Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo ngyên tắc chung đảm bảo điều chỉnh tốc độ trơn và có khâu bảo vệ chống mất kích từ

Lời nói đầu Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn đã được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này hết sức cần thiết đối với lại kỹ sư ngành điện Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động cơ điện một chiều với nhiều mục đích như để bảo đảm yêu cầu công nghệ của phụ tải Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều trong bản đồ án môn học này được sự hướng dẫn của thầy TS - Võ Minh Chính với nội dung : “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo ngyên tắc chung đảm bảo điều chỉnh tốc độ trơn và có khâu bảo vệ chống mất kích từ" Trong bản đồ án này mặc dù em đã cố gắng song với sự hiều biết và những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót.Em kính mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo tận tình của các thầy để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Hoàng Đức Thịnh Mục Lục Chương I : Tìm hiểu công nghệ và yêu cầu kĩ thuật ...3 I.1 CấU TạO CủA ĐộNG CƠ ĐIệN MộT CHIềU ....................................................……….3 I.2.GIớI THIệU Về ĐộNG CƠ ĐIệN MộT CHIềU KíCH Từ ĐộC LậP ....................……………………4 I.3.Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.......................................................................................................................................……………………5 I . 4 Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều ...................……………………8 Chương ii :Lựa chọn các phuơng án thiết kế.........................................11 II.1 sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha................................................................................…………12 II.2 sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha .............................................................................…………13 II.2.1.Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng.............................................................…………13 II.2.2.Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng.................................................…………14 chương III :thiết kế mạch nguyên lý và mạch điều khiển.............17 iii.1.Giới thiệu về nguyên tắc điều khiển chung .....................................……………………17 III.2. Sơ đồ mạch nguyên lý..................................................................................……………………18 III. 3. Sơ đồ mạch điều khiển........................................................................…………………21 Chương iv :tính toán mạch mạch lực..............................................…30 IV. I .Tính chọn van động lực...................................................................………………….30 IV. II. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu................................................………………….31 IV. III . Tính chọn mạch bảo vệ.................................................................………………….43 CHƯƠNG V: TíNH TOáN Mạch điều khiển......................................................47 V.1. Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa.............................................………………….47 V .2 . Tính chọn tầng so sánh..........................................................................…………………..48 V.3.Tính chọn bộ tạo xung chùm..................................................................………………….48 Phương án Uđm(V) Iđm(A) Ukích từ(V) Ikích từ(A) Phạm vi điều chỉnh tốc độ 5 80 30 50 3 30:1 V.4.Tính chọn cổng AND ....................................................................................………………….49 V.5.Tính toán tầng khuyếch đại xung......................................................………………….49 V.6 Tính chọn khâu đồng pha……………………………………………….………………….51 Số Liệu cho trước : Chương i tìm hiểu công nghệ và yêu cầu kĩ thuật I.1 CấU TạO CủA ĐộNG CƠ ĐIệN MộT CHIềU. 1.Phần tĩnh (phần cảm hay còn gọi là phần tạo ra từ trường ). a.Cực từ chính : Được làm bằng thép kỹ thuật dạng thép khối hoặc thép tấm, xung quanh cực từ chính có dây quấn cực từ chính gọi là kích từ, nó thường được nối với nguồn một chiều. Nhiệm vụ của cực từ chính là tạo ra từ thông trong máy. b.Cực từ phụ : Được đặt xen giữa cực từ chính, xung quanh cực từ phụ có dây quấn cực từ phụ. Dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn roto, nhiệm vụ của cực từ phụ là triệt tiêu từ trường phần ứng (từ trường do dòng điện roto sinh ra ) trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện tia lửa điện trên chổi than và cổ góp. c.Vỏ máy(gông từ ) : Ngoài nhiệm vụ thông thường như những vỏ máy khác vỏ máy điện một chiều còn tham gia vào việc dẫn từ , vì vậy nó phải làm từ thép dẫn từ. 2.Phần quay (phần ứng quay xung quanh từ thông ). a.Lõi thép roto: Thường làm bằng các lá thép kĩ thuật điện có phủ lớp các điện hai mặt rồi ép chặt lại.Trên lõi thép có các rãnh dùng để đặt dây quấn vào b. Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.Dây quấn phần ứng thường được lam bằng dây đồng có bọc cách điện. c.Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.Kết cấu cổ góp gồm nhiều phiếm góp bằng đồng ghép cách điện với nhau, bề mặt cổ góp được gia công với tốc độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa chổi than và cổ góp. I.2.GIớI THIệU Về ĐộNG CƠ ĐIệN MộT CHIềU KíCH Từ ĐộC LậP Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều tư vài W đến hàng MW, giản đồ kết cấu chung của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được thể hiện như hình vẽ dưới đây, phần ứng được biểu diễn vòng tròn bên trong có có sức điện động Eư , ở phần stato có thể có vài dây quấn kích từ: dây quấn kích từ độc lập CKD, dây quấn kích từ nối tiếp CKN, dây quấn cực từ phụCF, dây quấn bù CB. Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau,lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. E I Rf Uư Ikt Rkt Uư CKT Ukt *Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Khi đóng động cơ rotoquay đến tốc độ n, dặt điện áp Ukt nào đó lên dây quấn kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông f,tiếp đó ở trong mạvh phần ứng thì trong day quán phần ứng sẽ có dòng điện i chạy qua tương tác với dòng điện phần ứng. Tăng từ từ dòng kích từ (bằng cách thay đổi điện trở Rkt) thì điện áp ở hai đầu động cơ sẽ thay đổi theo quy luật sau: Edư = (1%42%)Uđm Khi dòng điện kích từ Ikt còn nhỏ thì Eư hoặc U tăng tỉ lệ thuận với Ikt nhưng khi Ukt bắt đầu lớn thì từ thông f trong lõi thép bắt đầu bão hoà. Cuối cùng khi Ikt = Ikt bão hoà thì U = Eư bão hoà hoàn toàn. Uư Iktbh U Ikt I.3.Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện áp của động cơ. Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư = Eư + RIư(1) Trong đó: Uư - điện áp phần ứng (V) Eư – sức điện động phần ứng (V) Rư - điện trở của mạch phần ứng () Rf - điện trở phụ trong mạch phần ứng Iư – dòng điện mạch phần ứng Với Rư = rư + rcf + rb + rct rư - điện trở cuộn dây phần ứng rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb - điện trở cuộn bù rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức Eư = Trong đó: p – số đôi cực từ chính N – số thanh dẫn tác dụng của dây quấn phần ứng a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng f - từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb ' - tốc độ góc rad/s - hệ số cấu tạo của động cơ Từ phương trình (1) ta có : Eư = Uư – (Rư + Rf)Iư Chia cả hai vế cho kf ta được : ị (2) → v =f(I): đặc tính cơ điện Mặt khác mômen điện từ của cơ điện được xác định bởi: Mđt = KFIư , suy ra Iư = Thế vào (2) ta được v , Suy ra :v = f(M) đặc tính cơ theo mô men Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục điện cơ bằng mômen điện từ, ta kí hiệu là M. nghĩa là: Mđt = Mcơ = M (3) Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông F = const thì phương trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính đồ thị của chúng được thể hiện như sau wo o wđm o Iđm o Inm o I o w o wo o wđm o Mđm o Mnm o M o w o Đặc tính cơ điện Đặc tính cơ I . 4 Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều : Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là: từ thông động cơ f, điện áp phần ứng Uư và điện trở phần ứng động cơ. a.Thay đổi điện trở phần ứng : Giả thiết Uư = Uđm = const và f = fđm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. +Tốc độ không tải lý tưởng: v = = const +Độ cứng của đặc tính cơ: b = = variable Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên wo TN Rf1 Rf2 Rf3 Rf khác không càng lớn thì b càng nhỏ đặc tính cơ càng dốc Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được một họ đặc tính cơ như hình vẽ, ứng với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ càng giảm đồng thời dòng điện và mô men men ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản *.Đặc điểm : + tốc độ n bằng phẳng , phạm vi điều chỉnh rộng + vùng điều chỉnh tốc độ nđc <nđm + việc điều chỉnh tốc độ thực hiện trong mạch phần ứng có dòng điện lớn, tổn hao vô ích nhiều, hệ số động cơ giảm b.Thay đổi điện áp phần ứng. + giả thiết f = fđm = const, điện áp phần ứng Rư = const trong thực tế thường giảm điện áp. + tốc độ không tải lý tưởng:v0x = variable, Ugiảm thì v0x giảm w w01 Udm(TN) w02 w03 U1 w04 U2 M(I) U3 + độ cứng đặc tính cơ: b = - = const Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên. Nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp, thực chất là giảm áp thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Vì vậy phương pháp này cũng được sử dụng đểđiều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khi khởi động *.Đặc điểm + tốc độ điều chỉnh bằng phẳng + phạm vi điều chỉnh rộng + vùng điều chỉnh tốc độ nđc <nđm + để thực hiện phương pháp này ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi được(bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất ). c.Thay đổi từ thông(thường giảm): Giả thiết đIện áp phần ứng Uư = Uđm = const, điện trở phần ứng Rư = const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng đIện kích từ Ikt động cơ + tốc độ không tải: v0x = = var + độ cứng đặc tính cơ : b = -= var Khi giảm f thì v0x tăng , giảm ta có một họ đặc tính cơ với v0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần. v v v3 v2 v1 v1 v0 v0 Mm2 Mnm Mnm M Inm I *.Đặc điểm + tốc độ bằng phẳng , phạm vi điều khiển rộng  +vùng điều chỉnh nđm < nđc +với điều chỉnh tốc độ thực hiện trong máy kích từ thì dòng điện nhỏ, tổn hao ít, hiệu suất cao. Chương ii Lựa chọn các phuơng án thiết kế II.1 sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha a.Nguyên lý: Khi biến áp có ba pha đấu (Y) mỗi pha A,B,C đấu với một van, catốt đấu chung cho ta điện áp dương của tải còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Các pha A,B,C dịch pha nhau 120 theo các đường cong điện áp pha vì vậy ta có điện áp của một pha dương hơn điện áp của hai pha còn lại trong 1/3 chu kỳ.Từ đấy thấy rằng tại mỗi một thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương nên chỉ có một van dẫn mà thôi. a)Với a < 30o: Tại a1 cấp xung điều khiển cho T1 : T1 sẽ được mở từ a1 tới a2 Tại a2 cấp xung điều khiển cho T2 : T2 sẽ được mở từ a2 tới a3 Tương tự tại a3 cấp xung điều khiển cho T3 b) Với a > 30o : + Tại a1 cấp xung điều khiển cho T1 : T1 sẽ được mở từ a1 tới q1 Tại q1 điện áp đổi chiều T1 khoá T2 chưa mở + Tại a2 cấp xung điều khiển cho T2 : T2 sẽ được mở từ a2 tới q2 Lúc này T3 chưa mở * Nhận xét : + Chất lượng điện áp chỉnh lưu tốt hơn chỉnh một pha + Với tải thuần trở chất lượng điện áp ra tốt,dạng sóng liên tục + Trị số tức thời của điện áp tải là điện áp pha,mỗi pha đặt lên điện áp tải trong khoảng 1/3 chu kì II.2 sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha II.2.1.Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng a,Nguyên lý. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha mắc ngược chiều nhau, 3 tisistor T1,T3,T5 tạo thành một chỉnh lưu tia 3 pha cho điện áp dương tạo thành nhóm anốt. Còn T2,T4,T6 là chỉnh lưu tia 3 pha cho điện áp âm tạo thành nhóm catốt, hai chỉnh lưu này ghép lại thành cầu 3pha Chỉnh lưu tia 3pha điều khiển đối xứng thì dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này sang pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở tisistor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anốt dương, một xung ở nhóm catốt âm ) * Hoạt động : Với chỉnh lưu có điều khiển này trong một vùng UA (+),UB UC (-) nếu có dòng chạy từ A tới B hay A tới C phải có lệnh mở một hay hai van. Trong chỉnh lưu cầu có điều khiển ta phải có lệnh mở van cả nhóm Anôt và Katôt đồng thời nếu không sơ đồ sẽ không hoạt động.Cùng một vùng UA (+) dòng phải chạy từ A tới B hay từ A tới C * Nhận xét : + Độ bằng phẳng của dòng điện tốt + Công suất biến áp nhỏ,trị số tức thời của điện áp tải là điện áp dây vì dòng điện chạy từ pha có điện cao về pha có điện thấp + Dòng điện chạy qua mỗi van là 1/3 chu kì + Khó điều khiển vì phải cấp hai xung đúng thứ tự pha + Dùng van nhiều tổn hại lớn Giá trị trung bình của điện áp tải : II.2.2.Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng. Sơ đồ nguyên lí : * Hoạt động : ã Với a < 60o : + Tại a1 cấp xung điều khiển cho T1 với UA(+)>UBvà UC nên T1 dẫn trong khoảng a1 á a2 + Tại a2 cấp xung điều khiển cho T2 với UB(+)>UA và UC nên T2 dẫn trong khoảng a2 á a3 Phía Katôt điện áp Điôt nào (-) hơn thì sẽ dẫn ã Với a > 60o : + Tại a1 cấp xung điều khiển cho T1 với UA(+)>UC nên T1 và D3 dẫn từ a1 á q1 .Sau q1 UA(-) hơn UC nên D3 bị khoá nhưng T1 vẫn dẫn + Tại a2 cấp xung điều khiển cho T2 với UB(+) hơn UA nên T2 và D1 dẫn từ a2 á q2 +Từ q2á a3 do UB(-) hơn UA nên D1 khoá và D2 dẫn để năng lượng cuộn + Tại a3 cấp xung điều khiển cho T3 với UC(+) hơn UB nên T3 và D2 * Nhận xét : + Góc mở a về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 á p,điện áp chỉnh lưu có thể điều chỉnh từ giá trị lớn nhất tới 0 + Sơ đồ này đơn giản,rẻ tiền nhưng điện áp chỉnh lưu chứa nhiều thành phần sóng hài,cần có bộ lọc tốt Giá trị trung bình của điện áp tải : Kết luận : Từ các phương án đã đề xuất ở trên ta nhận thấy rằng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất vì vậy với yêu cầu của tải là điều chỉnh trơn tốc độ có dảo chiều quay nên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đốu xứng để thiét kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đảo chiều quay là phù hợp nhất chương III thiết kế mạch nguyên lý và mạch điều khiển iii.1.Giới thiệu về nguyên tắc điều khiển chung a.Nguyên tắc : Tại cùng một thời điểm cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung điều khiển, nhưng chỉ có một bộ biến đổi làm việc cấp dòng cho tải còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi. Như vậy lúc nào hai bộ cũng đồng thời chạy do đó mà nó không còn thời gian chết trong quá trình đảo chiều dòng điện, vì vậy độ tác động là nhanh nhất. Tuy nhiên do hai bộ đều chạy nên sẽ có khẳ năng có dòng điện xuyên qua hai bộ gây ngắn mạch nguồn cho nên ta phải đưa thêm các cuộn kháng cân bằng để chống dòng ngắn mạch này. b.Luật điều khiển a2= 0 a a1= 0 (2) 30 (1) 60 90 uc2 uc1 120 150 a1=180 a2= 150 180 - Bộ biến đổi I(BĐI) làm việc ở đường đặc tính (1) có UdI = Ud0cosaI - Bộ biến đổi I(BĐI) làm việc ở đường đặc tính (1) có UdII = Ud0cosaII Ta có: UdI = UdII Suy ra Ud0cosaI = - Ud0cosaII + cosaI + cosaII = 0 + aI + aII = 180 (Luật phối hợp điều khiển ) Từ luật phối hợp điều khiển ta thấy rằng khi aI 90 do đó bộ biến đổi I(BBĐI) làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn bộ biến đổi II(BBĐII) sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu Vậy khi bộ I chạy ở chế độ chỉnh lưu thì bộ II bao giờ cũng chạy ở chế độ nghịch lưu nhưng không có dòng chẩy đ bộ nghịch lưu không chạy nên quá trình nghịch lưu chỉ chạy khi bắt đầu giảm dòng, giảm tốc độ, đảo chiều với tải sức điện động Ed như động cơ điện một chiều *Ưu điểm của phương pháp điều khiển chung +Tốc độ đảo chiều rất nhanh cho phép đảo chiều với tần số cao *Nhược điểm +Khó đảm bảo luật điều khiển vì vậy dễ xẩy ra sự cố - Cần phải có hai cuộn kháng cân bằng làm tăng kích thước của thiết bị, nếu cuộn kháng thiết kế không chính xác thì cũng sẽ gây ra sự cố trong quá trình làm việc như cháy van, cháy cuộn kháng ĐC RI III.2. Sơ đồ mạch nguyên lý a.sơ đồ nguyên lí : b. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ nguyên lý Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi BBĐ1và BBĐ2 đấu song song ngược với nhau, có các cuộn kháng cân bằng Lcb để không cho dòng điện chạy từ bộ BBĐ1 sang bộ BBĐ2. Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu Nếu góc aI là góc mở đối với bộ BBĐ1 và góc aII là góc mở đối với bộ BBĐ2 thì sự phối hợp giữa góc aI,, aII phải được thực hiện theo quan hệ aI+aII = 180, sự phối hợp này gọi là phối hợp tuyến tính Giả sử cần động cơ quay thuận ta có BBĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu aI= 0á90 đ UdI > 0, bấy giờ aII > 90 đ BBĐ2 làm việc ở chế độ nghịch lưu UdII<0. Cả hai điện áp UdI và UdII đều đặt lên phần ứng của cuă động cơ M, lúc này dòng điện chỉ có thể chảy từ bộ BBĐ1 sang động cơ mà không thể chẩy từ bộ BBĐ1 sang BBĐ2 vì các tiristor không thẻ cho dòng chẩy từ katốt sang anốt đ động cơ quay thuận Khi aI = aII = 90 thì UdI = UdII = 0 động cơ ở trạng thái dừng Giả sử với góc điều khiển aI = 30 đ aII = 150, động cơ quay thuận với uc = uc1, lúc này điện áp trên BBĐ1 là UdI = U0cos30 = U0 BBĐ1 là UdII = U0cos150 = - U0 Vậy BBĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn bộ BBĐ2 làm việc ở chế độ nghịch lưu Nếu cần giảm tốc độ quay của động cơ ta có uc = uc2 với góc mở aI = 60 đ aII = 120 lúc này điện áp trên BBĐ1 là :UdI = U0cos60 = U0 Điện áp trên BBĐ1 là UdII = U0cos150 = - U0 Do quán tính nên sức điện động E của động cơ vẫn còn giữ nguyên trị số tương ứng với trạng thái trước đó E > UdI’ bộ BBĐ1 bị khoá lại. Mặt khác E > UdII’ nên BBĐ2 làm việc ở ché độ nghịch lưu phụ thuộc trả năng lượng tích luỹ trong động cơ về nguồn, lúc này dòng điện phần ứng động cơ đảo dấu chẩy từ động cơ M vào BBĐ2, động cơ hãm tái sinh tốc độ giảm xuống đến giá trị tương ứng UdI’ đ động cơ quay ngược Nếu cho điện áp điều khiển uc < 0 thì BBĐ2 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, còn BBĐ1 làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc. III.3. Sơ đồ mạch điều khiển a.Nguyên tắc điều khiển Trong thực tế nhười ta sử dụng hai nguyên tắc điều khiển: Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc thẳng dứng arccos. ở đây ta sử dụng nguyên tắc đièu khiển thẳng đứng tuyến tính, theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp - Điện áp đồng bộ kí hiệu là us đồng bộ với điện áp đặt trên tiristor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh - Điện áp điều khiển kí hiệu là ucm (điện áp một chiều có thê điều chỉnh được biên độ ) thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh Bấy giờ hiệu điện thế đặt vào khâu so sánh là ud = ucm – us, khi us = ucm khâu so sách lật trạng thái ta nhận được sườn ra của điện áp đầu ra của khâu so sánh, sườn này thông qua đa hài một trạng thái ổn định tạo ra một xung điều khiển b.Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển c.Các khâu trong mạch điều khiển *Khâu tạo điện áp đồng bộ *Khâu tạo điện áp răng cưa đồng bộ -Nguyên lý hoạt động Khi Uđb > 0 đặt vào bazơ cử tiristor, lúc này tiristor T mở ra, điện áp trên tụ C phóng theo đường C1 – Colector – Emetor – C1 Khi Uđb < 0 đ UB < 0 tiristor T khoá lại, lúc này tụ C1 nạp điện theo đường +E – R – C1 - đất. Trong quá trình tụ C1 nạp điện tạo ra sườn đặc tính nạp như hình vẽ .Biểu thức quá trình nạp điện của tụ C1 Điện áp răng của đồng bộ Us, tăng tuyến tính. *Khâu so sánh - Nguyên lý hoạt động + Khâu so sánh tín hiệu thường dùng khuếch đại thuật toán, kí hiệu là OA (operational amplifier). + OA có hai cổng vào : cổng vào đảo và cổng vào không đảo và một cổng ra S. + So sánh tín hiêu cùng dấu Vì Ud =Ur - Udk nên. Khi Udk 0 Uss = Vsat Udk > Ur Ud < 0 Uss = -Vsat ở đầu ra của khâu so sánh nhận được một chuỗi xung chữ nhật dương và âm kế tiếp nhau *Khâu phát xung dao động chữ nhật . - Nguyên lý hoạt động Mạch này còn gọi là mạch Relaxation oscilator. Về cấu trúc mạch ta thấy OPAMcó hai đường phản hồi, mạch hoạt động ở chế độ tự dao động vì điện áp tren tụ C được so sánh với điện áp Up Điện áp được xác định bởi biểu thức: kkmkkl;mjjhhjkhkhhhjnNừuNNNừu O nếu OPAM lý tưởng thì . Và hai ngưỡng so sánh là và Tụ C sẽ nạp từ giá trị ban đầu là Up cho đến giá trị Up và phóng điện ban đầu là Up+ Up- Điện áp tại t = của quá trình nạp là E và điện áp tại t = của quá trình phóng là -E.Hằng số thời gian là t=R.C Biểu thức nạp của tụ C Biểu thức phóng của tụ C Trong đó: tn – thời gian nạp tp – thời gian phóng chu kỳ phóng nạp T = tp + tn Giả sử thời gian phóng và thời gian nạp bằng nhau ta có: - Khi kết thúc quá trình nạp với ta có Nếu chọn thì Lấy logarit 2 vế - Và tần số dao động là *Mạch trừ loại 2 - Nguyên lý hoạt động UN=Up = 0U r = -UV *Mạch khuếch đại xung ,biến áp xung - Nguyên lý hoạt động Tín hiệu vào Ue là một tín hiệu logic khi Ue=1 thì tranzitor T mở bão hoà, khi Ue= 0 tranzitor T bị khoá lại.Điện trở R1 hạn chế dòng colector, diôt Dr ngăn chặn xung áp âm có thể có khi T bị khoá, Rg hạn chế dòng điều khiển. R2 là điện trở ảnh hưởng đến biên độ và sườn ra của xung. Nguyên lý hoạt động: Thoạt đầu tiên khi Ue = 0, il = ic = 0, UCE = E, iDr = 0 Giả thiết tại thời điểm t = 0, Ue = 1, T mở điện cảm L của BAX không cho phép ic đạt ngay giá trị bão hoà của nó là ic = E/R1 mà dòng ic chỉ có thể tăng trưởng thao quy luật hàm mũ với Sau khoảng thời gian 5t ic . Bên thứ cấp biến áp xung BAX xuất hiện 1 xung điện áp trên R2 để mở tiristor . Khi t = T,1 ,ue = 0 bấy giờ iL đặt giá trị : Tranzitor T bị khoá lại ic = 0 Nếu không có diôt Dr thì năng lượng sẽ sinh quá điện áp trên các cực E, C của T,quá điện áp này có thể đạt đến 100V phá huỷ tranzitor T vì vậy Dr loại trừ hiện tượng quá điện áp nói trên, bởi vì vừa khi : UCE = VC – VE = 0,8V thì Dr mở ra cho dòng quẩn qua nó làm ngắn mạch 2 điểm C và F. Do đó UCE = E + 0,8V. Từ t =T trở đi, il suy giảm theo quy luậtVới d.Sơ đồ mạch điều khiển Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Đưa điện áp pha A UA = 220sin(t ) của máy biến áp đồng pha vào bộ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ. Điện áp ra bộ chỉnh lưu là UCL, điện áp này được đem so sánh với điện áp đặt (điện áp một chiều) bằng bộ so sánh thuận, điện áp UCL vào bộ so sánh thuận có dạng tuần hoàn với chu kỳ T nên điện áp ra bộ so sánh thuận là Us có dạng xung vuông góc cùng chu kỳ và đồng bộ với điện áp UCL . Điện áp đồng bộ Us này đưa vào cổng B của tranzitor. Mỗi khi có Us > 0 tác động vào thế bazơ của tranzitor thì tụ C2 phóng theo đường C2 - colector T1 – Emetor – C2 . Khi Us < 0 thì tụ C2 được nạp điện theo dường + E – R –C2 - âm nguồn. Khi tụ C2 phóng điện tạo điện áp răng của Urc , điện áp răng cưa này đưa vào đầu đảo của khâu so sánh và được so sánh với điện áp điều khiển. Để điều chỉnh góc mở của tiristor ta chỉ cần điều chỉnh Uđk bằng cách điều chỉnh biến trở (VR). Giả sử tại thời điểm t = ứng với điện áp Uđk = Uđk0 khi Ucr = Uđk lúc này tại đầu ra của bộ so sánh xuất hiện xung vuông, xung vuông này kết hợp với bộ tạo xung chùm đưa vào cổng AND, để đảm bảo tiristor mở chắc. Điện áp ra tại cổng AND đưa vào bộ khuyếch đại (BKĐ) và qua máy biến áp xung (MBAX) ta nhận được xung đến kích mở cổng G của T1 và T4 Mặt khác ta đưa đồng thời Urc vào bộ trừ để tạo được điện áp đối xứng với điện áp răng của điện áp này cũng được đem ra so sánh với Uđk, thì ứng với Uđk0 tương ứng với góc điều khiển aII , thoả mãn điều kiện . Mỗi khi Ucr = Uđk tại đầu ra của bộ so sánh xuất hiện xung vuông, kết hợp với bộ tạo xung chùm để đảm bảo tiristor mở chắc đưa vào cổng AND. Điện áp ra cổng AND đưa vào bộ khuyếch đại (BKĐ) qua BAX tạo xung kích mở cổng G của và T4’ .Như vậy tại cùng một thời điểm ứng với một giá trị Uđk0 thì T1và T4 của bộ BĐ1 dẫn và T1’,T4’ làm việc ở chế độ đợi và đảm bảo theo nguyên tắc điều khiển chung Chương iv tính toán mạch mạch lực IV. I .Tính chọn van động lực: Sau khi chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng ta có các thông số cơ bản sau (được tra theo bảng I và bảng II-tài liệu thiết kế thiết bị ĐTCS) : knv = ku = khd = Ta có : + Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu : Ulv = knv . U2 = knv. = = 83,78 (V) + Điện áp ngược của van cần chọn : Unv = kdt Udt = 1,8 .83,78 = 150,8 (V) Trong đó : Kdt - hệ số dự trữ điện áp , chọn kdt =1,8 + Dòng điện làm việc của van : Ilv = Ihd = khd.Id = = 17,32 (A) + Ta chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt đày đủ diện tích toả nhiệt,không có quạt đối lưu không khí.Làm mát tự nhiên bằng không khí . Ilv = ( 10 % 30 %) Iđm Dòng điện của van được chọn sẽ là dòng điện định mức : Iđmv = ki . Ilv = 3.17,32 = 51,96 (A) Trong đó : ki – hệ số dự trữ dòng điện .Chọn ki = 3 Từ các thông số tính toán trên ta chọn loại tiristor 50RCS20 Van được chọn có thông số :( theo bảng 5) + Điện áp ngược cực đại : Unv = 200(V) + Dòng làm việc cực đại : Iđmv = 80 (A) + Dòng điện đỉnh cực đại : Ipik = 1200 (A) + Dòng điện xung điều khiển : Ig = 110 (mA) + Điện áp xung điều khiển : Ug = 3 (V) + Dòng điện tự giữ : Ih = 200 (mA) + Dòng điện rò : Ir = 6,5 (mA) + Sụt áp trên tiristo ở trạng thái dẫn : DU = 1,8 (V) + Đạo hàm điện áp : dU/dt = 25 (V/s) + Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 ( 0C ) IV. II. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu : 1- Tính toán sơ bộ máy biến áp : Theo sơ đồ đã chọn và yêu cầu của thiết kế thì máy biến áp được chọn là máy biến áp ba pha ba trụ đấu D/ Ă và tự làm mát bằng không khí . + Điện áp hạ trên hai đầu tải lớn nhất mà mạch chỉnh lưu cấp : Udo = Ud + DUv +DUba + DUđn Ud = 80 V : điện áp tải DUv = 1,8 V : sụt áp trên tiristo DUba : sụt áp trên máy biến áp ( do sụt áp điện trở và điện kháng ). Thường chọn DUba = 6% Ud = 0,06 . 80 = 4,8 V DUđn ằ 0 : sụt áp đầu dây nối được coi là không đáng kể Suy ra : Udo = 80 + 1,8 + 4,8 = 86,6 (V) Khi xác định điện áp Udo thì ta phải xét cả những lúc mà lưới làm việc không bình thường bởi sự suy giảm điện áp lưới.Khi chọn và thiết kế máy biến áp cho sơ đồ chỉnh lưu thì ta phải chọn điện áp Udo theo điều kiện đó để tránh sự cố cho mạch động lực lúc gặp sự suy giảm của lưới Để tránh điều đó ta phải thông qua một hệ số cosamin (hệ số suy giảm điện áp lưới ).Thường chọn cosamin = cos 100 = 0,984 Ta có : Udo cosamin = 86,6ị Udo = 85,21 (V) + Công suất của máy biến áp chỉnh lưu : Pđmax = Udo . Id = 85,21.30 = 2556,3(W) + Công suất biểu kiến của máy biến áp : S = Ks . Pđmax = 1,05 . 2556,3 =2684,1 (VA) Ks : hệ số công suất theo sơ đồ động lực Ks =1,05 được chọn theo bảng 2 Vậy máy biến áp chỉnh lưu có các thông số sau : + Điện áp sơ cấp máy biến áp : U1 = 380 (V) + Điện áp thứ cấp máy biến áp :U2 = Udo/ku = =36,42 (V) + Dòng điện hiệu dụng thứ cấp : I2 =Id =.30 =24,5(A) + Dòng điện hiệu dụng sơ cấp : I1 = kba . I2 I1 = =2,34(A) 2 - Tính toán sơ bộ mạch từ : + Tiết diện sơ bộ trụ : QFe = KQ =25,38 (cm2) Trong đó : KQ : hệ số phụ thuộc hệ số làm mát , chọn KQ = 6 m : số pha máy biến áp , với máy biên áp 1 pha m = 3 f : tần số nguồn xoay chiều , f = 50 Hz + Khi trụ của máy biến áp là trụ tròn ta có : dT = = 5,68 (cm) + Với máy biến có các thông số Sba =2684,1 (VA) là loại máy có biến áp có công suất nhỏ ( < 10 KVA).Do là máy biến áp có công suất nhỏ nên ta chọn kiểu trụ chữ nhật có hình dáng như hình vẽ: + Mạch từ là các lá thép kĩ thuật được chọn là loại P I có độ dày lá thép là 0,35 mm + Chọn sơ bộ mật độ từ cảm : B = 1T 3- Tính toán dây quấn máy biến áp : + Số vòng dây pha phía sơ cấp : =674,4 (vòng) lấy w1 = 675 (vòng ) + Số vòng dây phía thứ cấp : =64,69 (vòng) lấy w2 = 65 (vòng) + Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp : Với điều kiện chọn dây dẫn bằng đồng và loại máy biến áp khô Chọn: J1 = J2 = 2,5 (A/mm2) + Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp : S1 = I1/J1 = 2,34 / 2,5 = 0,936 (mm2) Chọn dây dẫn đồng tròn cách điện cấp B , theo bảng 3 ta có chuẩn hoá :S1 = 0,9852 mm2 Đường kính dây đồng phía sơ cấp theo tiêu chuẩn d1 = 1,12 mm Đường kính dây dẫn kể cả cách điện trong khoảng 1,2 á 1,23 mm ở đây cách điện bọc xung quanh 2d = 0,06 nên ta có : d1n =1,2 mm + Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : S2 = I2/J2 = 24,5 / 2,5 = 9,8 (mm2 ) Chuẩn hoá tiết diện dây theo bảng 3 ta có : S2 = 8,45 (mm2 ) Đường kính dây đồng thứ cấp theo tiêu chuẩn : d2 = 3,28 mm Đường kính dây dẫn kể cả cách điện : d2n = 3,61 mm + Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp : J1 = I1/S1 =2,34 / 0,9852 = 2,375 (A/mm2) + Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp : J2 = I2/ S2 = 24,5 / 8,45 = 2,89 (A/mm2) 4- Tính kích thước mạch từ : + Chọn hình dáng trụ : Với máy biến áp có công suất nhỏ ( S =79,7 VA) ta chọn trụ chữ nhật có kích thước : QFe = a . b Trong đó : a – bề rộng trụ b – bề dầy trụ + Chọn tỉ số giữa chiều cao cửa sổ mạch từ và bề dầy cửa sổ : h/a =2 trong đó a < dT = 5,68 (cm).Chọn a = 4 (cm) đ h = 8 (cm) + Diện tích hữu ích cửa sổ mạch từ Qcs = Qcs1 + Qcs2 Trong đó : Qcs1 = Klđ .w1.Scu1 Qcs2 = Klđ .w2.Scu2 Klđ : hệ số lấp đầy của dây quấn , chọn Klđ = 2 Ta có : Qcs = 2.( 675 . 0,9852 + 65.8,45 ) = 2428,52 (mm2) + Tính kích thước cửa sổ : Qcs = c.h Với h = 9 (cm).Ta có : c = = 3,03 (cm) Để việc lồng dây dễ dàng và toả nhiệt tốt ta chọn c = 3,1 (cm) + Bề dầy của trụ : b = = 6,34 (cm) + Chiều cao của mạch từ : H = 2. a + h = 2.4 + 8 = 16 (cm) + Chiều rộng của mạch từ : C = 2.c + 3.a = 2.3,1+3.4=18,2 (cm) + Chọn bề dầy gông bằng bề dầy trụ : bT = bG = 6,34 (cm) + Tiết diện gông : QG = bG . c = 6,34.3,1 = 19,65 (cm2 ) Mật độ từ cảm : * Mật độ từ cảm trong trụ : BT = = 1 (T) * Mật độ từ cảm trong gông : BG = =1,29 (T) 5- Kết cấu dây quấn mạch từ : A – Kết cấu dây quấn sơ cấp : Chọn kiểu dây quấn đồng tâm bố trí dọc trục + Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : = 61 (vòng) Trong đó : kc : hệ số ép chặt .Chọn kc = 0,96 d1n : đường kính dây quấn sơ cấp kể cả cách điện hg : khoảng cách cách điện từ gông tới cuộn sơ cấp. Chọn hg = 2.d1n + Số lớp dây ở cuộn sơ cấp : nL1 = w1 / wL1 = 675 / 61 = 11 (lớp) Như vậy có 11 lớp , mỗi lớp có 61 vòng và đến lớp cuối cùng có 65 vòng + Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h1 = =7,625 (cm) + Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy S01= 1 mm + Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp sẽ lót thêm lớp cách điện : a01=0,3mm + Chu vi ống cách điện hình chữ nhật cuộn sơ cấp : C1 = 2( a + b + a01 – S01 ) = 2( 4 + 6,34 + 0,03 – 0,1) = 20,54(cm) + Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp là : cd1 = 0,1 mm Ta có bề dầy cuộn sơ cấp : Bd1 = (d1n + cd1 ). nL1 = (1,2 + 0,1 ). 11 = 14,3(mm) + Bề rộng của trụ kể cả dây quấn : b’ = b + 2.Bd1 = 6,34 + 2.1,43 = 9,2 (cm) + Chiều dài cuộn dây phía sơ cấp : Với việc chọn trụ máy biến áp hình chữ nhật ta có : * Chu vi lớp thứ nhất : CL1 = C1 = 20,54 cm * Chu vi lớp thứ hai : CL2 = CL1 + 2 (d1n + cd1 ) * Chu vi lớp thứ ba : CL3 = CL2 + 2 (d1n + cd1 ) Tương tự ta tính cho các lớp tiếp theo .Ta có : * Chu vi trung bình cuộn sơ cấp : =20,78(cm) Vậy ta có chiều dài trung bình của cuộn dây sơ cấp : ltb1 = w1 . Ctb1 = 675. 20,78.10-2 = 140,265 (m) B – Kết cấu cuộn dây thứ cấp : + Số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp : =20 (vòng ) + Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h2 ==7,52 (cm) + Số lớp của cuộn thứ cấp : nL2 = w2 /wL2 = 65 / 20 ằ 3 (lớp ) Ta sẽ có cuộn dây thứ cấp được chia thành 3 lớp,mỗi lớp có 20 vòng dây,lớp cuối 25 vòng dây + Bề dầy cuộn dây : Vì điện áp phía thứ cấp nhỏ (36,42 V) nên ta không cần có lớp cách điện giữa các lớp mà chỉ quấn trên 1 ống làm bằng vật liệu cách điện Chọn S02 = 0,3 mm Vậy bề dầy cuộn dây : Bd2 = nl2( d2n + S02 ) = 3.(3,61 + 0,3) = 11,73 mm + Chu vi trung bình của cuộn thứ cấp : = 21,22 (cm) + Chiều dài trung bình của dây quấn thứ cấp : l2 = w2. CtbII = 65.0,2122 = 13,793 (m) 6- Khối lượng đồng và sắt : 1- Thể tích khối sắt : VFe = QFe .(3h + 2C) = 25,38(3.8+2.18,2) = 1532,95 (cm3) = 1,532 (dm3) 2- Thể tích của đồng : VCU = S1.l1 + S2.l2 = 0,9852.10-4.1402,65 + 8,45.10-4.137,93 = 0,254 (dm3) 3- Khối lượng của trụ : Ta có khối lượng riêng của sắt : mFe = 7,85 (kg/dm3) MFe = VFe . mFe = 1,532 . 7,85 = 12,02 (kg) 4- Khối lượng của gông : MCu = VCu . mCu = 0,254 . 8,9 = 2,26 (kg) 7- Tính các thông số của máy biến áp : 1 - Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75o C : R1 = r. = 0,02133. = 3,03 ( W ) Trong đó : r-điện trở suất của đồng ở 75o C , r =0,02133Wmm2/m 2 - Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75o C : R2 = r. = 0,02133. = 0,034 ( W ) 3 - Điện trở quy đổi về thứ cấp : Rba = R2 + R1()2 = 0,034 + 3,03()2 = 0,062 ( W ) 4 – Sụt áp trên điện trở máy biến áp : DUr = Rba . Id = 0,062 . 30 = 1,86(V) 5 - Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp : Trong đó : + r – bán kính trong cuộn trong của cuộn thứ cấp đối với trụ tròn, còn với trụ hình chữ nhật ta phải có bán kính quy đổi : r = =3,37(cm) + w – tần số góc , w =2pf 6 – Sụt áp trên điện kháng máy biến áp : DUx = mf Với máy biến áp một pha ta có mf =3 7 – Sụt áp trên máy biến áp : DUba = = 2,41(V) 8 – Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp : Zba = =0,082(W) 9 - Điện áp trên tải khi có góc mở amin = 10o U = Udo cosamin - DUba - DUv = 86,6 – 2,41 – 1,8 = 82,39 (V) 10 – Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp : DP = mf.Rba.(I2)2 = 3.0,062.( 24,5)2 = 111,64 (W) DP% = % 11 - Điện áp ngắn mạch tác dụng : Unr = % 12 – Thành phần ngắn mạch phản kháng : Unx = % 13 - Điện áp ngắn mạch phần trăm : Un = % 14 – Dòng điện ngắn mạch xác lập : I2nm = U2 / Zba = 36,42 / 0,082 = 444,14 (A) 15 – Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại : =645,14(A) Imax = 49,85 (A) < Ipik = 1200 (A) 16 – Hiệu suất bộ chỉnh lưu : h % = 8- Thiết kế cuộn kháng lọc : + Chọn công suất cuộn kháng lọc P = 5%Pd P = 0,05.80.30 = 120 (W) + Tiết diện cực từ chính cuộn kháng lọc : Q = kQ = 3,16 (cm2) - KQ – hệ số phụ thuộc phương thức làm mát,khi làm mát bằng không khí tự nhiên chọn kQ = 5 - m: số lần đập mạch Chuẩn hoá tiết diện trụ : Q = 3,64 (cm2) + Chọn loại thép dày 0,35 mm có : a = 16 mm ; b = 25 mm ; c = 16 mm ; h = 40 mm C = 64 mm ; H = 56 mm + Chọn mật độ từ cảm trong trụ : BT = 0,8 (T) + Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng : DU = = 56,56 (V) + Sức điện động trong cuộn kháng : Có thể coi gần đúng Ek =DU = 56,56 (V) + Số vòng dây : w = = 145,8(vòng) Lấy w = 146 vòng + Dòng điện hiệu dụng qua cuộn kháng : Ik = = 30,07(A) + Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J = 2,75(A/mm2) + Tiết diện dây quấn cuộn kháng : Sk = Ik/ J = 30,07 /2,75 = 10,93 (mm2) + Thể tích sắt : VFe = 2.a.b.h + 2.(a/2).b.L = (2.16.25.40 + 2.8.25.64)10-6 = 0,576 (dm3) + Khối lượng sắt : MFe = VFe.mFe = 0,576.7,85 = 4,52 (kg) IV. III . Tính chọn mạch bảo vệ 1 – Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn : Khi van bán dẫn làm việc với dòng điện chạy qua van có sụt áp,do đó có tổn hao công suất DP,tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn.Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép nào đó,nếu quá nhiệt độ cho phép van bán dẫn sẽ bị phá hỏng.Để van bán dẫn làm việc an toàn và không bị chọc thủng ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lí + Tổn thất công suất trên 1 Tiristo : DP = DU.Ilv = 1,8.17,32 = 31,176 (W) + Diện tích bề mặt toả nhiệt : Trong đó : DP – tổn hao công suất t- độ chênh lệch so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40o C.Nhiệt độ cho phép cho tiristo là TCP = 125o C.Chọn nhiệt độ làm việc trên van là :Tlv = 80o C .Ta có : t = Tlv - Tmt = 80 – 40 = 40oC Km – hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ.Chọn Km = 8 [W/m2.oC] Vậy : = 974,25 (cm2) 2 - Bảo vệ quá dòng điện cho Van : + Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch Tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. + Chọn 1 Aptomat có : Iđm = 1,1.I1d = 1,1 . .2,34 = 4,45 (A) Uđm = 220 (V) Có 3 tiếp điểm chính , có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch : Dòng quá tải : + Chọn cầu dao có dòng định mức : Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa hệ truyền động. + Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu : Nhóm 1 cc : Dòng diện định mức mức dây chảy nhóm 1 cc : I1cc = 1,1.I2 = 1,1 .24,5 = 26,95 (A) Nhóm 2 cc : Dòng diện định mức mức dây chảy nhóm 2 cc : I2cc = 1,1.Ihd = 1,1 . 17,32 = 19,052 (A) Nhóm 3 cc : Dòng diện định mức mức dây chảy nhóm 3 cc : I3cc = 1,1 . Id = 1,1 . 30 = 33 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm : 1cc loại 30A 2cc loại 20A 3cc loại 40A 3 - Bảo vệ quá điện áp cho Van : Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt các Tiristor được thực hiện bằng cách mắc R – C song song với Tiristor. Khi có sự chuyển mạch, các điện 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 điện gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anot và Catot của Tiristor . Khi có mạch R – C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện áp. Theo kinh nghiệm Chọn theo tài liệu ( 4 ) : Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R – C song song với van bán dẫn Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây. Trị số RC được chọn theo tài liệu ( 4 ) : Để bảo vệ Van do cắt đột biến áp non tải, người ta thường mắc một mạch R – C ở đầu ra của một mạch chỉnh lưu cầu 3 pha phụ bằng các Diot công suất bé. Thông thường giá trị chọn trong khoảng Chọn theo tài liệu ( 4 ) : Chọn giá trị điện trở CHƯƠNG V TíNH TOáN Mạch điều khiển V.1. Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa + Khi uđb > 0 Tranzitor T mở bão hoà đ tụ C phóng điện uC = ura = 0, khi uđb< 0 tranzitor T khoá lại lúc này tụ C sẽ được nạp điện từ nguồn một chiều Tại thời điểm Chọn ucmax = 70%E = 70% .15 = 10,5(V) Chọn tụ C = 1mF, ta tính được R Tính toán các phần tử còn lại Chọn tranzitor T: chọn theo tham số dòng điện qua bóng Ic và điện áp tối đa giữa các cực colector, êmetor Ucmax. Dòng qua T là dòng điện chẩy qua điện trở R, ttrong giai đoạn bão hoà, do đó Chọn điện áp cho phép Uce = (24á30)V Chọn tranzitor T C829 có các tham số sau Tính chọn điện trở bazơ Rb :Điên trở này có nhiệm vụ đảm bảo cho tranzitơ mở bão hoà để tụ C phóng hết.Chọn thời điểm bóng mở bão hoà tương ứng 10o điện : (W) Chọn Rb = 45 (kW) V .2 . Tính chọn tầng so sánh : Chọn mạch khuyếch đại thuật toán loại TL 084 : Chọn R4 = R5 > Uv/Iv Chọn nguồn nuôi Vcc = ± 15 V Với điện áp vào khuyếch đại thuật toán Uv ằ 15 V và dòng điện phải được hạn chế Ilv < 1 (mA).Do đó ta chọn R4 = R5 =20 kW Suy ra : Ilvmax = = 0.75 mA V.3.Tính chọn bộ tạo xung chùm: Đây là mạch rất thông dụng hiện nay.OA được sử dụng như bộ so sánh hai cửa,tụ C được phóng-nạp làm cho OA đảo trạng thái khi điện áp trên tụ đạy tới trị số của bộ chia điện áp R6,R7.Chu kì dao động : T = 2RC3(1+2R7/R6) (*) Mạch tạo xung chùm có tần số f = ( Khz) ị T = = 0,000334(s) = 334(ms) Từ phương trình (*) ta có : + Chọn R6 = R7 = 25 (kW) khi đó ta có T = 2,2R5C3 = 334(ms) ị R5C3 = 334/2,2 = 151,8 (ms) Chọn tụ C3 = 0,1 (mF) có điện áp U = 15V,R8 =1,518 (W) Chọn khuyếch đại thuật toán OA loại TL 084 có các thông số kĩ thuật sau : + Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ± 18 V + Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : ± 30 V + Nhiệt độ làm việc : T = -25o á 80oC + Công suất tiêu thụ : P = 0,68 (W) + Tổng trở đầu vào : Rin = 106 (MW) + Dòng điện đầu ra : Iout = 30 ( pA) + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : =13 (V/ms) V.4.Tính chọn cổng AND : V.5.Tính toán tầng khuyếch đại xung: Nhận thấy rằng biến áp xung có tính vi fân nên phải có điện trở để kịp tiêu tán năng lượng tích luỹ ở các cuộn dây trong giai đoạn khoá các bóng.Vì vậy mà người ta mắc thêm điện trở R10 vào khi T1 khoá dòng điện qua biến áp xung sẽ chảy qua D2 – R10 nên năng lượng sẽ tiêu tán trên điện trơt R10.Thường chọn R10 có khả năng dẫn dòng tối đa cho phép của T1 : R10 > Tuy nhiên do R2 mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp biến áp xung nên khi dẫn nó sẽ làm giảm áp đặt vào biến áp xung.Để vẫn giữ điện áp ban đầu trên biến áp bằng nguồn Ecs có thể đưa thêm tụ C vào,lúc đó trong giai đoạn T1 khoá tụ điên phải kịp nạp đến số bằng nguồn và trị số tụ điện được tính bằng : C > Tn /3R2 Trong đó : Tn – thời gian nghỉ giữa hai xung liền nhau của xung chùm Tần số của xung chùm fxc = 3(kHZ),điện điều khiển Uđk = 2V ,dòng điều khiển Iđk=300 mA Chọn biến áp xung có tỉ số các cuộn dây K = 3.Vậy tham số điện áp và dòng điện trên cuộn sơ cấp : U1 = U.K = 2.3 = 6 (V) I1 = Ig/K = 0,3/2 = 0,15 (A) Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U1 để bù lại sụt áp trên điện trở.Vì ta chọn Ecs = 10 (V) .Từ giá trị Chọn bóng T1 có các tham số : Loại Icmax(A) Pcmax(A) UCEmax(V) UCBmax(V) b f(MHZ) BD135 1,5 8 45 45 40á250 250 + Tính điện trở R10 : R10 > = 6,667 (W) .Chọn R10 =10 (W) + Điện áp trên điện trở : UR10 = I1.R10 = 0,15.10 = 1,5 (V) + Điện áp trên biến áp xung : U1 = Ecs – UR10 = 10 –1,5 = 8,5 (V) + Tần số xung chùm tương ứng trong chu kì một xung là: Txc = = 334 (ms) + Khoảng cách giữa hai xung chùm là : tn = 0,5.Txc = 167 (ms) Suy ra : C < = 5,567 (mF) Bóng T2 chọn loại có các thông số sau : Loại Icmax(A) Pcmax(A) UCEmax(V) UCBmax(V) b f(MHZ) BC237B 0,1 0,35 45 50 110á450 300 *Tính toán biến áp xung : Chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit : lõi có dạng hình xuyến,làm việc trên một phần từ hoá có : DB = 0,3 (T) ; DH = 30 (A/m) và không có khe hở không khí + Tỉ số biến áp xung chọn : k = m = 3 + Điện áp cuộn thứ cấp : U2 = Uđk = 2(V) + Điện áp cuộn thứ cấp : U1 = kU2 = 6(V) + Dòng điện thứ cấp biến áp xung : I2 = Iđk = 0,3 (A) + Dòng điện sơ cấp biến áp xung : I1 = = 0,15 (A) Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi : mtb = Trong đó : mo = 1,25.10-6 (H/m) là độ từ thẩm không khí Thể tích của lõi thép V = = 2,505.10-6 (m3) Trong đó : + Sx : mức sụt biên độ xung.Chọn Sx = 0,15 + tx = Txc – tn = 334 –167 = 167 Số vòng quấn dây sơ cấp biến áp xung : w1 = = 124 (vòng) Q – tiết diện lõi.Chọn Q = 27 mm2 = 27.10-6 (m2) Số vòng dây quấn thứ cấp : w2 = = 41,237 (vòng) V.6. Tính chọn khâu đồng pha: Điện áp thứ cấp biến áp U2=12V đưa vào 2 đầu D1, D2 =0,9U2=10,8 V , Giá trị điện áp ngược đặt lên đi ốt trong sơ đồ tia một pha là = Vậy ta chọn đi ốt loại IN4007 có điện áp ngược là 50V R2 để hạn chế dòng đi vào khuếch đại thuật toán OA1 thường chọn điện trở vào bộ khuếch đại sao cho Iv<1mA, dẫn đến Lấy R2=12K Tính toán điện trở R3 và VR1 đặt vào cửa âm của KĐTT Điện áp đặt vào cửa âm bằng với điện áp hình sin khi góc q=2.50 (q là góc khi dải điều chỉnh là lớn nhất ) . Tại điểm A và B ta có , với Ud là điện áp đặt = 0,74 suy ra 15R3=0,74R3+0,74VR1 ta được tỉ số: VR1=14,26/0,74R3đVR1=19R3 Vậy ta chọn VR1=10k và R3=526W Khuếch đại thuật toán dùng MA741 KếT LUậN Trong quá trình làm đồ án Giúp em thu thập được thêm rất nhiều kiến thức bổ ích về môn học Điện Tử Công Suất. Qua đồ án này giúp em hiểu hơn về những kiến thức lý thuyết được học, và cách vận dụng nhưng kiến thức đó vào giải quyết một vấn đề cụ thể trong thực tế đặt ra. Tuy nhiên không thể tránh khỏi những sai sót, nhưng được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Võ Minh Chính đã giúp em hoàn thành được đồ án này. Em xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Võ Minh Chính và các thầy cô giáo trong bộ môn TĐH XNCN trường ĐH Bách Khoa HN. Sinh Viên Hoàng Đức Thịnh Tài liệu tham khảo 1.Nguyễn Bính -Điện tử công suất 2. Phạm Quốc Hải , Dương Văn Nghi -Bài tập điện tử công suất 3. Bùi Quốc Khánh , Nghuyễn Văn Liễn , Nguyễn Thị Hiền -Truyền Động Điện 4 .Giáo trình Điện tử tương tự , số - bộ môn Đo Lường và Tin Học Công Nghiệp 5. Phạm Quốc Hải -Hướng dẫn thiết kế đồ án ĐTCS 6.Trường ĐHSPKT Hưng Yên -Giáo trình ĐTCS