Tổ hợp của các phần tử N1A, mạch tạo xung C1R4, phần tử NOT K1A và K4A tạo nên một tín hiệu ứng với sườn âm của xung bởi mạch chỉnh lưu, ghim pha A có biên độ bằng 12V và độ rộng xung ch
Trang 14.3 nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất 4.3.1 Yêu cầu của mạch bảo vệ
Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây phần tĩnh là dạng hư hỏng cơ bản của động cơ điện không đồng bộ, nó có thể làm hỏng động cơ, làm tụt áp trong mạch điện và ảnh hưởng đến công tác của động cơ khác Ta có thể sử dụng cầu chảy hoặc áp tô mát để bảo vệ cho động cơ
Ta thấy rằng cầu chảy, áp tô mát chỉ bảo vệ được ngắn mạch, thấp áp hoặc quá áp còn khi xảy ra hiện tượng đảo pha hoặc mất thứ tự pha thì chúng không bảo vệ được Do đó nhất thiết trong các dây truyền sản xuất ta phải có thiết bị bảo vệ mất pha và đảo pha Vì khi xảy ra 2 hiện tượng trên thì hậu quả rất nghiêm trọng
Hơn nữa trong các hệ truyền động đặc biệt như: thang máy, băng tải, cần trục khi xảy ra sự cố mà không có mạch bảo vệ thì hậu quả thật không thể lường trước được
Từ đó việc nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ chống mất pha và mất thứ
tự pha và các dạng bảo vệ khác là đặc biệt quan trọng Vậy đề tài “ Nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất” mà ở đây là
nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ chống mất pha và mất thứ tự pha cho động cơ
ba pha mang tính thực tế sâu sắc và thực sự cần thiết
4.3.2 Nhiệm vụ của mạch bảo vệ
Trong thực tế vận hành động cơ phục vụ cho sản xuất thì mạch bảo vệ
động cơ đóng một vai trò hết sức quan trọng Mạch bảo vệ động cơ có nhiệm
vụ phát hiện kịp thời, báo tín hiệu có sự cố (bằng còi, đèn báo ) , cắt động cơ
ra khỏi nguồn nếu có sự cố
Yêu cầu: Tác động tin cậy
Độ chính xác cao Tác động nhanh, có chọn lọc
Đơn giản gọn nhẹ, dễ vận hành, dễ sửa chữa, độ bền cao
4.3.3 Mạch bảo vệ động cơ
Trang 2Đối t-ợng
Biến đổi
Tổng hợp
Khuếch đại
Khâu chấp hành
+Sơ đồ khối
+ Sơ đồ nguyên lý Hình: 4.6
+ Nguyên tắc hoạt động
Trang 3- Khi nguồn hoạt động bình thường (có cả ba pha theo đúng thứ tự A, B, C)
Tín hiệu được lấy trực tiếp từ các pha của nguồn xoay chiều ba pha có
Ud= 380V; Up= 220V Động cơ được cấp điện từ nguồn ba pha qua một cầu dao ba pha được điều khiển bởi mạch bảo vệ điện tử
Trong sơ đồ này, các điôt D1, điện trở R1 và điện trở ổn áp Dz1 của pha
A tạo thành mạch chỉnh lưu và ghim điện áp Trên đầu vào 2 của phần tử NAND N1A (ứng với nửa chu kỳ dương của điện áp pha A) sẽ có xung với biên độ 12V và độ rộng xung bằng nửa điện áp nguồn Các phần tử tương ứng của pha B và pha C cũng tạo nên các xung tương tự pha A nhưng lệch pha nhau 1/3 chu kỳ (tương ứng với góc pha là 1200) Tổ hợp của các phần tử N1A, mạch tạo xung C1R4, phần tử NOT K1A và K4A tạo nên một tín hiệu ứng với sườn âm của xung bởi mạch chỉnh lưu, ghim pha A có biên độ bằng 12V và độ rộng xung chỉ phụ thuộc vào tham số của mạch tích phân đưa vào
đầu vào một của mạch AND V1A Tín hiệu này được tổ hợp với tín hiệu xung 12V độ rộng xung T/2 ứng với nửa chu kỳ dương của pha B Trên đầu ra của V1A sẽ có một tín hiệu giống như trên đầu vào 1của nó nếu nguồn đủ pha và các pha của nguồn đúng thứ tự định trước Quá trình diễn ra tương tự ở pha B
và pha C nhưng khoảng thời gian lần lượt chậm sau 1/3 chu kỳ tính từ pha A Lần lượt các đầu ra của mạch AND N2A, N3A sẽ có xung ra ở mức cao, các xung lệch pha nhau về thời gian là 1/3T (về góc pha là 1200)
Điôt D4 đóng vai trò mạch cộng đưa tín hiệu của ba xung qua tụ lọc C4
Tụ lọc C4 có tác dụng san bằng điện áp trung bình của ba xung này để đưa vào cực bazơ của tranrito T Tranrito T được tính toán sau cho dòng điện vào IB thoả mãn điều kiện UBE ≥ UBEbh thì T làm việc ở chế độ mở bão hoà Lúc này
đầu ra X sẽ có xung, xung này được đặt vào cực B của tranzito T1 làm cho T1 phân cực thuận Đồng thời đầu ra X1 cũng có tín hiệu ở mức thấp, làm cho T2 phân cực ngược Tín hiệu tiếp tục qua N5A và đặt một điện áp thuận lên cực bazơ của các tranzito T8, T9, T10, tranzito thông làm cho các điôt của optotriac phát sáng sẽ tác động làm triac dẫn Cấp xung điều khiển mở các triac TA4,
Trang 4TA5, TA6 Cấp điện nguồn cho động cơ Lúc này mạch hoạt động bình thường
- Khi nguồn mất một pha
Ta vẫn xét trong một chu kỳ T, giả sử mất pha C
ở pha A, quá trình diễn ra như khi nguồn cấp điện bình thường (có cả ba pha), tức là sau 1/3T thì đầu ra của mạch AND V1A có một xung ra ở mức cao
ở pha B, do mất tín hiệu ở pha C nên không có tín hiệu đưa vào chân của mạch AND V2A do đó ở đầu ra của V2A không có xung ra
ở pha C, không có tín hiệu đưa vào chân 1 của mạch AND V3A nên tại
đầu ra của V3A không có xung ra
Như vậy, mạch cộng D4 chỉ có một xung duy nhất ở pha A qua tụ lọc C4
đưa vào cực bazơ của tranzito T, tín hiệu này không đủ để T mở, T bị khoá nên tín hiệu không được đặt lên cực bazơ của tranzito T1 nên tranzito T1 phân cực ngược không cho dòng đi qua Đồng thời lúc này đầu ra của X1 có tín hiệu
đặt lên cực B của T2, làm T2 phân cực thuận nhưng do mất pha C nên tranzito
T3 phân cực ngược không cho dòng qua toàn bộ hệ thống phía sau không hoạt
động Động cơ được ngắt ra khỏi nguồn ngừng hoạt động
Với phân tích tương tự như trên, nếu xảy ra mất các pha khác, động cơ
sẽ không được cấp điện nên ngừng hoạt động đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống vận hành
- Khi thứ tự pha bị thay đổi
Giả sử thứ tự pha lúc này là ACB
Pha A khi có tín hiệu đưa vào đầu vào 1 của V1A, thì đầu vào 2 của V1A không có tín hiệu vì pha C đang ở nửa chu kì âm do đó đầu ra của V1A không có tín hiệu ra
Tại pha B khi có tín hiệu đưa vào đầu vào 1 của V2A thì do pha C đang
ở nửa chu kì âm nên không có tín hiệu vào chân 2 của V2A, đầu ra của V2A không có tín hiệu ra
Trang 5Tại pha C khi có tín hiệu đưa vào đầu 1 của V3A thì do pha A đang ở nửa chu kì âm nên nên không có tín hiệu vào chân 2 của V3A, đầu ra của V3A không có tín hiệu
Như vậy khi thứ tự pha của nguồn bị thay đổi thì không có tín hiệu ra của các cổng AND V1A, V2A, V3A do đó tụ C4 không được nạp điện nên T
bị khoá, ở đầu X không có tín hiệu nên tranzito T1 phân cực ngược và không cho dòng đi qua, lúc này các tranzito T2, T3, T4 phân cực thuận tín hiệu qua cổng AND N4A được đưa tới cực bazơ của các tranzistor T5, T6, T7 Tranzito thông làm cho các điôt của optotriac phát sáng sẽ tác động làm triac dẫn Cấp xung điều khiển mở các triac TA1, TA2, TA3 Đảo lại thứ tự pha của nguồn
điện (đang bị đảo thứ tự pha) động cơ vẫn quay theo chiều cũ
Trong sơ đồ điôt D5 có tác dụng loại trừ điện áp ngược đặt lên tranzito T
Ta có dạng xung ra ở các mạch lôgic trong các trường hợp sau:
Trang 6Trường hợp xung ra khi nguồn đúng, đủ pha
Trang 7Tr−êng hîp xung ra khi nguån mÊt mét pha (Pha C)
Trang 8Trường hợp xung ra khi nguồn đảo pha BAC
Trang 9+ Tính toán các thông số của mạch bảo vệ
Chúng ta tính toán mạch bảo vệ cho động cơ không đồng bộ của Nga có:
Pđm= 1,5 KW cosϕ= 0,82
Δ/Υ= 220/380 V
n= 1400 vòng/phút Yêu cầu khi tính toán cho các linh kiện điện tử là dòng điện và điện áp
đặt lên linh kiện điện tử phải nhỏ hơn các giá trị định mức của chúng Ngoài
ra chúng còn phải chịu đựng được các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ, độ ẩm
Với điôt zerne thì tính toán sao cho điôt zerne không bị hỏng do nhiệt
và điện áp phải nhỏ hơn điện áp làm việc của mạch NAND
Chọn điôt chỉnh lưu D1 ữ D6 là loại 1N4007
Chọn điôt zerne DZ1 ữ DZ3 có thông số Uz= 12V và Iz= 13mA
Tính chọn điện trở hạn chế Rhc (R1, R2, R3)
Rhc= R1= R2= R3= z
z
U U I
ư
13
ư
= 16,8 K Chọn mạch NAND (N1A ữ N4A) Là loại 4011 có điện áp làm việc
Ulv= 12V
Mạch tích phân gồm tụ điện C và điện trở R, ta chọn:
Điện trở R= R4= R5 =R6= 6,8 K
Lúc này ta sẽ tính được giá trị của tụ C
Do xung được tạo ra trong 1
2T nên về nguyên tắc tạo ra xung ổn định
thì độ rộng xung phải là tx≤ 1
Mà T= 1
f = 1
50= 0,02 s
Do hàm xung là hàm mũ nên U(t)= E.e-αt
Trang 10U(t)= 0 khi t→ ∞ hay độ rộng xung tx → ∞
Lấy giá trị gần đúng ta có: U(tx)= 0,05.E và coi U(tx= 0)= 0
Mà tx= 3τ (Theo tài liệu kỹ thuật xung - Vương Cộng)
Nên 3τ ≤ 1
2 T hay τ ≤
1
6 T = 0,02/6= 0,003333s
Mà τ = RC nên C= τ.R-1= 0,0033.6,8-1= 485 nF
Vậy chọn C1= C2= C3= 470 nF
Chọn NOT K1Aữ K8A loại 4049 có thông số: Ulv= 12 V
Chọn AND V1A ữ V6A loại 4081 có thông số: Ulv= 12V
Tụ lọc C4 chọn loại tụ có điện dung 10μF (C4= 10μF)
Ta tính toán dòng IB đưa vào cực bazơ của T
+ Trường hợp nguồn đúng thứ tự và đủ pha:
Điện áp trung bình: Utb=3
0
1 T
t
T
α
ư
∫
Với U= 12V điện áp nguồn
α= 1
Thay số: Utb = 3U 1( T)
e T
α
5
1 0,02 319,6.10
5
1 0,02.
319,6.10
ư
ư
ư
Điện áp đặt vào cực bazơ của T:
UB= (Utb- UD4) 8
R
R +R = (5,74- 0,7)
10
Từ kết quả trên ta thấy T thông bão hoà sâu
+ Trường hợp nguồn mất pha:
Điện áp của một xung: U1tb=
3
tb
U ≈ 1,91 V
Điện áp đặt vào cực bazơ của T:
UB= (Utb- UD4) R8
R +R = (1,91- 0,7)
10