Báo cáo bài tập dài hệ điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển có nhiệm vụ tạo nguồn dòng

bài tập dài, điện tử công suất, chỉnh lưu cầu 3 pha, tạo nguồn dòng, bài tập lớn

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

Họ và tên : Nguyễn Anh Tuấn

SHSV: 20092988

Lớp: ĐK & TĐH 3 – K54

Đề 1 – Phương án 1

Phương

Án

Nguồn AC 3 pha(50Hz)

Dòng tải max(A)

Dòng tải min(A)

Trở tải(Ôm)

Điện cảm tải (H)

Yêu cầu:

1 Chọn mạch phát xung và tính toán các linh kiện trong mạch

2 Tổng hợp hệ và chọn luật điều khiển

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

Chú thích: độ dao động của điện áp nguồn ±15%

1 Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển

Đây là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế

Ưu điểm:

- Cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha

- Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%)

- Công suất máy biến áp cũng xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo lưới điện ít hơn các loại khác

Nhược điểm: Sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp tải dưới 10V

Do có nhiều ưu điểm vượt trội nên chỉnh lưu cầu 3 pha được sử dụng rộng rãi với dải công suất rất rộng, từ nhỏ đến hàng nghìn KW

Mạch van được đấu thành 2 nhóm: Nhóm van đánh số lẻ đấu chung katot; nhóm đánh dấu chẵn đấu chung anot Xung điều khiển được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ THY1 đến THY6 cách nhau 60̊ điện; còn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 120̊

Nguyên tắc thiết kế được sử dụng theo sơ đồ điều khiển dọc: Điện áp lưới 3 pha đầu vào được đồng bộ với phần điều khiển van qua các biến áp để tạo Udb, sau đó tạo Utựa dưới dạng rang cưa rồi đem so sánh với Uđk để phát động khâu tạo xung TX Sau đó qua khâu khuếch đại xung KĐX để đưa ra các giá trị Ugk điều khiển van

Ulực Udb Urc Uss Udx Ugk

2 Khâu đồng bộ:

Đối với khâu này ta sử dụng 3 máy biến áp để tạo 6 mạch đầu vào cấp nguồn cho 6 bộ điều khiển của 6 van lực Sử dụng máy biến áp, cho phép đạt được

2 mục tiêu sau:

- Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với MĐK thường là điện áp thấp, theo quy chuẩn về an toàn là dưới 36V

- Cách ly hoàn toàn về điện giữa MĐK với van lực Điều này đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như cho các linh kiện điều khiển

Sơ đồ 3 máy biến áp dùng trong mạch điều khiển chung như sau:

Với số liệu đề bài, nguồn AC 3 pha (50Hz) là: 3x380V ta có kết quả mô phỏng:

Với :

- Đồ thị 1: Vpha_A

- Đồ thị 2: Vdp1

- Đồ thị 3: Vdp2

3 Khâu tạo điện áp răng cưa:

Khâu này tạo điện áp tựa dạng răng cưa phi tuyến đi xuống nửa chu kỳ

Ta cần tạo điện áp răng cưa với Urcmax=10V

- Chọn E là +-12V

- Chọn điot ổn áp BZX79 loại 10V có phạm vi dòng làm việc (1 -> 20mA)

- Tính R5:

Chọn tụ C=0,33uF:

Chọn điện trở 27kΩ nối tiếp với 1 biến trở 20kΩ ở vị trí R5

- Tính R4:

Dựa trên nguyên tắc iR4 >> iR5 và chọn thời gian nạp tn = 1ms ta có :

Chọn R4=1kΩ

Kiểm tra dòng làm việc điot ổn áp:

Khi điot ổn áp thông điện áp rơi trên R4 là:

Suy ra:

Dòng điện qua R5 bằng:

Vậy dòng làm việc của điot ổn áp:

Giá trị này nằm trong vùng làm việc của điot ổn áp.

- Các phần tử khác:

R3, R2 dựa vào dòng qua T2 lớn nhất: E/R4=12/1000=12mA và với điện

áp E=12V chọn T2 loại AC125 (p-n-p) có tham số: Ucemax=45V; β=120; Icmax=40mA

Từ đây ta tính được:

Chọn R3=47kΩ

Lấy R2=0,3R3=14,1kΩ Chọn R2=12kΩ

Các Transistor T1, T3 đều chọn loại BC108

Kết quả mô phỏng: Vrangcua:

4 Khâu so sánh:

Đây là sơ đồ so sánh kiểu 2 cửa

Trong kiểu này hai điện áp cần so sánh được đưa tới hai cực khác nhau của OA

Điện áp ra sẽ tuân theo quy luật:

Với Ko là hệ số khuếch đại của OA

Tùy thuộc vào điện áp tựa và điều khiển đưa vào cửa nào mà điện áp ra xuất hiện sườn xung âm hoặc dương ở thời điểm cân bằng giá trị giữa chúng Nếu điện áp điều khiển đưa vào cửa (+), còn điện áp tựa đưa vào cửa (-) có nghĩa là u+≡udk và u-≡utựa thì điện áp ra là:

Mô phỏng:

5 Khâu tạo xung đơn:

Tính khâu tạo xung kim với tx=100us:

Lấy tx=1,8t.với t=Rtd.C2=(R8//R9).C

Để đảm bảo đến cuối xung dòng vào bong T vẫn đạt giá trị yêu cầu 1mA,ta có:

Từ đây rút ra,trong đó lấy Ubh=E-1,5V=12-1,5=10,5V ta được:

Điện trở R9 phải nhỏ hơn nhiều so với điện trở R8 để đảm bảo dòng chủ yếu chạy qua R9 vì vậy nên chọn R8 gần với giá trị Rtd

Chọn R9=3,9kΩ

Xác định giá trị tụ điện C từ hằng số thời gian của mạch t=Rtd.C trong đó

vì đã chọn tx=t,8t =100us nên:

Chọn C=22nF

Kết quả mô phỏng:

Đồ thị 1: Vss ; Đồ thị 2: Vxungdon

6 Tạo xung kép:

Khâu này ta ghép xung bằng điot

Khi đầu vào của KĐX là transistor, ta có thể ghép xung đơn thành xung kép bằng điot Kiểu này thích hợp với nhiều loại TDX khác nhau, vì vậy được dùng khá nhiều trong thực tế

Mô phỏng: Vxungkep

7 Khâu khuếch đại xung ghép bằng biến áp xung:

Phương pháp ghép này thông dụng nhất hiện nay vì dễ dàng cách ly điều khiển và lực, tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên không cho phép truyền các xung rộng vài mili giây Chính vì tính chất này mà người

ta phải truyền xung rộng dưới dạng xung chum để biến áp xung hoạt động bình thường

Mô phỏng

Đồ thị 1: VP1

Đồ thị 2: Vxungkep và VP1

8 Khâu tạo luật điều khiển:

Sơ đồ cấu trúc của hệ:

hành tổng hợp hệ

+ Ui đặt: điện áp đặt định mức (là lượng đặt dòng điện),tương ứng với dòng điện định mức 80(A),chọn bằng 10V

trị bằng 4H

khiển có giá trị định mức là 10V Đầu ra của khối này là điện áp chỉnh lưu

điện trở là 3Ω thì điện áp qua bộ chỉnh lưu tương ứng định mức phải bằng :

Ud = Idđm Rt = 80.3 = 240 V

KBBĐ = Ud/Uđđm = 240/10 =24

giá trị là:

1

1

BBD

dm dm

T T

Trong đó:

Vì vậy hằng số thời gian bộ biến đổi ở đây là

0.02

1,67

BBD

dm

T

m

+ki: Hệ số tỷ lệ của mạch phản hồi dòng điện phải đảm bảo khi dòng tải là

hệ số khuếch đại mạch phản hồi dòng điện phải là:

Ti:là hằng số thời gian của mạch phản hồi dòng điện ,thường lấy bằng 1ms Tính toán các thông số:

Ta tính toán được như sau:

1  1 

BBD

K

i i

K

s T



1

i i

K

s T



1 1 0.001

i i

K

Tổng hợp mạch vòng dòng điện như sau:

Đặt: T s T dkT T i BBD    1 1 1.67 3.67  ms

Hàm truyền của sơ đồ:

01 ( )

(1 )(1 )

BBD i t

R

S s



Điều kiện: T s T u

Sử dụng tiêu chuẩn tối ưu modun ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI:

0.125

1 0.001s

1 ( )

.

u i

BBD i

s u

T s

R s

R





  

Thay số vào ta được: Chọn a=2

Vậy: Xác định hàm truyền của khâu điều chỉnh theo tổng hợp mạch ta có:

Sơ đồ cấu trúc đầy đủ của hệ:

0.125

1 0.001s

9 Kết quả mô phỏng:

Sơ đồ mạch

Với Ui_dat=10V

Với Ui_dat=1.8V