Giáo trình: Thiết kế bộ biến tần: NGUỒN ÁP BA PHA CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG SÓC

A. SƠ Đồ KHốI MạCH ĐộNG LựC Mạch động lực dùng để truyền tải năng lượng điện cung cấp cho động cơ. Mạch này là một bộ biến tần gián tiếp bao gồm các khối sau: I. Chức năng: 1. Khối chỉnh lưu: Khối chỉnh lưu dùng để biến đổi nguồn AC sang nguồn DC theo sự phân loại dựa vào van được sử dụng ta có ba phương pháp sau: + Chỉnh lưu không điều khiển dùng Diode. + Chỉnh lưu có điều khiển dùng Thyritor. + Chỉnh lưu bán điều khiển dùng Diode và Thyristor. Đối với lưới điện áp ba pha ta có hai cách mắc sơ đồ: Hình tia và hình cầu. Đối với lưới điện một pha ta có 3cách mắc chỉnh lưu: So sánh sơ đồ hình tia và hình cầu ta thấy: + Sơ đồ hình tia đơn giản hơn, số van ít nên độ sụt áp và tổn thất bé. + Sơ đồ hình cầu có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn nên ta có thể chọn được loại van có thông số về điện áp ngược nhỏ hơn. + Máy biến áp ứng với sơ đồ cầu được sử dụng triệt để hơn. + Sơ đồ cầu cho chất lượng điện áp ra tốt hơn. Với yêu cầu thiết kế: Sử dụng lưới điện một pha và điều chỉnh được. Do vậy ta dùng sơ đồ cầu chỉnh lưu, dùng Thyristor. Mạch chỉnh lưu được cung cấp điện bởi máy biến áp. Do đó phụ tải được cách ly với lưới điện, vận hành được an toàn thuận tiện, hạn chế được dòng ngắn mạch trong mạch chỉnh lưu và hạn chế tốc độ tăng của dòng Anode, cải thiện được hình dạng dòng điện trong lưới. 2. Khối lọc: Điện áp ra của khối chỉnh lưu là điều chỉnh nhưng không bằng phẳng mà nhấp nhô, gọi là sự đập mạch. Do đó để cho dòng điện áp ít thay đổi ta cần có khối lọc. Khối lọc dùng để tách từ một tín hiệu phức tạp những thành phần có tần số nằm trong một dải nhất định và loại đi những thành phần nằm ngoài dải đó. Dải tần số mạch lọc cho tín hiệu đi qua gọi là dải thông của nó. Hiện tượng đập mạch tạo ra cách thành phần sóng hài gây nên sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích, làm giảm hiệu suất của mạch chỉnh lưu. Để đánh giá chất lượng của mạch lọc ta xem xét hệ số đập mạch của mạch lọc: Kp= Kp càng nhỏ chất lượng lọc càng lớn. a.Lọc bằng tụ C: Tụ C mắc song song với tải. Tụ không cho thành phần một chiều đi qua mà chỉ cho thành phần xoay chiều đi qua và một ít sóng hài bậc thấp. Điện dung càng lớn, dòng và áp trên tải càng đỡ đập mạch và hiệu quả lọc càng cao. Hệ số đập mạch b.Lọc bằng cuộn cảm L: Cuộn cảm L mắc nối tiếp với tải Rt, nó có tác dụng cho dòng điện một chiều đi qua dễ dàng, ngăn cản thành phần xoay chiều đi qua và do đó có thể giảm được độ đập mạch dòng và áp. Hệ số đập mạch Bộ lọc này thích hợp với tải công suất vừa và lớn. c.Lọc dùng tụ C và cuộn cảm L: Bộ này sử dụng tổng hợp tác dụng của cuộn cảm L và tụ C để lọc. Do đó các sóng hài càng được giảm nhỏ trước khi tải ra và như vậy dòng điện ra tải và điện áp đặt lên tải ít nhấp nhô. Theo yêu cầu cần thiết, động cơ (tải) có công suất tương đối nhỏ (0,75 KW), để giảm kích thước lắp ráp và giá thành của mạch thiết kế ta chỉ cần bộ lọc tụ điện. Tuy nhiên trong thiết kế này, để tăng chất lượng cung cấp điện cho tải, cũng như tạo sự an toàn làm việc cho bộ nghịch lưu ta sử dụng bộ lọc là tổng hợp L và C. 3.Khối nghịch lưu áp : Khối nghịch lưu áp dùng để biến đổi điện áp một chiều sau bộ lọc thành xoay chiều để cung cấp cho động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc. Các van bán dẫn dùng trong bộ nghịch lưu áp có thể là MOSFET , Thyristor hoặc Transistor. a.Dùng Thyristor: Dùng Thyristor trong mạch nghịch lưu điện áp thì cần phải có bộ phận chuyển mạch cho Thyristor gồm có các tụ điện và các cuộn cảm nên giá thành cao và khả năng đóng cắt ở tần số thấp. b.Dùng Transistor: Transistor lưỡng cực chuyển mạch nhanh hơn Thyristor nhưng cần phải có mạch trợ giúp khi làm việc trong điều kiện: f > 5 KHz hoặc VCEO> 60 V; IC > 5A. Do sự phát triển của công nghệ bán dẫn rất mạnh mẽ ngày nay, chúng ta có thể lựa chọn cho mình một loại bán dẫn công suất tùy thộc vào yêu cầu điều khiển của chúng ta. ở đây em đã chọn dùng loại Transistor lưỡng cực(BJT) để điều khiển. Transistor được điều khiển mở bằng dòng Bazơ và bị ngắt ngay khi mất dòng điều khiển. Điều này thuận lợi hơn nhiều so vời việc dùng Thyristor để nghịch lưu. II. Nguyên lí hoạt động: 1. Bộ chỉnh lưu: ứng với nửa chu kì dương của điện áp nguồn tại thời điểm ? =?cho xung mở T1 ,T3. Tại thời điểm ? = ? + ? cho xung điều khiển mở T2,T4 (vì sự có mặt của Lc của máy biến áp nên dòng iT1,3 không thể giảm đột ngột từ Id xuống không mà dòng iT2,4 cũng không tăng đột ngột từ 0 tới Id). ở đây ta bỏ qua hiện tượng trùng dẫn. Vì có điện cảm L nên dòng tải là dòng liên tục. Giá trị trung bình của điện áp sau chỉnh lưu là: Giá trị trung bình của dòng điện chảy qua mỗi Thyristor: Giá trị trung bình của dòng điện tải: Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp máy biến áp: Điện áp ngược lớn nhất đặt lên mỗi Thyristor: 2.Bộ nghịch lưu: Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu: Các Transistor được mở lần lược theo thứ tự T1, T2, T3... T6, T1 với góc lệch giữa hai Transistor là ?/3 mỗi van dẫn là ? = ?. Như vậy tại bất kì thời điểm nào cũng có ba Transistor dẫn trong đó 2 Transistor thuộc nhóm này với 1 Transistor nhóm kia tạo nên điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ. Thời điểm các Transistor T1, T3, T5 và T2, T4, T6 bắt đầu dẫn lệch nhau 1200 do đó điện áp ra của bộ nghịch lưu cũng lệch nhau về thời gian một góc là 1200. Điện áp pha của động cơ có dạng xung chữ nhật tại thời điểm các Transistor chuyển mạch thì áp pha có đột biến nhảy cấp. Điện áp trên tải chỉ có hai giá trị: Ud/3 (khi nó bị đấu song song với pha khác) hoặc 2Ud/3 (khi nó đấu nối tiếp với nhóm song song kia). Điện áp dây có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 1200. Dòng điện của động cơ chậm sau điện áp pha tương ứng một góc ? = arctg(?L/R) có dạng xoay chiều không sin, tăng và giảm theo hàm mũ. Đồ thị xung biểu diễn trật tự đóng cắt của các Transistor và đồ thị dòng điện tải, điện áp pha và điện áp dây như sau: Hình 4.9 dồ thị xung kích mở Transistor vaf dạng điện áp tải Từ dạng điện áp ra tải ta có: Giá trị hiệu dụng của điện áp pha: Dòng diện tải có ba đoạn khác nhau trong nửa chu kỳ. Trong khoảng từ: 0 ? ?/3 Trong khoảng: ? /2 ? ? /3 Trong khoảng 2? /3 ? ?: Với: ở nửa chu kỳ sau quy luật dòng điện tương tự như dấu ngược với nửa chu kỳ trên. Khai triển Furier điện áp dây và điện áp pha: Tần số điện áp ra có thể dược thay đổi bằng cách thay đổi nhịp điệu đóng cắt của các Transistor. B. TíNH TOáN MạCH ĐộNG LựC: 1. Tính toán các thông số động cơ: - Các thông số cho trên động cơ: Pđm = 0,75Kw fđm = 50Hz P = 2 nđm = 1410v/phút Uđm = 380/220V Iđm = 2/3,5A - Các số liệu đo được ứng với thí nghiệm trên động cơ: U(V) 15 10 15 10 I(A) 0,8 0,6 0,8 0,6 - Thí nghiệm không tải: U1(V) 100 150 202 250 300 340 I(A) 0,29 0,42 0,53 0,7 0,84 1 P1(W) 4 12 21,2 38 88 94 P2(W) 2 6 12,8 26 38 56 - Thí nghiệm ngắn mạch: UN(V) 20 30 40 50 60 IN(A) 0,36 0,56 0,81 1 1,2 Tính toán: Điện trở Stator ở nhiệt độ 250C: Trong đó: Ui; Ii: lần lượt là điện áp và dòng điện thí nghiệm trên động cơ: R’S = 1/(4.2).?15/0,8 + 10/0,6 + 15/0,8 + 10/0,6? = 8,854(?) Điện trở stator ở nhiệt độ làm việc bình thường(400C): RS = R’S + (40-25).0,04.R’S = 9,385(?) +Tốc độ góc định mức động cơ: ?õm =2?.nõm/60 = 2?.1410/60 = 147,65(rad/s) Momen định mức: Mõm = Põm/?õm = 750/147,65 = 5,083(Nm) Công suất điện từ định mức: P?õm = ?.Mõm/P = 2.?.50.5,083/2 = 798,03(W) Hệ số công suất: Hệ số trược S: S = 1 - (nđm/n1) = 1 - 1410/1500 = 0,061 Điện trở roto: Rr = S.P(đm/3I2đm = 0,061.798,03/(3.2)2 = 4,056(() Điện ngắn mạch trở động cơ: RN = R? + Rr = 9,385 + 4,056 = 13,441(?) Tổng trở ngắn mạch động cơ: Điện cảm tản: LS? = 0,586.L? = 0,586.0,093 = 0,054(H) Lr? = L? - LS? = 0,093 - 0,054 = 0,039(H)

Ch ¬ng IV THIÕT KÕ Bĩ BIÕN TÌN NGUơN ¸P BA PHA

1 Khỉi chØnh lu:

CHỈN H LƯU

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống

nghịch lưu

Khỉi chØnh lu dïng ®Ó biÕn ®ưi nguơn AC sang nguơn DC theo sù ph©nlo¹i dùa vµo van ®îc sö dông ta cê ba ph¬ng ph¸p sau:

+ ChØnh lu kh«ng ®iÒu khiÓn dïng Diode

+ ChØnh lu cê ®iÒu khiÓn dïng Thyritor

+ ChØnh lu b¸n ®iÒu khiÓn dïng Diode vµ Thyristor

§ỉi víi líi ®iÖn ¸p ba pha ta cê hai c¸ch m¾c s¬ ®ơ: H×nh tia vµ h×nh cÌu

§ỉi víi líi ®iÖn mĩt pha ta cê 3c¸ch m¾c chØnh lu:

So s¸nh s¬ ®ơ h×nh tia vµ h×nh cÌu ta thÍy:

+ S¬ ®ơ h×nh tia ®¬n gi¶n h¬n, sỉ van Ýt nªn ®ĩ sôt ¸p vµ tưn thÍt bÐ

+ S¬ ®ơ h×nh cÌu cê ®iÖn ¸p ngîc ®Ưt lªn van nhâ h¬n nªn ta cê thÓ chôn ®îclo¹i van cê th«ng sỉ vÒ ®iÖn ¸p ngîc nhâ h¬n

+ M¸y biÕn ¸p øng víi s¬ ®ơ cÌu ®îc sö dông triÖt ®Ó h¬n

+ S¬ ®ơ cÌu cho chÍt lîng ®iÖn ¸p ra tỉt h¬n

Víi yªu cÌu thiÕt kÕ: Sö dông líi ®iÖn mĩt pha vµ ®iÒu chØnh ®îc Do vỊy tadïng s¬ ®ơ cÌu chØnh lu, dïng Thyristor

M¹ch chØnh lu ®îc cung cÍp ®iÖn bịi m¸y biÕn ¸p Do ®ê phô t¶i ®îc c¸ch lyvíi líi ®iÖn, vỊn hµnh ®îc an toµn thuỊn tiÖn, h¹n chÕ ®îc dßng ng¾n m¹ch trongm¹ch chØnh lu vµ h¹n chÕ tỉc ®ĩ t¨ng cña dßng Anode, c¶i thiÖn ®îc h×nh d¹ng dßng

®iÖn trong líi

Hình 4.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha dùng diode a)

Chỉnh lưu nửa sóng b) Chỉnh lưu hình tia toàn sóng; c) Chỉnh lưu hình

cầu toàn sóng

§iÖn ¸p ra cña khỉi chØnh lu lµ ®iÒu chØnh nhng kh«ng b»ng ph¼ng mµ nhÍpnh«, gôi lµ sù ®Ịp m¹ch Do ®ê ®Ó cho dßng ®iÖn ¸p Ýt thay ®ưi ta cÌn cê khỉi lôc.Khỉi lôc dïng ®Ó t¸ch tõ mĩt tÝn hiÖu phøc t¹p nh÷ng thµnh phÌn cê tÌn sỉ n»mtrong mĩt d¶i nhÍt ®Þnh vµ lo¹i ®i nh÷ng thµnh phÌn n»m ngoµi d¶i ®ê D¶i tÌn sỉm¹ch lôc cho tÝn hiÖu ®i qua gôi lµ d¶i th«ng cña nê

HiÖn tîng ®Ịp m¹ch t¹o ra c¸ch thµnh phÌn sêng hµi g©y nªn sù tiªu phÝ n¨nglîng mĩt c¸ch v« Ých, lµm gi¶m hiÖu suÍt cña m¹ch chØnh lu §Ó ®¸nh gi¸ chÍt lîngcña m¹ch lôc ta xem xÐt hÖ sỉ ®Ịp m¹ch cña m¹ch lôc:

HÖ sỉ ®Ịp m¹ch

b.Lôc b»ng cuĩn c¶m L:

Cuĩn c¶m

L m¾c nỉitiÕp víi t¶i

Rt, nê cêt¸c dôngcho dßng

®iÖn mĩtchiÒu ®iqua dÔ dµng, ng¨n c¶n thµnh phÌn xoay chiÒu ®i qua vµ do ®ê cê thÓ gi¶m ®îc ®ĩ

t p

Hình 4.5 Lọc bằng cuộn cảm

Bộ này sử dụng tổng hợp tác dụng của cuộn cảm L và tụ C để lọc Do đó cácsóng hài càng đợc giảm nhỏ trớc khi tải ra và nh vậy dòng điện ra tải và điện áp đặtlên tải ít nhấp nhô Theo yêu cầu cần thiết, động cơ (tải) có công suất tơng đối nhỏ(0,75 KW), để giảm kích thớc lắp ráp và giá thành của mạch thiết kế ta chỉ cần bộlọc tụ điện Tuy nhiên trong thiết kế này, để tăng chất lợng cung cấp điện cho tải,cũng nh tạo sự an toàn làm việc cho bộ nghịch lu ta sử dụng bộ lọc là tổng hợp L vàC.

3.Khối nghịch lu áp :

Khối nghịch lu áp dùng để biến đổi điện áp một chiều sau bộ lọc thành xoaychiều để cung cấp cho động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc Các van bándẫn dùng trong bộ nghịch lu áp có thể là MOSFET , Thyristor hoặc Transistor

a.Dùng Thyristor:

Dùng Thyristor trong mạch nghịch lu điện áp thì cần phải có bộ phận chuyểnmạch cho Thyristor gồm có các tụ điện và các cuộn cảm nên giá thành cao và khảnăng đóng cắt ở tần số thấp

b.Dùng Transistor:

Transistor lỡng cực chuyển mạch nhanh hơn Thyristor nhng cần phải có mạchtrợ giúp khi làm việc trong điều kiện:

f > 5 KHz hoặc VCEO> 60 V; IC > 5A

Do sự phát triển của công nghệ bán dẫn rất mạnh mẽ ngày nay, chúng ta có thểlựa chọn cho mình một loại bán dẫn công suất tùy thộc vào yêu cầu điều khiển củachúng ta ở đây em đã chọn dùng loại Transistor lỡng cực(BJT) để điều khiển.Transistor đợc điều khiển mở bằng dòng Bazơ và bị ngắt ngay khi mất dòng điềukhiển Điều này thuận lợi hơn nhiều so vời việc dùng Thyristor để nghịch lu

II Nguyên lí hoạt động:

1 Bộ chỉnh lu:

ứng với nửa chu kì dơng của điện áp

nguồn tại thời điểm  =cho xung mở

T1 ,T3 Tại thời điểm  =  +  cho xung

điều khiển mở T2,T4 (vì sự có mặt của Lc

của máy biến áp nên dòng iT1,3 không thể

T1 T3

T5

U2

Ud

iT2,4 cũng không tăng đột ngột từ 0 tới Id) ở đây ta bỏ qua hiện tợng trùng dẫn Vì có

điện cảm L nên dòng tải là dòng liên tục

Giá trị trung bình của điện áp sau chỉnh

lu là:

Giá trị trung bình của dòng điện chảy qua mỗi Thyristor:

Giá trị trung bình của dòng điện tải:

Giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp máy biến áp:

Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên mỗi Thyristor:

2.Bộ nghịch lu:

Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lu:

Các Transistor đợc mở lần lợc theo thứ tự T1, T2, T3 T6, T1 với góc lệch giữahai Transistor là /3 mỗi van dẫn là  =  Nh vậy tại bất kì thời điểm nào cũng có

ba Transistor dẫn trong đó 2 Transistor thuộc nhóm này với 1 Transistor nhóm kiatạo nên điện áp xoay chiều ba pha đặt lên động cơ Thời điểm các Transistor T1, T3,

T5 và T2, T4, T6 bắt đầu dẫn lệch nhau 1200 do đó điện áp ra của bộ nghịch lu cũnglệch nhau về thời gian một góc là 1200

Điện áp pha của động cơ có dạng xung chữ nhật tại thời điểm các Transistorchuyển mạch thì áp pha có đột biến nhảy cấp Điện áp trên tải chỉ có hai giá trị: Ud/3(khi nó bị đấu song song với pha khác) hoặc 2Ud/3 (khi nó đấu nối tiếp với nhómsong song kia) Điện áp dây có dạng xung chữ nhật với độ rộng là 1200

Dòng điện của động cơ chậm sau điện áp pha tơng ứng một góc  = arctg(L/R) có dạng xoay chiều không sin, tăng và giảm theo hàm mũ

Đồ thị xung biểu diễn trật tự đóng cắt của các Transistor và đồ thị dòng điệntải, điện áp pha và điện áp dây nh sau:

d Sin V

d

I d I

E Sin V

d d

Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha:

Dßng diÖn t¶i cã ba ®o¹n kh¸c nhau trong nöa chu kú

2 2

2 1 2

0

3 2

3

2 2

R L

7

1 5 5 1 2

Điện trở Stator ở nhiệt độ 25C:

Trong đó: Ui; Ii: lần lợt là điện áp và dòng điện thí nghiệm trên động cơ:

RN = R + Rr = 9,385 + 4,056 = 13,441() Tổng trở ngắn mạch động cơ:

I

U Z

) H (H) ,

.

, ,

L

f

R Z f

X L L

093 0 50

14 3 2

441 13 075 32

2 2

2 2

2 2

U

29 0 3

100

3 0

0 0

P P    , (H) W )

2

3 2

3

2 1



1 2 4

1

i

i '

S

I

U R

, f

X

50 2

02 198 2

750 3

, I

U

P

õm õm



õm

Cos 

mµ L0 = LS( + LhC¶m kh¸ng m¹ch tõ:

Lh = L0 - Ls = 0,63 - 0,054 = 0,576(H)Dßng tõ ho¸:

I  2 0  2 0 92  0 41

)(65,05

5

1 0 0

H

L L

hi



)(0834,05

r



2 U

U ng

) V (H) , ,

U

) V (H) ,

, U

Cos

U U

Cos U U

ng

d d

8 735 3 520 2

3 520 2

2

7 468 2 2

2 2

2 2

Giá trị trung bình đặt vào bộ nghịch lu:

Thực tế giá trị Ud = 466,7V là giá trị đã trừ đi xấp xỉ 2V do sụt áp trên cácThyristor

Vậy giá trị điện áp sau chỉnh lu là:

Ud = 466,7 + 2 =468,7(V)Giá trị trung bình của dòng chỉnh lu:

Điện áp ngợc cực đại đặt lên Thyristo là:

Trong đó U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp thứ cấp máy biến áp:

Để Thyristo làm việc an toàn tin cậy ta chọn các thông số sau:

Điện áp ngợc cực đại:

Ung = Ku.735,8 = 735,8.1,6 = 1177,28V

Dòng trung bình mà Thyristor chịu đợc:

It = Kmm.Ki.1 = 2,5.1,2.1 =3A

Theo sách tra cứu ta chọn loại Thyristor nh sau:

Loại C137 do hãng G.E của Mỹ chế tạo có các thông số sau:

2

3 2

Ud0 = 468,7 + 468,7.0.055 +3 = 497,5(V)Gi¸ trÞ hiÖu dông ®iÖn ¸p thø cÍp m¸y biÕn ¸p lóc kh«ng t¶i:

Tû sỉ biÕn ¸p:

m = U2/U1 =552,3/220 = 2,51Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ch¶y qua cuĩn thø cÍp m¸y biÕn ¸p:

I2 = Id = 2(A)Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ch¶y qua cuĩn s¬ cÍp m¸y biÕn ¸p:

I1 = m.I2 =2,51 2 = 5,02(A)C«ng suÍt s¬ cÍp m¸y biÕn ¸p:

S1 = U1I1 =220.5,02 = 1104,4(VA)

Chôn m¹ch tõ m¸y biÕn ¸p:

TiÕt diÖn lđi thÐp m¸y biÕn ¸p ®îc tÝnh:

V× ®©y lµ m¸y biÕn ¸p kh« nªn ta chôn K=5

F = 50Hz C = 1(sỉ trô)M¹ch tõ ®îc lµm tõ vỊt liÖu lµ t«n Silic

n2 = m.n1 =2,51.316 = 793(vßng)-Chôn mỊt ®ĩ dßng ®iÖn:

J1 = J2 =J = 3A/mm2

§íng kÝnh d©y dĨn s¬ cÍp:

) V (H) , ,

U

2 2

5 497 2

S K

Q 

) cm (H) ,

,

50 1

4 1104



) mm (H) , ,

J

.

I S

150

60

Hình 4.12 Mạch từ máy biến áp động lực

Đờng kính dây dẫn thứ cấp:

Dây quấn sơ cấp:

- Số vòng dây quấn đợc trên mỗi lớp:

Dây quấn sơ cấp:

Số vòng dây quấn trên mỗi lớp:

n02 = 120/1 = 120(vòng)

Thực tế ta cuốn mỗi lớp là 110 vòng dây, và dây quấn đợc quấn thành 8 lớp,giữa hai lớp đặt lớp giấy cách điện dày 0,1mm Để cách ly hai cuộn sơ cấp và thứcấp máy biến áp ta dùng loại giấy cách điện dày 8mm

Bề dày dây quấn thứ cấp

e2 = 8.1 + 7.0,1 = 8,7mm Chiều dài trung bình một vòng dây thứ cấp

ltb2 = (50 + 60 + 8,5 + 8,7).2 = 270,4mmChiều dài dây quấn thứ cấp

Điện áp rơi trên điện kháng

UX = 3.X.Id/

= 3.1,2.2/3,14 (V)

Điện áp rơi trên điện trở

Ur = [r2 + r1(n2/n1)2].Id = (6,1 + 0,82.2,512).2 = 22,53 (V)

Điện áp chỉnh lu khi đầy tải

U = Ud0 - Ux - Ur - U0 = 460,67(V) Tổn thất trong lõi sắt từ có tính đến15% tổn thất phụ

P = 1,3.1,15.(5,13.1,12 + 3,8.0,952) = 14,4(W)

Trang 59

) ( 92 , 0 2 4

4

J

I S







Hiệu suất của thiết bị chỉnh lu

Dòng điện Id chạy qua Transistor là:

Để cho Transistor làm việc an toàn, tin cậy ta chọn hệ số giữ trữ:

Dòng điện trung bình chạy trong Diod:

Trong đó:  = arctg(X/R) = 0,95(rad)

R = Pt/I2

dm = 250/4 = 062,5  X/R = Q = 1,497

) a _ )(H) a (H) R

1 2 1

6 0 1 2 2 53 22 4 14 2 4 497

2 4 497

2

, , , ,

,

I I U P I U

I U

T d r d

d

d d

, X

R

Z n  d2 2  1 22 11 2562  11 32 

50 5 62 2 2

1 50

5 62 2 2

1 1

01 0

2

1 2

1 1

, C

, C ,

f R C m

f R C m U

U K

x x

m

c c

I.Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lu:

Chức năng của mạch điều khiển là tạo ra những xung để mở các Thyristorcông suất, những xung này có độ rộng và hình dạng nhất định, phân bố xung theotừng pha tơng ứng, có thể thay đổi đợc thời điểm đặt xung mở vào cực điều khiểnThyristor

Xung mở thờng có biên độ từ 2-10V dòng điều khiển trong giới hạn nhỏ hơn1A Công suất không vợt quá 10W, độ rộng khoảng 20-100s đối với thiết bị chỉnhlu.Và không nhỏ hơn 10s đối với thiết bị biến đổi tần số cao Mạch điều khiển cònphải đảm bảo phạm vi điều khiển góc .n ở các sơ đồ biến đổi tần thì việc mất đốixứng giữa các kênh không những làm xấu điện áp ra mà còn có thể làm cho chế độbiến đổi bị phá hủy

Ngoài mạch điều khiển phải bảo đảm làm việc tin cậy trong mọi hoàn cảnh nhkhi nhiệt độ thay đổi, nguồn tín hiệu nhiễu tăng Và thiết bị phải dễ thay thế, dễ lắpráp và điều chỉnh

Trong thực tế ngời ta thờng dùng hai nguyên tắc điều khiển đó là:

+ Điều khiển thẳng đứng tuyến tính

+ Điều khiển thẳng đứng "Arccos"

Để thực hiện việc điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dơng của điện áp đặttrên Thyristor Với việc dùng bộ chỉnh lu một pha hai nửa chu kỳ dùng Thyristor ta

có thể chọn nguyên tắc điều khiển thẳg đứng "Arccos" Theo nguyên tắc này, ngời

ta dùng hai điện áp:

+ Điện áp đồng bộ Ur vợt trớc điện áp Anôt - Katôt Thyristor một góc bằng /

2 Tức là nếu là Uak = A.Sin( t) thì Ur = BCos(t)

+ Điện áp điều khiển UC là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh đợc biên độtheo hai hớng dơng và âm

Tổng đại số Ur + Uc đợc đa đến đầu vào của khâu so sánh khi mà Ur + Uc = 0

ta sẽ nhận đợc một xung ở đầu ra của khâu so sánh

Để thực hiện nguyên tắc điều khiển này ta phải có một khâu tạo ra hàm:

Us = Um.Cos(t) từ hàm Ur = Um.Sin(t) và phải có một khâu so sánh giữa điện

áp một chiều tức điện áp điều chỉnh với đầu ra của khâu tạo hàm Cos ở trớc

1 Khâu tạo hàm cos:

Trang

61

Giíi thiÖu vÒ khuÕch ®¹i thuỊt to¸n:

KhuÕch ®¹i thuỊt to¸n (K§TT) lµ phÌn tö c¬ b¶n ®Ó x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓnt¬ng tù ThuỊt ng÷ K§TT cê nghÜa lµ nhí m¹ch khuÕch ®¹i nµy mµ ta cê thÓ t¹o ®îcc¸c thuỊt to¸n ®iÒu khiÓn kh¸c nhau K§TT ®îc x©y dùng tõ c¸c m¹ch khuÕch ®¹iTransistor c¬ b¶n cê ®Ưc tÝnh lý tịng nh:

1/ HÖ sỉ khuyÕch ®¹i ®iÖn ¸p A = 

2/ Trị kh¸ng vµo Zr = 

3/ Trị kh¸ng ra Zr = 0

4/ Gi¶i tÌn tõ 0 ®Õn 

5/ §ĩ tr«i ®iÓm kh«ng b»ng kh«ng

6/ TuyÕn tÝnh vµ Doid ®ỉi xøng

KhuÕch ®¹i thuỊt to¸n thùc tÕ cê tham sỉ thÍp h¬n so víi K§TT lý tịng, tïythuĩc vµo c¸c lo¹i kh¸c nhau nh K§TT th«ng dông, K§TT ®Ưc biÖt, K§TT chÝnhx¸c cao hoƯc K§TT t¸c ®ĩng nhanh v.v

Thùc chÍt cña kh©u t¹o hµm cos lµ kh©u tÝch ph©n dïng Opam TÝn hiÖu vµo

cña nê lµ: U1 = Um Sin t th× tÝn hiÖu cña nê lµ:

U C

+

-+

-Đầu vào

Đầu ra

Hình 4.13 Mô tả tổng

quát KĐTT

R3

C-

Khâu này cũng sử dụng một khuếch đại thuật toán để so sánh Us với Uc là điện

áp điều khiển

Nh vậy khi ta chọn Ucmax = Um/CR = 10V thì khi Uc=Us ta có Cos =Uc/Ucmax

và ở đầu ra của khâu so sánh ta nhận đợc chuỗi xung chữ nhật

3.Sơ đồ mạch một kênh điều khiển chỉnh lu:

U )

t (H) Sin R

U C





1 1 2

1

V R

C

U

1 1







314 10

2 12 10

2

2 12

1 1 1

C

-R1

+

R4

Vậy ta chọn C1 = 0,47 F là tụ chuẩn.

R4 là điện trở hạn chếù dòng vào mạch so sánh.Ta chọn R4 = 4,7( K )

Để trợ giúp cho qúa trình xả của tụ C1 ta chọn R2 = 330( K )

4 Khâu phát xung chữ nhật :

Giới thiệu vi mạch IC 555 :

ở đây chúng tôi dùng vi mạch 555 của hãng Signetis sản xuất, bao gồm haikhuếch đại thuật toán A1 và A2 thực hiện chức năng so sánh, một trigơ, mộttransistor và 3 điện trở mỗi cái 5( K )

Vi mạch 555

Vi mạch 555 có 8 chân:

1 Nối với âm của nguồn nuôi.

2 Kích lật trạng thái, khi V2 = 2E/3 thì v(3) = 0

3 Cổng ra, v(3)min = 0,1V; v(3)max = (E-0,5)V; I(3)max = 0,2A.

4 Chân khóa, khi v(4) = 0 thì v(3) = 0 Nếu không cần khóa thì nối 4 vào 8.

5 Lọc nhiễu, dùng tụ điện 10nF đấu giữa chân 5 và chân 1.

6 Ngỡng lật, khi v(6) = 2E/3 thì v(3) = 0.

7 Chân phóng điện, thờng đợc nối vào chân C của mạch ngoài.

8 Nối với cực dơng của nguồn nuôi, E = 5-18V, tiêu thụ dòng điện

0,7mA/1V nguồn nuôi, (10mA khi E = 15V)

Khâu phát xung chữ nhật:

5K 5K

7

6 2 1

Hình 4.18 khâu phat xung chử nhật

Giả thiết: Uc= E/3, S = 0, R = 1, v(3) =1, z = 0, T bị khóa

Tụ điện C nạp điện thẹo mạch: E - R1 - D1 - xP2 - P 1- C1 - E Điện áp Uc tăngdần lên

Khi Uc = E/3, Ta có: R= 0, z = 1, v3 = 0, T mở Tụ điện C phóng điện theomạch:

C - P1- (1-x)P2 - D2 - R2 - T - C Điện áp Uc giảm dần Khi Uc = E/3: S = 0,v3 =1,

z = 0, T bị khóa lại

Xác định chu kỳ xung:

Khi C nạp điện ta có phơng trình:

I(R1+ xP2+ P1)+Uc = E, với i = C duc/dt

duc/dt + a.uc = a.E, với a = 1/(C(R1+ xP2 + P1))

Viết phơng trình trên dới dạng toán tử Laplace:

p.Uc(p) - Uc(0) + aUc(p) = a.E/p, với Uc(0) = E/3

Để thay đổi đợc tần số xung ra ta chỉ cần thay đổi điện áp đóng xả của tụ điện

C, bằng cách thay đổi vị trí của biến trở P1 Nếu R2 = R2 = R và x =1/2 thì T1 = T2 ởmọi tần số Bấy giờ T = 0,963C(2R1 + 2P1 + P2)

Để phát xung cho mạch điều khiển chỉnh lu ta chọn mạch phát xung nh sau :

Trang 65

) a p (H)

E )

a p (H) p

E a ) p (H)

c (H) t ) E (H) e ) E e

3 1

2

3

2 )

5K5K

T

62

UCC1

37

* Hoạt động của sơ đồ :

-Điện thế cổng vào “+” của OA1 là 2E/3

-Điện thế cổng vào “-” của OA2 là E/3

+Tụ điện C nạp điện qua R1 và Diot D

+Tụ điện C phóng điện qua R2 và Transistor T

Giả thiết ban đầu UC = E/3 ; S = “0”; R = “1”; V(3) = “1”; Z = “0”; Transistor T

bị khoá Tụ điện nạp điện, UC tăng lên theo hàm mũ Khi tụ C nạp điện đến điện áp

UC = 2E/3; R = “0”; Z = “1”; V(3) = “0”; T mở Tụ điện phóng điện qua điện trở R2

.n

i 1 c với

dt

du C

i  c

E n a v n a dt

du

c c



 với R n C

1 a

1



Viết dới dạng toán tử Laplace :

p.UC (p) - UC(0) + a.UC(p) = a.E/p với UC(0) = E/3



) a p ( 3

E )

a p ( p

E n a ) p (

UC(t) = E (1-e-at) + E/3.e-at

Khi t = T1 thì UC(T1) = 2E/3 Thế vào phơng trình điện áp Uc(t) ta đợc

4 Khâu khuyếch đại xung:

Khâu này có nhiệm vụ khuếch đại xung điều khiêớn, để xung này có đủ côngsuất mở Thyristor T đồng thời vừa làm mạch cách ly giữa mạch điều khiêớn vàmạch động lực

Khâu khuếch đại xung ta có thể dùng biến áp xung hoặc bộ ghép bao gồm hailinh kiện quang Diod - Transitor hay còn gọi là Transitor

Mạch cách ly: