Tìm hiểu về động cơ không đồng bộ ba pha và các phương pháp điều khiển

rò cực đại Ir =30 mA Thời gian chuyển mạch Tcm= 75 ms II.2.2 Tính chọn các thiết bị bảo vệ. Thiết bị đóng cắt từ xa. Để đóng cắt tải và điều khiển từ xa ta sử dụng một công tắc tơ ba pha. Dựa vào số liệu dòng điện và điện áp của động cơ ta chọn công tắc tơ sau: Ký hiệu:GMC-300; Iđm = 300A; Uđm=380V; Pđm =132kW của hãng LG Industrial Systems Co.,Ltd. Bảo vệ động cơ. Để bảo vệ quá tải và ngắn mạch của động cơ và dùng cho cả việc đóng cắt ta sử dụng aptomat. Aptomat được chọn theo điều kiện làm việc lâu dài dựa vào các yêu cầu sau: IđmAP ³ Itt và UđmAP ³ Utt Trong đó: - Itt là dòng điện tính toán đối với tải là động cơ thì Itt là dòng điện định mức của động cơ. - Utt là điện áp định mức của mạng điện cung cấp (điện áp định mức của động cơ). Ta chọn Aptomat chỉnh định xoay chiều ba pha bảo vệ hỗn hợp có: Iđm =1,1IđmĐ = 1,1.210 = 231 A Uđm = UđmĐ =380 V Tra catalog chọn Aptomat có các thông số sau: Ký hiệu: GBL203E ; số cực: 3 ; Iđm =250A; Uđm=380V ; IN =85kA, của hãng LG Industrial Systems Co.,Ltd. Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inmcđ= Ikđ. Thông thường k chọn trong khoảng 1,6 á 2,5 với giá trị nhỏ dành cho thiết bị khởi động nhiều, giá trị lớn dành cho thiết bị khởi động ít. Chọn k= 2 ta có: Inmcđ = l1.IđmĐ. = 4.210.0,5 = 420 A Chỉnh định dòng quá tải : Iqtcđ = 1,25 IđmĐ = 1,25.210 = 262,5A Bảo vệ ngắn mạch các thyristor Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các van. Có nhiều cách đặt cầu chì trong mạch để bảo vệ van bán dẫn: - Đặt nối tiếp với từng thyristor. - Đặt nối tiếp với nhóm thyristor mắc song song. Các thông số đặc chưng cho cầu chì là điện áp định mức và dòng điện định mức. Không được đặt cầu chì vào mạch điện có điện áp và dòng điện lớn hơn điện áp và dòng điện định mức của dây chảy. ở đây do dòng khởi động của động cơ lớn (4 lần Iđm), dây chảy là loại tác động nhanh vì vậy phải chọn sao cho ở thời gian khởi động thì cầu chảy không tác động. Việc chọn một cách chính xác tương đối khó khăn vì vậy ta chọn các thông số của cầu chảy theo kinh nghiệm. Chọn cầu chảy có : Uđm = 380 V Iđm = 1,2.IhdV =1,2.149 =179 A Bảo vệ quá nhiệt cho các thyristor. Khi có dòng điện chảy qua van sẽ có sụt áp DU trên điện trở thuận của van nên có tổn hao công suất trên van. Tổn hao này sẽ đốt nóng van làm cho van bị quá nhiệt. Nếu không có biện pháp làm mát van một cách thích hợp thì tổn hao nhiệt sẽ làm van bị đánh thủng không còn tác dụng nữa. Sau đây ta sẽ tính toán cánh tỏa nhiệt để bảo vệ van. Tổn hao công suất trên van: DP = DU.Ihd = 1,6.149 = 238,4 W Diện tích bề mặt cần thiết: Sm ³ Trong đó: Km : hệ số tỏa nhiệt bề mặt bằng đối lưu và bức xạ chọn Km = 14 W/m2 0C. t : độ chênh nhiệt cho phép giữa vỏ thyristor và môi trường. Chọn nhiệt độ môi trường Tmt=400C, tra thông số của thyristor có nhiệt độ lớn nhất cho phép ở vỏ Tv = 800 C t = Tv- Tmt = 400C Vậy ta có: Sm ³ = 0,4257 m2 Trên đây chỉ là tính toán sơ bộ trong thực tế cần tăng cường làm mát nhiều hơn. Bảo vệ quá điện áp. Giống như hầu hết các thiết bị bán dẫn, thyristor rất nhạy với điện áp cao với sự quá điện áp trong thời gian rất ngắn cũng có thể làm hỏng van. Những yếu tố điện áp ảnh hưởng lớn nhất tới van cần bảo vệ là: Điện áp đặt vào lớn quá thông số của van. Xung điện áp do chuyển mạch van. Xung điện áp từ phía lưới xoay chiều, nguyên nhân thường gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây. Để bảo vệ van khi làm việc dài hạn mà không bị quá điện áp chúng ta phải chọn các van theo điện áp ngược max đặt lên van. Để bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van ta dùng mạch R-C mắc song song với các van bán dẫn. Khi có sự chuyển mạch van suất hiện xung điện áp ở bề mặt lớp tiếp giáp của van do có mạch R-C tạo thành mạch vòng phóng các xung điện áp quá độ đó bảo vệ được van an toàn. Các thông số của mạch R-C có thể tính chính xác tuy nhiên việc tính chính xác mất rất nhiều thời gian và phụ thuộc thông số của van và phụ tải. Thông thường, người ta thường chọn các thông số gần đúng theo kinh nghiệm. Chọn R và C như sau: R = ( 5 á 30 ) W C = (0,5á 4) mF R C T Hình 3.13 - Mạch bảo vệ xung điện áp do đóng cắt cho van. II.3 Sơ đồ mạch lực của hệ thống. Hình 3.15 trình bày sơ đồ mạch lực của hệ điều chỉnh pha động cơ ba pha dùng thyristor. cc cc R C T1 T4 cc cc R C T3 cc cc R C T6 T2 T5 AP K K K A B C ĐC M cc K K D Hình 3.15 - Sơ đồ mạch lực của hệ điều chỉnh pha động cơ cc cc CHƯƠNG 4 THIếT Kế MạCH ĐIềU KHIểN Như ta đã biết, thyristor chỉ mở cho dòng chạy điện qua khi có điện áp dương đặt trên Anod-Catot (UAK>0) và có xung điện áp dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn có tác dụng gì nữa khi đó dòng điện chảy qua thyristor do thông số của mạch động lực quyết định. Do vậy, cần phải xây dựng một mạch điều khiển để cho phép thyristor hoạt động theo những qui luật nhất định. Chức năng của mạch điều khiển như sau: - Điều chỉnh thời điểm cấp xung điều khiển mở thyristor trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Anod- Catot của thyristor. ĐF SS KĐ,TX Uđf Uđk Hình 4.-19-: Sơ đồ khối của mạch điều khiển. T - Tạo ra các xung đủ điều kiện điều khiển mở thyristor (xung điều khiển thường có biên độ từ 2 đến 10 V, độ rộng xung Tx = 20 á 100ms đối với các thiết bị thông thường, Tx< 10 ms đối với các thiết bị biến đổi tần số cao). Sơ đồ khối của mạch điều khiển được trình bày ở hình dưới: + Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa (Urc) trùng pha với điện áp UAK hoặc biến thiên theo qui luật phù hợp. Thường điện áp tựa biến thiên theo quy luật tuyến tính hay arccoss. + Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển(Uđk). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk = Urc) thì thông báo gửi sang khâu khuếch đại. + Khâu khuếch đại tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor. Xung mở thysitor cần có yêu cầu sau: - Sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu thyristor mở tức thời. Thường dùng xung nhọn hoặc xung chữ nhật. - Đủ công suất( đủ điện áp và dòng điện ). - Cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực. - Đủ độ rộng xung ( độ rộng xung lớn hơn thời gian mở thyristor). I - Nguyên tắc điều khiển Trong thực tế hiện nay, người ta hay dùng hai nguyên tắc điều khiển đó là nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc thẳng đứng arccoss để thực hiện việc điều chỉnh góc mở của thyristor cho phù hợp với mục đích yêu cầu. I.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. t t U p Xđk p Uđk Urc Utải t t Hình 4.2- 9-: Sơ Dạng điện áp của nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.đồ khối của mạch điều khiển 0 2p Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào thyristor, để có thể điều khiển được góc mở a của thyristor trong vùng điện áp dương UAK ta tạo một điện áp tựa dạng tam giác, thường được gọi là điện áp răng cưa. Dùng điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa đó và tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau phát lệnh mở thyristor tại góc mở a. Bằng việc thay đổi Uđk ta có thể thay đổi được góc mở a qua đó điều khiển được điện áp ra. Thyristor được mở cho tới cuối bán kỳ (cho tới khi dòng điện bằng không). Dưới đây là giản đồ miêu tả nguyên tắc trên. I.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos. Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp: - Một điện áp đồng bộ vượt trước UAK của thyristor một góc bằng p/2 ( nếu UAK = Asinwt thì Uđb = Bcoswt). - Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều khiển theo hai phía dương và âm. Đem so sánh hai điện áp trên và tai thời điểm hai điện áp bằng nhau ứng với góc mở a phát lệnh mở thyristor. Tại thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển ta có: Uđb = Bcosa =Uđk => a = - Khi Uđk = B thì a = 0 ; - Khi Uđk = 0 thì a = ; - Khi Uđk = -B thì a = p; t t U p Xđk Uđk Ut Utải t Uđp 2p 0 Hình 4.-39-: Sơ Dạng điện áp của nguyêntắc điều khiển arccoss.đồ khối của mạch điều khiển p 0 Như vậy khi thay đổi Uđk từ -B á B ta thay đổi được góc mở a từ 0á180o. Hình 4.3 trình bày dạng điện áp của nguyên lý. ii - một số sơ đồ điển hình các khâu trong mạch điều khiển II.1 Khâu đồng pha. Hiện nay, mạch điều chỉnh chỉnh lưu hay điều chỉnh xoay chiều thường được thiết kế theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là đặc tính điều chỉnh phi tuyến. Do vậy khi cần đặc tính điều chỉnh tuyến tính ta dùng phương pháp thẳng đứng arccos. Dưới đây là một số khâu đồng pha điển hình:. Ur R1 D2 D1 F * -E C U1 B R2 Hình 4.-49-: Sơ Sơ đồ đồng pha dùng diod và tụ và dạng điện áp.đồ khối của mạch điều khiển UA Ur * A U1 R1 D F A -E C Ur B R2 Tr Hình 4.-59-: Sơ Sơ đồ đông pha dùng transistor và dạng điện áp.đồ khối của mạch điều khiển UA Ur * * ghép quang Ur C R2 +E D U1 U1 Ur Hình 4.-69-: Sơ Sơ đồ đồng pha dùng diod quang và dạng điện áp.đồ khối của mạch điều khiển U1 Ur R3 Tr B A + - - + C R2 -E D Hình 4.-79-: Sơ Sơ đồ đồng pha dùng KĐTT và dạng điện ápđồ khối của mạch điều khiển UB Ur * * U1 U2 R3 R1 R2 C - + i- i+ U+ U- Is I1 Hình 4.-89-: Sơ Sơ đồ đồng pha nguyên tắc arcoss và dạng điện áp.đồ khối của mạch điều khiển U1 U2 Hoạt động của các sơ đồ - Hình 14.4: - Khi điện áp tại A dương dòng qua R1 và D1 khi đó nếu bỏ qua sụt áp trên diod thì VB= V0 nên UBC > 0 làm D2 thông hay là Vc=0o. Do đó điện áp ra Ur = 0. - Khi điện áp tại A âm, diod D1 và D2 làm hở mạch, tụ được nạp qua R2 với hằng số thời gian nạp tụ t=R2.C. Khi B âm hơn C tụ C vẫn được nạp. Tới một lúc nào đó UB tăng và C âm hơn B, D2 dẫn tụ xả qua thứ cấp biến áp -R1 - D2 . Điện áp ra là điện áp trên tụ C. * Nhược điểm của sơ đồ này là điện áp tựa ( điện áp nạp tụ) không phủ hết nửa chu kỳ của điện áp đồng pha, góc mở van bị giới hạn. do vậy sơ đồ này ít được sử dụng. - Hình 24.5: - Khi điện thế điểm A dương, transintor khoá tụ được nạp qua một điện trở R2 với hằng số thời gian t=R2C. - Khi điện thế điểm A âm TR dẫn tụ xả qua TR. Điện áp tựa là điện áp trên tụ phần tụ nạp. * Sơ đồ này có điện áp tựa biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ của điện áp đồng pha UAK cho phép điều chỉnh được vị chí xung điều khiển từ 0 đến 1800. - Hình 4.63: Với sự ra đời của linh kiện ghép quang, người ta có thể dùng nó để tạo điện áp tựa. - Khi U1 âm D dẫn Dq khoá làm cho TRq khoá tụ nạp qua R2 với hằng số thời gian t=R2C. - Khi U1 dương D khoá Dq dẫn mở thông TRq tụ xả qua TRq xuống điểm mass của mạch. Điện áp tựa là phần tụ nạp. - Hình 4.7: Trong nửa chu kỳ dương của điện áp UA, do UA được đưa vào đầu đảo của OA1 nên VB=-VSAT ( điện áp bão hoà của OA = 0,9Ecc ). Khi UA đổi dấu, VB lật trạng thái VB=VSAT. Khi B âm, diod D1 dẫn, TR1 khoá ta có mạch tích phân đảo. Điện áp đầu ra của của OA2 có dạng tam giác. đối với xung dương B, D1 khoá TR1 mở thông Điện áp tựa sẽ bằng đầu vào đảo U- mà ta có U-=U+ =0 nên Urc =0. * Việc sử dụng khuếch thuật toán có nhiều ưu điểm như: mạch gọn nhẹ với hệ số khuếch đại của khuếch thuật toán rất lớn (A=104 á 105) nên chỉ cần một sai lệch rất nhỏ của hiệu Ud= U+ - U- thì đầu ra đã lật trạng thái điều đó cho phép điều chỉnh chính xác ở vùng điện áp lân cận 0. - Hình 54.8: Sơ đồ này cho phép tạo ra U2 = Um coswt khi điện áp đầu vào là U1=Umsinwt. Vận dụng hai định luật cơ bản củab khuếch đại thuật toán: i-=i+=0 ud=u+-u-=0 Ta có thể viết: is =-i1 u+ = U1=I1.R1+u-= I1.R1 + rút I1 ra thay vào biểu thức của U2 = Is.R2+ u- và chọn R1=R2, R3=Xc ta có : U2=Umcoswt. ( Tham khảo tài liệu 1) II.2 Khâu so sánh. Urc Uđk Ura +E Tr B Hình 4.-99-: Sơ Sơ đồ so sánh dùng transistor và dạng điện áp.đồ khối của mạch điều khiển -Urc Uđk U ra U t 0 + Sơ đồ dùng transistor. t t Với sơ đồ này cho phép so sánh hai điện áp trái dấu. Điện áp tại điểm B là UB= Urc + U đk . Khi giá trị này dương thì transistor mở thông điện áp ra bằng không. Tại thời điểm ỗUrcỗ= Uđk , tiếp giáp BE của Tr bắt đầu phân cực ngược làm cho Tr khoá => Ura= +E. Sự thay đổi trạng thái đầu ra cho ta đánh dấu được sđược thời điểm cần mở thyristor. Với việc sử dụng Tr có nhược điểm là Tr làm việc ở chế độ khuếch đại với điện áp UB cỡ mV chứ không phải chế độ đóng cắt như ta mong muốn. Điều đó làm thời điểm mở thyristor bị lệch khá xa so với thời điểm cần mở chính xác tại ỗUrcỗ= Uđk. + Sơ đồ dùng khuếch đại thuật toán Urc Uđk Ura OA + - R1 R2 Hình 4.-109-: Sơ Sơ đồ so sánh một cổng dùng KĐTT.đồ khối của mạch điều khiển Urc Uđk Ura OA + - R2 Hình 4.-119-: Sơ Sơ đồ so sánh hai cổng dùng KĐTT.đồ khối của mạch điều khiển R1 Như đã nói ở phần trước, khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại rất lớn, chỉ cần một giá trị rất nhỏ của Ud = U+ -U- là đầu ra đã chuyển trạng thái. Vì vậy, ứng dụng khuếch thuật toán làm khâu so sánh cho kết quả rất tốt. Hình trên vẽ sơ đồ hai khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán. Hình 4.10: Sơ đồ này áp dụng cho việc so sánh hai điện áp trái dấu. - Điện thế tại cổng đảo : U- = Urc- ( Urc- Uđk). - Nếu R1=R2 thì U = Vì U+=0 nên Ud=U-. - Khi ỗUdkỗ< Urc thì Ura = -Vsat. Uđk Ur Urc t U Hình 4.-139-: Sơ Dạng điện áp của sơ đồ so sánh một cổng.đồ khối của mạch điều khiển -Vsat +Vsat - Khi ỗUdkỗ> Urc thì Ura= Vsat. Hình 4.11: Sơ đồ so sánh hai cổng cho phép so sánh hai điện áp cùng dấu: Tacó: Ud = Uđk-Urc - Khi Ud > 0 (Uđk > Urc) thì Ura = Vsat. - Khi Ud Urc) thì Ura =-Vsat. Uđk Ur Urc t U Hình 4.-129-:D Sơ ạng điện áp của sơ đồ so sánh hai cổng.đồ khối của mạch điều khiển +Vsat -Vsat 0 Với dạng điện áp tựa tạo được từ các khâu đồng pha đã nêu, khi tăng điện áp điều khiển Uđk, góc mở thyristor tăng và điện áp cấp cho tải giảm. Như vậy, điện áp ra và điện áp điều khiển có quan hệ ngược. Điều này không thích hợp cho thói quen điều khiển thuận chiều. Để tạo ra mối quan hệ thuận ta sử dụng khâu cộng đảo dùng khuếch đại thuật toán đệm giữa đồng pha và so sánh. Sơ đồ mạch và điện áp tựa như hình vẽ dưới. R0 R R R/2 -E Uadd Urc2 + - Urc1 Hình 4.-149-: Sơ Sơ thay đổi sườn điện áp tựa và dạng điện áp.đồ khối của mạch điều khiển Urc1 Urc2 + Biểu thức của điện áp ra Urc2 : Urc2 = - Để có Urc2 mong muốn như hình vẽ điện áp U phải ngược dấu với Urc1 và có độ lớn bằng biên độ Urc1. Với việc chọn thích hợp ta có thể nâng cao biên độ của Urc2. Điều này làm dải thay đổi điện áp điều chỉnh được tăng nên thuận lợi cho quá trình điều khiển. II.3 Khâu khuếch đại tạo xung. R2 R1 D1 D2 Xđk Uv BAX Tr R2 R1 D1 D2 +E Xđk Uv BAX D3 Tr1 Tr2 Hình 4.-159-: Sơ Sơ đồ khâu khuếch đại tạo xung.đồ khối của mạch điều khiển ab ba * * * * Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor, tầng khuếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng transistor công suất và biến áp xung. Sơ đồ mô tả ở dưới: Hoạt động của sơ đồ: t t t t Xđk ic ib Uv Hình 4.-169-: SơDạng điện áp của sơ đồ KĐTX .đồ khối của mạch điều khiển 0 u,i Tín hiệu vào lấy được từ đầu vào của khâu so sánh khi Uv= 1 thì transistor mở thông bão hoà cho dòng ic chạy qua. Trong vùng biến thiên của dòng điện ic ở cuộn sơ cấp biến áp xung thì trong cuộn thứ cấp của biến áp xung sẽ suất hiện một suất điện động cản ứng. Sức điện động cảm ứng đó được lấy ra làm xung điều khiển cho thyristor. Khi Uv = 0 Transistor bị khoá, ic giảm về không. Các điện áp cho ở hình dưới: + Tác dụng của các linh kiện: - R1: hạn chế dòng điện bazơ của transistor. - R2: hạn chế dòng điện Emitơ. - D1: bảo vệ transistor của cuộn sơ cấp của biến áp xung. - D2: chặn xung âm điều khiển thyristor. Khi transistor mở thông, dòng điện ic tăng theo hàm mũ: ic = với : điện cảm của biến áp xung. Khi transistor khoá dòng điện dạt đến độ lớn: I = Khi không có D1 thì năng lượng tích luỹ trong cuộn dây W = sẽ gây quá áp trên các cực C-E làm phá hỏng transistor và trên cuộn dây sơ cấp của biến áp xung. Sơ đồ a áp dụng cho mạch mà cần công suất điều khiển không lớn lắm do hệ số khuếch đại của transistor không lớn lắm. Khi cần công suất điều khiển lớn người ta dùng sơ đồ b. Với sơ đồ này bằng việc dùng hai transistor mắc theo kiểu darlington chúng có hệ số khuếch đại rất lớn bằng tích số hệ số khuếch đại của hai transistor. R2 R1 D1 D2 +E Xđk Uv BAX D3 Tr1 Tr2 Hình 4.-179-: Sơ Sơ đồ KĐTX dùng tụ hạn chế .đồ khối của mạch điều khiển * * C Trong thực tế, độ rộng của xung điều khiển chỉ cần bé( từ 10 á200ms) mà thời gian mở thông của transistor thường lớn hơn nhiều ( tối đa có thể tới một nửa chu kỳ của điện áp lưới 0,01s) làm cho công suất toả nhiệt dư của transitor tương đối lớn và ần kích thước cuộn dây của biến áp xung cũng cần phải lớn. Để giải quyết vấn đề này người ta dùng một tụ nối tầng C trước khâu khuếch đại tạo xung. Trong sơ đồ này transitor chỉ mở cho dòng điện đi qua trong thời gian nạp tụ với hằng số thời gian t = C( R1 + rbe) rất nhỏ. Khi tụ nạp đầy dòngngf qua tụ bằng không do đó dòng hiệu dụng qua transistor nhỏ hơn nhiều. II.4 Mạch tạo xung chùm. & SS XC Tới KĐTX Hình 4.-179-: Sơ Sơ đồ phối hợp tạo xung điều khiển .đồ khối của mạch điều khiển Đối với một số sơ đồ mạch, để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung kích mở nhằm đảm bảo thyristor mở một cách chắc chắn. Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuếch đại người ta đưa thêm một cổng and với tín hiệu vào nhận từ khâu so sánh và từ bộ tạo xung chùm. R2 R1 R3 C OA + - a R4 R1 R2 R3 C + - - + b 1 2 6 7 8 4 3 5 C1 C2 R2 R1 +E Hình 4.-189-: CácSơ sơ đồ tạo xung chùm .đồ khối của mạch điều khiển c Ux Ux Ux Dưới đây là các sơ đồ tạo xung chùm: Đối với những mạch điều khiển công suất lớn thì việc dùng vi mạch 555 cho ta chất lượng xung khá tốt và sơ đồ cũng tương đối đơn giản. III - Lựa chọn và tính toán sơ đồ mạch điều khiển Lựa chọn sơ đồ mạch điều khiển Với việc phân tích hoạt động và ưu nhược điểm của từng sơ đồ ở từng khâu nói trên cho phép ta lựa chọn được một sơ đồ điều khiển cho từng kênh thích hợp. Trong sơ đồ đã chọn ta sử dụng một bộ tạo xung chùm cấp cho cả 6 kênh điều khiển cho 6 thyristor. Để yên tâm về công suất ra của chùm xung ta chọn bộ phát xung chùm IC 555. Sơ đồ điều khiển cho một pha dã lựa chọn được trình bày ở hình vẽ 4.19 (trang sau). Hoạt động của sơ đồ được trình bày dưới dạng điện áp ra ở các điểm của mạch điều khiển hình vẽ 4.20.(trang sau). tổng số bản vẽ:5 khoa điện trường đại hoc bach khoa hà nội MạCH ĐIềU KHIểN HAI THYISTOR MộT PHA thực hiện gv duyệt gvhd: Bùi Dình tiếu Vũ VĂN CÔNG ngày 11-5-04 bộ môn thiết bị điện-điện tử bản vẽ số 4 tỉ lệ: 1:1 theo tiêu chuẩn:tcvn U đf BAĐF A R 1 OA 1 B R 3 OA 2 D1 R 2 Tr1 C1 C VR 1 -E R 5 VR 2 R 4 OA 3 D R 6 R 7 OA 4 VR 3 U đk AND 1 & E G & AND 2 H R 8 Tr 3 R 9 D2 D3 D4 +E BAX T1 T4 U add 555 C A R B R A 7 8 4 3 5 C B F 1 2 +E 6 A R 1 OA 1 B Đ1 R 3 OA 2 C C1 R 5 R 4 VR 2 OA 3 R 6 D R 7 OA 4 AND 1 & G & AND 2 H R 8 Tr 3 R 9 D2 D3 BAX D4 Tr1 R 2 +E Pha a U khóa Dưới đây trình bày dạng điện áp ra ở các khâu của mạch điều khiển đã thiết kế, qua đó thể hiện được hoạt động của sơ đồ. UA UB Điện áp điểm A và B Điện áp điểm B và C UB UC Điện áp điểm C và D UC UD Điện áp điểm D và E UD UE Điện áp điểm F Điện áp điểm A và G UA UG Hình 4.20 - Dạng điện áp của mạch điều khiển. Tính toán sơ đồ mạch điều khiển Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành ngược từ tầng khuếch đại trở đi. Công suất của tầng khuếch đại phụ thuộc vào các thông số cực điều khiển của thyristor. Các thông số cực điều khiển của thyristor cần thiết là: - Điện áp điều khiển Uđk = 3 V - Dòng điện điều khiển Iđk = 250 mA - Độ rộng xung điều khiển tx = 75 ms - Mức sụt biên độ xung (thường chọn) Sx = 0,2 III.1Tính biến áp xung. H DH DB Bm B HS Hm D d b Hình 4.-199-: Sơ Dạng lõi sắt và đặc tính làm việc của biến áp xung .đồ khối của mạch điều khiển Chọn vật liệu sắt từ có ký hiệu 50 HM là hợp kim của Niken-Mănggan. Lõi sắt có dạng hình xuyến làm việc trên một phần đặc tính từ hoá có từ cảm bão hoà Bs = 0,7 Tesla. Điểm làm việc lấy trong phần tuyến tính của đặc tính từ hoá. Theo TL7, do vùng làm việc lằm trên một phần của đặc tính từ hoá chọn: DB = = 0,4 Tesla ; DH = 50 H Từ thẩm của lõi sắt từ: m = Trong đó: m0 =1,25.10-6 là độ từ thẩm tuyệt đối của không khí. Thể tích lõi sắt từ V = Q.L = Trong đó: Q : là tiết diện dẫn từ . L : chiều dài trung bình của đường sức. Chọn tỷ số biến áp xung K=1 do đó ta có: Điện áp sơ cấp và thứ cấp biến áp xung U1= U2 =Uđk = 3V Dòng điện sơ cấp và thứ cấp biến áp xung I1 = I2 = Iđk =250 mA Để cho xung tạo được có độ rộng xung đủ lớn đảm bảo mở thyristor một cách chắc chắn. Ta chọn độ rộng xung có độ rộng lớn hơn giá trị tx ở trên. Chọn tx =200ms. Thay vào biểu thức trên ta có thể tích biến áp xung là: V = m3 Tra bảng trong tài liệu 2 chọn các số liệu chuẩn gần đúng: V = 1,64 cm3 a = 4 mm b = 5 mm d = 22 mm D= 30 mm Q = 20 mm2 L = 82 mm Qcs = 38,2mm2 Do chọn tỷ số biến áp k=1 nên hai cuộn thứ cấp và sơ cấp của biến áp xung giống nhau cho nên việc tính toán đơn giản hơn. Các thông số được tính như sau: Số vòng dây của cuộn sơ và thứ cấp Theo định luật cảm ứng điện từ ta có: U1 = W1.Q.= W.Q. Suy ra: W= vòng Thông số dây quấn Chọn mật độ dòng điện J = 5 A/mm2 ta có tiết diện dây quấnlà: S = mm2 Đường kính dây quấn: d = mm Chọn dây tiêu chuẩn có đường kính: d = 0,25 mm S = 0,04909 mm2 III.2 Tính tầng khuếch đại. Chọn transistor dùng trong tầng khuếch đại là transistor công suất loại npn có mã hiệu 2N5320 có các thông số: Điện áp UCB khi hở mạch: UCB0 = 100 V Dòng colector lớn nhất: Icmax = 2A Hệ số khuếch đại dòng điện: b = 50 Dòng làm việc của transistor: Ic = I1 = 0,25A Dòng điện bazơ cần thiết: IB =A Trong tầng khuếch đại này transistor làm việc ở chế độ đóng cắt xung, khoá và mở thông bão hoà. Do công suất cần điều khiển cho thyristor nhỏ ( Uđk =3 V, Iđk = ,25 A) nên việc sử dụng một transistor ở tầng khuếch đại là đủ công suất. Chọn điện áp nguồn cấp cho biến áp xung là +13,24 V ( xem ở phần sau) cần phải mắc thêm điện trở R9 hạn chế dòng điện colector. R9 = W Trong đó: UCesat là điện áp C-E khi transistor mở thông bão hoà. Chọn giá trị qui chuẩn R9 = 39 W. Chọn tất cả các diod trong mạch điều khiển là loại 1N4007 có các thông số: - Dòng làm việc lớn nhất: Imax = 1 A - Điện áp ngược lớn nhất: UN = 1000 V - Dòng điện rò cực đại : Irmax = 5mA + Chọn tụ điện trở R8. Điện trở R8 dùng để hạn chế dòng điện bazơ của Tr3. Ta cần chọn R8 sao cho Transistor mở thì mở thông bão hoà. Chọn hệ số bão hoà sâu Kbh=2,5 (có thể chọn từ 2á5-TL11) ta có: IBbh =Kbh.A Chọn điện trở R8 như sau: R8 =W Chọn giá trị điện trở chuẩn R8 = 470W. ỉ Tính chọn các khâu khác trong mạch điều khiển. + Chọn mạch AND Toàn bộ mạch điều khiển có 12 cổng AND nên ta chọn 3 IC 4081 họ CMOS. Mỗi IC chứa 4 cổng AND có các thông số: Nguồn nuôi IC: Vcc = 3 á 15V( max 18V ). Nhiệt độ làm việc: -400C á 850C( loại thương mại). Công suất tiêu thụ: 2,5nW/cổng(ở trạng thái xác lập). Sơ đồ trân có thể tra ở TL12. + Chọn IC khuếch thuật toán . Mỗi kênh điều khiển sử dụng 4 KĐTT và toàn bộ mạch điều khiển có 6 kênh nên chọn 6 IC loại TL 084CN do hãng Texas Instruments sản suất. Mỗi IC này chứa 4 KĐTT. Thông số của TL 084: Điện áp nguồn nuôi: Vcc =±3á±18V Hiệu điện thế giữa hai cực lớn nhất giữa hai đầu vào: ±30V Công suất tiêu thụ cực đại: P =680 nW Tổng trở vào: Rin = 106W Hệ số khuếch đại vòng hở: Aopen-loop=106dB Dòng điện đầu ra: 30 pA Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: 13V/ms Nhiệt độ làm việc: T=-25á850C Sơ đồ chân IC TL 084 có thể tra trong TL12. Chọn điện áp nguồn nuôi IC Ecc = ±12V. Điện áp ra bão hoà của KĐTT là ±Vsat ằ ±Ecc. + Tính chọn bộ tạo xung chùm. Chọn IC 555 là bộ phát xung chùm cho mạch điều khiển. Điện áp ra được lấy ở chân số 3 của IC sẽ có dạng xung vuông không đối xứng với: - Thời gian mở Ton = 0,69 (RA + RB) ứng với thời gian nạp tụ qua RA,RB. - Thời gian đóng Toff =0,69RB.CA ứng với thời gian xả tụ qua RB. - Chu kỳ điều khiển Tck = Ton + Toff = 0,69(RA+2RB)CA. Chọn nguồn cấp cho mạch tạo xung chùm là nguồn 12V. Tụ điện CB nối chân 5 với mass thường được chọn bằng 0,01mF (chọn loại tụ gốm 103). Chọn RA,RB, và CA sao cho Ton³ tx =200ms. Chọn CA =0,1mF (loại tụ gốm 104) do đó ta cần có: RA + RB ³ W. Để thuận tiện cho việc điều chỉnh chọn RA là biến trở 2,2 kW , RB là điện trở 1kW. Với các thông số lựa chọn trên thì chu kỳ lớn nhất của xung chùm là: Tcxmax= 0,69(2,2+2.1).103.0,1.10-6=2,9.10-4s Tần số của xung chùm: fcx = Trong một nửa chu kỳ của điện áp lưới 0,01s sẽ có tối thiểu số xung chùm là: Nmin = 0,01.fx = 0,01.3,5.103= 35 xung. + Tính chọn khâu đồng pha Chọn đi