Đồ án Thiết kế bộ nguồn điện áp một chiều gồm 2 sơ đồ chỉnh lưu

Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên tự động hóa các quá trình sản xuất là nhiệm vụ then chốt.Do đó các xí nghiệp công nghiệp ngày càng được trang bị các hệ thống tự động hóa hiện đại nó không những nâng cao năng suất lao động mà còn giảm được sự lao động nặng nhọc của con người. Trong những thập niên gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của nghành điện tử đã ra đời các linh kiện bán dẫn đã đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống tự động hóa và làm nó trở nên gọn nhẹ hơn, độ tin cậy cao mà giá thành lại giảm xuống.

MỤC LỤC

Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC4

1 Phân tích sơ đồ sử dụng trong mạch đảo chiều 4

2 Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc

Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23

1 Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển 23

3 Sơ đồ hoàn chỉnh 1 kênh phát xung và bộ nguồn điện áp 1 chiều 34

PHẦN II: ỨNG DỤNG BỘ NGUỒN ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG

Chương 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN

1 Xây dựng sơ đồ khối hệ truyền động nâng hạ điện cực

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

dùng hệ T-Đ 60

2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và sơ đồ mạch lấy tín hiệu

2 Xây dựng biểu thức đường đặc tính của hệ thống 74

Chương 4: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên

tự động hóa các quá trình sản xuất là nhiệm vụ then chốt.Do đó các xí nghiệpcông nghiệp ngày càng được trang bị các hệ thống tự động hóa hiện đại nókhông những nâng cao năng suất lao động mà còn giảm được sự lao động nặngnhọc của con người

Trong những thập niên gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của nghànhđiện tử đã ra đời các linh kiện bán dẫn đã đáp ứng được yêu cầu của các hệthống tự động hóa và làm nó trở nên gọn nhẹ hơn, độ tin cậy cao mà giá thànhlại giảm xuống

Với những thành tựu mà thế giới đã đạt được, sau 5 năm học tập vànghiên cứu ở trường với sự tận tình giảng dạy của các thầy cô giáo trong khoa

KT&CN , trước khi ra trường em được giao làm đề tài tốt nghiệp : ” THIẾT

KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU GỒM HAI SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA MẮC SONG SONG NGƯỢC CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐỂ TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP ” Với sự nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS VÕ QUANG LẠP cùng các thầy cô giáo

trong khoa Đến nay em đã hoàn thành bản đồ án Do kiến thức chuyên môn cònhạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên đồ án không tránh khỏi những sai sót.Rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô giáo để bản đồ án của em đượchoàn thiện hơn

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Em xin chân thành cảm ơn thầy VÕ QUANG LẠP, các thầy cô giáo

trong khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án đúngthời gian

Thái Nguyên, ngày 19 tháng 5 năm 2009

SINH VIÊN THIẾT KẾ : Nguyễn Hữu Lượng

PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Chương 1: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

1 Phân tích sơ đồ sử dụng trong mạch đảo chiều:

- Nhiều phụ tải của bộ chỉnh lưu yêu cầu đảo chiều điện áp trong quá trìnhlàm việc như động cơ điện một chiều Đảo chiều điện áp đặt lên mạch phần ứng

để đảo chiều quay động cơ (thay đổi chiều dòng điện qua phụ tải của bộ biếnđổi)

- Do tính chất dẫn dòng 1 chiều của các van nên ta phải đảo chiều bằngcông tăc tơ hoặc sử dụng sơ đồ đặc biệt dùng 2 bộ chỉnh lưu mà mỗi bộ chỉnhlưu tạo ra dòng điện theo một hướng gọi là sơ đồ 2 bộ chỉnh lưu mắc song songngược và tuyệt đối không sử dụng Điốt cho các sơ đồ này

- Để đảo chiều dòng điện qua phụ tải người ta thường sử dụng sơ đồ 2 bộchỉnh lưu mắc song song ngược vì có nhiều ưu điểm hơn:

 Tác động rất nhanh

 Việc khống chế đảo chiều nhẹ nhàng

 Đặc biệt trong truyền động điện khi đảo chiều dùng 2 bộ chỉnh lưu mắcsong song ngược thì quá trình đảo chiều một bộ chỉnh lưu sẽ làm việc ở chế độnghịch lưu trả năng lượng từ động cơ (động cơ chế độ máy phát) về lưới vàđộng cơ sẽ bị hãm cưỡng bức mà toàn bộ quá trình này gọi là hãm tái sinh

 Các bộ chỉnh lưu hình tia và hình cầu đều có thể mắc song song ngược.Nhưng nếu mắc song song ngược thì không được dùng Điốt mà phải dùng toàn

bộ là Thyristor

- Các bộ chỉnh lưu dùng cho mắc song song ngược thường gặp: Cầu 1pha 4 Thyristor (dùng cho công suất nhỏ), tia 3 pha 3 Thyristor (dùng cho côngsuất trung bình), cầu 3 pha 6 Thyristor (dùng cho công suất lớn)

- Vậy ta có các sơ đồ sau:

 Hai bộ chỉnh lưu hình cầu 1 pha mắc song song ngược

 Hai bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha mắc song song ngược

 Hai bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha mắc song song ngược

1.1 Phân tích hai bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song song ngược:

1.1.1 Sơ đồ mạch:(Hình 1)

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

1.1.2 Nguyên lý hoạt động:

Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một sơ đồ chỉnh lưu để phântích

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 1 Chỉnh lưu có đảo chiều dùng hai bộ chỉnh lưu cầu một pha mắc song song ngược

CKT DC

T 2 BACL

ĐẠI HỌC QUY NHƠN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP -

- Nguyên lý hoạt động được khái quát như hình vẽ với giả thiết tải có L rất lớn

và bỏ qua quá trình chuyển mạch

Hình 3: a Điện áp trên tải Ud

b Dòng điện trên tải với L rất lớn bỏ qua hiện tượng trùng dẫn

c, d, e Dòng điện trên các Thyristor và cuộn thứ cấp máy biến áp

f Điện áp đặt lên Thyristor

1.1.3 Các tham số chính của sơ đồ cầu 1 pha:

- Điện áp trung bình:

Ud = sint.d(t) = Uocos

Với q: hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu, sơ

đồ cầu 1 pha q = 2

Uo = (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:

 Đảm bảo chỉnh lưu được cả hai nửa chu kỳ dòng qua tải là dòng 1 chiều

 Điện áp có thể sử dụng cả điện áp pha và điện áp dây

- Nhược điểm:

 Chỉ dùng cho mạch có công suất nhỏ

 Chất lượng điện áp ra không cao

1.2 Hai bộ chỉnh lưu hình tia ba pha mắc song song ngược:

1.2.1 Sơ đồ mạch: Hình 4

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

1.2.2 Nguyên lý hoạt động:

- Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một bộ để phân tích nguyên

lý hoạt động

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 4 Chỉnh lưu có đảo chiều

- Biến áp 3 pha có thể /Y hay Y/Y Trên mỗi pha A, B, C nối một van, Katotđấu chung cho điện áp dương trên tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm.

Ba pha A, B, C, lệch pha một góc 120 theo các đường cong điện áp pha Mỗithời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn 2 pha kia

Nguyên lý được thể hiện trên giản đồ:

uth

(v)

(A)

Hình 6 Giản đồ điện áp và dòng điện ra và điện áp đặt lên Thyristor

với  = 60o , tải L rất lớn, bỏ qua hiện tượng trùng dẫn

a

Uo = (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:

 Dòng điện chạy qua các Thyristor nhỏ hơn hình cầu 1 pha

 Chất lượng điện áp ra tốt hơn sơ đồ cầu 1 pha

- Nhược điểm: Điện áp trên tải là điện pha nên trong hệ thống truyền động đòihỏi phải có dây trung tính

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

1.3 Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha mắc song song ngược:

1.3.1 Sơ đồ nguyên lý:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 7 Chỉnh lưu có đảo chiều dùng 2 bộ chỉnh lưu hình cầu 3 pha

mắc song song ngược

1.3.2 Nguyên lý hoạt động:

- Để phân tích nguyên lý hoạt động ta tách ra một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

1.3.2.1 Điều kiện làm việc sơ đồ:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 8 Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha

DC

CKT

BACL

C B

- Để sơ đồ cầu 3 pha hoạt động được trong một thời điểm phải có ít nhất 2Thyristor mở để dẫn dòng.

- Điều kiện gửi xung:

+ Udây > 0+ t  + Một thời điểm ít nhất có 2 Thyristor mở dẫn dòng

1.3.2.2 Nguyên lý hoạt động: Được mô tả như giản đồ:

u c b

Hình 11: a Giản đồ dẫn dòng của các Thyristor và trạng thái

gửi xung ( = 60o )

b Tổng hợp điện áp đặt trên tải

c, d, e, f Dòng điện chạy trên tải, các Thyristor và trong cuộn

sơ cấp máy biến áp

g Điện áp đặt lên Thyristor 1

u ab u ac

u c a

Hình 12a : Với α = 450 <600

a Trạng thái dẫn dòng của các Thyristor

b Dạng điện áp ra trên tải có xét đến sự trùng dẫn

c Điện áp trên tải tổng hợp có xét sự trùng dẫn

d Điện áp ra trên tải bỏ qua sự trùng dẫn

Hình 12b : Với α = 900 > 600

1.3.3 Các tham số chính của sơ đồ:

- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải:

Ud = sint.d(t) = Uocos

Với q = 6 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnhlưu

Uo = (U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:

u c

(rad) (V)

- Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua Thyristor:

● Dòng điện qua Thyristor nhỏ

● Sơ đồ này khả năng sử dụng máy biến áp tốt nhất

- Nhược điểm:

● Sơ đồ sử dụng nhiều linh kiện giá thành đắt

● Phân tích hoạt động điều khiển phức tạp

● Sơ đồ chỉ dùng những nơi có yêu cầu chất lượng điện áp một chiều cao

Kết luận: Với tải chúng ta là động cơ công suất nhỏ dùng để nâng hạ điện cực

nên chọn sơ đồ 2 bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song song ngược là thích hợp nhất.Mặt khác sơ đồ này đơn giản dễ điều khiển, giá thành không cao

2 Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược:

- Ở chế độ làm việc bình thường trong 2 bộ chỉnh lưu mắc song songngược chỉ có 1 bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh U cho tải

- Khi có một lý do nào đó ta phải đảo chiều động cơ thì 2 bộ biến đổi phảiđổi trạng thái cho nhau Bộ này đang làm việc phải dừng lại cho bộ biến đổi kialàm việc Việc điều khiển chuyển đổi trạng thái làm việc là một nhiệm vụ kỹthuật quan trọng

- Để thực hiện điều này người ta thường dùng 2 phương pháp:

+ Phương pháp điều khiển tuyến tính phụ thuộc hai bộ chỉnh lưu mắcsong song ngược (điều khiển chung)

+ Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ biến đổi mắc song song ngược(điều khiển riêng)

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 13 Hai bộ chỉnh lưu cầu 1 pha mắc song

2.1 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc:

- Phương pháp này ta đưa xung đồng thời vào 2 bộ (2 bộ cùng mở) Tức làxung điều khiển 2 bộ biến đổi này liên hệ chặt chẽ với nhau theo quan hệ:

1 + 2 = với: 1 : Góc mở ứng với chỉnh lưu 1

 Ud = Ud1 = - Ud2 = Udcos1

- Như vậy ta nhận thấy rằng thành phần một chiều của điện áp trên đầu racủa 2 sơ đồ chỉnh lưu là bằng nhau nên chúng không gây ra thành phần dòngđiện khép vòng qua các van của 2 sơ đồ chỉnh lưu:

- Xét giản đồ dòng điện trong quá trình khống chế đảo chiều

+ Từ thời điểm t = 0 tới tđc phát xung cho 2 bộ theo quan hệ

1  /2

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 14 Giản đồ dòng điện khống chế đảo chiều tuyến tính phụ thuộc

2 =  - 1 > /2

 Ud1 = Udocos1 > 0 CL1 làm việc chỉnh lưu

Ud2 = Udocos2 < 0 CL2 làm việc chế độ chờ nghịch lưu+ Từ thời điểm tđc đến t1 ta tiến hành tăng góc mở 1 đồng thời 2 giảm.Điện áp trên bộ hai bộ chỉnh lưu giảm Do đó tốc độ động cơ giảm, nhưng tốc độđộng cơ không giảm nhanh bằng điện áp của chỉnh lưu do quán tính nên suấtđiện động của động cơ lớn hơn điện áp chỉnh lưu nên chỉnh lưu 2 đủ điều kiệnnghịch lưu bộ CL2 chuyển sang chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới đồngthời hãm cưỡng bức ta gọi là hãm tái sinh Khi 1 = 2 = /2  ud = 0

+ Từ thời điểm t1 ta tiến hành giảm góc mở 2, tăng 1 để đảo chiều điện

áp của 2 bộ chỉnh lưu

2 < /2

1 =  - 2 > /2

 Ud2 = Udocos2 > 0 Bộ CL2 làm việc chỉnh lưu

Ud1 = Udocos1 < 0 Bộ CL1 làm việc chế độ chờ nghịch lưu

● Sự xuất hiện dòng cân bằng và hạn chế :

- Ta thấy rằng khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu cùng làm việc tuy giá trị trungbình bằng nhau nhưng giá trị tức thời của điện áp trên đầu ra của 2 sơ đồ có lúckhông bằng nhau, điều này tạo sự chênh lệch điện thế tức thời gây ra dòng điệnkhép vòng qua các van và các pha nguồn cung cấp mà không đi qua tải, nó đượcgọi là dòng cân bằng

- Giản đồ điện áp và dòng điện cân bằng:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 15 Giản đồ điện áp và dòng điện cân bằng

2.2 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế độc lập:

- Đây là phương pháp khống chế sao cho một thời điểm chỉ cho một bộlàm việc Thyristor mở dẫn dòng còn bộ kia không làm việc

- Xét giản đồ dòng điện của các bộ chỉnh lưu:

+ Giả sử BCL1 đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu ( < /2) và bộ chỉnhlưu 2 không có xung điều khiển nên không có dòng qua bộ chỉnh lưu 2

+ Tại thời điểm tđc ta cần đảo chiều động cơ, BCL1 mất xung điều khiểnnhưng iBCL1 chưa về 0 ngay mà giảm từ từ về 0

+ Tại thời điểm t1, iBCL1 = 0 nhưng ta vẫn chưa cấp xung để kích mở BCL2

mà phải sau một khoảng thời gian tK thì ta mới cấp xung kích mở BCL2 Lý do làkhoảng thời gian tK để BCL1 khóa chắc chắn và khôi phục tính chất van của bộnày Trong khoảng thời gian tK cả 2 bộ chỉnh lưu không làm việc

+ Tại thời điểm t2 ta cấp xung để kích mở bộ chỉnh lưu 2 và chỉ duy nhất

+ Từ trước tđc: Uđk = 1 Cho phép phát xung BCL1

ICL1 = 1 Có dòng qua bộ chỉnh lưu 1

P = 1

Q = 0+ Từ tđc  t1: Uđk = 0 Không cho phép phát xung BCL1

ICL1 = 1 Vẫn có dòng BCL1

P = 0

Q = 0+ Từ t1  t2: Uđk = 0 Cho phép phát xung BCL2

ICL1 = 0 Dòng qua BCL1 = 0,

P = 0 Tạo trễ tK = t2 - t1

Q = 0

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Phát xung BCL1, không phát xung BCL2

+ Từ t2 trở đi Uđk = 0 Cho phộp phỏt xung BCL2

ICL1 = 0 Dũng qua BCL1 = 0,

ICL2 = 1 Cú dũng qua BCL2

P = 0 Khụng phỏt xung điều khiển BCL1

Q = 1 Phỏt xung điều khiển BCL2

- Như vậy với phương phỏp khống chế này thỡ khụng xuất hiện dũng cõnbằng nờn khụng cần mắc thờm cuộn khỏng hạn chế dũng cõn bằng Nhưngnhược điểm là thời gian giỏn đoạn dũng lớn hơn nhiều so với phương phỏpkhống chế tuyến tớnh phụ thuộc

Kết luận: Qua phõn tớch trờn cả 2 phương phỏp đều cú thể dựng để điều

khiển đảo chiều động cơ phự hợp với cụng nghệ nhưng chỳng ta cần độ đỏp ứngnhanh (khụng cú giỏn đoạn dũng ) nờn ta chọn phương phỏp khống chế tuyếntớnh phụ thuộc

Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1 Phõn tớch và chọn phương ỏn thiết kế mạch điều khiển:

- Để kớch mở Thyristor làm việc (dẫn dũng) thỡ ngoài điều kiện UAK > 0cũn phải cú xung điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thyristor (UGK > 0) Taphải thiết kế mạch tạo xung kớch mở Thyristor

- Ngoài 2 điều kiện bắt buộc để Thyristor mở dẫn dũng cũn cú yờu cầu:Khi cú mạch động lực cụ thể thỡ phải phự hợp với sơ đồ:

+ Thời gian duy trỡ xung để mở cho chắc chắn

+ Biờn độ điện ỏp xung

+ Mở chớnh xỏc, tức là cú độ rộng sườn trước phự hợp (du/dt)

- Xung điều khiển Thyristor thường cú 3 dạng:

 Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyờn tắc khống chế pha đứng

 Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyờn tắc khống chế pha ngang

 Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dựng Điốt 2 cực gốc (UJT)

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 18 Các xung th ờng dùng để điều khiển

thyristor

- Từng nguyờn tắc cụ thể được trỡnh bày ở sỏch "Kỹ thuật biến đổi" của

thầy Vừ Quang Lạp, Trần Xuõn Minh, chương "Mạch điều khiển sơ đồ chỉnhlưu" trang 56

- Trong hệ thống này ta dựng nguyờn tắc khống chế pha đứng

- Sơ đồ khối của nguyờn tắc này:

1.1 Sơ đồ mạch đồng bộ húa và phỏt súng răng cưa:

- Để thực hiện chức năng đồng bộ húa, ta cú thể sử dụng mạch phõn ỏpbằng điện trở hay kết hợp điện dung, điện cảm Tuy nhiờn, phương phỏp này cú

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

21

Ul

Tạo xung

So sánh

Sóng răng c a

Đồng bộ

hoá

Phân chia xung

UGT

Hình 19 Sơ đồ điều khiển theo pha đứng

3

Uđk

Hình 20 Sơ đồ khối điều khiển theo pha

đứng thực tế

Uđk

Ul

Đồng bộ hoá &Tạo sóng răng c

a

So sánh

Tạo xung & phân chia

nhược điểm là không cách ly với điện áp cao của mạch động lực Do vậyphương pháp này ít dùng

- Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong

đó cuộn sơ cấp nối với lưới cuộn thứ cấp cho điện áp đồng bộ Góc lệch phagiữa cuộn sơ và cuộn thứ tính toán sao cho góc lệch pha của Udb phù hợp vớithời điểm mở tự nhiên của các Thyristor

- Trong sơ đồ cầu 1 pha ta dùng máy biến áp 1 pha hai cuộn dây thứ cấp

- Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo sóng răng cưa như:

 Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng Điốt, điện trở, tụ điện (R - C - D)

 Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng D - R - C nạp điện cho tụ bằng nguồnmột chiều ổn định

 Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Transistor

 Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Transistor nạp tụ bởidòng không đổi

 Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán

- Nguyên lý cụ thể các mạch được trình bày ở phần "Mạch điều khiển sơ

đồ chỉnh lưu" của sách "Kỹ thuật biến đổi" của thầy Võ Quang Lạp và Trần

Xuân Minh

Tuy nhiên để được quan hệ góc mở 1 + 2 = 180o ta cần có dạng sóngrăng cưa rất chính xác nên ta phân tích sơ đồ dùng vi mạch khuếch đại thuậttoán

Sơ đồ mạch điện:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 21 Sơ đồ mạch đồng bộ hóa và tạo sóng răng cưa dùng

khuếch đại thuật toán

- Ở nửa chu kỳ dương Tr khóa, điện áp âm qua R2 đầu vào đảo IC có điện áp

âm nên đầu ra IC có mức bão hòa dương và tụ C được nạp bởi đầu ra IC Dòngnạp cho tụ ic = const nên điện áp trên tụ là tuyến tính

- Ở nửa chu kỳ âm D khóa, Tr mở cặp điện trở định thiên R1, R2 tụ Cphóng qua Tr điện áp tụ giảm về 0

- Sơ đồ này có ưu điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác, dung lượng tụ Ccần rất nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ cho Tr Mặc khác do điện trở đầu ra

IC nhỏ nên dạng điện áp ra hầu như không phục thuộc vào điện trở tải mắc đầu

ra IC

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 22 Giản đồ điện áp ra của khối đồng bộ hóa và tạo sóng răng cưa

- Việc ghép nối tín hiệu có thể nối tiếp hoặc song song

- Phương pháp so sánh nối tiếp có ưu điểm chính xác nhưng khi tín hiệurăng cưa có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn Do đó ta dùngphương pháp so sánh song song

- Yêu cầu phát xung đồng thời 1 + 2 = 180o nên khâu so sánh ta đưathêm tín hiệu đầu vào IC: Ucd = - có tác dụng ngược với tín hiệu Urc Dùng

sơ đồ so sánh khuếch đại thuật toán

Sơ đồ mạch và giản đồ điện áp ra của bộ so sánh dùng vi mạch khuếch đạithuật toán:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 23: Sơ đồ mạch và giản đồ điện áp ra của bộ so sánh

- Việc dùng vi mạch cho phép xác định góc mở  chính xác do các vi mạch có

hệ số khuếch đại lớn và bão hòa nhanh

1.3 Sơ đồ mạch tạo xung và phân chia xung:

- Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung và tính đối xứngcủa các xung ở các kênh khác nhau Mặt khác khâu so sánh thường cho côngsuất ra nhỏ nó chưa đảm bảo các thông số yêu cầu vì vậy cần có mạch tạo xung.Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: truyền xung, khuếch đại xung, sửa xung

1.3.1 Mạch truyền xung:

- Để truyền xung điều khiển đến các chân điều khiển của các Thyristor tốtnhất dùng biến áp xung vừa có thể cách ly giữa mạch động lực với mạch điềukhiển vừa có thể đồng thời đưa nhiều xung đến mở các Thyristor nối tiếp haysong song

1.3.2 Mạch khuếch đại xung:

- Để khuếch đại xung ta có thể dùng Transistor hay Thyristor Các mạchdùng Thyristor thường được dùng trong trường hợp đòi hỏi công suất xung điềukhiển lớn và thời gian tồn tại dài, trường hợp này ít gặp

- Trong thực tế người ta thường dùng Transistor, để giảm sự phức tạp củatầng khuếch đại trong nhiều trường hợp người ta dùng hai Transistor mắc theokiểu Dalinton Hai Transistor mắc nối tiếp tương đương với 1 Transistor có hệ

số khuếch đại dòng  = 1.2

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 24: Mạch truyền xung bằng máy biến

R1

D1 D2

TR2 TR1

-24V +15V

UGT

1.3.3 Mạch sửa xung:

- Do tính chất so sánh mà độ dài xung thường thay đổi theo góc  Do đóphải có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung và biên độ xung đủ mức cầnthiết

- Ta biết rằng với 2 bộ chỉnh lưu đồng thời làm việc (1 + 2 = 180o) thìgóc mở  luôn nhỏ hơn 180 một góc  nào đó , để đảm bảo cho bộ chỉnh lưukhông bị sập nghịch lưu thì  thường phải không nhỏ hơn 30o điện và min ,tức là lớn hơn 600s Thời gian này thừa để mở Thyristor cho nên ta chỉ cần sửaxung theo hướng thu ngắn lại

- Để dễ trình bày nguyên lý ta ghép khối sửa xung (C, R1, R2, Đ1, Đ2, Tr1,

Tr2) với khối truyền xung và khuếch đại xung

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 26: Mạch tạo xung , phân chia xung và giản đồ điện áp ra

USS

UGT+15V-24V

TR1

TR2D2

D1

D5

- Khi Urss chuyển từ dương sang âm thì tụ C sẽ phóng điện theo + C  ICss  Tr2

, Tr1  R1  - C làm Tr1 , Tr2 được mở ra do dòng phóng của C Khi Tr1 , Tr2

mở sẽ có dòng đột ngột xuất hiện thì cuộn dây thứ cấp máy biến áp xung có suấtđiện động tạo ra xung đến cực điều khiển của Thyristor

Khi tụ C phóng hết thì Tr1 , Tr2 khóa lại và C nạp ngược lại Ucc  R2  R1

C  ICss  mat Điện áp tụ tăng dần theo chiều ngược lại đến Uc  Ucc  Inạp

= 0

Khi Urass chuyển sang dương thì tụ C sẽ phóng từ +C  R1, D1, D2  mat

 ICss  - C và khi phóng hết chuyển sang nạp ngược đến Uc = Urss thì giữnguyên trạng thái chuẩn bị chu kỳ tiếp theo

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 27a Giản đồ hình thành xung của mạch tạo xung cho T1,T4

2 Mạch tạo nguồn nuôi:

- Do mạch sử dụng các vi mạch khuếch đại thuật toán, ta cần phải sử dụnghai nguồn nuôi ngược dấu nối tiếp nhau và có điểm chung nối mát

- Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu nhờ 2 bộ chỉnh lưu cầu 1 pha và điện

áp ra được ổn định nhờ vi mạch 7815 và 7915, lọc nhờ các tụ đưa ra 2 nguồnnuôi 15 và -15 có điểm chung 0 Hai nguồn này sẽ làm nguồn nuôi cho các vimạch và làm điện áp ngưỡng

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Hình 28 Mạch tạo nguồn nuôi

+15V(+U CC )

-15V(-U CC ) 7915

D6

7815 D2

- Sở dĩ phải có nguồn -24V là do công suất của các vi mạch hạn chế nếu

sử dụng cho các mạch khuếch đại xung đòi hỏi công suất lớn thì các vi mạch ổn

áp sẽ bị quá nhiệt Do đó nguồn nuôi cho mạch khuếch đại xung được lấy ởtrước các vi mạch ổn áp

Nguồn này cần có điện áp lớn để khi điện áp lưới dao động vẫn đảm bảođiện áp ra BAX đủ mở chắc chắn các Thyristor

3 Sơ đồ hoàn chỉnh 1 kênh phát xung và bộ nguồn:

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Chương 3 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ

1 Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị :

Việc tính chọn thiết bị có một ý nghĩa rất quan trọng cả về mặt kỹ thuật vàkinh tế Việc tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn bấy nhiêu Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng caođược hiệu suất của hệ thống Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống có thể làm việc kém chất lượng hoặc không làm việc được Vì vậy việc tính chọn thiết

bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

+ Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu câu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị

+ Về mặt kinh tế, các thiết bị được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuậtphải đảm bảo yêu cầu về kinh tế

2 Tính chọn thiết bị mạch động lực:

2.1 Chọn động cơ điện một chiều:

Dựa theo yêu cầu của đề tài chọn động cơ điện một chiều kích từ độc lập Có thông số kỹ thuật sau :

2.2.Tính toán máy biến áp động lực:

Máy biến áp động lực ta dùng là máy biến áp 1 pha như ở sơ đồ nguyên lý Máy biến áp được tính theo điều kiện:

ta chọn K1 = 1,05

+ K2 là hệ số kể đến góc điều khiển nhỏ nhất (min) nhằm đảm bảo

chắc chắn hệ thống không rơi vào trạng thái sập nghịch lưu,

ta chọn:

min = 300  max = 1500

 K2 = 1/cosmin = 2/ = 1,15+ K3 là hệ số xét đến sụt áp trên điện trở thuần của máy biến áp ,

trên điện cảm cuộn dây thứ cấp máy biến áp, do chuyển mạch, sụt áp trên dây nối và cuộn kháng, trên các van K3

Trong đó Iđm = Id = 9 ( A ) là dòng điện định mức của động cơ

Giá trị dòng hiệu dụng của cuộn sơ cấp :

I1đm = (A)

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27

Với = Là tỷ số máy biến áp

m : Số trụ mạch từ máy biến áp ( m = 3 )

f : Tần số xoay chiều ( f = 50 Hz )

Với tiết diện cực giữa đã tính theo bảng II-2 sách điện tử công suất

Nguyễn Bính ta chọn mạch từ có kích thước mạch từ chuẩn như sau:

Kết cấu hình chữ E lá tônSilic có bề dày 0,35 mm , B = 1,1T

Chọn J=3(A/mm2) mật độ dòng điện của dây đồng

Đường kính dây quấn sơ cấp :

+ Điều kiện về dòng điện: ITtb  Ki ITtbmax

+ Điều kiện về điện áp : Ungmax  Ku UTngmax

a Chọn theo điều kiện dòng điện

ITtb  Ki ITtbmax

Trong đó: Ki là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy Ki = 1,2

ITtbmax = (A)

Như vậy ta có: ITtb  1,2.11,25=13,5 ( A )

b Chọn theo điều kiện điện áp:

Sơ đồ mạch chỉnh lưu của ta là hình cầu 1 pha do đó điện áp mà các van phải chịu có giá trị bằng U2

Ungmax  Ku U2

Trong đó :

Ku là hệ số dự trữ về điện áp , ta chọn Ku = 1,5

 Ungmax  1,5 320 = 678,823 (V)

Dựa trên cơ sở tính toán về điều khiện dòng điện và điện áp ta chọn Thyristor

có các thông số sau: Theo bảng p.2 sách Thiết kế Điện tử công suất –Trần Văn Thịnh

Trong đó : Ungmax : Điện áp ngược cực đại

Iđm: Dòng điện làm việc cực đại

Ig: Dòng điện xung điều khiển

Ug:Điện áp xung điều khiển

U : Sụt áp cực đại trên Thyristor ở trạng thái dẫn

dU/dt : Gia tốc điện áp

Tmax = 1100C

NGUYỄN HỮU LƯỢNG LỚP ĐKT K27