm hai vßng ®iÒu chØnh . Vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn ë trong cã bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn RI, vßng ®iÒu chØnh tèc ®é cã bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rw , bé ®iÒu chØnh nµy cã ®Æc tÝnh khuÕch ®¹i cã vïng b·o hoµ. §iÖn ¸p ®Çu ra cña Rw lµ ®iÖn ¸p ®Æt cña dßng ®iÖn phÇn øng Ui® ,gi¸ trÞ b·o hßa Ui®max chÝnh lµ gi¸ trÞ ®¹t cùc ®¹i cña dßng ®iÖn phÇn øng .Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn RI trong m¹ch vßng cã nhiÖm vô duy tr× dßng ®iÖn phÇn øng lu«n b»ng gi¸ trÞ ®Æt (Ui®),bÊt kÓ hÖ thèng ®ang lµm viÖc æn ®Þnh hay ®ang trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é .RI lµ mét bé tØ lÖ tÝch ph©n PI. Khi b¾t ®Çu qu¸ tr×nh thay ®æi tèc ®é nh­ khëi ®éng ®éng c¬,do cã sù thay ®æi ®ét ngét cña Uw® ,trong khi w ch­a khi thay ®æi kÞp do qu¸n tÝnh c¬ häc cña hÖ,nªn sai lÖch ®Çu vµo w = Uw® - Uw cã gi¸ trÞ lín .§iÓm ;µm viÖc cña Rw sÏ ë rÊt s©u trong vïng b·o hßa cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh ,tÝn hiÖu ra cña Rw sÏ lµ Ui® = Ui®max =const,m¹ch vßng tù c¾t ra khái s¬ ®å .Do ho¹t ®éng cña m¹ch vßng dßng ®iÖn mµ dßng ®iÖn ®­îc duy tr× ë gi¸ trÞ I=I®max.t­¬ng øng tÝn hiÖu vµo cña m¹ch vßng lµ Ui®max .§éng c¬ b¾t ®Çu ®­îc t¨ng tèc víi gia tèc : Sau ®ã tèc ®é ®éng c¬ t¨ng dÇn lªn nh­ng dßng ®iÖn phÇn øng vÉn ®­îc duy tr× ë gi¸ trÞ I=I®max ,chõng nµo mµ bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rw ch­a ra khái vïng b·o hßa ,tøc lµ ch­a ®­îc nèi l¹i vµo s¬ ®å . Khi ®iÓm lµm viÖc cña Rw b¾t ®Çu ra khái vïng b·o hßa vµ lät vµo vïng tuyÕn tÝnh cñ© ®Æc tÝnh ,m¹ch vßng tèc ®é b¾t ®Çu ph¸t huy t¸c dông ®iÒu chØnh cïng víi m¹ch vßng dßng ®iÖn . S¬ ®å m¹ch ®iÖn håi tiÕp dßng vµ tèc ®é : II)TÝnh to¸n chi tiÕt m¹ch ®iÒu khiÓn . Trong toµn bé s¬ ®å m¹ch ta sö dông toµn bé 6IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n .ë ®©y ta sö dông 6 IC lo¹i TL 084 do h·ng TexasInstruments chÕ t¹o, mçi IC nµy cã 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Th«ng sè cña TL084 : +§iÖn ¸p nguån nu«i : Vcc = ± 18 (V) 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) Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ ®Ó Ilv < 1 (m A). 1)Kh©u t¹o dao ®éng vµ t¹o ®iÖn ¸p Δ . Chu kú xung tam gi¸c T=4RC ë ®©y ta chän tÇn sè b¨m xung f = 400 Hz phï hîp víi yªu cÇu t¶i ®éng c¬ . Ta cã T=1/ f =1 / 400 = 2,5(ms) VËy ta cã T = 4RC =2,5.10-3 Chän R1=R2=47k ,chän C= 0,05uF R=12,5 k 2) Kh©u so s¸nh Chän ®iÖn trë h¹n chÕ dßng vµo tr­íc hai cöa cña K§TT lµ R3=R4> .Chän ®Ó h¹n chÕ Iv < 1mA R3=R4 > =11k . Chän R3=R4 =15(k) UraMAx=±12v 3) Kh©u ®¶o dÊu §©y thùc chÊt lµ mét bé céng ®¶o víi R6 =R7 Khi ®ã Uss1= -Uss2 Chän R6 =R7 =10 k 4) Kh©u logic ph©n xung. Nh­ ®· ph©n tÝch ë trªn th× c¸c xung tõ OA vµo c¸c cæng NAND CD4093 ph¶i ®­îc chÆt hÕt xung ©m. Ta sÏ dïng c¸c Diode ®Ó chÆn hÕt xung ©m tõ c¸c OA. Chän 2 Diode lo¹i D10D1 Chän 2 ®iÖn trë R5 =R8=10k Víi cæng NAND ta chän 1 IC logic NAND CD4093 cã ng­ìng h¹n chÕ Smith. 5)Kh©u t¹o trÔ : Ta cã thêi gian trÔ Ttr = 0,693 R1.1C1.1=0,693.R12C1.2=0,693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 V× thêi gian khãa cña IGBT rÊt nhá (200ns) nªn ë ®©y ta chØ cÇn chän Ttr = 7us = 0,693 R1.1C1.1=0,693.R12C12 =0,693.R1.3C1.3=0,693.R1.4C1.4 Chän C1.1=C1.2 =C1.3=C1.4=0,01uF => R1.1 = R1.2= R1.3= R1.4==1,01k Cæng NAND ta chän lo¹i CD4093 Cæng AND ta chän lo¹i CD4081 Toµn bé m¹ch ®iÖn ph¶i dïng 4 cæng AND nªn ta chän mét IC 4081 hä CMOS. Mét IC 4081 cã 4 cæng ADN, cã c¸c th«ng sè: +Nguån nu«i IC : Vcc = 3¸15 (V), ta chän: Vcc = 12 (V). +NhiÖt ®é lµm viÖc : - 40o C ¸ 80o C +§iÖn ¸p øng víi møc logic “1”: 12 (V). +Dßng ®iÖn nhá h¬n 1mA +C«ng suÊt tiªu thô P=2,5 (mW/1 cæng). 6)Kh©u c¸ch ly §iÖn trë R9 (hay R10, R11, R12) ®­îc chän sao cho R9 = ==1000 () R9 =R10=R11=R12=1(k ) Bé bé ghÐp quang chän lo¹i 4N35 cã c¸c th«ng sè : Dßng vµo ch¹y qua Diode cùc ®¹i 60 mA ,dßng ra trªn collector Tranzito quang cùc ®¹i 150mA,®iÖn ¸p Tranzito 30V ,®iÖn ¸p c¸ch ly 3350V Chän R21 = T­¬ng tù cã R2.2=R2.3=R2.4=R2.1=1.2(k) Trong ®ã dßng ®iÖn ch¹y qua Diode quang cã trÞ sè trong kho¶ng (5-20mA),chän 10mA TÇng Darlington chän lo¹i QM50HA-H: Theo th«ng sè cña Tranzito nµy ,chØ nÇn dßng ®iÖn bazo cña Tranzito 0,65 (A) lµ ®ñ ®Ó Tranzito më th«ng hoµn toµn. Khi ®ã ®iÖn trë R3.1 lµ R3.1 =() Chän R3.1 =R3.2=R3.3=R3.4=22 .C«ng suÊt ®iÖn trë nµy PR22 =10W Tranzito ®Öm cho QM50HA-H chän lo¹i D163 cã th«ng sè Ic =6A UCE =100V C¸c ®iÖn trë R13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20 chän cã gi¶ trÞ 100() 7)Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT Ta sö dông Tranzito C828 cã =300 ë ®©y ta mong muèn Tranzito lµm viÖc nh­ mét khãa ®iÖn tö ,®ãng më theo chu kú cña xung ®­a vµo tõ kh©u c¸ch ly. - §Ó Tranzito lµm viÖc ë chÕ ®é më th«ng b·o hßa cÇn IB >IC/ Khi Tranzito më th«ng b·o hßa IC == Chän R4.1=R4.2 =50 IC =30/100 =0,3(A) => IB > =1(mA) VËy Ra =RB< = = 10k Chän Ra =3.3 k T­¬ng tù cã Ra=Rb=Rc=Rd=3.3(k) 8.) Kh©u ph¶n håi tèc ®é vµ dßng ®iÖn V× d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ lµ 20:1 Do ®ã d¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra t¶i cña ®éng c¬ sÏ t­¬ng øng lµ Umin¸Umax §Ó lam )Tr­íc hÕt xÐt víi chÕ ®é quay thuËn Khi =1 ta cã ®iÖn ¸p ®Þnh møc U®m=100(V) t­¬ng øng víi tèc ®é lín nhÊt max ( ~U). D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é lµ 20:1 nªn tèc ®é min sÏ t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p trªn phÇn øng ®éng c¬ lµ =Umin Nh­ vËy ta cã Do ®ã =0.05 Nh­ vËy øng víi chÕ ®é quay thuËn th× d¶i ®iÒu chØnh cña lµ +Ta cã t0max=T=2,5ms Nh­ vËy khi ®ã sÏ t­¬ng øng Udk=0(V); Ut=100 (V) +Ta cã Khi ®ã sÏ t­¬ng øng víi Udk = 5(V) Nh­ vËy b»ng c¸ch thay ®æi Udk trong kho¶ng 5(V) ®Õn 100(V) ta sÏ ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é ®éng c¬ d¶i ®iÒu chØnh lµ 20:1 )XÐt víi chÕ ®é quay nghÞch U<0 Khi =1 ta cã ®iÖn ¸p ®Þnh møc øng víi chÕ ®é quay ng­îc lµ U®m=-100(V) t­¬ng øng víi tèc ®é lín nhÊt max(-) V× d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é lµ 20:1 lªn tèc ®é min(-) sÏ t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p trªn phÇn øng ®éng c¬ lµ Nh­ vËy ta cã Do ®ã =0,05 Nh­ vËy øng víi chÕ ®é quay nghÞch th× d¶i ®iÒu chØnh cña lµ +Ta cã Nh­ vËy khi ®ã sÏ t­¬ng øng Udk=-100(V) +Ta cã Khi ®ã sÏ t­¬ng øng víi Udk = -5(V) Nh­ vËy b»ng c¸ch thay ®æi Udk trong kho¶ng -5(V) ®Õn -100(V) ta sÏ ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é ®éng c¬ quay ng­îc víi d¶i ®iÒu chØnh lµ 20:1 Tõ yªu cÇu cña ®iÖn ¸p U®k ta sÏ tÝnh ng­îc trë l¹i c¸c th«ng sè cña kh©u ph¶n håi tèc ®é vµ dßng ®iÖn. Do kh©u tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh cña hÖ liªn quan ®Õn c¸c m«n häc vÒ truyÒn ®éng ®iÖn vµ tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ sau nµy nªn chóng ta chØ tr×nh bµy vÒ nguyªn lý mµ kh«ng ®i vµo tÝnh to¸n cô thÓ tõng kh©u. III.ThiÕt kÕ nguån nu«i cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn I.) TÝnh to¸n c¸c tham sè cho m¹ch nguån nu«i . Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 12 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, nu«i IC , c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é còng nh­ c¸c bé lÊy ph©n ¸p. Vµ ta cÇn ®iÖn ¸p ± 15 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, c¸c nguån ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT ..... Ta dïng m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha dïng ®i«t. Chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha ,3 trô ,trªn mçi trô cã 3 cuén d©y : mét cuén s¬ cÊp vµ 2 cuén thø cÊp . Cuén thø cÊp thø nhÊt Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 12 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, nu«i IC , c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é còng nh­ c¸c bé lÊy ph©n ¸p. §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912. §iÖn ¸p ®Çu ra cña c¸c IC nµy chän 12V. §iÖn ¸p ®Çu vµo chän 20V. §iÖn ¸p thø cÊp cña c¸c cuén a1, b1, c1 lµ : U21= Chän U21=14(V) §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912.C¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy: §iÖn ¸p ®Çu vµo : UV = 7¸35 (V). §iÖn ¸p ®Çu ra : Ura= 12(V) víi IC 7812. Ura= -12(V) víi IC 7912 Dßng ®iÖn ®Çu ra :Ira = 0¸1 (A). Tô ®iÖn C1, C3 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. Chän C1= C2 =C3 =C4 = 407 (mF) ; U= 35 V ; Cuén thø cÊp thø nhÊt Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 15 (V) ®Ó cÊp cho c¸c c¸ch ly quang, c¸c nguån ®iÖn ¸p ®ãng më IGBT... §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7815 vµ 7915. §iÖn ¸p ®Çu ra cña c¸c IC nµy chän 15V. §iÖn ¸p ®Çu vµo chän 20V. §iÖn ¸p thø cÊp cña c¸c cuén a1,b1,c1 lµ : U21= Chän U21=14(V) §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p LM7815 vµ LM7915.C¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy: §iÖn ¸p ®Çu vµo : UV = 7¸35 (V). §iÖn ¸p ®Çu ra : Ura= 15(V) víi IC 7815. Ura= -15(V) víi IC 7915 Dßng ®iÖn ®Çu ra :Ira = 0¸1 (A). Tô ®iÖn C5, C7 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng dµi bËc cao. Chän C5= C6 =C7 =C8 = 407 (mF); II.) TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p nguån nu«i 1- Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho t¹o nguån nu«i, chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô, trªn mçi trô cã 3 cuén d©y, mét cuén s¬ cÊp vµ hai cuén thø cÊp. 2-§iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµm ®iÖn ¸p ®ång pha lÊy ra thø cÊp lµm nguån nu«i: U2= 14 (V). 3- Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p : I2= 1( m A) 4- C«ng suÊt nguån nu«i cÊp cho c¸ch li quang : P1=4.U2 . I2d = 4.14.1.10-3 = 0,056 (W) . 5- C«ng suÊt tiªu thô ë 5 IC TL 084 sö dông lµm khuÕch thuËt to¸n vµ 8 cæng NAND,4 cæng AND. P2 = 17. PIC = 17.0,68= 11,56(W) 6- C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i. PN = P1 +P2 PN = 0,056 +11,56 = 11,616 ( W) . 7- C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y: S= 1,05. PN = 1,05. 11,616 = 12,1968 ( VA). 8- Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2 = S/ 6.U2 = 12,1968/ (6.14) = 0,1452 (A) 9- Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : I1 = S/ (3.U2 )= 12,1968/(3. 380) = 0.011(A) 10- TiÕt diÖn trô cña m¸y biÕn ¸p ®­îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm : Qt= kQ. =1.71( 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. ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô tiªu chuÈn ta cã: Qt= 1,71 (cm2). KÝch th­íc m¹ch tõ l¸ thÐp dµy s = 0,5 (mm) Sè l­îng l¸ thÐp : 68 l¸ a=12mm C=48mm h=30mm H=42mm L=132mm c=12mm hÖ sè Ðp chÆt kc= 0,85 . 11- Chän mËt ®é tõ c¶m B =1T ë trong tô ta cã sè vßng d©y s¬ cÊp : w1 = =10010( vßng) 12- Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1= J2= 2,75 (A/mm2) TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp: S1= = 0.00389 (mm2) ®­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : d1= = 0.0704 (mm) Chän d1= 0,1 mm ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. §­êng kÝnh cã kÓ c¸ch ®iÖn: dlcd = 0,12 (mm). 13- Sè vßng d©y quÊn thø cÊp : W2=W3= W1. U2/ U1=W1. U3/ U1 ≈ 369 ( vßng) 14- TÝnh chän ®i«t cho bé chØnh l­u nguån nu«i : + Dßng ®iÖn hiÖu dông qua ®i«t : ID.HD = = 0,103 (A) + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ ®i«t ph¶i chÞu : UNmax= . U2 = .14=34.29 (v) + Chän ®i«t cã dßng ®Þnh møc: Idm³ Ki . IDMD =10.0,15=1,5 (A) Chän ®i«t cã ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : Un= ku. UNmax=2,5.34,29=85,725 (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). IV.ThiÕt kÕ bé nguån chØnh l­u mét chiÒu cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp . Th«ng sè ®éng c¬ : +§iÖn ¸p ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ U®m=100 (V) +Dßng ®iÖn ®Þnh møc phÇn øng ®éng c¬ I®m=35(A) 1.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh l­u . +)Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu d©y D/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn . M¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá ,chØ cì chôc KVA trë l¹i ,sôt ¸p trªn ®iÖn trë lín kho¶ng 4% ,sôt ¸p trªn cuén kh¸ng Ýt h¬n kho¶ng 2% .§iÖn ¸p sôt trªn 2 §i«t kho¶ng 2V +)TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n : 1-TÝnh c«ng suÊt biÓu kiÕn cña M¸y biÕn ¸p : S = Ks . Pd 2-§iÖn ¸p pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : Up =380 (V) 3-§iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i : Udo =Ud +2. DUv +DUdn + DUba Trong ®ã : 2.DUv =2 (V) lµ sôt ¸p trªn 2 §i«t m¾c nèi tiÕp DUdn 0 lµ sôt ¸p trªn d©y nèi DUba = DUr + DUx lµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . Chän s¬ bé : DUba =6% .Ud =6% .100 = 6 (V) Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i ta cã : Ud0 ==100+2+0+6=108(V) §iÖn ¸p pha thø cÊp pha m¸y biÕn ¸p : U2= ==43,2 (V) 4-Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p : I2 === 28,6 (A) 5-Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : I1 = KbaI2 = .I2 = . 28,6 = 3,25 (A) *)TÝnh s¬ bé m¹ch tõ (X¸c ®Þnh kÝch th­íc b¶n m¹ch tõ) 6-TiÕt diÖn s¬ bé trô . QFe =kQ . Trong ®ã : kQ lµ hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t, lÊy kQ = 6. m lµ sè trô cña m¸y biÕn ¸p f lµ tÇn sè xoay chiÒu, ë ®©y f = 50 (Hz) Ta cã c«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p lµ : S2= 3.U2.I2=3.43,2.28,6=2471,04(VA) S1=3.U1.I1=3.380.3,25=3705(VA) Thay sè ta ®­îc : QFe=6 . =4,5273(cm2) 7-§­ßng kÝnh trô : d = = = 2,4 (cm) ChuÈn ®o¸n ®­êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 2,5(cm) 8-Chän lo¹i thÐp $330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô Bt =1 (T) 9-Chän tû sè m= = 4,3 , suy ra h = 4,3 . d = 4,3.2,5 = 10,75 (cm) Ta chän chiÒu cao trô lµ 12( cm) *)TÝnh to¸n d©y quÊn . 10- Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . W1== = 3773 (vßng) LÊy W1= 3773 vßng 11- Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p : W2 = .W1=.3773 = 429(vßng) LÊy W2= 429( vßng) 12- Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p . Víi d©y dÉn b»ng ®ång ,m¸y biÕn ¸p kh« ,chän J1= J2= 2 (A/mm2) 13- TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . S1 = = = 1,625(mm2) Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S1 = 6.8(mm2) KÝch th­íc d©y dÉn phÇn c¸ch ®iÖn S1c® = a1.b1= 1,1.2.5 =2.75(mm x mm) 14- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén s¬ cÊp . J1= = = 1.968 (A/mm2)< 2(A/mm2); tho¶ m·n gi¸ trÞ ®· chän. 15- TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p . S2 = = = 14,3 (mm2) Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt ,c¸ch ®iÖn cÊp B . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S2= 14.5 (mm2) KÝch th­íc d©y dÉn phÇn c¸ch ®iÖn : S2c® = a2.b2 = 3,64.1,5=5.46 (mm x mm) 16- TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp . J2= = =1.97(A/mm2)<2(A/mm2); tho· m·n gi¸ trÞ ®· chän. *)KÕt cÊu d©y dÉn s¬ cÊp : Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc 18- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp . W11= . kc=.0,95 = 44 (vßng) Trong ®ã : kc= 0,95 lµ hÖ sè Ðp chÆt . h lµ chiÒu cao trô . hg lµ kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp . Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn g«ng lµ 1,5 cm . 19- TÝnh s¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp : n11= = = 86 (líp) 20- Chän sè líp n11= 315 líp. Nh­ vËy cã 314líp_ mçi líp 44 vßng 21- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp : h1= = = 11,58 (cm) 22- Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy : S01= 0,1 cm. 23- Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp a01= 1,0 cm . 24- §­êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn . Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =2,5 + 2.1 - 2.0,1 = 4,3 (cm) 25- §­êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp . Dt1= Dt + 2.S01=4,3 + 2.0,1= 4,5 (cm) 26- Chän bÒ dÇy gi÷a hai líp d©y ë cuén s¬ cÊp : cd11= 0,1 mm 27- BÒ dÇy c¸ch ®iÖn cuén s¬ cÊp . Bd1= (a1+cd11).n11= (1,1 + 0,1).3 =3,6 (cm) 28- §­êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp . Dn1= Dt1+2.Bd1=4,5 + 2.3,6= 11,7 (cm) 29- §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp . Dtb1= == 8,1 (cm) 30- ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp . l1 = W1.p.Dtb= p.3773.8,1.10-2 =959,625 (m) 31- Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp :cd01= 1,0 cm *) KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp . 32- Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp . h1= h2 = 11,58 (cm) 33- TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp . W12= = = 31(vßng) 34- TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp . n12= = = 14 (líp) 35- Chän sè líp d©y quÊn thø cÊp n12= 14 líp , 13 líp ®Çu31 vßng, líp cuèi cïng 26 vßng. 36- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp h2= = = 11,88 (cm) 37- §­êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp. Dt2 = Dn1+ 2.a12 = 11,7 + 2.1,1 =14 (cm) 38- Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp : cd22= 0,1 (mm) 39- BÒ dÇy cuén s¬ cÊp . Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,364 + 0,01).2= 0,748 (cm) 40- §­êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 14 + 2.0,748 =15,496 (cm) 41- §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp . Dtb2= = = 14,75 (cm) 42- ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp . l2 = p.W2.Dtb2 = p.429.14,75 = 198,69 (m) 43- §­êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y . D12= = =14,748 (cm) r12= = 7,347 (cm) 44- Chän kho¶ng c¸ch gi÷a hai cuén thø cÊp :a22= 2 (cm) *)TÝnh kÝch th­íc m¹ch tõ . 45- Víi ®­êng kÝnh trô d= 8 cm ,ta cã sè bËc lµ 3 trong nöa tiÕt diÖn trô . 46- Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô . Qbt= 2.(1,6.5,5+1,1.4,5+0,7.3,5) = 32,4 (cm2) 47- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô . QT= khq.Qbt = 0,95.14 =13,3 (cm2) 48- Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô . dt = 2.(1,6+1,1+0,7)= 6,8 (cm) 49- Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc . BËc 1 n1= = 64 l¸ BËc 2 n2= = 44 l¸ BËc 3 n3= = 28 l¸ *)§Ó ®¬n gi¶n trong viÖc chÕ t¹o g«ng tõ ,ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch th­íc sau . ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô : b = dt = 6,8 cm ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng tËp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô : a = 5,5 cm TiÕt diÖn g«ng Qbg= a x b = 37,4 (cm2) 50- TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng . Qg= khq.Qbg = 0,95 .37,4 ~ 36 (cm2) 51- Sè l¸ thÐp dïng trong mét g«ng . hg = = = 136 (l¸) 52- TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô . BT = = = 0,2(T) 53- MËt ®é tõ c¶m trong g«ng . Bg = BT. = 1,5 .= 0,56 (T) 54- ChiÒu réng cöa sæ . c= 12mm 55- TÝnh kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m trôc . c’ = c+d = 1,2 + 2,5 = 3,7 (cm) 56- ChiÒu réng m¹ch tõ . L= 2.c +3.d = 2.1,2 + 3.2,5 = 9,9 (cm) 57- ChiÒu cao m¹ch tõ . H = h + 2.a = 11,58 + 2.5,5 = 22,58 (cm) *) TÝnh khèi l­îng cña s¾t vµ ®ång . 58- ThÓ tÝch cña trô . VT = 3.QT.h = 3.13,3.11,58=462,04 (cm3) 59- ThÓ tÝch cña g«ng . Vg = 2.Qg.L = 2.36.9,9 = 712,8 (cm3) 60- Khèi l­îng cña trô . MT= VT . mFe = 462,04 . 15,14.10-3 = 7 (Kg) 61- Khèi l­îng cña g«ng . Mg = Vg . mFe = 712,8.15,14.10-3 = 10,79 (Kg) 62- Khèi l­îng cña s¾t . MFe= MT+Mg = 7+10,79= 18(Kg) 63- ThÓ tÝch ®ång . VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.(1,6513.10-4.9596,25+ 14,5.10-4.1986,9) = 14 (dm3) 64- Khèi l­îng cña ®ång . MCu = VCu . mCu = 14.17,16 = 240,2(Kg) *) TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p . 65- §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 0 C . R1= r.= 0,02133. = 12,4 (W) Trong ®ã r75 = 0,02133 (W) 66- §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750C . R2= r.= 0,02133. = 0,3 (W) 67- §iÖn trë cña m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . RBA = R2 + R1=0,3+ 12,4 =0,46 (W) 68- Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p . DUr = RBA.Id = 0,46 . 35 = 16,1(V) 69- §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . XBA= 8 .p2.(W2)2..w.10-7 = 8 .p2.4292..314.10-7 = 0,987 (W) 70- §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp . LBA = = = 3,14 (mH) 71- Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . DUx = XBA.Id = .0,987.35 = 33 (V) Rdt =.XBA = 0,943 (W) 72- Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p . DUBA= = =36,72 (V) 73- Tæng trë ng¾n m¹ch qui ®æi vÒ thø cÊp . ZBA = = = 1,089(W) 74- Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p . DPn = 3.RBA .I2 = 3.0,46.28,62 = 1128,78 (W) DP% = .100 = .100 = 0,01 % 75- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông . Unr= .100 = .100 = 30,45 % 76- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng . Unx = .100 = .100 =65,34 % 77- §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m . Un= == 72,08% 78- Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp . I2nm= = = 40(A) 79- HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u . h = = ~99 % 2.TÝnh chän diode : TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i ,®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt ,®iÖn ¸p lµm viÖc ,c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®­îc tÝnh nh­ sau : +)§iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ diode ph¶i chÞu : Unmax=Knv.U2 =Knv .=.100 = 104,67 (V). Trong ®ã : Knv = Ku= §iÖn ¸p ng­îc cña van cÇn chän : Unv = KdtU . Un max =2,5 . 104,67 = 261,675(v) Trong ®ã : KdtU - hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ,chän KdtU =2,5 . +) Dßng lµm viÖc cña van ®­îc tÝnh theo dßng hiÖu dông : Ilv = Ihd = Khd .Id = ==20,21 (A) (Do trong s¬ ®å cÇu 3 pha ,hÖ sè dßng hiÖu dông :Khd =) . Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch to¶ nhiÖt ; Kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ ,víi ®iÒu kiÖn ®ã dßng ®Þnh møc cña van cÇn chän : I®m =Ki . Ilv =3,2 .20,21 = 64,672 (A) (Ki lµ hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn vµ chän Ki =3,2) tõ c¸c th«ng sè Unv ,I®mv ta chän 6 Diode lo¹i 1N 1195 do nhµ s¶n xuÊt IR s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau : §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van : Un = 300 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =25 (A) Dßng ®iÖn thö cùc ®¹i : Ith =30 (A) Dßng ®iÖn rß : Ir =10 (mA) Sôt ¸p lín nhÊt cña Diode ë tr¹ng th¸i dÉn lµ : DU = 1,4 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=150 oC Tên linh kiện Loại phần tử Các thông số T1àT4 BUP 307 VCES 310V – IC MAX 35A DS1,DS2,DS3,DS4 DIODE S30430 UN 300V – ITB 20A R1 Điện trở 47kΩ R2 47kΩ R3 15kΩ R4 15kΩ R5 10kΩ R6 10kΩ R7 10kΩ R8 10kΩ R1.1 100Ω R1.2 100Ω R1.3 100Ω R1.4 100Ω R9,R10,R11,R12 1kΩ R2.1,R2.2,R2.3,R2.4 1.2kΩ R3.1,R3.2,R3.3,R3.4 23Ω R13,R14,R15,R16 100Ω R17,R18,R19,R20 100Ω Ra,Rb,Rc,Rd 3.3kΩ R4.1,R4.2,R4.3,R4.4 50Ω R4.5,R4.6,R4.7,R4.8 50Ω RG1,RG2,RG3,RG4 23Ω RP1,RP2,RP3,RP4 2.2kΩ RS1,RS2,RS3,RS4 23Ω Rvar1 100kΩ Rvar2,Rvar3,Rvar4 10kΩ C 0.01F C1.1,C1.2,C1.3,C1.4 0.1F CS1,CS2,CS3,CS4 0.1F 7IC TL084 2 NAND CD4093 1 AND CD4081 D1,D2,D3,D4 D10D1 ZD1,ZD2 18V Q1Q8 C828 Q11,Q12,Q13,Q14 D163 Q21,Q22,Q23,Q24 QM50HA-H C¸ch ly quang 4N35 Ch­¬ng III M« pháng hÖ thèng trªn m¸y tÝnh Sö dông phÇn mÒm Microsim Eval 7.1 m« pháng kÕt qu¶ cña m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc cña hÖ thèng. I. M« pháng kÕt qu¶ m¹ch thiÕt kÕ A. §iÖn ¸p ra sau kh©u ph¸t xung h×nh ch÷ nhËt. Chu kú: T = 2,5 ms B. §iÖn ¸p r¨ng c­a. C. §iÖn ¸p xung ch÷ nhËt vµ xung r¨ng c­a. D. ®iÖn ¸p so s¸nh Uss1 E. ®iÖn ¸p so s¸nh Uss2 NhËn xÐt: kÕt qu¶ m« pháng cña m¹ch thiÕt kÕ t­¬ng ®èi gièng víi kÕt qu¶ tÝnh to¸n. KÕt luËn Sau 12 tuÇn lµm ®å ¸n víi ®Ò tµi: “ThiÕt kÕ m¹ch b¨m xung mét chiÒu cã ®¶o chiÒu quay ®Ó ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp theo nguyªn t¾c kh«ng ®èi xøng”. Víi sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o Ph¹m Quèc H¶i; em ®· hoµn thµnh ®å ¸n. Song víi kiÕn thøc còng nh­ kinh nghiÖm cßn h¹n chÕ; ®å ¸n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. KÝnh mong c¸c thÇy c« chØ b¶o ®Ó em ®­îc n©ng cao vèn kiÕn thøc h¹n hÑp cña m×nh. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« trong bé m«n Tù §éng Ho¸, ThÇy Ph¹m Quèc H¶i ®· gióp em hoµn thµnh ®å ¸n. TµI liÖu tham kh¶o TL1 –§iÖn tö c«ng suÊt –Vâ Minh chÝnh;Ph¹m Quèc H¶i; TrÇn Träng Minh TL2 – §iÖn tö c«ng suÊt –Lª V¨n Doanh;NguyÔn ThÕ C«ng;TrÇn V¨n ThÞnh. TL3 –H­íng dÉn thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt– Ph¹m Quèc H¶i. TL4 –TruyÒn ®éng §iÖn- NgyÔn V¨n LiÔn, NguyÔn ThÞ Thu HiÒn TL4- §iÖn tö c¨n b¶n- §ç Thanh H¶i Môc lôc §Ò bµi 1 Lêi nãi ®Çu 2 Ch­¬ng I Giíi thiÖu vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu I.1 §Æt vÊn ®Ò I.2Tæng quan vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. I.2.1 Giíi thiÖu mét sè lo¹i ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu I.2.2 Phân loại §éng c¬ ®iÖn một chiều I.3 C¸c ®Æc tÝnh ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ®éc lËp. I.3.1 Ph­¬ng tr×nh dÆc tÝnh c¬ I.3.2 §Æc tÝnh c¬ I.3.3 C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ®éc lËp I.4 §¶o chiÒu ®éng c¬ I.5 Mét sè yªu cÇu kü thuËt kh¸c I.6 C¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c 4 Ch­¬ng II ThiÕt kÕ m¹ch b¨m xung mét chiÒu cã ®¶o chiÒu II.1 Giới thiệu về băm xung một chiều (BXDC) II.1.1 Ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®é réng xung II.1.2 Ph­¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè xung II.1.3 Nhận xÐt II.2 S¬ ®å nguyªn lý vµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn BXDC II.3 ThiÕt kÕ m¹ch Lùc II.3.1 ThiÕt kÕ II.3.2 TÝnh to¸n chän van, m¸y biÕn ¸p, bé läc II.4 M¹ch ®iÒu khiÓn II.4.1) chän c¸c kh©u cña m¹ch ®iÒu khiÓn II.4.2) TÝnh to¸n chi tiÕt c¸c kh©u cña m¹ch ®iÒu khiÓn II.4.3) Toµn bé mach ®iÒu khiÓn 16 Ch­¬ng III M« pháng trªn m¸y tÝnh 39