Dang nhat minh 20091770 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 lớn:

Thiết kế Điện tử công suất

Đề tài:thiết kế hệ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển tạo nguồn dòng với các số liệu như sau:

(đề 1-phương án 2)

Nguồn vào AC

3 pha (50Hz)

15%





Dòng tải max (A)

Dòng tải min (A)

Trở tải () Điện cảm tải

(L)

Giảng viên hướng dẫn :Phạm Quốc Hải

Mục Lục

1.tổng quan về mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển: 3

2.khâu đồng bộ: 4

3.khâu tạo điện áp tựa: 6

4.Khâu so sánh: 9

5.Khâu tạo xung : 11

5.1 Tạo xung đơn bằng mạch vi phân RC: 11

5.2 Tạo xung kép bằng cách ghép 2 xung đơn bằng diot: 12

6.Khâu khuếch đại xung: 14

7.khâu tạo luật điều khiển: 15

8.Kết quả mô phỏng: 18

Tài liệu tham khảo: 20

1.tổng quan về mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển:

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong thực tế với nhiều dạng sơ đồ khác nhau.về cơ bản,mạch mắc trực tiếp với lưới sử dụng 6 van bán điều khiển thyristor mắc dạng cầu để điều khiển tạo nguồn áp hoặc nguồn dòng ở đầu ra.cụ thể:

Mạch được mắc trực tiếp với lưới điện 3 pha.nhiệm vụ của người thiết kế là xây dựng mạch điều khiển 6 van thy1-6 để tạo nguồn dòng(hoặc áp ) mong

muốn.nguyên tắc thiết kế được sử dụng theo sơ đồ điều khiển dọc như sau:

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 U tựa dưới dạng răng cưa rồi đem so sánh nó với Udk.khâu so sánh SS có nhiệm vụ xác định điểm cân bằng của 2 điện áp

U tựa và Udk để phát động khâu tạo xung TX,sau đó qua khâu khuếch đại xung KDX để đưa ra các giá trị Ugk điều khiển van thyristor.như vậy trong nguyên tắc điều khiển này điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay

đổi do sự thay đổi của trị số Udk,trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều dọc của trục biên độ

2.khâu đồng bộ:

Khâu đồng bộ có 2 chức năng:

1.Đảm bảo quan hệ về góc cố định với điện áp của van lực nhằm xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α,và mạch có tên gọi là mạch đồng pha 2.hình thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động của khâu tạo điện áp tựa phía sau nó,mạch này là mạch đồng bộ,hoặc mạch phát xung nhịp

Bởi vây,với khâu này sử dụng máy biến áp là hợp lí hơn cả vì máy biến áp cho phép đạt được 2 mục tiêu:

 Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với mạch điều khiển thường là điện áp thấp(<36V)

 Cách li hoàn toàn về điện áp giữa mạch điều khiển và mạch lực.điều này đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như an toàn cho linh kiện điện tử

ở đây,ta sử dụng 3 máy biến áp để tạo 6 mạch đầu vào tương ưng cấp nguồn cho 6 bộ điều khiển của 6 van lực.mạch đấu kiểu ∆/* như sau:

Điện áp mạch lực được hạ xuống theo tỷ lệ đặt trong máy biến áp.ở đây điện

áp ra của máy biến áp đồng pha hoặc chậm pha hơn 900 vs điện áp mạch lực (tùy thuộc vào cáchđấu và chiều quấn dây của máy biến áp)và có biên độ 14V.kết quả mô phỏng:

Điện áp pha A:

Điện áp ra sau máy biến áp tương ứng cùng cực tính:

Điện áp ra sau máy biến áp tương ứng ngược cực tính:

3.khâu tạo điện áp tựa:

Khâu này tạo ra điện áp tựa dạng răng cưa.cụ thể là tạo răng cưa phi tuyến đi xuống nửa chu kì.sơ đồ mạch mắc như sau:

Tính toán thông số trong mạch:

 Mạch có nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa với Urc max=10V

 Chọn VCC1 và VCC2 có giá trị 12V

 Chọn diot ổn áp BZX79 loại 10V có phạm vi làm vdonfg làm việc

(1-20) mA

Chọn tụ C=0.33uF,tính R5:

6

2 10.0, 33.10 2

oa

R

C

Chọn điện trở 27 k mắc nối tiếp 1 biến trở 20k ở vị trí R5

Tính điện trở R4:

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

6 max

0.01

n c

t

VCC C



Chọn R4 =1k

Kiểm tra dòng làm việc qua diot ổn áp:

Ioa=iR4-iR5.khi điôt ổn áp thong điện áp rơi trên R4 là :

ma

4

2

1.10

R

R

U

R





Dòng điện qua R4:

3

5

34.24.10

R

VCC

R





Vậy dòng làm việc của điot ổn áp:

i i i    mA giá trị này nằm trong vùng làm việc của điôt ổn áp Các phần tử còn lại:

 R3,R2 dựa vào dòng qua T2 lớn nhất:

4

12 1000

VCC

mA

R   và với điện áp E=12V,chọn T2 là loại AC125(p-n-p) có Tham số Ucemax=45V;β=120;Icmax=40mA

Từ đây ta tính được:

4 3

3

60.10 2

.

T R R

s



Theo sơ đồ mắc mạch ở trên,khi điện áp đồng bộ ở nửa chu kì dương sẽ làm cho T1 mở,dòng qua T1 sẽ chảy từ nguồn VCC1 qua điện trở R2 và R3 ,gây sụt

áp trên R2 tạo điện áp thuận mở T2 cho nên T2 cũng dẫn theo.dòng qua T2 sẽ nạp cho tụ C với hằng số thời gian nạp là R2C(nạp phi tuyến).tụ Cđược nạp cho đến trị số của ổn áp Z2 thì dừng lại,đến đây là hết cho giai đoạn chuổn bị cho việc tạo răng cưa.nửa chu kì sau,khi điện áp đồng bộ chuyển sang âm sẽ làm

transistor t1 khóa nên dòng qua T1=0.lúc này điện áp điều khiển của T2

(Ube)bằng điện áp rơi trên điện trở R3.để mạch hoạt động đúng ta cần T2 cũng khóa vì vậy phải chọn điện trở R3 nhỏ hơn nhiều lần R2 để đảm bảo phân bố điện áp VCC1 chủ yếu rơi trên R2 còn điện áp rơi trên R3 nhỏ không đáng kể.vì vậy,chọn:

o R3 =10

o R2 =10k

Bóng T1,T3 đều chọn loại BC108

Kết quả mô phỏng:

4.Khâu so sánh:

Sử dụng sơ đồ so sánh kiểu 2 cửa:”điện áp cần so sánh được đưa tới 2 cực khác nhau của OA

Điện áp ra sẽ tuân theo quy luật:

ra

U K U K UU với K0 là hệ số khuếch đại của OA

Điện áp điều khiển được đưa vào cửa (+),còn điện áp tựa đưa vào cửa (-) có nghĩa là:

U K U K U U

Do đó khi Udk>Utưa thì Ura=+Ubh và ngược lại;khi Udk<Utưa thì Ura=-Ubh=0

Kết quả mô phỏng:

5.Khâu tạo xung :

5.1 Tạo xung đơn bằng mạch vi phân RC:

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:

1,8

1,8

x

x



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

3 1,8

bh

td

x

U





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, 9k



3 9

9 8

3, 9.10 3, 47.10

31, 47.10

3, 9.10 3, 47.10

td td

R R R

R R

 Xác định giá trị tụ điện C từ hằng số thời gian cảu mạch t=Rtd.C,trong đó vì

đã chọn quan t=1,8tx=100us nên:

o

6

9 3

100.10

16.10 1,8 1,8.3, 47.10

x

t t





Kết quả mô phỏng:

Vso sánh:

Vxung đơn:

Tương quan giữa Vso sánh và Vxung đơn:

5.2 Tạo xung kép bằng cách ghép 2 xung đơn bằng diot:

Sử dụng 2 xung đơn tạo ra từ mạch phát xung của 2 van liền kề (vd:van 1-2;van 6-1…) ghét với nhau bằng 2 diot ta tạo ra được xung kép:

Vxung kép:

Tương qua giữa Vxung đơn và Vxung kép

6.Khâu khuếch đại xung:

Sử dụng biến áp xung để khuếch đại xung kép thu được ở trên theo sơ đồ:

Lúc này,xung kép tạo ra ở khâu trên có vai trò là tín hiệu đóng mở MOSFET.khi

có xung chạy qua,MOSFET mở làm biến áp xung hoạt động và ngược lai,khi không có xung thì MOTFET khóa thì đầu ra của biến áp xung =0.Giá trị điện áp đỉnh của xung đầu ra cấp vào cực g điều khiển van thyristor trong mạch lực

=Ecs.ở đây chọn Ecs=15V.kết quả mô phỏng:

7.khâu tạo luật điều khiển:

Sơ đồ cấu chúc của hệ:

Trong đó:

 Uiđặt:điện áp đặt định mức.ở đây lấy Uiđặt =10V

 R   t 8

8

t t

t

L

R

 Kbbd:hệ số khuếch đại bộ biến đổi.đầu vào của khâu này là điện áp điều khiển có giá trị định mức 10V.đầu raU d Iddm.R t 120*8960V



_

960 96 10

d

i da bb

t d

U

1

1

2 dm 2

b

dm bd

T T

Tdk<< chọn xấp xỉ =0

Với: f1=50hz-tần số lưới

Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha nên mdm=6

=>

1

1, 67

2 dm 2 dm 2.6

bbd

T

ms

Với ki: hệ số tỷ lệ của mạch phản hồi dòng điện phải đảm bảo khi dòng tải định mức là 120 A thì điện áp phản hồi U=10V nên hệ số khuếch địa mạch phản hồi dòng là:

10

0, 0834 120

i

Ti:hằng số thời gian của mạch phản hồi dòng điện,chọn Ti=1ms

Như vậy,hàm truyền hệ hở của đối tượng:

(1 0, 25 )(1 0,00167 )(1 0, 001 )s s s (1 0, 25 )(1 0, 00167 )(1 0, 001 )s s s

 Các hệ số 1

   1

0, 25

0, 00167 0, 001 0, 00267

k T

T













1

t s

R S

s T s T s T



Xác định hàm truyền của khâu điều chỉnh theo phương pháp tối ưu modul có:

46,8

2 2.0, 00267

p

T K

k T

1

46,8

187, 2

0, 25

p i

k

K

T

8.Kết quả mô phỏng:

Với yêu cầu đầu bài đặt ra là dùng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tạo nguồn dòng,tải RL cố định.ứng với mỗi cấp điện áp tương ứng trong Uđặt tạo ra nguồn dòng tương ứng với:

 Dòng tải max =120 A

 Dòng tải min =30 A

Sơ đồ xây dựng tổng quát:

Ta được kết quả mô phỏng:

1 Với U i_dat =10V,đáp ứng dòng tải đầu ra là 120 A:

2 Với U i_dat =8V,đáp ứng dòng tải đầu ra là 96 A

3 Với U i_dat =5V,đáp ứng dòng tải đầu ra là 60 A

4 Với Ui_dat=2.4V,đáp ứng dòng tải đầu ra dao động trong khoảng 30A với

biên độ dao động lớn 1V đây cũng là giới hạn cuối cùng cho phép dòng

tải ra min.hạ điện áp đặt xuống nữa thì nguồn dòng không còn cung cấp

dòng ra tải ổn định.khi Ui_dat=0V thì dòng tài =0

Tài liệu tham khảo:

 Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất-tác giả:Phạm Quốc Hải

 Lí thuyết điều khiển tuyến tính-tác giả:nguyễn Doãn Phước

 Phân tích và giải mạch điện tử công suất-tác giả:Phạm Quốc Hải,Dương Văn Nghi

 internet