Đề tài Nghiên cứu tổng quan hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha, đi sâu thiết kế chế tạo bộ nghịch nguồn áp 3 pha công suất nhỏ’

cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ định mức đm Hình1.10 : Đặc tính cơ của máy sản xuất ứng với các trường hợp máy sản xuất khác nhau. Bảng 1: Các trường hợp số mũ q tương ứng các trường hợp tải. 17 1.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA 1.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi giá trị điện trở phụ trong mạch roto. - Phương pháp này chỉ được sử dụng với động cơ roto dây quấn và được ứng dụng rất rộng rãi do tính đơn giản của phương pháp. Sơ đồ nguyên lý và các đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng như hình dưới đây: Hình1.11 – Phương phá điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch roto - Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm 18 Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sự lên xuống của mômen tải. Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số momen tải. Mômen tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh càng hẹp. Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh càng lớn . Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp. 1.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator. - Thực hiện phương pháp này với điều kiện giữ không đổi tần số. Điện áp cấp cho động cơ lấy từ bộ biến đổi điện áp xoay chiều. BBĐ điện áp có thể là biến áp tự ngẫu hoặc một bộ biến đổi điện áp. Hình dưới đây là sơ đồ nối dây và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần cảm. Hình1.12 – Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator. 19 Nhận xét: - Thay đổi điện áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới giá trị định mức nên kéo theo mômen tới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện cùng với việc tăng điện trở phụ mạch roto để tăng độ trượt tới hạn do đó tăng được dải điều chỉnh lớn hơn. Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ không tải lý tưởng giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng của đặc tính cơ giảm, độ ổn định tốc độ kém đi. 1.3.3.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. - Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởng nên thay đổi được đặc tính cơ. Tấn số càng cao thì tốc độ đôngj cơ càng lớn. Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các đại lượng liên quan đến tần số như cảm kháng thay đổi, do đó dòng điện, từ thông … của động cơ cũng bị thay đổi theo và cuối cùng các đại lượng như độ trượt tới hạn, momen tới hạn cũng bị đổi.Chính vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn thường kéo theo thay đổi điện áp, dòng điện hoặc từ thông mạch stator. Khi giảm tần số xuống dưới tần số định mức, cảm kháng của động cơ cũng giảm và dòng điện động cơ tăng lên. Tần số giảm dòng điện càng lớn momen tới hạn càng lớn. Để tránh động cơ bị qua dòng, phải tiến hành giảm điện áp sao cho f U ~const . Đó là luật điều chỉnh tần số- điện áp. Khi f > f đm ta không thể tăng điện áp U > U đm nên đặc tính cơ không giữ được mômen tới hạn. Đây là phương pháp được sử dụng trong đồ áp tốt nghiệp này. Việc điều chỉnh giá trị tần số cấp cho động cơ thực hiện nhờ biến tần MM420 của hãng Seamen. 20 1.3.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng việc thay đổi số cặp cực của động cơ. - Đây là cach điều chỉnh tốc độ có cấp. Đặc tính cơ thay đổi và tốc độ đồng bộ ( p f o 2 ) thay đổi theo số đôi cực. Động cơ thay đổi được số đôi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được một cách tương ứng với các số đôi cực khác nhau . Các đầu dây để đổi nối được đưa ra hộp đấu dây ở vỏ động cơ. Số đôi cực của roto cũng phải thay đổi như cuộn dây stator. Điều này khó thực hiện đối với động cơ roto dây quấn, còn đối với động cơ roto lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực ứng với stator. Do vậy phương pháp này được thực hiện chủ yếu đối với động cơ roto lồng sóc. Các động cơ chế tạo có sẵn các cuộn dây stator có thể đổi nối để thay đổi số đôi cực. Tỷ lệ thay đổi số đôi cực có thể là 2:1, 3:1 hoặc 4:1. 1.4. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA - Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại. - Ở trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ: Pcơ = M. cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy. Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay. - Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc, trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện. Công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. 21 Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản. Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu mômen của động cơ. + Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ KĐB xoay chiêu 3 pha là: P = Pc + Pđ Trong đó: Pđ là công suất điện. Pc là công suất cơ. P là tổn thất công suất. - Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải. Trạng thái động cơ phân bố ở góc phần tư I, III của mặt phẳng (M). - Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược và Hãm động năng. Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng (M). - Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới. - Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng P và cơ năng chuyển thành tổn thất. - Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng P biến thành công suất tổn thất. 1.5. ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG - Khi M = Mc thì hệ TĐĐ làm việc xác lập. Điểm làm việc xác lập là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện (Mc) . với đặc tính cơ của máy sản suất (M) . Tuy nhiên không phải bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính cơ trên cũng là điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải. Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học: j dt d = ( M - Mc ).( c ) (1-17) 22 Người ta xác định được điều kiện ổn định là: ( M - Mc ) <0 (1-18) Hay : ( c ) >0 (1-19) 1.6. MỘT SỐ DẠNG TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA a) Hệ truyền động theo hệ hở Hình 1.13 - Cấu trúc hệ truyền động theo hệ hở b) Hệ truyền động hệ kín. Hình 1.14 - Cấu trúc hệ truyền động hệ kín - Trong đó: + THĐ : Tín hiệu đặt R: Bộ điều chỉnh BĐ: Bộ biến đổi M: Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha. Mx: Máy sản xuất NL: Nhiễn loạn ĐL: Thiết bị đo lường, Cảm biến 23 CHƢƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 2.1. BỘ NGHỊCH LƢU Các van bán dẫn trong bộ nghịch lưu có thể là thyristo hoặc tranzito .Nhưng phù hợp và ưu việt hơn ta dùng tranzito . Ưu điểm dễ thấy là bỏ được chuyển mạch cưỡng , hơn nữa tổn hao đổi chiêu nhỏ hơn . Bộ nghịch lưu dùng tranzito có kích thước nhỏ và nhẹ hơn bộ nghich lưu tương đương dùng thyristo . Khuyết điểm của nó là đòi hỏi tác động liên tục vào cực gốc trong chu kì dẫn của tranzito , một khuyết điểm nữa là điện áp thấp hơn của thyristo . Tuy nhiên dùng tranzito mở rộng đươc phạm vi và phát huy các ưu điểm hơn thyrsto do cải thiện được đại lượng định mức và giá thành. Vì vậy, dưới dây chủ yếu xem xét nghich lưu điện áp sơ đồ câu dùng van an toàn . 2.1.1. Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch : Tụ C0 có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi , mặt khác nó trao đổi năng lượng phản kháng với cuộn cảm . Phương pháp điều khiển các van tranzisto thong thường nhất là điều khiến cho góc mở của van là α = và α = . Ở đây ta xét góc dẫn tới tải đấu sao như thiết kế bằng cách xác định điện áp trên tải trong từng khoảng 24 thời gian (vì cứ có sự chuyển trạng thái mạch) với nguyên tắc van nào dẫn coi như là thông mạch . Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải nối tiếp với 2 pha đấu song song nhau . Do vậy điện áp trên tải sẽ chỉ có gia trị là /3(khi một pha đấu song song , với 1 trong 2 pha còn lại) hoặc 2 /3. Với giả thiết là tải đối xứng. Nguyên tắc chuyển mạch : Cho góc mở của mối tranzisto là và cứ tiếp theo (kể từ khi tranzisto trước đó mở thì cho 1 tranzisto khác mở ) . Như vậy trong cùng 1 thời gian có 3 trazisto mở . Bảng trạng thái mở các tranzisto : Xét quá trình chuyển mạch từ T5 sang T2 tương ứng khoảng từ ( ÷ sang ( ÷ ) Trong khoảng ( ÷ thì T1 , T5 , T6 , dẫn . Chiều dòng điện trên tải được xác định theo chiều mũi tên , đến thời điểm thì đảo trạng thái từ T5 sang T2 . Do trên tải Zc mang tính cảm kháng nên dòng điện không đảo ngay lập tức mà năng lượng tích lũy trong Zc duy trì theo chiều cũ một thời gian , lúc đó buộc dòng điện duy trì phải thoát qua diode , qua tải về âm nguồn đến lúc dòng điện đổi chiều sẽ mang dòng duy trì thì khóa . Quá trình chuyển mạch kết thúc . Cũng lý luận tương tự ta được chuyển mạch h.b đến h.e . 25 26 2.1.2 . Dạng sóng mạch nghịch lƣu : 27 Ta tính điện áp trên từng pha trên tải , trước tiên là pha a Trong khoảng ÷ ( h.a) : = Trong khoảng ÷ ( h.a) : = Trong khoảng ÷ ( h.a) : = Trong khoảng ÷ ( h.a) : = Trong khoảng ÷ ( h.a) : = Trong khoảng ÷ ( h.a) : = Tương tự ta tính được pha b , c . Bảng chuyển trạng thái của diode : 2.1.3. Tính toán và chọn các phần tử trong mạch nghịch lƣu : Ta cho động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc : Công suất định mức: = 1 kW, Tốc độ định mức n = 1450 ( v/p) Hệ số góc cos φ = 0.95. Điện áp lưới : 220/380 v. Hiệu suất : = 0.9 Hệ số quá tải : = 1.8 = = = 1111.1 (W) 28 cos φ = = = 1.77 (A) = *0.95=117.9 (Ω) a. Tính chọn tranzisto : Điện áp pha cực đại của động cơ : = 220* = 311.1 (V) Điện áp đầu vào bộ nghịch lưu: = nên = *311.1 = 466.7 (V) Vậy điện áp ngược đặt lên mỗi tranzisto : = = 466.7 (V). Chọn hệ số quá áp của tranzisto là = 1.6, thì cần phải chọn trazisto chịu được áp ngược là : = =1.6*466.7 = 746.72 (V) Vì tải đấu hình sao nên dòng qua mỗi Transisto lúc cực đại bằng dòng chỉnh lưu : = = =1.77* = 2.5 (A) Với hệ số qua dòng = 1.2 , do đó ta phải chọn tranzisto chịu được dòng : = = 1.2*2.5 = 3 (A) Căn cứ vào kết quả trên , theo bảng I.2 Tranzisto công suất trang 18, sách điện tử công suất của Nguyễn Bính . Tranzisto đã chọn có mã hiệu BUX -47 Có thông số sau : = 850 V : Điện áp cực đại khi cực bazơ bị khóa bởi điện áp âm = 400 V : Điện áp khi cực bazơ để hở . = 1.5 V : Điện áp khi tranzisto ở trạng thái bão hòa . =9 A : Dòng colectơ mà tranzisto có thể chịu được . = 1.2 A : Dòng bazơ mà tranzisto có thể chịu được . 29 = 0.8 :Thời gian cần thiết để , từ giá trị giảm xuống 0 . = 3 : Thời gian cần thiết để từ giá trị tăng đến điện áp nguồn . = 125 W : Công suât tiêu tán cực đại bên trong tranzisto . b . Tính chọn diode : Dòng điện pha tải có 3 đoạn khác nhau trong nửa chu kỳ : 0 ÷ = [1- ] (1) ÷ = [1- ] (2) ÷ = [1- ] (3) Với Q = = tag φ = 0.33 a = = = 0.36 Tại = , dòng quá tải pha A bằng 0 : = 0 Từ (1) ta có : = [1- ] =0 = ln ⇒ = ln = ln = 0.25 ⇒ = Trạng thái chuyển mạch Diode , tại thời điểm = 0 , Diode dẫn và dòng qua diode cũng là dòng quá tải, lúc này dòng qua diode cũng là dòng cực đại của diode : = (0) = ] = ] = 1.49 (A) Nếu chọn hệ số quá tải dòng điện qua diode là 1.2 thì diode chọn phải chịu dòng là : 30 = 1.2* 1.49 = 1.8 ( A ) Điện áp ngược đặt lên mỗi diode là : = = = *466.7 = 311.2 (v) Chọn hệ số quá áp là = 1.6 thì Diode chọn phải chịu điện áp ngược là : = =1.6*311.2 = 498 (V) Ta chọn Diode loại B10 của Liên Xô theo bảng I1 trang 11 Sách Điện Tử Công suất của Nguyễn Bính . c. Tính chọn tụ : = cotg = = = 3.03 Trong nghịch có 3 pha không tải lúc nào cũng cần tụ khi nguồn là mạch nghịch lưu . Nếu ta có tỉ số > 0.66 thì không cần tụ và dòng do điện cảm tải pha này sẽ không trả về nguồn mà chạy qua pha khác ( quẩn trong hệ ba pha tải ) Trường hợp tỷ số 0.66 ta cần đưa tụ vào với hệ số là : = (2ln 2 – 1) thường lấy = 0.1 Mà = 3.03 ⇒ = ⇒ = (2ln 2 – 1) = (2ln 2 – 1) = (2ln 2 – 1) = 3.6* ( F ) Tụ phải chịu điện áp =446.7 ( V ). Nếu chọn hệ số về áp để tụ hoạt động an toàn là 1.3 thì Vậy phải dùng loại tụ có điện dung 3.6* ( F )và chịu điện áp là 600 V 31 2.2. BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ĐIỆN ÁP Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn cố định mà không cần điều chỉnh điện áp ra tải. Bộ điều chỉnh này hoạt động theo nguyên tắc đóng cắt nguồn tải một cách chu kì theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện đó nhiệm vụ đó là các van bán dẫn , do chúng làm trong mạch một chiều nên chỉ dung thyristo thông thường nó không được khóa lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn như khi làm việc với dòng xoay chiều. Nên ở đây có mạch chuyên dung để khóa thyristo gọi là “ mạch khóa cưỡng bức “ gây nhiều khó khăn trong thực tế . Vì vậy hiện nay người ta dung các van điều khiển cả đóng và ngắt như tranzisto bilolaz . 2.1.1. Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp điều chỉnh điện áp : Sơ đồ mạch và dạng song : Trong khoảng thời gian 0 ta cho van T mở toàn bộ điện áp được đưa đến tải , còn trong khoảng thời gian từ T ta cắt nguồn ra khỏi tải,lúc này giá trị trung bình của điện áp ra tải là : = dt = dt = = 2 Với Z = 32 Theo biểu thức trên, suy ra 3 phương án điều chỉnh điện áp : T= const , = var : Phương pháp độ rộng xung. T= var , = const : Phương pháp tần số xung . T= var , = var : Phương pháp xung thời gian . Trong 3 phương pháp trên thì phương pháp tần số xung và phương pháp xung thời gian có nhiều nhược điểm . Tần số phải thay đổi trên một phạm vi rộng lớn mới có thể cung cấp một dải điện áp đầu ra. Việc thiết kế bộ lọc với tần số thay đổi được gặp nhiều khó khăn .Trong trường hợp mức điện áp ra thấp nếu ta điều khiển theo phương pháp này sẽ làm thời gian lớn gây nên hiện tượng gián đoạn dòng điện . Việc sử dụng phương pháp độ rộng xung tránh được phần nào nhược điểm trên nên nó có tính thích hợp cao hơn, do đó ta chọn phương pháp này để điều khiển. 2.1.2. Tính chọn Tranzisto T : Ở đây ta dung phương pháp độ rộng xung Gọi : Thời gian mở : Thời gian khóa của tranzisto. Điện áp trước bộ biến đổi . Ta có điện áp chung bình sau bộ biến đổi là : = dt = = Z Chọn tần số làm việc của bộ biến đổi là f = 2000 Hz T = = = (s) Phạm vi điều chỉnh điện áp của ta là : = 0.2 , = 0.8 , Nếu cho sụt áp trên cuộn dây bộ lọc không đáng kể do đó giá trị điện áp phía sau bộ biến đổi tại thời điểm cực đại của điện áp chính là : U = = = 583.4 ( V ) 33 Chọn hệ số quá áp = 1.6 Vậy phải chọn Tranzisto chịu điện áp là : = = 1.6* 583.4 = 933.5 ( V ) Một cách tương đối ta xem hiệu suất của bộ nghịch lưu là η = 0.9 . Theo định luật bảo toàn năng lượng , ta có : = = = = 2.38 ( A ) Vậy chọn dòng điện cực đại qua tranzisto là = 2.49 ( A ) . Chọn hệ số dự trữ dòng = 1.2 . Vậy phải chọn Tranzisto sao cho thỏa mãn dòng qua đó là : = = 1.2*3.28 = 2.868 (A) Khi sụt áp trên bộ lọc cuộn dây phía trước nghịch lưu là không đáng kể , do đó giá trị điện áp phía sau bộ biến đổi tại thời điểm cực đại của dải điều chỉnh Z là: = 466.7 ( V ) Chọn hệ số quá áp = 1.6 , ta phải chọn Traisto chịu được điện áp là : = = 1.6*558.4 = 896.3 ( V ) Từ đó ta chọn được Tranzisto loại BUX 47A . Với = 1000 ( V) = 9 ( A ) = 1 s = 125 ( W) 2.2.3 . Tính chọn Diode : Diode dùng để ngăn chặn điện áp tự cảm từ cuộn kháng quá lớn khi chuyển mạch Tranzisto từ mở sang khóa và do đó bảo vệ Traisto khỏi quá áp đánh thủng . 34 Đồ thị biểu diễn quá trình dòng điện và điện áp sau bộ chỉnh lưu : Giá trị trung bình dòng điện chạy qua Diode là : = = = (1- ) Để tìm ta đạo hàm theo z = (1-2z) = 0 Z = = (Z = ) = = *2.38 = 1.19 ( A ) Ta cần chọn Diode chịu dòng cực là : = =1.6*466.7 = 746.72 ( V) Tra theo bảng diode ta chọn được loại B10 của Liên Xô với các thông số : = 10 A : Dòng trung bình = 100 ÷ 1000 (V) : Điện áp ngược : Sụt áp trên Diode . 35 2.3. BỘ LỌC SAU ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP Sơ đồ mạch lọc : 2.3.1. Chọn điện cảm L : Giả sử rằng quá trình chuyển mạch điện áp là không đổi ( quá trình quá độ điện áp trên tụ không đột biến ) Khi Tranzisto T mở : = L + ( 1 ) Khi tranzisto T khóa , ta có : ( 1 ) L = - Với = dt = =Z Vậy L = (1 – Z ) Hay di= – dt ⇒ i = t + Khi t = = 2T , ta có : i = = – Ta có : = - L di = - dt = dt ⇒ i = ( t - ) = - ( t + Zt ) + 36 Khi t = , ta có : i = ⇒ = - ( 1+ Z )T + Vậy = = Để tìm , ta thực hiện như sau : = = 0 Z = - Vậy = (Z = ) = Suy ra : % = Cần chọn L sao cho % 15% 15% L = = 0.13 H Vậy L = 0.13 H 2.3.2. Chọn tụ điện C : Dòng điện qua mạch chỉ có thành phần xoay chiều , vậy độ nhấp nhô của dòng điện tải bằng dòng điện chạy qua tụ C . Ta có : = C = dt = = (T - ) = Z (T- ) Để tính , ta thực hiện như sau : = (1- 2Z ) = 0 Z = = (Z = = = Chọn tụ C sao cho =15% 37 15 ≥ = = =1.475* ( F ) Vậy C = 1.475* ( F )chịu áp trên 300 V. Trên thực tế nhà sản xuất chỉ sản xuất theo các điện dung tiêu chuẩn Vậy ta chọn tụ 16.5 * ( F ) chịu điện áp trên 300 Và tụ hóa phân cực . 2.4. BỘ LỌC SAU CHỈNH LƢU Một cách tương đối ta xem năng lượng tiêu tán trên bộ điều chỉnh điện áp và bộ lọc là không đáng kể thì ta có : * = * =Z* Điện áp có thể được tính như sau : = = (T - ) = T(1 – Z ) Sơ đồ : Tìm chỉ số cực đại của : = (1 – 2Z) = 0 ⇒ Z = ⇒ = (Z = )= ⇒ = Chọn giá trị sao cho = 15% ⇒ = =1.475* F Ta có tần số dao động của mạch lọc , là : = Để tránh hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong mạch ta cần chọn : ≥ ( 2 ÷ 3 ) với là tần số làm việc của Tranzisto T . Chọn ⇒ 38 Suy ra : = ⇒ = = = Như vậy ta chọn chị số điện cảm và điện dung là : = , F 2.5. BỘ CHỈNH LƢU Bộ chỉnh lưu có chức năng biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều,ở đây ta dung mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển , bộ chỉnh lưu bao gồm các nhóm van điều chỉnh và máy biến áp . + Van có tác dụng đóng mở tạo thành dòng một chiều . +Máy biến áp có tác dụng biến đổi điện áp nguồn phù hợp với yêu cầu cần thiết của phụ tải, cách ly phụ tải lưới điện để vận hành an toàn, cải thiện dạng sóng của điện lưới . Ngoài ra còn có tác dụng hạn chế tốc độ tăng của dòng anod . So với chỉnh lưu không điều chỉnh hình tia thì chỉnh lưu hình cầu có đặc điểm sau: + Có điện áp đặt lên van nhỏ hơn 2 lần so với hình tia . + Điện áp chỉnh lưu phía đầu ra có độ nhấp nhô thấp , chất lượng điều chỉnh tốt hơn . + Có điện áp nguồn nhỏ hơn so với hình tia, máy biến áp tận dụng triệt để hơn , lõi thép không bị từ hóa . Nhưng ở sơ đồ hình cầu có diode nhiều hơn 3 van nên đắt tiền hơn . 39 Sơ đồ chỉnh lưu cầu Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2.5.1. Sơ đồ chỉnh lƣu và nguyên lý dạng sóng : 40 Điện áp chỉnh lưu : = + U = 383.4+ 5834(15% + 4% ) + 2 = 617 ( V ) Giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp máy biến áp : = = = 216 (V) Tỉ số máy biến áp : m = = = 0.69 41 Điện áp lớn nhất mỗi Diode phải chịu là : = * = *261 = 639.3 ( V ) Giá trị trung bình của mỗi dòng qua Diode là : = = = 0.97 ( A ) Giá trị dòng điện chạy qua trong mỗi pha thứ cấp máy biến áp : = = 2.38 = 1.94 ( A ) Giá trị dòng điện chạy qua trong mỗi pha sơ cấp máy biến áp : = m = 0.69*1.94 =1.34 ( A ) Chọn Diode có hệ số dự chữ áp là : Chọn Diode có hệ số dự chữ dòng là : Vậy Diode chịu được : = 1.6*693.3 = 1023 ( V ) = 1.2 * 0.79 = 0.95 ( A ) Lúc mở máy dòng tăng lên 4 lần : Chọn Diode : BJI-10 Có = 10 ( A ) = 300 ÷ 1500 ( V ) Các van chỉnh lưu 3 pha cần chia thành 2 nhóm : - Nhóm catod chung gồm 3 van , , - Nhóm atod chung gồm 3 van , , Trong nhóm Anotd van nào van nào có thể âm hơn thì dẫn , trong nhóm Catod van nào có thể dương hơn thì dẫn . Vậy tại một thời điểm bất kỳ bao giơ cũng có hai van dẫn cho dòng chạy qua , 1 van ở nhóm Anotd và van còn lại ở nhóm catod , mỗi van dẫn trong khoảng dẫn 42 Ta xét trong khoảng 0 ÷ , van , dẫn . Khi đó , điện áp đặt vào đầu của tải còn điện áp đi qua van và đặt vào đầu còn lại của tải . Do đó : - Tại thời điểm lúc đó = Nên van mở và sau đó âm hơn nên và bị khóa lại : Tương tự trong khoảng ÷ thì và mở nên : - Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu : cos d = = 2.34 Điện áp lớn nhất đặt lên mỗi Diode là : = 2 cos = 2.45 Dòng chảy trong Diode bằng dòng chỉnh lưu : Giá trị chung bình của dòng tải : = d = Giá trị trung bình của dòng chảy trong mỗi Diode : = d = 43 CHƢƠNG 3. GIỚI THIỆU - TÍNH TOÁN - THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TOÀN HỆ THỐNG 3.1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA TRANSISTOR LƢỠNG CỰC Cấu tạo của transisto có dạng nhƣ hình vẽ : 3.3.1. Định nghĩa : Transisto là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn loại P và N cho tiếp xúc với nhau để tạo thành 2 lớp tiếp giáp loại P - N và N – P . Tùy theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo ra 2 loại Transisto thuận PNP và Transisto ngược NPN . Để phân biệt với 1 số loại Transisto trong thực tế người tư gọi Transisto thuận và ngược là BJT ( Bipola junction Transtor ) . E : Emitor ( Cực phát ) B : Bazer ( Cực điều khiển ) C : Colector (Cực thu ) 44 3.1.2. Hoạt đông : • Để mô tả hoạt động của tranzitor, ta lấy tranzitor loại PNP làm ví dụ. • Trên hình 1.12a, khi tiếp giáp colector không được phân cực, tiếp giáp emitor được phân cực thuận. Độ rộng vùng điện tích không gian giữa p và n (còn gọi là vùng nghèo) sẽ bị giảm, mức giảm tuỳ theo điện áp phân cực, kết quả là dòng của các hạt đa số (các lỗ trống) khuếch tán từ miền bán dẫn p (cực E) sang miền bán dẫn n (cực B). • Khi tiếp giáp emitor không được phân cực, tiếp giáp colector phân cực ngược, không có dòng của các hạt đa số (điện tử ở bán dẫn n) chỉ có dòng của các hạt thiểu số (lỗ trống ở bán dẫn n) (hình 1.12 b). • Trường hợp tiếp giáp emitor phân cực thuận, tiếp giáp colector phân cực ngược (hình 1.12c). Khi tiếp giáp emitor phân cực thuận, các hạt đa số khuếch tán qua tiếp giáp tới miền bazơ tạo nên dòng IE. Tại miền bazơ các hạt đa số này lại chuyển thành các hạt thiểu số, một phần bị tái hợp với các điện tử tạo thành dòng IB, phần còn lại do độ rộng của miền bazơ rất mỏng, tiếp giáp colector phân cực ngược nên các lỗ trống ở miền bazơ bị cuốn sang miền 45 colector taọ lên dòng Ic. Dòng Ic này đợc tạo bởi hai thành phần: dòng của các hạt đa số từ miền emitor, và dòng của các hạt thiểu số (lỗ trống ở miền bazơ khi có sự khuếch tán từ emitor sang). 3.1.3. Đặc điển kết cấu . • Dòng điện điều khiển Ib được xác định Ib = IC/ • Trong điện tử công suất, dòng điện lớn nên tranzitor làm việc ở chế độ đóng cắt nên khi mở phải thoả mãn điều kiện: Ib = kbh. IC/ (kbh = 1,2 1,5 - hệ số bão hoà), điện áp bão hoà CE khoảng 1-1,5 V Ib = IC/ • Do cần hệ số khuếch đại lớn nên BJT thường cấu tạo dạng darlington 3.1.4. Sơ đồ cấu trúc BJT . • Thêm một lớp bán dẫn n- là vùng có trở kháng cao Hoạt động : • p - n- là vùng có trở kháng cao, dó đó tranzitor có điện áp cao hay thấp phụ thuộc độ dầy miền n- • ở chế độ bão hoà, dòng điện Ib lớn, các điện tử đợc đa thừa vào vùng p, các điện tích trung gian không trung hoà hết vùng bazơ có điện trở nhỏ 46 có dòng điện chạy qua. Do tốc độ trung hoà điện tích không kịp, tranzitor không còn khả năng khống chế dòng điện. 3.1.4. Đặc tính của BJT . Đặc tính tĩnh của BJT Đặc tính điều khiển như hình bên Một số nhận xét: • Cùng một IC muốn có UCE nhỏ thì IB phải lớn • Hệ số khuếch đại của tran công suất nhỏ Đăc tính ra : UCB0 - điện áp đánh thủng CB khi hở E UCE0 - điện áp đánh thủng CE khi hở B Đặc tính đóng cắt : 47 Đặc tính đóng cắt điển hình có thể chia thành 8 vùng : 1. Tran. đang khoá 2. Thời gian trễ của Tran. khi mở 3. Quá trình tăng dòng IC do sự tích lũy điện tích trong bazơ 4. Vào vùng bão hoà 5. Chế độ làm việc bão hoà 6. Thời gian trễ khi khoá, do mật độ điện tích lớn không giảm nhanh được. 7. Dòng colector giảm về 0 8. Tụ BE đợc nạp với -UBE đảm bảo cho Tran khoá