Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện

anh søc,chèng ¨n mßn,t¨ng ®j cøng ,dÉn ®iÖn ,dÉn nhiÖt,ph¶n quang,dÔ hµn…VÒ nguyªn t¾c,vËt liÖu nÒn cã thÓ lµ kim lo¹i ,hîp kim,®«i khi cßn lµ chÊt dÎo gèm sø hoÆc composit .Líp m¹ còng vËy ,ngoµi kim lo¹i vµ hîp kim ra nã cßn cã thÓ lµ composit cña kim lo¹i -chÊt dÎo hoÆc kim lo¹i –gèm…Tuy nhiªn viÖc chän vËt liÖu nÒn vµ m¹ cßn tuú thuéc vµo tr×nh ®é vµ n¨ng lùc c«ng nghÖ ,vµo tÝnh chÊt cÇn cã ë líp m¹ vµ vµo gi¸ thµnh .Xu h­íng chung lµ dïng vËt liÖu nÒn rÎ ,s½n cã cßn vËt liÖu m¹ ®¾t,quÝ hiÕm h¬n nh­ng chØ lµ l¬p máng bªn ngoµi. Nh­ vËy : M¹ ®iÖn lµ mét qu¸ tr×nh ®iÖn kÕt tña kim lo¹i lªn bÒ mÆt nÒn mét líp phñ cã nh÷ng tÝnh chÊt c¬,lý ,ho¸ ®¸p øng ®­îc nhu cÇu mong muèn. 2.®iÒu kiÖn t¹o thµnh líp m¹ . M¹ ®iÖn lµ qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n .Qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n x¶y ra trªn hai cùc nh­ sau: -Trªn anèt x¶y ra qu¸ tr×nh hoµ tan kim lo¹i . M - ne M (1) -Trªn kat«t cation nhËn ®iÖn tö t¹o thµnh nguyªn tö kim lo¹i m¹ . M + ne M (2) Víi cac ®iÒu kiÖn ®iÖn ph©n thÝch hîp th× qu¸ tr×nh (1) vµ qu¸ tr×nh (2) sÏ c©n b»ng nhau.Do ®ã nång ®é ion M trong dung dÞch sÏ lu«n kh«ng ®æi ,®iÒu nµy cã ¶nh h­ëng lín ®Õn chÊt l­îng líp m¹.Trong mét sè tr­êng hîp ng­êi ta dïng ®iÖn cùc tr¬ khi ®ã dung dÞch sÏ ®ãng vai trß chÊt nh­êng ®iÖn tö ,v× vËy ph¶i liªn tôc bæ sung vµo dung dÞch d­íi d¹ng muèi .Lóc ®ã ph¶n øng chÝnh trªn anèt chØ lµ qu¸ tr×nh gi¶i phãng «xi . Qu¸ tr×nh trªn x¶y ra trong bé m¹ ®iÖn cã s¬ ®å nh­ sau: a.§iÖn cùc anèt: Trong m¹ ®iÖn th­êng dïng ®iÖn cùc anèt tan b»ng kim lo¹i lµm líp m¹.Trong qu¸ tr×nh anèt bÞ tan ®Ó cung cÊp ion kim lo¹i cho dung dÞch,®¶m b¶o nång ®é ion trong dung dÞch lµ kh«ng ®æi.Ph¶n øng trªn anèt lóc nµy lµ: M - ne Trong tr­êng hîp dïng anèt tr¬ nh¬ :Platin,cacbon…th× qu¸ tr×nh chÝnh trªn anèt lµ: 4OH - 4e 2HO + O (m«I tr­êng kiÒm) 2HO - 4e 4H +O §Ó gi÷ cho nång ®é c¸c ion kim lo¹i kh«ng ®æi th× ph¶I bæ sung thªm hã chÊt thÝch hîp. b.§iÖn cùc cat«t: §iÖn cùc catèt lµ vËt cÇn m¹ ,®­îc nèi víi cùc ©m cña nguån ®iÖn mét chiÒu.Trªn cat«t x¶y ra qu¸ tr×nh: M + ne M Thùc ra qu¸ tr×nh nµy x¶y ra theo nhiÒu b­íc liªn tiÕp: Cation hy®rat ho¸ M.mHO di chuyÓn tõ dung dÞch vµo bÒ mÆt catèt Catèt mÊt vá hy®rat ho¸ (mHO) vµo tiÕp xóc trùc tiÕp víi bÒ mÆt catèt §iÖn tö (e) tõ catèt ®iÒn vµo vµn ®iÖn tö ho¸ trÞ cña cation biÕn nã thµnh ph©n tö trung hoµ. C¸c nguyªn tö kim lo¹i hoÆc sÏ tham gia vµo thµnh mÇm tinh thÓ míi hoÆc tham gia nu«I lín mÇm tinh thÓ ®· sinh ra tr­íc ®ã .MÇm ph¸t triÓn thµnh.Tinh thÓ kÕt thµnh líp m¹. c.Dung dÞch m¹. Dung dÞch m¹ gi÷ vai trß quyÕt ®Þnh vÒ n¨ng lùc m¹ (tèc ®é m¹ ,chiÒu dµy tèi ®a ,mÆt hµng m¹…)vµ chÊt l­îng m¹.Dung dÞch m¹ th­êng lµ mét hçn hîp kh¸ phøc t¹p gåm ion kim lo¹i m¹ ,chÊt ®iÖn ly (dÉn ®iÖn) vµ c¸c chÊt phô gia nh»m ®¶m b¶o thu ®­îc líp m¹ cã chÊt l­îng vµ tÝnh chÊt mong muèn. Dung dÞch muèi ®¬n:Cßn gäi lµ dung dÞch axit ,cÊu tö chÝnh lµ c¸c muèi cña c¸c axit v« c¬ hoµ tan nhiÒu trong n­íc ph©n ly hoµn toµn thµnh c¸c ion tù do.Dung dÞch ®¬n th­êng dïng ®Ó m¹ víi tèc ®é m¹ cao cho c¸c vËt cã h×nh thï ®¬n gi¶n. Dung dÞch muèi phøc:Ion phøc t¹o thµnh ngay khi pha chÕ dung dÞch.Ion kim lo¹i m¹ lµ ion trung t©m trong néi cÇu phøc.Dung dÞch phøc th­êng dïng trong tr­êng hîpcÇn cã kh¶ n¨ng ph©n bè cao ®Ó m¹ cho vËt cã h×nh d¸ng phøc t¹p. d.ChÊt phô gia. ChÊt dÉn ®iÖn :§ãng vai trß dÉn dßng ®i trong dung dÞch . ChÊt bãng:ChÊt bãng th­êng ®­îc dïng víi liÒu l­îng t­¬ng ®èi lín (vµi gam/lit) vµ cã thÓ bÞ lÉn vµo líp m¹ kh¸ nhiÒu .Chóng cho líp m¹ nh½n mÞn vµ cã thÓ lµm thay ®æi qu¸ tr×nh t¹o mÇm,lµm t¨ng øng suÊt néi vµ ®é dßn. ChÊt san b»ng: C¸c chÊt nµy cho líp m¹ nh½n, ph¼ng trong ph¹m vi kh¸ réng (vÜ m«). Nguyªn nh©n lµ chóng hÊp phô lªn nh÷ng ®iÓm cã tèc ®é m¹ lín vµ lµm gi¶m tèc ®é ë ®ã xuèng. VËy lµ c¸c phô gia nµy ®· ­u tiªn hÊp phô lªn c¸c ®iÓm lÖch lµ chç cã n¨ng l­îng tù do lín h¬n vµ lªn c¸c ®Ønh låi lµ chç cã tèc ®é khuÕch t¸n lín c¸c phô gia ®Õn ®ã. C¸c phô gia hÊp phô nµy sÏ lµm gi¶m tèc ®é chuyÓn dÞch ®iÖn tö. Trong thùc tÕ, nhiÒu phô gia cã c¶ t¸c dông cña chÊt bãng vµ chÊt san b»ng. ChÊt thÊm ­ít: Trên Catot thường có phản ứng phụ sinh khí Hydro. Chất này thúc đẩy bọt khí mau tách khỏi bể mạ, làm cho quá trình mạ nhanh hơn. Tạp chất : Là nhữnh chất không mong muốn nhưng khó tránh khỏi. Chúng có thể phóng điện hoặc hấp thụ trên Catot và lẫn vào lớp mạ gây nhiều tác hại như : bong, dộp, dòn, gai… e.Nguån ®iÖn mét chiÒu. Cã thÓ lµ c¸c nguån kh¸c nhau nh­:pin,¨c quy,m¸y ph¸t®iÖn mét chiÒu,cã thÓ dïng nguån ®iÖn ho¸ häc…®Ó cung cÊp dßng ®iÖn mét chiÒu cho bÓ m¹,bÓ ®iÖn ph©n…C¸c nguån ®iÖn trªn cã c«ng suÊt nhá,khã t¹o ra ,l¹i kh«ng kinh tÕ .Do ®ã chØnh l­u ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c x­ëng m¹ bëi v× nã ®¹t c«ng suÊt lín,dÔ s¶n suÊt… 3.C¸c giai ®o¹n cña quy tr×nh c«ng nghÖ m¹. Quy tr×nh c«ng nghÖ m¹ bao gåm rÊt nhiÒu b­íc nh­ng cã thÓ chia thµnh ba giai ®o¹n sau: a.Giai ®o¹n chuÈn bÞ. Xét đến bản chất vật liệu hàng mạ (nền),mức độ nhiễm bẩn và độ nhám bề mặt của chúng. Độ nhấp nhô H của bề mặt mạ bảo vệ không được vượt quá 40mm, mạ trang sức _ bảo vệ H < 2,5mm, mạ tăng độ cứng và mạ cách điện H < 1,25mm. Chọn dung dịch mạ căn cứ vào đặc tính vật cần mạ. b.Giai ®o¹n m¹. §­îc tiÕn hµnh trong thêi gian ®· x¸c ®Þnh tr­íc.Giai ®o¹n nµy cÇn gi÷ cho dßng m¹ kh«ng ®æi. c.Giai ®o¹n hoµn thiÖn. Lµ giai ®o¹n gia c«ng ,lµm ®Ñp ,lµm hoµn thiÖn s¶n phÈm.Th­êng lµ c¸c b­íc trung hoµ ,tÈy s¸ng,lÊp ®Çy lç… Khèi l­îng kim lo¹i kÕt tña lªn diÖn tÝch S cã thÓ dùa v¸o ®Þnh luËt Faraday: m=S.D.t.H.C Trong ®ã: -S : diÖn tÝch m¹ (dm) -D: mËt ®é dßng ®iÖn cat«t (A/ dm) -t : thêi gian m¹ (h) -H : hiÖu suÊt dßng ®iÖn -C : ®­¬ng l­îng ®iÖn ho¸ cña kim lo¹i m¹ (g/Dh) 4.C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng m¹. ChÊt l­îng m¹ mét chiÒu ®­îc qui ®Þnh bëi c¸c yÕu tè sau: ®é bãng líp m¹ ,®é dµy líp m¹ ,®é b¸m chÆt...ChÕ ®é dßng ®iÖn còng ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÊt l­îng m¹. +Tuú theo yªu cÇu cña s¶n phÈm :cÇn ®é bÒn c¬ häc cao hay thÊp,tr¸nh bÞ «xi ho¸ mµ ®é dµy líp m¹ cã thÓ dµy hay máng.§Ó d¹t ®é dµy cÇn thiÕt cÇn ph¶I cã thêi gian m¹ hîp lý. +§é b¸m lµ mét chØ tiªu rÊt quan träng ,nã quyÕt ®Þnh ®é bÒn cña s¶n phÈm ,nÕu líp m¹ sau khi m¹ l¹i cã ®é b¸m kÐm th× nã rÊt dÔ bÞ bung ra khi ®ã bÒ mÆt vËt cÇn m¹ bÞ lé ra rÊt dÔ bÞ «xi ho¸ cã thÓ dÉn ®Õn háng,vËt m¹ xÊu …kh«ng ®¸p øng ®­îc yªu cÇu cña m¹. +§é bãng cña bÒ mÆt líp m¹ còng lµ mét th«ng sè quan träng,nã t¨ng tÝnh thÈm mü cho s¶n phÈm ®Æc biÖt lµ ®å trang søc ,®é bãng cao còng t¹o cho s¶n phÈm t¨ng ®é bÒn c¬ häc h¬n.§Ó t¨ng ®é bãng th× ta dïng m¹ ®¶o chiÒu v× khi m¹ th× líp m¹ phñ trªn bÒ mÆt kh«ng ®Òu cã chç dµy cã chç máng nªn cÇn ph¶I cã ®¶o chiÒu ®Ó cµo bít nh÷ng chç dµy h¬n ®i. Kü thuËt m¹ chØ quan t©m ®Õn hai tr¹ng th¸i bÒ mÆt nÒn lµ ®é s¹ch vµ ®é nh½n: + §é s¹ch cña nÒn ®¶m b¶o cho c¸c nguyªn tö kim lo¹i m¹ liªn kÕt trùc tiÕp vµo m¹ng tinh thÓ kim lo¹i nÒn, ®¹t ®­îc ®é g¾n b¸m cao nhÊt. + §é nh½n cña nÒn ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn ®é nh½n bãng vµ vÎ ®Ñp cña líp m¹. NÕu bÒ mÆt nÒn nh¸m, x­íc qu¸ th× ph©n bè ®iÖn thÕ vµ mËt ®é dßng ®iÖn sÏ kh«ng ®Òu, chç lom, r·nh s©u... B¶n chÊt cña kim lo¹i nÒn còng ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng m¹. Thµnh phÇn dung dÞch m¹. ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè ®iÖn: MËt ®é dßng ®iÖn lµ ®¹i l­îng g©y ra sù ph©n cùc ®iÖn cùc .Lóc ®ang m¹, mËt ®é dßng ®iÖn lµ yÕu tè quan träng nhÊt cã ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng s¶n phÈm m¹. Yªu cÇu kü thuËt cña nguån m¹ lµ ph¶i gi÷ dßng m¹ kh«ng ®æi trong suèt qu¸ tr×nh m¹.§Ó líp m¹ ®­îc phñ ®Òu lªn bÒ mÆt th× dßng ®iÖn ph¶i gi÷ kh«ng ®æi .C­êng ®é dßng ®iÖn I tÝnh to¸n xuÊt ph¸t tõ mËt ®é dßng ®iÖn D vµ phô t¶i y trong bÓ: I = D.y (A) Trong ®ã: D : mËt ®é dßng cat«t y : phô t¶i cña bÓ m¹ Mật độ dòng điện cao sẽ thu được lớp mạ có tinh thể nhỏ, mịn, sít chặt và đồng đều, bởi vì lúc đó mầm tinh thể được sinh ra ồ ạt không chỉ tại các điểm lồi (điểm có lợi thế) mà cả trên các mặt phẳng (ít lợi thế) của tinh thể. Mặt khác khi mật độ dòng điện cao làm cho ion kim loại mạ nghèo đi nhanh chóng trong lớp dung dịch sát catot, do đó phân cực sẽ tăng lên tạo điều kiện sinh ra lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn. Nếu mật độ dòng điện quá cao (gần đến dòng giới hạn) cũng không được vì lúc đóng lớp mạ sẽ bị gai, cây hoặc cháy. Ngoài ra nếu dùng anot tan thì nó dễ bị thụ động hơn và dung dịch sẽ nghèo dần ion kim loại mạ. Ng­îc l¹i nÕu mËt ®é dßng ®iÖn qu¸ thÊp th× tèc ®é m¹ sÏ chËm vµ kÕt tña th« ,kh«ng ®Òu.V× vËy mçi dung dÞch m¹ chØ cho líp m¹ cã chÊt l­îng m¹ cao trong mét kho¶ng mËt ®é dßng ®iÖn nhÊt ®Þnh. Trong qu¸ tr×nh m¹ th× ®iÖn trë cña bÓ m¹ lµ lu«n thay ®æi do cã c¸c i«n kim lo¹i b¸m vµo vËt m¹ nªn nång ®é dung dÞch thay ®æi. C«ng thøc tÝnh ®iÖn trë dung dÞch nh­ sau: R = l.(100. .c.y) (W) l : khoảng cách giữa các điện cực (cm) c : độ dẫn điện riêng của dung dịch (W-1.cm-1) y : phụ tải của bể mạ (dm2) Do ®ã muèn cho dßng ®iÖn kh«ng ®æi th× ta ph¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p sao cho tØ sè gi÷a ®iÖn ¸p vµ ®iÖn trë dung dÞch lµ kh«ng thay ®æi 5.M¹ cã ®¶o chiÒu dßng m¹. Do yªu cÇu c«ng nghÖ m¹ mµ b¾t buéc ph¶i cã bé nguån mét chiÒu. Th«ng th­êng ®Ó thùc hiÖn m¹ ta dïng dßng ®iÖn kh«ng ®¶o chiÒu cÊp vµo an«t vµ cat«t.Nh­ng trong mét sè tr­êng hîp m¹ ®Æc biÖt ,m¹ ®å trang søc b»ng c¸c kim lo¹i quÝ nh­:vµng ,b¹ch kim…hay c¸c s¶n phÈm yªu cÇu chÊt l­îng cao,nÒn m¹ khã b¸m…th× ng­êi ta dïng dßng m¹ cã ®¶o chiÒu. Nguyªn t¾c m¹ ®¶o chiÒu nh­ sau: H×nh 1. §å thÞ thêi gian thuËn – ng­îc Trong thêi gian tc vËt m¹ chÞu ph©n cùc cat«t nªn ®­îc m¹ vµo víi c­êng ®é dßng thuËn Ic, sau ®ã dßng ®iÖn ®æi chiÒu vµ trong thêi gian ta vËt m¹ chÞu ph©n cùc an«t nªn sÏ tan ra mét phÇn.Sau ®ã l¹i b¾t ®Çu mét chu k× míi .Thêi gian mçi chu kú b»ng T= tc + ta .NÕu Ic .tc > Ia .ta th× vËt vÉn ®­îc m¹. Khi líp m¹ bÞ hßa tan bëi ®iÖn l­îng Ia . ta , th× chÝnh nh÷ng ®Ønh nhän, gai, khuyÕt tËt ... lµ nh÷ng chç ho¹t ®éng an«t nhÊt nªn tan m¹nh nhÊt, kÕt qu¶ lµ thu ®­îc líp m¹ nh½n, hoµn h¶o h¬n. Tuỳ từng dung dịch mà chọn tỷ lệ tc : ta thường từ ( 5:1 đến 10:1) và T thường 5 - 10s.Víi yªu cÇu cô thÓ ë ®©y th× tØ sè tc : ta lu«n kh«ng ®æi lµ 10 lÇn Ph­¬ng ph¸p nµy cã thÓ dïng ®­îc mËt ®é dßng ®iÖn lín h¬n khi dïng dßng ®iÖn mét chiÒu th«ng th­êng.Mạ đảo chiều làm tăng cường qu¸ tr×nh mạ mà vẫn thu được lớp mạ tốt. Ch­¬ng ii C¸c ph­¬ng ¸n tæng thÓ §Ó lùa chän ®­îc mét ph­¬ng ¸n thÝch hîp víi yªu cÇu “ CÊp ®iÖn cho bÓ m¹ cã ®¶o chiÒu dßng ®iÖn’’ ta cÇn ph¶i lùa chän 1 ph­¬ng ¸n ®iÒu chØnh vµ s¬ ®å m¹ch lùc phï hîp I .Lùa chän ph­¬ng ¸n §Ó thay ®æi vµ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn ®Ó cÊp vµo bÓ m¹ chóng ta buéc ph¶i thiÕt kÕ c¸c bé chØnh l­u ®¶o chiÒu víi s¬ ®å nguyªn lý nh­ sau . H×nh 2.1. S¬ ®å nguyªn lý chØnh l­u ®¶o chiÒu Gåm hai bé chØnh l­u , mçi bé cÊp mét chiÒu dßng ®iÖn ra t¶i. VÊn ®Ò c¬ b¶n nhÊt lµ qu¸ tr×nh ®¶o chiÒu. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng . Là ph­¬ng ph¸p mµ mçi mét chiÒu dßng ®iÖn ra t¶i ,chØ cã mét bé ph¸t xung ra t¶i , cßn bé kia ®­îc nghØ kh«ng cã xung ®iÒu khiÓn Ph­¬ng ph¸p nµy ph¶i ®¶m b¶o bé chØnh l­u I nghØ råi míi ph¸t xung chØnh l­u II , nÕu kh«ng sÏ g©y ng¾n m¹ch nguån . §Ó ®¶m b¶o nghØ: Dßng qua van vÒ ®Õn “0” Cã mét kho¶ng thêi gian kho¸ ch¾c ch¾n .Sau khi bé chØnh l­u I nghØ , ph¶i ph¸t bé kia ë chÕ ®é nghÞch l­u råi míi chuyÓn dÇn vÒ chÕ ®é nhØnh l­u , trong ®ã lu«n khèng chÕ I® kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp Trong ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng cÇn cã mét m¹ch logic ®¶o chiÒu, ®iÒu nµy lµm cho bé ®¶o chiÒu lµm viÖc kh«ng nhanh v× nã cã thêi gian chÕt khi ®¶o chiÒu. H×nh 2.2. S¬ ®å cÊu tróc bé biÕn ®æi cã ®¶o chiÒu theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung . Lµ ph­¬ng ph¸p mµ c¶ hai bé ®Òu ph¸t xung ®iÒu khiÓn cïng ho¹t ®éng ,xong ho¹t ®éng ë chÕ ®é tr¸i nhau ,mét bé ë chÕ ®é chØnh l­u ,mét bé ë chÕ ®é nghÞch l­u , lóc ®ã bé ®¶o chiÒu kh«ng cÇn bé logic do ®ã cho phÐp ®¶o chiÒu nhanh §Ó tr¸nh dßng ®iÖn xuyªn gi÷a hai bé chØnh l­u , buéc ph¶i ®­a vµo c¸c cuén kh¸ng c©n b»ng , vµ cuén kh¸ng nµy ph¶i tån t¹i c¶ hai ®Çu cùc cña t¶i Nh­ vËy ph­¬ng ph¸p nµy sÏ ®ßi hái t¨ng kÝch th­íc vµ gi¸ thµnh thiÕt bÞ, nh­ng bï l¹i cho phÐp ®¶o chiÒu nhanh, kh«ng cã thêi gian chÕt. H×nh 2.3. S¬ ®å cÊu tróc bé biÕn ®æi cã ®¶o chiÒu theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung NhËn xÐt Theo yªu cÇu cña c«ng nghÖ , dßng cÊp cho bÓ m¹ ph¶i ®¶m b¶o dßng ®iÖn chÊt l­îng tèt ,vµ ph¶i ®­îc cÊp ®iÖn liªn tôc ,tøc lµ kh«ng cã thêi gian chÕt.Trong tr­êng hîp nµy, c«ng suÊt ra t¶i nhá,v× vËy ta chän bé ®¶o chiÒu theo ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng . II. Lùa chän ph­¬ng ¸n m¹ch lùc. Dùa vµo c«ng suÊt cung cÊp cho t¶i mµ ta lùa chän m¹ch chØnh l­u lµ mét pha hay m¹ch chØnh l­u 3 pha .Th«ng th­êng theo kinh nghiªm ta cã : + NÕu c«ng suÊt cña m¹ch cung cÊp lín h¬n 5 ¸ 7 kW ta sö dông m¹ch chØnh l­u 3 pha + NÕu c«ng suÊt cña m¹ch cÇn cung cÊp nhá h¬n 5 ¸ 7 kW ta sö dông m¹ch chØnh l­u 1 pha Víi t¶i lµ nguång m¹ cã c¸c th«ng sè : Umax=48 (V); Itmax=50(A) ; Pt=48 . 50 = 2400(W) =2,4(KW) VËy ë ®©y ta chän s¬ ®å chØnh l­u mét pha . 1. ChØnh l­u mét nöa chu kú . Víi s¬ ®å nµy sãng ®iÖn ¸p ra mét chiÒu bÞ gi¸n ®o¹n trong mét nöa chu kú khi ®iÖn ¸p anèt cña van b¸n dÉn ©m , do ®ã khi sö dông s¬ ®å chØnh l­u mét nöa chu kú chÊt l­îng ®iÖn ¸p t¶i xÊu . §iÖn ¸p t¶i trung b×nh lín nhÊt trªn t¶i Udo = 0,45U2 V× chÊt l­îng ®iÖn ¸p xÊu nªn hiÖu suÊt cña m¸y biÕn ¸p còng thÊp . Sba = 3,09.Ud.Id +¦u ®iÓm - Lµ lo¹i chØnh l­u cã nguyªn lý ®¬n gi¶n Ýt van +Nh­îc ®iÓm - ChÊt l­îng ®iÖn ¸p xÊu - HiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p thÊp 2. ChØnh l­u c¶ chu kú víi biÕn ¸p cã trung tÝnh D¹ng dßng ,¸p trªn t¶i vµ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van T1 trong tr­êng hîp t¶i ®iÖn c¶m lín I i T1 d i d I d o a Ud 2 ? U d o 2 ? i T1 I d XÐt víi t¶i RL , ®iÖn c¶m lín ®Ó läc dßng vµ ¸p cã chÊt l­îng tèt - BiÕn ¸p ph¶i cã hai cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau, ë mçi nöa chu kú cã mét van dÉn cho dßng ch¶y qua - Khi q = a cho ph¸t xung më T1 , T1 dÉn do ®iÖn ¸p ®Çu anot d­¬ng vµ cã xung më . Khi q = p , ®iÖn ¸p trªn anot = 0 nh­ng do cã cuén c¶m L nªn vÉn cßn dßng ®iÖn Id nªn T1 ch­a kho¸ , T1 tiÕp tôc dÉn cho ®Õn khi q = p + a , ph¸t xung më T2 th× T1 bÞ kho¸ vµ T2 dÉn . T1 kho¸ kh«ng ph¶i dßng ®· vÒ 0 mµ lµ do T2 dÉn . T2 l¹i dÉn cho ®Õn khi q = 2p + a , T1 ®­îc ph¸t xung më , T1 dÉn vµ T2 bÞ kho¸ l¹i. Qu¸ tr×nh cø nh­ vËy cho ®Õn khi ®iÖn ¸p t¶i ®Ëp m¹ch cã tÇn sè b»ng 2 lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu . Víi a : lµ gãc ®iÒu khiÓn më . + §iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i Ud =U2.sinada = .U2.cosa = Udo.cosa Udo = .U2 = 0,9.U2 : §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn khi t¶i lµ thuÇn trë . + §iÖn ¸p ng­îc trªn van lµ lín Unv = 2U2 T¶i cã ®iÖn c¶m lín nªn dßng t¶i liªn tôc id = Id Mçi van dÉn th«ng mét nöa chu kú + Dßng hiÖu dông qua van (chÝnh lµ dßng hiÖu dông qua m¸y biÕn ¸p). Ihd = = = 0,71.Id + HÖ sè ®Ëp m¹ch K®m = 0,67. + C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p Sba = 1,48.UdId NhËn xÐt : + ¦u ®iÓm : - So víi chØnh l­u mét nöa chu kú th× chØnh l­u h×nh tia cã ®iÖn ¸p víi chÊt l­îng tèt h¬n - Dßng qua van kh«ng qu¸ lín - §iÒu khiÓn van ®¬n gi¶n + Nh­îc ®iÓm - ChÕ t¹o m¸y biÕn ¸p ph¶i cã 2 cuén gièng nhau mçi cuén lµm viÖc 1nöa chu kú - ChÕ t¹o biÕn ¸p phøc t¹p - HiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n - §iÖn ¸p ng­îc trªn van lµ lín . ChØnh l­u cÇu mét pha C¸c ®Æc tÝnh ®iÖn ¸p t¶i , dßng qua t¶i , dßng qua van vµ ®iÖn ¸p ng­îc trªn van trong tr­êng hîp t¶i RL , R ®ñ lín ®Ó ®¶m b¶o dßng qua t¶i lµ liªn tôc ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh vÏ i 2 I d U T1 o 2 ? I d i T1T2 I d i d I d 0 a 2 ? i T3T4 U d - M¹ch cã T1 , T3 chung Katot T2 , T4 chung Anot Nöa chu kú ®Çu U2 > 0 , Anot cña T1 d­¬ng , Katot cña T2 ©m . NÕu cã xung ®iÒu khiÓn më ®ång thêi T1 vµ T2 th× c¶ hai van nµy ®­îc më th«ng vµ ®Æt ®iÖn ¸p l­íi lªn t¶i Ud = U2 . §iÖn ¸p t¶i mét chiÒu b»ng ®iÖn ¸p xoay chiÒu (Ud = U2) cho ®Õn khi nµo T1 , T2 cßn dÉn .(Kho¶ng dÉn cña c¸c van phô thuéc vµo t¶i ) . Nöa chu kú sau, ®iÖn ¸p ®æi dÊu , anot cña T3 d­¬ng vµ katot T4 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn më ®ång thêi T3,T4 th× c¸c van nµy ®­îc më th«ng vµ Ud = - U2 , víi ®iÖn ¸p mét chiÒu cã cïng chiÒu víi nöa chu kú tr­íc + Gi¸ trÞ trung b×nh cña t¶i Ud = = = Udo cosa. Udo : ®iÖn ¸p trung b×nh t¶i trong chØnh l­u cÇu kh«ng ®iÒu khiÓn . + Dßng qua m¸y biÕn ¸p còng b»ng dßng qua van (khi van më) . + Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng thø cÊp biÕn ¸p I2 = = Id + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt van ph¶i chÞu Unv = U2 + Dßng lµm viÖc cña van tÝnh theo gi¸ trÞ trung b×nh IT = = = 0.71 Id + HÖ sè ®Ëp m¹ch k®m = 0,67 + C«ng suÊt biÕn ¸p Sba = 1,23Pd NhËn xÐt : ChÊt l­îng ®iÖn ¸p cña chØnh l­u cÇu mét pha gièng nh­ chØnh l­u h×nh tia . H×nh d¹ng ®­êng cong ®iÖn ¸p , dßng t¶i , dßng qua van b¸n dÉn , hÖ sè ®Ëp m¹ch nh­ trong chØnh l­u h×nh tia . + ¦u ®iÓm : - §iÖn ¸p ng­îc trªn van nhá h¬n mét nöa so víi chØnh l­u h×nh tia Unv= U2. - M¸y biÕn ¸p chÕ tao ®¬n gi¶n h¬n , vµ cã hiÖu suÊt cao h¬n so víi chØnh l­u h×nh tia . + Nh­îc ®iÓm : - Sè van nhiÒu h¬n - §iÒu khiÓn van T1 ,T2 vµ nhãm T3 , T4 ph¶i ®ång thêi nªn khã kh¨n h¬n. NhËn xÐt chung Dùa vµo c¸c ph©n tÝch ë trªn , h¬n n÷a ®©y lµ chØnh l­u cÊp cho bÓ m¹ cã ®¶o chiÒu , ta chän m¹ch chØnh l­u tia mét pha hai nöa chu kú, v× nã ®­îc sö dông nhiÒu trong d¶i c«ng suÊt nhá ®Õn vµi KW.S¬ ®å nµy thÝch hîp víi chØnh l­u ®iÖn ¸p thÊp v× nã sôt ¸p trªn ®­êng ra t¶i chØ qua mét van. S¬ ®å khèi m¹ch lùc M¹ch lùc cã 2 bé chØnh l­u : bé bªn tr¸i lµ bé thuËn ( ch¹y trong thêi gian thuËn ) , bé bªn ph¶i lµ bé nghÞch ( ch¹y trong thêi gian nghÞch ) . Hai bé nµy sÏ thay nhau ch¹y kÕ tiÕp vµ xen gi÷a lµ thêi gian nghØ b»ng mét chu k× m¹ . Ch­¬ng iii tÝnh chän vµ thiÕt kÕ m¹ch lùc I .tÝnh chän van m¹ch Van ®éng lùc ®­îc chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n : dßng t¶i , s¬ ®å ®· chän ,®iÒu kiÖn t¶n nhiÖt ,®iÖn ¸p lµm viÖc . C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®éng lùc ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: a.§iÖn ¸p ng­îc cña van : U1v = knv.U2 Víi U2 = Ud /ku U1v = knv. . Trong ®ã : Ud ,U2 , U1v lµ ®iÖn ¸p t¶i ,nguån xoay chiÒu ,®iÖn ¸p ng­îc cña van ; knv ,ku c¸c hÖ sè ®iÖn ¸p ng­îc vµ ®iÖn ¸p t¶i ku==0,9 ; ku1==3,14 ; ku2==2,82 U1v = 2,82. = 150,4 (V) Unv =kdtU.Ulv Víi kdtU =1,6¸2 . Ta chän kdtU=2 Unv =2 . 150,4 = 300,8 (V) b. Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : Dßng ®Þnh møc ®­îc tÝnh theo dßng ®iÖn trung b×nh V× lµ ta chän m¹ch lµ chØnh l­u tia hai pha Þ I1v = .Itb = .ktb .Id =.0,5.50 =12,5(A) I1v ,Itb lµ dßng ®iÖn lµm viÖc vµ dßng ®iÖn trung b×nh cña van . KtbhÖ sè dßng ®iÖn trung b×nh . Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh t¶n nhiÖt víi ®ñ diÖn tÝch t¶n nhiÖt ,kh«ng qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ : Ilv = 25% I®mv Þ I®mv = ki.I1v = 4.12,5 = 50 (A) Tõ c¸c th«ng sè trªn ta chän tiristor lo¹i TS600MEJ cã c¸c th«ng sè ®Þnh møc : Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van I®mmax = 60 (V). §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van Unvmax = 400 (A) §é sôt ¸p trªn van Umax = 3,65 (V). Dßng ®iÖn rß Irmax = 50 mA §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Ugmax = 5 V. Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Igmax = 150 mA. §é biÕn thiªn ®iÖn ¸p = 500 (V/s) Tèc ®é chuyÓn m¹ch tchm=100 (ms) NhiÖt ®é cho phÐp Tmax=C II. tÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p. M¹ch ®iÖn phÇn øng lµ m¹ch chØnh l­u h×nh tia mét pha hai nöa chu kú , nªn ta cÇn lùa chän m¸y biÕn ¸p cã m¹ch tõ h×nh ch÷ E(cã mét trô) ®­îc lµm m¸t b»nag c¸c l¸ t¶n nhiÖt. 1 .TÝnh c¸c th«ng sè cña MBA. a.§iÖn ¸p pha s¬ cÊp cña MBA U1=220(V) b.§iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i : Udo . 90% = Ud + DUv + DUdn + DUba Trong ®ã:90% lµ ®é suy gi¶m ®iÖn ¸p l­íi . DUv = 1,6(v) sôt ¸p trªn tiristor DUdn = 0 sôt ¸p trªn d©y nèi DUba = DUr + DUx : sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p. Chän s¬ bé DUba = 6%.Ud = 6% 48 = 2,88 (V) Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b¨ng ®iÖn ¸p t¶i ta cã: c. TÝnh c«ng suÊt biÓu kiÕn cña MBA: Sba = ks.Pdmax Trong ®ã : k lµ hÖ sè c«ng suÊt theo s¬ ®å , ®èi víi tia mét pha hai n­a chu kú th× k =1,48 Pdmax lµ c«ng suÊt cña phô t¶i lóc cùc ®¹i Pmax= Ud0.Id Sba =1,48.60,6.50 = 4484,4 (VA) §iÖn ¸p pha thø cÊp : Dßng ®iÖn thø cÊp MBA: I2 = k2Ud = .50 = 53,35 (A) Dßng ®iÖn s¬ cÊp MBA: +TÝnh to¸n tõ m¹ch : Chän m¹ch tõ h×nh ch÷ E ®­îc ghÐp tõ nh÷ng l¸ t«n Silic lo¹i 310 cã BÒ dµy t«n : 0,35mm Tæn hao lµ : 1,7 W/kg Tû träng : d = 7,8kg/dm3 - TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n + TÝnh s¬ bé m¹ch tõ. TÝnh tiÕt diÖn s¬ bé trô: kq : HÖ sè phô thuéc vµo ph­¬ng thøc lµm m¸t kq= 6 m : sè trô cña MBA = 1 f : tÇn sè nguån xoay chiÒu f = 50Hz §­êng kÝnh trô: Chän lo¹i thÐp 330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm Chän s¬ bé mËt ®é tõ c¶m trong trô B =1(T) Ta cã : Qfe =a.b = 51,6 (cm) Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ta th­êng chän : 1<<1,5 Ta chän : a=6,5 cm , b = 9 cm . Khi ®ã =1,38 VËy n = = 0,5 c = 0,5 . a = 3,25 cm m = = 2,5 H×nh 3.1 Lâi tõ m¸y biÕn ¸p chØnh l­u vËy chiÒu cao lµ : h = 2,5 . a =16,25 cm - TÝnh to¸n d©y quÊn Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp MBA: 174,47 (vßng) Chän w1 = 174 (vßng) Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp MBA: (vßng) Chän w2 = 53 (vßng) - Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong MBA víi d©y dÉn b»ng ®ång MBA kh« ,chän J1 = J2 = 2(A/mm2) TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp MBA: Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn, c¸ch ®iÖn cÊp B chuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn: S1 =6,29 (mm2 ). §­êng kÝnh d©y dÉn : d1 = 2,83 mm §­êng kÝnh d©y dÉn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn : dn1= 2,95 mm TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén s¬ cÊp TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp MBA: . §­êng kÝnh d©y dÉn : d2 = 4,08 mm §­êng kÝnh d©y dÉn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn : dn2 = 4,2 m TÝnh l¹i mËt ®é ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp : *KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp : Thùc hiÖn d©y quÊn theo kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trô TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp : (vßng) Trong ®ã : ke = 0,95 hÖ sè Ðp chÆt h : chiÒu cao trô hg : kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp . Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch hg=1,5 cm - TÝnh s¬ bé líp d©y ë cuén s¬ cÊp: (líp) Chän n1l¸ = 4 líp. Nh­ vËy cã 174 vßng chia lµm 4 líp , chän 3 líp ®Çu cã 44vßng , líp thø 4 cã : 174– 44 .3 = 42 (vßng) ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp : Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn lãt gi÷a trô vµ d©y quÊn cã bÒ dÇy : d01= 0,3(mm) Chän líp c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y quÊn cã bÒ dµy: cd1=0,1( mm) + §­êng kÝnh cña ®­êng d©y trong cïng : Dt1=+2d01= +2.0,03 =11,16 (cm) +§­êng kÝnh cuén d©y ngoµi cïng: Dn1= Dt1 +2(dn1+cd1)n1l =11,16 + 2(0,295 + 0,01)4 =13,6 (cm) + §­êng kÝnh trung b×nh cuén d©y s¬ cÊp : Dtb-1 = == 12,38 (cm) + ChiÒu dµi cña d©y quÊn s¬ cÊp : L1= p. Dtb-1.w1 =3,14.12,28.177 =6880,55 (cm) *KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp : Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp h1 = h2 = 13,35 ( cm) TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp : W12 = .ke = .0,95 = 26,39 (vßng). Trong ®ã : ke= 0,95 : hÖ sè Ðp chÆt hg : kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén s¬ cÊp hg=2.dn2=2.0,42 =0,84 (cm) Chän w2l =27 (vßng) TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn trªn cuén thø cÊp : (líp) Chän sè líp d©y cuèn n12 = 2 líp) Nh­ vËy ,cuén thø cÊp cã 53 vßng d©y , chia lµm 2 líp , líp trong lµ 27 vßng , líp ngoµi lµ 26 vßng ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp : cm Trong ®ã : b2 : ®­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp kÓ c¶ c¸ch ®iÖn Chän èng quÊn lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn lãt gi÷a trô vµ d©y quÊn cã bÒ dµy : d02=0,3(mm) Chän c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y quÊn cã bÒ dÇy : cd2= 0,1 (mm) + §­êng kÝnh cña cuén d©y trong cïng : Dt2 =Dn1+ 2.d02= 13,6 +2.0,03 = 13,66 (cm) + §­êng kÝnh cuén d©y ngoµi cïng: Dn2 = Dt2+ 2.(dn2+cd2).n2l =13,66 + 2.(0,42 = 0,01).2 =15,38 (cm) + §­êng kÝnh trung b×nh cña d©y quÊn thø cÊp : Dtb-2== = 14,52 (cm) + ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp : L2=p.Dtb-2.w2 = 3,14.14,52.53 =2416,42 (cm) KiÓm tra c¸c ®iÒu kiÖn cña cöa sæ: ChiÒu dµy cña d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp khi quÊn lªn trô : d = (d01+d02) + (dn1+cd1)n1l + (dn2+cd2)n2l = (0,3 + 0,3) + (2,95 +0,1)4 + (4,2 + 0,1)2 = 21,4 (mm) = 2,14 (cm) Khe hë kh«ng khÝ gi÷a d©y quÊn vµ m¹ch tõ : e = c – d = 3,25 – 2,14 = 1,11 (cm) Þ®ñ lµm m¸t vµ c¸ch ®iÖn. III.tÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ . B¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho c¸c van b¸n dÉn . Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn ch¹y qua trªn van cã sôt ¸p , do ®ã cã tèn hao c«ng suÊt Dp ,tèn hao nµy sinh ra nhiÖt ®èt nãng van b¸n dÉn . MÆt kh¸c van b¸n dÉn chØ ®­îc phÐp lµm viÖc d­íi nhiÖt ®é cho phÐp Tcp nµo ®ã nÕu qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp th× c¸c van b¸n dÉn sÏ bÞ ph¸ háng . §Ó cho van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt, ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý . *TÝnh to¸n c¸nh t¶n nhiÖt : +Tæn thÊt c«ng suÊt trªn mét tiristor: P = U.I1v = 1,7.35,35 = 60,095 (W). DiÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt : Dp : tæn hao c«ng suÊt (W) T:®é chªnh lÖch so víi m«i tr­êng Tmt = 400C NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp Tcp=1250C Chän nhiÖt ®é trªn c¸nh to¶ nhiÖt Tlv=800C T=Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C Km :HÖ sè to¶ nhiÖt b»ng ®èi l­u vµ bøc x¹ Chän Km=8 (w/m2. 0C) VËy: Chän lo¹i c¸nh to¶ nhiÖt cã 10 c¸nh KÝch th­íc mçi c¸nh a.b=10.10(cm2) Tæng diÖn tÝch to¶ nhiÖt cña c¸nh S=10.2.10.10=2000(cm2) 2. VÖ qu¸ dßng cña van : Sö dông mét Aptomat ®Ó ®ãng c¾t m¹ch lùc, tù ®éng b¶o vÖ khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch Thyristo, ng¾n m¹ch ®Çu ra bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p, ng¾n m¹ch ë chÕ ®é nghÞch l­u. Chän mét Aptomat cã: Idm = 1,1.Il = 1,1.10,45 = 11,49(A) §iÖn ¸p ®Þnh møc : Udm = 220 V Cã thÓ ®ãng c¾t b»ng tay hoÆc nam ch©m ®iÖn. ChØnh ®Þnh dßng ng¾n m¹ch : Inm = 2,5.I1 = 2,5.10,45 =26,125 A Dßng qu¸ t¶i : Iqt =1,5.I1 = 1,5.10,45 = 15,67 A VËy ta chän 1 ¸pt«m¸t cã : Lo¹i U®m (V) I®m( A) Inm (A) Iqr (A) LK 220 12 30 20 3.B¶o vÖ qu¸ ¸p cho van : B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p : do qu¸ tr×nh ®ãnh c¾t c¸c Thyristor ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c R-C song song víi Thyristor .Khi cã sù chuyÓn m¹ch c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian ng¾n ,sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a anode vµ cathode cña Thyristor . Khi cã m¹ch R-C m¾c song song víi Tiristor t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn Thyristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p . Theo kinh nghiÖm R = ( 20 -> 100 ) W C = ( 0,1-> 2) mF R C T T H×nh 3.2 M¹ch b¶o vÖ qu¸ ¸p ` B¶o vÖ xung ®iÖn ¸p tõ l­íi ®iÖn . ta m¾c m¹ch R-C nh­ m¹ch läc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh­ n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®­êng d©y . Chän R= 50 (W)vµ C= 0,47mF IV.tÝnh to¸n thiÕt kÕ bé läc §èi víi nguån cung cÊp cho bÓ m¹ th× yªu cÇu hÖ sè ®Ëp m¹ch ph¶i nhá ,ë ®©y ta chän cì k®mr = 0,02. V× hÖ sè ®Ëp m¹ch cña chØnh l­u tia hai pha lµ k®mv = 0,67 nªn m¹ch läc ph¶i cã hÖ sè san b»ng lµ : ksb = = = 33,5 T¶i cã ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng lµ : Rd = = = 0,96 Víi gi¸ trÞ t¶i nµy vµ hÖ sè san b»ng k«ng lín ta chän bé läc ®iÖn c¶m . Ta cã : L = = = 0,05 H Trong ®ã m®m =2 : sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú. * TÝnh kÝch th­íc lâi thÐp : KÝch th­íc c¬ së : a = 2,6. = 2,6. a= 8,69 (cm) LÊy a = 9 cm. H×nh 3.3 Lâi tõ cuén kh¸ng läc s Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc : b = 1,5.9 = 13,5 cm c = 0,8.a = 7,2 cm h = 3.a = 27 cm TiÕt diÖn lâi thÐp : Sth = a. b = 121,5 cm2 DiÖn tÝch cöa sæ : SCS = h. c = 194,4 cm2 §é dµi trung b×nh ®­êng søc : lth = 2.(a + h + c) = 86,4 (cm). §é dµi trung b×nh d©y quÊn : ldq = 2.(a + b) + p. c = 67,62 (cm). ThÓ tÝch lâi thÐp : Vth = 2.a. b(a + h + c) = 10487,6 (cm3) *TÝnh ®iÖn trë d©y quÊn ë nhiÖt ®é 200C ®¶m b¶o ®é sôt ¸p cho phÐp r20 = Ta lÊy Tmt = 400C , T = 600C U =7,5%.U®m= =3,6(V) VËy r20 = =0,054() *Sè vßng d©y cña cuén c¶m : w = 414. = 414. = 163,12 w = 163 vßng . *TÝnh mËt ®é tõ tr­êng : H = = = 9432,84 (A/m). *TÝnh c­êng ®é tõ c¶m .ChØnh l­u tia hai pha cã 2 ®Ëp m¹ch trong mét chu kú ®iÖn ¸p l­íi ®iÖn nªn tÇn sè ®Ëp m¹ch lµ f®m = 2.50 = 100 Hz,nªn: B = = = 0,004 (T) *TÝnh hÖ sè theo H vµ B . V× B < 0,005 T nªn = 717()-0,83.10-6 = 111,32.10-6 (H/m). *TÝnh trÞ sè ®iÖn c¶m nhËn ®­îc : LH = = = 41,59.10-3 H = 41,59 mH *TiÕt diÖn d©y quÊn : s = 0,072. = 0,072. = 35,57 mm2 VËy tiÕt diÖn d©y : d= = 6,74(mm) Chän d = 6(mm). *X¸c ®Þnh khe hë tèi ­u : lkk = 1,6.10-3. w.Id = 1,6.10-3. 163.50 = 13 mm. V× vËy miÕng ®Öm sÏ cã ®é dµy : l®Öm = 0,5. lkk = 0,5.13 = 6,5 mm. *TÝnh kÝch th­íc cuén d©y : Chän lâi cuén d©y cã ®é dµy 5mm , nªn ®é cao sö dông ®Ó quÊn d©y : hsd = h - 2.c = 27 -1 = 26 cm. Víi c lµ ®é dµy cña bé cèt ®Ó quÊn cuén d©y +Sè vßng d©y trong mét líp : w’ = = = 17,33 , nh­ vËy mét líp quÊn ®­îc 17 vßng. hd lµ ®é cao cña lo¹i d©y dÑt . +TÝnh sè líp d©y : n= = = 9,58 .VËy quÊn ®­îc 9 líp . NÕu lÊy kho¶ng c¸ch gi÷a hai líp d©y quÊn (giµnh cho líp c¸ch ®iÖn ) cd lµ 1mm th× ®é dµy cña c¶ cuén d©y : cd = n(d + cd) = 9.(0,6 + 0,1) = 6,3 cm d lµ ®é dµy d©y quÊn *§é dµy cuén d©y cd nhá h¬n kÝch th­íc cöa sæ c = 7,2 cm nªn cuén d©y lät cöa sæ. *KiÓm tra chªnh lÖch nhiÖt ®é (x¸c ®Þnh nhiÖt ®é tèi ®a cña cuén d©y). Tæn thÊt trong d©y quÊn ®ång : Pcu = = = 169,2 (W). Tæng diÖn tÝch bÒ mÆt cña cuén d©y : Scu = 2.hsd.(a + b + p.cd ) + 1,4. cd(p.cd + 2.a) = 2.26.(9 + 13,5 + 6,3. p) + 1,4. 6,3.( p. 6,3 + 2.9) = 2531,9 (cm2). HÖ sè ph¸t nhiÖt  : = 1,03.10-3. = 1,03.10-3. = 0,7825.10-3 §é chªnh lÖch nhiÖt ®é : T = = 93,4 0C Nh­ vËy ®é chªnh lÖch nµy cã thÓ chÊp nhËn ®­îc .Tuy nhiªn ta còng nªn lµm m¸t cuén d©y ®iÖn c¶m b»ng n­íc ,d©y quÊn cã d¹ng èng tuýp b»ng ®ång ,bªn trong cho n­íc lµm m¸t ch¶y qua . Ch­¬ng iv thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn I.M¹ch ®iÒu khiÓn thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô sau: -Ph¸t xung diÒu khiÓn ®Ó më van. -§¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu khiÓn ,gãc ®iÒu khiÓn t­¬ng øng víi thay ®æi ®iÖn ¸p ra t¶i . -Cho phÐp bé chØnh l­u ho¹t ®éng b×nh th­êng víi c¸c chÕ ®é kh¸c nhau . -Cã chÕ ®é ®èi xøng xung ®iÒu khiÓn tèt ,kh«ng v­ît qu¸ 10 30 ®iÖn . -§¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ tin cËy khi l­íi ®iÖn xoay chiÒu dao ®éng gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµ tÇn sè. -Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«ng nghiÖp tèt. -§é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh,d­íi 1 ms. -Thùc hiÖn c¸c yªu cÇu b¶o vÖ bé chØnh l­u tõ phÝa ®iÒu khiÓn nÕu cÇn. -§¶m b¶o xung ®iÒu khiÓn ph¸t tíi c¸c van lùc phï hîp ®Ó më ch¾c ch¾n van. II.CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn. Cã hai hÖ ®iÒu khiÓn c¬ b¶n lµ hÖ ®ång bé vµ hÖ kh«ng ®ång bé . 1.HÖ ®ång bé . Trong hÖ nµy gãc ®iÒu khiÓn më van lu«n ®­îc xuÊt ph¸t tõ mét thêi ®iÓm cè ®Þnh cña ®iÖn ¸p m¹ch lùc .VÝ dô trong m¹ch chØnh l­u mét pha ®iÓm mèc nµy th­êng lÊy qua ®iÓm 0 cña ®iÖn ¸p lùc .V× vËy trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i cã mét kh©u thùc hiÖn nhiÖm vô nµy gäi lµ kh©u ®ång bé hay ®ång pha ®Ó ®¶m b¶o m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo nhÞp cña ®iÖn ¸p lùc . 2.HÖ kh«ng ®ång bé . Trong hÖ nµy gãc kh«ng x¸c ®Þnh theo ®iÖn ¸p lùc mµ ®­îc tÝnh dùa vµo tr¹ng th¸i cña t¶i chØnh l­u vµ gãc ®iÒu khiÓn cña lÇn ph¸t xung më van ngay tr­íc ®Êy.Do ®ã m¹ch ®iÒu khiÓn d¹ng nµy kh«ng cÇn kh©u ®ång bé .Tuy nhiªn ®Ó bé chØnh l­u ho¹t ®éng b×nh th­êng b¾t buéc ph¶i thùc hiÖn ®iÒu khiÓn theo m¹ch vßng kÝn ,kh«ng thÓ thùc hiÖn víi m¹ch hë . HÖ ®ång bé cã nh­îc ®iÓm nhËy nhiÔu l­íi ®iÖn v× cã kh©u ®ång bé liªn quan ®Õn ®iÖn ¸p lùc ,nh­ng cã ­u ®iÓm ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ dÔ thùc hiÖn . Ng­îc l¹i ,hÖ kh«ng ®ång bé chèng nhiÔu l­íi ®iÖn tèt h¬n nh­ng kÐm æn ®Þnh .HiÖn nay ®¹i ®a sè c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u thùc hiÖn theo hÖ ®ång bé . III. C¸c nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn trong hÖ ®ång bé . Cã hai nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn sau: 1.Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn ngang : S¬ ®å cÊu tróc nh­ sau : K§X TX DF §B U®k H×nh 4.1a. Kh©u ®ång bé th­êng t¹o ra ®iÖn ¸p h×nh sin cã gãc lÖch pha cè ®Þnh so víi ®iÖn ¸p lùc .Kh©u dÞch pha DF cã nhiÖm vô thay ®æi gãc pha cña ®iÖn ¸p ra theo t¸c ®éng cña ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k .Xung ®iÒu khiÓn ®­îc t¹o thµnh ë kh©u t¹o xung TX vµo thêi ®iÓm khi ®iÖn ¸p dÞch pha UDF qua ®iÓm 0.Xung nµy nhê kh©u khuÕch ®¹i xung K§X ®­îc t¨ng ®ñ c«ng suÊt ®­îc göi tíi cùc ®iÒu khiÓn cña van.Nh­ vËy gãc ®iÒu khiÓn hay thêi ®iÓm ph¸t xung më van thay ®æi ®­îc nhê sù t¸c ®éng cña U®k lµm ®iÖn ¸p UDF di chuyÓn theo chiÒu ngang cña trôc thêi gian. U§B t UDF t UTX t H×nh 4.1b §å thÞ minh ho¹ nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn ngang 2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn däc. Utùa §B K§X SS+TX Utùa U®k H×nh 4.2. S¬ ®å cÊu tróc ë ®©y kh©u UT t¹o ra ®iÖn ¸p tùa cã d¹ng cè ®Þnh (th­êng d¹ng r¨ng c­a,hoÆc h×nh sin) theo chu kú do nhÞp ®ång bé cña U®b .Kh©u so s¸nh SS x¸c ®Þnh ®iÓm c©n b»ng cña hai ®iÖn ¸p UT vµ U®k ®Ó ph¸t ®éng kh©u t¹o xung TX .Nh­ vËy trong nguyªn t¾c nµy thêi ®iÓm ph¸t xung më van hay gãc ®iÒu khiÓn thay ®æi do sù thay ®æi trÞ sè cña U®k ,trªn ®å thÞ ®ã lµ sù di chuyÓn theo chiÒu däc cña trôc biªn ®é .§a sè m¹ch ®iÒu khiÓn thùc tÕ sö dông nguyªn t¾c nµy. 3.M¹ch ®iÒu khiÓn mét kªnh vµ nhiÒu kªnh. C¸c m¹ch chØnh l­u c«ng suÊt th­êng cã sè van lín h¬n 1,v× vËy ng­êi ta chia m¹ch ®iÒu khiÓn thµnh hai lo¹i : a.M¹ch ®iÒu khiÓn nhiÒu kªnh. Trong lo¹i nµy cã nhiÒu kªnh ®iÒu khiÓn gièng nhau vÒ s¬ ®å cÊu tróc vµ nguyªn lý lµm viÖc ,mçi mét kªnh nµy phô tr¸ch ph¸t xung më cho mét van hoÆc hai van cïng pha cña m¹ch lùc .Lo¹i nµy rÊt th«ng dông v× ®é t¸c ®éng nhanh ,nh­ng cã ®é ®èi xøng gãc ®iÒu khiÓn thÊp ;cïng mét gi¸ trÞ U®k gãc ë c¸c kªnh kh¸c nhau ,®é sai lÖch lªn tíi vµi ®é ®iÖn . b.M¹ch ®iÒu khiÓn mét kªnh. M¹ch nµy chØ cã mét khèi x¸c ®Þnh gãc cho c¸c van ,gãc ®iÒu khiÓn chØ ®­îc x¸c ®Þnh mét hay hai lÇn trong mét chu kú ®iÖn ¸p lùc .Mét bé ph©n phèi PPX ®¶m nhËn ph¸t xung lÇn l­ît ®Õn c¸c van b»ng c¸ch dÞch xung ®i mét gãc cÇn thiÕt. IV. tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn : -ViÖc tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn th­êng ®­îc tiÕn hµnh tõ tÇng khuÕch ®¹i ng­îc trë lªn. M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc tÝnh xuÊt ph¸t tõ yªu cÇu vÒ xung më Tiristo. C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu khiÓn: + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Tiristo: Udk =5,0 (v) + Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Tiristo : Idk =0,15 (A) + Thêi gian më Tiristo: tm = 100(ms) + §é réng xung ®iÒu khiÓn tx =167 (ms)- t­¬ng ®­¬ng 3o®iÖn + TÇn sè xung ®iÒu khiÓn: fx =50( Hz). + §é mÊt ®èi xøng cho phÐp Da=40 + §iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn U= ±12 (v ) + Møc sôt biªn ®é xung: sx =0,15 1. TÝnh biÕn ¸p xung: Chän vËt liÖu lµm lâi lµ Ferit HM , lâi cã d¹ng h×nh xuyÕn lµm viÖc trªn q fÇn cña ®Æc tÝnh tõ hãa cã DB = 0,3T ;DH = 30A/m kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ + TØ sè biÕn ¸p xung chän m =3 + §iÖn ¸p thø cÊp cña MBA xung : U2 = U®k = 5V + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp MBA xung : U1 = m.U2 = 3.5 = 15V +Dßng ®iÖn thø cÊp cña MBA xung : I2 = I®k = 0,15A + Dßng ®iÖn s¬ cÊp cña MBA xung : I1 = I2/m = 0,15/3 = 0,05A + §é tõ thÈm trung b×nh t­¬ng ®èi cña lâi thÐp mtb = = 8.103 Víi m0 = 1,25.10-6 (H/m) lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ ThÓ tÝch cña lâi thÐp cÇn cã : V = Q.l = (mtb.m0.tx.sx.U1.I1)/DB2 Thay sè : V= (8.103.1,25.10-6.167.10-6.0,15.15.0,05)/0,32 = 2,087.10-6m3 = 2,087cm3 Dùa vµo b¶ng tra cøu ta lùa chän ®­îc m¹ch tõ cã thÓ tÝch V= 1,4cm3 vµ kÝch th­íc cô thÓ nh­ sau: Q =0,27cm2 ; a = 4,5mm ; b = 6mm ; d =12mm ; D =21 mm; ChiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ : l =V/Q =5,2 cm d D a b H×nh 4.3 .BiÕn ¸p xung - Sè vßng d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung : Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ U1 = W1Q W1 = (vßng) Sè vßng d©y thø cÊp W2 = (vßng) TiÕt diÖn d©y cuèn s¬ cÊp S1 = (mm2) ( Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1= 6 (A/mm2) ) + §­êng kÝnh d©y cuèn s¬ cÊp D1 = (mm) Chän d = 0,1 (mm) TiÕt diÖn d©y cuèn thø cÊp S2 = (mm2) Chän mËt ®é dßng ®iÖn J2 = 4(A/mm2) + §­êng kÝnh d©y cuèn thø cÊp d2 = (mm) Chän d©y cã ®­êng kÝnh d2 = 0,2 (mm) KiÓm tra l¹i hÖ sè lÊp ®Çy Kl® = Nh­ vËy cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt . TÝnh tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng: -Nguyªn lÝ ho¹t ®éng : TÝn hiÖu xung t¹i ®iÓm (5) lµ xung kim , qua R9®­a vµo bé khuyÕch ®¹i xung , gåm 2 Tranzitor Tr1 vµ Tr2 m¾c theo kiÓu Darlington . Xung (+) ®Æt vµo cùc B cña Tr1 lµm Tr1 më , sau ®ã ®­îc ®­a ®Õn B cña Tr2 vµ Tr2 më .Khi ®ã s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung ®­îc dÉn dßng , trªn cuén thø cÊp cña biÕn ¸p xung cã kÝch ®Ó më Thyristor . H×nh .4.4.- S¬ ®å nguyªn lý cña kh©u khuÕch ®¹i xung C3 R9 (5) R11 R100000 C4 R12 D7 +E D4 D5 D6 T 1 T1 KhuÕch ®¹i xung cã nhiÖm vô t¨ng c«ng suÊt xung do kh©u t¹o d¹ng xung h×nh thµnh ®ñ m¹nh ®Ó më van m¹ch lùc. §Çu ra cña K§X sÏ ®­îc nèi víi cùc G-K cña van , cßn ®Çu vµo ®­îc nèi víi K§X. Khi kh«ng cã xung (+) ®Æt lªn B cña Tr1 , Tr1 kho¸ dÉn ®Õn Tr2 khãa ,®iÖn ¸p cña biÕn ¸p xung gi¶m ®ét ngét ,trªn cuén d©y s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng c¶m øng , nªn cÇn D4 m¾c song song víi nã ®Ó khÐp kÝn vßng , triÖt tiªu søc ®iÖn ®éng ®ã ,b¶o vÖ c¸c Transistor . Xung sau khi qua khuyÕch ®¹i Darlington th× ®­îc khuyÕch ®¹i víi hÖ sè D5 läc bá phÇn xung ©m tr­íc khi qua Tr1 ,Tr2 . D6,D7 cã nhiÖm vô lµm dßng ®iÒu khiÓn ch¶y ®óng theo 1 chiÒu tõ (+) sang (-) ®Ó kÝch më Thyristor . R11,R12 ; C3,C4 ®Ó chèng nhiÔu ,®¶m b¶o lo¹i bá nhiÔu ¶nh h­ëng tíi viÖc ®iÒu khiÓn Thiristor . C¸c tÇng K§X lu«n lµm viÖc ë chÕ ®é kho¸ v× ®iÖn ¸p ra t¶i lu«n ®¹t ë trÞ sè Ecs> 10V Van Thyristor ®· chän cã IGmax = 150A ; Ugmax=5V Chän BAX cã tû sè c¸c cuén d©y b»ng 2 Ta cã U1= Ug. K =5.2 =10V I1 = = =0,075A Nguån c«ng suÊt ph¶i cã gi¸ trÞ lín h¬n U1 ®Ó bï sôt ¸p trªn ®iÖn trë Chän Ecs = 12V .Tõ I1, Ecs ta chän ®­îc bãng T1 lµ lo¹i ZTX313 cã Icmax = 0,5A , UCE=15V , mim =40 Dßng qua T2 chÝnh lµ dßng qua Baz¬ T1 , nh­ vËy T2lu«n nhá h¬n T1do chÞu dßng nhá h¬n nhiÒu VËy chän T2lµ lo¹i 2N2369A cã c¸c th«ng sè : Icmax = 0,2A UCE=15V , mim =50 §iÖn trë R9 chän tõ ®iÒu kiÖn më b·o hoµ tèt cho T1,T2 ®ång thê kh«ng g©y qu¸ t¶i cho tÇng K§X. R9≤ = = 40000Ω Chän R9= 15( kW) Chän R11 =R12 =100Ω TÊt c¶ c¸c ®i«t trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu dïng lo¹i 1N4009 cã tham sè: + Dßng ®iÖn ®Þnh møc : Idm = 10 (A) + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : UN = 25 (v), + §iÖn ¸p ®Ó cho ®i«t më th«ng : Um = 1 (v) 3. TÝnh chän bé t¹o xung : Mçi kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i dïng 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n, do ®ã ta chän IC lo¹i TL 084 do h·ng texasInstruments chÕ t¹o, mçi IC nµy cã 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Th«ng sè cña TL084 : §iÖn ¸p nguån nu«i : Vcc = ± 18 (V) chän Vcc = ± 12 (V) (Suy ra ®iÖn ¸p ®Çu ra møc cao : Ubh =9(V)) HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo : ± 30 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc : T = -25¸ 850 C C«ng suÊt tiªu thô : P = 680 (mW) = 0,68 (W) Tæng trë ®Çu vµo : Rin= 106 ( MW) Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ira = 30 ( pA). Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp : du/dt = 13 (V/ms) H×nh 4.5. S¬ ®å ch©n ICTL084 C2 R8 (5) (4) H×nh .4.6a- S¬ ®å nguyªn lý cña kh©u d¹ng xung 4. Kh©u ®Þnh d¹ng xung: H×nh .4.6b- §å thÞ ®iÖn ¸p cña kh©u d¶i xung u5 u4 0 0 M¹ch C2-R8 lµ m¹ch vi ph©n Khi U4=const => du/dt=0 =>chØ cßn l¹i mçi ®iÓm chuyÓn tr¹ng th¸i lµ U4const du/dt0 t¹o xung ®Ó më Thyristor . §iÖn ¸p sau kh©u vi ph©n U5 lµ chuçi xung kim d­¬ng ©m liªn tiÕp . Ta xÐt qu¸ tr×nh qu¸ ®é víi C2 vµ R8 khi U8 ph¸t xung Ta cã U5=2Ubh Thêi gian më khãa cña van lµ T=100 Ta ph¶i tÝnh sao cho trong kho¶ng thêi gian ®ã UR8 4V (®Ó ®¶m b¶o cho cæng logic ho¹t ®éng tèt) R8C2===6. Chän C2 =0,1R8=603,05Ω Chän R8 =1K BiÓu thøc dßng ®iÖn ®i qua tô lín nhÊt ë thêi ®iÓm ban ®Çu : Imax = ==0,021A Dßng nµy chÝnh lµ dßng qua OA cña kh©u so s¸nh , do ®ã cÇn ph¶i h¹n chÕ ®Ó nã kh«ng qu¸ lín ,tøc lµ tæng trë t­¬ng ®­¬ng R8// R9 kh«ng ®­îc qu¸ nhá , th­êng l¸ kh«ng d­êi 500Ω. Ng­îc l¹i nÕu t¨ng tæng trë nµy qu¸ lín th× sÏ lµm gi¶m dßng vµo Baz¬vµ cã thÓ kh«ng ®ñ gi÷ Transistor T më b·o hoµ. ë ®©y ta ®· cã : R= R8// R9 = = =937,5Ω VËy víi gi¸ trÞ nµy lµ phï hîp. 5. TÝnh chän tÇng so s¸nh: U®k R6 R7 (3) (4) +E -E 0A3 H×nh .4.7a- S¬ ®å nguyªn lý cña kh©u so s¸nh Hình 4.7b. §å thÞ ®iÖn ¸p cña kh©u so s¸nh u4 u3 0 0 U®k -Nguyªn lÝ ho¹t ®éng : §iÖn ¸p r¨ng c­a U3 ®­îc ®­a vµo ®Çu (-) cña OA3®Ó so s¸nh víi ®iÖ®iÒkhiÓn ë cöa kh«ng ®¶o. Khi U3 > U®k th× t¹i ®Çu (4) (®Çu ra cña OA3 ) ta nhËn ®­îc xung ©m h×nh ch÷ nhËt . Khi U3 < U®k th× t¹i ®Çu (4) ta nhËn ®­îc xung d­¬ng h×nh ch÷ nhËt . Khi U3 = U®k th× t¹i ®Çu (4) lËt tr¹ng th¸i. VËy ë ®Çu ra (4) cña OA3 lµ mét chuçi xung h×nh ch÷ nhËt ©m – d­¬ng kÕ tiÕp nhau . -TÝnh to¸n : KhuÕch ®¹i thuËt to¸n ®· chän lo¹i TL 084 Chän R6= R7 > Uv/I v = 12/ 1.10-3 = 12 (KW) Trong ®ã nÕu nguån nu«i Vcc =± 12 (V) Th× ®iÖn ¸p vµo OA3 lµ Uv»12 (v). Ta chän R6= R7= 15 (KW) .Khi ®ã dßng vµo OA3 : Ivmax= 12/ (15. 103) = 0,8 ( m A) H×nh .4.8a- S¬ ®å nguyªn lý cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a D3 Dz VR2 R5 C1 R4 (2) (3) +E +E -E OA2 6. TÝnh to¸n kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a H×nh .4.8b. §å thÞ ®iÖn ¸p cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a u2 u3 0 0 1 2 3 Nguyªn lÝ ho¹t ®éng : Khi U2 < 0 , D3 th«ng , tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn, vµ ®¹t ®Õn ®iÖn ¸p giíi h¹n ®ièt Zªner UDz Khi U2 > 0 , D3 kho¸ , tô C1 phãng ®iÖn vÒ 0 . BiÕn trë R3 ®Ó ®iÒu chØnh ®é réng xung r¨ng c­a. Diot ®Ó h¹n chÕ ®iÖn ¸p n¹p cho tô ®Ó r¨ng c­a ®­îc tuyÕn tÝnh TÝnh to¸n : Chän C1= 0,22F ,chän biªn ®é ®iÖn ¸p r¨ng c­a lµ 8,2V , nªn ta chän Dz cã gi¸ trÞ : U2= 8,2V §Ó tô C1 phãng ®iÖn vÒ 0 , ta chän VR2+R5 thoe : U3= Uc= UDz- = 0 VR2+R5= VR2+ R5= = 59866,9Ω 60KΩ VËy chän VR2= 50KΩ , R5 =10KΩ Trong thêi gian tn ®iÖn ¸p tren tô ph¶i v­ît qu¸ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ¸p R4≤== 4890,2Ω Chän R4 =4,3KΩ 7. TÝnh chän kh©u ®ång pha: ~220V D1 D2 u21 u22 VR1 R3 R1 R2 (1) (2) +E +E -E 0A1 H×nh .4.8a- S¬ ®å nguyªn lý cña kh©u ®ång pha u21 u22 u1 U® u2 0 0 H×nh .4.9b Đồ thị điện áp của khâu đồng pha -Cã chøc n¨ng x¸c ®Þnh ®iÓm gèc ®Ó tÝnh gãc .V× vËy ®iÖn ¸p ®ång bé U§B sÏ cã gãc pha g¾n chÆt víi pha cña ®iÖn ¸p lùc . -Ngoµi ra kh©u ®ång bé th­êng ®¶m nhËn viÖc c¸ch ly vÒ ®iÖn gi÷a ®iÖn ¸p cao cña m¹ch lùc víi ®iÖn ¸p thÊp theo quy chuÈn an toµn cña m¹ch ®iÒu khiÓn . *TÝnh to¸n kh©u ®ång pha: Chän +E = 12 V udb = udbmax.sin. Víi Udbmax = 12 V. = 100 udb = 12.sin100 = 2,084 (V). I.R3 = 2,084 V chän R3 = 2k Ta cã : VR1 = 9,52 k VËy ta chän VR1 cì 1012 k. V× ®iÖn trë cña OA rÊt lín ,cì MΩ nªn dßng vµo OA rÊt nhá kh«ng ®¸ng kÓ R1 = R2 = I.R3/Iv Chän R1=R2 = 3 k 8. T¹o nguån nu«i: HÇu hÕt c¸c thiÕt bÞ ®Òu dïng nguån mét chiÒu. Nguån mét chiÒu nµy ®­îc t¹o ra b»ng c¸ch bݪn ®æi ®iÖn ¸p l­íi 220V xoay chiÒu sau ®ã æn ®Þnh ®iÖn ¸p mét chiÒu nµy vµ cung cÊp cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö . C¸c phÇn tö thùc hiÖn khèi chøc n¨ng: - Khèi h¹ ¸p vµ c¸ch ly dïng m¸y biÕn ¸p thùc hiÖn. - Khèi chØnh l­u dïng ®i«t ( hoÆc cÇu chØnh l­u ) thùc hiÖn. - M¹ch läc dïng tô ®iÖn ( tô ho¸ ) cã ®iÖn dung lín thùc hiÖn . - M¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p dïng IC chuyªn dông ®Ó thùc hiÖn. IC æn ¸p chuyªn dông cã gi¸ thµnh rÎ vµ tham sè tèt nªn phÇn lín nguån æn ¸p dïng cho m¹ch ®iÒu khiÓn dïng IC æn ¸p chÕ t¹o s½n, trong ®ã IC æn ¸p 78xx lµ th«ng dông nhÊt hiÖn nay. IC nµy ®­îc chÕ t¹o c«ng nghiÖp víi c¸c cÊp ®iÖn ¸p ra chuÈn vµ ®­îc thÓ hiÖn b»ng hai sè xx. Dßng t¶i cho phÐp IC nµy lµ 1A(khi cã t¶n nhiÖt tèt). S¬ ®å æn ¸p dïng IC æn ¸p 78xx Chän IC æn ¸p lo¹i : UA7812 cã ®iÖn ¸p ng­ìng = 35V Dßng ®iÖn ra Io = 1,5A §iÖn ¸p ra : E = 12V UA7912 cã ®iÖn ¸p ng­ìng = -40V Dßng ®iÖn ra Io = 1,5A §iÖn ¸p ra : - E = -12V Chän tô läc ph¼ng C 3 = C4 = 1000mF;C3 =C4=100mF Chän 2 tô läc nhiÔu C5 = C6 = 0,1mF Chän c¸c cÇu chØnh l­u cã I = 1A ; U=50V.Kh«ng cã t¶n nhiÖt. H×nh 4.10-S¬ ®å nguån nu«i TÝnh chän c¸c phÇn tö trªn s¬ ®å: -TÝnh chän s¬ bé m¸y biÕn ¸p: §iÖn ¸p r¬i trªn d©y quÊn m¸y biÕn ¸p : ΔUba = 4V. §iÖn ¸p ë cña vµo IC æn ¸p khi ®· cã tô läc C1: UV = 2.(Ur + ΔU) =2.( 12 + 5)= 34(V) §iÖn ¸p chØnh l­u khi ch­a cã tù läc C1: UCl = 24(V) §iÖn ¸p cña thø cÊp m¸y biÕn ¸p theo s¬ ®å cña chØnh l­u cÇu : U7 = Ucl + ΔUba = 24+4 = 28(V). §èi víi phÇn tö c¸ch ly quang ,tæn hao trªn CQ vµ trªn Tr kho¶ng 1,5V. T1 vµ T2 cã Ug=4V do ®ã nguån cung cÊp cho CQ ta thiÕt kÕ lµ 6V Chän bé chØnh l­u cho CQ lµ chØnh l­u cÇu 1A,tô C=1000 9. TÝnh chän m¸y biÕn ¸p cÊp cho nguån nu«i æn ¸p vµ c¸c linh kiÖn ®iÖn tö trong m¹ch ®iÒu khiÓn: ë ®©y, ta sö dông m¸y biÕn ¸p thø cÊp nhiÒu cuén d©y. Mét cuén 28V riªng biÖt cÊp cho m¹ch nguån nu«i æn ¸p: U7= 28(V), I7 = 1(A). Hai cuén chung 0V – 6V – 12V (biÕn ¸p ®ång pha): U4 = 6V, I4 =1A. U= 6V, I =1A. Hai cuén 6V riªng biÖt cÊp cho c¸ch ly quang CQ1 vµ CQ2: CQ1: Unguon 1 =6V; Inguon 1 =1A. CQ2: Unguon 2 =6V; Inguon 2 =1A. Mét cuén 8V dµnh cho m¹ch æn ¸p 5V - ®iÖn ¸p l­íi: U1 =220V. - c«ng suÊt t¶i: P2 = 28.1 + 2.6.1 + 2.6.1 +5.1= 57(W). - hÖ sè c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p h = 0,7, ta cã c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p lµ: P1 = P2/ h. Pba = (57 / 0,7 +57)/ 2 70 (W). - chän m¸y biÕn ¸p mét pha mét trô cã lâi s¾t lµm b»ng t«n silic dËp h×nh ch÷ E,I dµy 0,35 mm ghÐp l¹i. Khi ®ã tiÕt diÖn lâi s¾t ®­îc tÝnh bëi: S = 1,2. = 10 (cm2), ta chän S = 10(cm2). - HÖ sè d©y quÊn: N0 = (40 60)/ S = (40 60)/10= (4 6) (vßng/ vol) Ta chän N0 = 4 ( vßng / vol). Sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp: W1 = 4.220 = 880 (vßng ) Sè vßng d©y quÊn thø cÊp: W2 = N0.U2 Cuén L7,L7’ : W7 = W7’4.28 = 112 (vßng) 2 cuén L5,L6 : W5 = W6 = 4.6 = 24 (vßng). Cuén L4,L4: W4 = W= 4.6 = 24(vßng) Cuén L8 : W8=8.4=32(vßng) Dßng ®iÖn trong cuén d©y: Thø cÊp: I2 = 1 (A) . S¬ cÊp: I1 = P1 /U1 = 81,4/220 = 0,37(A). TiÕt diÖn d©y: Ta chän mËt ®é dßng ®iÖn J = 3 A/ mm2, ta sÏ cã tiÕt diÖn c¸c cuén d©y: S¬ cÊp: S1 = I1/ J = 0,37/ 3 0.12 (mm2) . Thø cÊp: S2 = I2/ J = 1/ 3 0.4 (mm2). §­êng kÝnh d©y quÊn: S¬ cÊp: d1 = (mm). Thø cÊp: d2 = (mm). 10.Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn : S¬ ®å PI Uo + e _ Uph I H×nh 4.11a. . S¬ ®å khèi kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn R1 Rs R2 R3 R4 R6 VR1 -E C R7 R5 Udk H×nh 4.11b S¬ ®å nguyªn lý kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn Nguyªn lÝ : M¹ch ph¶n håi dßng ®iÖn bao gåm 2 kh©u lµ kh©u ph¶n håi vµ bé ®iÒu khiÓn PI . -Kh©u ph¶n håi cã chøc n¨ng chuyÓn dßng ®iÖn I thµnh ¸p U vµ ®iÖn ¸p nµy ®­îc khuyÕch ®¹i thµnh Uph ®ñ ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p chuÈn Uo . Dßng ®iÖn ph¶n håi ®­îc lÊy trªn Rs . Chän Rs lo¹i 50A/60mV, ®iÖn ¸p r¬i trªn Rsun øng víi gi¸ trÞ dßng I=40A lµ : U=40.=0,048(V) §iÖn ¸p nµy nhá nªn ®­îc ®­a qua tÇng khuyÕch ®¹i ®¶o . Chän ==125 Uph=125.U=125.0,048=6(V) -§iÖn ¸p chuÈn Uo=6V lÊy tõ nguån 12V qua biÕn trë VR1. -Bé ®iÒu khiÓn PI : Gåm 2 kh©u : Kh©u khuyÕch ®¹i Kp vµ kh©u tÝch ph©n KI Kp KI/s H×nh 4.11c. Bé ®iÒu khiÓn PI I=KP.e(t) + KI. Ho¹t ®éng : NÕu I thay ®æi kh¸c 40A th× Uph 6V Sai sè e=Uo- Uph 0 . Khi ®ã bé PI sÏ ®iÒu chØnh ®Ó I trë l¹i b»ng 40A th«ng qua gãc ®iÒu khiÓn 9.Bé logic cho phÐp ch¹y thuËn nghÞch Nguyªn lÝ ho¹t ®éng : Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®­îc chän lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng . Tøc lµ m¹ch ®iÒu khiÓn gåm 2 bé (®Ó ®iÒu khiÓn 2 m¹ch chØnh l­u thuËn nghÞch) : bé thuËn ch¹y trong thêi gian TthuËn , bé nghÞch ch¹y trong thêi gian Tnghich . Bé logic cã t¸c dông ®iÒu khiÓn 2 bé ho¹t ®éng kÕ tiÕp nhau , xen gi÷a thêi gian ch¹y cña 2 bé lµ thêi gian nghØ Tnghi b»ng 1 chu k× m¹ ( nh»m tr¸nh hiÖn t­îng ng¾n m¹ch gi÷a 2 m¹ch chØnh l­u ) . Bé logÝc bao gåm 2 bé Time 555 : Mét Time cho phÐp m¹ trong thêi gian thuËn, Tme kia cho phÐp m¹ trong thêi gian nghÞch . Hai Time ®­îc liªn hÖ víi nhau ®Ó ch¹y lÇn l­ît vµ c¸ch nhau kho¶ng thêi gian Tnghi . *) S¬ ®å ho¹t ®éng : +5V + _ 8 3 2 7 6 5 1 + _ 8 3 2 7 6 5 1 1K R1 1K 1K R Tr 0,1 C 1V 0,01 C1 +5V 1K 1K 1K R2’ Tr’ R’ C’ 0,1 0,01 C2’ Tthuan Tnghich t=0 t=Tnghi H×nh 4.12. S¬ ®å m¹ch Logic TÝnh to¸n : M¹ch gåm 2 bé Time m¾c theo m¹ch ®a hµi ®¬n æn :dïng ®Ó ph¸t ra 1 xung ®¬n vu«ng gãc víi ®é réng xung x¸c ®Þnh . Bé bªn trªn lµ bé thuËn , bé bªn d­íi lµ bé nghÞch . - Bé thuËn :Thêi ®iÓm t=0 bé thuËn ®­îc kÝch khëi , ®­a vµo ch©n 2 mét xung cã biªn ®é < Vcc/3 , ®Çu ra 3 sÏ nh¶y lªn møc cao . Sau ®ã m¹ch duy tr× ë møc cao trong thêi gian TthuËn råi l¹i chuyÓn vÒ møc thÊp . §é réng xung : TthuËn = R1 .C1.ln3 1,1.R1 .C1 Chän C1=10(mF) R1= ==(4,554,5)(K) Chän R1 lµ biÕn trë thay ®æi trong kho¶ng ( 160 ) (K) . - Bé nghÞch : Thêi ®iÓm t=Tthu©n_+ Tnghi bé nghÞch ®­îc kÝch khëi , ®Çu ra nh¶y lªn møc cao trong thêi gian TnghÞch . §é réng xung : Tnghich =1,1.R2.C2 Chän C2=1(mF) R2===(4,554,5)(K) Chän R2 lµ biÕn trë thay ®æi trong kho¶ng ( 160 ) (K) . - KÕt hîp 2 bé : Khi ®Çu ra bé thuËn ë møc cao th× bé nghÞch kh«ng ho¹t ®éng do Tr’ khãa . Khi bé thuËn tõ møc cao nhÈy xuèng møc thÊp th× ®Çu vµo Tr’ cã xung më , tô C’ sau thêi gian TnghØsÏ ®­îc n¹p ®ñ ®Ó lµm bé 2 ho¹t ®éng . T­¬ng tù khi bé 2 nghØ th× sau thêi gian Tnghi bé 1 míi ho¹t ®éng . Ta cã : Tnghi = ln5 . R’C’ Chän C’=1F R’== =12K ( Chän R,C t­¬ng tù ) Ch­¬ng v M« pháng m¹ch ®iÒu khiÓn 1. M¹ch ®iÒu khiÓn m« pháng trªn phÇn mÒm D¹ng xung t¹i c¸c ®iÓm t­¬ng øng trªn m¹ch ®iÒu khiÓn. 3. M« pháng bé Logic t¹o thêi gian thuËn vµ thêi gian nghÞch KẾT LUẬN §å ¸n m«n häc lµ mét yªu cÇu cÇn thiÕt vµ b¾t buéc víi sinh viªn ngµnh tù ®éng ho¸. Nã kiÓm tra vµ kh¶o s¸t tr×nh ®é thùc tÕ cña sinh viªn vµ gióp cho sinh viªn cã t­ duy ®éc lËp v¬Ý c«ng viÖc. Qua viÖc thiÕt kÕ nguån cÊp ®iÖn mét chiÒu cÊp cho bÓ m¹ cã ®¶o chiÒu dßng ®iÖn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn riªng gióp em n¾m v÷ng h¬n phÇn lý thuyÕt ®· ®­îc häc vµ cã thªm nhiÒu sù hiÓu biÕt thùc tÕ. Tuy nhiªn, do néi dung c«ng viÖc hoµn toµn míi mÎ vµ tÇm hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n m«n häc cña em kh«ng tr¸nh khái nhiÒu thiÕu sãt. Em mong c¸c thÇy c« chØ b¶o ®Ó em hoµn thµnh tèt h¬n n÷a nhiÖm vô cña m×nh. MÆc dï vËy , víi sinh viªn ch­a cã nhiÒu kinh nghiÖm thùc tÕ , sù gióp ®ì cña c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n lµ rÊt cÇn thiÕt . V× vËy khi thùc hiÖn ®å ¸n nµy kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt . Mét lÇn n÷a , em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy Ph¹m Quèc H¶i ®· h­íng dÉn , chØ b¶o tËn t×nh ®Ó em hoµn thµnh tèt ®å ¸n nµy . Sinh viªn NguyÔn Träng Thiªm TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vâ Minh ChÝnh - Ph¹m Quèc H¶i - TrÇn Träng Minh §iÖn tö c«ng suÊt - Nhµ xuÊt b¶n KHKT - N¨m 2004 2. Lª V¨n Doanh vµ c¸c t¸c gi¶ §iÖn tö c«ng suÊt - Nhµ xuÊt b¶n KHKT - N¨m 2001 3 . Ph¹m Quèc H¶i - D­¬ng V¨n Nghi Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch §TCS - Nhµ xuÊt b¶n KHKT - N¨m 2002 4 . Ph¹m Quèc H¶i H­íng dÉn thiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt - N¨m 2001