Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ không đông bộ roto dây quấn

59. Chiều rộng mạch từ C = 2.c + 3.dFe = 2.14,26 + 3.16 = 76,52 (cm). 60. Chiều cao của mạch từ. H=h+2ag=32+2.12=56 (cm). Tính toán khối lượng sắt và đồng. 60. Thể tích trụ25 = 8022 VT = 3QT.h = 3.174,325.32 =16735 (cm3). 61. Thể tích gông Vg = 2Qg.C = 2.178,89.76,25 = 27280,7 (cm3). 62. Khối lượng trụ MT = VT.mFe Trong đó: MT: Khối lượng trụ. mFe: Khối lượng riêng của thép dùng để chế tạo mạch từ. mFe=7,85 Kg/dm3. MT=16735.7,85.10-3=131,37 (Kg). 63. Khối lượng gông Mg = Vg.mFe = 27280,7.7,85 = 214,1 (Kg) 64. Tổng khối lượng sắt. MFe = MT + Mg = 131,37 + 214,1 =345,5 (Kg) 65. Thể tích đồng. VCu = 3.(S1.l1 + S2.l2) Trong đó: S1, S2 là tiết diện dây quấn sơ cấp, thứ cấp. l1, l2 là chiều dài dây quấn sơ cấp và thứ cấp. VCu = 3.(43,83.10-4.53,14.10 + 72,94.10-4.41,7.10)=16,1 (dm3) 66. Khối lượng đồng MCu = VCu.mCu Trong đó: MCu: Khối lượng đồng. mCu: Khối lượng riêng của đồng. mCu=8,9 Kg/dm3. MCu = 16,1.8,9 = 143,4 (Kg) 67. Tổng khối lượng sắt và đồng. M = MFe + MCu = 345,5+143,4 =488,9 (Kg). Tính toán các thông số cơ bản của máy biến áp. 68. Điện trở cuộn sơ cấp của MBA ở nhiệt độ 75 oC. (Ω) Với ρ=0,02133 () là điện trở suất của đồng ở 75 oC 69. Điện trở cuộn thứ cấp (Ω) 70. Điện trở của MBA quy đổi về thứ cấp (Ω) 71. Sụt áp trên điện trở MBA (V) Trong đó : (A) là hệ số sơ đồ chỉnh lưu 72. Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp Trong đó : W2= 51 vòng là số vòng dây của cuộn thứ cấp Rbk= Dt2/2=23,82/2=11,91(cm) là bán kính trong của cuộn thứ cấp h = 21,21 cm là chiều cao cuộn thứ cấp. Bd1 = 1,91 cm=0,0191 m là bề dày cuộn sơ cấp Bd2 = 2,22 cm=0,0222 m là bề dày cuộn thứ cấp cd12 = 1 cm =0,01m là bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp 73. Điện cảm của MBA quy đổi về thứ cấp. (H) = 0,273 (mH). 74. Sụt áp trên điện kháng MBA. (V) 75. Sụt áp trên MBA (V) 76. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp (Ω) 77. Tổng tổn hao ngắn mạch trong MBA (W) 78. Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ. Trong đó: nf=1,15 hệ số kể đến 15% tổn hao phụ. MT=131,4 Kg là khối lượng trụ. Mg=214,1 Kg là khối lượng gông. BT=1,155 T, BG=1,1255 T. Vậy 79. Điện áp ngắn mạch tác dụng 80. Điện áp ngắn mạch phản kháng Điện áp ngắn mạch phần trăm Khi thiết kế máy biến áp cho chỉnh lưu thường tính toán sao cho Un% lớn hơn 7% để đảm bảo việc mở các Tiristo. . 82. Dòng điện ngắn mạch xác lập (A) 83. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại (A) Nhận thấy : Inmax = 4398,5 (A) < Ipik = 8000 (A) nên máy biến áp đạt yêu cầu. Hình 3.1Kết cấu máy biến áp Tinh toán cuộn kháng lọc. * Tính thông số cơ bản của cuộn kháng. Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho dòng điện tải cũng đập mạch theo làm xấu đi chất lượng của dòng điện một chiều. Do vậy cần thiết kết kháng lọc KL để đảm bảo chất lượng của dòng điện một chiều. Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc thành phần dòng điện đập mạch được tính theo biểu thức: Trong đó: Iđđm=240,5 A: Dòng điện định mức sau chỉnh lưu. =314: Tần số góc. M: Số lần đập mạch trong mỗi chu kỳ. Với sơ đồ cầu 3 pha ta có m=6. I1*%: Trị số hiệu dụng của dòng điện sóng hài cơ bản lấy theo dòng điện định mức của chỉnh lưu. Để hạn chế sự đập mạch này ta cọn cuộn kháng sao cho : I1*%10%. Chọn I1*%=10% K: Bội số sóng hài. Với sơ đồ chỉnh lưu, thành phần sớng hài bậc 1 (K=1) có biên độ lớn nhất do đó ta chỉ cần tính cuộn kháng theo thành phần hài bậc nhất (K=1). Udmax: Biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu. Udmax được xác định theo biểu thức với góc mở . Trong đó Ud0 là điện áp chỉnh lưu cực đại. Ud0=Ud+2UD+2UT+Udn+2Uba. Trong đó: Ud=2,34.E2nm=2,34.214,77=502 V. Điện áp sau chỉnh lưu. UD=1,4 V Tổn thất điện áp trên một diode. UT=1,6 V Tổn thất điện áp trên một Tiristo. Udn Tổn thất điện áp trên dây nối(bỏ qua). Uba =19,68 V Tổn thất điện áp trên máy biến áp. Ud0=502+2.1,4+2.1,6+19,68=527,68 (V). Đối với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển ta tính cuộn kháng theo thành phàn sóng hài bậc một (K=1) tại góc điều khiển .Tra đồ thị 1.35 trang 55TL2 : Theo đồ thị trên ta có =0,24. Vậy ta có giá trị điện cảm cần có để lọc thành phần bậc một: =1,98 (mH). Điện cảm của máy biến áp là LBA=0,14 mH. Vậy điện cảm của cuộn kháng cần tính toán là: LK=LL-2.LBA=1,98-2.0,14=1,44 (mH). Như vậy kháng lọc cần thiết kế có các thông số như sau: Điện cảm yêu cầu thiết kế: LK=1,44 (mH). Dòng điện định mức đi qua kháng lọc: Iđm=240,5 (A). Biên độ dòng xoay chiều bậc một: I1m=10%Iđm=24 (A). * Thiết kế cuộn kháng. 1. Tổng trở cuộn kháng. Dòng điện qua cuộn kháng lớn cà điện trở của cuộn kháng nhỏ do đó ta có thể coi tổng trở của cuộn kháng xấp sỉ bằng điện kháng của cuộn kháng. ZK = XCKL = w’. LCKL = 2pf.m.LK= 2.3,14.6.50.1,44.10-3= 2,71 (W) Trong đó: f=50 Hz.:Tần số nguồn cấp. M=6. Số lần đập mạch trong một chu kỳ. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng. DUK = Công suất của kháng lọc. SK = . 4. Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng. . Trong đó: QFe: Tiết diện cực từ chính. K: Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát. Chọn điều kiện làm mát bằng không khí tự nhiên cho cuộn kháng ta có k=5. =8,06 (cm2). Chọn kết cấu chuẩn theo phụ lục 7 trang 688TL5 ta có kích thước lõi thép: a=25 mm b=40 mm. QFe=9,1 cm2. 5. Chọn lá thép. Chọn loại thép , độ dày mỗi tấm là 3,5 mm. Sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT=0,8 T. 6. Số vòng dây cuộn kháng. Khi có thành phần dòng xoay chiều bậc nhất chạy qua cuộn kháng thỉ trong cuộn kháng sẽ xuất hiện 1 sức điện động: EK = 4,44.W.f’.f= 4,44.W.f’.B.QFe. Trong đó: W - Số vòng dây cuộn kháng. f’ =6.50. Tần số thành phần bậc nhất. B Mật độ từ cảm trông lõi. B = 0,8T QFe Tiết diện trụ. Vậy số vòng dây cuộn kháng: (vòng) 7. Dòng điện chạy qua kháng lọc. Dòng hiệu dụng qua cuộn kháng: 8. Chọn dây quấn. Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng J=2,75 A/mm2. Tiết diện sơ bộ của dây dẫn : Do tiết diện khá lớn nên ta chọn dây dẫn hình chữ nhật cách điện cấp B. Tra bảng VI.2 trang 624TL3 ta có loại dây dẫn sau: aK=5,6 mm. bK=16 mm. SK=88,74 mm2. 9. Chọn hệ số lấp đầy. Klđ==0,7 Trong đó: Sdq là tiết diện mắt cắt cuộn dây. Qcs là diện tích cửa sổ mạch từ . 10. Diện tích cửa sổ mạch từ. 11. Tính kích thước mạch từ. Qcs=c.h. Trong đó c: chiều rộng cửa sổ mạch từ. h: Chiều cao cửa sổ mạch từ. Chọn tỷ số m= . 12. Chiều cao mạch từ. H=h+a=75+25=100(mm)=10 (cm). 13. Chiều dài mạch từ. C=2.c+2.a=2.81,1+2.25=212 (mm). 14. Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây. hg=2,5 (mm). 15. Số vòng dây trên mỗi lớp dây. W1= Chọn mỗi lớp có 5 vòng dây. 16.Số lớp dây n= . Chọn n=10 lớp. Chọn 8 lớp đầu mỗi lớp có 5 vòng và 2 lớp sau mỗi lớp có 4 vòng. 17.Tính lại mật độ từ cảm trong trụ. 18.Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ a01=3(mm). Khoảng cách cách điện giữa các lớp dây cd1=0,1(mm). 19.Bề dầy cuộn dây Bd=(aK+cd1).n=(5,6+0,1).10=57 (mm). 20.Tổng bề dày cuộn kháng. Bd=Bd+a01=57+3=60 (mm). 21.Chiều dài vòng dây trong cùng. l1=2.(a+b)+2.3,14.a01=2.(25+40)+2.3,14.3=148,84 (mm). 22.Chiều dài vòng dây trong cùng. l2=2.(a+b)+2.3,14.(a01+Bd)=2.(25+40)+2.3,14.(3+60)=525,64 (mm). 23.Chiều dài trung bình 1 vòng dây. ltb=(l1+l2)/2= 24.Chiều dài dây quấn sử dụng. LK=W.ltb=48.337,24=16187,52(mm)=16,2 (m). 25. Điện trở dây quấn ở nhiệt độ 75 oC. (Ω) Với ρ=0,02133 () là điện trở suất của đồng ở 75 oC. Như vậy điện trở cuộn dây rất nhỏ do đó có thể bỏ qua như nhận xét ban đầu. 26. Thể tích sắt. VFe =2.a.b.h+2.a/2.b.C =2.25.40.75+2.25/2.40.212 =362000 (mm3)=0,362 (dm3). 27.Khối lượng sắt. MFe = VFe.mFe Trong đó: mFe là khối lượng riêng của thép dùng để chế tạo mạch từ. mFe=7,85 Kg/dm3. MFe=0,362.7,85=2,84 (Kg). Thể tích đồng. VCu=SK.lK=88,74.16187,5=1436478,75 (mm3)=1,436 (dm3). 29. Khối lượng đồng. MCu = VCu.mCu Trong đó: MCu: Khối lượng đồng. mCu: Khối lượng riêng của đồng. mCu=8,9 Kg/dm3. MCu = 1,436.8,9 = 12,78 (Kg). 30. Tổng khối lượng sắt và đồng. M = MFe + MCu = 2,84+12,78 =15,71 (Kg). Tính toán các thiết bị bảo vệ Bảo vệ quá nhiệt cho van Khi làm việc có dòng chạy qua , trên van có sụt áp nên có tổn hao công suất ΔP. Để van làm việc an toàn phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. Như phần tính chọn van đã nói: Để đảm bảo an toàn cho van khi làm việc ta chọn điều kiện toả nhiệt của van ta chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt trong với đầy đủ diện tích bề mặt cho phép, có quạt đối lưu. Tính toán cánh tản nhiệt a. Tổn thất công suất trên một van Tổn thất trên 1 diode: ΔP = ΔUD.Ilv = 1,4.138,85 = 194,4 (W) Tổn thất trên 1 tiristo: ΔP = ΔUT.Ilv = 1,6.138,85 = 222 (W). Do diode và tiríto có tổn hao nhiệt tương đương nhau do đó ta chọn cùng loại bảo vệ.Chọn hệ thống cánh tản nhiệt kết hợp với quạt gió đối lưu cưỡng bức b. Diện tích bề mặt toả nhiệt (m2) Trong đó : τ là độ chênh lệch nhiệt độ làm việc trên cánh tản nhiệt và môi trường. Chọn nhiệt độ trên cánh là Tlv = 80 oC (khi Tcp= 125 oC) , nhiệt độ môi trường là Tmt = 40 oC , do đó τ = Tlv – Tmt = 80 – 40 = 40 oC km là hệ số toả nhiệt bằng đối lưu cưỡng bức . Chọn km = 25 (W/m2.oC) c. Chọn cánh tản nhiệt có các kích thước: chọn kích mỗi cánh như sau: axb=10x10 (cm2) c=0,3 cm. h=0,5 cm. z=0,6cm Số cánh : (cánh) , chọn số cánh là 12 - Vật liệu làm cánh tản nhiệt là nhôm - Dùng quạt đối lưu quạt gió dọc theo các khe của cánh tản nhiệt. Hình 4.1 Cánh tản nhiệt bảo vệ van bán dẫn Bảo vệ quá dòng cho van Chọn Aptomat Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch khi quá tải và ngắn mạch van , ngắn mạch đầu ra … - Chọn Aptomat có : Iđm = 1,1.I1đm = 1,1.275 = 302,5 (A) Có 3 tiếp điểm chính , đóng cắt bằng tay hoặc tự động . - Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inm = 2,5.I1đm = 3,5.275 = 963 (A - Chỉnh định dòng quá tải Iqt = 1,5.I1đm = 1,5.275 = 412,5 (A) -Điện áp định mức atm : Uđm = 220 (V) Chọn cầu dao Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống - Dòng điện định mức của cầu dao : Iđmcd = 1,1. (A) - Điện áp định mức cầu dao : Uđm = 220 (V) Chọn cầu chì Cầu chì dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vên ngắn mạch các van. - Nhóm 1 : Icc1 = Ikđ/k=5.I2/2=5.196/2 = 490 (A) - Nhóm 2 : Icc2 = 1,1.Ihd = 1,1.138,85 = 1153 (A) Chọn dây chảy ICC1 loại 490 A, ICC2 loại 120 A. Bảo vệ quá điện áp cho van Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristor được thực hiện bằng cách mắc mạch R-C song song với T . Khi có sự chuyển mạch , các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn . Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược này gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn . - Theo kinh nghiệm : R = 5 ÷ 30 Ω C = 0,25 ÷ 4 μF Chọn R = 10 Ω C =0,3 μF Hình4.2 Mạch R-c bảo vệ quá điện áp cho van - Bảo vệ xung điện áp từ lưới ta mắc mạch R-C như hình vẽ Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây . Trị số của R,C được chọn : R2 = 12,5 (Ω) C2 = 4 (μF) Hình 4.3 Mạch R-C bảo vệ xung điện áp từ lưới và mạch bảo vệ van do cắt đột ngột biến áp khi non tải - Bảo vệ van do cắt đột ngột biến áp khinon tải bằng cách mắc mạch R-C ở đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha phụ thuộc bằng các Diod công suất bé . C3 = 10 μF, R3 = 470 Ω, R4 = 1400 Ω Chương 4 LẬP SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU I.Khái quát về các phương pháp điều khiển tiristor 1. Cấu tạo và hoạt động của tiristor. a. Cấu trúc và ký hiệu: Tiristor là một thiết bị gồm bốn lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 liên tiếp và tạo thành ba cực : Anốt A, catốt K, và cực điều khiển G. Hình4.1 : Cấu trúc và ký hiệu tiristo b. Nguyên lý làm việc: Khi đặt tiristor dưới điện áp một chiều, anốt nối vào cực dương, catốt nối vào cực âm của nguồn điện áp, J1 và J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Gần như toàn bộ điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2.. Điện trường nội tại Ei của J2 có chiệu từ N1 hướng về P2. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với Ei, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rồng ra không có dòng điện chảy qua mặc dù nó bị đặt dưới điện áp. Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G( Dương so vói K), các điện tử từ N2 chạy sang P2, đến đây một số ít trong chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng Ig, phần lớn điện tử chịu sức hút của điện trường tại bề mặt J2, lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng tăng tốc , động năng lớn lên bẻ gãy các liên kết của giữa các nguyên tử silíc, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử tự do này lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp kết quả là hình thành ngày càng nhiều các điện tử nhảy vào N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn gây nên hiện tượng dẫn điện . J2 trở thành mặt ghép dẫn điện. Điện trở của tiristor từ khoảng 100 khi ở trạng thái khóa trở thành 0,01 khi dẫn. Một tiristor đang ở trạng thái dẫn thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển Ig không còn cần thiết. Để khóa tiristor có hai phương pháp: Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị duy trì. Đặt một điện áp ngược lên tiristor. c. Đặc tính vôn-ampe của tiristor. Đặc tính vôn ampe của T gồm có bốn đoạn : Hình 4.2 Đặc tính vôn-ampe của Tiristor Đoạn 1 tương ứng với trạng thái khóa của T, chỉ có dong rò chạy qua T. Khi tăng U đến Uch(Điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quả trình tăng nhanh chóng của dòng điện, T chuyên sang trạng thái mở . Đoạn 2 tương ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2, giai đoạn này mỗi một lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với một lượng tưng lớn của điện áp đặt lên T. Đoạn 3 ứng với trạng thái mở của T, cả 3 mặt tiếp giáp đã trở thành dẫn điện. Đoạn 4 tương ứng với khi T bị đặt điện áp ngược . dòng điện ngược rất nhỏ, vài chục mA. Nếu tăng U đến Uz thì dòng điện ngược tăng lên mãnh liệt, chọc thủng mặt tiếp giáp. T bị hỏng. Bằng cách chọn dòng điều khiển Ig > 0 khác nhau ta có họ đặc tính Vôn- Ampe như hình vẽ. 2. Các nguyên tắc điều khiển Tiristor. Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng “arccos” để thực hiện điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên T. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp: Điệ áp đồng bộ, ký hiệu là us đồng bộ với điện áp đặt trên anôt-catôt của T, thường đằt vào đầu đảo của khâu so sánh. Điện áp điều khiển là điện áp một chiều ucm có thể điều chỉnh độ lớn thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh . Hình 4.3 nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến t ính Mỗi khi us=ucm thì khâu so sánh lật tràng thái , ta nhận được sườn xuống của điện áp đầu ra khâu so sánh. Thông qua đa hài một trạng thái ổn định tạo ra một xung điều khiển. Bằng cách thay đổi giá trị ucm ta có thể điều khiển được thời điểm xuất hiện xung đièu khiển, tức là điều chỉnh được góc . Giữa và ucm có quan hệ sau: . Nguyên lý điều khiển thẳng đứng “arccos” Nguyên tắc này sử dụng hai điện áp: Hình 4.4 nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” Điện áp đồng bộ us, vượt trức uAK= Umsin T một góc bằng : us= Umcos. Điện áp điều khiển ucm là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được độ lớn theo hai chiều dương và âm. Nếu đặt us vào cổng đảo, và ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì us=ucm ta sẽ nhận được xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái : Umcos=ucm. Do đó =arcos(ucm/Um). Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ +Um đến –Um ta có thể điều chỉnh góc từ 0 đến . II.Lập sơ đồ khối của mạch điều khiển nghịch lưu Điều khiển Tiristo trong sơ đồ nghịch lưu theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính . Sơ đồ khối của mạch điều khiển : có 3 khâu chính 1. Lựa chọn khâu đồng pha. Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc (điện áp dạng răng cưa tuyến tính ) trùng pha với điện áp anod của Tiristo . a. Các sơ đồ có thể sử dụng cho khâu đồng pha: Sơ đồ 1: Dùng diode và tụ Hình 4.5 Sơ đồ sử dụng diode và tụ Nguyên lý tạo xung răng cưa: Khi A dương thì D1 thông làm tụ C ngắn mạch Urc=0. Khi UA <0, D2 khóa, Tụ C nạp với hằng số thời gian R2.C. Cho tới khi tụ bắt đầu xả. Đây là sơ đồ đơn giản, dễ thực hiện, với số linh kiện ít nhưng chất lượng điện áp tựa không tốt. Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết 1800. Do vậy, góc mở van lớn nhất bị giới hạn. Hay nói cách khác, nếu theo sơ đồ này điện áp tải không điều khiển được từ 0 tới cực đại mà từ một trị số nào đó đến cực đại. Sơ đồ 2:Dùng Transistor và tụ Hình 4.6 Sơ đồ sử dụng Transistor và tụ Nguyên lý tạo xung răng cưa: Khi thế ở điểm A dương thì Transistor khoá và tụ C nạp với hằng số thời gian T=R2.C; khi UA <0 Transistor dẫn suy ra tụ xả theo hướngTransistor cho tới Urc=0. Để khắc phục nhược điểm về dải điều chỉnh ở sơ đồ 1 người ta sử dụng sơ đồ tao điện áp tựa bằng sơ đồ 2 Theo sơ đồ này, điện áp tựa có phần biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ điện áp. Do vậy khi cần điều khiển điện áp từ 0 tới cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được. Sơ đồ 3:Dùng bộ ghép quang Hình 4.7 Sơ đồ sử dụng bộ ghép quang Nguyên lý tạo xung răng cưa: Khi UA <) (D) mở diode quang tắt khoáTransistor ( bộ ghép quang khoá) làm tụ nạp đến giá trị Urc. Khi Ua>0 diode (D) khoá diode quang sáng mở Transistor ( bộ ghép quang dẫn làm tụ xả qua diode quang đến khi Urc = 0. Ưu điểm của sơ đồ này ở chỗ không cần biến áp đồng pha , do đó có thể đơn giản hơn trong việc chế tạo và lắp đặt. Sơ đồ 4:Dùng khuếch đại thuật toán Hình 4.8 Sơ đồ sử dụng khuếch đại thuật toán Nguyên lý tạo xung răng cưa: Khi UA>0 qua khuếch đại thuật toán UB>0 làm cho diode D1 dẫn khối hai tạo thành một mạch tích phân khi đó tụ C1 nạp đến điện áp Urc . Khi UA0 D1 khoá Transistor dẫn tụ xả qua Transistor đến khi Urc = 0. Lựa chọn khâu đồng pha: Các sơ đồ 1, 2 và 3 trên đều có chung nhược điểm đó là việc mở, khóa các Tranzitor trong vùng điện áp lân cận không là thiếu chính xác làm cho việc nạp xả rụ trong vùng này không được như mong muốn. Ngày nay các vi mạch được chế tạo ngày càng nhiều, chất lượng ngày càng cao, kích thước ngày càng gọn, ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha có thể cho ta chất lượng điện áp tựa tốt. Do đó ta quyết định cho khâu đồng pha dùng khuếch đại thuật toán. 2. Lựa chọn khâu so sánh: Để xác định được thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần so sánh hai tín hiệu Uđk và Urc. Việc so sánh các tín hiệu đó có thể được thực hiện bằng Tranzitor và khuếch đại thuật toán. Tại thời điểm Uđk = Urc, đầu ra của bộ so sánh lật trạng thái, tại đó xác định được thời điểm cần mở của Tiristor. Sơ đồ 1: So sánh dùng Transitor: Hình 4.9 Khâu so sánh dùng Transitor Tại thời điểm Uđk = Urc, đầu vào Tr lật trạng thái từ khoá sang mở (hay ngược lại từ mở sang khoá), làm cho điện áp ra cũng bị lật trạng thái, tại đó chúng ta đánh dấu được thời điểm cần mở Tiristor. Với mức độ mở bão hoà của Tr phụ thuộc vào hiệu Uđk Urc = Ub, hiệu này có một vùng điện áp nhỏ hàng mV, làm cho Tr không làm việc ở chế độ đóng cắt như ta mong muốn, do đó nhiều khi làm thời điểm mở Tiristor bị lệch khá xa so với điểm cần mở tại Uđk = Urc. Sơ đồ 2: So sánh dùng khuếch đại thuật toán: Hình 4.10 Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán. KĐTT có hệ số khuyếch đại vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ (cỡ mV) ở đầu vào, đầu ra đã có điện áp nguồn nuôi, nên việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh là hợp lý. Các sơ đồ so sánh dùng KĐTT rất thường gặp trong các sơ đồ mạch hiện nay. Ưu điểm hơn hẳn của các sơ đồ này là có thể phát xung điều khiển chính xác tại Uđk = Urc. Để quan hệ điều khiển đồng biến ta ta tạo răng cưa lùi bằng cách đưa thêm điện áp một chiều vào để kéo điện áp răng cưa lên trên trục hoành. Đó là lý do ta chọn khâu so sánh dung khuếch đại thuật toán. 3. Lựa chọn khâu tạo xung khuếch đại • Sơ đồ dùng tranzitor công suất Hình 4.11 Khâu khuếch đại dùng transitor công suất Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor như đã nêu ở trên, tầng khuyếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng Tranzitor công suất, như trên hình . Để có xung dạng kim gửi tới Tiristor, ta dùng biến áp xung (BAX), để có thể khuyếch đại công suất ta dùng Tr, diode D bảo vệ Tr và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tr khoá đột ngột. Mặc dù với ưu điểm đơn giản, nhưng sơ đồ này được dùng không rộng rãi, bởi lẽ hệ số khuyếch đại của tranzitor loại này nhiều khi không đủ lớn, để khuyếch đại được tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang. • Sơ đồ dùng darlington Tầng khuyếch đại cuối cùng bằng sơ đồ darlington như trên hình bên thường hay được dùng trong thực tế. ở sơ đồ này hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về khuyếch đại công suất, khi hệ số khuyếch đại được nhân lên theo thông số của các tranzitor. Hình 4.12 Sơ đồ darlington • Sơ đồ có tụ nối tầng Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé (cỡ khoảng (10 200) s), mà thời gian mở thông các tranzitor công suất dài (tối đa tới một nửa chu kỳ - 0.01s), làm cho công suất toả nhiệt dư của Tr quá lớn và kích thước dây quấn sơ cấp biến áp dư lớn. Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr và kích thước dây sơ cấp BAX chúng ta có thể thêm tụ nối tầng . Theo sơ đồ này, Tr chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần. Hình 4.13 sơ đồ tụ nối tầng Từ các sơ đồ trên ta chọn sơ đồ thiết kế là sơ đồ tụ nối tầng. 4. chọn khâu tạo xung chùm cho điều khiển. Đối với sơ đồ cầu 3 pha, để giảm công suất cho tầng khuếch đại và nhằm đảm bảo T mở một cách chắc chắn (nhở tăng số lượng xung mở) và đệm xung điều khiển ta sử dụng xung chùm cho điều khiển các Tiristo. Nguyên lý phát xung chùm là sử dụng một cổng AND trước tầng khuếch đại để nhận tín hiệu từ tầng so sánh và tín hiệu xung chùm: Sơ đồ phát xung chùm sử dụng khuếch đại thuật toán: 5. Sơ đồ điều khiển. a. Sơ đồ điều khiển cho một Tiristo. Như vậy ta có sơ đồ điều khiển cho một tiristor: Hình 4.14 Sơ đồ điều khiển cho một Tiristor. Hình 4.15 Nguyên lý điều khiển. Hoạt động của mạch điều khiển được giải thích theo giản đồ các đường cong trên như sau: Điện áp vào tại điểm A (UA) có dạng hình sin, trùng pha với điện áp anod của Tiristor T, qua khuyếch đại thuật toán (KĐTT) A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB. Khi (UA) dương qua khuếch đại thuật toán (UB) Phần áp dương của điện áp chữ nhật UB qua diod D1 tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc. Khi (UA) âm điện áp âm của điện áp UB làm mở thông tranzitor Tr1, kết qủa là A2 bị ngắn mạch (với Urc = 0) trong vùng UB âm. Trên đầu ra của A2 chúng ta có chuỗi điện áp răng cưa Urc gián đoạn. Điện áp Urc được so sánh với điện áp điều khiển Uđk tại đầu vào của A3. Tổng đại số Urc + Uđk quyết định dấu điện áp đầu ra của KĐTT A3. Mạch đa hài tạo xung chùm A4 cho ta chuỗi xung tần số cao. Chùm xung được and với tín hiệu sau bộ so sánh tạo ra các xung UF làm mở thông các tranzito kết quả là cho ta chuỗi xung điều khiển Xđk trên biến áp xung để đưa tới tiristo. b. Sơ đồ điều khiển cho cả 6 Tiristo. Đặc điểm của điều khiển ba pha đối xứng trên là dong điện chạy từ pha này sang pha kia đồng thời qua cả hai T một lúc. Khi điều khiển phải đồng thời cấp hai xung điều khiển cho 2 Tiristo . Ta coi xung cần mở được quyết định bởi góc mở của chúng là xung chính thì phải có một xung đệm, xung chính ở nhóm van này thì xung đệm ở nhóm van kia. Việc cấp xung chính và xung đệm cần đúng thứ tự pha như hình vẽ dưới đây: Hình 4.16 Thứ tự mở van. Như vậy theo việc dẫn của các tiristo như trên các xung điều khiển cấp theo thứ tự: T1-T4T6-T1T3-T6T2-T3T5-T2T4-T5T1-T4. Hình 4.17Nguyên lý cấp xung điều khiển. Với nguyên lý cấp xung chính và xung đệm cho T như trên ta có sơ đồ điều khiển cho cả 6 Tiristo như sau: Hình 4.18 Sơ đồ điều khiển . Chương 5 TÍNH TOÁN, CHỌN CÁC LINH KIỆN CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN. I. Các thông số cơ bản để tính toán mạch điều khiển. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở tiristo. Các thống số cơ bản để tính mạch điều khiển cần có: Điện áp điều khiển Tiristo: Uđk=3,0 V Dòng điều khiển: Iđk=0,15 A Thời gian mở tiristo: tm=75 Độ rộng xung điều khiển: tx= 167 (tương đương với 30 điện). Tần số xung điều khiển: fx= 3KHz Độ mất đối xứng cho phép: =40 Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U=±12 V Mức sụt biên độ xung: Sx=0,15 II. Tính biến áp xung (MBAX). 1-Chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit HM: Lõi có dạng hình xuyến. B = 0,3(T); H = 30(A/m) 2- Tỷ số biến áp xung m thường được chọn m=23. chọn m=3. 3-Điện áp thứ cấp MBAX. U2=Uđk=3 (V) 4-Dòng điện thứ cấp MBAX. I2=Iđk= 0,15 (A) 5-Điện áp sơ cấp MBAX. U1=m.Uđk=9 (V) 6-Dòng điện sơ cấp MBAX. I1==0,05 (A) 7-Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt. Trong đó nhH/m. Là độ từ thẩm của không khí. Thể tích lõi thép cấn có: cm2 Trong đó: V: Thể tích lõi thép cần có. Q: Tiết diện lõi sắt. l: Chiều dài trung bình của đường sức từ. Tra bảng thông số các loại lõi thép tròn 1.5 TL2 . Chọn loại lõi thép OA-22/30-5 có các kích thước: a=4 mm, b=5 mm, d=22 mm, D=30mm,l=82 mm=8,2 cm, Q=0,2 cm2. Với các kích thước trên, thể tích của lõi thép: V=Q.l=0,2.8,2=1,64 cm3. Số vòng dây quấn sơ cấp Theo định luật camw ứng điện từ : Trong đó: U1: Điện áp phía sơ cấp. W1: Số vòng dây phía sơ c