Hệ điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển mắc trực tiếp với lưới điện có nhiệm vụ tạ nguồn dòng có các thông số như sau: Lưới 3x220 V Itmax = 60 A; Itmin = 15A Rt = 2Ω; Lt = 2,6H

Luận văn, Điện tử công suất, đề tài tốt nghiệp, đồ án, thực tập tốt nghiệp, đề tài

Đề bài: hệ điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển mắc trực tiếp với lưới điện có

nhiệm vụ tạ nguồn dòng có các thông số như sau:

Lưới 3x220 V

Itmax = 60 A; Itmin = 15A

Rt = 2Ω; Lt = 2,6H

Yêu cầu:

1 Chọn mạch phát xung cho cầu 3 pha và tính toán các linh kiện trong mạch

2 Tổng hợp hệ và tính chọn khâu tạo luật điều khiển

3 Mô phỏng hệ điều khiển và toàn hệ thống kín

Độ dao động của điện áp nguồn là ±15%

I Chọn mạch phát xung cho cầu 3 pha và tính toán cho các linh kiện

1 Sơ đồ tổng quát

Hình 1 Sơ đồ tổng quát

2 Tính toán chọn linh kiện

a Khâu đồng pha

Chọn máy biến áp đồng pha loại 175:15

Chọn Urc = 12V; E = 15V;

Chọn OA loại TL083

Đồng

đại xung

So sánh

Tạo điện áp tựa dạng răng cưa 1 nửa chu kỳ một nửa chy kỳ

c

Uss

U, I đặt Điều

khiển dòng

Hình 2 Khâu đồng pha

Hình 3 Kết quả Mô phỏng khâu đồng pha

3 Khâu tạo điện áp tựa răng cưa

Biên độ điện áp đồng pha: Uđp max = √2.15=21,4 (V )

Chọn Urc = 12V; E = 15V

Chọn Diốt zenner Do điện áp Urc = 12V nên chọn điốt BZX79 loại 12V Tính điện trở R3 Chọn tụ C1 = 0,22 µF, khi đó ta có

R3 = 2U E T

Dz C = 15.0,02

2.12.0,22 10−6=56,82 kΩΩ

Ta chọn điện trở 39kΩnối tiếp điện trở 20kΩ vào vị trí R3 Tính chọn điện trở R2:

Chọn thời gian nạp tụ tn = 1ms

Ubh= E-1,5 = 15-1,5= 13,5 (V)

R2< U bh−0,7

C U Dz

E

R3

0,22 10−6.12

56,82.103

=4,9 kΩΩ

Chọn điện trở R2 = 1 kΩ

Hình 4 Khâu tạo điện áp tựa dạng răng cưa Kết quả mô phỏng

Hình 5 Kết quả mô phỏng với time step = 0.002 s; total time = 1s

4 Khâu khuếch đại xung

Hình 6 Khâu khuếch đại xung Khâu khuếch đại xung đơn gồm có:

Tạo xung chùm bằng mạch trộn xung dùng IC logic AND và khuếch đại xung ghép bằng biến áp xung

Chọn máy biến áp

+ Mạch vi phân có tx = 100µs

Khi hoạt động điện trở R6 mắc song song với điện trở Rb Vì vậy hằng số thời gian sẽ là τ = (R6//Rb) nt C = RtđC

Transistor chọn theo dòng max qua máy biến áp loại 2N222 chịu dòng cở 1A

Để đảm bảo đến cuối xung dòng vào bong T vẫn đạt giá trị yêu cầu 1mA thì

I(t=tx) = 2Ub h e

−1.8 t

t

Từ đó rút ra

Rtđ = 2.U i(t b h

x) e−1,8=2.(15−1,5)

0,001 e

−1,8

=4,46 kΩ Ω

Điện trở Rb phải nhở hơn nhiều so với điện trở R6 để đảm bảo dòng chủ yếu chảy vào bazo bong T, vì vậy chọn Rb = 5,6k Ω

Suy ra R6 = 21,9kΩ => chọn R6 = 22 kΩ

Ta có tx = 1,8τ = 100µs nên C2 = 1.8 Rtd tx = 12 10 -9 ; chọn C2= 22nF Kết quả mô phỏng

Xung chùm:

Hình 7 Kết quả mô phỏng xung chùm Điện áp đầu ra khâu khuếch đại :

II Tổng hợp và tính toán mạch lực

1 Sơ đồ tổng quát

2 Tính toán các thành phần trong sơ đồ cấu trúc của hệ:

 Uidat là điện áp định mức tương ứng với dòng điện định mức là 60A

Ta chọn Uidat = 10V

 Bộ biến đổi:

Mô hình bộ biến đổi có dạng : Rbbd = (1+ pTbbd)(1+ pTdkΩ)K bbd

Trong đó :

Kbbd là hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi

Ta có đầu vào là điện áp điều khiển, chọn Udk = 10V Đầu ra là điện áp chỉnh lưu Ud = Idđm Rt = 60.2=120 (V)

Do đó Kbbd = Udặt dm Udđm = 12010 = 12

Tbbd là hằng số thời gian của bộ biến đổi: Tbbd =2 fmđm1 Với f là tần số của lưới điện, f = 50HZ

Mđm là hệ số đập mạch của mạch chỉnh lưu, với sơ đồ cầu 3 pha thì mđm

= 6

 Tbbd =2.50.61 = 1,67 (ms)

Tđk là hằng số thời gian điều khiển, Tđk = 1 (ms) Thay các giá trị tham số vào ta có hàm truyền của bộ biến đổi như sau:

Rbbd = (1+0,00167 p)(1+0,001 p)12 Xấp xỉ bộ biến đổi thành khâu bậc nhất loại bỏ đi thành phẩn p2 ta có:

Rbbd = 1+ 0,00267 p12

đổi

Tải RL

Phản hồi dòng tải

It

Uidat

-Ui

 Tải RL:

Mô hình tải có dạng: Rtai = 1+ pTt 1/Rt với Rt la điện trở tải, theo giả thiết có

Rt = 2Ω

Tt là hằng số thời gian của tải: Tt = Rt¿ = 2,62 = 1,3 (s)

Do đó ta có hàm truyền của tải như sau: Rtai = 1+ 1,3 p0,5

 Khâu phản hồi dòng tải Si = 1+ pTi Ki trong đó :

Ki là hệ số tỉ lệ của mạch phản hồi dòng điện

Ki = Uph Idm = 1060 = 0,167

Ti là hằng số thời gian của mạch phản hồi dòng điện, chọn Ti = 1(ms) ta

có hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện như sau:

Si = 1+ 0,001 p0,167

 Khâu điều chỉnh Ri:

Sử dụng bộ điều khiển PI thông dụng ta có khâu điều chỉnh có dạng như sau:

Ri = Kp + KI s

Hàm truyền của hệ hở:

Gh(s) = Kbbd

1

Rt Ki

(T bbđ s+1) (T i s+1) (T t s+1)

(1+1.67 10−3s )(1+0.001 s)(1+1,3 s )

≈ 1,002

(1+0,00267 s)(1+1,3 s) = (1+T K

lớn s)(1+T nhỏ s) Theo phương pháp tối ưu modun thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng ta có:

Kp = 2 K Tnho Tlon = 243

KI = 2 K Tnho1 =¿187

Do đó ta có hàm truyền khâu điều chỉnh:

Ri = Kp + KI s = 243+ 187s

Sơ đồ cấu trúc tổng hợp của hệ:

3 Mô phỏng hệ điều khiển và toàn hệ thống kín:

Sơ đồ mô phỏng dạng hàm truyền hệ thống:

Kết quả mô phỏng:

Uidat và Uiph :

Uidat

-Ui