Đồ án Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ đoc lập có đảo chiều theo nguyên tăc điều khiển riêng.Mạch đảm bảo tốc độ trơn và có khâu bảo vệ chống mất kích từ

` ®å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt ®Ò tµi: ThiÕt kÕ nguån cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®oc lËp cã ®¶o chiÒu theo nguyªn t¨c ®iÒu khiÓn riªng.M¹ch ®¶m b¶o tèc ®é tr¬n vµ cã kh©u b¶o vÖ chèng mÊt kÝch tõ Víi sè liÖu Udm=80 V I ®m=20 A U kÝch tõ = 50V I kÝch tõ = 2 A Ph¹m vi ®iªu chØnh 30:1 NHI£M Vô : T×m hiÓu vÒ c«ng nghÖ vµ yªu cÇu kü thuËt cña thiÕt bÞ cÇn thiÕt kÕ. §Ò xuÊt c¸c ph­¬ng ¸n tæng thÓ,ph©n tÝch ­u,nh­îc ®iÓm cña tõng ph­¬ng ¸n ®Ó ®i ®Õn lùa chon mét ph­¬ng ¸n phï hîp tho¶ m·n c¸c yªu cÇu kü thuËt. X©y dùng chi tiÕt toµn bé s¬ ®ß nguyªn lý m¹ch thiÕt kÕ (c¶ m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn),sau ®ã thuyÕt minh sù ho¹t ®éng cña s¬ ®å nµy víi ®å thÞ minh ho¹. TÝnh to¸n m¹ch lùc. TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn. LËp b¶ng trÞ sè toµn bé c¸c phÇn tö vµ linh kiÖn tÝnh to¸n ®­îc trong phÇn 4 vµ 5. KiÓm chøng b»ng ch¹y m« pháng trªn m¸y tÝnh PC. KÕt luËn. Tµi liÖu tham kh¶o. CH¦¥NG I T×m hiÓu vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp I. 1) Giíi thiÖu chung vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Ngµy nay,®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vÉn ®­îc coi lµ mét lo¹i m¸y ®iÖn quan träng mÆc dï m¸y ®iÖn xoay chiÒu r¸t th«ng dông do ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vÉn cã nh÷ng ­u ®iÓm nh­ kh¶ n¨ng ®iÒu chinh tèc ®é r¸t tèt.Nã ®­îc dïngtrong nh÷ng ngµnh ®ßi hái yªu cÇu cao vÒ mÆt ®iÒu chinh tèc ®é nh­ m¸y c¸n thÐp,bµo hÇm má,giao th«ng vËn t¶i. MÆt dï cã mét sè nh­îc ®iÓm so vãi m¸y ®iÖn xoay chiÒu nh­ gi¸ thµnh cao,b¶o qu¶n cæ gãp phøc t¹p (dÔ sinh tia löa ®iÖn) nh­ng do nh÷ng ­u ®iÓm cña nã mµ nã vÉn cã tÇm quan träng nh¸t ®Þnh trong nÒn s¶n xuÊt. 2) CÊu t¹o §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã hai phÇn chÝnh PhÇn tÜnh vµ phÇn ®éng 2.1)PhÇn tÜnh (stato). PhÇn Stato lµ bé phËn ®øng yªn cña m¸y nã bao gåm côc tõ chÝnh,c­c tõ phô (lµ bé phËn sinh ra tõ tr­êng hay nã lµ phÇn c¶m). a)Cùc tõ chÝnh Lµ bé phËn sinh ra tõ tr­êng,gåm cã lâi s¾t cùc tõ vµ d©y qu¸n kÝch tõ lång ngoµi lâi s¾t cùc tõ.Lâi thÐp cùc tõ lµm b»ng lâi thÐp kü thuËt ®iÖn máng ,c¸c cuén kÝch tõ ®­îc quÊn b»ng d©y ®ång boc c¸ch ®iÖn vµ tÈm s¬n c¸ch ®iÖn tr­íc khi ®Æt lªn cùc tõ c¸c cuén kÝch tõ nµy ®­îc nèi tiÕp víi nhau. b) Cùc tõ phô. Cùc tõ phô ®­îc ®Æt gi÷a c¸c cùc tõ chÝnh vµ dïng ®Ó c¶I thiÖn ®æi chiÒu.Lâi thÐp th­êng lµm b»ng thÐp khèi vµ trªn th©n cùc tõ phô cã ®Æt day quÊn mµ cÊu t¹o gièng nh­ d©y quÊn cùc tõ chÝnh c)G«ng tõ G«ng tõ dïng ®Ó lµm m¹ch tõ nèi liÒn c¸c cùc tõ ®ång thêi lµm vá m¸y. d) N¾p m¸y B¶o vÖ m¸y khái bÞ nh÷ng vËt bªn ngoµi r¬I vµo lµm h­ háng d©y quÊn vµ an toµn cho ng­êi vËn hµnh.Trong ®éng c¬ ®iÖn nã ®­îc lµm gi¸ ®ì æ bi +C¬ cÊu chæi than : §Ó ®­a dßng ®iÖn tõ phµn quay ra ngoµi.C¬ cÊu chæi than gåm cã mét chæi than ®Æt trong hép chæi than ®­îc cè ®Þnh trªn gi¸ chæi than vµ c¸ch ®iÖn víi gi¸,gi¸ chæi than cã thÓ quay ®­îc ®Ó ®iÒu chØnh vÞ trÝ chæi than cho ®óng chç. PhÇn quay hay Roto (phÇn øng) Bao gåm nh÷ng bé phËn chÝnh sau : a)Lâi s¾t phÇn øng Dïng ®Ó dÉn tõ. Th­êng dïng nh÷ng tÊm thÐp kü thuËtdµy 0,5mm phñ c¸ch ®iÖn máng ë hai mÆt råi Ðp chÆt l¹i ®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn. Trªn l¸ thÐp cã dËp h×nh d¹ng r·nh ®Ó sau khi Ðp l¹i th× dÆt d©y quÊn vµo. Trong nh÷ng ®éng c¬ trung b×nh trë lªn ng­êi ta cßn dËp nh÷ng lç th«ng giã ®Ó khi Ðp l¹ thµnh lâi s¾t cã thÓ t¹o ®­îc nh÷ng lç th«ng giã däc trôc. Trong nh÷ng ®éng c¬ ®iÖn lín h¬n th× lâi s¾t th­êng chia thµnh nh÷ng ®o¹n nhá, gi÷a nh÷ng ®o¹n Êy cã ®Ó mét khe hë gäi lµ khe hë th«ng giã. Khi m¸y lµm viÖc giã thæi qua c¸c khe hë lµm nguéi d©y quÊn vµ lâi s¾t. Trong ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nhá, lâi s¾t phÇn øng ®­îc Ðp trùc tiÕp vµo trôc. Trong ®éng c¬ ®iÖn lín, gi÷a trôc vµ lâi s¾t cã ®Æt gi¸ r«to. Dïng gi¸ r«to cã thÓ tiÕt kiÖm thÐp kü thuËt ®iÖn vµ gi¶m nhÑ träng l­îng r«to. b) D©y quÊn phÇn øng. D©y quÊn phÇn øng lµ phÇn ph¸t sinh ra suÊt ®iÖn ®éng vµ cã dßng ®iÖn ch¹y qua. D©y quÊn phÇn øng th­êng lµm b»ng d©y ®ång cã bäc c¸ch ®iÖn. Trong m¸y ®iÖn nhá cã c«ng suÊt d­íi vµi kw th­êng dïng d©y cã tiÕt diÖn trßn. Trong m¸y ®iÖn võa vµ lín th­êng dïng d©y tiÕt diÖn ch÷ nhËt. D©y quÊn ®­îc c¸ch ®iÖn cÈn thËn víi r·nh cña lâi thÐp. c) Cæ gãp : Dïng ®Ó ®æi chiÒu dßng ®iÑn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu. Cæ gãp gåm nhiÒu phiÕn ®ång cã ®­îc m¹ c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng líp mica dµy tõ 0,4 ®Õn 1,2mm vµ hîp thµnh mét h×nh trôc trßn. Hai ®Çu trôc trßn dïng hai h×nh èp h×nh ch÷ V Ðp chÆt l¹i. Gi÷a vµnh èp vµ trô trßn còng c¸ch ®iÖn b»ng mica. §u«i vµnh gãp cã cao lªn mét Ýt ®Ó hµn c¸c ®Çu d©y cña c¸c phÇn tö d©y quÊn vµ c¸c phiÕn gãp ®­îc dÔ dµng. d) C¸c bé phËn kh¸c. - C¸nh qu¹t : dïng ®Ó qu¹t giã lµm nguéi m¸y. M¸y ®iÖn mét chiÒu th­êng chÕ t¹o theo kiÓu b¶o vÖ. ë hai ®Çu n¾p m¸y cã lç th«ng giã. C¸nh qu¹t l¾p trªn trôc m¸y , khi ®éng c¬ quay c¸nh qu¹t hót giã tõ ngoµi vµo ®éng c¬. Giã ®i qua vµnh gãp, cùc tõ lâi s¾t vµ d©y quÊn råi qua qu¹t giã ra ngoµi lµm nguéi m¸y. - Trôc m¸y : trªn ®ã ®Æt lâi s¾t phÇn øng, cæ gãp, c¸nh qu¹t vµ æ bi. Trôc m¸y th­êng lµm b»ng thÐp cacbon tèt. 3) Ph©n lo¹i m¸y ®iÖn §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ph©n lo¹i theo c¸ch kÝch thÝch tõ thµnh ®éng c¬ ®iÖn kÝch hÝch ®éc lËp, ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch song song ,kÝch thÝch nèi tiÕp,kÝch thÝch hçn hîp Trªn thùc tÕ ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp vµ kÝch thÝch song song lµ gièng nhau nªn khi cÇn c«ng suÊt lín ng­êi ta th­êng dïng ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp ®Ó cã thÓ ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch thÝch ®­îc thuËn tiÖn do ®ã mµ ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ dµng vµ kinh tÕ h¬n mÆc dï nã ®ßi hái cã dßng bªn ngoµi. Trong ®å ¸n nµy ta xÐt ®Õn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp Khi mµ nguån mét chiÒu cã c«ng suÊt kh«ng qu¸ lín th× m¹ch phÇn øng vµ m¹ch tõ m¾c vµo hai nguån mét chiÒu ®éc lËp nhau nªn gäi lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp 4) Nguyªn lý lµm viÖc ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Khi cho ®iÖn ¸p U vµo hai chæi than A,B trong d©y quÊn phÇn øng sinh ra dßng ®iÖn I­ .C¸c thanh dÉn ab,cd cã dßng ®iÖn n»m trong tõ tr­êng sÏ chÞu t¸c dông cña lùc F®t t¸c dông lµm cho Roto quay ,khi phÇn øng quay nöa vßng th× vÞ trÝ c¸c thanh dÉn ab,cd ®æi chç cho nhau do ®ã c¸c phiÕn gãp ®æi chiÒu dßng ®iÖn gi÷ cho chiÒu t¸c dông kh«ng ®æi ®¶m b¶o ®éng c¬ cã chiÒu quay kh«ng ®æi,khi ®éng c¬ quay c¸c thanh dÉn c¾t tõ tr­êng sÏ c¶m øng søc ®iÖn ®éng E­ ,chiÒu quay x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i Ph­¬ng tr×nh phÇn øng U­ =E­ +R­.I­ II.) §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ vµ ®¶o chiÒu E I Rf U­ Ikt Rkt U­ CKT Ukt 1) Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ U­ = E­ +(R­ +Rf)I­ U­ :®iÖn ¸p phÇn øng E­ :suÊt ®iÖn ®éng phÇn øng R­ ,Rf :®iÖn trë phÇn øng,®iÖn trë phô trong m¹ch phÇn øng I­ :dßng ®iÖn m¹ch phÇn øng R­ =r­ +rct +rb +rtc r­ :®iÖn trë cuén d©y phÇn øng rct :®iÖn trá cùc tõ phô rb :®iÖn trë cuén bï rtx :®iÖn trë tiÕp xóc chæi ®iÖn E­ = P : sè cùc tõ chÝnh N :sè ®«I m¹ch nh¸nh song song cña cuén d©y phÇn øng : tõ th«ng kÝch tõ d­íi mét cùc tõ Wb : tèc ®é gãc (Rad/s) E­ = Ke . M«men ®iÖn tõ M®t =K..I­ Suy ra I­ = NÕu bá qua tæn thÊt coi m«men ®iÖn tõ b»ng m«men c¬ ®Çu trôc M®t =Mc¬ =M (1) M«men phô thuéc vµo tõ th«ng vµ dßng phÇn øng Tõ ph­¬ng tr×nh (1) suy ra : ®Ó thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ ta cã thÓ dïng ph­¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng U­ ,tõ th«ng tøc lµ thay ®æi dßng kÝch tõ Ikt vµ thay ®æi ®iÖn trë phÇn øng R­ ,Rf M =K..I­ .do ®ã muèn ®¶o chiÒu ®éng c¬ tøc lµ ®¶o chiÒu m«men M ta cã thÓ dïng ph­¬ng ph¸p ®¶o chiÒu tõ th«ng (tøc lµ ®¶o chiÒu dßng kÝch tõ Ikt ) hoÆc lµ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng I­ 2) C¸c ph­¬ng ph¸p thay ®æi tèc ®é a) Ph­¬ng ph¸p thay ®æi tõ th«ng ,thay ®æi dßng kÝch tõ Ikt .Víi mét phô t¶i Mc nhÊt ®Þnh .Khi gi¶m tèc ®é ®éng c¬ t¨ng lªn n M(Iu) Iu nodm Khi kÝch thÝch dßng kh¸c nhau ®Æc tÝnh c¬ nhËn ®­îc kh¸c nhau vµ ®é dèc kh¸c nhau.Giao ®iÓm m«men c¶n M­ =f(I­) víi c¸c ®­êng trªn cho biÕt tèc ®é x¸c lËp øng víi th«ng sè kh¸c nhau cña tõ th«ng . b) Thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng -§Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®«ng c¬ ®iÖn mét chiÒu cÇn cã thiÕt bÞ nguån nh­ m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp , c¸c bé chØnh l­u ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ nµy cã chøc n¨ng biÕn ®æi l­îng xoay chiÒu thµnh mét chiÒu cã suÊt ®iÖn ®éng Eb ®iÒu chØnh ®­îc lµ nhê tÝn hiÖu U®k BB§ LK -Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng nh­ sau: v× tõ th«ng cña ®éng c¬ ®­îc gi÷ kh«ng ®æi nªn ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ còng kh«ng thay ®æi cßn tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng tuú thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p U®k cña hÖ thèng do ®ã cã thÓ nãi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy lµ triÖt ®Ó §Ó x¸c ®Þnh d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é ta thÊy r»ng tèc ®é lín nhÊt cña hÖ thèng bÞ chÆn bëi ®Æc tÝnh c¬ b¶n lµ ®Æc tÝnh øng víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc vµ tõ th«ng còng gi÷ ë gi¸ trÞ ®Þnh møc. Tèc ®é nhá nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh bÞ giíi h¹n bëi yªu cÇu vÒ sai sè tèc ®é vµ m«men khëi ®éng , khi m«men t¶i lµ ®Þnh møc th× gi¸ trÞ lín nhÊt va nhá nhÊt cña tèc ®é lµ: §Ó tho¶ m·n kh¶ n¨ng qu¸ t¶i th× ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh ph¶i cã m«men ng¾n m¹ch lµ: Mnmmin = Mcmax = KM.M®m Trong ®ã : KM: hÖ sè qu¸ t¶i vÒ m«men, do hä ®Æc tÝnh c¬ lµ nh÷ng ®­êng th¼ng song song víi nhau nªn theo ®Þnh nghÜa vÒ ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ta cã thÓ viÕt: * Ph¹m vi ®iÒu chØnh phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo b wmin w0min wmax womax M®m Mnmmin w®k1 w®k2 3) VÊn ®Ò ®¶o chiÒu ChiÒu quay ®éng c¬ phô thuéc vµo chiÒu quay m«men cã thÓ dïng hai ph­¬ng ph¸p .HoÆc thay ®æi chiÒu dßng phÇn øng I­ hoÆc ®æi chiÒu tõ th«ng (®æi chiÒu dßng kÝch tõ Ikt). + NÕu dïng ph­¬ng ph¸p ®¶o chiÒu dßng kÝch tõ .Khi m¸y ®ang quay th× do hÖ sè ®iÖn c¶m cña cuén d©y kÝch thÝch lín (do cã nhiÒu vßng d©y) nªn khi thay ®æi dßng kÝch thÝch Ikt th× xuÊt hiÖn su¸t ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt cao g©y ra ®iÖn ¸p lµm ®¸nh thñng c¸ch ®iÖn d©y quÊn kÝch thÝch . Do ®ã ®Ó ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ ta chon ph­¬ng ph¸p ®¶o chiÒu dßng phÇn øng I­ Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ta chon ph­¬ng ph¸p thay ®æi tèc ®é lµ thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng U­ (tøc lµ ®iÒu khiÓn U­ ) vµ ®¶o chiÒu quay b»ng ®¶o chiÒu dßng phÇn øng I­ 4) Mét sè yªu cÇu kü thuËt kh¸c a) §é tr¬n Trong ®ã lµ tèc ®é æn ®Þnh cña ®éng c¬ ®¹t ®­îc ë cÊp i ,i+1 tøc lµ hÖ truyÒn ®éng cã thÓ æn ®Þnh ë mäi vÞ trÝ trong toµn d¶I ®iÒu chØnh b) D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é Lµ ph¹m vi ®iÒu chØnh – lµ tØ sè gi¸ trÞ lín nhÊt vµ gi¸ trÞ nhá nhÊt cña tèc ®é lµm viÖc øng víi m«men t¶I ®· cho bÞ h¹n chÕ bëi ®é bÒn ®éng c¬ vµ ®é bÒn cña vµnh gãp bÞ chÆn bëi yªu cÇu vÒ m«men khëi ®éng ,kh¶ n¨ng qu¸ t¶i vµ sai sè tèc ®é lµm viÖc cho phÐp. c) Chèng mÊt kÝch tõ Khi më m¸y ph¶I ®¶m b¶o chèng mÊt kÝch tõ mµ nguyªn nh©n lµ do ng¾n m¹ch kÝch thÝch V× khi ®ã E­ =0 nªn I­ = U kh«ng ®æi ,R­ rÊt nhá (®iÖn trë cuén d©y phÇn øng) nªn I­ rÊt lín lµm ch¸y d©y quÊn vµ vµnh gãp + c¸ch kh¾c phôc ®iÒu nµy lµ ph¶I cã bé phËn nhËn biÕt ®­îc mÊt kÝch tõ ( vµ do ®ã I­ =0) th× lËp tøc ng¾t nguån cÊp cho phÇn øng tøc U­ =0. Khi ®ã I­ kh«ng lín vµ tr¸nh ®­îc sù cè trªn. CH¦¥NG II M¹ch lùc I).Lùa chän ph­¬ng ¸n m¹ch lùc Tõ yªu cÇu bµi to¸n: Udm= 80V Idm = 20A Ukt = 50V Ikt = 2A C«ng suÊt ®Þnh møc cña ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu Sdm = UdmIdm = 80.20 = 1600 C«ng suÊt kÝch tõ : Sdmkt = Ukt.Ikt=50.2 = 100 W V× Sdm vµ Sdmkt nhá nªn ta chän m¹ch lùc lµ m¹ch chØnh l­u 1 pha. Ta cã c¸c ph­¬ng ¸n ®­a ra cho m¹ch lùc : _ ChØnh l­u mét nöa chu kú _ ChØnh l­u c¶ chu kú víi biÕn ¸p cã trung tÝnh _ ChØnh l­u mét pha . 1.) ChØnh l­u mét nöa chu kú . Víi s¬ ®å nµy sãng ®iÖn ¸p ra mét chiÒu bÞ gi¸n ®o¹n trong mét nöa chu kú khi ®iÖn ¸p anèt cña van b¸n dÉn ©m , do ®ã khi sö dông s¬ ®å chØnh l­u mét nöa chu kú chÊt l­îng ®iÖn ¸p t¶i xÊu . §iÖn ¸p t¶i trung b×nh lín nhÊt trªn t¶i Udo = 0,45U2 V× chÊt l­îng ®iÖn ¸p xÊu nªn hiÖu suÊt cña m¸y biÕn ¸p còng thÊp . Sba = 3,09.Ud.Id +¦u ®iÓm _ Lµ lo¹i chØnh l­u cã nguyªn lý ®¬n gi¶n Ýt van +Nh­îc ®iÓm _ChÊt l­îng ®iÖn ¸p xÊu _HiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p thÊp 2.)ChØnh l­u c¶ chu kú víi biÕn ¸p cã trung tÝnh (d¹ng dßng ,¸p trªn t¶i vµ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van T1 trong tr­êng hîp t¶i thuÇn trë vµ t¶i ®iÖn c¶m lín) XÐt víi t¶i RL , ®iÖn c¶m lín ®Ó läc dßng vµ ¸p cã chÊt l­îng tèt _BiÕn ¸p ph¶i cã hai cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau, ë mçi nöa chu kú cã mét van dÉn cho dßng ch¶y qua _Khi θ = α cho ph¸t xung më T1 , T1 dÉn do ®iÖn ¸p ®Çu anot d­¬ng vµ cã xung më .Khi θ =Π , ®iÖn ¸p trªn anot = 0 nh­ng do cã cuén c¶m L nªn vÉn cßn dßng ®iÖn Id nªn T1 ch­a kho¸ , T1 tiÕp tôc dÉn cho ®Õn khi θ = Π + α , ph¸t xung më T2 th× T1 bÞ kho¸ vµ T2 dÉn . T1 kho¸ kh«ng ph¶i dßng ®· vÒ 0 mµ lµ do T2 dÉn . T2 l¹i dÉn cho ®Õn khi θ = 2Π + α , T1 ®­îc ph¸t xung më , T1 dÉn vµ T2 bÞ kho¸ l¹i. Qu¸ tr×nh cø nh­ vËy cho ®Õn khi ®iÖn ¸p t¶i ®Ëp m¹ch cã tÇn sè b»ng 2 lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu . (D¹ng ®iÖn ¸p t¶i , dßng trªn c¸c van T1,T2 vµ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van T1 ®­îc vÏ trªn h×nh ). Víi α : lµ gãc ®iÒu khiÓn më . + §iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i Ud =U2.sinθdθ = .U2.cosα = Udo.cosα Udo = .U2 = 0,9.U2 : §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn khi t¶i lµ thuÇn trë . + §iÖn ¸p ng­îc trªn van lµ lín Unv = 2 U2 T¶i cã ®iÖn c¶m lín nªn dßng t¶i liªn tôc id = Id Mçi van dÉn th«ng mét nöa chu kú + Dßng hiÖu dông qua van (chÝnh lµ dßng hiÖu dông qua m¸y biÕn ¸p). Ihd = = = 0,71.Id + HÖ sè ®Ëp m¹ch K®m = 0,67. + C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p Sba = 1,48.UdId NhËn xÐt : + ¦u ®iÓm : _ So víi chØnh l­u mét nöa chu kú th× chØnh l­u h×nh tia cã ®iÖn ¸p víi chÊt l­îng tèt h¬n _ Dßng qua van kh«ng qu¸ lín _ §iÒu khiÓn van ®¬n gi¶n + Nh­îc ®iÓm _ ChÕ t¹o m¸y biÕn ¸p ph¶i cã 2 cuén gièng nhau mçi cuén lµm viÖc 1nöa chu kú _ ChÕ t¹o biÕn ¸p phøc t¹p _ HiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n _ §iÖn ¸p ng­îc trªn van lµ lín . 3.) ChØnh l­u cÇu mét pha XÐt víi t¶i RL , ®iÖn c¶m L ®ñ lín ®Ó läc dßng , ¸p , dßng lµ liªn tôc. _ M¹ch cã T1 , T3 chung Katot T2 , T4 chung Anot Nöa chu kú ®Çu U2 > 0 , Anot cña T1 d­¬ng , Katot cña T2 ©m . NÕu cã xung ®iÒu khiÓn më ®ång thêi T1 vµ T2 th× c¶ hai van nµy ®­îc më th«ng vµ ®Æt ®iÖn ¸p l­íi lªn t¶i Ud = U2 . §iÖn ¸p t¶i mét chiÒu b»ng ®iÖn ¸p xoay chiÒu (Ud = U2) cho ®Õn khi nµo T1 , T2 cßn dÉn .(Kho¶ng dÉn cña c¸c van phô thuéc vµo t¶i ) . Nöa chu kú sau, ®iÖn ¸p ®æi dÊu , anot cña T3 d­¬ng vµ katot T4 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn më ®ång thêi T3,T4 th× c¸c van nµy ®­îc më th«ng vµ Ud = - U2 , víi ®iÖn ¸p mét chiÒu cã cïng chiÒu víi nöa chu kú tr­íc (C¸c ®Æc tÝnh ®iÖn ¸p t¶i , dßng qua t¶i , dßng qua van vµ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh vÏ). + Gi¸ trÞ trung b×nh cña t¶i Ud = = = Udo cosα. Udo : ®iÖn ¸p trung b×nh t¶i trong chØnh l­u cÇu kh«ng ®iÒu khiÓn . + Dßng qua m¸y biÕn ¸p còng b»ng dßng qua van (khi van më) . + Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng thø cÊp biÕn ¸p I2 = = Id + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt van ph¶i chÞu Unv = U2 + Dßng lµm viÖc cña van tÝnh theo gi¸ trÞ trung b×nh IT = = = 0.71 Id + Kdm = 0,67 + C«ng suÊt biÕn ¸p Sba = 1,23Pd * NhËn xÐt : ChÊt l­îng ®iÖn ¸p cña chØnh l­u cÇu mét pha gièng nh­ chØnh l­u h×nh tia . H×nh d¹ng ®­êng cong ®iÖn ¸p , dßng t¶i , dßng qua van b¸n dÉn , hÖ sè ®Ëp m¹ch nh­ trong chØnh l­u h×nh tia . + ¦u ®iÓm : _ §iÖn ¸p ng­îc trªn van nhá h¬n mét nöa so víi chØnh l­u h×nh tia Unv= U2. _ M¸y biÕn ¸p chÕ tao ®¬n gi¶n h¬n , vµ cã hiÖu suÊt cao h¬n so víi chØnh l­u h×nh tia . + Nh­îc ®iÓm : _ Sè van nhiÒu h¬n _ §iÒu khiÓn van T1 ,T2 vµ nhãm T3 , T4 ph¶i ®ång thêi nªn khã kh¨n h¬n. * NhËn xÐt chung Tõ c¸c ph©n tÝch trªn ta lùa chän m¹ch lùc lµ m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn cÇu mét pha. II. Ph©n tÝch m¹ch lùc. 1. M¹ch lùc ta chän lµ m¹ch chØnh l­u cÇu mét pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng 4 gãc phÇn t­. T¶i ta coi lµ RLE , cuén c¶m L ®­îc thªm vµo ®Ó läc ®iÖn ¸p vµ dßng . θ = α ph¸t xung më T1 , T2 T1T2 dÉn T3 , T4 kho¸ Ud = U2 θ = Π + α ph¸t xung më T3 , T4 T1 , T2 kho¸ ; T3 , T4 dÉn (më) Ud = - U2 + §iÖn ¸p trung b×nh t¶i Ud = U2cosα + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt trªn van Unv = +Dßng liªn tôc nªn id =Id Ph­¬ng tr×nh m¹ch t¶i sin =R.id +XL . +E Ud =RId +E +Dßng hiÖu dông thø cÊp m¸y biÕn ¸p I2 = 2) Trïng dÉn Trong m¸y biÕn ¸p cã cuén d©y nªn cã ®iÖn c¶m La Gi¶ sö T1 ,T2 ®ang më cho dßng ch¶y qua iT1,iT2 =Id Khi ph¸t xung më T3,T4 V× cã La nªn dßng iT1,iT2 kh«ng gi¶m ®ét ngét vÒ 0 mµ dßng iT3,iT4 còng kh«ng t¨ng ®ét ngét tõ 0 ®Õn Id Lóc nµy c¶ 4 van cïng më th«ng cho dßng ch¶y qua ,phô t¶i bÞ ng¾n m¹ch ud =0 Nguån e2 bÞ ng¾n m¹ch sinh ra dßng ng¾n m¹ch ic Ph­¬ng tr×nh ic = ®Æt ic =ic1 +ic2 ,ic1 =ic2 =0,5.ic ic1 :lµm t¨ng dßng trong T4 vµ lµm gi¶m dßng trong T2 ic2 : lµm t¨ng dßng trong T3 vµ lµm gi¶m dßng trong T1 Khi kÕt thóc giai ®o¹n trïng dÉn tøc khi th× iT1,2 =0 Ta thÊy so víi kh«ng trïng dÉn ®Æc tÝnh ®iÖn ¸p sôt mét phÇn vµ ®ã lµ sôt ¸p g©y ra do trïng dÉn khi ®ã gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ Ud’ =Ud - Ud’ =R.Id +E 3) NghÞch l­u phô thuéc Trong ®«ng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã søc ph¶n ®iÖn ®éng ,trong ®iÒu kiÖn nµo ®ã nã cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l­u - lµ chÕ ®é biÕn ®æi n¨ng l­îng dßng mét chiÒu phÝa t¶i thµnh dßng ®iÖn xoay chiÒu cÊp trë l¹i l­íi ®iÖn .chÕ ®é lµm viÖc nh­ vËy chÝnh lµ khi ta h·m t¸i sinh ®Ó tiÕt kiÖm n¨ng l­îng . §Ó søc ®iÖn ®éng E ph¸t n¨ng l­îng trë l¹i l­íi ®iÖn th× dßng vµ ¸p ph¶i ng­îc chiÒu nhau Ud vµ Id ng­îc nhau Do dßng ®iÖn chØ ch¶y theo mét chiÒu tõ A ®Õn K cña thyristor nªn ta ®iÒu chØnh sao cho chiÒu dßng nh­ cò ®¶o chiÒu søc ®iÖn ®éng Ed ë trong chÕ ®é chØnh l­u víi gãc më lµ th× Ud =Ud0 .cos. nªn nÕu tøc lµ ®iÖn ¸p trªn t¶i thay ®æi cùc tÝnh vµ ng­îc chiÒu van Do ®ã ®Î duy tr× dßng ch¶y qua van tõ A ®Õn K cña van th× ta ph¶i ®¶o chiÒu Ed vµ ®¶m b¶o vËy ë chÕ ®é chØnh l­u ,dßng trong m¹ch ®­îc duy tr× bëi Ud –E >0 th× trong chÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc dßng ®­îc duy tr× bëi Trong chÕ ®é nghÞch l­u l­íi ®iÖn nhËn n¨ng l­îng tõ phÝa t¶i §iÒu kiÖn ho¹t ®éng chÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc - - §¶o chiÒu Ed - §¶m b¶o XÐt d¹ng ®iÖn ¸p trªn van . Trong m¹ch cã ®iÖn c¶m biÕn ¸p nªn nã cã qu¸ tr×nh trïng dÉn víi gãc trïng dÉn xÐt T1,T2 ®ang dÉn , ph¸t xung më T3 ,T4 ,UA > UK nªn cã dßng qua van vµ T1,T2 vÉn cßn dÉn tõ ®ã 4 van cïng dÉn trong kho¶ng .Sau ®ã T1 ,T2 kho¸ vµ T3,T4 më §iÖn ¸p ng­îc trªn van T1 ,T2 Unv = §iÖn ¸p ng­îc chØ xuÊt hiÖn trªn van trong khoang tõ ®Õn v× sau ®ã ®iÖn ¸p trªn T1 ,T2 l¹i lµ thuËn (UA > UK ) Nh­ vËy trong mét chu kú lµm viÖc mçi van chØ chÞu ®iÖn ¸p ng­îc trong kho¶ng tõ ®Õn tøc lµ trong kho¶ng thêi gian ,kho¶ng thêi gian nµy kh¸ nhá . NÕu (øng víi thêi gian phôc håi Thyristor) ,Thyristor sÏ tù më trë l¹i kh«ng cÇn dßng ®iÒu khiÓn (më tù nhiªn ) Khi ®ã trong m¹ch c¶ hai nguån cïng ph¸t n¨ng l­îng khi ®ã Id rÊt lín g©y sù cè sËp nghÞch l­u . Do ®ã ®Ó an toµn ph¶i cã Chän ( øng víi toff =555 th× cã thÓ kho¸ van Thyristor th«ng th­êng ) VËy gãc më ph¶i tho¶ m·n trong nghÞch l­u phô thuéc lµ CH¦¥NG III TÝnh to¸n m¹ch lùc I ) TÝNH CHäN van + ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶i chÞu Un max = knv.U2=knv. knv :hÖ sè knv = ku :hÖ sè ®iÖn ¸p (m¹ch cÇu 1 pha) ku = Ud =110 (®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i) Un max = ®iÖn ¸p ng­îc van cÇn chän Chän hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p kdtu=1,8 Unv =kdtu.Un max =1,8.172,7=310,86 Chän Unv =311 (v) +Dßng lµm viÖc cña van ®­îc tÝnh theo dßng hiÖu dông Ilv =Ihd =khd.Id = (A) Dßng ®Þnh møc van cÇn chän I®m =ki.Ilv HÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn ki .chän van lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn cã c¸nh t¶n nhiÖt vµ kh«ng cÇn dïng cÇn qu¹t ®èi l­u th«ng giã chän ki = 4 I®m =4.10,6 =42,4 (A) +Tõ hai th«ng sè Un max vµ I®m ta chän 4 van thyristor lo¹i ACR44U08LE víi c¸c th«ng sè nh­ sau - ®iÖn ¸p ng­îc van : Un =800 (V) - dßng ®Þnh møc van : I®m =44 (A) - ®Ønh xung dßng ®iÖn : Ipi k max =550( A) - dßng xung ®iÒu khiÓn : I®k max = 200(mA) - ®iÖn ¸p xung ®iÒu khiÓn : U®k max =3 (V) - dßng ®iÖn gi÷ : Ih max =25 (mA) - dßng ®iÖn dß : Ir max =10 (mA) - ®é sôt ¸p lín nhÊt : - tèc ®é thay ®æi ®iÖn ¸p : - thêi gian chuyÓn m¹ch : tcm = 6() - nhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp :Tmax =125 0C II) TÝNH to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh l­u Chän m¸y biÕn ¸p mét pha lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn 1) Do khi lµm viÖc víi m¸y biÕn ¸p ,cã sôt ¸p trªn ®­êng t¶i - sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p - sôt ¸p trªn van lùc - sôt ¸p do qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch (theo kinh nghiÖm ) C«ng suÊt biÓu kiÕn m¸y biÕn ¸p Pd =Ud .Id =143.15 =2145 (W) Suy ra Sba =1,05.Pd =1,05.2145 =2252 (W) 2) ®iÖn ¸p s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p + U1 =220 (V) 3) ®iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p + 4) Dßng ®iÖn hiÖu dông m¸y biÕn ¸p I2 =k2.Id =1.15 =15 (A) ( HÖ sè dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p k2 =1) 5) Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p = (kba lµ hÖ sè m¸y biÕn ¸p ) ** TÝnh to¸n m¹ch tõ vµ d©y Chän m¹ch tõ ghÐp tõ nh÷ng l¸ thÐp kü thuËt d©y m¸y biÕn ¸p lµ d©y ®ång 0,5 mm ,víi mËt ®é tõ c¶m trong trô Bt =1 T H×nh 1 s¬ ®å kÕt cÊu m¸y biÕn ¸p 6) ThiÕt diÖn m¹ch tõ + chän hÖ sè m¸y biÕn ¸p víi m¸y biÕn ¸p kh« =6 + sè trô m¸y biÕn ¸p m =1 + tÇn sè dßng xoay chiÒu f=50 (HZ) + Q= Q = a.b =40,3 (cm ) víi c¸ch chän th«ng sè tèi ­u lµ m =h/a =2,5 ; n =c/a =0,7 ;l =b/a =1,5 do ®ã ta chän a=5,2 cm ; b =Q/a=7.75cm ; c= a/2 =3,64 cm h =2,5.a =13 cm ; H =h +a =18,2 cm C =2.a+2.c =17,68 cm 7) Sè vßng d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p (vßng ) 8) Sè vßng d©y cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p (vßng ) 9) Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp lµ J1 =J2 =2,75 (A/mm2) 10) +D©y s¬ cÊp S1 =I1/J1= 10,8/2,75=3,93 (mm2) +®­êng kÝnh d©y ChuÈn ho¸ ®­êng d©y chän d1 =2,26 mm S1 =4,012 mm2 TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn J1 =I1/S1 =10,8/4,012 =2,69 (A/mm2) 11) D©y thø cÊp +TiÕt diÖn S2 =I2/J2 =15/2,75 =5,45 (mm2) + §­êng kÝnh d2 = ChuÈn ho¸ l¹i ®­êng kÝnh d©y lÊy d2 =2,44 mm TÝnh l¹i S2 =4,676 mm2 . MËt ®é dßng khi ®ã J2 =I2 /S2 =15/4,676 =3,2 A/mm2 12) Cuén s¬ cÊp h =13 cm =130 mm d1 =2,24 mm + sè vßng d©y trªn mét líp W1l = (vßng) +W1 =246 =4.56 +22 Nh­ vËy cuén s¬ cÊp quÊn thµnh 5 líp .gi÷a c¸c líp cã 1 tê giÊy c¸ch ®iÖn máng 0,1 mm .BÒ dµy d©y quÊn cuén s¬ cÊp e1 =5.d1 +6.0,1 =17,2 mm < c 13) Cuén thø cÊp d2 = 2,63 mm + Sè vßng d©y trªn mét líp W2l = +W2 = 178 =3.51 +23 .Nh­ vËy ta còng quÊn cuén thø cÊp thµnh 4 líp gi÷a c¸c líp cã giÊy c¸ch ®iÖn 0,1 mm BÒ dµy d©y quÊn thø cÊp e2 =4.d2+5.0,1 =4.2,63 +0,5 =10,26 mm suy ra e1 +e2 =17,2 +10,26 =27,46 mm < c =36,4 mm *** TÝnh ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p vµ gãc trïng dÉn Bd1 =e1 =17,2 mm =1,72 cm Bd2 = e2 =10,26 mm =1,026 cm a12 =0,01 cm bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp w2 =178 vßng a = 5 b = 6 suy ra b¸n kÝnh trong cña èng quÊn d©y lµ èng d©y c¸ch ®iÖn lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn 1mm cã b¸n kÝnh trong q12 =40 mm chiÒu cao sö dông hsd =h= 150 mm Tõ ®©y theo phÇn ph©n tÝch m¹ch lùc trong trïng dÉn ta cã gãc trïng dÉn ®­îc x¸c ®Þnh gãc trïng dÉn lín nhÊt øng víi suy ra LÊy III) tÝnh to¸n b¶o vÖ van 1) B¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho van b¸n dÉn Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn ch¹y qua trªn van cã sôt ¸p , do ®ã cã tèn hao c«ng suÊt Dp ,tèn 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 cho 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 . +TÝnh to¸n c¸ch to¶ nhiÖt +Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 Thyristor DP=DU.I=2,7.10,6=28,62(W) DiÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt: Dp : tæn hao c«ng suÊt (W) :®é chªnh lÖch so víi m«i tr­êng Chän Tmt = 400C NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp cña Tcp=1250C Chän nhiÖt ®é trªn c¸nh to¶ nhiÖt Tlv=800C =Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C :HÖ sè to¶ nhiÖt b»ng ®èi l­u vµ bøc x¹ Chän =8 (w/m2. 0C) Chän lo¹i c¸nh to¶ nhiÖt cã 7 c¸nh KÝch th­íc mçi c¸nh a.b=8.8 =64(cm2) Tæng diÖn tÝch to¶ nhiÖt cña c¸nh S=7.2.8.8=896 (cm2) 2) B¶o vÖ van tr¸nh xung ®iÖn ¸p khi chuyÓn m¹ch b¸n dÉn Trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch van do m¹ch cã nh÷ng ®iÖn c¶m lín nªn cã xuÊt hiÖn nh÷ng xung ¸p lín tøc lµ lín .Tèc ®é t¨ng ¸p lín h¬n gi¸ trÞ cùc ®¹i th× thyristor cã thÓ më mµ kh«ng cÇn dßng ®iÒu khiÓn lµm cho mÊt kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn më thyristor .§ång thêi khi cã sù chuyÓn m¹ch c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian ng¾n ,sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc ,g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a anod vµ catod cña Tiristor . Khi cã m¹ch R-C m¾c song song víi Tiristor t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn Tiristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p . Víi thyristor ta ®· chän vµ theo kinh nghiÖm ta chän R = 20 () vµ C = 4 () IV) thiÕt kÕ bé läc mét chiÒu Môc ®Ých lµ ®Ó x¸c ®Þnh trÞ sè ®iÖn c¶m läc cÇn thiÕt sao cho tho¶ m·n hÖ sè ®Ëp m¹ch cho tr­íc ®ång thêi hiÖu chØnh dÓ cã kÝch th­íc võa ph¶i Ta dïng mét ®iÖn c¶m m¾c nèi tiÕp víi ®éng c¬ .§iÖn kh¸ng cña ®iÖn c¶m L . Xd =w.L cµng lín so víi Rd cµng tèt Rd = CÇu mét pha cã mdm =2,w1 =2..f =100. kdm = 0,67 thay vµo ta cã nh­ vËy ta cÇn cã mét cuén c¶m cã trÞ sè ®iÖn c¶m L=0,015 (H) Lâi thÐp cuén kh¸ng Lâi thÐp cuén kh¸ng läc cã d¹ng nh­ trªn .Ta tÝnh to¸n m¹ch tõ cña cuén kh¸ng theo tµi liÖu h­íng dÉn 1) KÝch th­íc lâi thÐp kÝch th­íc c¬ së a= 2,6. chän a =5 cm b = 1,2.a = 6 cm c = 0,8.a =4 cm h =3.a =15 cm tiÕt ®iÖn lâi thÐp Sth =a.b =5.6 =30 cm2 diÖn tÝch cöa sæ Scs =h.c =15.4 = 60 cm2 ®é dµi trung b×nh ®­êng søc lth =2.(a+h+c) =2.(5+15+4) = 48 cm ®é dµi trung b×nh d©y quÊn ldq =2.(a+b) +=2.(5 + 6) + 3,14.4 =34,6 cm ThÓ tÝch lâi thÐp Vth =2.a.b.(a +h +c) =2 .5.6.(5 +15 +4) =1440 cm3 2) ®iÖn trë d©y quÊn ë 200c ®¶m b¶o ®é sôt ¸p cho phÐp 3) Sè vßng d©y cña cuén c¶m vßng 4) MËt ®é tõ tr­êng H = A/m 5) C­êng ®é tõ c¶m B . chän v Trong chØnh l­u cÇu 1 pha cã ®¹p m¹ch trong mét chu kú ®iÖn ¸p nªn tÇn sè ®Ëp m¹ch f®m = 2.50 =100 HZ nªn 6) TÝnh chän hÖ sè . V× B =0,033 > 0,005 T nªn (H/m) 7) TÝnh ®iÖn c¶m nhËn ®­îc (H) Ltt lín h¬n 5% gi¸ trÞ yªu cÇu nªn chÊp nhËn ®­îc 8) TiÕt diÖn d©y quÊn S = 0,072 . Chän lo¹i d©y cã ®­êng kÝnh d = 4,1 mm cã tiÕt diÖn S =13,2 mm2 (lo¹i d©y chuÈn) 9) X¸c ®Þnh khe hë tèi ­u Lkk =1,6.10-3 .w.Id =1,6.10-3 .135.15 =3,24 mm V× vËy miÕng ®Öm cã ®é dµy l®Öm =0,5.3,24 =1,62 mm 10) KÝch th­íc cuén d©y Chän lâi cuèn d©y cã ®é dÇy e =5 mm nªn cã ®é cao sö dông ®Ó quÊn d©y hdq=h – 2.e =15 -2.0,5 = 14 cm + sè vßng d©y trong mét líp W = vßng VËy mét líp quÊn ®­îc 34 vßng W =135 =3.34 +33 VËy ta quÊn thµnh 4 líp .NÕu lÊy kho¶ng c¸ch gi÷a 2 líp d©y quÊn th× bÒ dµy c¶ cuén lµ =n.(d +) = 4.(4,1 +0,1) =16,8 mm 11) §é dµy cuén d©y ecd < 0,5.c (c = 4 cm) Nªn cuén d©y lät trong cöa sæ 12) KiÓm tra ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é - Tæn thÊt ®ång Pcu = (w) Tæng diÖn tÝch bÒ mÆt cña cuén d©y Scu =2.h.(a +b+)+1,4.e() = 2.15 (5 +6 +3,14.1,68 ) + 1,4 .1,68 .(3,14 .1,68 +2.5 ) =524 (cm2) HÖ sè ph¸t nhiÖt ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é nµy lµ cho phÐp CH¦¥NG IV TÝNH To¸n m¹ch ®iÒu khiÓn I) NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn: NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ t¹o ra c¸c xung vµo ë nh÷ng thêi ®iÓm mong muèn ®Ó më c¸c Tiristor cña bé chØnh l­u trong m¹ch ®éng lùc.Tiristor chØ më cho dßng ®iÖn ch¶y qua khi cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn Anod vµ cã xung ¸p d­¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn. Sau khi tiristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông g× n÷a, dßng ®iÖn ch¶y qua tiristor do th«ng sè cña m¹ch ®éng lùc quyÕt ®Þnh M¹ch ®iÒu khiÓn cã chøc n¨ng : - §iÒu chØnh vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Anod – Catod cña Tiristor - T¹o ra ®­îc c¸c xung ®ñ ®iÒu kiÖn më tiristor ®é réng xung tx > 10 ms §é réng xung ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: tx= Trong ®ã Idt: dßng duy tr× cña Tiristor di/dt: tèc ®é t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i §èi t­îng cÇn ®iÒu khiÓn ®­îc ®Æc tr­ng bëi gãc a II) Nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn Ta cã hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn thyristor lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ngang vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng.§Ó ®¬n gi¶n ta dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo anod cña Tiristo, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc gãc më a cña Tiristo trong vïng ®iÖn ¸p + anod, ta cÇn t¹o mét ®iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c, ta th­êng gäi lµ ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc. Nh­ vËy ®iÖn ¸p tùa cÇn cã trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod. Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm (t1,t4) ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (Urc = U®k), trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod, th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn X®k. Tiristo ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn (t1,t4) cho tíi cuèi b¸n kú (hoÆc tíi khi dßng ®iÖn b»ng 0) H×nh 2: S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn chØnh l­u t t t t S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn. §Ó thùc hiÖn ®­îc ý ®å ®· nªu trong phÇn nguyªn lý ®iÒu khiÓn ë trªn, m¹ch ®iÒu khiÓn bao gåm ba kh©u c¬ b¶n trªn h×nh 3 §ång pha So s¸nh T¹o xung H×nh 3. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn NhiÖm vô cña c¸c kh©u trong s¬ ®å khèi h×nh 3 nh­ sau: +Kh©u ®ång pha cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc (th­êng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristo +Kh©u so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau (U®k = Urc). T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau, th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuÕch ®¹i. +Kh©u t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo. Xung ®Ó më Tiristor cã yªu cÇu: s­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng, ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu Tiristo më tøc thêi khi cã xung ®iÒu khiÓn (th­êng gÆp lo¹i xung nµy lµ xung kim hoÆc xung ch÷ nhËt); ®ñ ®é réng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña Tiristo; ®ñ c«ng suÊt; c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc (nÕu ®iÖn ¸p ®éng lùc qu¸ lín) 1) Khèi ®ång pha d- dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. b. H×nh 4 : S¬ ®å kh©u ®ång pha dïng K§TT Ngµy nay c¸c vi m¹ch ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu, chÊt l­îng ngµy cµng cao, kÝch th­íc ngµy cµng gän, øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cã thÓ cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa tèt,®iÒu khiÓn gãc më lín gãc më cã thÓ ®¹t tíi 1800. Trªn s¬ ®å m« t¶ s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT). 2) Kh©u so s¸nh H×nh 5 : S¬ ®å kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng Tranzitor nh­ng Tranzitor kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më Tiristo bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc.§Ó kh¾c phôc ®iÒu nµy ta dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n .K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i rÊt lín nªn chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá ë ®Çu vµo ta ®· cã ®iÖn ¸p ®Çu ra ë nguån nu«i .¦u ®iÓm cña nã lµ cã thÓ ph¸t xung chÝnh x¸c t¹i U®k=Ura 3) Kh©u t¹o xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt, nh­ m« t¶ trªn h×nh 6a. §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi Tiristo, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Tr, ®i«t D b¶o vÖ Tr vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi Tr kho¸ ®ét ngét. MÆc dï víi ­u ®iÓm ®¬n gi¶n, nh­ng s¬ ®å nµy ®­îc dïng kh«ng réng r·i, bëi lÏ hÖ sè khuÕch ®¹i cña tranzitor lo¹i nµy nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín, ®Ó khuÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang. TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ trªn h×nh 6b th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c tranzitor. Trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng (10 ¸ 200) ms), mµ thêi gian më th«ng c¸c tranzitor c«ng suÊt dµi (tèi ®a tíi mét nöa chu kú - 0.01s), lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d­ cña Tr qu¸ lín vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p d­ lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tr vµ kÝch th­íc d©y s¬ cÊp BAX chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng nh­ h×nh 6c. Theo s¬ ®å nµy, Tr chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. H×nh 6: S¬ ®å c¸c kh©u khuÕch ®¹i. a- b»ng tranzitor c«ng suÊt; b- b»ng s¬ ®å darlington; c- s¬ ®å cã tô nèi tÇng. §Ó gi¶m c«ng suÊt cho tÇng khuÕch ®¹i vµ t¨ng sè l­îng xung kÝch më, nh»m ®¶m b¶o Tiristo më mét c¸ch ch¾c ch¾n, ng­êi ta hay ph¸t xung chïm cho c¸c Tiristo. Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuÕch ®¹i, ta ®­a chÌn thªm mét cæng vµ (&) víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ tõ bé ph¸t xung chïm nh­ h×nh 7 Tõ so s¸nh Tíi khuÕch ®¹i Tõ chïm xung H×nh 7: S¬ ®å phèi hîp t¹o xung chïm. Trong thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn, th­êng hay sö dông K§TT. Do ®ã ®Ó ®ång d¹ng vÒ linh kiÖn, kh©u t¹o chïm xung sö dông K§TT c H×nh 7 :S¬ ®å t¹o xung chïm dïng K§TT 5) Gi¶i thÝch ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn Ta cã s¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristo m« t¶ trªn h×nh 8 H×nh 9. Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong m¹ch ®iÒu khiÓn. Ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn h×nh 8 cã thÓ gi¶i thÝch theo gi¶n ®å c¸c ®­êng cong trªn h×nh 9 nh­ sau: §iÖn ¸p vµo t¹i ®iÓm A (UA) cã d¹ng h×nh sin, trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristo T, qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) A1 cho ta chuçi xung ch÷ nhËt ®èi xøng UB. PhÇn ¸p d­¬ng cña ®iÖn ¸p ch÷ nhËt UB qua ®i«t D1 tíi A2 tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc. §iÖn ¸p ©m cña ®iÖn ¸p UB lµm më th«ng tranzitor Tr1, kÕt qña lµ A2 bÞ ng¾n m¹ch (víi Urc = 0) trong vïng UB ©m. Trªn ®Çu ra cña A2 chóng ta cã chuçi ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc gi¸n ®o¹n. §iÖn ¸p Urc ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i ®Çu vµo cña A3. Tæng ®¹i sè Urc + U®k quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña K§TT A3. Trong kho¶ng 0¸t1 víi U®k > Urc ®iÖn ¸p UD cã ®iÖn ¸p ©m. Trong kho¶ng t1¸t2 ®iÖn ¸pU®k vµ U rc ®æi ng­îc l¹i, lµm cho UD lËt lªn d­¬ng. C¸c kho¶ng thêi gian tiÕp theo gi¶i thÝch ®iÖn ¸p UD t­¬ng tù. M¹ch ®a hµi t¹o chïm xung A4 cho ta chuçi xung tÇn sè cao, víi ®iÖn ¸p UE trªn h×nh 8.16. Dao ®éng da hµi cÇn cã tÇn sè hµng chôc kHz ë ®©y chØ m« t¶ ®Þnh tÝnh. Hai tÝn hiÖu UD, UE cïng ®­îc ®­a tíi kh©u AND hai cæng vµo. Khi ®ång thêi cã c¶ hai tÝn hiÖu d­¬ng UD, UE (trong c¸c kho¶ng t1¸t2, t4¸t5) chóng ta sÏ cã xung ra UF. C¸c xung ra UF lµm më th«ng c¸c tranzitor, kÕt qu¶ lµ chóng ta nhËn ®­îc chuçi xung nhän Xdk trªn biÕn ¸p xung, ®Ó ®­a tíi më Tiristo T. §iÖn ¸p Ud sÏ xuÊt hiÖn trªn t¶i tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Çu tiªn, t¹i c¸c thêi ®iÓm t2, t4 trong chuçi xung ®iÒu khiÓn, cña mçi chu kú ®iÖn ¸p nguån cÊp, cho tíi cuèi b¸n kú ®iÖn ¸p d­¬ng anod. III) TÝNH TO¸N M¹CH §IÒU KHIÓN (s¬ ®å táng thÓ m¹ch ®iÒu khiÓn ) Thyristor dïng trong m¹ch lµ ACR44U08L - ®iÖn ¸p ng­îc van : Un =800 (V) - dßng ®Þnh møc van : I®m =44 (A) - ®Ønh xung dßng ®iÖn : Ipi k max =550( A) - dßng xung ®iÒu khiÓn : I®k max = 200(mA) - ®iÖn ¸p xung ®iÒu khiÓn : U®k max =3 (V) - dßng ®iÖn gi÷ : Ih max =25 (mA) - dßng ®iÖn dß : Ir max =10 (mA) - ®é sôt ¸p lín nhÊt : - tèc ®é thay ®æi ®iÖn ¸p : - thêi gian chuyÓn m¹ch : tcm = 6() - nhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp :Tmax =125 0C ViÖc tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn th­êng ®­îc tiÕn hµnh tõ tÇng khuÕch ®¹i ng­îc trë lªn. C«ng suÊt cho tÇng khuyÐch ®¹i ®Ó tÝnh lµ th«ng sè cña cùc ®iÒu khiÓn Tiristo ( U®k; I®k). - C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu khiÓn: - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Tiristo U®k=3 V - Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn I®k =200 mA =0,2 A - TÇn sè xung fx = 3000 HZ - §é réng xung ®iÒu khiÓn tx = 167 ms - Møc sôt biªn ®é xung sx =0,15 - §é mÊt ®èi xøng cho phÐp Da =4o - §iÖn ¸p ngu«n nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn U = 12 V - Thêi gian më Tiristo:tm =80 (ms) 1. 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 ) , kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ. + Tû sè biÕn ¸p xung: chän m= 3 + §iÖn ¸p cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung: U2 = Udk =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 = Idk =0,2 (A) + Dßng ®iÖn s¬ cÊp biÕn ¸p xung: I1 = I2 /m =0,2/3=0,066(A) + §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 cña lâi thÐp cÇn cã: V= Q.L = (mtb . m0 . tx . sx . Ul . Il )/ DB2 Thay sè V=1,66.10-6 (m3 ) = 1,66 ( cm3 ). Chän m¹ch tõ cã thÓ tÝch V= 2,36 (cm3 ) > 1,66 cm3 Víi thÓ tÝch ®ã ta cã kÝch th­íc m¹ch tõ nh­ sau: a = 5 mm; b = 5 mm; Q = 0,25 cm2 = 25 mm2 d = 25 mm; D = 35 mm . ChiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ: l = 9,42 (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 = (vßng); + Sè vßng d©y thø cÊp: W2 = w1 / m = 200/3 = 66 (vßng ) + TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 =6 ( A/mm2 ) S1 = I1 /J1 = 66,6.10-3 /6 = 0,0111 (mm2 ) + §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp: d1 = = 0,118 (mm) Chän d = 0,12 (mm) S1 =0,01131 mm2 MËt ®é dßng ®iÖn J1 =I1 /S1 =0,066 / 0,01131 = 5,836 A/mm2 + 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 ) + §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d1 = = 0,252 (mm) Chän d©y cã ®­êng kÝnh d2 =0,252 (mm) ChuÈn ho¸ l¹i ®­êng d©y d2 =0,25 suy ra S2 =0,04909 J2 =I2 / S2 =0,2 /0,04909 = 4,074 A/ mm2 2. TÝnh tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng Chän Tranzitor c«ng suÊt lo¹i 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 =66,6 (mA). Dßng lµm viÖc cña Baz¬ : IB2 =Ic2 /b =66,6 /50 =1,32(mA) Ta thÊy r»ng víi lo¹i Tiristo ®· chän cã c«ng suÊt ®iÒu khiÓn kh¸ bÐ Udk = 3,0 (v), Idk = 0,2 (A), Nªn dßng colecto – Baz¬ cña Tranzito Ir3 kh¸ bÐ, trong tr­êng hîp nµy ta cã thÓ kh«ng cÇn Tranzito T2 mµ vÉn cã ®ñ c«ng suÊt ®iÒu khiÓn Tranzito. Chän nguån cÊp cho biÕn ¸p xung: E= + 12 ( V) ta ph¶i m¾c thªm ®iÖn trë R10 nèi tiÕp víi cùc emitor cña Ir3, R1. R10 = (E-U1)/I1 = (12 - 9)/0,066 =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) 3. Chän cæng AND Toµn bé m¹ch ®iÖn ph¶i dïng 8 cæng AND nªn ta chän hai IC 4081 hä CMOS. Mçi IC 4081 cã 4 cæng ADN, c¸c th«ng sè: Nguån nu«i IC: Vcc = 3¸9 (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 (nW/1 cæng). 4. Chän ®iÖn trë R9 §iÖn trë R9 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®­a vµo Baz¬ cña Tranzitor Ir2, chän R9 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: R9 ³ U/Ir2 = 4,5 /1,32 .10-3 =3,4.103 =3,4 ( kW); 5. TÝnh chän bé t¹o xung chïm Mçi kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i dïng 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n, do ®ã ta chän 8 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) M¹ch t¹o chïm xung cã tÇn sè f= 1/2tx = 3 ( kHz) hay chu kú cña xung chïm T= 1/f = 334 (ms); ta cã: T= 2. R8. C2. ln(1+2. R6/ R7) Chän R6= R7= 3 (k) . th× T= 2,2 R8. C2 = 334 (ms) VËy: R8. C2 = 151,8 (ms) Chän tô C2 = 0,1ms cã ®iÖn ¸p U = 16 (V) ; R8= 1,518 (W). §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p m¹ch th× ta chän R8 lµ biÕn trë 2 KW 6. TÝnh chän tÇng so s¸nh KhuÕch ®¹i thuËt to¸n ®· chän lo¹i TL 084 Chän R4= R5 > Uv/I v = 12/ 1.10-3 = 12 (KW) Trong ®ã nÕu nguån nu«i Vcc =± 12 (V) Th× ®iÖn ¸p vµo A3 lµ Uv»12 (v). Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ ®Ó Ilv < 1 (m A). Do ®ã ta chän R4= R5= 15 (KW) khi ®ã dßng vµo A3: Ivmax= 12/ (15. 103) = 0,8 ( m A) 7. TÝnh chän kh©u ®ång pha §iÖn ¸p tô ®­îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1, mÆt kh¸c ®Ó b¶o ®¶m ®iÖn ¸p tô cã trong c¶ chu kú ®iÖn ¸p l­íi lµ tuyÕn tÝnh (v× ta cßn cÇn m¹ch ho¹t ®éng ë hÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc ) th× h»ng sè thêi gian tô n¹p ®­îc Tr = R3. C1 = 0,01 (s) Chän tô C1 = 0,1 (mF) th× ®iÖn trë R3 = Tr/ C1 = 0,01 / 0,1. 10-6 = 100 k VËy: R3 = 100(kW) chän Tranzito T1 lo¹i A564 cã c¸c th«ng sè: Tranzito lo¹i pnp lµm b»ng Si §iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ Baz¬ khi hë m¹ch Emito: UCBO =25(v) §iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch Colecto: UEBO =7(v) Dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colecto cã thÓ chÞu ®ùng : Icmax = 100 (mA). NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p : Tcp =1500 C HÖ sè khuÕch ®¹i : b =250 Dßng cùc ®¹i cña Baz¬ : IB1 =Ic /b =100/250 =0,4(A §iÖn trë R2 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo baz¬ tranzito T2 ®­îc chän nh­ sau: Chän R2 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: R2 ³ UN Max/IB » 12/0,4. 10-3 = 30 ( kW) Chän R2 = 30 ( kW) Chän ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®ång pha: UA =9(v). §iÖn trë R1 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1, th­êng chän R1 sao cho dßng vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n Iv < 1mA. Do ®ã R1 > UA/I v = 9/ 1.10-3 = 9 (KW) Chän R1 = 10 ( kW). 8. T¹o nguån nu«i S¬ ®å nguyªn lÝ t¹o nguån nu«i Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ± 12 (V) ®Ó cÊp cho biÕn ¸p xung, nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é. Ta dïng m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha dïng ®i«t, ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i: U2 =12/2,34 = 5,1(v) ta chän U2 =9(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 C4, C5 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng dµi bËc cao. Chän C4= C5 =C6 =C7 = 470 (mF) ; U= 35 V PHU¥NG PH¸P ®iÒu khiÓn riªng Nguyªn lý ®¶o chiÒu theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng Trong m¹ch cã hai bé chØnh l­u , mçi m¹ch chØnh lu­ ho¹t ®éng mét c¸ch riªng rÏ víi nhau .Bé chØnh lu­ 1 ch¹y th× bé 2 kh«ng ch¹y khi cµn ®¶o chiÒu th× cho bé 2 chay cßn bé1 nghØ Do van thyristor chØ ®iÒu khiÓn më mµ kh«ng ®iÒu khiÓn ng¾t ®­îc nªn ta ph¶i ®iÒu khiÓn sao cho hai bé kh«ng ho¹t ®éng cïng mét lóc ,v× nÐu nh­ vËy th× c¶ hai bé chØnh lu­ cïng ch¹y dÉn tíi sù liªn th«ng trong van dßng lµ rÊt lín van bÞ ®¸nh thñng Do thyristor lµ van b¸n ®iÒu khiÓn nªn viÖc ng¾t xung ch­a ®¶m b¶o bé chinh l ®ã ®· nghØ - Thyristor ®ang dÉn th× viÖc c¾t xung ®iÒu khiÓn ¶nh h­ëng ®Õn sù dÉn cña nã ,nã tiÕp tôc dÉn vµ chØ kho¸ van khi dßng qua van vÒ 0 - Sau khi dßng vÒ 0 nã chØ kho¸ ch¾c ch¾n sau mét kho¶ng thêi gian n÷a ,®ã lµ thêi gian phôc håi .do ®ã ta ph¶i ng¾t hoµn toµn bé chØnh l­u nµy sau kho¶ng htêi gian rßi cho bé kia ho¹t ®éng - §Ó ph¸t hiÖn ®­îc dßng ®· vÒ 0 ta cÇn mét sensor dßng - Sau khi dßng ®· vÒ 0 ph¶i gi÷ mét kho¶ng thêi gian trÔ ®ñ thyristor kho¸ ch¾c bÊy giê cho bé sau ho¹t ®éng ** Tõ nhËn xÐt trªn ta cã thø tù ®¶o chiÒu 4 b­íc ng¾t xung ®iÒu khiÓn I®1 §o dßng I®1 t×m thêi ®iÓm I®1= 0 bé chØnh l­u 1 kho¸ §îi kho¶ng thêi gian thêi gian phôc håi ®¶m b¶o van chØnh l­u kho¸ ch¾c B¾t ®µu ph¸t xung cho bé 2 ho¹t ®éng NÕu sdd Ed ch­a ®¶o chiÒu th× kh«ng ®­îc phÐp ch¹y bé 2 ë chÕ ®é chØnh l­u v× lóc ®ã Ed vµ Id cïng chiÒu nhau g©y sËp nghÞch l­u (dßng ch¶y qua van rÊt lín ) Do ®ã tr­íc hÕt ph¶i cho bé 2 ho¹t ®éng ë chÕ ®é nghÞch l­u tøc lµ ho¹t ®éng ë chÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc ,nh­ng ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn nghÞch l­u phô thuéc 90 < < 180 –(gãc trïng dÉn +gãc phôc håi) Khi ®ã th­c hiÖn h·m t¸i sinh Ed mÊt dÇn n¨ng l­îng , khi Ed =0 cho bé 2 ho¹t ®éng ë chÕ ®é chØnh l­u §Ó thùc hiÖn c¸c b­íc ®¶o chiÒu ta thùc hiÖn nh­ sau : Khi ®iÒu khiÓn riªng hai bé biÕn ®æi lµm viÖc riªng rÏ nhau, t¹i mét thêi ®iÓm chØ ph¸t xung ®iÒu khiÓn vµo mét bé biÕn ®æi cßn mét bé biÕn ®æi kia bÞ kho¸ do ch­a cã xung ®iÒu khiÓn. HÖ cã hai bé biÕn ®æi lµ B§1vµ B§2 víi c¸c m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn t­¬ng øng lµ FX1 vµ FX2 . TrËt tù ho¹t ®éng cña bé ph¸t xung nµy ®­îc quy ®Þnh bëi c¸c tÝn hiÖu l«gic b1 vµ b2. Qu¸ tr×nh h·m vµ ®¶o chiÒu ®­îc m« t¶ b»ng ®å thÞ thêi gian. Trong kho¶ng thêi gian tõ 0 -> t1 bé B§1 lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u víi a1 <p/2 cßn bé B§2 th× kho¸ . T¹i t1 ph¸t lÖnh ®¶o chiÒu bëi iL§ gãc ®iÒu khiÓn a1 t¨ng ®ét biÕn lín h¬n p/2 dßng ®iÖn phÇn øng gi¶m vÒ kh«ng lóc nµy c¸c xung ®Ó kho¸ bé B§1 . Thêi ®iÓm t2 ®­îc x¸c ®Þnh bëi c¶m biÕn dßng ®iÖn SI1. Trong kho¶ng thêi gian trÔ t= t3 – t2 bé B§1 bÞ kho¸ hoµn toµn, dßng ®iÖn phÇn øng bÞ triÖt tiªu. T¹i t3 s®® E vÉn cßn d­¬ng, tÝn hiÖu l«gic b2 kÝch cho FX2 më B§2 víi gãc a >p/2 vµ sao cho dßng ®iÖn phÇn øng kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp ®éng c¬ ®­îc h·m t¸i sinh. NÕu nhÞp ®iÖu gi¶m a2 phï hîp víi qu¸n tÝnh cña hÖ th× cã thÓ duy tr× dßng ®iÖn h·m vµ dßng ®iÖn khëi ®éng ng­îc kh«ng ®æi , ®iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn bëi c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh tù ®éng dßng ®iÖn cña hÖ thèng trªn s¬ ®å cña khèi l«gic LOG , iL§ , iL1 , iL2 lµ c¸c tÝn hiÖu l«gic ®Çu vµo b1,b2 lµ c¸c tÝn hiÖu l«gic ®Çu ra ®Ó kho¸ c¸c bé ph¸t xung ®iÒu khiÓn. iL§ = 1 ph¸t xung ®iÒu khiÓn më B§1. iL§ = 0 ph¸t xung ®iÒu khiÓn më B§2. i1L (i2L) = 1 cã dßng ®iÖn ch¶y qua bé B§1 vµ B§2 b1(b2) = 1 kho¸ bé ph¸t xung FX1 vµ FX2. Tõ m¹ch l«gic trªn ta cã: NhËn xÐt: HÖ truyÒn ®éng van ®¶o chiÒu ®iÓu khiÓn riªng cã ­u ®iÓm lµ lµm viÖc an toµn ,kh«ng cã dßng ®iÖn c©n b»ng ch¶y gi÷a c¸c bé biÕn ®æi nªn kh«ng cÇn thiÕt kÕ cuén kh¸ng c©n b»ng ,song cÇn mét kho¶ng thêi gian trÔ trong ®ã dßng ®iÖn ®éng c¬ b»ng kh«ng. Do nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn riªng dïng hai bé biÕn ®æi lµm viÖc ®éc lËp, trong mét thêi ®iÓm th× chØ cã mét bé B§ lµm viÖc cßn bé B§ kia ph¶i ch¾c ch¾n kho¸( cã nghÜa lµ dßng ®iÖn qua bé B§ nµy ph¶i b»ng “0”). Ta sÏ dïng xenx¬ dßng ®iÖn ®Ó nhËn biÕt cã dßng ®iÖn ch¹y qua bé B§ hay kh«ng. xenxo dßng nµy ta dïng ®iÖn trë shunt .®iÖn trë nµy khi cã dßng qua nã th× mét ®iÖn ¸p cì 60 mV lÊy ra ë ®Çu ra .tÝn hiÖu nµy qua bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó khuyÕch ®¹i ®iÖn ¸p nµy Ta dïng mét kh©u thuËt to¸n so s¸nh LM311: tÝn hiÖu dßng ®iÖn qua xenx¬ ®­îc h¹ trªn mét ®iÖn trë RS t¹o ra tÝn hiÖu ®iÖn ¸p Vi. §Çu ra ch©n 7 m¾c víi nguån nu«i +5V qua ®iÖn trë kÐo lªn 1kW. §Êt cña bé so ch©n 1 ®­îc m¾c vµo ®Çu nèi ®Êt cña m¹ch. C¸ch m¾c nµy dÉn ®Õn ®Çu ra cã c¸c tr¹ng th¸i kh¶ dÜ lµ 0 vµ 5V .L«gic cña m¹ch lµ: V0 =5V ®èi víi Vi > 0 V0 =0V ®èi víi Vi < 0 NÕu V0 = 5V nghÜa lµ bé B§ ®ã cã dßng ®iÖn ch¹y qua. NÕu V0 = 0V cã nghÜa lµ bé B§ ®ã kh«ng cã dßng ®iÖn ch¹y qua . Do m¹ch ®iÓu khiÓn riªng cÇn cã thêi gian t¹o trÔ nªn ta chän bé t¹o trÔ lµ m¹ch 555 Gãc phôc håi =10o thêi gian phôc håi T off =555 T = R1.C1 = 555.10-6 chän R1 = 470 vµ C1 = 1,5 KÕt luËn. Qua viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu cã ®¶o chiÒu gióp em n¾m v÷ng h¬n phÇn lý thuyÕt ®· ®­îc häc vµ cã thªm nhiÒu sù hiÓu biÕt thùc tÕ. Tuy nhiªn, do néi dung c«ng viÖc hoµn toµn míi mÎ vµ tÇm hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n m«n häc cña em cßn nhiÒu thiÕu sãt. Em mong c¸c thÇy c« chØ b¶o ®Ó em hoµn thµnh tèt h¬n n÷a nhiÖm vô cña m×nh. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy.