Đồ án điện tử công suất - Vũ Thị Bích - 3 doc

Kết cấu dây quấn: Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ, với mỗi cuộn dây được cuốn thành nhiều lớp dây, mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau.. Cách tính các thông s

Qcs = h c, suy ra a = 120, b = 96, c = 8, 67, h = 241, 92

Chiều rộng toàn bộ mạch từ C

C = 2c + 3a = 532,22 mm

Chiều cao mạch từ H

H = h + 2a = 483,84 mm

Hình dáng kết cấu:

b

f Kết cấu dây quấn:

Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ, với mỗi cuộn dây được cuốn thành nhiều lớp dây, mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau Các lớp dây cách điện với nhau bằng các bìa cách điện Cách tính các thông số này như sau:

+ Số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn sơ cấp

W11 = 984 2.1,5

1

=

−

l

g d

h h

+ Số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn thứ cấp

W22 = − =

2

1

l

g d

h h

dl1 =

cachdien

Với : h: chiều cao cửa sổ

dl1, dl2: đường kính dây quấn sơ, thứ cấp, kể cả cách điện

hg: khoảng cách điện với gông

Chọn hg1 = 2dn1

Chọn hg2 = 2dn2

a

H h

c

C a

+ Số lớp dây trong cửa sổ:

Cuộn sơ cấp: Sdl1 = 2,69

3

116 11

W W

Cuộn thứ cấp: Sdl2 = 1,615

13

21 22

2 = =

W W

+ Bề dày mỗi cuộn dây:

Cuộn sơ cấp: Bd1 = d1 Sdl1 + cd Sld1 = 1,7135 cm

Cuộn thứ cấp: Bd2 = d2 Sdl2 + cd Sld2 = 2,3902 cm

Với cd: chiều dày của bìa cách điện, chọn bằng 0,3 mm

+ Tổng bề dày các cuộn dây

Bd = Bd1 + Bd2 + Bd3 + + cdt + cdn

cdt, cdn: bề dày cách điện trong cùng ngoài cùng

Bd = 4,1637, suy ra 2Bd = 8,3274 (cm)

Trước khi tính khối lượng Fe và Cu, kiểm tra bè dàt các cuộn dây nhỏ hơn chiều rộng cửa sổ (2Bd < c)

Kích thước hợp lí giữa cuộn dây và trụ

Δc = c – 2 Bd trong khoảng (0,5 ÷ 2) cm khoảng cách này cần thiết để đảm bảo hoặc làm mát

g Khối lượng Fe và Cu sử dụng:

+ Khối lượng Fe:

MFe = VFe mFe (kg)

Với VFe: thể tích khối sắt (dm3)

VFe = 3 a b h + 2 c a b = 13,097 dm3

= QFe (3h + 2c) = 13096495,96 mm3

mFe = 7,85 kg/dm3, suy ra mFe = 102,81145 kg

+ Khối lượng Cu:

MCu = VCu mCu (kg)

VCu : thể tích khối đồng của các cuộn dây (dm3)

VCu = 3 (SCu1 l1 + SCu2 l2) = 3 (29 10-4 70 + 164,94 10-4 20,172) = 1,607 (dm3)

mCu = 8,9 kg/dm3

SCu: tiết diện dây dẫn (dm2)

l: chiều dài các vòng dây

Suy ra: MCu = 14,3023 (kg)

h Tính các thông số của máy biến áp

+ Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0 C

R1= ρ = 0,0000172 (Ω)

1

1

S

l

0415 , 0 29

10

70 3

= + Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C

R2= ρ = 0,0000172 (Ω)

2

2

S

l

0021 , 0 94 , 164

10 172 ,

20 3

= + Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp

RBA = R2 + R1 = 0,0021 + 0,0415 =3,46 10-3(Ω)

2

1

2

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

W

116

21

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+ Sụt áp trên điện trở máy biến áp

ΔUr = RBA.Id = 3,46 10-3 555,556 = 1,922 (V)

+ Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp

XBA= 8 π2.(W2)2 ⎟.ω.10-7

⎠

⎞

⎜

⎝

+

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

3

qd

B B

a h

r

= 8 π2.212 ⎟.314.10-7

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ + +

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

3

392 , 1 7135 , 1 01 , 0 92 , 241

711 , 11 = 0,073 (Ω)

Trong đó: r = = 11,711 mm

2

2

t D

+ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp

ΔUx = XBA.Id = 0,073 555,556 = 38,73 (V)

π

3

π

3

Rdt = XBA = 0,07 (Ω)

π

3

+ Sụt áp trên máy biến áp

ΔUBA= Δ Ur 2 + Δ Ux 2 = 1,9222 +38,732 = 38,77 (V)

+ Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp

ZBA = 2 2 = = 0,07308 (Ω)

BA

BA X

R + (3,46.10− 3)2 +0,0732 + Điện áp ngắn mạch tác dụng

Unr= 100 = = 2,31 %

2 2

U

I

R BA

100 86 , 67

6 , 453 10 46 ,

3 − 3

+ Điện áp ngắn mạch phản kháng

Unx = 100 = 100 = 8,4 %

2 2

U

I

xBA

86 , 67

6 , 453 073 , 0 + Điện áp ngắn mạch phần trăm

Un= Unr 2 + Unx 2 = 2,312 +8,42 = 8,71 (V)

+ Dòng điện ngắn mạch xác lập

I2nm= = = 928,57 (A)

BA

Z

U2

07308 , 0

86 , 67

CHƯƠNG 5

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ một kênh điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha được thiết kế theo sơ đồ hình

Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristo Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển

+ Điện áp điều khiển Tiristo: Udk =3,0 (v)

+Dòng điện điều khiển Tiristo: Idk =0,3 (A)

+ Thời gian mở Tiristo: tm =10 (μs)

+ Độ rộng xung điều khiển tx =167 (μs)- tương đương 3o điện

+ Tần số xung điều khiển: fx =10 (k Hz)

+ Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U = ±12 (v )

+ Mức sụt biên độ xung: ΔUx = 0,1

1 Tính biến áp xung:

+ Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có: ΔB = 0,2 (T), ΔH = 30 ( A/m ) [1], không có khe hở không khí + Tỷ số biến áp xung : thường m = 2÷3, chọn m= 3

+ Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Udk =3,0 (v)

+ Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung:

U1 = m U2 = 3.3 = 9 (v)

+ Dòng điện thứ cấp biến áp xung:

I2 = Idk =0,3 (A)

+ Dòng điện sơ cấp biến áp xung:

I1 = I2 : m =0,3 : 3 = 0,1(A)

+ Tính toán kích thước tổng:

kba U2 I2 tx ΔUx

V =

ΔB ΔH Thay số ta thu được

3 3 0,5 0,3 167 10-6 0,1

V =

0,2 30 = 2,505 cm3

Tra bảng cho trường hợp từ hóa 1 phần chọn lõi thép loại 782E272 có thể tích là 3,79 cm3, diện tích cửa sổ là 0,968 cm2, diện tích lõi từ là 0,577 cm2

Số vòng cuộn sơ cấp:

U1 tx

W1 =

ΔB Sba

= 130,2vòng

10 0577 , 0 2 , 0

10 167 9

4

6

=

−

−

Lấy W1 = 130 vòng thì số vòng dây cuộn thứ cấp là W2 = 130 : 2 = 65 vòng

2 Tầng khuyếch đại cuối cùng: khuyếch đại xung ghép bằng biến áp xung

+ E c s

C 2

D 3

R 7

R 2 5

T r 4

Phương pháp ghép này thông dụng hiện nay vì dễ dầng cách ly mạch điều khiển và mạch lực, tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên không nên cho phép truyền các xung rộng vài mili giây Chính vì tính chất này mà người ta phải truyền xung rộng dưới dạng xung chùm để biến áp xung hoạt động bình thường Để đơn giản mạch , đồng thời vẫn đảm bảo hệ

số khuyếch đại dòng cần thiết , tầng khuyếch đại hay dấu kiểu Dalintơn

Tính chọn:

P0 đã chọn biến áp xung có tỉ số các cuộn dây bằng 3, vậy tham số và dây điện cuộn sơ cấp:

U1 = U K = 3 3 =9

I1 = Iđk /k = 0,3 : 3 =0,1

Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U1 để bù đắp sụt áp trên điện trở, vì vậy chọn Ecs

= 15V Từ Ecs và i1 chọn bóng T4 loại BD135 có tham số Uce =45V, Icmax = 1,5A, βmin = 40 Giá trị R7 thường chọn từ khả năng dẫn dòng tối đa cho phép của T4:

R7 > 10(Ω), suy ra chọn R = 12

5 ,

115 =

=

cp

cs I

E

Công suất điện trở này thường 2,5W do dòng qua nó lớn và khá thường xuyên, lớn nhất

là khi góc điều khiển nhỏ nhất

Kiểm tra độ sụt áp trên điện trở này khi bóng dẫn dòng:

Ur7 = I1 R7 = 0,1 12 = 1,2 V, suy ra điện áp còn lại trên biến áp xung là

U1 = Ecs – Ur7 = 15 –12 =13,8V, suy ra đạt yêu cầu Tuy nhiên để phát triển mạch xung kích cho van vẫn có thể dùng thêm tụ tăng cường áp C2: tần số xung chùm 3kHz

tư với chu kỳ 1 xung là:

Txc = s

10 10

1 1

3 =

=

Cho rằng 2 xung đối xứng thì khoảng nghỉ bằng khoảng xung, có nghĩa khoảng cách giữa 2 xung chùm là tn = 0,5Txc = 50 μs

Chọn C2 < 0.138μF

12 3

10 50

3

6

=

= −

R

t n

Chọn C2 = 0.1 μF

Bóng T3: dòng qua colectơ T3 chính là dòng qua bazơ T4, như vậy bóng T3 luôn nhỏ hơn

T4 do chịu dòng nhỏ hơn nhiều Chọn bóng T3 loại BC107 có Uce = 45V, Icmax = 0,1A, βmin =

110

Vậy điện trở đầu vào có trị số:

R25 ≤ 44(kΩ), suy ra chọn R = 10kΩ

25 , 1 2 , 1

15 110 40

max 1

2

I S

E cs

β β

Với S = 1,2 I1max = 1,25

12

15 =

=

R

E cs

3 Khâu AND

+ Đầu ra của mạch AND là xung chùm có độ rộng xung dùng ở mạch so sánh

+ Chọn AND là vi mạhc CMOST085 của Nhật có nguồn cấp 15V

4 Khâu so sánh:

Sử dụng khuyếch đại thuật toán, kiểu 2 cửa ở đây so sánh điện áp điều khiển và điện áp tựa

Điện áp điều khiển đưa vào âm (-), còn điện áp tựa đưa vào cửa dương (+)

U+ ≡ Ut, U- = Uđk thì điện áp ra theo qui luật

Ura = k0 (U+ - U-) = k0 (U+ - Uđk)

Do đó khi Uđk > U+ điện áp ra là âm bão hòa

Do đó khi Uđk < U+ điện áp ra là dương bão hòa

Đầu ra của A1 cso chuỗi xung vuông liên tiếp

Phần tử chính của khâu so sánh là A1 loại TL084 của hãng Texas intnuments chế tạo chọn R4 = R26 = 15 kΩ

5 Tạo xung chùm

C 6

C 5

R 2 0

R 1 9

1 2

3

5

8 4 7 6

+E

D 8

Xung chùm thực chất là một chùm các xung có tấn số cao gấp nhiều lần lưới điện (fxe =

8 ÷ 12kHz) Độ rộng của 1 chùm xung có thể được hạn chế trong khoảng 100 ÷ 300 độ điện,

về nguyên tắc nó phải kết thúc khi điện áp trên van lực mà nó điều khiển đổi dấu sang âm Nguyên tắc tạo xung xung chùm thường dùng là coi tín hiệu do bộ so sánh đưa ra như một tín hiệu cho phép hay cấm khâu khuyếch đại xung được nhận xung tấn số cao phát từ một bộ tạo dao động đa hài tới nó

U RC

U ®k

Ở đây sử dụng bộ tạo doa động dùng timer 555

Tính chọn như sau:

Chu kỳ dao động T = 0,7 (R19 + R20) C5 + 0,7 R20 C5 = 100 ms

= 0,7 (R19 + R20) C5

C5 = 22 nF, suy ra R19 + 2.R20 = 6.5 K

Chọn tiếp R19 = 1,5 K thì R20 = 5 K

Chân 1: nối với đất

Chân 2: kích lật trạng thái khu U2 = thì U3 = 0

3

2E

Chân 3: cổng ra U3 (min) = 0,1 V

U3 (max) = E – 0,5V

I3min = 0 A

I3max = 0,2 A

Chân 4: khi U1 = 0 thì U3 = 0 nếu không cần khóa thì nối tiếp với 8

Chân 5: lọc nhiễu thường có tụ C = 0,01 μF

Chân 6: ngưỡng lật U6 = thì U3 = 0

3

2E

Chân 7: chân phóng điện

Chân 8: nối với cực dương của nguồn E = 15V Tiêu thụ dòng 0,7mA, 1V nguồn nuôi

6 Tạo răng cưa tuyến tính, dùng tranzito

+ Chọn điốt ổn áp Đz và Roa(R)

Giá trị điện áp ổn áp giả thảo mãn điều kiện U0A < E - Ucmax – 1V

Ucmax < 70%E, chọn E = 15V, suy ra chọn U0A = 5V

Chọn điốt KC 139A của Liên Xô

Uổn áp = 3,9V

Pmax = 300 mW

Rd = 60Ω

Imax = 70mA

Sai số điện áp ±10%

Tính điện trở R0A: R0A nhằm đảm bảo điểm làm việc của điốt ổn áp nằm trong vùng điện áp ổn định theo đặc tính VA của nó

chọn I0Amin = 8mA

min 0

0 max

0

0

A

oA A

A

A

I

U E R I

U

≤

≤

−

Thay số:

3 0

9 , 3 15 10

70

9 ,

3

15

−

−

−

≤

≤

−

A

R

→ ROA = R2 = 1 K 5

, 1387 8

,

158 ≤R0A ≤

Để tránh tổn thất công suất trên điện trở R0A cũng như trên Đ2 quá lớn

+ Tụ C: chọn C = 0,66 μF

+ Tính R3: dựa vào biểu thức tính điện áp trên tụ C ở thời điểm T/2 thì bằng Uc,max, có:

Uc (t = ) = Ucmax =

2

T

2 7 , 0 3

C R

U A − Tấn số lưới = 50Hz suy ra T = 20ms

⇒ R3 = K Vậy chọn R3 = 12 K

U C

U T

c

10 68 , 0 9 , 3

7 , 0 9 3 2

10 20

7 , 0

3

max

=

−

=

−

−

−

Thỏa mãn, đảm bảo tránh ảnh hưởng của dòng điện nhiệt

Dòng nạp cho tụ:

Ic = = 0,267 m

3

7 , 0

R

U OA −

+ Chọn Tranzito T2

Chọn dựa theo: Ic = 0,267 mA

Uce = E = 15V

Suy ra, chọn bóng ngược n-p-n loại BC108 có

Icmax = 0,1A

Pcmax = 0,3W

βmin = 110

fT = 300MHz

Với Tr1 chọn cùng cỡ với Tr2 nhưng là bóng thuận BC178

Icmax = 0,1A Ucbmax = -30V

Pcmax = 0,3W βmin = 125

Ucemax = -25V fT = 200MHz

7 Chọn máy phát tốc

V R 2

R 17

C4

+ -FT

Yêu cầu đối với máy phát tốc một chiều là điện áp một chiều có chứa ít thành phần xoay chiều tần số cao và tỉ lệ với tốc độ động cơ, không bị trễ nhiều về giá trị và dấu so với biến đổi đại lượng đo Ngoài ra còn có yêu cầu là điện áp một chiều phát ra không phụ thuộc vào tải, vào nhiệt độ

Khi tốc độ điều khiển vào đồng bộ thì điện áp phát ra của nó là 10V

Điện áp trên biến trở VR2 = 8V

Chọn R17 = 100Ω có công suất là 1W (sai số ±5%)

Suy ra, sụt áp trên R17 là:

ΔUR17 = p.R17 = 1.100 =10(V)

Chọn VR2 = 150Ω có công suất là 0,25W (sai số ±10%)

Sụt áp ΔUVR2 = 150.0,125=4,33(V)

Để Ura là 8V thì sụt áp trên αVR2 là

U1 = 10 – 8 = 2(V)

Vậy α VR2 = =32Ω

125 , 0

22 2

2

1 =

VR P U

Chọn tụ Cu = 0,47μF

8 Bộ tạo trễ:

R 23

C8

C9

1 2

3

5

8 4 7 6

R 22