Đồ án Thiết kế phần chỉnh lưu của bộ nguồn liên tục UPS

ßng ch¹y qua t¶I lµ: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu GI¸ trÞ dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2=0,58Id C«ng suÊt biÕn ¸p ¦u vµ nh­îc ®iÓm cña chØnh l­u tia 3 pha *­u ®iÓm : so víi chØnh l­u mét pha th× chØnh l­u tia 3 pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p mét chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n. *nh­îc ®iÓm : s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra t¶i ch­a thËt tèt l¾m, khi cÇn chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra tèt h¬n th× dïng s¬ ®å nhiÒu pha h¬n. 3.ChØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng s¬ ®å cÇu 3 pha a.S¬ ®å nguyªn lý S¬ ®å gåm 6 Tiristor ®­îc chia lµm hai nhãm: Nhãm Katot chung : T1, T3, T5 Nhãm Anot chung : T2, T4, T6 Gãc më a ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÑn qua t¶i Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu GI¸ trÞ dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2=0,816Id C«ng suÊt biÕn ¸p NhËn xÐt : §iÖn ¸p chØnh l­u lµ ®­êng cong b¸m theo ®­êng ®iÖn ¸p d©y.d¹ng dßng ®iÖn gièng hÖt d¹ng ®iÖn ¸p khi t¶I thuÇn trë,vµ bÞ san ph¼ng khi L=. Giíi h¹n cña sù liªn tôc dßng ®iÖn lµ: Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn th× ®iÖn ¸p ra Ud Ýt ®Ëp m¹ch ( trong mét chu k× ®Ëp m¹ch 6 lÇn ) do ®ã vÊn ®Ò läc rÊt ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p ng­îc lªn mçi van nhá, c«ng suÊt biÕn ¸p nhá nh­ng m¹ch phøc t¹p nhiÒu kªnh ®iÒu khiÓn. II.KÕt luËn và lùa chän: Qua ph©n tÝch 3 ph­¬ng ¸n trªn ta nhËn thÊy, ph­¬ng ph¸p chØnh l­u 1 pha cã ­u ®iÓm lµ gän nhÑ, tiÕt kiÖm ®­îc linh kiÖn, van. MÆc dï chÊt l­îng ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng cao b»ng s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha nh­ng víi c«ng su©t nhá d­íi 10 kw th× cã thÓ dïng s¬ ®å mét pha.Do ®ã ta quyÕt ®Þnh chän s¬ ®å chØnh l­u cÇu 1 pha. Trong chØnh l­u cÇu 1 pha ta chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u cÇu 1 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng v× yªu cÇu ®é tin cËy cao,®é æn ®Þnh vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao. NÕu dïng s¬ ®å cÇu 1 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng th× sÏ tiÕt kiÖm van h¬n nh­ng d¶I ®iÒu khiÓn gãc α sÏ hÑp h¬n. Ch­¬ng iii: thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc I.ThiÕt kÕ m¹ch lùc: S¬ ®å m¹ch lùc gåm cã: 1.C¸c trirristor T1,T2,T3,T4: lµm nhiÖm vô biÕn ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p mét chiªï ®Ó cung cÊp cho t¶i. 2.BOX: lµ hép ®iÒu khiÓn,nèi víi m¹ch lùc ®Ó ®iÒu khiÓn ®ãng më c¸c van. 3.BAL:biÕn ¸p lùc :biÕn ®iÖn ¸p l­íi thµnh ®iÖn ¸p cÇn cho ®Çu vµo cña bé biÕn ®æi. 4.AP:Aptomat ®ãng c¾t nguån vµo BAL,cã b¶o vÖ qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch 5.c«ng t¾c t¬ K cã hÖ thèng nót Ên ®iÒu khiÓn ®ãng më tõ xa. 6.V«n kÕ vµ ampe kÕ ®Ó ®o c¸c th«ng sè cña m¹ch. 7.R¬le b¶o vÖ dßng ®iÖn cùc ®¹i. 8.BiÕn dßng BD ®Ó lÊy dßng ra ®o vµ ®Ó cÊp cho cuén day cu¶ r¬le b¶o vÖ. 9. .C¸c m¹ch b¶o vÖ RC ®Ó b¶o vÖ van khái tèc ®é t¨ng tr­ëng nhanh cña ®iÖn ¸p. 10.BiÕn trë VR ®Ó lÊy ®iÖn ¸p ph¶n håi. II.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p lùc: Chän s¬ ®å M¸y biÕn ¸p mét pha lµm m¸t tù nhiªn b»ng kh«ng khÝ,m¹ch tõ h×nh ch÷ E. §iÖn ¸p s¬ cÊp MBA: §iÖn ¸p thø cÊp MBA Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i: Trong ®ã: =5 gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn ¸p l­íi. sôt ¸p trªn thyristor. : sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ d©y kh¸ng MBA. Chän s¬ bé: Tõ ph­¬ng tr×nh trªn suy ra: HÖ sè biÕn ¸p: kba= Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp MBA:I2=1,11*Id S®m=Ud.Id => =>I 2=1,11*27,3=30,3(A). C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p: Sba=1,23*Pd=1,23*6 =7,38 (KVA) TiÕt diÖn s¬ bé trô: K: hÖ sè phô thuéc vµo ph­¬ng thøc lµm m¸t, lÊy K=6. m: sè trô cña biÕn ¸p (ba pha:m=3 ; mét pha: m=1 ) f: tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu, f=50 Hz. Thay sè: §Ó ®¶m b¶o cho kÝch th­íc cña m¸y biÕn ¸p ®­îc phï hîp ®¶m b¶o yªu cÇu c«ng nghÖ ng­êi ta th­êng chän chiÒu dµi a vµ chiÒu dµy b sao cho dùa vµo tiÕt diÖn trô QFe = a.b = 73 ( cm2) ta chän a =7,5 ( cm); b =10 ( cm ) 8.Chän lo¹i thÐp '381, c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0.35 mm. Chän s¬ bé mËt ®é tõ c¶m trong trô B=1(T). 9.§­êng kÝnh quy trßn cña trô: 10.Chän tØ sè m=h/d=2,1(th­êng m=2:2,5) => h=2,1*9,6=20(cm) 11.TÝnh sè v«n/vßng X=4,44 B*QFe*f*10-4 = 4.44*1*50*73* =1,6 v«n/vßng Víi : +B:MËt ®é tõ th«ng. +Qfe:DiÖn tÝch tiÕt diÖn lâi s¾t +f : tÇn sè l­íi Sè vßng d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: (vßng) Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p: (vßng) Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp MBA Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p. TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt bäc sîi thñy tinh cÊp c¸ch ®iÑn B (1300C) KÝch th­íc kÓ c¶ c¸ch ®iÖn S1c® =2mm× 6mm TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt bäc sîi thñy tinh cÊp c¸ch ®iÑn B (1300C) KÝch th­íc kÓ c¶ c¸ch ®iÖn S2c® =2mm×6 mm III.TÝnh chän van vµ b¶o vÖ van: 1.TÝnh chän van: ChÕ ®é lµm viÖc cña c¸c van rÊt kh¾c nhiÖt, rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é. NhiÖt ®é cña van t¨ng lªn do c«ng suÊt tæn hao trªn van g©y ra. Khi nhiÖt ®é cña van cao h¬n nhiÖt ®é m«I tr­êng xung quanh nhiÖt l­îng ®­îc truyÒn vµo m«I tr­êng. NÕu nhiÖt ®é cña van v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp sÏ ph¸ hñy van, v× vËy lµm m¸t cho van lµ mét vÊn ®Ò rÊt quan träng. Th«ng th­êng van ®­îc g¾n lªn mét c¸nh t¶n nhiÖt víi th«ng sè phï hîp. Cã c¸c biÖn ph¸p lµm m¸t th­êng gÆp : + Lµm m¸t tù nhiªn : chØ dùa vµo sù ®èi l­u kh«ng khÝ xung quanh van, hiÖu suÊt lµm viÖc cña van thÊp chØ kho¶ng 25%. + Lµm m¸t b»ng giã c­ìng bøc : t¹o luång kh«ng khÝ víi tèc ®é lín qua van ®Ó ®Èy nhanh qóa tr×nh truyÒn nhiÖt cña van vµo kh«ng khÝ, hiÖu suÊt lµm viÖc cña van lµ 35% + Lµm m¸t b»ng n­íc : van ®­îc g¾n thªm tÊm ®ång rçng cho n­íc ch¶y qua. §©y lµ biÖn ph¸p lµm m¸t rÊt hiÖu qu¶ hiÖu suÊt lµm viÖc cña van ®¹t ®Õn 90%, nh­ng hÖ thèng lµm m¸t phøc t¹p chØ phï hîp víi yªu cÇu c«ng suÊt lín vµ cã nguån n­íc t¹i vÞ trÝ l¾p ®Æt thiÕt bÞ. Ta cã: IT===13,7(A) Chän chÕ ®é lµm m¸t lµ th«ng giã tù nhiªn nªn H=25%. IT thùc==54,8(A) Chän hÖ sè an toµn lµ:Ki=2 VËy dßng qua van cÇn chän lµ:I®m=IT thùc*Ki=54,8*2=109,6(A) §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn van:Ung=U2=1,41*274=387(V) Chän hÖ sè an toµn lµ:Ku=1.5 VËy ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶I chÞu ®­îc lµ:387*1.5=580(V).Tõ c¸c th«ng sè trªn tra b¶ng chän van ta chän : 4 Thysistor lo¹i HTS150/06VG1 do Mü s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau : §iÖn ¸p cùc ®¹i cña van : U = 600 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =150 (A) Dßng ®iÖn cña xung ®iÒu khiÓn : IG =0,15 (A) §iÖn ¸p cña xung ®iÒu khiÓn : UG =1,4 (V) Sôt ¸p lín nhÊt cña Thyristor ë tr¹ng th¸i dÉn lµ : DU = 2,0 (V) Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p : =200 (V/ms) Tèc ®é biÕn thiªn dßng ®iÖn :=180 (A/ms) Thêi giankho¸ :Toff = 125 (ms) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=125 oC 2. B¶o vÖ van : Thyristor rÊt nh¹y c¶m víi ®iÖn ¸p qu¸ lín so víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc hoÆc tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p qu¸ lín cã thÓ dÉn tíi háng van. §Ó b¶o vÖ van ng­êi ta th­êng dung m¹ch trî gióp RC *Ng­êi ta chia lµm 2 lo¹i nguyªn nh©n g©y ra qu¸ ®iÖn ¸p: Nguyªn nh©n néi t¹i: §ã lµ sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c líp b¸n dÉn. Khi kho¸ tiristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc, c¸c ®iÖn tÝch nãi trªn ®æi ng­îc l¹i hµng tr×nh t¹o ra dßng ®iÖn trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m. Do vËy gi÷a anot vµ catot cña tiristor xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. Nguyªn nh©n bªn ngoµi: Nh÷ng nguyªn nh©n nµy th­êng x¶y ra ngÉu nhiªn nh­ khi c¾t kh«ng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®­êng d©y, khi cã sÊm sÐt..... M¹ch trî gióp dïng ®Ó Gi¶m bít hoÆc triÖt tiªu qu¸ dßng hoÆc qu¸ ¸p Gi¶m tæn hao c«ng suÊt do ®ãng c¾t TruyÒn n¨ng l­îng ph¸t nhiÖt ra ngoµi hoÆc sang h­íng kh¸c cã lîi Cã 2 lo¹i m¹ch trî gióp RC: M¹ch RC ®Êu song song víi Tiristor nh»m b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn. M¹ch RC ®Êu gi÷a c¸c pha thø cÊp MBA lµ ®Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do c¾t kh«ng t¶i MBA g©y nªn *C¸c b­íc tÝnh to¸n( Tham kh¶o s¸ch §TCS cña t¸c gi¶ NguyÔn BÝnh) +Gäi U®mp ,Uimp lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt lªn van 1 c¸ch cã chu k× +Gäi U®mnp ,Uimnp lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt lªn van 1 c¸ch kh«ng cã chu k× - X¸c ®Þnh hÖ sè qu¸ ®iÖn ¸p theo c«ng thøc: - X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian: C*min(k) , R*max(k), R*min(k) - TÝnh di/dt|max khi chuyÓn m¹ch - X¸c ®Þnh ®iÖn l­îng tÝch tô Q= f(di/dt), sö dông c¸c ®­êng cong tra trong sæ tay tra cøu - §å thÞ chän R*, C* TÝnh c¸c th«ng sè trung gian C = C*min R*min£ R £ R*max Trong ®ã L lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch RLC Cuèi cïng ta chän IV.Chän aptomat,ampe kÕ ,r¬le b¶o vÖ : 1.Aptomat Cã chøc n¨ng ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc khi ®ãng, më hoÆc söa ch÷a ®ång thêi tù ®éng b¶o vÖ qu¸ t¶i hoÆc ng¾n m¹ch ®Çu ra bé ChØnh L­u , ng¾n m¹ch thø cÊp M¸y biÕn ¸p Chän AP lµ lo¹i xoay chiÒu 1 pha cã: I®m = 1,1.Ild =1.1*I1= 1.1*27,26=29,986(A) Chän I®m =50A U®m =600 VAC Dßng ng¾n m¹ch Inm= 10*I®m = 10*50=500(A) Dßng qu¸ t¶i : Iqu¸ t¶i = 1,1.I®m =55A Chän Iqu¸ t¶i =60A 2.BiÕn dßng, Ampe kÕ , r¬le dßng ®iÖn,v«n kÕ: a.BiÕn dßng Dïng ®Ó ®o l­êng ®­a ra m¹ch ®o , ®o gi¸ trÞ dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp M¸y biÕn ¸p vµ ®­a vµo cuén d©y r¬le dßng ®iÖn. Chän biÕn dßng lo¹i 60/5A c«ng suÊt 10(VA) b.Ampe kÕ : Chän lo¹i cã thang ®o 5A c.R¬le dßng ®iÖn cùc ®¹i Dïng ®Ó b¶o vÖ qu¸ dßng cho m¹ch ChØnh L­u Chän r¬le th­êng dïng PT81 d.V«n kÕ : chän loai cã thang ®o 250V Ch­¬ng IV ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn I. Yªu cÇu ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn lµ kh©u quan träng trong bé biÕn ®æi tiristor v× nã ®ãng vai trß chñ ®¹o trong viÖc quyÕt ®Þnh chÊt l­îng vµ ®é tin cËy cña bé biÕn ®æi . Yªu cÇu cña m¹ch ®iÒu khiÓn cã thÓ tãm t¾t trong 6 ®iÓm chÝnh sau: + yªu cÇu vÒ ®é réng cña xung + Yªu vÒ ®é lín cña xung + Yªu cÇu vÒ ®é dèc s­ên tr­íc cña xung + Yªu cÇu vÒ sù ®èi xøng cña xung + Yªu cÇu vÒ ®é tin cËy §iÖn trë kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i nhá h¬n ®Ó tiristor kh«ng tù më khi dßng rß t¨ng xung ®iÒu khiÓn Ýt phô thuéc vµo dao ®éng nhiÖt ®é , dao ®éng ®iÖn ¸p nguån cÇn khö ®­îc nhiÔu c¶m øng ®Ó tr¸nh më nhÇm + Yªu cÇu vÒ l¾p r¸p vËn hµnh ThiÕt bÞ thay thÕ dÔ l¾p r¸p vµ ®iÒu chØnh - DÔ l¾p vµ mçi khèi cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ®éc lËp II. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn 1. NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn: NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ t¹o ra c¸c xung vµo ë nh÷ng thêi ®iÓm mong muèn ®Ó më c¸c Tiristor cña bé chØnh l­u trong m¹ch ®éng lùc. Tiristor chØ më cho dßng ®iÖn ch¶y qua khi cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn Anod vµ cã xung ¸p d­¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn. Sau khi tiristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông g× n÷a, dßng ®iÖn ch¶y qua tiristor do th«ng sè cña m¹ch ®éng lùc quyÕt ®Þnh M¹ch ®iÒu khiÓn cã chøc n¨ng : - §iÒu chØnh vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Anod – Catod cña Tiristor - T¹o ra ®­îc c¸c xung ®ñ ®iÒu kiÖn më tiristor ®é réng xung tx > 10 ms §é réng xung ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: tx= Trong ®ã Idt: dßng duy tr× cña Tiristor di/dt: tèc ®é t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i §èi t­îng cÇn ®iÒu khiÓn ®­îc ®Æc tr­ng bëi gãc a 2. CÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristor SS 1 U®k - 1 2 3 4 T HiÖu ®iÖn ¸p u®k-urc ®­îc ®­a vµo kh©u so s¸nh 1, lµm viÖc nh­ mét trig¬ Khi u®k-urc = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i, ë ®Çu ra cña nã ta nhËn ®­îc mét chuçi xung d¹ng ²sinus ch÷ nhËt ” Kh©u 2 lµ ®a hµi 1 tr¹ng th¸i æn ®Þnh Kh©u 3 lµ kh©u khuyÕch ®¹i xung Kh©u 4 lµ biÕn ¸p xung B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo u®k cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn, tøc lµ ®iÒu chØnh gãc a 3. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Trong thùc tÕ ng­êi ta th­êng dïng 2 nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn: th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh vµ th¼ng ®øng “arccos” ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Tiristor a. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh UAK a a a Urc U®k + Urc wt wt 0 0 U®k Theo nguyªn t¾c nµy, ng­êi ta th­êng dïng 2 ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é §iÖn ¸p ®ång bé Urc cã d¹ng r¨ng c­a,®ång bé víi ®iÖn ¸p Anod-Catod Tæng ®¹i sè cña Urc + U®k ®­a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh. B»ng c¸ch lµm biÕn ®æi U®k ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a. Khi U®k = 0 ta cã a = 0. Khi U®k 0. Quan hÖ gi÷a a vµ U®k nh­ sau: b. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arccos UAK Uđk Ur Uđk Uđk+Urc wt a 0 Urc Theo nguyªn t¾c nµy còng cã 2 ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®ång bé Urc v­ît tr­íc ®iÖn ¸p Anod-Catod Tiristor mét gãc b»ng p/2 ( NÕu UAK = Asinwt th× Ur = Bcoswt) §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc theo 2 h­íng Trªn h×nh vÏ ®­êng nÐt ®øt lµ ®iÖn ¸p anèt – catèt tiristor, tõ ®iÖn ¸p nµy ng­êi ta t¹o ra Urc . Tæng ®¹i sè Urc + U®k ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh . Khi Urc + U®k = 0 ta nhËn ®­îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh : U®k + B.cosa = 0 Do ®ã a = arccos(-U®k/B) Th­êng lÊy B = U®k max Khi U®k = 0 th× a =p/2 Khi U®k = - U®k max th× a= 0 Nh­ vËy khi cho U®k biÕn thiªn tõ - U®k max ®Õn + U®kmax th× a biÕn thiªn tõ 0 ®Õn p. Nguyªn t¾c nµy ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái chÊt l­îng cao. NhËn xÐt: Theo yªu cÇu thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn ta thÊy nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh lµ phï hîp, ta chän nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn nµy. 4.Giíi thiÖu c¸c kh©u a)KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n V1 Ud Vsat Vsat ChÕ ®é lµm viÖc ChÕ ®é tuyÕn tÝnh V2 = A.ud; A = 104¸105 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p. §Ó thùc hiÖn chÕ ®é nµy ph¶i cã ú udú £ ChÕ ®é b·o hoµ: ú udú > ; V2 = Vsat ú udú < ; V2 = -Vsat øng dông: OA ®­îc sö dông réng r·i trong kü thuËt ®iÒu khiÓn tù ®éng: t¹o hµm sè, t¹o c¸c bé ®iÒu chØnh P, PI, PID, t¹o c¸c ®a hµi, c¸c trig¬, c¸c kh©u so s¸nh, v.v.. b. Kh©u ®ång pha §©y lµ kh©u cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh thêi ®iÓm mèc ®Ó tÝnh gãc më a. Nã liªn hÖ chÆt chÏ vÒ pha víi ®iÖn ¸p lùc. Bªn c¹ch ®ã nã cßn ®Ó c¸ch li m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ë ®Çu vµo hÖ ®iÒu khiÓn. Do vËy mµ khèi ®ång pha cã thÓ dïng biÕn ¸p ®Ó c¸ch li hoÆc dïng phÇn tö otocupler (phototransistor). - Trong kh©u nµy ta chän biÕn ¸p ®Ó c¸ch li kÕt hîp víi bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ diode chØnh l­u ®Ó taä ra xung ®ång bé. S¬ ®å m¹ch: c. Kh©u t¹o r¨ng c­a: Trong thùc tÕ cã rÊt nhiÒu m¹ch t¹o ra Utùa. VÝ dô: - M¹ch chØ dïng diode, tô ®iÖn vµ ®iÖn trë ghÐp l¹i víi nhau nh­ h×nh 1. - M¹ch dïng transistor vµ c¸c linh kiÖn ®iÖn tö kh¸c nh­ h×nh 2. - M¹ch dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ h×nh 3. H×nh 1. H×nh 2 H×nh 3. ë s¬ ®å h×nh 1 ta cã mét m¹ch t¹o Utùa t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, dÔ l¾p ®Æt, rÎ tiÒn nh­ng cã nh­îc ®iÓm rÊt lín lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a tr¶i dµi qu¸ 1/2 chu k× cña ®iÖn ¸p l­íi lµm cho viÖc x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn tõ ®iÖn ¸p r¨ng c­a rÊt khã kh¨n. ë s¬ ®å h×nh 2 m¹ch còng kh¸ ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p tùa còng tr¶i ra c¶ 1/2 chu k× cña ®iÖn ¸p l­íi nh­ng do ®ãng më transistor ë vïng l©n cËn kh«ng nªn m¹ch ho¹t ®éng kÐm tin cËy. ë s¬ ®å h×nh 3 do khuÕch ®¹i thuËt to¸n ho¹t ®éng cã ®é tin cËy cao nªn t¹o ra tÝn hiÖu Utùa cã chÊt l­îng rÊt tèt. d.kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng K§TT K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å so s¸nh dïng K§TT trªn h×nh (2.b) vµ 2.c) rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm h¬n h¼n cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc. e.Kh©u khuyÕch ®¹i xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng su©t.TÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ trªn h×nh vÏ th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuyÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c tranzitor. §èi víi mét sè s¬ ®å m¹ch, ®Ó gi¶m c«ng suÊt cho tÇng khuyÕch ®¹i vµ t¨ng sè l­îng xung kÝch më, nh»m ®¶m b¶o Tiristo më mét c¸ch ch¾c ch¾n, ng­êi ta hay ph¸t xung chïm cho c¸c Tiristo. Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuyÕch ®¹i, ta ®­a chÌn thªm mét cæng vµ (&) víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ tõ bé ph¸t xung chïm . f.Kh©u ph¸t xung chïm ®iÓn h×nh 0A -E +E + R1 R2 R3 C UC Ur U2 kVsat Vsat UC -Vsat T1 T2 -kVsat Trong thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn, th­êng hay sö dông K§TT. Do ®ã ®Ó ®ång d¹ng vÒ linh kiÖn, kh©u t¹o chïm xung còng cã thÓ sö dông K§TT, nh­ s¬ ®å vÏ d­íi ®©y. III.ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn: A.S¬ ®å vµ nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn: 1 .S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn:(trang bªn) 2. nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch: Khi cÊp nguån ®iÖn 220 V vµo s¬ cÊp cña BA ®ång pha ,®iÖn ¸p thø cÊp cña BA ®­îc h¹ ¸p vµ ®­a qua m¹ch chØnh l­u hai nöa chu k× D1 , D2 .§iÖn ¸p U1 lµ ®iÖn ¸p mét chiÌu h×nh sin lÊy phÇn d­¬ng vµ ®Æt vµo cöa céng cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA1 t¹i ®©y so s¸nh víi ®iÖn ¸p U0 ®Æt tr­íc vµ ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña OA1 NÕu U1 <U0 th× U2 ë ®Çu ra cña OA1lµ ®iÖn ¸p ©m(-Ubh) ®ièt D3 më lóc nµy tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn theo c«ng thøc UC1= . Vµ U3=Uc1. Khi U1>U0 th× U2=+Ubh diode D3 bÞ kho¸ tô C1 phãng ®iÖn .U3 ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:U3=U§z- Tô C1 phãng ®iÖn ®Õn khi UC~ 0 th× diode Dz lµm viÖc th«ng nh­ c¸c diode th­êng gi÷ cho U3=UC~ 0 V. Do sù ®ãng më cña D3lµm tô C1 phãng n¹p t¹o ra trªn ®Çu ra cña OA2 mét ®iÖn ¸p h×nh r¨ng c­a U3. §é dèc cña r¨ng c­a cã thÓ thay ®æi qua triÕt ¸p VR1. Do cã ®ièt zenne (Dz) nªn ®iÖn ¸p trªn tô max khi n¹p lu«n b»ng ®iÖn ¸p ng­ìng trªn ®ièt zenne. §iÖn ¸p r¨ng c­a ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña OA3 vµ so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn nµy ®­îc lÊy tõ ®iÖn ¸p ph¶n håi ®­a vµo so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®Æt qua bé céng ®¶o dÊu.Khi ®iÖn ¸p trªn t¶I thay ®æi th× ®iÖn ¸p ph¶n håi thay ®æi,vµ do cã bé céng ®¶o dÊu nªn nã sÏ lµm U®k thay ®æi theo chiÒu ng­îc l¹i vµ lµm thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn tõ ®ã kÐo ®iÖn ¸p tªn t¶I vÒ tr¹ng th¸I chuÈn . TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­a vµo cöa céng cña OA3. NÕu U3>U®hth× ®Çu ra cña OA3 cã USS = - Ubh. NÕu U3<U®k th× ®Çu ra cña OA3 cã USS = + Ubh .nhê cã diode D7 mµ thu ®­îc mét xung d­¬ng U4. Bé ph¸t xung chïm d­íi sù phãng n¹p cña tô C3 t¹o ra chuçi xung h×nh ch÷ nhËt cã ®é réng xung nhá nh»m gi¶m kÝch th­íc biÕn ¸p xung.TÝn hiÖu cao tÇn ®­îc trén víi tÝn hiÖu U4 cïng víi c¸c tÝn hiÖu ph©n phèi U6 ,U7 ®Ó t¹o ra c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho tong TRIRISTOR riªng. V× tÝn hiÖu ra nhá nªn ®­îc khuÕch ®¹i qua bé khuÕch ®¹i xung. C¸c transisto m¾c theo kiÓu Dalingt¬n. Xung d­¬ng ®­îc ®Æt vµo baz¬ cña T1lµm T1 më vµ T2 më theo khi ®ã cã xung ®i vµo biÕn ¸p xung. Trªn cuén thø cÊp cña biÕn ¸p xung cã xung ®Ó kÝch më tiristo. Khi xung t¾t T1vµT2 bÞ kho¸, ®iÖn ¸p trªn biÕn ¸p xung gi¶m ®ét ngét, cuén d©y cña biÕn ¸p xung xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng c¶m øng ng­îc dÊu lóc ®ã ®ièt D11 th«ng dËp t¾t søc ®iÖn ®éng ®Ó b¶o vÖ c¸c transistor. B.TÝnh to¸n c¸c kh©u : 1.TÝnh to¸n khèi ®ång pha S¬ då nguyªn lý kh©u ®ång pha Nguyªn lý ho¹t ®éng cña khèi ®ång pha: Khi cÊp nguån 220V vµo s¬ cÊp cña biÕn ¸p ®ång pha, phÝa thø cÊp cña biÕn ¸p ®­îc h¹ ¸p. Gi¶ sö t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu t = 0, nöa chu kú ®Çu ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn D1, D1 sÏ th«ng vµ D2 sÏ bÞ kho¸, nöa chu kú sau t¹i thêi ®iÓm t2= p ®iÖn ¸p xoay ®¶o dÊu vµ thÕ d­¬ng ®­îc ®Æt vµo anèt D2, D2sÏ th«ng vµ D1bÞ kho¸. VËy ®iÖn ¸p U1 lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu nöa h×nh sin. §iÖn ¸p U1 ®­îc ®­a vµo cöa d­¬ng cña kh©u so s¸nh OA1 ®Ó so s¸nh víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®Æt U0 ®­îc ®­a vµo cöa ©m cña OA1. Khi U1<U0 th× t¹i cöa ra cña OA1 cã U2=-Ubh Khi U1>U0 th× t¹i cöa ra cña OA1 cã U2=+Ubh Nh­ vËy OA1 cã nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p nöa h×nh sin cña U1 víi U0 ®Ó t¹o ra trªn ®Çu ra mét ®iÖn ¸p ©m ,d­¬ng liªn tiÕp d¹ng xung vu«ng nh­ h×nh vÏ. TÝnh to¸n khèi ®ång pha: TÝnh to¸n. Chän gãc =3o U1 = 12sin(wt) Khi ®ã Uo = 12sin(3o) =12*0.0523= 0.89(V) Mµ tõ s¬ ®å ta cã: =13.5 Chän R2=13,5(kW) à R3=1(kW) R1lµ ®iÖn trë h¹n dßng chän R1=10 (kW) Chän D1,D2 lµ lo¹i diode th«ng dông lo¹i 1001 cã c¸c th«ng sè: U®m=200V I®m=1(A) OA1 chän lµ vi m¹ch μA 741 2.Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a S¬ då nguyªn lý kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a Nguyªn lý ho¹t ®éng cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a : Khi U2 =(-Ubh) ®ièt D3 më lóc nµy tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn theo c«ng thøc UC1= . Vµ U3=Uc1. Khi U2=+Ubh diode D3 bÞ kho¸ tô C1 phãng ®iÖn .U3 ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:U3=U§z- Tô C1 phãng ®iÖn ®Õn khi UC~ 0 th× diode Dz lµm viÖc th«ng nh­ c¸c diode th­êng gi÷ cho U3=UC~ 0 V. Do sù ®ãng më cña D3lµm tô C1 phãng n¹p t¹o ra trªn ®Çu ra cña OA2 mét ®iÖn ¸p h×nh r¨ng c­a U3. §é dèc cña r¨ng c­a cã thÓ thay ®æi qua triÕt ¸p VR1. Do cã ®ièt zenne (Dz) nªn ®iÖn ¸p trªn tô max khi n¹p lu«n b»ng ®iÖn ¸p ng­ìng trªn ®ièt zenne TÝnh chän kh©u r¨ng c­a : Chän ®ièt æn ¸p lo¹i 1N5346B cã ®iÖn ¸p æn ®Þnh UDZ =9.1V;Imax=32mA Chän gi¸ trÞ tô C1 = 0.47 §iÖn ¸p tùa ®­îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1 , mÆt kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p tùa cã trong mét nöa chu kú ®iÖn ¸p l­íi lµ tuyÕn tÝnh th× : +Ta cã chu k× l­íi lµ: Tl­íi=1/fl­íi=1/50=20(ms) +Ta cã chu k× cña r¨ng c­a lµ: Trc=Tl­íi/2=10(ms) +Thêi gian n¹p vµ phãng cña tô lµ: tn¹p + tphãng =Trc=10(ms) + Thêi gian tô n¹p(víi =3o ) +Thêi gian tô phãng; Tphãng = T/2 – Tn¹p = 10-0.33 = 9.67 (ms) +Sau kho¶ng thêi gian Tn¹p=0,33 ms th× ®iÖn ¸p trªn tô ®­îc n¹p tõ 0 ®Õn 9,1V.VËy ta cã: Khi ®ã uC1(t=tn¹p) =UDZ = 9.1V => +Khi tô phãng, gi¸ trÞ ®iÖn ¸p phãng cña tô gi¶m tõ UDZ ®Õn 0V trong thêi gian phãng T2 .VËy ta cã: T¹i t = Tphãng ta cã: =>UDZ = Chän VR1=20k R5=10k R4=930() OA2chän lµ vi m¹ch μA 741,D3 loại 1001 3.Kh©u so s¸nh S¬ ®å nguyªn lý kh©u so s¸nh Nguyªn lý ho¹t ®éng cña kh©u so s¸nh : So s¸nh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p ë cöa ra cã d¹ng chuçi c¸c xung vu«ng liªn tiÕp. §iÖn ¸p r¨ng c­a ®­a vµo cöa ®¶o cña OA3,cßn ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®­a vµo cöa céng cña OA3. +Khi Urc>U®k th× ®Çu ra cña OA3 cã Uss= - Ubh. +Khi Urc < U®k th× ®Çu ra cña OA3 cã Uss= + Ubh. Do cã diode D6 nªn khi Uss<0 th× D6 th«ng vµ gi÷ cho U4=0; khi Uss>0 th× D6 kh«ng th«ng vµ U4=+Ubh; Nh­ vËy ta ®· cã mét d·y xung vu«ng nh­ h×nh vÏ cã ®é trÔ so víi ®iÓm më tù nhiªn cña ®iÖn ¸p ®ång pha mét gãc lµ α.gãc nµy cã thÓ thay ®æi ®­îc nhê thay ®æi gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p U®k . Chän:R18=R19=R20=10 (k),OA3 l à vi mạch μA 741 4.Kh©u ph¸t xung chïm S¬ ®å nguyªn lý kh©u ph¸t xung chïm Chøc n¨ng cña kh©u ph¸t xung chïm : Ph¸t ra xung cã tÇn sè cao ®Ó trén víi xung ra ë kh©u so s¸nh tr­íc khi cho vµo biÕn ¸p xung ®Ó gi¶m kÝch th­íc biÕn ¸p xung . Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña kh©u ph¸t xung chïm lµ: Gi¶ sö t¹i thêi ®iÓm ta xÐt tô C3 ®­îc n¹p ®Çy tøc lµ U ®iÖn ¸p lóc nµy ë ®Çu ra cña OA4 sÏ lµ ®iÖn ¸p ©m sau mét thêi gian khi ®iÖn ¸p trªn tô phãng hÕt(Tô ®­îc n¹p theo chiÒu ng­îcl¹i)nªn UN0 vµ ®iÖn ¸p ®Çu ra thay ®æi thµnh ®iªn ¸p d­¬ng. Nh­ vËy do ®Æc tÝnh phãng n¹p cña tô C3 t¹o trªn ®Çu ra cña OA4 mét ®iÖn ¸p ra d¹ng xung vu«ng liªn tiÕp.Nhê cã hai diode D8,D9 mµ U5 chØ gi÷ l¹i phÇn xung d­¬ng cña Ud® . kVsat Vsat UC -Vsat T1 T2 -kVsat TÝnh to¸n : Chu k× cña bé ph¸t xung : T =2ln() =R24.C3 TÇn sè cña bé t¹o xung chän f = 10 kHz =>Chu k× : Chän R21 =10 k; R22 =1k; C3=1(nF)=0.001F Khi ®ã T=2ln21 () Chän R24 =16k4 ; R23=10 k OA4 l à vi m ạch μA 741;D7,D8:loại 1001 5.TÝnh chän kh©u ph¶n håi a.S¬ ®å nguyªn lý b. Chøc n¨ng vµ Nguyªn lý cña m¹ch ph¶n håi: +Chøc n¨ng: V× yªu cÇu cña bé biÕn ®æi lµ æn ¸p,nªn ta chän m¹ch ph¶n håi ¸p võa ®Ó t¹o ra ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k võa ®Ó æn ¸p th«ng qua t¸c ®éng cña m¹ch ph¶n håi lªn U®k +Nguyªn lý: §iÖn ¸p ph¶n håi ®­îc lÊy tõ m¹ch lùc(lÊy tõ ®iÖn ¸p trªn t¶I Ud) th«ng qua m¹ch ph©n ¸p gåm R8 vµ VR3, ®iÖn ¸p cã ®é lín thÝch hîp cho vµo bé céng (®¶o) víi ®iÖn ¸p mµ ta ®Æt cho bé chØnh l­u lµm viÖc ,®iÖn ¸p nµy ta gäi lµ ®iÖn ¸p ®Æt U®. Sau ®ã tÝn hiÖu ra cña kh©u céng nµy ®­îc ®­a qua kh©u PI ®Ó lo¹i bá c¸c sãng nhiÔu cã tÇn sè cao lµm cho m¹ch t¨ng tÝnh æn ®Þnh.§iÖn ¸p ra khái khèi PI ta gäi lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. §iÖn ¸p §iÒu khiÓn U®k ®­îc so s¸nh víi URC ®Ó t¹o ra gãc §iÒu khiÓn ®­a tíi më c¸c van. Nhê cã kh©u ph¶n håi mµ ®iÖn ¸p ra cña bé ChØnh L­u lu«n æn ®Þnh. ThËt vËy: Gi¶ sö v× mét lý do nµo ®ã mµ ®iÖn ¸p ra trªn t¶i bÞ gi¶m,khi ®ã ®iÖn ¸p trªn m¹ch ph©n ¸p còng gi¶m theo tøc Uph gi¶m mµ U®k =U®-Uph nªn U®k t¨ng lµm gãc më gi¶m . Mµ ta cã ®iÖn ¸p trªn t¶i: --> ®iÖn ¸p trªn t¶i t¨ng lªn. Ng­îc l¹i ,®iÖn ¸p ra trªn t¶i t¨ng,khi ®ã ®iÖn ¸p trªn m¹ch ph©n ¸p còng t¨ng theo tøc Uph t¨ng mµ U®k =U®-Uph nªn U®k gi¶m lµm gãc më t¨ng --> ®iÖn ¸p trªn t¶i gi¶m xuèng. Nh­ vËy ®iÖn ¸p lu«n ®­îc gi÷ ë møc æn ®Þnh. 6.TÝnh chän kh©u ph©n kªnh a.S¬ ®å nguyªn lý vµ biÓu ®å xung b.Chøc n¨ng. §iÖn ¸p ®ång pha ®­îc ®­a vµo kh©u so s¸nh . Khi ua > 0 th× U6 = +Ubh ua < 0 th× U6 = -Ubh Khi ua’ > 0 th× U7 = +Ubh ua’ < 0 th× U7 = -Ubh Hai ®iÖn ¸p ph©n kªnh U6, U7 nµy sÏ ®­îc tr«n víi Uxc vµ ®iÖn ¸p U3 t¹o ra sau kh©u so s¸nh URC vµ U®k ®Ó t¹o thµnh