Tài liệu Đồ án môn học điện tử công suất - tính toán mạch điều khiển pdf

Máy biến áp xung: chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit AM... 2.Tính tầng khuếch đại cuối cùng : Chọn transistor công suất tr3 loại 2sc9111,làm việc ở chế độ xung có các thông số... 0 I

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1 Máy biến áp xung:

chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit AM Lõi có dạng hình xuyến ,làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có

ΔB=0,3T và ΔH=30A/m ,không có khe hở không khí :

Tỷ số biến áp xung m=3

Độ rộng xung tx=40μs

Độ sụt đỉnh xung: sx=0,05

+> điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung :

U2=Udk=3V

+> điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung :

U1= mU2 = 3*3 = 9(V)

+> dòng điện thứ cấp BA xung :

I2=Idk=150mA

+> dòng điện sơ cấp BA xung:

I1=I2/m=150/3= 0.05A

Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt:

μtb= 7957 75

30

* 10

* 4

3 , 0

= Δ

Δ

−

π

μ H

B

o

0

μ =4*Π * 10 − 7 (h/m) _ độ từ thẩm của không khí

+> thể tích lõi thép cần có :

V=Ql=

2

6 7

2 1 1

3 , 0

05 0

* 9

* 10

* 40

* 05 0

* 10 4

* 75

= Δ

π μ

μ

B

I U t

s x x

o tb

=0.1(cm3) chọn v=0.123 cm3 tra bảng

Tra bảng thông số các loại loĩ thép xuyến trên ta chọn lõi thép có các thông số như sau:

Q=0.03(cm2), a=1(mm), b=3(mm), D=14(mm), d=12(mm)

Số vòng dây quấn sơ cấp:

w1= 400

10 3

* 3 , 0

10

* 40

* 9

6

6

−

BQ

t

Số vòng dây quấn thứ cấp:

w2=

3

400

1 =

m

w

=134(vòng) tiết diện dây quấn sơ cấp :

S1=

6

05 , 0

1

1 =

j

I =0.00833(mm2) Chọn mật độ dòng điện j1=6(A/mm2) Đường kính dây quấn sơ cấp:

d1=

14 , 3

00833 , 0 4

4 1

= π

tiết diện dây quấn thứ cấp :

S2= = =

4

15 , 0

2

2

j

I

0,0375(mm2) Chọn mật độ dòng điện j2=4(A/mm2) đường kính dây quấn thứ cấp :

d2=

14 , 3

0375 , 0 4

4 2 = π

chọn dây có đường kính d2=0.22 (mm) kiểm tra hệ số lấp đầy :

Klđ=

) 4 /

2 2 1 1

d

W S W S

+ Π

+

=

d

w d w

2 1

2

12

134

* 2185 0 400

* 103

2.Tính tầng khuếch đại cuối cùng :

Chọn transistor công suất tr3 loại 2sc9111,làm việc ở chế độ xung có các thông số

+ transistor loại pnp ,vật liệu bán dẫn là si

+ > điện áp giữa bazo và colector khi hở mạch emito

Ucb0=40 v

+> điện áp giữa emito và bazo khi hở mạch colector :

UEB)=4 v

+> dòng điện lớn nhất ở colector có thể chịu đựng được:

Icmax=500 mA

+> công suất tiêu tán ở colector : Pc=1.7 w

+> nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1=1750c

+> hệ số khuếch đại : β=50

+> dòng làm việc của colector : Ic3=I1=0.05 A

dòng làm việc của bazơ :

I B 3 = 0 , 05 ( )

100

005 0

I c = = β

ta thấy rằng với loại transis tor đã chọn có công suất điều khiển khá bé :

Udk=3V; Iđk=0.15 A Nên dòng colector _bazơ của transistor Tr3 khá bé ,trong trường hợp này không cần Tr2 mà vẫn có đủ công suất điều khiển

transistor

Chọn nguồn cung cấp cho MBA xung E=+12v với nguồn E=12v

ta phảI mắc thêm R17 nối tiếp cực emitơ của Tr3 :

R 17 = 60 ( )

05 , 0

9 12

−

C

I

U E

Điện trở R16 để hạn chế dòng điện đi vào cực Bazơ của Q1:

R16≥

2

2

B

B

I

U , UB2 là điện áp đầu ra của JK, vì vậy:

R16≥0 05 * 10−6 = (KΩ), chọn R16= KΩ

3.Chọn JK VÀ DIOT DZ2:

Toàn bộ ba pha của mạch điện sử dụng 9 JK loại họ CMOS

Các thông số

Nguồn cung cấp :Vcc=3÷15 v

Công suất tiêu thụ : Ptiêu thụ =2.5(nW)

Dòng điện ≤1mA

* Chọn Dz2 loại A có thông số :

Uod=6 V

Trở kháng động : 12Ω

Công suất tiêu tán : 280 (mW)

4 Tính bộ tạo xung chùm :

Điều khiển mỗi pha dùng 5 khuếch đại thuật toán ,do đó phảI chọn 4 IC loại TL084 do hãng Texas Instruments chế tạo , mỗi IC này có 4 khuếch đại thuật toán

Thông số của TL084 :

• Điện áp nguồn nuôi Vcc=±18(V), chọn Vcc=±12(V)

• Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: ±30

• Nhiệt độ làm việc –25oC đến 85oC

• Cụng suất tiêu thụ P=680(mW)

• Rin=106(Ω)

• Ira=30(pA)

• Tốc độ biến thiờn điện ỏp cho phép 13 (V/ s)

dt

du = μ

H ×n h 8 2 7 S¬ ® å c h © n IC TL0 8 4

1 3

1

1 4

+ +

U c c

mạch tạo xung chùm có tần số :

f=

x

t

1

10

* 40

1

− =25(Khz) chu kì xung chùm : T=

f

10

* 25

1 =40μ s

ta có : T=2C2R8.ln(1+2 )

10

9

R

R , chọn R9=R10=35K T≈ 2,2R8C2 = 40μs

=>R8C2=18.2 μs Chọn C2=0,3 μF R8=61 Ω

5.Tính chọn tầng so sánh :

R6 để hạn chế dòng đI vào khuếch đại thuật toán A3 Thường chọn R7 sao cho dòng vào khuếch đại thuật toán Iv<1 mA

R6>

v

I

U = 3 10

6

− = 6 (KΩ) Chọn R6=10 (KΩ)

*> điện áp so sánh :

2 chế độ :

• Chế độ bằng tay : bật dèn điện áp tăng 0 đến UĐM tương ứng góc α

Giảm từ 1500 đến 00

Tương ứng Udk phảI giảm từ 6v xuống 0 v

Chọn R15=100 K.biến trở biến đổi từ vị trí 6 đến vị trí 5

R14=10 Ω; R13=10Ω

• Chế độ tự động :

Yêu cầu : +> Bật áng sáng điện áp tăng dần từ 0 đến Udm trong vòng 10s

+> Tắt áng sáng điện áp giảm dần từ Udm về 0 trong vòng 15s

*Khi bật ánh sáng : ta chuyển khoa K2sang (-E, R14)

Dz2 đeer ghim điện áp ra: chon loai A-810 có thông số:

Uod=6( V)

Trở kháng động : 12Ω

Công tiêu tán: 280(mW)

Để điện áp tăng từ 0- U đm trong vòng 10s ta chon thông số sao cho điện áp đầu ra tăng 0 - 6(V) trong vong 10s:

6= 12* * 10 * 10 3

12

* 3

R

C3*R12=0.02

chon C3=22(μF) và R 12=909 Ω

*Khi tắt áng sáng ta đóng khoá K1 :

Khi đó điện áp ra phảI giảm từ 6 về 0 v trong vòng 15 s

6- 12* * 15 * 10 3

11

* 3

R

C3 *R11 = 0.03

Chọn C3= 22( μF ) R11=1363.64 Ω

6 Tính khâu tạo điện áp răng cưa :

ta thấy khi Udk=-Ecc diot D3 thông

IR4 =

4

R

U dk

=

4

R

E cc

−

; chọn Udz=6 v ,chọn điện trở R4 sao cho dòng qua tụ C trong khoảng 0.4ms đạt giá trị Udz của diot ổn áp nếu dòng qua tụ có giá trị không đổi địn áp trên tụ thay đổi theo qui luật tuyến tính :

Uc=

c

t

I c*

→

c

I c

=

t

U c

10

* 4 0

6

− =15*103 →Ic=c*15*103 Chọn c=0.22 μF ;Ic =0.22*10-6*15*103=3.3 mA

R4=

c

cc

I

E

10

* 3 3

12

− =3.64 *103 Ω Chọn R4=3 KΩ

Trong khoảng 6.56 mS còn lại dòng qua tụ C bằng dòng qua điện trở

Rx+R5.ta phảI chọn giá trị dòng điện sao cho tụ C phóng điện về 0v sau đúng 6.56mS

Trong khoảng thời gian này điện áp trên tụ C thay đổi theo qui luật :

Uc=Uco-

c

I c *t Uco=Udz=6v

0=6-

c

I c

*6.56*10-3 →Ic=c*6/6.56*10-3=0.22*10-6*6/6.56*10-3=0.2*10-3 A

Ic=

5

R R

E

x

cc

+ → Rx +R5=

c

cc

I

E

=12/0.2*10-3=60*103 Ω

Rx +R5=60 KΩ Chọn Rx=R5= 30 KΩ

7.Chọn OA1 và khôí chỉnh lưu:

chọn R0 sao cho dòng vào khuếch đại thuật toán Iv<1 mA do đó R0>Uv/Iv chọn điện áp xoay chiều đồng pha Uv=9 (v)

R0>9/10-3=9 KΩ chọn R0=10 KΩ Udk1=1.9 (v) Giải phương trình Udk1= 2*9*sinθ

Với θ =

333 8

180

* 4 0

Chọn R2,R1:

Ta có : 0.4*10-3*240*9= Udk1

Udk1=

1

*

2

2

R R

R

E c

+ → 1.9(R1+R2)=12R2 1.9R1=10.1R2

chọn R2=10Ω →R1= Ω

*MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU

Ta thiết kế MBA cho cả mạch tạo nguồn nuôi và khâu đồng pha Chọn

loại MBA 3 pha 3 trụ, trên mỗi trụ có 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp quấn ngược chiều

Điện áp thứ cấp của MBA U2=9(V)

Dòng điện thứ cấp MBA trong mạch tạo xung tam giác đồng pha I2đf=1(mA)

Suy ra công suất nguồn nuôI cấp cho BA xung

Pdongfa=6* 9*10-3 =54(mW) Mạch điều khiển sử dụng 4 IC TL084 tiêu thụ cụng suất

P5IC=4.PIC=4.0,68=2.722(W)

Công suất của 6 BAX điều khiển các van bán dẫn:

P6BAX=6.PBAX=6.Udk.Idk=6*3*0.15=2.7(W)

Công suất tiêu thụ trên cổng JK:

P2IC=9*2.5*10-9=22.5*10-9 (W)

Vậy công suất tiêu thụ của cả mạch điều khiển và nguồn nuôi:

Ptt=0.054+2.722+2.7+22.5*10-9 =5.476(W)

Vậy công suất của MBA khi tính đến tổn hao(5%) là:

SBA=1,05.Ptt=1,05.(5.476+0.054)=5.8065(VA)

Dòng điện thứ cấp của BA:

9 3

8065 5

S BA

=

= Dòng điện sơ cấp BA:

220 3

8065 5

=

= Tiết diện trụ của MBA :

QT=kQ

mf

S , trong đú:

kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát(cho

kQ=8)

S là công suất toàn phần

f là tần số của điện áp lưới

60 3

8065 5

=1.08cm3) Chuẩn hoá tiết diện tra theo bảng 7:

QT=1.23 (cm3)

Tra bảng ta chọn loại BA có các thông số

QT=1,23(cm2), lá thép dày 0,5mm

Số lá thép : 51 a=12mm b=12mm

h=30mm

hệ số ép chặt kc=0,85

Chọn mật độ từ cảm trong lõi thép B=1T Suy ra số vòng dây quấn sơ và thứ cấp:

10 23 1

* 1 60 44 , 4

220

44 ,

4 f B Q t

U

6714(vòng )

w2=w1

1

2

U

U =275(vòng) Chọn mật độ dòng điện j1=j2=2.75(A/mm2), suy ra tiết diện dây quấn sơ và thứ cấp:

75 2

10 8

1

1

j

I

0,0032(mm2)

75 2

215 0

2

j

I

(mm2) Đường kớnh dõy quấn sơ và thứ cấp:

d1= 4.S1 = 4.0.0032 =0.0638(mm)

π

độ bền cơ đường kính có kể cách điện : d1cd=0.12 (mm)

d2= 4.S2 = 4.0.0782 =0.3155(mm)

π

chuẩn hoá đường kính d2=0.33mm

đường kính có kể đến cách điện :d2cd=0.35(mm)

hệ số lấp đầy : Klđ=

ch

d w

d cd cd) (

4

2 2 1

2

Π

chọn hệ số lấp đầy : Klđ=0.7

chiều rộng cửa sổ : c=

h k

d w d

ld

cd

( 4

2 2 1

2

Π

=

30

* 7 0

) 275

* 35 0 6714

* 12 0 ( 4

*

=9.75 (mm)

chọn c=12 (mm)

chiều dàI mạch từ :

L=2.c+3.a=2*12+3*12=60 (mm)

Chiều cao mạch từ : H=h +2*a=30+2*12=54(mm)

8 Tạo nguồn nuôi:

Ta cần tạo điện áp 1 chiều ±12V cấp nguồn cho biến áp xung, KĐTT,

transistor, điện áp so sánh

Điện áp thứ cấp của biến áp nguồn nuôi :

34 , 2

12

U = = , chọn U2=12(V)

Các vi mạch 7812 và 7912 để ổn định điện áp ra của nguồn có các thông số:

điện áo đầu vào: Uv=7V đến 35V

điện áp đầu ra : Ura=12V với IC 7812 và Ura=-12V vớI IC

7912

dòng điện đầu ra Ira=0 đến 1A

Cỏc tụ C4, C5, C6, C7 để lọc sóng hài bậc cao Ta chọn

C4=C5=C6=C7=470 μF , U=35V

b C

.

0 c

7912

.

C7 C6

-12V c

.

B

a

.

C5

380~

a

.

C4

.

+12V

b

7812

A

Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi

9.Tính chọn diot cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi:

Phương trình liên hệ giữa trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp mba và

dòng điện tải trung bình :

I2= I d

3

2 Î Id= 2

2

3

I =0.534(A) Suy ra dòng trung bình qua van:

ID= 0,178( )

3

534 , 0

Cho hệ số dự trữ KI=7 ta có dòng điện để chọn van:

Ivđm=7.0,178=1.246(A) Điện ỏp ngược cực đại đặt lờn van:

Ung= 6U2= 6*9=22(V) Cho Ku=2 ta có Ungmax=2.22=44(V)

Chọn điot loạI KII 208A có các thông số:

Dũng điện định mức 1,5(A) Điện áp ngược cực đại 100(V)

KẾT LUẬN

Đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học ,vì vậy em đã gặp rất nhiều khó khăn

và bỡ ngỡ Song qua đồ án này em cũng học thêm rất nhiều thứ ,củng cố lại các kiến thức đã được học trong các môn :Điện tử công suất ,Điện tử số và Điện tử tương tự ,đặc biệt là môn học Điện tử công suất Được tiếp xúc với các vấn đề của thực giúp em có thể hình dung được phần nào công việc của người làm thiết kế ,và về nghành nghề của mình ,được làm quen dần để sau này không bị bỡ ngỡ khi làm đồ án tốt nghiệp Trong quá trình thực hiên đồ

án em đã nhận được sự giúp đỡ tân tình của các thầy trong bộ môn ,đặc biệt

là sự hướng dẫn tận tình của thầy Võ Minh Chính

Cũng chính vì là lần đầu tiên làm đồ án và kiến thức có hạn nên chắc chắn

đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu xót ,em rất mong nhận được

sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cám ơn

Người thực hiện :

Đặng Thị Quỳnh Trang

TÀI LIỆU THAM KHẢO : 1.Điện Tử Công Suất Lớn ………Nguyễn Bính 2.Phân tích và giải mạch điện tử công suất

Phạm Quốc Hải Dương Văn Nghi 3.Điên tử công suất ……… Nguyễn Bính 4.Điện tử số ………

5.Điên tử tương tự ………

6.Sơ đồ chân linh kiên ……….Dương Minh Chí

7.Giáo trình điện tử công suất ……….Trần Trọng Minh