Thiết kế hệ thống truyền động hệ t – đ có đảo chiều dùng chỉnh lưu cầu ba pha

áp ngược của van cần chọn : Unv = Kdtu .Unmax = 1,8 .230,27 = 414,49 V ; Trong đó : Kdtu : Hệ số dự trữ điện áp , thường chọn Kdtu = 1,8 ; - Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng : Ilv = Ihd = khd .Id = = = 95,84 A ; ( do trong sơ đồ cầu ba pha , hệ số dòng điện hiệu dụng : khd = ) . - Chọn thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt , không có quạt đối lưu không khí , với điều kiện có dòng điện định mức của van cần chọn : Idm = ki .Ilv = 3,2 . 95,84 = 306,688 A ; ki : Hệ số dự trữ dòng điện , chọn ki = 3,2 . Để chọn thyristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên , ta tra bảng thông số van , chọn các van có thông số điện áp ngược , dòng điện định mức lớn hơn gần nhất với thông số đã tính . Vậy ta chọn thyristor cho mạch động lực loại TF440-06X có các thông số sau : Dòng điện định mức của van: Idm = 400 (A) ; Điện áp ngược cực đại của van: UnT = 600 (V) ; Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 4000 (A) ; Độ sụt áp trên thyrisor : ∆UT = 2,0 (V) ; Dòng điện của xung điều khiển : Ig = 200 (mA) ; Điện áp của xung điều khiển : Ug = 3,0 (V) ; Dòng điện rò : Ir = 25 (mA) ; Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 0C ; Dòng điện duy trì : Ih = 70 mA ; Tốc độ biến thiên điện áp : = 200 (V/µs) ; Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 (µs) ; 3.1.4. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu : Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Tiristor . Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây ∆/Y , làm mát tự nhiên bằng không khí . Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện , thực hiện các chức năng sau . - Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải . - Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện - Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải . - Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia . - Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anốt để bảo vệ van . - Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin , do đó nâng cao chất lượng điện áp lưới . * Tính các thông số cơ bản : - Tính công suất biểu kiến của máy biến áp : SBA = Ks .Pdm = 1,05.3200 = 33600 (VA) ; - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1 = 380 V ; - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBA Trong đó : αmin = 00 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ; ∆UV = 21 V là sụt áp trên thyristor ; ∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối : ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến áp ; Chọn sơ bộ : ∆UBA = 6%.Ud = 0,06. 220 = 13,2 V ; Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có : Ud0 = = = 250,4 V ; Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : U2 = = = 108 V ; - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : I2 = .Id = .166 = 135,538 A ; - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = kBA.I2 = .I2 = .135,538 = 38,752 A ;  * Xác định kích thước của mạch từ . - Tiết điện sơ bộ trụ . QFe = kQ.; Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , lấy kQ = 6 . m : Số trụ của máy biến áp , m = 3 . f : Tần số của nguồn xoay chiều , f = 50 Hz . Thay vào ta có : QFe = 6 . = 89,799 cm2 . - Đường kính trụ : d = = = 10,69 cm . Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 11 cm . - Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm . Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T . - Chọn tỷ số m = = 2,3 . Suy ra h = 2,3d = 2,3 . 11 = 25,3 cm . ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 ) . Chọn chiều cao trụ h = 25 cm . * Tính toán dây quấn . - Số vòng dây mổi pha sơ cấp máy biến áp : W1 = = 190,6 vòng . Lấy W1 = 191 vòng . - Số vòng dây mổi pha thứ cấp máy biến áp : W2 = .W1 = .190,6 = 55 vòng . Lấy W2 = 55 vòng . - chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp : Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2 . - Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp : S1 = = = 14,2mm2 . Chọn dây dẫn thiết diện hình chũ nhật , cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 14,2 mm2 . Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1 × b1 = 1,68 × 8,6 mm . - Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp : J1 = = = 2,725 A/mm2 . - Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : S2 = = = 49,249 mm2 . Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật , có cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S2 = 50,1 mm2  Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S2cd = a2 × b2 = 5,1 × 10 mm . - Tính lai mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp : J2 = = = 2,705 A/mm2 . * Kết cấu dây quấn sơ cấp . Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục . - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : W11 = = 24 vòng .Trong đó : kc : Là hệ số ép chặt , lấy kc = 0,95 . h : Chiều cao trụ h = 25 cm . hg : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp . Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm . - Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n11 = = 7,958 lớp . Chọn số lớp n11 = 8 lớp . Như vậy có 191 vòng chia thành 8 lớp , vậy 7 lớp đầu có 24 vòng và lớp thứ 8 có  191 – 7 . 24 = 23 vòng . - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h1 = = 21,726 cm . - Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 cm . - Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a01 = 1 cm . - Đường kính trong của ống cách điện : Dt = dFe + 2a01 – 2S01 = 11 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 12,8 cm . - Đường kính trong của của cuộn sơ cấp : Dt1 = Dt + 2S01 = 12,8 + 2 . 0,1 = 13 cm . - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1 mm . - Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = ( a1 + cd11 ).n11 = ( 1,68 + 0,1 ).8 = 14,24 mm = 1,424 cm . - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp : Dn1 = Dt1 + 2Bc1 = 13 + 2 . 1,424 = 15,848 cm . - Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = = 14,424 cm. - Chiều dài dây quấn sơ cấp : l1 = W1.π.Dtb = π . 191 . 14,424 = 8650,649 cm = 86,5 m . - Chọn bề dày cách điện giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd0 = 1 cm . * Kết cấu dây quấn thứ cấp . - Chọn sơ bộ cuộn chiềi cao cuộn thứ cấp : h2 = h1 = 21,726 (cm) . - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp : W12 = = = 20 vòng . - Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = = 2,7 lớp . chọn n12 = 3 lớp . chọn 2 lớp trong cùng 20 vòng lớp thứ 3 có 15 vòng . - Chiều cao thực tế của cuộn thứ nhất : h2 = = 21,05 cm . - Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2a12 = 15,848 + 2 . 1 = 17,848 cm . - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22 = 0,1 mm . - Bề dày cuộn thứ cấp : Bd2 = ( b2 + cd22 ). nl2 = ( 1 + 0,01 ) . 3 = 3,03 cm . - Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp : Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 17,848 + 2 . 3,03 = 23,908 cm . - Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = = 20,878 cm . - Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = π.W2.Dtb2 = π . 54 . 20,878 = 3540 cm = 35,4 m . - Đường kính trung bình của các cuộn dây : D = = 18,454 cm . Suy ra : r = = 9,227 cm . * Các thông số của máy biến áp : - Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75oC : R1 = ρ. = 0,02133. = 0,13 Ω . Trong đó : ρ = 0,02133 Ω.mm2/m. - Điên trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75oC : R2 = ρ. = 0,02133. = 0,015 Ω . - Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp : RBA = R2 + R1.()2 = 0,015 + 0,13.()2 = 0,026 Ω . - Sụt áp trên điện trở máy biến áp : Δur = RBA.Id = 0,026 . 166 = 4,316 V . - Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp : XBA = 8.π2.(W2)2.()(a12 + ).ω.10-7. XBA = 8 . 3,142 . 552. () . (0,01 + ) . 314 . 10-7 XBA = 0,08 Ω . - Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp : LBA = = = 0,255.10-3 H = 0,255 mH. - Sụt áp trên điện kháng máy biến áp : Δux = .XBA.Id = .0,08.166 = 12,688 V . - Điện áp ngắn mạch tác dụng : Unr = = 3,29 % . - Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = = 10 % . - Điện áp ngắn mạch phần trăm : Un = = 10,5 % . Công suất máy biến áp biểu kiến SBA = 33,6 kVA Điện áp pha sơ cấp U1 = 380 V Điện áp pha thứ cấp U2 = 108 V Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1 = 38,16 A Dòng điện hiệu dụng thứ cấp I2 = 135,538 A Số vòng dây mổi pha sơ cấp W1 = 191 vòng Số vòng dây mổi pha thứ cấp W2 = 55 vòng Điện trở quy đổi về thứ cấp RBA = 0,026 Ω Điện kháng quy đổi về thứ cấp XBA = 0,08 Ω Điện cảm quy đổi về thứ cấp LBA = 0,255 mH Điện áp ngắn mạch phần trăm Un = 10,5 % Bảng thông các thông số của máy biến áp động lực .  3.2. Giới thiệu mạch điều khiển . 3.2.1. Sơ đồ nguyên lý : ĐIỆN ÁP TỰA KĐ XUNG ĐP SS Uc T Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor . 3.2.2. Nguyên tắc điều khiển : Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển sau : “ Thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos ” , để thực hiện vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên thyristor .3.2.2.1.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp : - Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của thyristor , thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh . - Điện áp điều khiển ( Ucm ) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ . Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh . Us -Usm Ucm ωt Ucm α π 2π α Us Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là : Ud = Ucm – Us ; Khi Us = Ucm thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh . Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo ra xung điều khiển . Như vậy bằng cách làm biến đổi Ucm , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α . Giữa α và Ucm có quan hệ sau : α = ; Người ta lấy Ucmmax = Usmax ; 3.2.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos : Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp : - Điện áp đồng bộ Us , vượt trước UAK = Um Sinωt của thyristor một góc Us = Um Cosωt . - Điện áp điều khiển Ucm là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm . Ucm ωt π UAK 0 Us α UAK Us 2π Um -Um Hình 3-4 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss Nếu đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì : Khi Us = Ucm , ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái . Um Cosα = Ucm ; (3-1) Do đó α = arcos( ) ; (3-2) Khi Ucm = Um thì α = 0 ; Khi Ucm = 0 thì α = ; Khi Ucm = - Um thì α = π ; Như vậy , khi điều chỉnh Ucm từ trị Ucm = +Um , đến trị Ucm = -Um ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến α . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao . 3.2.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển : 3.2.3.1. Khâu đồng pha : Sơ đồ ở hình 3–5a là sơ đồ đơn giản , dể thực hiện với số linh kiện ít nhưng chất lượng điện áp tựa không tốt . Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết 1800 . Do đó , góc mở van lớn nhất bị giới hạn . Hay nói cách khác , nếu theo sơ đồ này điện áp tải không điều khiển được từ 0 tới cực đại mà từ một trị số khác đến trị số cực đại . Để khắc phục nhược điểm trên về dãi điều chỉnh của sơ đồ ở hình 3–5a người ta sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa bằng sơ đồ trên hình 3-5b . Theo sơ đồ này , điện áp tựa có phần biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ điện áp . Do vậy khi cần điều khiển điện áp từ không tới cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được . Với sự ra đời của các linh kiện ghép quang , ta có thể sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa bằng bộ ghép quang như hình 3-5c . Nguyên lý và chất lượng của hai sơ đồ trên hình 3-5b và 3-5c tương đối giống nhau . Ưu điểm của sơ đồ trên hình 3-5c ở chổ không cần biến áp đồng pha , do đó có thể đơn giản hơn trong việc chế tạo và lắp đặt . Các sơ đồ trên đều có chung nhược điểm là việc mở , khoá các tranzitor trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác , làm cho việc nạp , xã tụ trong vùng điện áp lưới gần 0 không được như ý muốn . Ngày nay các vi mạch được chế tạo ngày càng nhiều , chất lượng ngày càng cao , kích thước ngày càng gọn , ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha có thể cho ta chất lượng điện áp tựa tốt . Trên sơ đồ 3-5d mô tả việc taọ điện áp tựa dùng khếch đại thuật toán . Dưới đây ta gới thiệu một số khâu đồng pha cơ bản và ta chọn hình d; u1 u1 ura u2 D1 D2 R1 R2 C -E A B C Hình -a R2 R1 D1 A C ura Tr Hình-b +E Ghép quang uv R1 D R2 ura C -E Ura u1 D1 A2 R1 A B R2 Tr C C Hình-d A1 -12 +12 +12 -12 _ + + _ Hình 3-5 : Một số khâu đồng pha điển hình . UA ωt ωt UC1 π 2π 3π 4π UA UB Uđk1 Urc α1 ωt UC2 Uđk2 Urc α2 α2 α1 ωt π 3π 2π Hình 3-6 : Giản đồ của khâu đồng pha là . 3.2.3.2. Khâu so sánh : Để xác định được thời điểm cần mở thyristor , cần so sánh hai tín hiệu Udk và Urc, việc so sánh hai tín hiệu đó có thể được thực hiện bằng tranzitor (Tr) như trên hình 3-6a . Tại thời điểm Udk = Urc đầu vào Tr lật trạng thái khoá sang mở ( hay ngược lại từ mở sang khoá ) , làm cho điện áp ra cũng bị lật trạng thái , tại đó ta đánh dấu được thời điểm cần mở thyristor . Với mức độ mở bảo hoà của Tr phụ thuộc vào hiệu Udk ± Urc = Ub , hiệu này có một vùng điện áp nhỏ hàng vài mV , làm cho Tr không làm việc ở chế độ đóng cắt như mong muốn , do đó nhiều khi làm thời điểm mở thyristor bị lệch khá xa so với điểm cần mở tại Udk = Urc . Khếch đại thuật toán có hệ số khếch đại vô cùng lớn , chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ (cỡ µV) ở đầu vào , đầu ra đã có điện áp nguồn nuôi , nên việc ứng dụng khếch đại thuộc toán làm khâu so sánh là hợp lý . Các sơ đồ so sánh dùng khếch đại thuật toán như hình 3-6b, c rất thường gặp trong các sơ đồ hiện nay . Ưu điểm hơn hẳn của các sơ đồ này là có thể phát xung điều khiển chính xác tại Udk = Urc Một số sơ đồ khâu so sánh thường gặp như sau ta chọn hình 3-6b . R1 R2 urc udk Ura A3 Hình - b + _ -12 +12 Hình - a -E R3 R1 R2 urc udk Ura R1 R2 urc udk Hình - c Ura A3 Hình 3-7 : Các khâu so sánh thường gặp . U -Vsat +Vsat 0 Udk Urc θ θ a ) Bằng tranzitor ; b ) Bằng một cổng đảo của khếch đại thuật toán ; c ) Hai cổng khếch đại thuật toán ; . Hình 3-8 : Sơ đồ so sánh hai tín hiệu khác dấu . 3.2.3.3. Khâu khếch đại :Với nhiện vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor tầng khếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng tranzitor công suất , như hình 3-8a . Để có xung dạng kim gửi tới thyristor ta dùng biến áp xung , để có khếch đại công suất ta dùng Tr , điot D bảo vệ Tr và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tr khoá đột ngột . Mặt dù với ưu điểm đơn giản , nhưng sơ đồ này không được dùng rộng rãi , bởi lẽ hệ số khếch đại của Tranzitor loai này nhiều khi không đủ lớn , để khếch đại được tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang . .+E uv R D Tr BAX a) +E uv R D Tr BAX b) Tr1 +E uv R D Tr BAX Tr1 D C c) Hình 3-9 : Sơ đồ các khâu khếch đại và phân phối xung : Bằng tranzitor công suất , b) Bằng sơ đồ Darlington , c) Sơ đồ có tụ nối tầng ; Tầng khếch đại cuối cùng bằng sơ đồ Darlington như hình 3-8b , Thường hay được dùng trong thực tế . Sơ đồ này hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về khếch đại công suất , khi hệ số khếch đại được nhân lên theo thông số của các Tranzitor . Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé ( cỡ khoảng 10 đến 200 µs ), mà thời gian mở thông các Tranzitor công suất dài tối đa một nửa chu kỳ cỡ 0,01s , làm cho công suất toả nhiệt dư của Tr quá lớn và kích thước dây quấn sơ cấp biến áp dư lớn . Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr và kích thước dây quấn sơ cấp máy biến áp xung , ta có thể thêm tụ nối tầng như hình 8-3c . Theo sơ đồ này , Tr chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ , nên dòng điện hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần . AND Từ so sánh Từ chùm xung Tới khếch đại 3.2.3.4. Khâu tạo xung chùm : Đối với sơ một đồ mạch , để giảm dòng công suất cho tầng khếch đại và tăng số lượng cho xung kích mở , nhằm đảm bảo cho thyristor mở một cách chắc chắn , người ta hay phát xung chùm cho các thyristor . Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khếch đại , ta đưa chèn thêm một cổng AND ( & ) với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình 3-10 . t Ura 0 kVsat -kVsat Vsat -Vsat uc T1 T2 0’ Hình 3-10 : Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm . Vi mạch 555 tạo xung đồng hồ ( hình 3-11a ) cho ta chất lượng xung khá tốt và sơ đồ cũng đơn giản . Sơ đồ này thường hay gặp trong các mạch tạo xung . Trong thiết kế mạch điều khiển , thường hay sử dụng khếch đại thuật toán . Do đó để đồng dạng về linh kiện , khâu tạo xung chùm cũng có thể sử dụng khếch đại thuật toán như các sơ đồ trên hình 3-11b,c . Tuy nhiên ở đây sơ đồ dao động đa hài (hình 3-11b) có ưu điểm hơn về mức độ đơn giản do đó được sử dụng khá rộng rãi trong các mạch tạo xung chữ nhật , ta chọn hình 3-11b Hình 3-11 : Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm . Uc R2 R1 _ + +12 -12 A R2 R3 R1 R3 A1 A2 R4 C a ) a ) b ) c ) C +U +Urc C2 C1 R2 R1 555 7 2 1 3 8 4 Hình 3-12 : a ) :Sơ đồ tạo xung chùm dùng vi mạch 555 . b ) Sơ đồ tạo xung chùm đa hài bằng khếch đại thuật toán . c ) Sơ đồ tạo xung chùm tạo bằng mạch khếch đại thuật toán .3.2.4. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động . Từ các khâu đã giớ thiệu ở trên ta chọn được sơ đồ điều khiển một kênh như hình 3-13 . Hoạt động của mạch điều khiển ở hình 3-13 được giải thích như sau : Điện áp vào tại điểm A (UA) có dạng hình sin , trùng pha với anôt của thyristor , qua khếch đại thuật toán A1 cho ta chuổi xung chữ nhật đối xứng UB . Phần điện áp dương của điện áp chữ nhật UB qua điôt D1 tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc . Phần áp âm của điện áp UB làm mở thông Tranzitor Tr1 , kết quả là A2 bị ngắn mạch ( Với Urc = 0 ) trong vùng UB âm . Trên đầu ra của A2 ta có chuổi điện áp răng cưa Urc gián đoạn . Điện áp Urc được so sánh với điện áp điều khiển Udk tại đầu vào của A3 . Tổng đại số Urc + Udk quyết định dấu điện áp đầu ra của khếch đại thuật toán A3 . Trong khoảng thời gian từ 0 → t1 với Udk > Urc , điện áp UD âm . Trong khoảng t1 → t2 , điện áp Udk và Urc đổi ngược lại , làm cho UD lật lên dương . Các khoảng thời gian tiếp theo giải thích điện áp UD tương tự . Mạch đa hài tạo xung chùm A4 cho ta chuổi xung tần số cao , với điện áp UE trên hình 3-13 . Dao động đa hài có tần số hàng chục kHz , ở đây chỉ mô tả điịnh tính . Hai tín hiệu UD và UE cùng được đưa tới khâu “AND ” hai cổng vào . Khi đồng thời có cả hai tín hiệu dương UD , UE ( Trong các khoảng t1 → t2 , t4 → t5 ) ta sẽ có xung UF làm mở thông các Tranzitor, kết quả là ta nhận được chuổi xung nhọn Xdk trên biến áp xung , để đưa tới mở thyristor T . Điện áp Ud sẽ suất hiện trên tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên , tai các thời điểm t2 , t4 trong chuổi xung điều khiển , của mổi chu kỳ điện áp nguồn cấp , cho tới cuối bán kỳ điện áp dương anôt .  Hiện nay đã có nhiều hãng chế tạo các vi xử lý chuyên dụng để điều khiển các thyristor rất tiện lợi . Tuy nhiên những linh kiện loại này chưa được phổ biến trên thị trường . R8 A D1 A1 A2 A3 AND C3 R9 R7 R6 A C2 R2 R5 R3 D2 D3 D4 R1 B C D Tr1 Tr2 T1 BAX +E C2 Udk urc R4 + _ + _ + + _ _ Hình 3-13 : Sơ đồ nguyên lý một kênh điều khiển Tr3 MBA E F D5 R0 UA ωt ωt ωt ωt ωt ωt t2 t1 t3 t4 t5 t6 UE UF VT Urc1 VT Udk1 UB UA ωt π 2π 4π UA UC1 α1 α1 ωt Urc2 Udk2 UC2 α2 α2 Xđk ωt UD Hình 3-14 : Giản đồ các đường cong mạch điều khiển . 3.3.Tính toán các thông số mạch điều khiển : Sơ đồ một kênh điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha được thiết kế theo sơ đồ hình 3-13 . Tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khếch đại ngược trở lên . Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở thyristor .  Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển : Điện áp điều khiển thyristor : Udk = 3,0 V ; Dòng điện điều khiển thyristor : Idk = 200 mA : Thời gian mở thyristor : tm = 50 µs ; Độ rộng xung điều khiển : tx = 167 µs ; (tương đương với 30 điện ) ; Tần số xung điều khiển : fx = 3 kHz ; Độ mất đối xứng cho phép : ∆α = 40 ; Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = ± 12 V ; Mức sụt biên độ xung : Sx = 0,15 :3.3.1. Tính biến áp xung : - Chọn vật liệu làm lõi sắt ferit HM . Lõi có dạng hình xuyến làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có : ∆B = 0,3 T ; ∆H = 30 A/m , không có khe hở không khí . - Tỷ số biến áp xung : thường m = 2 ÷ 3 ta chọn m = 3 ;  - Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung U2 = Udk = 3 V ; - Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U1 = m . U2 = 3 . 3 = 9 V ; - Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Idk = 200 mA ; - Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I1 = = 66,6 mA = 0,066 A ; - Độ từ thẩm trung bình của lõi sắt : µtb = 8.103 ;Trong đó : µ0 = 1,25.10-6 H/m là độ từ thẩm của không khí . - Thể tích của lõi thép cần có : V = Q.l = Thay số ta có : V = = 1,665.10-6 m3 = 1,665 cm3 ;3.3.2. Tính tầng khếch đại cuối cùng : Chọn Tranzitor công suất Tr3 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung , có các thông số sau : Tranzitor loại N-P-N , vật liệu bán dẫn là silic . Điện áp giữa colectơ và bazơ khi hở mạch emitơ là : UCBO = 40 V ; Điện áp giữa emitơ và bazơ khi hở mạch colectơ là : UEBO = 4 V; Dòng điện lớn nhất ở colectơ có thể chịu đựng : ICmax = 500 mA ; Công suất tiêu tán ở colectơ : PC = 1,7 W ;  Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1 = 1750C ; Dòng làm việc của colectơ : IC3 = I1 = 66,6 mA ; Dòng làm việc của bazơ : IB3 = mA ; Ta thấy rằng với loại thyristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé : Udk = 3V,Idk = 200 mA = 0,2 A , nên dòng colectơ – bazơ của tranzitor Tr3 khá bé , trong trường hợp này ta có thể không cần tranzitor Tr2 mà vẫn có cùng công suất điều khiển tranzitor . Chọn nguồn cấp cho máy biến áp xung : E = +12 V . Với nguồn E = 12 V ta phải mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực emitơ của Tr3 . R10 = = 45Ω ; Tất cả các điôt trong mạch điều khiển dùng loại 1N4009 , có các tham số : - Dòng điện định mức : Idm = 10 mA ; - Điện áp ngược lớn nhất : UN = 25 V ; - Điện áp để cho điốt mở thông : Um = 1 V ;3.3.3. Chọn cổng AND : Toàn bộ mạch điều khiển phải dùng 12 cổng AND nên ta chọn hai IC 4081 họ CMOS . Mổi IC 4081 có 4 cổng AND . Các thông số của cổng AND là : - Nguồn nuôi IC : Vcc = 3 ÷ 9 V , ta chọn Vcc = 12 V ;+Vcc 14 13 12 11 10 9 8 7 5 4 3 2 1 6 AND AND AND AND - Nhiệt độ làm việc : tlv = - 400C ÷ 800C ; - Điện áp ứng với mức logic “1” : 2 ÷ 4,5 V ; - Dòng điện : I < 1 mA ; - Công suất tiêu thụ : P = 2,5 nW/1 cổng ; Hình 3-15 : Sơ đồ chân của IC 4081 .3.3.4. Chọn tụ C3 và R9 : Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazơ của tranzitor Tr3 . Chon R9 thoả mãn điều kiện : R9 ≥ = 6,757 kΩ ; Ta chọn R9 = 6,8 kΩ ; Chọn C3.R9 = tx = 167 µs , suy ra C3 = ; C = = 0,024 µF , chọn C3 = 0,022 µF .3.3.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm : Mổi kênh điều khiển phải dùng bốn khếch đại thuật toán , do đó ta chọn IC loại TL 084 do hãng Texas Intruments chế tạo các IC này có khếch đại toán . Các thông số của TL 084 : - Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ± 12 V ; - Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : U = ± 30 V ; - Nhiệt độ làm việc : t = - 25 ÷ 850C ; - Công suất tiêu thụ : P = 680 mW = 0,68 W ; - Tổng trở đầu vào : Rin = 106 MΩ ; - Dòng điện đầu ra : Ira = 30 pA ; - Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: = 13 V/µs ;   14 Ucc 13 12 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 11 _ _ _ _ + + + + Hình 3-16 :Sơ đồ chân IC TL084 . Mạch tạo xung chùm có tần số f = = 3 kHz , hay chu kỳ của xung chùm : T = = 334 µs ; Ta có : T = 2R8.C2.Ln( 1 + 2.) ; Chọn R6 = R7 = 33 kΩ , thì T = R8.C2 = 334 µs ; Vậy ta có : R8.C2 = 151,8 µs ; Chọn tụ C2 = 0,1 µF , có điện áp U = 16 V suy ra R8 = 1,518 Ω ; Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch , ta chọn R8 là biến trở 2Ω .3.3.6. Tính chọn khâu so sánh : Khếch đại thuật toán đã chọn loại TL 084 . Chọn R4 = R5 > = 6 kΩ ; Trong đó nếu nguồn nuôi Vcc = ± 12 V thì điện áp vào A3 là UV ≈ 12 V . Dòng điện vào được hạn chế để Ilv < 1 mA . Do đó ta chọn R4 = R5 = 15 kΩ , khi đó dòng điện vào A3 là : Ivmax = = 0,8 mA ;3.3.7. Tính chọn khâu đồng pha : Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C1 . Mặt khác để bảo đảm điện áp tựa có trong nữa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được . Tr = R3.C1 = 0,005 s . Chọn tụ C1 = 0,1 µF , thì điện trở R3 = = 50.103 Ω ; Vậy R3 = 50 kΩ ; Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch , R3 thường chọn là biến trở lớn hơn 50 kΩ . Chọn tranzitor Tr1 loại A564 có các thông số sau : - Tranzitor loại P-N-P , làm bằng silic . - Điện áp giữa colectơ và bazơ khi hở mạch emitơ là : UCBO = 25 V ; - Điện áp giữa emitơ và bazơ khi hở mạch colectơ là : UEBO = 7 V; - Dòng điện lớn nhất ở colectơ có thể chịu đựng : ICmax = 100 mA ; - Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : Tcp = 1500C ; - Hệ số khếch đại : β = 250 ; - Dòng điện làm việc cực đại của bazơ : IB3 = = 0,4 mA ; Điện trở R2 để hạn chế dòng điện đi vào bazơ của tranzitor Tr1 , và được chọn như sau : Chọn R2 sao cho R2 ≥ = 30 kΩ ; Chọn R2 = 30 kΩ ; Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : UA = 9 V ; Điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào khếch đại thuật toán A1 , thường chọn R1 sao cho dòng vào khếch đại thuật toán IV < 1 mA .  Do đó : R1 ≥ = 9 kΩ ; Chọn R1 = 10 kΩ ;3.3.8. Tính nguồn nuôi . Ta cần tạo ra nguồn điện áp U ± 12 V để cấp cho máy biến áp xung nuôi IC , các bộ điều chỉnh dòng điện , tốc độ và điện áp đặt tốc độ . Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển dùng 12 con điôt để tạo ra điện áp – 12 V , và + 12 V như hình 3-17 . Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi là : U2 = = 5,1 V , ta chọn U2 = 9 V ; Việc xây dựng nguồn ổn áp một chiều bằng thyristor có nhược điểm là chọn và tính toán phức tạp đòi hỏi phải có kỹ thuật chuyên môn cao . Sự ra đời của các vi mạch ổn áp họ 7812 và 7912 cho phép đơn giản hoá quá trình này , vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong thực tế . Vi mạch IC 7812 thường có ba chân , chân đầu vào , chân đầu ra và chân nối đất. Do có nhiều hãng sản xuất ra loại IC này do đó hình dáng bên ngoài và thứ tự của các chân có khác nhau .  470 µF A B C 220 V a b c *a *b *c * * * C5 C4 470 µF C7 470 µF C6 470 µF 7812 7912 0 +12 V -12 V  Hình 3-17 : Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn nuôi ± 12 V . Vì vậy để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi , ta dùng hai vi mạch ổn áp là 7812 và 7912 , các thông số chung của vi mạch này như sau : Điện áp đầu vào : UV = 7 ÷ 35 V ; Điện áp ra : Với IC 7812 thì Ura = + 12 V ; Với IC 7912 thì Ura = - 12 V ; Dòng điện đầu ra : Ira = 0 ÷ 1 A ; Tụ điện C4 , C5 , C6 , C7 dùng để lọc thành phần sóng hài bật cao . Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470 µF ; U = 35 V .3.3.9. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha . - Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi . Chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ , trên mổi trụ có ba cuộn dây , một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp . - Điện áp lấy ra ở thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha , và làm điện áp của nguồn nuôi . U2 = U2đph = UN = 9 V ; - Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha . I2đph = 1 mA ; - Công suất nguồn nuôi cấp cho máy biến áp xung . Pđph = 6.U2đph.I2đph = 6.9.1.10-3 = 0,054 W ; - Công suất tiêu thụ ở 6 IC TL 084 sử dụng làm khếch đại thuật toán , ta chọn hai IC TL 084 để tạo 6 cổng AND . P8IC = 8.PIC = 8.0,65 = 5,12 W ; - Công suất máy biến áp xung cấp cho cực điều khiển thyristor . Px = 6.Udk.Idk = 6.3.0,2 = 3.6 W ; - Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi . PN = Pđph + P8IC + Px  PN = 0,054 + 5,12 + 3,6 = 8,774 W ; - Công suất của máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy . S = 1,05(Pđph + PN) = 1,05(0,054 + 8,774) = 9,269 VA ; - Dòng điện thứ cấp máy biến áp . I2 = = 0,172 A ; - Dòng điện sơ cấp máy biến áp . I1 = = 0,014 A ;3.3.10. Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi . - Dòng điện hiệu dụng qua điôt . IDhd = = 0,122 A ; - Điện áp ngược lớn nhất mà điốt phải chịu . UNmax = = 22 V ; - Chọn điôt có dòng định mức . Idm ≥ KI.IDdm = 10.0,1 = 1 A ; - Chọn điôt có điện áp ngược lớn nhất . Un = Ku.UNmax = 2.22 = 44 V ;Vậy chọn điôt loại KIT 208A có các thông số sau : + Dòng điện định mức : Idm = 1,5 A ; + Điện áp ngược cực đại của điôt : UN = 100 V ;3.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực .3.4.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ . Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ xem ở hình 3-18 . T1 T4 T3 T6 T5 T2 F G T4’ T1’ T6’ T3’ T2’ T5’ + - Ckt Ikt ← M L Lc u2c C B A u2b u2a 1cc 1cc 1cc Lc Lc Lc R R R R R R R R R R R R C C C C C C C C C C C C 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 2cc 3cc Ap BAL Hình 3-18 : Mạch động lực có thiết bị bảo vệ . 3.4.2. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn . Khi làm việc với dòng điện chạy qua , trên van có sự sụt áp , do đó có tổn hao công suất ∆P , tổn hao nãy sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn . Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép TCP nào đó , nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng . Để van bán dẫn làm việc an toàn , không bị chọc thủng về nhiệt , ta phải chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý . Tính toán cánh tản nhiệt : - Tổn thất công suất trên một thyristor . ∆P = ∆U.Ilv = 2.95,84 = 191,68 W ; - Diện tích bề mặt toả nhiệt . Sm = ;Trong đó : ∆P : Tổn hao công suất ( W ) ; τ : Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường . Km : Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ . Chọn Km = 8 W/m2.0C . Tlv , Tmt : Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ của môi trường (0C) . Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C . Nhiệt độ làm việc cho phép của thyristor Tcp = 1250C . Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt Tlv = 800C . τ = Tlv - Tmt = 80 - 40 = 400C ; Vậy : Sm = = 0,559 m2 ; Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh , kích thước mổi cánh là  a × b = 16 × 16 (cm × cm ) . Tổng diện tích của cánh tản nhiệt . S = 12 . 2 . 16 . 16 = 0,6144 m2 ;3.4.3. Bảo vệ quá dòng cho van . Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực , tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch thyistor , ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi , ngắn mạch thứ cấp máy biến áp , ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu . - Chọn aptomat có : Idm = k.I = 1,1..I1 = 1,1 . . 38,752 = 73,832 A ; Với I1 : là dòng điện sơ cấp máy biến áp . k : Hệ số an toàn . Udm = 220 V ;Aptomat có ba tiếp điểm chính , có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện . Chỉnh định dòng ngắn mạch . Inm = 2,5.I = 2,5. .38,752 = 167,8 A ; Dòng quá tải . Iqt = 1,5 .I = 1,5 . . 38,752 = 100,68 A ; - Chọn cầu dao có dòng định mức . ICD = IdmAP = 73,832 A ; Cầu dao dùng để tạo khoảng cách an toàn khi sửa chữa hệ truyền động . - Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor , ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu .:Nhóm 1CC : Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC là : I1CC = 1,1.I2 = 1,1 . 135,538 = 149,09 A ; Nhóm 2CC : Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2CC là : I2CC = 1,1.IhdV = 1,1 . 95,84 = 105,424 A ; Nhóm 3CC : Dòng điện định mức dây chảy nhóm 3CC là : I3CC = 1,1.Idm = 1,1 . 166 = 182,6 A ; Vậy chọn cầu chảy nhóm : 1CC loại 150 A ; 2CC loại 120 A ; 3CC loại 200 A ;3.4.4. Bảo vệ quá điện áp cho van . Linh kiện bán dẫn nói chung và linh kiện bán dẫn công suất nói riêng , rất nhạy cảm vói sự thay đổi của điện áp . Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn mà ta cần có phương thức bảo vệ là : - Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van . - Xung điện áp do chuyển mạch van . - Xung điện áp từ phía lưới điện xoay chiều , nguyên nhân thường gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây . - Xung điện áp do cắt đột ngột máy biến áp non tải . Để bảo vệ cho van làm việc dài hạn không bị quá điện áp , thì ta phải chọn đúng các van bán dẫn theo điện áp ngược . - Để bảo vệ quá điện áp của xung điện áp do quá trình đóng cắt các van thyristor được thực hiện bằng cách mắc R – C song song với thyristor . Khi có sự cố chuyển mạch , các điên tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn . Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điên ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm , làm cho quá điện áp giũa anôt và catôt của thyristor . Khi có mạch R – C mắc song song với thyristor , tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá điện áp . Theo kinh nghiệm R1 = ( 5 ÷ 30 ) Ω ; C1 = ( 0,25 ÷ 4 ) µF ; Ta chọn : R1 = 5,1 Ω ; C1 = 0,25 µF ;  R1 C1  Hình 3-19 : Mạch R – C bảo vệ quá điện áp khi van chuyển mạch . - Để bảo vệ cho xung điện áp lưới từ điện áp lưới , ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch R – C nhằm lọc xung . Khi xuất hiện xung điện áp trên đường dây , nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn tàon trên điện trở đường dây . Trị số R , C phụ thuộc nhiều vào tải . Theo kinh nghiệm R2 = ( 5 ÷ 30 ) Ω ; C2 = 4 µF ; Ta chọn : R1 = 12,5 Ω ; C1 = 4 µF ; R2 R2 C2 C2 C2 R2  Hình 3-20 : Mạch R – C bảo vệ xung điện áp từ lưới .3.5. Thiết kế cuộn kháng lọc :3.5 .1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại : Chọn góc mở cực tiểu αmin = 00 .  Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải lớn nhất : Ud max = Ud0.Cosαmin = Ud.dm và lúc này tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm . Khi góc mở lớn nhất α = αmax , thì điện áp trên tải là nhỏ nhất : Ud.min = Ud0.Cosαmax và lúc này tương ứng với tốc độ động cơ sẽ là nhỏ nhất n = nnin . Ta có : αmax = arcos() = arcos() = arcos() (3-3)Trong đó Ud.min được xác định như sau : D = =  Ud.min =  Ud.min =  Ud.min = Thay số vào ta có : Ud.min = Vậy : Ud.min = 41,65 V .Thay Ud.min vào công thức ( 3-3 ) ta có : αmax = arcos() = arcos() = 80,570 .Vậy : αmax = 80,570 . αmim = 00 .3.5.2. Xác định các thành phần sóng hài : Để thuận tiện cho việc khai triển chuổi Fourier , ta chuyển gốc toạ độ sang θ1 , khi đó điện áp tức thời trên tải khi thyristor T1 và T4 dẫn : Ud = Uab = .U2 cos( θ - + α ) ; Với θ = Ω.t ; Điện áp tức thời trên tải Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ : τ = ;Trong đó p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới . Khi khai triển chuổi Fourier của điện áp Ud : Ud = ;Hay :  Ud = = = Trong đó : *an = ; an = ; *bn = ; bn = ; Ta có : ; Vậy ta có biên độ của điện áp : Uk.n = ; Uk,n = ; Uk.n = 2 ; Ud ≈ ;3.5.3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc : Từ phân tích trên ta thấy rằng , khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bật cao càng lớn , có nghĩa đập mạch của điện áp , dòng điện tăng lên .Sự đập mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp , đồng thời gây ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ . Để hạn chế sự đập mạch này , ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1.Iưdm . Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bật cao , cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn . Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở α = αmax . Ta có : Ud + u~ = E + Rư∑.Id + Rư∑.I~ + L Cân bằng hai vế : u~ = R.i~ + L vì R.i~ << L Nên : u~ = L  Trong các thành phần xoay chiều bật cao , thành phần sóng bật k = 1 có mức độ lớn nhất , gần đùng ta có : u~ = U1m sin ( 6θ + φ1 )Nên : i = = Im.cos ( 6θ + φ1 )Vậy : Im = ≤ 0,1.Iưdm Suy ra : L ≥  Trong đó : ρ = 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp . U1m = 2. U1m = 2. = 86,02 .Thay số trên ta tính L : L = = = 2,75.10-3 H = 2,75 mH . Điện cảm mạch phần ứng đã có : Lưc = Lư + 2LBA Trong đó : Lư là điện cảm mạch phần ứng của động cơ và được tính theo công thức Umanxki – Lindvil : Lư = γ. Trong đó γ = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù . Lư = γ = 0,25. = 1,055.10-3 H = 1,055 mH . Ta có điện cảm phần ứng đã có : Lưc = Lư + 2LBA = 1,055 + 2 . 0,255 = 1,565 mH . Điện cảm cuộn kháng lọc : Lk = L – Lưc = 2,75 – 1,565 = 1,185 mH .3.5.4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc . Các thông số ban đầu : Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc : Lk = 1,185 mH . Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng lọc : Im = 166 A . Biên độ dòng điện xoay chiều bật 1 : I1m = 10%.Idm = 16,6 A . - Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé , ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng . Zt = Xk = 2π.f.Lk = 2π.6.50.1,185.10-3 = 2,23 Ω . - Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc . ΔU = Zk. = 2,23. = 26,176 V . - Công suất của cuộn kháng lọc . S = ΔU. = 26,176. = 307,25 VA . CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỈNH LƯU THYRISTOR - ĐỘNG CƠ CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY TRÊN MATLAB - SIMULINK 4.1. CÁC KHỐI SẴN CÓ TRONG SIMULINK .4.1.1. Máy điện một chiều . Đối máy điện một chiều kích từ độc lập thì trong Matlab có hai khối là : Khối liên tục và khối rời rạc .. Hình 4-1 : Các khối của động cơ một chiều kích từ độc lập trong Simulink  Cả khối DC Machine và khối Discrete DC Machine ở trong thư viện Additional Machines đều tiến hành như một máy điện một chiều kích từ độc lập . Khối DC Machine thực hiện như một kiểu liên tục và khối Discrete Machine thực hiện như một kiểu rời rạc . Mô tả dưới đây áp dụng cho cả hai khối . Truy xuất vào hai cực phần cảm ( F+ , F- ) để kiểu máy được dùng như mắc nối tiếp và mắc song song . Mômen tác động trên trục được nhập ở Simulink input TL . Mạch phần ứng ( A+ , A- ) bao gồm điện cảm La và điện trở Ra mắc nối tiếp với sức điện động E . Sức điện động tỉ lệ với tốc độ của máy : E = KE .Với : KE là hằng số điện áp và là tốc độ của máy . Trong kiểu máy kích từ độc lập hằng số điện áp tỉ lệ với dòng điện kích từ If : KE = Laf . If ;Với : Laf là hổ cảm giữa phần cảm và phần ứng . Mômen điện cơ phát ra của máy điện một chiều tỉ lệ với dòng điện phần ứng . Te = KT . Ia ;Với : KT là hằng số mômen . Dấu của hệ quy ước đối với Te và TL là : Te . TL > 0 : Hoạt động ở chế độ động cơ . Te . TL < 0 : Hoạt động ở chế độ máy phát . Hằng số mômen bằng hằng số điện áp : KT = KE ; Mạch phần ứng được nối giữa hai cực A+ và A- của khối DC Machine . Mạch phần ứng được trình bày với nhánh nối tiếp Ra và La mắc nối tiếp với khối Controlled Voltage Soure và khối Current Measurement . Hình 4-2 : Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Mạch kích từ được mô tả bằng mạch Rf và được kết nối giữa hai cực F+ và F- của khối DC Machine . Phần cơ tính tốc độ của máy điện một chiều từ mômen thực tác động lên rôto . Tốc độ dùng để tạo ra sức điện động của mạch phần ứng . Phần cơ được mô tả bằng những khối Simulink thực hiện bằng công thức sau . J = Te – TL – Bm .ω – Tf ;Trong đó : J : là quán tính . Bm : là hệ số ma sát . Tf : là mômen ma sát culông . Hộp thoại và thông số ( Dialog Box and Parameter ) ở hình 4-3 : Mẩu có sẳn ( Preset Model ) : Cung cấp một bộ các thông số cơ điện tính sơ bộ như giá trị công suất định mức của các máy điện một chiều ( HP ) , điện áp một chiều ( V ) , tốc độ định mức ( rad/s ), điện áp kích từ ( V ) . Lựa chọn những mẫu để tải thường có các thông số điện cơ tương xứng trong hộp thoại đăng nhập . Lựa chọn “ NO ” nếu không dùng các mẫu đã có sẳn . Lựa chọn “ Show Detail Parameter ” để xem và sửa các thông số chi tiết kết hợp với các mẩu có sẳn . Nhập thông số cơ ( Machanical Input ) : Cho phép chọn cả mômen tác động lên trục và tốc độ rôto như dấu hiệu Simulink dùng cho mục nhập của khối .  Lựa chọn “ Torque Input ” để chỉ rỏ ra mục vào mômen với đơn vị N.m và chuyển ký hiệu mục nhập của khối thành Tm . Tốc độ của máy được tính toán bởi quán tính J và bởi sự khác biệt của mômen cơ tác dụng Tm và mômen điện từ Te qui ước mômen cơ như sau :  - Khi tốc độ dương và mômen dương thì đó là chế độ động cơ . - Khi tốc độ âm và mômen âm thì đó là chế độ máy phát . Lựa chọn tốc độ “ Speed W ” chỉ rõ đăng nhập tốc độ trong rad/s hoặc pu và chuyển nhãn của mục đăng nhâp của khối là W . Tốc độ của máy phải bắt buộc và các mẫu của phần cơ ( quán tính J ) thì bỏ qua . Việc dùng tốc độ như là đăng nhập phần cơ cho phép làm mẩu kết nối phần cơ giữa hai máy và giao tiếp với SimMachanics và SimDriveline .   Hình 4-3 : Hộp thoại và thông số của động cơ một chiều kích từ độc lập .  Hình minh hoạ kế tiếp chỉ ra cách tạo mẫu kết nối bênh trong trục cứng trong động cơ - máy phát . Đầu ra của máy 1 ( động cơ ) được kết nối tới đầu vào tốc độ của máy 2 ( máy phát ) trong khi đầu ra mômen điện từ của máy 2 Te áp dụng vào đầu vào mômen cơ Tm của máy 1 . Hệ số Kw bao gồm đơn vị tốc độ của cả hai máy ( pu hoặc N.m ) và tỉ số hộp số . Hệ số KT bao gồm đơn vị của cả hai máy ( pu và N.m ) và những giá trị định mức . Cũng như quán tính J2 , J2 được xem xét tới máy 1 phải thêm vào máy 1 quán tính J1 .  Xem các thông số chỉ rõ ( Show Detailed Parameter ) : Nếu lựa chọn mặt nạ hiển thị thông số chi tiết của khối DC Machine . Các thông số chi tiết có thể được điều chỉnh lại để không có trục trặc với những mẫu có sẳn đã lựa chọn trong danh sách “ Preste Model ” . - Điện trở Ra và tự cảm La trong mạch phần ứng ( Armature Resistance and Inductance ) . Điện trở Ra với đơn vị là Ohms ( Ω ) , tự cảm La với đơn vị là Henries ( H ) . - Điện trở Rf và tự cảm Lf trong mạch phần cảm ( Armature Resistance and Inductance ) . Điện trở Rf với đơn vị là Ohms ( Ω ) , tự cảm Lf với đơn vị là Henries ( H ) . - Hổ cảm Laf ( Field Armature and Inductance ) . Hổ cảm với đơn vị là Henris ( H ) . - Quán tính tổng ( Total Inertia ) . Quán tính tổng của máy điện một chiều có đơn vị là Kg.m2 . - Hệ số ma sát ( Viscous Friction Coeffcent Bm ) . Hệ số ma sát tổng của máy điện một chiều có đơn vị là N.m.s . - Thời gian mẫu ( Sample Time ) . Chỉ rõ thời gian mẫu cho khối Discrete DC Machine . Thông số này không có sẳn trong khối DC Machine .  Đầu vào và đầu ra ( Input and Output ) . Đầu ra trong Simulink của khối là một vector chứa bốn thành phần . Ta có thể đơn giản chúng bằng cách sử dụng khối Bus Selector cung cấp trong thư viện Simulink . Tín hiệu Định nghĩa Đơn vị 1 Tốc độ Wm Rad/s 2 Dòng phần ứng ia A 3 Dòng kích từ if A 4 Mômen điện từ Te N.m 4.1.2 Khối tạo xung điều khiển các thyristor .MÁY PHÁT SÁU XUNG ĐỒNG BỘ . Thực hành với máy phát xung đồng bộ kích các Thyristor của bộ chỉnh lưu sáu xung . Khối phát xung điều khiển để điều khiển các thyristor được lấy trong thư viện của Simulink là :  Extras Library / Control Blocks . Dạng rời rạc của khối này có sẳn trong thư viện Extras Library / Discrete Control Blocks .  Hình 4-4 : Các khối của khâu phát xung điêu khiển thyristor . Khối Synchronized 6 – Pulse Generator đươc dùng kích cho 6 con thyristor của bộ chỉnh lưu 6 xung . Đầu ra là một vector 6 xung được đồng bộ một cách riêng biệt trên 6 điện áp của thyristor . Các xung này được tạo ra góc độ sau khi qua điểm 0 của điện áp ngược . Hình dưới minh hoạ sự đồng bộ hoá của 6 xung đối với một góc α = 00 . Những xung này được tạo ra chính xác tại điểm 0 của ba điện áp đồng bộ từng pha ... Hình 4-5 : Sơ đồ phát xung điều khiển của các thyristor . Khối Synchronized 6 – Pulse Generator có thể cấu hình để làm việc ở kiểu xung đôi . Trong kiểu này , hai xung được gởi tới mổi thyristor :  - Xung thứ nhất tiến tới góc thì xung thứ hai tiến tới + π/3 khi thyristor thứ hai được kích . Xung này yêu cầu đầu vào của khối phù hợp với yêu cầu tụ nhiên của điện áp ngược ở cầu thyristor ba pha . Khi kết nối khối Synchronized 6 – Pulse Generator tới đầu vào xung của khối Universal Bridge ( với các thyristor như là những thiết bị điện tử công suất ) các xung này được gởi đến các thyristor theo trật tự sau : Khi tạo cầu thyristor ba pha riêng bằng những khối thyristor đơn cần kết nối tín hiệu xung của khối Synchronized 6 – pulse Generator tới đầu vào cổng của thyristor tưong ứng . Hộp thoại và thông số của khối phát xung điều khiển thyristor . Hình 4-6 : Hộp thoại và thông số của khối phát xung điều khiển . - Tần số điện áp đồng bộ . Tần số điện áp đồng bộ có đơn vị là Hez , ký hiệu là : Hz , nó thường tương ứng với tần số của hệ thống . - Độ rộng xung . Độ rộng xung có đơn vị là µs . - Tạo xung đôi . Nếu được chọn thì máy phát xung sẽ gởi đến mổi thyristor xung thứ nhất đạt đến góc và xung thứ hai gởi đến sau một góc là π/3 khi thyristor kế tiếp theo thứ tự được kích . - Đầu vào và đầu ra . + Alpha_deg  Đầu vào 1 là tín hiệu alpha có đơn vị là độ . Đầu vào này có thể được kết nối tới khối hằng số hoặc kết nối tới hệ thống điều khiển để điều khiển các xung của máy phát xung . + AB , BC , CA . Đầu vào 2 , 3 và 4 là điện áp dây đồng bộ Vab , Vbc và Vca . Những điện áp đồng bộ nên là điện áp giữa pha của những điện áp dây ở những đầu cực của bộ chỉnh lưu . Điện áp đồng bộ thường được xuất phát từ cuộn sơ cấp của máy biến thế chỉnh lưu . Nếu bộ chỉnh lưu kết nối đến cuộn tam giác của máy biến thế , điện áp đồng bộ nên là điện áp pha – đất của cuộn sơ cấp . + Freq . Sẳn có đối với kiểu rời rạc của Synchronized 6 – Pulse Generator . Đầu vào này nên kết nối với khối hằng số chứa tần số cơ bản có đơn vị là Hz hoặc kết nối tới PLL tự điều chỉnh tần số của hệ thống . + Block . Đầu vào 5 để ngăn chặn vận hành máy phát . Các xung bị vô hiệu khi tín hiệu ứng dụng vượt quá 0 . + Pulse . Đầu ra chứa đựng 6 tín hiệu xung . 4.2. MÔ PHỎNG HỆ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA .4.2.1. Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều .4.2.1.1 Sơ đồ mô phỏng .   Sơ đồ của hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha tải R .  4.2.1.2. Kết quả mô phỏng . Với góc α = 00 , ta có điện áp lưới và điện áp chỉnh lưu .  Đồ thị phát xung . Với α = 300 , ta có điện áp lưới và điện áp chỉnh lưu . Với α = 600 , ta có điện áp lưới và điện áp chỉnh lưu . Nhận xét : - Khi α = 00 thì các thyristor dẫn ngay tại góc chuyển mạch tự nhiên , điện áp ngõ ra có dạng nhấp nhô . - Khi α càng lớn thì độ nhấp nhô càng nhiều . - Thời điểm phát xung đưa đến các thyristor diễn ra một cách tuần tự sẽ đảm bảo việc dẫn thyristor theo quy luật cho trước . 4.2.2. Mô phỏng hệ chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều . 4.2.2.1. Sơ đồ mô phỏng . Sơ đồ của hệ thống chỉnh lưu cầu ba pha tải động cơ có đảo chiều . 4.2.2.2. Kết quả mô phỏng . - Ta có đường màu tím phía trên cùng là đường biểu diển tốc độ của động cơ khi mô phỏng ta thấy tốc độ của động cơ tăng dần theo thời gian đến khi đạt đến tốc độ định mức ωdm = 1500 vòng/phút thì giử nguyên tốc độ này trong quá trình . - Đường màu vàng ở giữa là đường biểu diển dòng điện kích từ của động cơ khi khởi động và nó củng tăng dần theo t đến Iktdm . - Đường màu vàng dưới cùng là đường biểu diễn dòng điện khởi động của động cơ và nó sẽ tăng dần theo t khi khởi động sau đó sẽ giảm dần trong chế độ xác lập đến giá tị Idm thì giữ nguyên giá trị đó . Dòng điện và điện áp khởi động của động cơ khi α1 = 00 và α2 = 1800 . Dòng điện và điện áp khởi động của của động cơ khi góc α1 = 1800 và α2 = 00 . Dòng điện và điện áp khởi động của của động cơ khi góc α1 = 300 và α2 = 1500 . Dòng điện và điện áp khởi động của của động cơ khi góc α1 =1500 và α2 = 300 . Dòng điện và điện áp khởi động của của động cơ khi góc α1 =600 và α2 = 1200 . Dòng điện và điện áp khởi động của của động cơ khi góc α1 = 1200 và α2 = 600 . Dòng điện và điện áp khởi động của của động cơ khi góc α1 = 900 và α2 = 900 . Dòng điện và điện áp của của động cơ ở chế độ xác lập khi góc α1 = 00 và α2 = 1800 . Dòng điện và điện áp của của động cơ ở chế độ xác lập khi góc α1 = 1800 và α2 = 00 . Dòng điện và điện áp của của động cơ ở chế độ xác lập khi góc α1 = 300 và α2 = 1500 . Dòng điện và điện áp của của động cơ ở chế độ xác lập khi góc α1 = 1500 và α2 = 300 . Dòng điện và điện áp của của động cơ ở chế độ xác lập khi góc α1 = 600 và α2 = 1200 . Dòng điện và điện áp của của động cơ ở chế độ xác lập khi góc α1 = 1200 và α2 = 600 . Sơ đồ phát xung của bộ điều khiển 1 và bộ điều khiển 2 là . Đồ thị biêu diễn các đường đặc tính tốc độ , dòng điện kích từ và dòng điện của động cơ ở chế độ xác lập . Nhận xét : Từ kết quả mô phỏng ở trên ta thấy các đường đặc tính biểu diễn quan hệ giữa dòng điện và điện áp theo thời gian t thì : - Ở chế độ khởi động động cơ thì dòng điện khởi động , tốc động cơ , tăng nhanh theo t sau một thời gian thì dòng điện giảm dần về giá tị định mức của động cơ và giữ nguyên giá trị đó trong thời gian hoạt động của động cơ . - Ở chế độ xác lập thì dòng điện động cơ , tốc độ động cơ , không có biến động theo theo thời gian . - Vậy bằng cách thay đổi góc mở α1 và α2 sao cho α1 + α2 = 1800 thì ta sẽ thay đổi được điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu làm cho tốc độ của động cơ cũng thay đổi theo . Khi α1 900 thì điện áp đặc lên động cơ là theo chiều thuận nên động cơ sẽ quay theo chiều thuận . Khi α1 > 900 và α2 <900 thì điện áp đặc lên động cơ là theo chiều ngược nên động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại . Vậy bằng cách thay đổi góc α ta không những thay đổi được điện áp đặc vào phần ứng động cơ ( thay đổi tốc độ động cơ ) mà còn thay đổi được chiều quay của động cơ . KẾT LUẬN Sau hơn 3 tháng nghiên cứu và thực hiện đề tài với sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn tự động hoá và đo lường và đặc biệt là thầy Khương Công Minh cùng với sự nổ lực của bản thân đến đây em đã hoàn thành đầy đủ các công việc mà đề tài tốt nghiệp yêu cầu . Trong quá trình làm đề tài em đã tích luỹ được một số kiến thức để có thể nâng cao cho trình độ của mình một cách chắc chắn hơn . Tuy nhiên với thời gian có hạn nên đề tài nghiên cứu có nhiều chổ còn hạn chế nhất định . Trong thời gian này , mặc dầu đã cố gắng nổ lực hết mình song không tránh khỏi những thiếu sót . Em rất mong nhận được sự góp ý xây dựng của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn . Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo đã giúp đở em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp . TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Điện tử công suất của thầy Đoàn Quang Vinh . Điện tử công suất của Nguyễn Bính nhà suất bản Khoa Học Kỹ Thuật 2000 . Điện tử công suất của Lê Văn Doanh nhà suất bản Khoa Học Kỹ Thuật . Máy điện của Vũ Gia Hanh nhà suất bản Khoa Học Kỹ Thuật 2001 . Giáo trìmh Kỹ thuật đo lường của thầy Lê Quốc Huy . Giáo trình Truyền động điện tự động của thầy Khương Công Minh .