Đồ án Thiết kế và chế tạo được lò điện trở

ăng giá trị dòng qua van Ia cần thiết để mở được và duy trì cho van dẫn vì điện trở này rẽ nhánh dòng qua va qua nó. b. hạn chế ảnh hưởng của tốc độ tăng áp du/dt, nó sẽ dẫn bớt dòng ký sinh có hại này qua nó, giảm bớt tác động này đến cực điều khiển. c. Tiristo có độ nhạy cao thường bắt buộc phải có điện trở này để dẫn dòng nhiệt (dòng diện rò ) qua nó để tránh Tiristo bị mở vì dòng này. d. Làm giảm hệ số khuếch đại vùng n1-p2-n2 dẫn đến làm tăng điện áp chuyển mạch của van. e. Làm giảm được thời gian hồi phục tính chất khoá cho Tiristo vì nó tạo thành mạch thoát cho các điện tích dư tích tụ trong vùng p2 và n2. Nhìn chung để đánh giá chi tiết hơn cần biết giá trị của RG, RS. Tuy nhiên quy luật chung của các điện trở này là: Tiristo càng nhỏ thì trị số RS càng lớn ( đôi khi coi rằng RS=) Giá trị RG phụ thuộc vào kích thước tinh thể bán dẫn, tinh thể càng lớn giá trị RG càng nhỏ. 2. ảnh hưởng của tụ điện nối song song với cực điều khiển. a. Làm giảm ảnh hưởng của tốc độ tăng hợp du/dt gần như của điện trở, tuy nhiên chỉ có tác dụng ở tần số cao đó do đó, khác với điện trở, tụ điện rất có ích để chống nhiễm cao tần ảnh hưởng từ mạng điện lực tới mà không gây hậu quả ở khu vực tần số thấp, nhất là với dòng ổn định một chiều. b. Làm giảm độ dốc cả xung điều khiển mở van, dẫn đến ké dài hơn thời gian mở van cũng như thời gian thời gian tăng dòng Ia, do đó không có lợi trong những mạch cần có tốc độ tăng dòng lớn. c. Khi van đã dẫn điện áp trên trên tụ điện này có trị số xấp xỉ sụt áp trên van (cỡ 1á 2V ). Điện áp này nói chung lớn hơn điện áp tối thiểu để mở van. Khi van khoá lại sau đó lại có điện áp dương đặt trở lại thì dòng điện phóng ra từ tụ điện này có thể làm van mở ra không cần có dòng điều khiển thực hiện nữa ( ví dụ van làm việc ở tần số 50 Hz, nếu tụ đủ lớn để kéo dài dòng phóng quá 10ms sẽ làm van mở ngay ở nửa chu kỳ điện áp trên van dương trở lại.) 3. ảnh hưởng của điện áp âm đặt lên cực điều khiển. Điện áp trên cực điều khiển không được âm quá trị số cho phép của từng loại van ( thường giới hạn ở mức 5V ). Vì vậy khi van làm việc có khả năng xuất hiện điện áp âm quá mức trên cực điều khiển cần có biện áp hạn chế trước mà thông dụng nhất là đấu thêm điốt nối tiếp song song với cực điều khiển như trên hình 4. ảnh hưởng của điện áp dương trên cực điều khiển khi điện áp trên van lại âm, điều này có thể dẫn đến sự phát nhiệt quá mức ở cực điều khiển làm hỏng van. Nhìn chung nên hạn chế các tình trạng: UGK>0 trong khi UAk0. Trong sổ tra cứu thường hai trị số âm và dương của UGK lấy là -1 và vào khoảng 0,5V đến 1V. ]I.4. Đặc tính vôn – ampe của thyristor Đặc tính vôn – ampe của một Thyristor gồm hai phần (hình 2). Phần thứ nhất nằm trong góc phần tư thé I là đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp UAK > 0, phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ III gọi là đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp UAK < 0. a. Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (IG = 0) Khi dòng vào cực điều khiển của Thyristor bằng 0 hay khi hở mạch cực điều khiển Thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cực điện áp giữa anot – catot. Khi điện áp UAK < 0 theo cấu tạo bán dẫn của Thyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như vậy Thyristor sẽ sẽ giống như hai đi ốt mắc nối tiếp bị phân cực ngược. Qua Thyristor sẽ chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò. Khi UAK tăng đạt đến một giá trị điện áp lớn nhất Ungmax sẽ xảy ra hiện tượng Thyristor bị đánh thủng, dòng điện có thể tăng lên rất lớn. Giống như ở đoạn đặc tính ngược của đi ốt quá trình bị đánh thủng là quá trình không thể đảo ngược được, nghĩa là nếu có giảm điện áp UAK xuống dưới mức Ungmax thì dòng điện cũng không giảm được về mức dòng rò. Thyristor đã bị hỏng. Khi tăng điện áp anot – catot theo chiều thuận UAK > 0 lúc đầu cũng chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua, gọi là dòng rò. Điện trở tương đương mạch anot – catot vẫn có giá trị rất lớn. Khi đó tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược. Cho đến khi UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất Uthmax sẽ xảy ra hiện tượng điện trở tương đương mạch anot – catot đột ngột giảm, dòng điện có thể chạy qua Thyristor và giá trị sẽ chỉ bị giới hạn bởi điện trở tải ở mạch ngoài. Nếu khi đó dòng qua Thyristor có giá trị lớn hơn một mực dòng tối thiểu, gọi là dòng duy trì Idt thì khi đó thyristor sẽ dẫn dòng trên đường đặc tính thuận, giống như đường đặc tính thuận ở đi ốt. Đoạn đặc tính thuận được đặc trưng bởi tính chất dòng có thể có giá trị lớn nhưng điện áp rơi trên anot – catot thì nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị của dòng điện. b. Trường hợp có dòng điện vào cực điều khiển (IG > 0) Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và catot thì quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uthmax. Điều này được mô tả trên hình 1.7 bằng những đường nét đứt, ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau IG1, IG2, IG3.. Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ hơn. I.5. Mở và khoá thyristor Thyristor có đặc tính giống như điôt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều, từ anot đến catot và cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại. Tuy nhiên khác với điôt, để thyristor có thể dẫn dòng ngoài điều kiện phải có điện áp UAK > 0 còn cần thêm một số điều khiển khác. Do đó thyristor được coi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với điôt là phần tử không điều khiển được. 1. Mở thyristor Khi được phân cực thuận UAK > 0 thyristor có thể mở bằng hai cách. Thứ nhất có thể tăng điện áp anot- catot cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất , Uthmax khi đó điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp mở này trong thực tế không được áp dụng và còn nguyên nhân mở không mong muốn vì không phải lúc nào cũng có thể tăng được điện áp đến giá trị Uthmax. Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp thyristor tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp nhiễu tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước. Phương pháp thứ hai là phương pháp được áp dụng thực tế là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot – catot nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anot – catot lớn hơn một giá trị nhất định, gọi là dòng duy trì (Idt) thì thyristor sẽ tiếp tục cho trạng thái mở dẫn dòng mà không cần đến sự tồn tại của xung dòng điều khiển nữa. Điều này nghĩa là có thể điều khiển mở các thyristor bằng các xung dòng có độ rộng xung nhất định, do đó công suất của mạch điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà thyristor là một phần tử đóng cắt, khống chế dòng điện. 2. Khoá thyristor Một thyristor đang dẫn dòng sẽ trở về trạng thái khoá (điện trở tương đương mạch anot – catot tăng cao) nếu dòng điện giảm xuống, nhỏ hơn giá trị dòng duy trì Idt. Tuy nhiên để thyristor vẫn ở trạng thái khoá, với trở kháng cao, khi điện áp anot – catot lại dương (UAK > 0) cần phải có một thời gian nhất định để các lớp tiếp giáp phục hồi hoàn toàn tính chất cản trở dòng điện của mình. Khi thyristor dẫn dòng theo chiều thuận UAK > 0, hai lớp tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, các điện tích đi qua hai lớp này dễ dàng và lấp đầy tiếp giáp J2 đang bị phân cực ngược. Vì vậy mà dòng điện có thể chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3. Để khoá thyristor lại cần giảm dòng anot – catot về dưới mức dòng duy trì (Idt) và đặt một điện áp ngược lên anot – catot (UAK < 0) trong một khoảng thời gian tối thiểu, gọi là thời gian phục hồi, tr. Trong thời gian phục hồi có một dòng điện ngược chạy giữa catot và anot. Dòng điện ngược này di tản các điện tích ra khỏi tiếp giáp J2 và nạp điện cho tụ điện tương đương của hai tiếp giáp J1, J3 lúc này đang bị phân cực ngược. Kết quả là khả năng cản trở dòng điện của J1. J3, được phục hồi. Thời gian phục hồi phụ thuộc vào lượng điện tích cần được di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn của thyristor và nạp điện cho tiếp giáp J1, J3. Quá trình khoá một thyristor được mô tả trên đồ thị hình 3. Theo hình 3 phần điện tích gạch chéo dưới đường dòng điện là lượng điện tích Q cần di tản ra ngoài cấu trúc bán dẫn của thyristor. Hình 3. Quá trình khoá một thyristor, ý nghĩa của thời gian phục hồi, tr Thời gian phục hồi là một trong những thông số quan trọng của thyristor thời gian phục hồi xác định dải tần số làm việc của thyristor, tr, có giá trị cỡ 5 – 50 ms đối với các thyristor tần số cao và cỡ 50 – 200 ms đối với các thyristor tần số thấp. I.6. Các yếu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor Quan hệ giữa điện áp trên cực điều khiển và catot với dòng điện đi vào cực điều khiển xác định các yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển thyristor . Với cùng một loại thyristor nhà sản xuất sẽ cung cấp một họ đặc tính điều khiển, ví dụ như trên hình 4, trên đó có thể thấy được các đặc tính giới hạn về điện áp và dòng điện nhỏ nhất, ứng với một nhiệt độ môi trường nhất định mà tín hiệu điều khiển phải đảm bảo để mở được chắc chắn một thyristor. Dòng điều khiển đi qua tiếp giáp p-n giữa cực điều khiển và catot cũng làm phát nóng tiếp giáp này. Vì vậy tín hiệu điều khiển cũng phải bị hạn chế về công suất. Công suất giới hạn của tín hiệu điều khiển phụ thuộc thời gian. Nếu tín hiệu điều khiển là một xung có độ rộng càng ngắn thì công suất cho phép có thể càng lớn. Sơ đồ tiêu biểu của một mạch khuếch đại xung điều khiển thyristor được cho trên hình 5. Khoá Transistor T được điều khiển bởi một xung có độ rộng nhất định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp biến áp xung. Xung điều khiển đưa đến cực điều khiển của thyristor ở bên phía cuộn thứ cấp. Như vậy mạch lực được cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển bởi biến áp xung. Điện trở R hạn chế dòng qua transistor và xác định nội trở của nguồn tín hiệu điều khiển. Điôt D1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp cung khi transistor T khoá lại để chống quá áp trên T. Điot D2 ngăn xung âm và cực điều khiển. Điot D3 mắc song song với cực điều khiển và có thể song song với tụ C có tác dụng giảm quá áp trên tiếp giáp G – K khi thyristor bị phân cực ngược. bax D 2 V D 3 C T D 1 R +Un Hình 5 II. Các bộ biến đổi xung áp II.1. Đặc điểm chung. Các bộ điện áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi được điện áp xoay chiều ra tải. Do tải đòi hỏi dòng điện xoay chiều nên phải dùng loại van bán dẫn là TRIAC hoặc ghép hai van dẫn một chiều song song ngược nhau để mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải: Như vậy có thể ghép 2 thyistor với nhau (gọi là kiểu đối xứng ) hoặc 1 thyristor với 1 điôt. ĐAXC dùng van bán dẫn có đầy đủ các ưu điểm của nhưng mạch công suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: Dễ điều chỉnh và tự động hoá, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kích thước gọn, dễ thay thế. Thích hợp với quá trình hiện đại hoá, tập chung hoá các quá trình công nghệ...Nhược điểm chung và cơ bản của ĐAXC là điện áp ra tải không sin trong toàn dải điều chỉnh. Điện áp trên tải chỉ sin khi đưa toàn bộ điện áp nguồn ra tải, do vậy độ méo điện áp trên tải sẽ càng lớn khi điều chỉnh càng sâu, thành phần sóng dài khá cao. Với những tải yêu cầu nghiêm ngặt về độ méo và thành phần sóng dài không thể dùng ĐAXC được. Do vậy ứng dụng chủ yếu của nó là cho dạng tải có tính thuần trở: - Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệ chiếu sáng. - Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách khống chế công suất đưa vào lò. - ĐAXC cùng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ. Nhưng chỉ phù hợp với phụ tải của động cơ dạng quạt gió hoặc máy bơm li tâm với phạm vi điều chỉnh không lớn. ĐAXC thích hợp với các chế độ như khởi động, đóng ngắt tải cho động cơ điện. - ĐAXC cũng được dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp các biến áp lực và thông qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể dùng dòng điện xoay chiều hoặc một chiều ( chỉnh lưu điôt phía thứ cấp ) khi rơi vào hai trường hợp sau : a/. điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp như dòng điện thứ cấp rất lớn. b/. điện áp thứ cấp mà tải yêu càu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn. Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của van bán dẫn. Các van làm việc với điện áp xoay chiều nên được khoá tự nhiên bằng điện áp nguồn và cũng chịu các ảnh hưởng của lưới điện đến van, kiểu điều khiển van cũng là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều.đặc trưng khác biệt và các cơ sở do tính toán. II.2 Xung áp xoay chiều 3 pha 1. Các ơ đồ ứng dụng. A v 1 v 4 v 6 v 3 B v 2 v 5 C Z A A B C Hình 7 Z B Z C Z AB Z BC Z CA Z C Z B Z A v 1 v 2 v 3 Hình 7. Sơ đồ XAAC 3 pha a, tải có thể dấu Y hoặc **: b, thyristor V1, V2, V3, sẽ tạo thành điểm chung tính giả cho tải ZA, Zb, Zc,. XAAC 3 pha có thể thực hiện theo các phương án như trên hình 7. Sơ đồ (a) có thể áp dụng bán điều khiển, ví dụ thay V4, V6, V2 bằng 3 điôt. 2. Ưu nhược điểm của sơ đồ - Các sơ đồ XAAC nói chung đều đơn giản, do đó cho hiệu quả cao trong quá trình điều chỉnh điện áp xoay chiều. - Tuy nhiên dạng điện áp ra phụ thuộc rất nhiều vào góc độ điều khiển và tính chất của tải. Dạng điện áp ra cũng rất không sin. - Phù hợp với các ưng dụng yêu cầu công suất vừa và nhỏ, nhất là với tải thuần trở vì khi đó dạng điện áp trên tải không yêu cầu khắt khe. - Với công suất lớn có thể áp dụng trong những trường hợp dải điều chỉnh điện áp yêu cầu hẹp hoặc quá trình điều chỉnh chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn, ví dụ trong các bộ khởi động cơ. - Trong mọi trường hợp phải có biện pháp tránh ảnh hưởng của nhiễu ra ngoài lưới diện do đường điện không sin. Ví dụ phải lắp thêm các bộ lọc đầu vào. - Có thể cải thiện đáng kể đặc tính của XAAC nếu sử dụng các van điều khiển hoàn toàn. Khi đó việc điều chỉnh sẽ áp dụng phương pháp điều chế độ rộng xung ở mỗi nửa chu kỳ điện áp lưới. 3. Phân tích sự hoạt động của sơ đồ Để phân tích sự hoạt động của sơ đồ ta phải xác định lúc nào 3 pha cùng dẫn, lúc nào chỉ có 2 pha dẫn cũng như khoảng dẫn của các van. Ta hãy xét sơ đồ (a) với tải Y thuần trở, ZA= ZB= ZC. Đồ thị dạng điện áp trên tải với góc điều khiển a=300. dược biểu diễn trên hình 8 Hình 8. Đồ thị dạng điện áp trên tải với góc điều khiển a=300. sơ đồ (a) Góc điều khiển trong XAAC được tính từ thời điểm điện áp nguồn qua không. Ta cần lưu ý rằng trong hệ thống điện áp 3 pha dòng có thể chảy qua cả 3 pha hoặc chỉ qua 2 pha. Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi ph đúng bằng điện áp pha. Khi dòng chảy qua hai pha thì điện áp trên các pha tương ứng sẽ bằng một nửa điện áp dây. Như trên đồ thị 8 với 01Ê 0Ê 02 dòng có thể chay qua cả 3 pha. Khi đó V1 dẫn ở pha A, V6 dẫn ở pha B, V5 dẫn ở pha C. uZA=uA Với 02Ê 0Ê 03 ở pha C dòng không thể chảy qua V5 được nữa vì uc đã đảo chiều nên chỉ còn lại V1 dẫn dòng ở pha A cùng với V6 ở pha B. Do đó: Với 03Ê 0Ê 04 ở pha C, V2 nhận được tín hiệu điều khiển nên sẽ có 3 van dẫn ở 3 pha là V1, V2, V6. Do đó: uZA=uA Với 04Ê 0Ê 05 ở pha B, V6 không thể dẫn được nữa vì uB đã đảo chiều, chỉ còn V1, V2 dẫn: Với 05Ê 0Ê 06, V3 sẽ vào dẫn cùng với V1, V2: uZA=uA Với 06Ê 0Ê 07: uZA=0 bằng tính chất đối xứng có thẻ xác định được điện áp trên ZA trong nửa chu kỳ còn lại. Từ phân tích trên có thể thấy rằng: Với 0 Ê aÊ 600 có các giai đoạn 3 van và 2 van cùng dẫn. Với 600 Ê aÊ 900 chỉ có các giai đoạn 2 van cùng dẫn. Với 900 Ê aÊ 1500 chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn hoặc không có van nào dẫn cả. Ví dụ về dạng điện áp trên tải với góc điều khiển a=900 được cho trên hình 9 Hình 9. Dạng điện áp trên tải với góc điều khiển a=900 Chương ii. Tính toán thiết kế chọn mạch lực cho bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha. Vì tải thuần trở nên để tiện dụng ta sử dụng bộ biến đổi xung áp xoay chiều 3 pha cho mạch lực. Với các phần tử bảo vệ mạch lực - Bảo vệ quá trình cho van Sử dụng R1C mắc song song với van - Bảo vệ tốc độ tăng dòng di/dt cho van: Sử dụng cuộn cảm L. Sơ đồ mạch lực: I. Tính chọn van mạch động lực. Để đảm bảo cho mạch hoạt động một cách tin cậy khi làm việc với dòng điện lớn, điện áp cao, công suất phát nhiệt mạnh, tránh được hiện tượng van tự mở khi không cần xung điều khiển ta phải chọn van 1 cách hợp lý. Với công suất tải Pđm=30kw Vì tải thuần trở nên ta có: Dòng điện tức thời qua van i(v) = i(v) = (A) ậy dòng điện trung bình qua van là: (A) - Tính điện áp ngược đặt lên van: Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: Chọn cách làm mát bằng cách tản nhiệt và quạt gió. Hệ số dự trữ điện áp: Ka=2,0 Hệ số dự trữ dòng điện : Ki=1,5 Vậy ta có: Ungmaxthực = Kc.Ungmax = 2.930 = 1860 (V) ItbthựcV = Ki . Itbv = 1,5.20,48 = 30,72 (A) Chọn 6 Thyristor mã hiệu: T11 – 40 do Liên Xô chế tạo với các tham số: Kí hiệu Icp(A) IX (A) Id (A) Idò (mA) Cấp điện áp Cấp du/dt Cấp tph Cấp di/dt DU (V) Uđk (V) Iđk (mA) T11-40 40 360 600 20 13-22 2-4 1 2 2,7 5 200 - Cấp điện áp : Ungmax=1300-2200(v) - Dòng điện trung bình tối đa cho phép chảy qua van Icp=40(A). - Dòng điện quá tải ngắn hạn cho phép qua van trong thời gian không quá vài ms IX=360(A). - Trị số biên độ dòng điện dạng sin cho phép 1 lần qua van sau đó phải ngắt điện áp đặt: Id=600(A). - Dòng điện dò khi van ở trạng thái khoá: Idò=20mA. - Tốc độ tăng điện áp thuận lớn nhất đặt lên van mà van sẽ rọi vào hiện tượng tự dẫn không cần dòng điều khiển cấp(2-4). - Tốc độ tăng trưởng dòng lớn nhất qua van mà van không bị đánh thủng cấp 2. - Sụt áp trên van ở dòng định mức DU = 2,7(V). - Điện áp điều kiển nhỏ nhất vẫn đảm bảo dòng điều khiển mở van: Uđk=5V. - Dòng điện điều khiển nhỏ nhất vẫn đảm bảo mở van: Iđk=200mA. - Thời gian phục hồi tính chất khoá của van: Cấp 1. II. Tính chọn các phần tử bảo vệ cho van mạch động lực. Trong bộ ĐAXC, phần tử kém khả năng chịu được các biến động mạnh về điện áp và dòng điện chính là các van bán dẫn. Vì vậy việc bảo vệ mạch độg lực chủ yếu là bảo vệ các van bán dẫn khỏi hai trạng thái là quá dòng điện và quá điện áp. Tra các thông số của van TM11-40 ta được: - Trị số dòng điện cho phép : Icp=40(A). - Điện áp định mức của van: Uđm=2200(V). - Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép (cấp2): du/dt=50V/ms=50.106 V/S - Tốc độ tăng dòng tối đa (cấp 2): di/dt = 40A/ms=40.106A/S - Trị số điện trở tải: 1. Tính điện cảm bảo vệ tốc độ tăng dòng : di/dt. Dòng mạch ĐAXC mắc trực tiếp vào lưới điện, nên điện cảm này có vị trí rất quan trọng. Tốc độ tăng dòng sẽ lớn nhất khi điện áp trước khi van dẫn là cao nhất, tương ứng điện áp lưới tăng thêm 5%. Điện cảm L được tính: 2. Chọn phần tử bảo vệ quá áp R-C mắc song song với van: Chọn theo kinh nghiệm van càng lớn thì tụ càng lớn và điện trở càng nhỏ với các trị số: Điện trở nằm trong khoảng vài trục đến 100 W,điện trở nằm trong khoảng 0,1 đến 2mF. Ta chọn R = 60W C = 0,4mF. chương iii tính toán thiết kế mạch điều khiển I. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển của 1 Tiristo. II. các khâu của mạch điều khiển sơ đồ và nguyên lý hoạt động. II.1 Khâu đồng bộ: Sử dụng MBA đồng bộ: Tạo ra được điện áp có gốc lệch pha cố định với điện áp đặt lên vạn lực. Ngoài ra còn đạt thêm 2 mục tiêu quan trọng là: Chuyển đổi áp thường có giá trị cao song giá trị phù hợp với mạch điều khiển thường là điện áp thấp. Cách ly hoàn toàn giữa mạch điều khiển và mạch lực. Đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như cho các linh kiện điều khiển. Để tạo điện áp ĐB cho bộ ĐAXC 3 pha, sử dụng biến áp 3 pha. Tuy nhiên, vì mạch điều khiển có nhiều khâu cũng cần dùng biến áp nên chỉ dùng chung 1 biến áp có nhiều cuộn thứ cấp. Sơ đồ mạch biến áp ĐB 3 pha: Biến áp đồng bộ 3 pha & điện áp đồng pha Với sơ đồ a : Sơ cấp đấu tam giác: Phạm vi góc đièu khiển và đạt a = (00-1800) Với sơ đồ b: Sơ cấp đấu sao: Phạm vi góc điều khiển chỉ đạt a = (00-1500) vì van không mở ngay được khi điện áp lưới bắt đầu dương. II.2. Tạo điện áp tựa dạng răng cưa của tuyến tính ở cả hai nửa chu kỳ sử dụng khuyếch đại thuật toán 0A. ở các mạch tạo điện áp tựa dạng răng cưa dùng trandisto có nhược điểm chung là sự phụ thuộc khá rõ thời điểm mở và khoá các bảng vào điện áp đồng pha. Do vậy điện áp cũng ít nhiều bị biến động theo điện áp lưới điện xoay chiều. Điều này làm ảnh hưởng tới góc điều khiển và cũng như phạm vi điều chỉnh nó. Hiện nay mạch tạo răng cưa sử dụng 0A ngày càng đượcứng dụng nhiều hơn do khắc phục được các nhưọc điểm của mạch dùng Tradisto. Mặt khác giá thành của 0A đã khá rẻ. Sơ đồ mạch tạo răng cưa Khuyếch đại thuật toán 0A1 đấu theo sơ đồ so sánh, có nhiệm vụ so sánh 2 điện áp đầu vào của 0A1. Điện áp đầu ra tuân theo quy luật: Ura = K0DU= K0(U+ - U-) Dòng 0A2 làm nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa. Nguyên lý làm việc như sau: Khi điện áp đầu ra của 0A1: UB < 0 0A1 bão hoà âm: UB = - Ubh đi ốt D3 dẫn. Sử dụng đặc điểm của 0A là điện thế giữa hai cửa (+) và (-) của nó bằng nhau, ta có điện thế điểm là (-) của 0A bằng 0V do điểm (+) nối với 0V lúc đó theo sơ đồ mạch ta thấy. Điện áp trên tụ C1 bằng điện áp đầu ra 0A2:Uc1 = U0A2 Điện áp trên điện trở R2 điện áp đầu ra 0A1 (bỏ qua sụt áp trên điốt D3): UR2 = UB. Với R2 << R3 dẫn đến iR3 << iR3, nên quá trình phân tích có thể bỏ qua dòng điện iR3. Như vậy dòng qua tụ điện IC1 bằng dòng qua điện trở IR2. Vì dòng của (-) có A không đáng kể (tổng trở vào có A vô cùng lớn) kết hợpnhững điều kiện trên ta có: Uc = Uc1 = II.2. Khâu tạo xung chùm: Sử dụng khuếch đại thuật toán OA. Sơ đồ mạch tạo dao động dùng khuếch đại thuật toán OA. Khuếch đại thuật toán OA được sử dụng như 1 bộ so sánh 2 cửa. Tụ C2 liên tục được pháp nạp làm cho OA đảo trạng thái mỗi lần điện áp trên tụ đạt trị số của bộ điện trở chia điện áp II – 3. Mạch trộn xung. Sử ụng mạch logic AND. Loại CMOS 4081. Tín hiệu đầu ra Ur=1 chỉ khi Uss=1 và Vdđ=1 I-4. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung. Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công xuất do khâu tạo dạng xung hình thành đủ mạch để mở van lực. Khếch đại xung ghép bằng biến áp xung la phương pháp rất thông dụng vì rễ dàng cách ly mạch điều khiển và mạch động lực. a- Sơ đồ nguyên lý mạch: b- Nguyên lý làm việc: Xung sẽ phát khi T1, T2 cũng mở ở điểm tương ưng góc a. Tín hiệu vào là tín hiệu logic: Khi Uv="1" thì T1 dẫn - T2 dẫn. Khi Uv="0" thì T1 khoá - T2 khoá. Do biến áp xung có tính vi phân nên điện trở R2 dùng để tiêu tán năng lượng tích luỹ ở các cuộn dây trong giai đoạn T1 và T2 khoá. Nếu không có R2 thì biên độ của các xung sẽ bị giảm đi đáng kể do điểm làm việc của lõi thép biến áp xung đã bị đẩy lên phía bão hoà. Tụ C2 dùng để giữ điện áp ban đầu trên biến áp xung bằng +E (Do R2 mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp biến áp xung nên khi dẫn nó sẽ làm giảm áp đặt vào biến áp xung). II. 5. Khâu tạo điện áp tựa: Hiện nay sử dụng chủ yếu 2 dạng biến áp tựa là dạng hình sim và dạng răng cưa. Đa số các điện áp tựa trong mạch điều khiển chỉnh lưu, ĐAXC hiện thời đều dùng dạng răng cưa. Vì nó khắc phục được nhược điểmcủa dạng hình sin: ít bị ảnh hưởng của điện ápvà tần số nguồn xoay chiều. Tuy nhiên nhược điểm đó của nó không đạt được quan hệ tuyến tính trong điện áp điều khiển và điện áp của bộ ĐAXC. II.6. Khâu so sánh. Khâu này có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa ( dạng răng cưa) để định thời điểm phat xung điều khiển, thông thường đó là thừi điểm khi 2 điện ápnày bằng nhau. Nói cách khác đây là khâu xác định góc điều khiển a. Khâu so sánh có thể thực hiện bằng các phần tử như sau: Khuếch đại từ, trandisto hay khuếch đại thuật toán OA,. Sử dụng nhiều nhất hiện nay là các OA vì cho phép đảm bảo độ chính xác co, nhất là khi dùng OA chuyên dụng - comparator, có giá thành hạ, không cần chỉnh định phức tạp. So sánh dùng khuếch đại thuật toán: khuếch đại thuật toán (OA) là phần tử so sánh lý tưởng vì những lý do sau: Tổng trở vào của OA rất lớn nên không gây ảnh hưởng đến các điện áp đưa vào so sánh, nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để không tácđộng sang nhau. Tầng vào của OA cũng thường là loại kuếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số khuếch đại rất lớn ( có thể nên đến 1 triệu). Vì thế độ chính xác so sánh rất cao, độ trễ không quá vài mS. Sường xung dốc đứng nên, so với tần số 50HF. So sánh kiểu 2 cửa Ura = K0(U+ - U-) = K0(Ut – Uđk). Nếu Uđk > Ut điện áp ra là âm bão hoà Khi Uđk < Ut điện áp ra là dương bão hoà Có 2 điểm cần lưu ý khi dùng so sánh cửa. Các điện áp đưa vào so sánh phải cùng dấu (cùng dương hoặc cùng âm) Thì mới có hiện tượng thay đổi trạng thái đầu ra. Độ chênh lẹch tối đa giữa 2 cửa trong khi làm việc không được vượt giới hạn cho phép của loại OA đã chọn. R8, R9. II - 7. Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển. Chọn nguồn cung cấp cho mạch điều khiển là nguồn một chiều ổn áp có giá trị thao cấp. Vì mạch ổn áp yêu cầu điện áp vào phải là điện áp một chiều đã được lọc sơ bộ, nên không thể dùng nguồn cho KĐX cấp chung, cho mạch ổn áp tiện dụng cho mạch ổn áp loại này t