Đồ án Thiết kế nguồn hàn hồ quang điện một chiều

bµi ta cÇn ph¶i thiÕt kÕ nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu cã c¸c th«ng sè sau : ™ Dßng hµn cùc ®¹i : 180 A ™ §iÖn ¸p kh«ng t¶i : 60 V - M¹ch lùc cã bèn bé phËn chÝnh lµ: ™ M¸y biÕn ¸p lùc . ™ Van c«ng suÊt . ™ Cuén kh¸ng san ph¼ng . ™ C¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ. Ta sÏ lÇn l−ît t×nh to¸n c¸c th«ng sè cÇn thiÕt cho viÖc chÕ t¹o c¸c bé phËn nµy. 1. TÝnh chän van ®éng lùc - Trong m¹ch lùc cã hai lo¹i van : Diode vµ Thyristor. §Ó chän ®−îc van, hai th«ng sè quan träng nhÊt cÇn ph¶i quan t©m ®Õn lµ : ®iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn van vµ dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y qua van. C¸c th«ng sè cßn l¹i lµ c¸c th«ng sè tham kh¶o khi lùa chän. ™ TÝnh ®iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt ®Æt lªn van: - §iÖn ¸p ng−îc cña van : Ulv =knv . U2 (1) víi U2 = d U U k Thay vµo (1) Ö Ulv = knv . d U U k (2) Trong ®ã : Ud , U2 ,Ulv lÇn l−ît lµ ®iÖn ¸p t¶i ®iÖn ¸p nguån thø cÊp vµ ®iÖn ¸p ng−îc cña van. Ud = 60 V knv = 2 n f U U lµ hÖ sè ®iÖn ¸p ng−îc.ë s¬ ®å cÇu ba pha th×: knv= 6 = 2.45 ku = 2 d f U U lµ hÖ sè ®iÖn ¸p t¶i . ë s¬ ®å cÇu ba pha th× ku = 3 6 π = 2,34 Thay c¸c sè liÖu trªn vµo (2) ta ®−îc : Ulv = 6 . 3 6 π .60 = 188,5 V §iÖn ¸p ng−îc cña van cÇn chän ph¶i lín h¬n ®iÖn ¸p lµm viÖc cña nã. §iÖn ¸p nµy ®−îc chän th«ng qua mét hÖ sè dù tr÷ kdù tr÷ U . Th«ng th−êng kdù tr÷ U = 1,6 – 2 ë ®©y ta chän kdù tr÷ U = 1,8 => Unv = kdù tr÷ U .Ulv = 1,8 . 188.5 = 340 V ™ TÝnh dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y qua van - Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van ®−îc chän th«ng qua dßng ®iÖn hiÖu dông ch¹y qua van Ilv = Ihd . Dßng ®iÖn hiÖu dông ®−îc tÝnh b»ng : Ihd = khd . Id Trong ®ã : Id : Dßng ®iÖn t¶i hay dßng ®iÖn ë ®Çu ra cña chØnh l−u Ihd : Dßng ®iÖn hiÖu dông ch¶y qua van SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 20 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu khd : hÖ sè x¸c ®Þnh dßng ®iÖn hiÖu dông khd = hd d I I = 1 3 víi m¹ch chØnh l−u cÇu 3 pha VËy : Ilv = Ihd = khd . Id = 180 3 = 104 (A) §Ó van b¸n dÉn cã thÓ lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt th× cÇn ph¶i cã hÖ thèng to¶ nhiÖt lµm m¸t cho van. ë ®©y, ta chän ph−¬ng thøc lµm m¸t lµ dïng c¸nh t¶n nhiÖt víi ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt cho phÐp. Víi ph−¬ng thøc nµy dßng ®iÖn lµm viÖc cña van : Ilv = ( 20 – 30% ) Idm van Trong ®ã : Idm van lµ dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van ë ®©y, ta chän Ilv = 25% Idm van -> Idm van = ki . Ilv = 4 . 104 = 416 (A) - Dùa vµo hai th«ng sè : Unv = 340 V Idm van = 416 A Ta tra b¶ng th«ng sè c¸c Diode vµ Thyristor ®Ó chän ra van cã Idm van vµ Unv lín h¬n gÇn nhÊt víi hai th«ng sè ë trªn, ta t×m ®−îc : • Thyristor lo¹i DCR645PR44DS cã c¸c th«ng sè sau : + §iÖn ¸p ng−îc max : Un max= 400 V + Dßng ®iÖn ®Þnh møc : Idm = 450 A + Dßng ®iÒu khiÓn : Idk = 150 mA + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn : Udk = 3V + Dßng ®iÖn rß : Ir = 35 mA + §é sôt ¸p cña van : U = 2 V Δ + Thêi gian chuyÓn m¹ch : tcm = 50 μ s + NhiÖt ®é lín nhÊt mµ van chÞu ®−îc : Tmax = 125 0C • Diode lo¹i SH04C500 cã c¸c th«ng sè sau : + §iÖn ¸p ng−îc max : Un max= 400 V + Dßng ®iÖn ®Þnh møc : Idm = 500 A + Dßng ®iÖn rß : Ir = 50 mA + §é sôt ¸p cña van : U = 0,85 V Δ + Thêi gian chuyÓn m¹ch : tcm = 50 μ s + NhiÖt ®é lín nhÊt mµ van chÞu ®−îc : Tmax = 180 0C 2. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p lùc a. §iÖn ¸p chØnh l−u kh«ng t¶i : - Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi Thyristor vµ Diode dÉn: Udo cosα = Ud +ΔUVT+ΔUV D +ΔUdn +ΔUba Trong ®ã : Udo : §iÖn ¸p t¶i khi cã tÝnh ®Õn sôt ¸p trªn van vµ m¸y biÕn ¸p SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 21 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu α : gãc ®iÒu khiÓn. ë ®©y, ta chän α = 35 0 ®Ó ®¶m b¶o khi l−íi ®iÖn bÞ sôt ¸p th× m¹ch vÉn cã thÓ duy tr× ®iÖn ¸p ®Þnh møc cho t¶i. UΔ VT = 2 V : Sôt ¸p trªn Thyristor DCR645PR44DS UΔ V D = 0.85 : Sôt ¸p trªn Diode SH04C500 UΔ dn :Sôt ¸p trªn d©y nèi.ΔUdn rÊt nhá so víi c¸c sôt ¸p kh¸c nªn cã thÓ bá qua. UΔ ba : Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p Chän UΔ ba = 6%Ud = 6.60 3,6100 V= VËy : Udo = os d VT VD ba dnU U U U c α + Δ + Δ + Δ + Δ ≈77,3 V b. C«ng suÊt tèi ®a cña t¶i : Pd max = Udo . Id = 77,3 . 180 = 13,91 kW c. C«ng suÊt biÕn ¸p nguån cÊp Sba = ks . Pd max ks : HÖ sè c«ng suÊt Víi s¬ ®å cÇu ba pha th× ks = 1,05 Ö Sba = 1,05 . 13,91 = 14,41 kW d. TÝnh dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p cña m¸y biÕn ¸p ë s¬ cÊp vµ phÝa thø cÊp - §iÖn ¸p cña cuén thø cÊp lµ : U2 = do u U k = 77,3 2,34 = 33 V - Dßng ®iÖn ch¶y trong cuén thø cÊp : I 2 = 2 2.180 147 3 3d I A= = - Dßng ®iÖn ch¶y trong cuén s¬ cÊp : I1 = kba . I2 = 2 2 1 .U I U = 33 .147 13 380 A= e. TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ - TiÕt diÖn trô QFe cña lâi thÐp m¸y biÕn ¸p : QFe = baQ Sk mf ( cm2 ) Trong ®ã : kQ lµ hÖ sè phô thuéc ph−¬ng thøc lµm m¸t Qk = 4 5 nÕu lµ m¸y biÕn ¸p dÇu ÷ Qk = 5 6 nÕu lµ m¸y biÕn ¸p kh«. Chän = 6 ÷ Qk m lµ sè trô cña m¸y biÕn ¸p .ë ®©y, m= 3 f : lµ tÇn sè cña nguån ®iÖn xoay chiÒu f = 50 Hz => QFe = 2146096 59, 2 3.50 cm= g. TÝnh to¸n d©y quÊn m¸y biÕn ¸p * Hai th«ng sè cÇn tÝnh cña d©y quÊn m¸y biÕn ¸p lµ sè vßng d©y vµ kÝch th−íc d©y . + Sè vßng d©y cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p lµ : SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 22 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu w1 = 1 4 380 289 4, 44. . . 4, 44.50.59, 2.10 .1,0Fe T U f Q B − = = vßng Trong ®ã : BT lµ tõ c¶m cña vËt liÖu BT = 1,0 1,8 Ta chän B÷ T = 1,0 + Sè vßng d©y cña cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµ : w1 = 2 4 33 25 4,44. . . 4, 44.50.59,2.10 .1,0Fe T U f Q B − = = vßng * TÝnh tiÕt diÖn d©y d½n SCu = I J Trong ®ã : I lµ dßng ®iÖn ch¹y qua cuén d©y J lµ mËt ®é dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y m¸y biÕn ¸p Víi m¸y biÕn ¸p kh«, d©y dÉn b»ng ®ång th× ta chän J1 = J2 = J = 2,75 A/mm 2 - TiÕt diÖn d©y d½n s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p lµ : S 1 Cu = 1 1 I J = 4,73 mm2 ChuÈn ho¸ : S 1 Cu = 6,29 mm 2 - TiÕt diÖn d©y d½n thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµ : S 2 Cu = 2 2 I J = 53,45 mm2 ChuÈn ho¸ : S 2 Cu = 54 mm 2 D©y dÉn ®−îc chän ë ®©y lµ d©y dÉn b»ng ®ång - §−êng kÝnh cña d©y quÊn s¬ cÊp lµ ; d1 = 1 4 CuS π = 2,83 mm - §−êng kÝnh cña d©y quÊn thø cÊp lµ ; d2 = 2 4 CuS π = 8,29 mm h.TÝnh to¸n c¸c kÝch th−íc cña m¹ch tõ: - M¹ch tõ lµm b»ng c¸c l¸ thÐp 330 cã ®é dµy 0,5mm Do c«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p lµ 14,41 kVA < 15 kVA nªn ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p theo kiÓu trô h×nh ch÷ nhËt . - §Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y , lâi thÐp ®−îc ghÐp tõ c¸c l¸ thÐp ch÷ I ®· ®−îc s¬n c¸ch ®iÖn. C¸c l¸ thÐp ®−îc ghÐp xen kÏ nhau còng nh»m môch ®Ých lµ gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y vµ t¨ng ®é bÒn vÒ mÆt c¬ häc cña m¸y biÕn ¸p. C¸ch ghÐp nh− h×nh bªn. SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 23 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu * S¬ ®å kÕt cÊu lâi thÐp cña m¸y biÕn ¸p : - DiÖn tÝch cña trô lµ : QFe = a.b (1) MÆt kh¸c theo c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm : 2,5h a = 0,5e a = 1,5b a = (2) Tõ (1) vµ (2) ta cã : 1,5 a2 = 59,2cm2 => a =9,28cm b = 9,42 cm e = 3,14 cm h = 15,7cm -DiÖn tÝch cöa sæ : Qcs = Qcs1 + Qcs2 = kl® (w1 .SCu1 + w2 .SCu2 ) kl® : hÖ sè lÊp ®Çy , kl® = 2 ÷3 Thay sè vµo ta cã : Qcs = 2(289.15,9 + 25.169) = 17640 mm 2 = 176 cm2 L¹i cã : Q cs = t.h => t = 176 11,2 15,7 csQ cm h = = D = 2a+ 2t = 2. 6,28+2.11,2 = 35 cm H = 2e+ h= 6,28+15,7 = 22 cm i.TÝnh kÕt cÊu d©y quÊn m¸y biÕn ¸p - D©y quÊn ®−îc bè trÝ theo chiÒu däc trô, mçi cuén d©y( s¬ cÊp vµ thø cÊp ) ®−îc quÊn thµnh nhiÒu líp d©y. Mçi líp d©y ®−îc quÊn liªn tôc. C¸c vßng d©y s¸t nhau. C¸c líp d©y ®−îc c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng b×a c¸ch ®iÖn , - Sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp : w11 = 1 .g e h h k d − Trong ®ã : h : lµ chiÒu cao cña trô SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 24 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu hg: lµ kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén s¬ cÊp. Ta chän s¬ bé : hg = 2d1 d1 : lµ ®−êng kÝnh cña cuén d©y s¬ cÊp kÓ c¶ c¸ch ®iÖn ( 0,1 mm) d1 = 2,83 + 0,1 = 2,94 mm = 0,29 cm ke : hÖ sè Ðp chÆt , chän ke = 0,95 11 15,7 2.0,29 .0,95 52 0,28 w −= = vßng - Sè líp d©y cña cuén s¬ cÊp : 11 11 289 5,6 52ld wS w = = = - BÒ dµy cña cuén d©y s¬ cÊp b»ng tæng bÒ dµy c¸c líp d©y céng víi c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y. BÒ dµy cña b×a c¸ch ®iÖn chän s¬ bé b»ng 0,1 mm Ö Bd1 = d1 .Sld1+ cd . Sld1 = 0,28. 5,6+0,01.5,6 = 1,71 cm T−¬ng tù ta cã : - Sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén thø cÊp : W22 = 2 15,7 2.0,84. .0,95 16 0,84 g e h h k d − −= = vßng - Sè líp d©y cña cuén thø cÊp : Sld2 = 2 22 25 1,6 16 w w = = líp - BÒ dµy cña cuén d©y thø cÊp b»ng tæng bÒ dµy c¸c líp d©y céng víi c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y BÒ dµy cña b×a c¸ch ®iÖn chän s¬ bé b»ng 0,1 mm Ö Bd1 = d2 .Sld2+ cd . Sld2 = 0,84. 1,6+0,01.1,6 = 1,36 cm - Tæng bÒ dµy c¸c cuén d©y : Bd = Bd1 +Bd2 + cd trong + cdngoai = 1,71 + 1,36 + 0,1 + 0,02 = 3,19 cm NhËn thÊy : Bd < t nªn ta kh«ng cÇn ph¶i thay ®æi l¹i kÝch th−íc m¹ch tõ . j. TÝnh tæng sôt ¸p bªn trong m¸y biÕn ¸p - §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë : 212 1 2 [ ( ) ]r d wU R R I w Δ = + . Trong ®ã : R1, R2 lµ ®iÖn trë thuÇn cña cuén d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp R = l S ρ ρ = 0,0000172 lµ ®iÖn trë suÊt cña ®ång Id : dßng ®iÖn t¶i mét chiÒu R1 = 1 1 0,32l S ρ = Ω R2 = 2 2 0,004l S ρ = Ω => 212 1 2 [ ( ) ]r wU R R I w Δ = + . d = (0,004 + 0,32( 25289 ) 2).180 = 1,15 V - §iÖn ¸p r¬i trªn cuén d©y : . .f d x m X I U πΔ = SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 25 mf : lµ sè pha cña m¸y biÕn ¸p . ë ®©y mf = 3( m¸y biÕn ¸p ba pha ) ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu X = 8. 2 2 71 22. .( ).( ). .103 bkR Bd Bdw cd h π ω −++ Trong ®ã : Rbk lµ b¸n kÝnh trong cuén d©y thø cÊp. cd lµ bÒ dµy c¸ch ®iÖn c¸c cuén d©y víi nhau Ö X = 0,015 H Ö . . 3.0,015.180f dx m X IU π πΔ = = =2,6 V k.TÝnh ®iÖn trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p 2 22 2 1 1 25* 0,004 ( ) .0,32 0,006 289nm wr R R w ⎛ ⎞= + = + = Ω⎜ ⎟⎝ ⎠ l. Tæng trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p: 2 2 2 20,006 0,015 0,0018nm nm nmz r x= + = + = m. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m cña m¸y biÕn ¸p: 0 0 2 180.0,0018100 .100 0,98% 33 dm nm nm dm I zU U = = = 3.TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ a. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt - Khi lµm viÖc, trªn van b¸n dÉn cã sôt ¸p do ®ã cã tæn hao c«ng suÊt: P = Δ ΔU.Ilv Tæn hao nµy sinh ra d−íi d¹ng nhiÖt lµm nãng van . Diode vµ thyristor lµ hai linh kiÖn rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt vµ dÔ bÞ ®¸nh thñng. MÆt kh¸c, hai lo¹i diode vµ thyristor mµ ta chän chØ chÞu ®−îc nhiÖt ®é tèi ®a lµ 125 vµ 180 0C nªn ta ph¶i t×m c¸ch b¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho van , tr¸nh hiÖn t−îng van bÞ ph¸ huû do nhiÖt. ë ®©y ta chän ph−¬ng ph−¬ng thøc lµm m¸t lµ c¸nh t¶n nhiÖt( b»ng ®ång hoÆc b»ng nh«m ), nhiÖt l−îng cña van sÏ truyÒn sang c¸nh t¶n nhiÖt vµ to¶ ra m«i truêng xung quanh . - DiÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt ®−îc tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc : Stn = .m P k τ Δ Trong ®ã: P lµ tæn hao c«ng suÊt cña van Δ Víi Diode : PΔ D = 0,85.104 = 88,4 W Víi Thyristor : ΔPT = 2.104 = 208 W τ : §é chªnh lÖch nhiÖt so víi m«i tr−êng τ = Tlv – Tmt Chän Tlv = 80 0 C Tmt = 27 0C -> τ = 530C km : lµ hÖ sè cã xÐt tíi ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt. Trong ®iÒu kiÖn lµm m¸t tù nhiªn kh«ng qu¹t c−ìng bøc ta th−êng chän km = W/cm4(6 10).10−÷ 2.0C VËy víi Thyristor ta dïng lo¹i c¸nh t¶n nhiÖt cã diÖn tÝch bÒ mÆt lín h¬n hoÆc b»ng StnT : SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 26 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu S tnT = 2 2 4 208 3925 0,3925 . 10.10 .53 T m P cm m k τ − Δ = = = Víi Diode : S tnD = 2 2 4 88,4 1668 0,1668 . 10.10 .53 D m P cm m k τ − Δ = = = Chän lo¹i c¸nh t¶n nhiÖt cã kÝch th−íc 12x12 gåm 15 c¸nh. DiÖn tÝch bÒ mÆt cña c¸nh t¶n nhiÖt : Stn = 12.12.15.2 = 4320 cm 2 Ta thÊy Stn > S tnT > S tnD Nªn ta sÏ dïng lo¹i c¸nh t¶n nhiÖt nµy cho c¶ Diode vµ Thyristor. b. B¶o vÖ qu¸ dßng * B¶o vÖ tèc ®é t¨ng dßng di dt cho Thyristor - Khi Thyristor b¾t ®Çu dÉn kh«ng cho phÐp dßng t¨ng qu¸ giíi h¹n cho phÐp . §Ó b¶o vÖ ph¶i cã ®iÖn c¶m phÝa xoay chiÒu nh»m h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng . Tuy nhiªn do cã ®iÖn c¶m t¶n cña c¸c cuén d©y thø cÊp m¸y biÕn ¸p gi÷ vai trß b¶o vÖ nªn ta cã thÓ bá qua vÊn ®Ò nµy . * B¶o vÖ dßng ®iÖn d¹ng xung - Khi trong mach x¶y ra sù cè (vÝ dô ng¾n m¹ch ) th× dßng qua van t¨ng nhanh vµ kÐo dµi cì 5 10 ms .Dßng qu¸ lín cã thÓ dÉn ®Õn ®¸nh thñng van g©y háng van .V× vËy ta cÇn ph¶i cã c¸c phÇn tö ®Ó gi¶m dßng sù cè d−íi møc cho phÐp. C¸c biÖn ph¸p cã thÓ sö dông lµ : ÷ + T¸c ®éng vµo m¹ch ®iÒu khiÓn (sÏ tr×nh bµy trong phÇn m¹ch ®iÒu khiÓn) + T¸c ®éng vµo m¹ch lùc - Dïng cÇu ch× t¸c ®éng nhanh ®Æt trùc tiÕp cho van hay ®Æt ë ®Çu vµo m¹ch van, ®Çu ra phÝa mét chiÒu . - Dïng Apt«mat ®Æt ë ®Çu vµo m¸y biÕn ¸p lùc hay ë ®Çu ra cña bé chØnh l−u (Apt«mat mét chiÒu ) ë ®©y, ta sö dông Apt«mat mét chiÒu v× nã cã ®é t¸c ®éng nhanh h¬n Apt«mat xoay chiÒu . Ta chän Apt«mat BA- 20 cã c¸c th«ng sè sau : Dßng ®iÖn ®Þnh møc : 5000A §iÖn ¸p mét chiÒu ®Þnh møc : 1000V c. B¶o vÖ qu¸ ¸p - §èi víi c¸c van c«ng suÊt, do nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau cã thÓ x¶y ra qu¸ ®iÖn ¸p trªn van vµ g©y háng van. C¸c nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ¸p cã thÓ kÓ ®Õn lµ : * Nguyªn nh©n bªn ngoµi : - Qu¸ ¸p do ®ãng ng¾t c¸c khèi chøc n¨ng cña m¹ch chØnh l−u : + §ãng m¸y biÕn ¸p vµo l−íi ®iÖn. + §ãng m¹ch chØnh l−u sau khi ®ãng biÕn ¸p cã thÓ g©y nªn tèc ®é t¨ng ¸p rÊt lín (1000V/μ s) . + Ng¾t m¸y biÕn ¸p khái nguån khi kh«ng t¶i g©y qu¸ ¸p lªn ®Õn 5 lÇn ®iÖn ¸p lµm viÖc . SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 27 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu + Ng¾t t¶i khái m¹ch chØnh l−u g©y qu¸ ¸p do ¶nh h−ëng cña ®iÖn c¶m trong m¹ch ®iÖn . - Qu¸ ¸p do l−íi ®iÖn : do ®ãng c¾t c¸c phô t¶i chung nguån víi bé chØnh l−u hoÆc do l−íi ®iÖn bÞ sÐt ®¸nh . * Nguyªn nh©n bªn trong cña m¹ch : - Qu¸ ¸p do hiÖn t−îng chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c van khi lµm viÖc. Lo¹i qu¸ ¸p nµy mang tÝnh chu kú . + Khi van chuyÓn tõ kho¸ sang dÉn, ®iÖn ¸p trªn van gi¶m tõ mét gi¸ trÞ x¸c ®Þnh xuèng xÊp xØ 0. §ét biÕn nµy lan truyÒn lan truyÒn d−íi d¹ng xung ®iÖn ¸p tíi c¸c van kh¸c rÊt m¹nh. + Khi van chuyÓn tõ dÉn sang kho¸, do hiÖn t−îng di t¶n ®iÖn tÝch khái van rÊt nhanh trong thêi gian ng¾n ( kho¶ng 15 μ s ), dßng qua van gi¶m rÊt nhanh g©y nªn hiÖn t−îng ®ét biÕn ®iÖn ¸p khi trong m¹ch cã ®iÖn c¶m . Møc qu¸ ¸p lo¹i nµy còng lªn ®Õn 5 ÷10 lÇn ®iÖn ¸p l−íi vµ du dt còng tíi 1000 V/μ s . Do c¸c nguyªn nh©n trªn vµ c¸c t¸c h¹i cña viÖc van bÞ qu¸ ¸p ta cÇn ph¶i cã mét bé b¶o vÖ qu¸ ¸p cho van. ë ®©y ta sö dông m¹ch R- C m¾c song song víi van. * X¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ cña R vµ C Gäi Udmp ,Uimp : lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ®iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn Thyristor mét c¸ch chu kú. C¸c th«ng sè nµy ta tra trong sæ tay tra cøu . Udm np ,Uim np : lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ®iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn Thyristor mét c¸ch kh«ng chu kú. C¸c th«ng sè nµy ta tra trong sæ tay tra cøu . Uim : lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p ng−îc thùc tÕ ®Æt lªn Thyristor b : hÖ sè dù tr÷ vÒ ®iÖn ¸p b = 1÷2 k : hÖ sè qu¸ ®iÖn ¸p - X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian : , *m in ( )C k * * min( ), ( )maxR k R k - TÝnh di max dt khi chuyÓn m¹ch - X¸c ®Þnh ®¹i l−îng tÝch tô Q = f ( di dt ) sö dông c¸c ®−êng cong cho trong sæ tay tra cøu . - TÝnh c¸c th«ng sè trung gian C = . *minC 2 im Q U * *min max2 2 im imLU LUR R R Q Q ≤ ≤ SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 28 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Sau khi tÝnh to¸n ta ®−îc gi¸ trÞ R,C cña m¹ch b¶o vÖ lµ : R = 90 Ω C = 0,3 μ F * B¶o vÖ xung ®iÖn ¸p tõ l−íi ®iÖn : ta m¾c m¹ch nh− sau : Chän R = 15 Ω C = 4 μ F 4. TÝnh to¸n cuén kh¸ng san ph¼ng a. Kh¸i qu¸t vÒ bé läc - Tõ ®å thÞ cña chØnh l−u ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cÇu ba pha ta thÊy trong mét chu kú ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch s¸u lÇn, dßng diÖn ®Çu ra kh«ng b»ng ph¼ng nªn chÊt l−¬ng cña dßng ®iÖn mét chiÒu ch−a cao. Do vËy ta cÇn ph¶i thiÕt kÕ mét bé läc ®Ó san ph¼ng c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao.Cã bèn bé läc phæ biÕn lµ : + Bé läc ®iÖn c¶m L + Bé läc ®iÖn dung C + Bé läc LC + Bé läc h×nh π ( CLC) ë ®©y ta sÏ thiÕt kÕ bé läc ®iÖn c¶m Dïng mét ®iÖn c¶m m¾c nèi tiÕp víi t¶i nh− h×nh vÏ §iÖn ¸p ra cña bé chØnh l−u cã thÓ coi gåm hai thµnh phÇn : thµnh phÇn mét chiÒu U0 vµ thµnh phÇn xoay chiÒu U~ + Thµnh phÇn mét chiÒu kh«ng bÞ ®iÖn c¶m c¶n trë nªn ta cã U0t = U0 + Thµnh phÇn xoay chiÒu sÏ bÞ sôt ¸p trªn ®iÖn c¶m L tr−íc khi ®i ®Õn t¶i. Do ®ã nÕu ZL cµng lín Rt th× ®iÖn ¸p ®Æp m¹ch qua Rt cµng nhá. Tuy nhiªn, ZL còng kh«ng ®−îc phÐp lín qu¸ v× sÏ lµm t¨ng kÝch th−íc cña cuén kh¸ng. b. TÝnh to¸n trÞ sè ®iÖn c¶m läc - TrÞ sè cña ®iÖn c¶m läc ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau : L = 2 1 1 . d sb dm R k m ω − Rd : ®iÖn trë cña t¶i Ta cã thÓ tÝnh gÇn ®óng Rd nh− sau : Rd = d d U I = 60 0,33 180 ≈ Ω m®m : Sè lÇn ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l−u (m®m = 6) 1ω : tÇn sè gãc cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu ( 1ω = 314 rad/s) ksb : hÖ sè san b»ng. SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 29 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Ta cã : ksb= dm dmr k k kdm = 0,057: lµ hÖ sè ®Ëp m¹ch cña chØnh l−u ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cÇu ba pha, kdmr =0,001: lµ hÖ sè ®Ëp m¹ch cña m¹ch chØnh l−u (lÊy theo yªu cÇu vÒ chÊt l−îng ®iÖn ¸p) Î ksb = 0,057 57 0,001 = VËy trÞ sè cña ®iÖn c¶m läc lµ : L = 2 2 1 0,331 57 1 0, . 6.100 d sb dm R k H m ω π− = − ≈ 01 c. ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc - D©y quÊn cña cuén kh¸ng läc th−êng cã tiÕt diÖn kh¸ lín nªn ®iÖn trë thuÇn kh¸ nhá nªn cã thÓ bá qua. V× vËy, tæng trë cña cuén kh¸ng xÊp xØ b»ng ®iÖn kh¸ng cña cuén kh¸ng . Zck X≈ ck = 2.π .f.m.L = 2.π .50.6.0,01 = 18,84 Ω m : Sè lÇn ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l−u - §iÖn ¸p r¬i trªn cuén kh¸ng : ΔUck = Zck . I1®m I1 ®m :lµ biªn ®é dßng ®iÖn xoay chiÒu bÆc mét .I1 ®m < 10% I ®m Chän I1 ®m = 5% I®m = 5 .180 9 100 A= -> UΔ ck = Zck . I1®m = 18,84 . 9 = 169,56 V - C«ng suÊt cña cuén kh¸ng läc : Pck = UΔ ck. I1®m = 169,56 . 9 =1526 W = 1,526 kW • TÝnh to¸n lâi thÐp cña cuén kh¸ng läc : QFe = . ckPk f m = 215265 16 50.3 cm= SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 30 k : hÖ sè m¸y biÕn ¸p .Víi m¸y biÕn ¸p kh« th× k = 5 6 . Chän k = 5 ÷ • TÝnh kÝch th−íc cña lâi thÐp - DiÖn tÝch cña trô lµ : QFe = a.b =16 cm 2 (1) MÆt kh¸c theo c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm : 2,5h a = 2t a = 0,5e a = 1,5b a = (2) Tõ (1) vµ (2) ta cã : 1,5 a2 = 16cm2 => a=3,27cm b= 4,9 cm e= 1,64 cm c= 1,64 cm h= 8,18cm t = 6,54 cm D = 2a + 2t =19,62 cm * TÝnh to¸n d©y quÊn cuén kh¸ng : - Khi cã thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu ch¹y qua cuén kh¸ng läc, trong cuén kh¸ng sÏ xuÊt hiÖn mét suÊt ®iÖn ®éng tù c¶m Eck : ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Eck = 4,44 .w.f . BT .QFe. kdq ≈ ΔUck Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô lµ : BT = 1,1 T w : Sè vßng d©y cña cuén kh¸ng läc kdq : hÖ sè d©y quÊn , kdq = 1,1 ÷1,3 . Chän kdq = 1,3 Do vËy sè vßng d©y cña cuén kh¸ng läc lµ : w = 4 dq Uck 169,56 334 4,44.k . . . 4, 44.1,3.50.1,1.16.10T Fef B Q − Δ = = vßng - TiÕt diÖn cña d©y quÊn cuén kh¸ng : SCu = 2180 65 2,75 dmI mm J = = - §−êng kÝnh cña d©y quÊn : d = 4 9CuS mmπ = - Sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén kh¸ng : w1 = 1 .g e h h k d − = 8,18 2.(0,9 0,01) .0,95 7 0,9 0,01 − + =+ vßng - Sè líp d©y cña cuén kh¸ng ( víi chó ý lµ d©y ®−îc quÊn trªn 3 trô): Sld = 1 334 16 3 3.7 w w = = líp - BÒ dµy cña cuén d©y b»ng tæng bÒ dµy c¸c líp d©y céng víi c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y . - BÒ dµy cña b×a c¸ch ®iÖn chän b»ng 0,1 mm Î Bd1 = (d +cd ). Sld = ( 0,9 + 0,01) .16 = 14,56 cm - Tæng bÒ dµy cña c¸c cuén d©y : Bd = 2Bd1 + cd trong + cdngoai = 2.14,56 + 0,1 + 0,02 = 29,24 cm NhËn thÊy Bd > D nªn ta ph¶i thay ®æi l¹i kÝch th−íc cña m¹ch tõ . Chän t =12 cm Khi ®ã D = 12.2 + 3,27 .2 = 30,54 cm . SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 31 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Ch−¬ng 4. thiÕt kÕ vμ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn i. NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn - Nh− ta ®· biÕt, ®Ó mét Thyristor th«ng th× cã hai yªu cÇu : + §iÖn ¸p Anèt ph¶i d−¬ng h¬n ®iÖn ¸p Katèt + Cã xung ®iÒu khiÓn ph¸t vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Thyristor ®ã. M¹ch ®iÒu khiÓn ®¶m nhËn nhiÖm vô thø hai. Nã sÏ t¹o ra mét xung ®iÖn ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn cña thyristor gióp thùc hiÖn qu¸ tr×nh më van. II. Yªu cÇu cña m¹ch ®iÒu khiÓn - M¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ®−îc thiÕt kÕ sao cho ®¶m b¶o yªu cÇu më ch¾c ch¾n van : + §ñ ®é réng xung tx + §ñ biªn ®é Ux + S−ên xung ng¾n ts = 0,5 – 1 sμ + C¸ch ly tèt gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ®Ó ®¶m b¶o an toµn cho ng−êi vËn hµnh vµ m¹ch ®iÒu khiÓn . + Kh«ng g©y nhiÔu cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö kh¸c ë xung quanh + §¶m b¶o ®óng thêi ®iÓm ph¸t xung ®iÒu khiÓn + Cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ khi cã sù cè ng¾n m¹ch . III. C¸c nguyªn t¾c thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn - HiÖn nay ng−êi ta thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn dùa vµo mét trong hai hai nguyªn t¾c sau : + Nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh dïng cho nh÷ng m¹ch cã yªu cÇu kh«ng cao vÒ ®iÖn ¸p. + Nguyªn t¾c th¼ng ®øng arccos dïng cho nh÷ng m¹ch yªu cÇu ®iÖn ¸p cã chÊt l−îng cao. 1. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh - §iÖn ¸p ra sau kh©u ®ång pha lµ ®iÖn ¸p h×nh sin ®ång pha víi ®iÖn ¸p nguån. Trong vïng ®iÖn ¸p d−¬ng ta t¹o ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c−a. §©y lµ ®iÖn ¸p tùa. §iÖn ¸p tùa nµy sÏ ®−îc ®−a vµo bé so s¸nh cïng víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®−îc t¹o ra ë kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p b»ng nhau ta ph¸t xung ®iÒu khiÓn vµo cùc ®iÒu khiÓn Thyristor vµ Thyristor sÏ dÉn mét gãc 2 3 π . - C«ng thøc x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn α : _ . dk tua max U U πα = Nh− vËy nÕu ta cã thÓ thay ®æi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tõ 0 ®Õn th× sÏ thay ®æi ®−îc gãc ®iÒu khiÓn _tua maxU α tõ 0 ®Õn 1800 vµ tõ ®ã thay ®æi ®−îc Ud. SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 32 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu 2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arccos - §å thÞ Theo nguyªn t¾c nµy ®iÖn ¸p ®ång bé sÏ sím pha 900 so víi ®iÖn ¸p A-K cña Thyristor SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 33 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu NÕu UAK = Um sin ω t th× Udb =Umcosω t - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc theo c¶ hai phÝa ©m d−¬ng. - §iÖn ¸p Udb vµ Udk ®−îc ®−a vµo bé so s¸nh. Khi Udb=Udk th× cã mét xung ë ®Çu ra cña bé so s¸nh. NÕu lóc ®ã cã thªm ®iÒu kiÖn UAK > 0 th× Thyristor sÏ më vµ dÉn mét gãc 2 3 π . - Ta cã : Umcosω t = Udk -> cos( )dk m Uar U α = -> Thay ®æi Udk tõ +Um ®Õn – Um th× sÏ thay ®æi ®−îc gãc ®iÒu khiÓn α tõ 0 ®Õn 1800 vµ tõ ®ã thay ®æi ®−îc Ud. Trong ®å ¸n nµy ta sÏ sö dông nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh ®Ó thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. IV. CÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn - M¹ch ®iÒu khiÓn gåm s¸u kh©u. Mçi kh©u ®Òu cã chøc n¨ng riªng biÖt ®−îc ghÐp l¹i víi nhau nh»m thùc hiÖn nhiÖm vô chung . S¬ ®å tæng qu¸t cho mét kªnh ®iÒu khiÓn : * Ph©n tÝch nhiÖm vô cña tõng khèi trong s¬ ®å : 1. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha: - Cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p ®ång bé víi ®iÖn ¸p l−íi. Tõ ®iÖn ¸p ®ång bé nµy ta x¸c ®Þnh ®−îc ®iÓm gèc ®Ó tÝnh gãc ®iÒu khiÓn α . Ngoµi nhiÖm vô ®ã kh©u ®ång bé cßn cã hai chøc n¨ng sau : + Gi¶m ¸p : tøc lµ gi¶m ®iÖm ¸p lùc cã gi¶ trÞ lín ë ®Çu vµo vµ lÊy gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cã gi¸ trÞ phï hîp ®Ó ®iÒu khiÓn . + C¸ch ly : c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ®¶m b¶o an toµn cho m¹ch ®iÒu khiÓn khi l−íi cã sù cè. Ng−êi ta th−êng thiÕt kÕ kh©u ®ång pha b»ng biÕn ¸p xung hoÆc phÇn tö quang Opto. SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 34 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu 2. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa : - §iÖn ¸p ®ång bé khi qua kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa th× ®iÖn ¸p ®ã sÏ cã d¹ng r¨ng c−a. §©y lµ d¹ng ®iÖn ¸p dïng ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn . 3. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. - §©y lµ mét kh©u rÊt quan träng trong m¹ch ®iÒu khiÓn . Nã t¹o ra ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa . Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn cßn cã nhiÖm vô ng¾t m¹ch khi trong m¹ch x¶y ra sù cè ng¾n m¹ch . 4. Kh©u so s¸nh : - Cã nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. Khi Utua = U®k th× sÏ tiÕn hµnh ph¸t xung ®iÒu khiÓn vµo ®Ó më van. 5. Kh©u t¹o d¹ng xung: - Cã 4 d¹ng xung lµ xung ®¬n, xung kÐp, xung réng, xung chïm. Kh©u t¹o d¹ng xung sÏ t¹o mét d¹ng xung phï hîp ®Ó ®¶m b¶o ch¾c ch¾n cho viÖc më van. 6. Kh©u khuyÕch ®¹i xung : - Cã nhiÖm vô khuyÕch ®¹i xung ®−a ra tõ kh©u t¹o d¹ng xung vÒ mÆt biªn ®é vµ ®é réng xung ®Ó ®¶m b¶o ch¾c ch¾n cho viÖc më van ®ång thêi cã nhiÖm vô c¸ch ly m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn . V. Giíi thiÖu c¸c kh©u ®−îc sö dông trong m¹ch ®iÒu khiÓn 1.Kh©u ®ång pha - HiÖn nay ng−êi ta th−êng sö dông mét trong hai lo¹i m¹ch sau ®Ó t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha : a. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha sö dông phÇn tö ghÐp quang Opto - S¬ ®å m¹ch vµ ®å thÞ ®iªn ¸p vµo ra : C«ng dông cña m¹ch lµ t¹o ®iÖn ¸p d¹ng xung vu«ng ë ®Çu ra Nguyªn lý ho¹t ®éng : + Khi Uv > 0 ( nöa chu kú d−¬ng ), dßng ®iÖn ch¹y qua R1, D lµm s¸ng Diode quang D. ¸nh s¸ng do D ph¸t ra ®−îc nhËn bëi Photodiode Tr lµm cho ®iÖn trë cña Tr gi¶m xuèng vµ Tr sÏ th«ng. Khi Tr th«ng th× tô C bÞ ng¾n m¹ch nªn Ura = 0 SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 35 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu + Khi Uv < 0 ( nöa chu kú ©m ), D1 th«ng, D bÞ kho¸ dÉn ®Õn Tr còng bÞ kho¸ theo. Lóc nµy tô C n¹p ®iÖn vµ Ura = Uc ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ kh«ng cÇn sö dông biÕn ¸p ®ång pha nªn sÏ rÊt thuËn tiÖn trong viÖc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. Nh−îc ®iÓm cña s¬ ®å lµ viÖc më kho¸ Photodiode Tr t¹i vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc phãng n¹p cña tô ®iÖn trong vïng ®iÖn ¸p l−íi gÇn 0 còng thiÕu chÝnh x¸c theo . b. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha sö dông m¸y biÕn ¸p ®ång pha vµ khuyÕch ®¹i thuËt to¸n. - S¬ ®å m¹ch vµ ®å thÞ ®iªn ¸p vµo ra : - C«ng dông : t¹o ®iÖn ¸p d¹ng xung vu«ng ë ®Çu ra - Nguyªn lý ho¹t ®éng : §iÖn ¸p ®−a ra sau biÕn ¸p ®ång pha lµ ®iÖn ¸p ®ång pha víi ®iÖn ¸p cña Thyristor cÇn më nh−ng cã biªn ®é nhá h¬n. M¸y biÕn ¸p ®ång pha lµ lo¹i m¸y biÕn ¸p chØnh l−u hai nöa chu kú. §iÖn trë R1. M¹ch Opamp lµ m¹ch so s¸nh hai ®Çu vµo. §iÖn ¸p ë cöa ©m ®−îc ®Æt ë U0 . Khi V- > V+ th× Ura = -E vµ ng−îc l¹i khi V- < V+ th× Ura = + E . Nh− vËy trong mét chu kú ®iÖn ¸p ra lËt tr¹ng th¸i ba lÇn h×nh thµnh ®iÖn ¸p cã d¹ng xung vu«ng ë cöa ra . Nh−îc ®iÓm cña m¹ch lµ ph¶i sö dông ®Õn m¸y biÕn ¸p ®ång pha g©y khã kh¨n trong viÖc chÕ t¹o l¾p ®Æt . −u ®iÓm cña m¹ch lµ viÖc sö dông Opamp ®Ó so s¸nh, t¹o ®iÖn ¸p d¹ng xung vu«ng ë ®Çu ra nªn rÊt chÝnh x¸c. Ngoµi hai s¬ ®å trªn cßn cã mét sè s¬ ®å kh¸c n÷a nh−ng do chÊt l−îng ®iÖn ¸p ®ång pha kh«ng tèt, ®iÓm ®ãng më Transistor kh«ng chÝnh x¸c nªn kh«ng ®Ò cËp ®Õn. Trong ®å ¸n nµy, ta sÏ sö dông m¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha sö dông m¸y biÕn ¸p ®ång pha vµ khuyÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p ®ång pha cã ®é chÝnh x¸c cao. 2. Kh©u t¹o xung r¨ng c−a Cã rÊt nhiÒu c¸ch ®Ó t¹o ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c−a, tuy nhiªn trong ®å ¸n nµy ta chØ quan t©m ®Õn hai c¸ch phæ biÕn nhÊt. §ã lµ : a. T¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a dïng Transistor SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 36 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu • S¬ ®å m¹ch • Nguyªn lý ho¹t ®éng lµ ®iÖn ¸p d¹ng xung vu«ng ®−îc ®−a ®Õn tõ khèi ®ång pha - §iÖn ¸p Ux > 0 th× T - Khi Ux 1 th«ng, thÕ Emiter ®−îc gi÷ cè ®Þnh nhê Diode æn ¸p Zener. Ph©n ¸p R SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 37 3, R sÏ lµm cho Baz¬ cña T ©m h¬n Emiter cña nã do ®ã T4 2 2 sÏ më, tô C1 sÏ ®−îc n¹p theo ®−êng sau : -> T +E -> Dz 2 -> C1 - Khi U U tô CE 1 sÏ phãng qua nguån dßng t¹o bëi T3. KÕt qu¶ lµ ta cã ®−îc s−ên sau cña ®iÖn ¸p trªn tô cã d¹ng gi¶m tuyÕn tÝnh . b.T¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. * S¬ ®å m¹ch : * Nguyªn lý lµm viÖc : - §Çu vµo cña m¹ch lµ xung vu«ng lÊy tõ khèi t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha . - Khi U < 0, Dx 1 dÉn. Tô C1 sÏ ®−îc n¹p ®iÖn theo ®−êng sau : §Çu ra cña A2 -> C1 -> R -> D5 3 -> ®Êt ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Do cã Diode æn ¸p Zener, tô C1 chØ n¹p ®−îc cùc ®¹i lµ 9V. - Khi U > 0, D SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 38 x 3 sÏ bÞ kho¸. Tô C1 phãng theo ®−êng sau : +E -> R7 -> R8 -> C1 -> A2 vÒ ©m nguån. Qu¸ tr×nh cø lÆp l¹i nh− vËy vµ ta thu ®−îc mét ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c−a ë ®Çu ra. −u ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ chÝnh x¸c, dÔ tÝnh to¸n vµ chän lùa linh kiÖn nªn ta sÏ dïng nã cho m¹ch ®iÒu khiÓn. 3. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn - Cã hai c¸ch ®Ó t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn : + Dïng ®iÖn trë Sun m¾c nèi tiÕp víi t¶i + Dïng biÕn dßng - NÕu dïng ®iÖn trë Sun sÏ cã thÓ g©y nªn sai sè rÊt lín. §ã lµ do tÝn hiÖu ra ( Uph ) lÊy tõ ®iÖn trë Sun rÊt nhá nªn ph¶i cho qua mét tÇng khuÕch ®¹i. Do hÖ sè khuÕch ®¹i ghi trªn Opamp kh«ng hoµn toµn chÝnh x¸c nªn sÏ cã sai sè. Sai sè nµy cµng lín khi khi sö dông Opamp cã hÖ sè khuÕch ®¹i lín. NÕu sö dông biÕn dßng th× ta sÏ h¹n chÕ ®−îc sai sè nµy * S¬ ®å m¹ch : * Nguyªn lý ho¹t ®éng : - C¸c tÝn hiÖu vµo cÇu diode ®−îc lÊy ra tõ biÕn dßng. Thùc chÊt cña c¸c tÝn hiÖu nµy lµ ®iÖn ¸p lÊy ë hai ®Çu m¹ch thø cÊp. Do c¸c tÝn hiÖu nµy lµ xoay chiÒu nªn ta ph¶i cho nã qua mét cÇu Diode ®Ó ®−a nã vÒ mét chiÒu th× míi cã thÓ sö dông ®−îc. Tô C sÏ cã t¸c dông san ph¼ng c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. - §iÖn ¸p ph¶n håi Uph ®−îc lÊy ra qua mét chiÕt ¸p. ChiÕt ¸p cã t¸c dông thay ®æi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ph¶n håi sao cho cã gi¸ trÞ phï hîp víi qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn. - U® vµ Uph ®−îc ®−a tíi mét ®Çu vµo cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Khi b¾t ®Çu ho¹t ®éng tô C ®−îc n¹p tõ 0 ®Õn mét gi¸ trÞ b·o hßa. Gi¸ trÞ b·o hßa nµy chÝnh lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn . U®k = U® - Uph - M¹ch nµy ngoµi nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, nã cßn cã nhiÖm vô b¶o vÖ chèng ng¾n m¹ch. ThËt vËy, khi x¶y ra sù cè ng¾n m¹ch, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch rÊt lín dÉn ®Õn U t¨ng vät. Uph ®k = U® - Uph sÏ trë nªn rÊt ©m. Hai ®−êng U vµ U®k rc kh«ng c¾t nhau nªn sÏ kh«ng cã xung ph¸t vµo cùc ®iÒu khiÓn, van kh«ng th«ng vµ m¹ch ®iÖn sÏ bÞ ng¾t . ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu 4. Kh©u so s¸nh ®iÖn ¸p U SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 39 ®k vμ Urc - HiÖn nay, khi cÇn so s¸nh hai ®iÖn ¸p ng−êi ta th−êng hay sö dông m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n. §ã cã thÓ lµ m¹ch so s¸nh mét cæng, hai cæng…Trong ®å ¸n nµy ta sö dông m¹ch so s¸nh hai cæng . - S¬ ®å m¹ch : - Nguyªn lý : + Khi U > U th× Urc ®k ra = - E + Khi U < U th× Urc ®k ra = +E 5. Kh©u ph¸t xung chïm Trong thùc tÕ th−ê ng dïng hai lo¹i m¹ch ph¸t xung chïm sau : a. M¹ch ph¸t xung chïm sö dông vi m¹ch ®Þnh thêi gian 555 * S¬ ®å m¹ch : - Vi m¹ch 555 t¹o ®−îc xung cã chÊt l−îng kh¸ tèt. S¬ ®å cña m¹ch t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n nªn th−êng ®−îc sö dông nhiÒu trong c¸c m¹ch t¹o xung chïm. - TÇn sè dao ®éng cña xung : 1 2 1, 443 ( 2 ) f R R C = + b. M¹ch t¹o xung chïm sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n *S¬ ®å m¹ch : ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu *Nguyªn lý ho¹t ®éng : - KhuÕch ®¹i thuËt to¸n cã hai ®iÓm lËt tr¹ng th¸i : 1 1 2 p RU E R R = ± + -Khi Ura = + E, tô C ®−îc n¹p ®iÖn qua ®iÖn trë R, ®iÖn ¸p trªn tô C t¨ng dÇn cho ®Õn khi U = U th× m¹ch lËt tr¹ng th¸i lµm cho UC P ra = - E. Lóc nµy tô C sÏ l¹i phãng ®iÖn qua ®iÖn trë R. Khi tô phãng ®iÖn, ®iÖn ¸p trªn nã gi¶m dÇn cho ®Õn khi U = - U th× m¹ch lËt tr¹ng th¸i, UC P ra = + E vµ qu¸ tr×nh l¹i ®−îc lÆp l¹i vµ h×nh thµnh nªn mét xung vu«ng ë ®Çu ra 1 2 1 ( ) 2 ln(1 2 ) f HzRRC R = + - TÇn sè dao ®éng cña xung vu«ng : - NÕu chän R SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 40 1 = R th× chu kú cña xung ra lµ : T = 2,2 RC 2 Do c¸c kh©u tr−íc ta ®· sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n nªn ®Ó cho m¹ch ®¬n gi¶n kh©u ph¸t xung chïm nµy ta còng sÏ sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n . 6. BiÕn ¸p xung - NhiÖm vô cña biÕn ¸p xung lµ c¸ch ly m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch c«ng suÊt. Sau khi xem xÐt vµ lùa chän c¸c khèi m¹ch ®iÒu khiÓn ta cã thÓ tiÕn hµnh ghÐp nèi vµ cã ®−îc m¹ch ®iÒu khiÓn nh− sau : (trang 43) ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu VI. §å thÞ SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 41 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 42 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu VII . Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn - Gi¶ sö ta cÇn ph¸t xung ®iÒu khiÓn cho van T1. §iÖn ¸p ë hai ®Çu cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p ®ßng pha ®−îc lÊy chung víi ®iÖn ¸p ë hai ®Çu T1. BiÕn ¸p ®ång pha cã nhiÖm vô c¸ch ly m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch c«ng suÊt ®ång thêi gi¶m ¸p ®Õn mét gi¸ trÞ phï hîp cho viÖc ®iÒu khiÓn. Sau khi qua biÕn ¸p ®ång pha, ®iÖn ¸p ra ®ång pha víi ®iÖn ¸p 2 ®Çu T1 nh−ng cã biªn ®é nhá h¬n. §iÖn trë R2 cã nhiÖm vô lµm gi¶m dßng vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n A1 cã nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p ra tõ m¸y biÕn ¸p ®ång pha víi U= U0 V ®Ó cho ra mét xung vu«ng. Xung vu«ng nµy chÝnh lµ ®iÖn ¸p tùa Utùa . §iÖn ¸p tùa ®−îc ®−a qua mét khèi t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n A2 ta sÏ ®−îc ®iÖn ¸p ë ®Çu ra cã d¹ng r¨ng c−a. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k lÊy tõ khèi m¹ch ®iÒu khiÓn (®· tr×nh bµy chi tiÕt nguyªn lý ho¹t ®éng ë phÇn tr−íc ) vµ ®iÖn ¸p r¨ng c−a ®−îc ®−a vµo mét m¹ch so s¸nh hai cöa dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n A SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 43 3. Khi nµo U > U th× U®k rc ra = +E vµ ng−îc l¹i khi nµo U = - E. ®k < U th× Urc ra §iÖn ¸p ë ®Çu ra A3 ®−îc ®−a vµo mét cæng AND. Do phÇn tö AND kh«ng lµm viÖc ë d¶i ®iÖn ¸p ©m mµ ®iÖn ¸p ®Çu ra A3 l¹i cã mét phÇn gi¸ trÞ ©m nªn ta sÏ dïng diode D6 ®Ó lo¹i bá phÇn ®iÖn ¸p ©m nµy . §Çu vµo thø hai cña cæng AND lµ ®Çu ra cña kh©u ph¸t xung chïm. Diode D5 còng lµm nhiÖm vô lo¹i bá phÇn ®iÖn ¸p ©m. Sau khi qua cæng AND, tÝn hiÖu vÉn cã d¹ng xung chïm nh−ng ®· ®−îc c¾t bá mét phÇn. Khèi khuÕch ®¹i xung dïng hai Transistor ®Êu Darlington nh»m khuÕch ®¹i c«ng suÊt cña xung lªn nhiÒu lÇn. BiÕn ¸p xung cã nhiÖm vô c¸ch ly gi÷a m¹ch c«ng suÊt vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. Diode D8 nh»m b¶o vÖ tr¹ng th¸i qu¸ ¸p cho Transistor khi van chuyÓn tõ tr¹ng th¸i th«ng sang tr¹ng th¸i kho¸. D9 ®Ó chän xung d−¬ng vµo cùc ®iÒu khiÓn cña Thyristor . D10 ®Ó b¶o vÖ gi÷a cùc G vµ K khi ®iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn hai cùc ®ã. Trong s¬ ®å nµy gi¸ trÞ ®iÖn ¸p t¶i Ud cã thÓ thay ®æi ®−îc b»ng c¸ch ®iÒu chØnh chiÕt ¸p VR20 hoÆc VR ®Ó thay ®æi U . Khi U thay ®æi th× gãcα22 ®k ®k còng thay ®æi theo nªn ®iÖn ¸p t¶i U sÏ thay ®æi. d VIII.TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn - M¹ch ®iÒu khiÓn ®−îc tÝnh to¸n dùa trªn c¸c th«ng sè c¬ b¶n sau : §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Thyristor : U®k = 3 V Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Thyristor : I®k = 0,15A Thêi gian më Thyristor : tcm = 50μ s §é réng xung ®iÒu khiÓn : t = 300 μ s x TÇn sè xung ®iÒu khiÓn : f = 3 kHz x §é mÊt ®èi xøng cho phÐp : 04αΔ = §iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn : 12V± Møc sôt biªn ®é xung : s = 0,15 x ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu 1. TÝnh biÕn ¸p xung BiÕn ¸p xung cã nhiÖm vô chñ yÕu lµ c¸ch ly m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. C¸c th«ng sè ®Ó tÝnh biÕn ¸p xung lµ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn cña van c«ng suÊt : = U SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 44 gU ®k = 3V = I = gI ®k 0,15A + Ta chän s¾t ferit lµm lâi s¾t cña biÕn ¸p xung. Lâi s¾t cã d¹ng h×nh xuyÕn, lµm viÖc trÖn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã : 0,3B TΔ = 30 /H AΔ = m Lâi s¾t kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ. 3. Chän m = 3 + Tû sè biÕn ¸p xung : m = 2 ÷ + §iÖn ¸p cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung : U2 = U®k = 3,0 V + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung : U1= m. U = 3.3=9V 2 + Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung : = I2I ®k = 0,15A + Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung : 2I m 0,15 0,05 3 = I1= A = + §é tõ thÈm trung b×nh t−¬ng ®èi cña lâi s¾t : 6 0 0,3 . 1,25.10 .30TB B H μ μ − Δ= =Δ = 38.10 6 0 1,25.10 /H mμ −= lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ . + ThÓ tÝch cña lâi thÐp biÕn ¸p xung : 0 12 . . . . .. TB x xt s U I1l B μV Q μ= = Δ Thay sè vµo ta ®−îc : 3 6 6 6 3 3cm=28.10 .1, 25.10 .300.10 .0,15.9.0,05 2, 25.10 2, 250,3V m − − −= = 3Chän m¹ch tõ cã thÓ tÝch V= 3 cm Ta cã : V = S.h Trong ®ã S lµ diÖn tÝch m¹ch tõ vµ h lµ chiÒu cao cña m¹ch tõ Chän S = 1,5cm2 th× h = 2cm a = 4 mm b = h = 20 mm D = 24mm d = 16 mm Q = 150 mm2 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu + Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung : - Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ : 1 1 1. . . . x dB BU w Q w Q dt t Δ= = => 6 1 1 4 . 9.300.10 60 . 0,3.1,5.10 xU tw B Q − −= = =Δ vßng + Sè vßng d©y quÊn thø cÊp : w 1 60 20 3 w m = = SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 45 2 = vßng 2 MËt ®é dßng ®iÖn trong cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp ®Òu chän b»ng 2 A/mm + TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp : S 21 1 0,05 0,025 2 I mm J = =1= + §−êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : 1 1 4. 4.0,025 0, 2Sd mπ π= = ≈ m + TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp : S 2 2 0,15 0,075 2 I mm J = =2= + §−êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp : 2 2 4. 4.0,075 0,3Sd mπ π= = = m 2.TÝnh tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng - Hai Transistor T1 vµ T2 ®Êu Darlington cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i dßng ®iÖn lªn nhiÒu lÇn. - Ta chän Transistor dïng cho T1 lµ C828. §©y lµ Transistor lo¹i npn lµm b»ng vËt liÖu b¸n dÉn Silic. C¸c th«ng sè cña C828 nh− sau : + UEC = 35 V + IEC = 100mA + HÖ sè khuÕch ®¹i : β = 120 . Khi tÝnh to¸n lÊy β = 10 Chän Transistor dïng cho T2 lµ H1061. §©y lµ Transistor lo¹i npn lµm b»ng vËt liÖu b¸n dÉn Silic. C¸c th«ng sè cña H1061 nh− sau : + UEC = 35 V + IEC = 2 A + HÖ sè khuÕch ®¹i : β = 120 . Khi tÝnh to¸n lÊy β = 10 + §iÖn trë R18 cã nhiÖm vô h¹n chÕ dßng vµo Transistor T2 . 0 _ 2 24 9 7,5 2 BAX EC T E U I − −= = = R Ω 18 Chän R18 = 10 Ω ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu - C¸c Diode trong m¹ch dïng lo¹i : 1N4009 cã c¸c th«ng sè sau : + Dßng ®iÖn ®Þmh møc : I®m = 10mA + §iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt : Ung−îc max = 25 V + §iÖn ¸p ®Ó cho Diode më th«ng : Um = 1 V 3. Chän cæng AND - Toµn bé m¹ch ®iÒu khiÓn dung ®Õn 3 cæng AND (®Ó cho 3 kªnh ®iÒu khiÓn ) nªn ta dïng mét IC 4081 hä CMOS . Mçi IC 4081 cã 4 cæng AND vµ th«ng sè cña mçi cæng nh− sau : + Nguån nu«i IC : V SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 46 cc = 3 15V ÷ + NhiÖt ®é lµm viÖc : -40 800 C ÷ + §iÖn ¸p øng víi møc logic ‘‘1’’ : 2 4,5 V ÷ + C«ng suÊt tiªu thô : P = 2,5 nW/ cæng - S¬ ®å ch©n cña IC 4081 : - B¶ng ch©n lý cña IC4081 A B §Çu ra 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 4. Chän ®iÖn trë R16 + §iÖn trë R16 cã nhiÖm vô h¹n chÕ dßng ®−a vµo Baz¬ cña Transistor T1. Ta chän R16 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn : R 3 3 4,5 45 100.10B U k I − = =16 ≥ Ω Trong ®ã U = 4,5 V lµ ®iÖn ¸p ra cùc ®¹i sau cæng AND Ta chän R16 b»ng 100 Ω 5. TÝnh chän bé t¹o xung chïm Toµn bé m¹ch dïng ®Õn 11 khuÕch ®¹i thuËt to¸n nªn ta sÏ sö dông 3 IC. Chän Ic lo¹i TL084 cã c¸c th«ng sè kü thuËt sau : + §iÖn ¸p nguån nu«i : Vcc= 18V. Chän V± cc = 12V ± + HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo : 30V ± + NhiÖt lµm viÖc : T = -25 ÷ 850 C + C«ng suÊt tiªu thô : P= 680mW = 0,68 W ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Ω + Tæng trë ®Çu vµo : R 6 = 10 M in + Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ira = 30 pA 13du V dt sμ= + Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp : - S¬ ®å ch©n cña IC TL084 - M¹ch ®iÒu khiÓn ph¸t xung ®iÒu khiÓn yªu cÇu cã f = 3kHz nªn m¹ch t¹o xung chïm còng ph¶i ph¸t xung cã tÇn sè 3 kHz Chu kú cña xung : T= 3 1 1 334 3.10 s f μ= = 13 14 1 2 R R +Ta cã : T = 2.R SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 47 12 .C2.ln ( ) Ta chän R13 = R14= 33 k th× T = 2,2 RΩ 12. C2 T = 2,2 R12. C2 => R12 . C = 151,8 sμ2 cã ®iÖn ¸p 16 V th× : Chän tô C2 = 0,2 Fμ 151,8 759 0,2 = Ω R12 = ΩTrªn thùc tÕ ta sÏ dïng biÕn trë 1 k sau ®ã ®iÒu chØnh ®Õn gi¸ trÞ 759 Ω 6. TÝnh chän kh©u so s¸nh - KhuÕch ®¹i thuËt to¸n A ®· chän ë phÇn 5 3 ®−îc nu«i bëi nguån V- A3 cc = 12V. §iÖn ¸p vµo A xÊp xØ 9 V. R± 3 9 vµ R10 ph¶i ®−îc chän sao cho dßng lµm viÖc I cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n < 1mA lv 9 10 3 9 10 91 9 10 V VU U mA R R k R R − = I Ω lv Chän R9 = R10 = 10 k Ω chØ cã nhiÖm vô cïng víi Diode tho¸t ©m. Khi ®Çu ra cña AR15 4 lµ ©m th× sÏ h×nh thµnh m¹ch dÉn ®iÖn tõ D5 -> R15 -> nguån ©m cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Chän R15 = 33k Ω 7. TÝnh chän kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a. - Ta chän diode Zener cã c¸c th«ng sè sau: U«=9V; I«=100mA. - Chän nguån + E lµ 12V - §iÖn ¸p r¨ng c−a ®−îc h×nh thµnh do sù phãng n¹p cña tô C1. < 0 th× D3 dÉn tô C ®−îc n¹p. Khi Udp 1 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu 1 7 8 5 dp C UEi VR R R = −+ 1 1 1 5 7 1 1 12. . ( dpC U 8 )I dt dt C C R VR R = − +∫ ∫ SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 48 un= .(1) 0Thêi gian tô n¹p trong kho¶ng 6 ®iÖn, tÇn sè cña Udp lµ 100 Hz. Do ®ã ta cã c«ng thøc tÝnh thêi gian tô n¹p: ms33,0 100 1. 180 6 ≈ tn= mstn 67,9100 1 ≈− t = . p T¹i thêi ®iÓm 0,33ms khi ®ã tô ®−îc n¹p ®Õn ®iÖn ¸p Uz. Chän C1=0,47μ F. Tõ (1) ta cã ph−¬ng tr×nh: 1875 ).125,10( C t RRR n +− Uz = (2) Khi U > 0 th× Ddp 3 kho¸, lóc nµy tô phãng ®iÖn, ®iÖn ¸p trªn tô gi¶m dÇn vÒ 0 theo ph−¬ng tr×nh sau: 7 8 1 7 8 1 1212 ( ). ( ). p Z Z t dt U U VR R C VR R C −− + =+ +∫ 0 = + Thay sè ta cã: R7 + R8=27,3 kΩ ThÕ vµo (2) ta cã : =850 Ω R5 VR7=17,3kΩ ; R8=10 kΩ. 8. TÝnh chän c¸c th«ng sè cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn - Khèi m¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn gåm : BiÕn dßng, khèi m¹ch cÇu diode vµ khèi m¹ch PI. + Chän biÕn dßng : Theo tÝnh to¸n ë trªn, dßng I2 phÝa thø cÊp lµ 147 A nªn ta chän lo¹i biÕn dßng 150/5A . + Víi môc ®Ých lÊy ®−îc tÝn hiÖu vµo chØnh l−u diode lµ 10V ta sÏ chän ®iÖn trë m¾c song song víi biÕn dßng cã gi¸ trÞ lµ 2 Ω + C¸c diode chän lo¹i 1N4009 cã c¸c th«ng sè nh− ®· tr×nh bµy ë trªn. + Tô C cã nhiÖm vô läc c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. C cã gi¸ trÞ cµng lín th× kh¶ n¨ng läc cña tô cµng tèt. Chän C = 1000 cã U = 16V Fμ - Trong phÇn tÝnh to¸n m¹ch lùc ®· chän α=350 , ®iÖn ¸p r¨ng c−a ra lµ tuyÕn tÝnh: U =9 V ( do cã Diode æn ¸p Zener ) rcmax Suy ra: ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu 2,79 174 139 6180 )635180( max00 000 =×=×− −−= rcU V dkU øng víi gãc α 0 SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 49 min=35 . nh− vËy Udk =(0 ->7,2V) Ta ®iÒu chØnh VR20 ®Ó cã Uph=2V. Sau khi cho ®i qua khèi PI th× Udk=U®Æt- Uph. §Ó U®k thay ®æi trong kho¶ng ( 0->7,2V) ta ph¶i cã U thay ®æi trong kho¶ng ®Æt (-9,2;-2V) - C¸c ®iÖn trë R23 ,R 24,R25 chän b»ng 10k . Ω -4 .C = 10 s - Chän thêi gian n¹p cña tô lµ T = R25 3 -8 F => C = 10 cã gi¸ trÞ cùc ®¹i lµ 10k- Chän biÕn trë VR Ω20 . Do ta chØ lÊy ®iÖn ¸p ph¶n håi ®Çu ra lµ 2V nªn con ch¹y cña biÕn trë ta ®Æt ë gi¸ trÞ 2k . Ω - Chän E = -12 V, ®iÖn ¸p U® cã gi¸ trÞ trong kho¶ng -9,2 ®Õn -2 V . = 2,8 k , biÕn trë VRTa chän R21 Ω 22 ph¶i cã gi¸ trÞ trong kho¶ng 2 kΩ ®Õn 9,2 kΩ . ë ®©y ta giíi h¹n con ch¹y cña biÕn trë sao cho gi¸ trÞ cña nã kh«ng nhá h¬n 2 k . Ω 9.TÝnh khèi t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha. - KhuÕch ®¹i thuËt to¸n A1 ®· chän ë phÇn trªn - §iÖn trë R2 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n Ta chän R2 sao cho dßng ®i vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1 1mA ≤ 2 3 9 9 10 A v UR k I − = = = Ω Chän R2 = 10 kΩ - §iÖn ¸p U0 chØ chän cã gi¸ trÞ t−¬ng ®−¬ng víi 3 0 ®iÖn . 02 U0= U2sin 3 =0,88 V Ta cã ph−¬ng tr×nh: 4 0 3 0 R U R UE =− 43 88,088,012 RR =−Ù => 0,88R3 = 11,12R4=> R3 = 12,6R4 Ta chän R4 = 10 kΩ , R3= 126kΩ. Chän dßng qua R1 lµ 10mA. Khi ®ã ) =1,2 kΩ. -3=12/(10.10 R1 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu 10. TÝnh chän c¸c th«ng sè cho khèi nguån nu«i . - Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p 12V± ®Ó cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung, nu«i IC, và biÕn ¸p ®ång pha. - §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i Opamp, ta dïng hai vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912 lµ vi m¹ch æn ¸p cho ta ®iÖn ¸p +12V vµ -12 V. - C¸c th«ng sè cña vi m¹ch: = 7 ÷ 35V + §iÖn ¸p ®Çu vµo: UV + §iÖn ¸p ®Çu ra: U = +12V víi IC7812 R U = - 12V víi IC7912 R SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 50 + Dßng ®iÖn ®Çu ra: IRa = 0 ÷1(A) Chọn C = 1000 (μF), U = 16 (V) ®Ó läc c¸c thµnh phÇn sãng hµi bËc cao chän lo¹i tô cã C = 10(μF) ®Ó läc nhiÔu Víi lo¹i tô CL - Ta chän th«ng sè cña c¸c biÕn ¸p cña c¸c khèi nh− sau: Khèi nguån nu«i IC: U =17V I =0,5A 1_2 1_2 --> C«ng suÊt cña kh©u æn ¸p lµ: S = 3 3U .I = .17.0,5=14,7(VA) 1_2 1_2 1_2 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Kh©u nguån c«ng suÊt :U =10(V);I =1(A) 2_2 2_2 -->C«ng suÊt cña nguån æn ¸p lµ: SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 51 S 2 = 3 3U .I = .10.1=17,32(VA) 2_ 2_2 2_2 Kh©u ®ång pha:U =12(V);I =0,1(A) 3_2 3_2 -->C«ng suÊt cña nguån ®ång pha lµ: S 2 =3U .I =3.12.0,1=3,6(VA) 3_ 3_2 3_2 --> Tæng c«ng suÊt cña c¶ ba kh©u lµ: S = S +S + S =14,7+17,32+3,6=35,62VA 1_2 2_2 3_2 Tra b¶ng øng víi c«ng suÊt chuÈn lµ 40W ta ®−îc kÝch th−íc cña lâi thÐp lµ: a= 20(mm); h= 50(mm); c=20(mm); L=70(mm) H=70(mm) B=12(mm) Q= 3,4cm 2 Sè V«n/vßng lµ: N = 4,44.B.f.Q=4,44.1.50.3,4.10 4− = 0,075(V«n/vßng) Sè vßng cuén thø cÊp biÕn ¸p cña khèi t¹o nguån nu«i IC : 225 075,0 171_2 == N U W = (vßng) 1_2 Chän J1=J2=2A/mm . 2 TiÕt diÖn d©y thø cÊp lµ: 21_2 25,0 2 5,0 mm J I == Q = 1_2 d = 0,57(mm) 1_2 Sè vßng cuén thø cÊp biÕn ¸p cña khèi c«ng suÊt : 132 0755,0 102_2 == N U W = (vßng) 2_2 21_2 5,0 2 1 mm J I == Q = 2_2 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Chän d©y chuÈn cã thiÕt diÖn d©y lµ: Q =0,502 t−¬ng øng víi ®−êng kÝnh d 2_2 =0,8(mm) 2_2 Sè vßng cuén thø cÊp biÕn ¸p khèi ®ång pha : 158 0755,0 123_2 == N U W = (vßng) 3_2 TiÕt diÖn d©y thø cÊp lµ: 23_2 05,0 2 1,0 mm J I == Q = 3_2 Chän d©y chuÈn cã thiÕt diÖn d©y lµ: Q = 0,0573 mm23_2 t−¬ng øng víi ®−êng kÝnh d =0,27(mm) 3_2 * TÝnh to¸n phÝa s¬ cÊp biÕn ¸p - Dßng ®iÖn s¬ cÊp trong m¸y biÕn ¸p lµ: 3 3 I =S/ .U SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 52 1 1= 35,62/ .380=0,0524(A) - Sè vßng cuén s¬ cÊp biÕn ¸p : 5034 10.4,3.1.50.44,4 380 ...44,4 4 1 == −QBf U W 1 = (vßng) - Chän mËt ®é dßng ®iÖn thø cÊp lµ J=2A/mm .ThiÕt diÖn d©y s¬ cÊp lµ: 2 21 0262,0 2 0524,0 mm J I == S 1 = - Chän d©y chuÈn cã thiÕt diÖn d©y lµ: S 1 =0,0314 t−¬ng øng víi ®−êng kÝnh d 1 =0,2(mm) * TÝnh chän Diode cho bé chØnh l−u nguån nu«i - Dßng ®iÖn hiÖu dông ®i qua diode : 2 0,0943 0,064 2 2Dhd II A= = = - §iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt mµ diode ph¶i chÞu : max 26 6.9 2NU U= = = 2V - Chän diode cã dßng ®Þnh møc : . 10.0,064 0,64dm i DdmI k I A≥ = = vµ cã ®iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt : max. 3.22 6n u NU k U V6= = = Ta chän diode lo¹i KII 208A cã c¸c th«ng sè sau : + Dßng ®Þnh møc :I®m = 1,5 A + §iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt :UN =100 V. ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu Ch−¬ng 5. M« pháng m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn ®−îc m« pháng b»ng phÇn mÒn Circuit Maker. ™ S¬ ®å m¹ch : KÕt qu¶ m« pháng cña c¸c kh©u ®−îc thÓ hiÖn d−íi d¹ng ®å thÞ sau : * §iÖn ¸p ra sau biÕn ¸p ®ång pha cã ®iÓm gi÷a nèi ®Êt : SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 53 ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu * §iÖn ¸p ra sau kh©u so s¸nh t¹o xung vu«ng : * §iÖn ¸p ra sau kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c−a : vµ U SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 54 * §iÖn ¸p ra sau kh©u so s¸nh Udk rc : ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 55 * §iÖn ¸p ra sau kh©u t¹o xung chïm : * §iÖn ¸p ra sau cæng AND : ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 56 KÕt luËn Trong h¬n ba th¸ng qua, víi sù chØ b¶o hÕt søc nhiÖt t×nh cña thÇy gi¸o §ç Träng TÝn, em ®· hoµn thµnh ®−îc ®å ¸n cña m×nh víi ®Ò tµi "ThiÕt kÕ nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu ". Trong qu¸ tr×nh lµm ®å ¸n em ®· ®¹t ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ sau : 1. N¾m ®−îc kü thuËt hµn hå quang . 2. HiÓu s©u s¾c nguyªn lý ho¹t ®éng cña c¸c s¬ ®å chØnh l−u tõ ®ã biÕt c¸ch chän lùa mét s¬ ®å phï hîp víi yªu cÇu cña bµi to¸n. 3. BiÕt c¸ch tÝnh to¸n m¹ch lùc 4. BiÕt c¸ch thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 5. T¨ng kh¶ n¨ng tù nghiªn cøu, t×m tßi. KÕt qu¶ m« pháng cho thÊy c¸c th«ng sè ®Çu ra cña m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ®¸p øng ®−îc tÊt c¶ c¸c yªu cÇu vÒ mÆt chÊt l−îng dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p vµ b¶o vÖ chèng ng¾n m¹ch. §iÒu ®ã ®· chøng tá tÝnh chÝnh x¸c cña m¹ch ®· thiÕt kÕ, do ®ã cã thÓ dïng ®Ó thiÕt kÕ m¹ch trong thùc tÕ. Tuy nhiªn , do tr×nh ®é b¶n th©n cã h¹n, mét sè vÊn ®Ò ch−a ®−îc tiÕp cËn trong thùc tÕ nªn ®å ¸n cña em kh«ng thÓ tr¸nh khái nh−ng thiÕu sãt, em mong sÏ nhËn ®−îc sù chØ b¶o tõ phÝa c¸c thÇy. Cuèi cïng, em xin ®−îc göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh tíi thÇy gi¸o §ç Träng TÝn, ng−êi ®· chØ b¶o em hÕt søc tËn t×nh trong thêi gian võa qua. NÕu kh«ng cã sù nhiÖt t×nh cña thÇy th× ch¾c ch¾n em kh«ng thÓ hoµn thµnh ®å ¸n nµy ! Em xinn ch©n thµnh c¶m ¬n ! Hµ Néi, ngµy 15 th¸ng 5 n¨m 2007 Sinh viªn thùc hiÖn NguyÔn B¸ Long ®å ¸n §tcs : thiÕt kÕ Nguån hµn hå quang ®iÖn mét chiÒu SV thùc hiÖn : NguyÔn B¸ long 57 Tμi liÖu tham kh¶o : 1. §iÖn tö c«ng suÊt- Lý thuyÕt, thiÕt kÕ øng dông - Lª V¨n Doanh (chñ biªn) 2. §iÖn tö c«ng suÊt- Vâ Minh ChÝnh, Ph¹m Quèc H¶i, TrÇn Träng Minh. 3. C«ng nghÖ hµn. 4. TÝnh to¸n thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt - TrÇn V¨n ThÞnh 5. ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p - Lª V¨n Doanh 6. CircuitMaker 2000 UserManual 7. Internet : www.siemens.com www.fairchild.com www.icmaster.com www.datasheetarchive.com