Đồ án Tốt nghiệp công nghệ mạ xoa

ng thực tế . CHỈNH LƯU DÙNG CÀC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Chỉnh lưu cho phép điều chỉnh điện áp ra liên tục trong một dải điều chỉnh rộng ,thuật lợi khi sử dụng và thay thế các linh kiện ,kích thước gọn nhẹ ,tác động nhanh ,dễ tự đông hoá ,dễ điều khiển ,có khả năng định dòng và áp phù hợp với yêu cầu của dòng điện mạ xoa . Ngày nay chỉnh lưu được sử dụng ngày càng phổ biến để tạo ra nguồn một chiều cho thiết bị mạ xoa vậy để tạo ra nguồn một chiều cho thiết bị mạ xoa ta dùng bộ nguồn chỉnh lưu . CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA CỦA BỘ CHỈNH LƯU. Muốn thay đổi điện áp ở đầu ra của bộ chỉnh lưu người ta có nhiều phương pháp ,sau đây ta xét ba phương pháp thông dụng nhất . 1 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA BẰNG BIẾN ÁP TỰ NGẪU. Hình 1 Nguyên lý hoat động của sơ đồ : Cấp nguồn xoay chiều ba pha vào máy biến áp tự ngẫu , nhờ hệ thống chổi than trượt trên dây quấn thứ cấp để thay đổi điện áp đầu ra . Đầu ra của máy biiến áp tự ngẫu nối với cuộn sơ cấp của máy biến áp chỉnh lưu . Máy biến áp này có nhiệm vụ hạ áp xuống theo tỷ số biến áp K cố định để cung cấp cho bộ chỉnh lưu diôt . Bộ chỉnh lưu này có nhiệm vụ biến đổi điện áp ba pha xoay chiều thành điện áp một chiều cho thiết bị mạ xoa . Sơ đồ trên có ưu điểm là không phải điều khiển việc đóng mở các van . Mặt khác trên thị trường các van điốt có công xuất lơn hơn các van có điều khiển , do đó có thể đáp ứng các yêu cầu về dòng và áp của công nghệ mạ xoa mà các loại van khác không thể đáp ứng được . Nhưng sơ đồ này có nhược điểm là việc chế tạo dây quấn của máy biến áp tự ngẫu có dòng điện lớn là rất khó.Vì vậy ở đây ta không sử dụng sơ đồ này . 2.ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU BẰNG THIẾT BỊ BÁN DẪN Hình 2 Sơ đồ trên gồm có bộ điều chỉnh điện áp bằng van bán dẫn có điều khiển,một máy biến áp chỉnh lưu hạ thế , bộ chỉnh lưu ba pha tạo nguồn một chiều .Trong đó các bán dẫn Tirstor có thể sử dụng máy biến áp xung có hai cuộn dây thứ cấp để mở hai van cùng một lúc . Để có dòng điện chạy qua máy biến áp chỉnh lưu thì Tiristor ở hai hoặc ba pha phải ở trạng thái mở . Khi Tiritor ở hai pha cho dòng điện chạy qua thì điện áp tức thời trên pha tải liên quan bằng nửa điện áp của hai pha đang xét. Còn khi Tiristor ở ba pha cùng mở cho dòng chảy qua thì nó bằng điện áp pha tương ứng. Hình dáng và giá trị hiệu dụng của điện áp của mỗi pha phụ thuộc vào góc mở a . Do đó để điều chỉnh được điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu điốt ta chỉ việc điều chỉnh góc mở của các van bán dẫn Tiristor ở đầu vào. Phương pháp này có ưu điểm là có thể điều chỉnh được với bất kỳ dạng tải nào, quán tính điều khiển nhanh và có thể đáp ứng được mọi yêu cầu của công nghệ. Nhưng phương pháp này có đặc điểm là việc điều khiển mở các van rất phức tạp, gây không ít khó khăn cho việc vận hành và sửa chữa. 3. ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP ĐẦU RA DÙNG CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN: MBACL CL u + - Hình 3 Hình 6: Sơ đồ điều chỉnh điện áp dùng bộ chỉnh lưu điều khiển. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Khi cấp nguồn điện xoay chiều ba pha máy biến áp chỉnh lưu, nhờ máy biến áp hạ điện áp xuống điện áp không tải cấp cho bộ chỉnh lưu điều khiển Tiristor. Tại thời điểm điện áp anốt của Tiristor dương, cấp xung điều mở các van. Khi van mở thông, dòng điện từ thứ biến áp qua van đến tải. Góc mở các Tiristor phụ thuộc vào giá trị của điện áp đầu ra. Sơ đồ này có ưu điểm là gọn nhẹ, các Tiristor chỉ phải chịu điện áp ngược nhỏ, việc điều khiển mở các van dễ dàng, đải điều chỉnh điện áp lớn và có liên tục trong suốt dải điều chỉnh đó. Nhận xét : Qua các sơ đồ đã xét ở trên ta thấy sơ đồ điều khiển điện áp ra dùng bộ chỉnh lưu có điều khiển và đơn giản nhất và có ưu điểm hơn các sơ đồ khác về mặt điều khiển, vận hành và sửa chữa. Trong thực tế với loại tải mạ xoa người ta thường dùng sơ đồ điều khiển điện áp đầu rabằng các bộ chỉnh lưu điều khiển. CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC Từ các sơ đồ ở phần trên ta chọn sơ đô điều chỉnh lưu ba pha có điều khiển . Sau đây ta xét một số sơ đồ chỉnh lưu để chọn ra sơ đồ chỉnh lưu phù hợp với tải I.Các sơ đồ cnỉnh lưu 1 pha có điều khiển 1. Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ có điều khiển dùng Tiristor H Hình 4 Sơ đồ cnỉnh lưu một nửa chu kỳ sóng điện áp ra một chiều sẽ bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điên áp anod của van bán dẫn âm.do vậy khi sử dụng chỉnh lưu một nửa chu kỳ chúng ta có chất lượng điện ap xấu,trị số điện áp tải trung bình lớn nhât được tính Udo= 0,45.U2 Sba=3,09.Ud.Id Đây là loại chỉnh lưu cơ bản sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản .chấy lượng điện áp không được tốt. 2. Sơ đồ cnỉnh lưu 1 pha hai nửa chu kỳ dùng tiristor có điều khiển Hình 5 Sơ đồ này cần hai cuộn dây biến áp thứ cấp với các thông số giông hệt nhau.ở mỗi nửa chu kỳ có một van bán dẫn cho dòng chạy qua. Sơ đồ này biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống nhau Điện áp trung bình trên tải Udo= Udo.. (1+cós)/2 =0.9U2 khi tải Ud=Udo.coskhi tải điện cảm điện áp ngược của van lớn nhất Unv=2U2 dòng điện mà van bán dẫn phai chiệu tối đa bằng 1/2 dòng điện tải Ihd=0.71Id 3.Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng dùng tiristor có điều khiển khiển Hình 6 nhóm ca tốt chung T1,T3,T5 nhóm anot chung T2,T4,T6 chỉnh lưu này có chất lượng điện áp ra giống như chỉnh lưu có biến áp chung tính 4.Chỉnh lưu câu không đối xứng Hình 7 Khi điện áp anod T1dương va catod D1 âm có dòng điện tải chạy quaT1 D1 đến khi điện áp đỏi dấu T1 sẽ bị khoá khi có xung mở T2 các van bán dẫn được mở thông tromg một nửa chu kỳ các diod dẫn từ đầu đến cuối bán kỳ điện áp âm catod,còn các tristor được dẫn thông tại thời có xung mở tiistor ở nửa chu kỳ kế tiếp. Dòng điện trung bình qua van Itb=1/2.Id dòng điện hiệu dụng Ihd=0.71.Id ở sơ đồ sử dụng một nửa số van điều khiển do đó giá thành thiết bị giảm vì diot rẻ hơn nhiều so với tiristor vì vậy sơ đồ điều khiển cũng đơn giản II.Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điều khiển 1. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển dùng Tiristor Hình 8 Từ sơ đồ chỉnh lưu trên ta thấy các Tiristor sẽ nhận xung điều khiển để dẫn điện trong các bán kỳ dương của điện ap pha tương ứng. Các xung điều khiển này đồng bộ với điện áp của các van tương ứng và góc lệch pha giữa chúng là 1200 để góc mở của các van là giao điểm của van là trùng nhau. Với sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha thì góc thông tự nhiên của van là giao điểm của hai điện áp pha ở phần dương tức là dịch pha 300 so với điện áp pha đó. Khi đó góc mở nhỏ nhất a =300 thì điện áp chỉnh lưu đạt giá trị cực đại. Ta có nguyên lý hoạt động của sơ đồ như sau: Tại thời điểm mở van T1, pha A có điện áp dương hơn nên van T1 cho dòng tải Id chạy qua tải và về trung tính của máy biến áp. Khi điện áp của pha dương hơn nhưng nếu T2 chưa có xung điều khiển mà pha A vẫn dương hơn trung tính thì T1 vẫn dẫn dòng cho đến khi van T1 có xung điều khiển mở mới thôi. Tương tự như vậy khi pha C dương hơn. Sơ đồ dạng sóng điên áp chỉnh lưu với góc mở ỏ =300 và . ỏ >300 được biểu diễn như sau: Hình 9: dạng sóng điên áp khi ỏ =300 Hình10: dạng sóng điên áp chỉnh lưu khi ỏ >300 Điện áp chỉnh lưu khi ỏ >300 được tính theo công thức sau : Ud =2t sinq dq =1.17U2t Với sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha và các dạng sóng điện áp chỉnh lưu khi góc mở điện áp thay đổi ta thấy chất lương điện áp chỉnh lưu khá tốt biên độ dao động điên áp khoảng 50% .Khi góc mở a 300 thì điện áp chỉnh lưu bắt đầu bi gián đoạn . 2 CHỈNH LƯU TIA 6 PHA : Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha xét ở trên chất lượng điện áp chưa thật tốt lắm nên khi cần chất lương điện áp tốt hơn ta sửa dụng sơ đồ nhiều pha hơn .Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia sáu pha . Sơ đồ mạch động lực đươc mô tả như hình vẽ. Hình 11 Sơ đồ này gồm 6 Tiristor chia làm hai nhóm . Nhóm thứ nhất gồm ba van T1,T3,T5 tạo ra điện áp . Nhóm thứ hai gồm ba van T2,T4,T6 tạo ra điện áp Ud2 .Điện áp thứ cấp Ua1 và Ua2, Ub1và Ub2 ,Uc1và Uc2 và Uc2 ngược pha nhau từng đôi một . Cuộn kháng cân bằng làm cho hai nhóm chỉnh lưu làm việc song song và độc lập với nhau . Từ sơ đồ hình H.14 ta thấy biến áp ba pha có ba cuộn dây đặt trên mỗi trụ một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp các cuộn dây thứ cấp tạo ra hai hệ thống điện áp ba pha lệch nhau 1800 điện . Điện áp các pha dịch nhau một góc là 600 như mô tả hình vẽ 11: Hình 12 Việc phát xung điều khiển mở các van cần phải thưc hiện theo thứ tự sau; T1-T5,-T3-T1, -T5-T3,.Ta thấy tại bất kỳ thời điểm nào cũng có hai Tiritor dẫn dòng trong đó một van thuộc nhóm thư nhất và một van thuộc nhóm thứ hai . Khi đó điện áp đăt trên tải Ud=. Do hiệu số điện áp Ud=Ud1#Ud2, nên để loại trừ dòng cân bằng do Ud sinh ra người ta mắc thêm cuộn kháng cân bằng . Cuộn kháng này gồm hai cuộn dây đặt trên cùng một lõi sắt như hình vẽ. Giá trị điện áp của chỉnh lưu được theo công thức : Ud =2t sinq dq =1,35U2t cosq Giá trị trung bình của dòng điện chảy qua mỗi van ; Itb= . Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua mỗi van : Ihd= . Từ sơ đồ dạng sóng điện áp H.15 ta thấy điện áp tải là phần dương hơn của các điện áp pha đập mạch bậc sáu .Với dạng sóng điện áp như trên thì chất lương điện áp một chiều là tốt nhất . So với các sơ đồ khác thì sơ đồ chỉnh lưu sáu pha dùng cuộn kháng cân bằng có dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất do đó sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha có ý nghĩa khi cần dòng tải lớn . Nhược điểm của sơ đồ là chế tạo máy biến áp phức tạp hơn các sơ đồ khác . 3. CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN ĐỐI XỨNG Hình 13: Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiên đối xứng Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng gồm 6 Tiristor chia thành hai nhóm. Nhóm catốt chung gồm các van T1,T3 ,T5. Nhóm anốt chung gồm các van T2 ,T4 ,T6 .Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng ,dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạỵ từ pha nay về pha khia . Do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiritsor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời để mở một Tiristor ở nhóm Anốt và một Tiristor ở nhóm catốt .Trong mỗi nhóm khi một Tiristor mở nó sẽ khoá ngay tiristor dẫn dòng trước đó. Dưới đây là sơ đồ dang sóng của điện áp chỉnh lưu khi góc mở ỏ =300 . Hình 14 Nguyên lý hoạt động của sơ đô chỉnh lưu : Giả sử tại thời điểm ban đầu các van T4 và T5 mở đang dẫn dòng điện , đến thời điểm q = +ỏ phát xung điều khiển mở T1 .Tirstor T1 mở làm cho T5 bị khoá lại vì điện thế pha A dương hơn pha C. Khi đó hai van T1 và T4 cho dòng tải chạy qua . Tại thời điểm q2 , phát xung mở T2 và khi đó T4 bị khoá lại một cách tự nhiên lúc này dòng tải chạy qua hai van T1 và T2 .Tại thời điểm q3 phát xung điều khiển mở T3 khi T3 dẫn dòng sẽ làm cho van T1 khoá lai do đó dòng tải chảy qua hai van T3 và T2 . Tại thời điểm q4 phát xung điều khiển mở van T6 ,van T6 dẫn làm cho T2 khoá và dòng tải chảy qua hai van T3 và T6 . Tại thời điểm phát xung điều khiển mở van T5 khi T5 dẫn dòng sẽ làm cho T3 khoá .Do đó hai van T5 và T6 sẽ cho dòng tải chảy qua trong khoảng thời gian q5 đến q6.Tại thời q6 điểm phát xung điều khiển T2 và T4 khoá lại một cách tự nhiên và hai van T5 và T4 cho dòng tải chạy qua trong khoảng thời gian từ q6 đến q7 .Đến q7 tiêp tục cho xung điều khiển mở van T1 và quá trình hoạt động tương tự trên. Điện áp chỉnh lưu bao gồm cả hai đường bao phía trên và phía trên dưới như trên hình vẽ , điện áp chỉnh lưu đươc xàc định theo công sau : Ud = cos Từ sơ đồ dạng sóng điện áp và nguyên lý hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng ta thấy điện áp chỉnh lưu có độ bằng phẳng cao,chất lượng điện áp tốt như đối với chỉnh lưu tia 6 pha,tuy nhiên sơ đồ chỉnh lưu này có nhược điểm là để sơ đồ hoạt động được ta phải cấp đồng thời hai xung điều khiển mở cho hai van ở hai nhóm khác nhau .Vì vậy gây không ít khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa.Để đơn giản hơn ta sử dụng sơ đồ điều khiển không đối xứng . 3 CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN KHÔNG ĐỐI XỨNG. Hình 15 Ta có thể coi sơ đồ trên tương đương với hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha , một sơ đồ điền khiển dùng Tiristor và một sơ đồ không điền khiển dùng điốt,được đấu nối tiếp vối nhau và làm việc độc lập với nhau trên cùng một phụ tải . Giá trị điện áp chỉnh lưu được xác định theo công thức : Ud =U2d Sơ đồ dạng sóng điện áp chỉnh lưu khi góc mở ỏ =300 .Hình vẽ 16. Hình 16 Từ sơ đồ dạng sóng điện áp của chỉnh lưu ta thấy quá trình hoạt động của sơ đồ như sau :Tại thời điểm ban đầu khi điện áp pha A dương hơn, điện áp pha B âm hơn ,phát xung điều khiển mở Tiristor T1. Dòng điện qua T1 đến tải và qua điốt D2 trở về pha B .Điốt D2 dẫn của sơ đồ như sau : Tại thời điểm ban đầu khi điện áp pha A là dương hơn , điện áp pha B âm hơn , phát xung điều khiển Tirstor T1.Dòng điện đi từ máy biến áp qua T1 đến tải và qua điốt D2 trở về pha B . Điốt D2 dẫn điện cho đến thời điểm q2 thì điện áp pha C âm hơn điện áp pha làm cho D2 khoá lại và D3 mở. Dòng điện đi từ pha A qua T1 ,D3 trở về pha C. T1 và D3. Dẫn dong điện cho đến thời điểm q3 thì mạch điều khiển phát xung mở T2 .T2 dẫn dòng điện làm T1 khoá lại vì điện áp pha âm hơn điện áp pha B .Dòng điện đi từ pha B qua T2 và D3 để về C.Đến thời điểm q4 điện áp pha âm A hơn điện áp pha C làm cho D3 khoá lại , D1 mở để cùng với T2 dẫn dòng qua tải cho đến thời điểm q5.Tại thòi điểm q5 mạch điều khiển phát xung điều khiển mở T3 ,T3 dẫn dòng làm cho T2 khoá lại vì Uc dương hơn Ub .T3 cùng với D1 dẫn dòng qua tải cho đến q6 khi đó Ub âm hơn làm cho D1 khoá và D2 mở . Lúc này dòng điện chạy từ pha C qua T3 qua tải rồi trở về B qua D2 đến q7 .Khi đó quá trình hoạt động của sơ đồ lại tiếp tục như chu kỳ trước . Trên hình vẽ dạng sóng điện áp chỉnh lưu dòng điện àp tải chính là đường bao phía trên và đường bao phía dưới của sơ đồ .Ta thấy sơ đồ này có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600 , khi đó góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ thì dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn .Sơ đồ này có ưu điểm là việc khích các van mở dễ dàng hơn so với sơ đồ chỉnh lưu ba pha điều khiển đối xứng. Nhận xét : Từ các sơ đồ chỉnh lưu đã xét ở trên . vậy để đơn giản trong chế tạo máy biến áp và tính toán cuộn kháng cân bằng ta chọn sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ II . TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC 1.Các thông số cơ bản Nguồn mạ xoa một chiều được thiết kế tính toán , chế tạo với các thông số cơ bản sau : Dũng một chiều cực đại : I = 100 (A) Điện áp một chiều cực đại : Umax = 27 (V) Điện áp một chiều định mức : Udm = 25 (V) Dải điều chỉnh điện áp mạ : 0 ữ 25 (V) Dải dũng điện làm việc : 0 ữ 100 (A) Bảo vệ , khống chế dũng ở : I ≤ 100 (A) Điện áp lưới xoay chiều : U = 220 V, 50 Hz 2.Chế độ làm việc Chế độ bằng tay MAN mạ thuận T và mạ ngược N, theo công nghệ Chế độ tự động AUTO có đảo chiều cực tính , đặt tự động thời gian mạ thuận T và mạ ngược N theo yêu cầu công nghệ . Các chế độ MAN và AUTO được khống chế qua đồng hồ công suất A.h nếu đồng hồ được đặt ở chế độ SET. 3.Sơ đồ mạch động lực Hỡnh 17 Mạch động lực của nguồn mạ xoa bao gồm : MBA : Mỏy biến ỏp nguồn hạ ỏp T1, T2 – T3 , T4 : Hai bộ chỉnh lưu đảo chiều bằng Thyristors XK : Cuộn khỏng lọc một chiều cụng suất lớn . 4. Tính toán thiết kế mạch động lực IV.1.Tớnh chọn cỏc van bỏn dẫn Thyristors: Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dũng tải , sơ đồ đó chọn , điều kiện toả nhiệ , điện áp làm việc 1.Công suất mạ một chiều định mức : Pdm = Udm .Idm = 25 V . 100 A = 2500 W Udm : Điện áp định mức trên tải (V) Idm : Dũng điện định mức trên tải (A) 2.Công suất mạ một chiều cực đại : Pmax = Umax .Idm = 28 V .100 A = 2700 W 3. Điều chỉnh điện áp không tải : Uo = Umax +ÄUT + ÄUR + ÄUX = 28 + 1 + 28.10,1 + 0,05.28 = 33,2 V Trong đó : ÄUT = 1 V - Sụt ỏp trờn Thyristor ÄUR = 10% Umax = 2,7 V - Sụt áp trên điện trở MBA nguồn . ÄUR = 5% Umax = 1,35 V - Sụt áp trên điện kháng 4. Điện áp xoay chiều thứ cấp của các cuộn dây thứ cấp MBA nguồn : U21 = U22 = U2 = (V) 5. Hệ số mỏy biến ỏp : (V) Ku=0,9 6. Giỏ trị hiệu dụng của dũng điện thứ cấp MBA : Với - : Giá trị cực đại của điện áp một chiều trung bỡnh trờn tải - A Trong đó : dũng một chiều cực đại trên tải . 7. Dỏng điện làm việc của Thyristor được chọn theo dũng điện hiệu dụng của sơ đồ : A 8. Điện áp ngược cực đại mà Thyristor phải chịu khi không dẫn dũng : V 9. Tổn hao cụng suất trờn Thyristor khi dẫn dũng : Äẹ = ÄU.I = 1V . 100A = 100 W 10. Để Thyristor làm việc an toàn không bị chọc thủng do nhiệt , ta chọn điều kiện làm việc của Thyristor là có cánh tản nhiệt , quạt đối lưu không khí . Ta chọn Thyristor cú dũng định mức : Ith = 2.Ilv = 2. 78,5 = 157 A Trong đó : 2 - hệ số quá dũng dự trữ . 11. Chọn T1, T2, T3, T4 là Thyristor TL- 160 của Liờn Xụ sản xuất , cú cỏc thụng số : - Dũng định mức ITh = 160 A - Điện áp ngược cực đại : Ungược= 1000 V - Điện áp rơi khi dẫn dũng : ÄUT = 0,75 V - Dũng điều khiển : Ug = 7 V - Thời gian kh Ig = 0,3 A - Điện áp điều khiển : oỏ : toff = 200 s - Tốc độ biến thiên dũng điện cho phép cực đại : A/s - Tốc độ biến thiên điện áp cho phép cực đại : V/s IV.2.Tớnh toán thiết kế điện từ MBA : Chọn loại MBA một pha hạ ỏp , lừi hỡnh xuyến , làm việc dài hạn , hai cuộn dõy thứ cấp , làm mỏt tự nhiờn bằng quạt đối lưu không khí . 1. Điện áp nguồn phía cuộn dây sơ cấp : U1 = 220 V 2. Điện áp phía cuộn dây thứ cấp xoay chiều : U2 = 36,89 V 3. Hệ số cuốn dõy : 4. Giỏ trị hiệu dụng của dũng điện xoay chiều phía dây quấn thứ cấp : A 5. Giỏ trị tức thời của dũng thứ cấp MBA : 6. Sức tự động của MBA : i1. w1 = i2. w2 7. Dũng sơ cấp của MBA : 8. Giỏ trị hiệu dụng dũng sơ cấp : 9. Cụng suất tớnh toỏn của MBA : - Phía sơ cấp : S1 = U1.I1 = 220.9,6 = 2112 VA - Phớa thứ cấp : S2 = 2U2.I2 = 2.36,89.78,5 = 5031,85 VA - Cụng suất toàn phần : VA Lấy trũn S = 3952 (VA) 10. Diện tớch trụ thộp mạch từ : cm2 Trong đó : C = 4 - Hệ số tính toán cho MBA khô f = 50 Hz tần số điện lưới . Làm trũn QBA = 36 cm2 11. Chọn lừi thộp kỹ thuật điện kiểu hỡnh trụ chữ nhật loại III40x100, lỏ thộp dày 0,35 mm , cú cỏc thụng số cơ bản : a = 40 mm h= 100 mm c = 40 mm C = 160 mm H = 140 mm b = 100 mm QFe = a.b = 40.100 = 4000 mm2 =4.10-3 12. Chọn mật độ tử cảm : B = 1,0 Tesla 13. Số vũng dõy của cuộn sơ cấp là :  vũng 14. Số vũng dõy của cuộn thứ cấp là : vũng 15. Mật độ dũng điện dây quấn sơ cấp : J1 = 2,75 A/mm2 16. Dây quấn sơ cấp chọn hỡnh trũn , cú đường kính : mm 17. Chọn loại dõy dẫn trũn , trỏng men , cú độ bền cách điện cao , loại : - Đường kính dây không kể cách điện : dso = 2,1 mm - Tiết diện dõy quấn : S10 = 3,462 mm2 - Đường kính dây kể cả cách điện : ds = 2,2 mm 18. Điện trở suất của dây đồng ở 20oC : Hệ số điện trở tăng do nhiệt : 19. Điện trở suất của dây đồng ở 750C : 20. Điện trở của một mét dây quấn sơ cấp : 21. Chọn dõy quấn thứ cấp loại hỡnh trũn Đường kính dây : mm Với : J2 = 2,75 : Mật độ dũng điện dây quấn thứ cấp; S2 = = = 28,545 mm2 22. Điện trở của một mét dây quấn thứ cấp : r2 = ủ750 = 0,0217 . = 0,000760 23. Cách điện giữa trụ và dây quấn sơ cấp bằng vải cách điện có bề dày Ä1 = 2mm; 24. Dùng phíp cách điện đấu nối phía đầu dây quấn sơ cấp, có độ dài phíp: 1ph = 33mm. 25. Đường kính trong của cửa sổ mạch từ cũn lại: d3 = d1 - 21 = 140 – 4 = 136 mm 26. Đường kính ngoài sau khi bọc cách điện: d4 = d2 + 21 = 240 + 4 = 224 mm 27. Độ dài chu vi trong của cửa sổ mạch từ: CV3 = ðd3 = 3,14.136 = 427 mm 28. Độ dài theo chu vi ngoài : CV4 = ðd4 = 3,14.224 = 703,3 mm 29. Độ dài theo chu vi trong có tính đến phíp cách điện : CV3-ph = CV3 – 1ph 427 -33 =394 mm. 30. Số vũng dõy của lớp dõy quấn trong cựng của dõy quấn sơ cấp: W1-1 = = = 179 vũng. 31. Số vũng dõy của lớp dõy quấn ngoài của dây quấn sơ cấp: W1-2 = W1 - W1-1 = 275 – 179 = 96 vũng. 32. Độ dài trung bỡnh của một vũng dõy lớp trong: ltrb1 = 2( b + 21 + 2ds) + 2( a + 21 + 2ds) = 2(40 + 90 + 4.2 + 4.2,2) = 293 mm 33. Độ dài trung bỡnh của một vũng dõy quấn ngoài: ltrb2 = 2( b + 21 + 2ds) + 2( a + 21 + 2ds) = 2(40 + 90 + 4.2 + 8.2,2) = 311,2 mm 34. Tổng độ dài của dây quấn sơ cấp : l1 = ltrb1. W1-1 + ltrb2 . W1-2 = 239.179 + 311,2.96 = 82322,2 mm ≈ 82,4 35. Cách điện giữa hai giây quấn sơ cấp và thứ cấp bằng bỡa và phớp cỏch điện, có độ dày 2 = 10 mm. 36. Đường kính trong của cửa sổ cũn lại là: d5 b1 = b + 2ds b2 = b1 + 4ds b3 = b2+ 2 Δ s = b + 6 ds + 2 Δ s = 90 + 6.2,2 +2.2,0 = 143,2 mm a1 = a + 2ds = 40 +2.2,2 = 44,4 mm a2 = a + 4ds = a + 6ds = 40 +6.2,2 = 53,2 mm a3 = a2 + 22 = a + 6ds + 22 = 40 + 6.2,2 + 2.10 = 73,2 mm d5 = d0 – a3 = 180 – 73,2 = 106,8 mm 37.Độ dài trung bỡnh một vũng dõy của dõy quấn thứ cấp: ltrb3 = 2( a3 + 2d2dq)+ 2(b3 + 2d2dq) = 2(a3 + b3+ 4d2dq) = 2(73,2 + 143,2 + 4.6) = 408,8 mm 38. Tổng số vũng dõy của hai dõy quấn thứ cấp là: 2W2 = 2.40 = 80 vũng. 39. Tổng chiều dài của bề mặt chu vi trong của cửa sổ MBA theo đường kính d5 là: CV5 = ðd5 = 3,14. 106,8 mm 335,35 mm 40. Tổng chiều dài mạch từ mà dõy quốn thứ hai phải chiếm chỗ là: lcv5 = 80 vũng x ddq2 =80 vũng x 6 mm = 480 mm 41. Do lcv5>cv5, hai dây quấn mạch thứ cấp được quấn thành hai lớp, đấu nối tiếp với nhau với chiều dài trung bỡnh của một vũng dõy thứ cấp là: ltrb3 = 480,8 mm ≈ 481 mm. 42. Tổng chiều dài của dõy quấn thứ cấp là: lw2 = 80 x 481 mm = 23088 mm ≈ 23,1 m. 43. Lấy độ dài của đầu dây ra của hai cuộn thứ là: ∆l = 20 cm = 0,2 m. z Bốn đầu dây ra sẽ có độ dài: 4∆l = 0,8 m. 44. Tổng chiều dài của dõy quấn thứ cấp là: l2 = lw2 + 4∆l = 38,5 + 0,8 = 39,3 m. 45. Bề dày của dõy quấn thứ cấp: Bd2 = ddq2 = 6 mm = 0,6 cm. 46. Bề dày của dây quấn sơ cấp: Bd1 = 2ddq1 = 2 x 2,2 = 4,4 mm = 0.44 cm. 47. Khoảng cách giữa hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp là: ∆2 =10 mm = 1 cm. 48. Độ cao trung bỡnh của hai mối dõy là: h = CV3-ph = 394 mm = 39,4 cm. (có tính đến phíp cách điện) 49. Bề dày của cuộn dây sơ cấp: Bd1 = 2ds = 4,4 mm = 0,44 cm. 50. Bề dày của cuộn thứ cấp: Bd2 = d2dq = 6 mm = 0,6 cm. 51. Bỏn kớnh của cuộn sơ cấp: Rbk1 = 52. Bỏn kớnh của cuộn thứ cấp: Rbk2 = 53. Điện kháng tản của dây quấn sơ cấp: X1 = = .2,66. + 314.10-8 = 0,8177Ω ≈ 0,82Ω 54. Điện kháng tản của dây quấn thứ cấp: X2 = Rbk2. + ự.10-8 = .4. + 314.10-8 = 0,0282Ω ≈ 0,03Ω 55. Điện trở dây quấn sơ cấp : R1 = r1.l1 = 0,00617. 92,4 m = 0,508 Ω 56. Điện trở dây quấn sơ cấp : R2 = r2.l2 = 0,00760. 39,3m = 0,03 Ω 57. Điện trở của MBA quy đổi về thứ cấp: RBA = R2 + R12 = 0,03 + 0,5082 = 0,04 Ù 58. Điện kháng của MBA quy đổi về thứ cấp: XBA = X2 + X12 = 0,0282 + 0,822 = 0,0455 Ù 59.Sụt áp trên điện trở MBA: ÄUR = RBA.I = 0,04.100 = 4 V 60. Sụt áp trên điện kháng MBA: ÄXR = XBA.I = 0,0455.100 = 4,55 V 61. Sụt ỏp toàn phần ở MBA: ÄUBA = = = 6,06 V 62. Tổng trở ngắn mạch của MBA quy đổi về thứ cấp: ZBA = = = 0,06 Ù 63. Điện áp ngắn mạch phần trăm của MBA: U% = .100 =.100 = 9,8 % U% = .100 = .100 = 11,14 % U% = = = 14, 84 % 64.Dũng điện ngắn mạch xác lập: I= = = 534 A 65.Dũng diện ngắn mạch tức thời cực đại: I = I = 1,41.534 = 753 A 66. Thể tích dây quấn sơ cấp và thứ cấp: Vcu1 = l1.S10 = 824 dm.3,462.10-4 dm2 = 0,285 dm3 Vcu2 = l2.S20 = 393 dm.28,26.10-4 dm2 = 1,1106 dm3 67. Trọng lượng của dây quấn sơ cấp: G1 = 8,9 Vcu1 = 8,9.0,285 = 2,5 kg 68. Trọng lượng của dây quấn thứ cấp: G2 = 8,9 Vcu2 = 8,9.1.1106 = 9,884 kg IV-3. Tớnh toỏn thiết kế cuộn khỏng lọc : 1. Cơ sở tính toán: Điện áp một chiều chỉnh lưu trên tải u(ố) với ố = ựt, được khai triển theo dóy Furiờ gồm tổng của: Thành phần điện áp một chiều cơ bản U + BK cosK(pố) Trong đó , thành phần điện áp cơ bản một chiều: * U = U2mcos ốdố U2mcos ốdố = U2mcos ốdố = sin = = . U2 = 0,9U2 Với p = 2 : Số xung đập mạch của điện áp một chiều chỉnh lưu trong một chu kỡ T của điện áp lưới xoay chiều hỡnh sin. ụ = = ð – Chu kỡ của điện áp một chiều chỉnh lưu của sơ đồ chỉnh lưu. * Biên độ của các sóng hài thứ K: BK = (-1)K. U (K= 1ữ∞) * Điện áp chỉnh lưu: Ud(ố) = U( 1 + cos2ố -cos4ố + cos6ố - ...) CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I. NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TIRISTOR TRONG MẠCH XOAY CHIỀU Tiristor chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt lên anốt và đồng thời phải có tín hiệu dương đặt vào cực điều khiển .Để tạo được các xung điều khiển mở Tiristor người ta thiết kế ra mạch điều khiển ,trong đó thời điểm mở van phải được điều khiển theo ý muốn và góc tính từ gốc toạ độ đến thời điểm mở van gọi là góc mở .Trong thực tế người ta dùng một sồ phương pháp sau để điều khiển vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Tiristor 1. NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH . Trong khoảng điện áp dương của anốt , tạo một điện áp tựa răng cưa biến thiên tuyến tính . Dùng điện áp một chiều so sánh với điện áp tựa Urc . Tại thời điểm hai điện áp bằng nhau thì phát xung điều khiển , khi đó Tiristor sẽ mở tại thờ điểm phát xung điều khiển đến cuối bán kỳ dương của điện áp anốt . Khi điện áp một chiều được điều khiển từ 0 đến đỉnh điện áp tựa Urc thì góc mở Tiristor được điều chỉnh .Dạng sóng điện áp Tirstor và Urc như hình vẽ. U Hình 19 U U U dk 2. NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN THẲNG ĐỨNG CÔSIN Tạo điện áp côsin lệch pha với điện áp lưới một góc bằng . Dùng điện áp điều khiển một chiều so sánh với điện áp tựa Urc và điện áp điều khiển Uđk bằng nhau thì sẽ phát xung điều khiển ở đầu ra Tiristor được mở khi có xung điều khiển cho đến cuối bán kỳ dương của điện áp anốt. Dạng sóng điện áp như hình vẽ H 21 U rc Hình 20 U đk U U T Ngoài các phương pháp ở trên còn có phương pháp điều khiển theo nguyên tắc nằm ngang nhưng phương pháp này ít được sử dụng qua quá trình nghiên cứu người ta kết luận rằng nếu điện áp tưạ răng cưa thì thoả mãn được yêu cầu về vùng điều khiển , độ chích xác và tính ổn định trong quá trình tạo xung cao . Do đó ta chọn phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính. II CHỌN CÁC KHÂU TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN :. Hình 21:Sơ đồ khối mạch điều khiển . Mạch điểu khiển Tirostor gồm 3 khâu chính sau : Khâu đồng pha (ĐF) có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ điện áp anốt của Tiristor UATvà tạo điện áp tưa trùng pha với điện áp anốtTiristor . Khâu so sánh (SS): nhận điện áp tựa Urc từ bộ đồng pha và điện áp điều khiển Udk sau đó so sánh với hai tín hiệu này . Tại thời điểm hai tín hiệu này bằng nhau sẽ có xung ở đầu ra khâu khuếch đại tạo xung (KĐTX) : Có nhiệm vụ tạo xung để mơ Tiristor , trong đó xung mở Tiristor phải có sườn trước dốc thẳng đứng để bảo đảm thời điểm mở Tiristor ổn định . Xung phải có đủ độ lớn . Đủ độ rộng để thắng được thời gian mở tm . Ngoài ra , mạch động lực có điện áp cao, mạch điều khiển có điện áp cao , mạch điều khiển có điện áp thấp nên cần phải cách lý giải chúng bằng khâu khuếch đại tạo xung cao , mạch điều khiển có điện áp thấp nên cần phải cách ly giữa chúng bằng khâu khuếch đại tạo xung. 2 . CHỌN KHÂU ĐỒNG PHA : 2.1 Sơ đồ đồng pha dùng điốt và tụ điện : H.22 U AT BA Hình 22 D 4 R 13 C 2 13 R U RC -E Sơ đồ này tạo điện áp răng cưa Urc đồng pha với điện áp anốt của Tiristor . Dạng sóng địn áp như hình vẽ :H23 U rc Hình 23 t A AT u U U t Trên hình vẽ ta thấy điện áp răng cưa Urcbiến thiên tuyến tính không phải trong cả 1800 mà nhỏ hơn 1800. Thời điểm tính từ đỉnh cửa Urc đến cuối bán kỳ là không điều khiển được điện áp . Để khắc phục nhược điểm trên ta có thể sử dụng một trong ba phương pháp sau : -Tăng điện thế tại điểm A lên , nhưng cách này ít dùng vì điện áp điều khiển trong mạch rất thấp. -Giảm đường nạp tụ bằng cach giảm giá trị điện trở R2 hoặc tầng điện dung của tụ C. --Dùng một cuộn dây thứ hai để định pha UA một góc . 2.2 Sơ đồ đồng pha dùng Tiristor và tụ điện H.24 13 U AT Hình 24 BA C 2 13 R D 4 T R2 -E R U RC Nguyên lý hoạt động của mạch như sau : Khi điện thế tại điểm A dương sẽ có dòng qua R1 và điốt mở thông dẫn dòng về trung tính máy biến áp .Tại thời điểm này Tiristor bị khoá không có thiên áp và tụ C được nạp từ ầm nguồn E với hằng số thời gian T= R2C. Khi điện thế âm tại A , điốt D bị khoá nên cực B của Tiristor mở thông tụ C phóng điện qua Tiristor. Sơ đồ điện áp và đường nạp tụ như hình vẽ H 25. U rc Hình 25 U u A t t 2,3 Sơ đồ đồng pha dùng Tiristor và bộ ghep quang : U AT 13 R D 4 C 2 -E 13 R U RC Hình 26 :Sơ đồ đồng pha dùng Tiristor và bộ ghep quang Hoạt động của sơ đồ : Tại thời điểm UAT dương , điôt quang D khoá do đó tụ điện C được nạp từ dương nguồn +E với hằng số thời gian T= R2.C, khi đó điôt D1 dẫn dòng về trung tính nối đất để bảo vệ cho bộ điôt phát quang. Tại thời điểm UAT âm , điôt quang mở làm cho Transistor Tr mở và lúc này C phóng điện qua Transito. Dạng sóng điện áp H.27. U Hình 27 U RC T Góc điều chỉnh điện áp của sơ đồ là từ 0 đến 180°. Sơ đồ này có ưu điếm sử dụng luôn điôt phát quang để cách ly về điện với mạch động lực và không dùng biến áp điều khiển. Sơ đồ khâu đồng pha dùng bộ khuếch đại thuật toán: H.28. U AT R Hình 28 BA A R 3 B + - OA 1 - R 7 5 R C 1 + OA 2 6 C Nguyên lý hoạt động của sơ đồ : Biến áp điều khiển được đấu ngược cực tính như hình vẽ. Khi điện áp UAT dương thì bên thứ cấp máy biến áp có điện áp âm UAT và ngược lại. Điện áp qua đầu vào đảo của khuếch đại thuật toán , ở A1 cho ta điện áp UB có dạng hình chữ nhật đối xứng. Khi UA âm thì biên độ của điện áp tại B là UB = + Umax, điôt D mở sẽ dẫn sòng điện qua điện trở R2 và biến trở R3. Khi đó Transistor thuận có điện áp đặt trên cực b có giá trị dương nên Transistor khoá và tụ C bắt đầu nạp. Các điện trở R2, R3 và tụ C hợp lại thành một bộ tích phân cho ra điện áp răng cưa trong một nửa bán kỳ dương của điện áp UAT. Khi UAT thì điện áp tại A là UA có giá trị dương qua OA1 cho ta điện áp tại điểm B có biên độ UB = - Umax. Điôt D khoá và Transistor Tr mở làm ngắn mạch hai đầu của khuếch đại thuật toán OA2, điện áp đầu ra của OA2 là bằng 0, khi đó Transistor mở và tụ C phóng điện qua Transistor . H.29. hình 29 Nhận xét: Qua các khâu đồng pha đã xét, ta chọn sơ đồ đồng pha dùng bộ khuếch đại thuật toán. Do yêu cầu của nguồn mạ cần ổn định thông số đầu ra nên trong mạch có vòng hồi tiếp. Để có độ chính xác cao và tính ổn định trong quá trình tạo xung ta sử dụng khâu khuếch đại thuật toán sẽ đáp ứng được yêu cầu tốt hơn các sơ đồ khác. Nhược điểm của sơ đồ này là phải thiết kế máy biến áp. Mặt khác với mạch điều khiển thì kích thước càng gọn nhẹ càng tốt nên ta có thể sử dụng Transistor và bộ ghép quang để cấp nguồn cho bộ đồng pha thay cho máy biến áp điều khiển . Do trong mạch động lực ta sử dụng sơ đồ chỉnh lưu tia 6 pha nên trong cùng một chu kỳ ta phải mở hai Tiristor trong cùng một pha với góc lệch pha là 180°. Vì vậy để tạo xung chữ nhật đối xứng ta dùng nguồn điện một chiều €12V đưa tới đầu vào đảo của khuếch đại thuật toán OA1 như hình vẽ:H.30. U AT D 1 R 1 B A - OA 1 PT Hình 30 ±OA 2 R 4 R 3 R + + OA 2 - C 6 5 R R 7 R C 1 Dạng sóng điện áp U B Hình 31 U RC U A AT U U T 3. CHỌN KHÂU SO SÁNH Bộ so sánh dùng Transistor:H.32 U dk C T r2 T r3 12 9 8 R R R Hình 32 ra U Dạng sóng điện áp . ra U U RC Hình 33 U đk Nhận xét: Với sơ đồ cộng song song dùng Transistor cho khả năng cộng nhiều kênh cùng một lúc. Nhưng sơ đồ này có nhược điểm là trong các vùng q1, q2 có sự thay đổi điện áp tựa Urc rất nhỏ dẫn đến Transistor làm việc ở chế độ khuếch đại và gây đột biến tại thời điểm q1,q2. Các đột biến này làm cho tầng sau nhận điểm mở thiếu chính xác. Để khắc phục nhược điểm này thì đối với Transistor phải chọn loại khuếch đại ở tầng so sánh phải lớn. Vì vậy trong khâu so sánh ta phải chọn sơ đồ khuếch đại thuật toán. 2 Sơ đồ so sánh dùng khuếch đại thuật toán :H.34 Hình 34 Sơ đồ so sánh tổng dùng khuệch đại thuật toán với hai tín hiệu vào Urc và Uđk trái dấu nhau được đưa vào đầu khuếch đại thuật toán . Đầu ra sẽ đảo trạng thái khi hai tín hiệu vào bằng nhau . Dạng xung điện áp như hình vẽ .H.35 U RC U A Hình 35 U DK 4 Chọn sơ đồ khâu khuếch đại tạo xung . Khâu khuếch đại và tạo xung có nhiệm vụ tạo ra xung điều khiển phù hợp để mở Tiristor , do đố phải đáp ứng được các yêu cầu sau : - Xung phải có đủ độ rộng . - Sườn trước của xung phải có độ dốc thẳng đứng . - Công suất của xung phải đủ lớn . - Đảm bảo cách ly giữa các mạch điều khiển và mạch động lực Sơ đồ khâu khuếch đại tạo xung như hình vẽ H.36 C 2 Hình 36 T R2 R 13 D 3 -E BAX D 4 T Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor như đã nêu ở trên , tầng khuếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng Tiritor công xuất như hình H34 .Để có xung dạng kim gửi tớ Tiristor ,ta phải dùng biến áp xung , để có thể khuếch đại công suất ta dùng Transistor , điốt D có nhiệm vụ bảo vệ Transistor và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tranrstor khoá đột ngột . Mặc dù sơ đồ này có ưu điểm là đơn giản nhưng không được sử dụng rộng rãi vì hệ số khuếch đại cuả Transistorloai này nhiều khi không đủ lớn , để khuếch đại tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang . Để khắc phụ nhược điểm này người ta dùng tầng khuếch đại cuối cùng bằng sơ đồ darlington như trên hình vẽ H37. T R3 R C 2 12 Hình 37 13 T R2 D 3 -E BAX D 4 T Trong sơ đồ này ta dùng hai Transistor Tr1, Tr2 mắc E chung để khuếch đại dòng qua cuộn dây sơ cấp của máy biến áp xung. Thông thường người ta dùng van ngược ở tầng khuếch đại bởi vì loại này có dòng điện rò nhỏ hơn so với van thuận. Mạch vi phân trên sơ đồ có nhiệm vụ hạn chế xung điều khiển , đảm bảo cho Transistor không bị đốt nóng trong thời gian qúa lâu. Do đó diện tích của cánh tản nhiệt của Transistor và kích thước dây sơ cấp của biến áp xung được giảm một cách đáng kể. Trong sơ đồ này Transistor chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần. Sơ đồ trên hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu hệ số khuếch đại công suất, khi hệ số khuếch đại được nhân lên theo thông số của Transistor. Do đó khâu khuếch đại tạo xung ta chọn như hình H.35. Dạng xung đầu ra của khâu khuếch đại tạo xung :H38 Hình 38 U Dạng xung đầu ra của khâu khuếch đại tạo xung: H.38 5.SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH Từ sự phân tích ưu , nhược điểm của từng sơ đồ đã chọn được các khâu phù hợp với yêu cầu tải mạ xoa . Sơ đồ điều khiển gồm các khâu: Đồng pha dùng khuếch đại thuật toán, hình vẽ 31. Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán , hình vẽ 35. Khâu khuếch đại thuật toán tạo xung ghép theo kiểu darlington,hình vẽ 38. Ghép các sơ khâu lại với nhau ta được sơ đồ điều khiển một kênh như hình vẽ . 5. 1 Giản đồ điện áp của mạch điều khiển 5.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN H40 Điện áp vào khâu đồng pha có dạng hình sin trùng pha với điện áp anôt của Tiristor T1, qua khuyếch đại (KĐTT) A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB. Phần điện áp dương của điện áp chữ nhật UB qua Diôt D1 tới A2 tích phần thành điện áp tựa Urc. Điện áp âm của điện áp UB làm mở thông tranzitor Tr1, kết quả là A2 bị ngắn mạch (với Urc = 0 ) trong vùng UB âm .Trên đầu ra của A2 chúng ta có chuỗi điện áp răng cưa Urc gián đoạn . Điện áp Urc được so sánh vói điện áp điếu khiện Uđk tại đầu vào A3 . Tổng đại số Urc ± Uđk, quyết định đầu ra của điện áp của KĐTT A3. Trong khoảng 0¸ t1 với Urc > Uđk điện áp Ud có điện áp âm .Trong khoảng t1 ¸ t2 điện áp Uđk và Urc đổi ngược lại , làm Ud lật lên dương . Các khoảng thời gian tiếp theo giải thích điện áp Ud tương tự . Mạch đa hài tạo xung chùm A4 cho ta chuỗi xung hình tần số cao , với điện áp UE trên hình 1.27 .Dao động đa hài cần có tần số hang chục kHZ ở đây ta chỉ mô tả định tính . Hai tính hiệu UD , UE cùng được đưa tới khâu AND hai cổng vào . Khi đồng thời có cả hai tín hiệu dương UD , UE (trong khoảng t1 ¸ t2 ,t4 ¸t5 ) chúng ta sẽ có xung ra UF . . Tại thời điểm hai điện áp vào bằng nhau thì đầu ra của OA3 sẽ có đột biến và đầu ra của OA3 nhận được dãy xung chữ nhật . Do độ rộng các xung quá lớn làm phát nóng trên các Transistor vì vậy ta sẽ dụng một mạch vi phân R9C2 để giảm độ rộng xung. Trên hình vẽ 40 ta thấy khi có xung điện áp, tụ C2 sẽ được nạp, dòng nạp tụ sẽ kết thúc khi C2 được nạp đầy . Nói cách khác các Transistor Tr2, Tr3 chỉ mở thông khi nạp tụ với xung dương đặt vào cực b. Khi tụ C2 được nạp đầy Transistor sẽ khoá lại , tại thời điểm Tr2và Tr3 mở thông xuất hiện dòng i1 trên cuộn sơ cấp của máy biến áp xung. Nhờ cuộn sơ cấp của máy biến áp xung ngăn cản sự tăng đột ngột của dòng i1 và làm cho nó tăng dần theo quy luật hàm mũ. Khi dòng sơ cấp biến thiến sẽ cảm ứng nên dây quấn thứ cấp một suất điện động, do đó trên dây thứ cấp có dòng điện i2 . Vì điện trở của cuộn dây thứ cấp có giá trị nhỏ nên thời gian dẫn dòng của cuộn thứ cấp rất nhỏ , do đó dòng i2 có biên độ cực đại rồi giảm rất nhanh và có dạng xung đầu nhọn. Xung đầu nhọn qua điốt D4 vào cực điều khiển G của T1. Khi đó điện áp trên anốt của T1 dương nên T1 dẫn dòng. Các Transistor chỉ khoá khi có xung âm đặt vào lượng trên làm cho bên thứ cấp biến áp xung ngược in, do điốt D4 chỉ cho xung dương đi qua nên cực G của Tiristor được bảo vệ . Điện áp Ud sẽ xuất hiện trên tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên , tại các thời điểm t2 , t4 trong chuỗi xung điều khiển ,của mỗi chu kỳ điện áp nguồn cấp ,cho tới cuối bán kỳ điện áp dương anod. III . TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN : Sơ đồ một kênh điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha được thiết kế theo sơ đồ hình 1.26. Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở tiristor. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển. + Điện áp điều khiển tiristor. Uđk = 7 (V) + Dòng điện điều khiển tiristor : Iđk = 0,3 (A) + Thời gian điều khiển tiristor : tm = 80 (ms) + Độ rộng của xung điều khiển : tx = 167 (ms) + Tần số xung điều khiển : fx =3 (kHz) + Độ mất đối xứng cho phép : Da = 40 + Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = ± 12 (V) + Mức sụt biên độ xung : Sx = 0,15 Tính biến áp xung : + Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM. Lõi có dạnh hình xuyến, làm việc một phần của đặc tính từ hoá . DB = ; DH = ; không có khe hở không khí + Tỷ số biến áp xung thường m = 2 - 3, chọn m = 2 + Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Uđk = 3 (V) + Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp của máy biến áp xung U1 = m.U2 =2x4 = 8 (V) + Dòng điện thứ caaps máy biến áp xung : I2 = Iđk = 0,3(A) + Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I1 = I2/m = =0,15 (A) + Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt mto = DB/m0.DH Trong đó m0 = 1,25.10-6(H/m) là độ từ thẩm của không khí. + Thể tích của lõi thép cần có V = Q.L = == 4,45 (cm2) Chọn mạch từ có thể tích V = 9,22 (cm2) . Với thể tích đó ta có các kích thước mạch từ như sau a = 12 (mm) b = 10 (mm) c =12 (mm) Q = 0,92 (cm2) d = (cm2) C = 48(mm) H = 42 (mm) h = 30(mm) D = (mm) Chiều dài trung bình mạch từ L = 10 (cm) + Số vòng dây quấn sơ cấp của biến áp xung Theo định luật cảm ứng điện từ W1 = = = 166 (vòng) + Số vòng dây thứ cấp W2 = = = 83(vòng) + Tiết diện dây quấn thứ cấp S1 = = =0,033 (mm2) Chọn mật độ dòng điện J1 = 6 (A/mm2) + Đường kính dây quấn sơ cấp d1 = = = 0,205 (mm) Chọn d1 = 0,22(mm) + Tiết diện dây quấn thứ cấp : S2 = = = 0,1(mm2) Chọn mật độ dòng điện J2 = 4(A/mm2) + Đường kính dây quấn thứ cấp : d2 = = = =0,357 (mm) Chọn dây có đường kính d2 = 0,37 (mm) + Kiểm tra hệ số lấp đầy Klđ = = Như vậy là đủ số diện tích cần thiết TÍNH TẦNG KHUẾCH ĐẠI CUỐI CÙNG : 1Chọn tranritor công suất loại Tr3 làm việc ở chế độ xung có các thông số : Giá trị dòng điện trung bình trên cuộn sơ cấp máy biến áp xung I1= 0,2 A .Từ sơ đồ mạch điều khiển ta chọn dòng điện trên cực c của Tiristor Rr3 làm việc ở chế độ xung Ic3 =0,2 A .Tham khảo tài liệu "10.000 Tiristor quốc tế của Nguyễn Thế Cường ,Viện khoa học Việt Nam,1999" ta chọn dược Tiristor loại của Nhật ,có các thông số chính sau ; Công suất lớn nhất có thể van chịu đựng được ; pmax =25 w Tần số lớn nhất có thể chịu đựng được ; f =10 MHZ Dòng điện Icmax = 3 (A) Hệ số khuếch đại dòng điện Tr2 Điện áp UCEmax =60 (V). Ta thấy rằng với loai Tiristor đã chọn có công xuất điều khiển khá bé :Uđk = 4,0 (V),Iđk =0,2 (A) nên dòng Colecto -Bazơ Tiristor Ir3 khá bé ,trong trừng hợp này ta chọn tầng khuếch đại trung gian Tr2 .Từ sơ đồ mạch khuếch đại ta thấy Tr2 không phụ thuộc vào dòng điện trên cự b của Tr3 .Ta có thể tính dược dòng điện trên cực b của Tr3 theo công thức sau : Ib3 = = Tr2= 0,1 (A) =1 (mA). Chọn Tr2 loại C317 có các thông số sau : Công suất cực đại : pmax =350 mw. Dòng điện cực đại I cmax = 100 (mA) Điện áp UCE = 50 (V). Hệ số khuếch đại dòng điện b =100 Do đó dòng điện trên cực b của Tr2 ; Ib2 = = = 1 mA Chọn tụ điện C3 và R9 Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazơ của tranritor Tr3 chọn R9 thoả mãn điều kiện : R9 ³ = = 0,68 (kW) Chọn R9 = 1(kW) Chọn C3.R9 = tx = 167 Suy ra C3 = = C = 0,167 (ms) chọn C3 = 0,2 (ms) Chọn cổng AND Toàn bộ dòng điều khiển phải dùng 6 cổng AND nên ta chọn 2 IC 4084 họ CMOS. Mỗi IC4804 có 4 cổng AND có các thông số + Nguồn nuôi Vcc = 3 - 9 (V). Ta chọn Vcc = + Nhiệt độ làm việc từ -400C - 800C + Điện áp ứng với mức logic 1 là 2 - 4,5 (V) + Dòng điện nhỏ hơn 1mA + Công suất tiêu thụ là P = 2,5 (W/1cổng). 5.Tính chọn bộ tạo xung chùm : Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật toán do đó ta chọn 6 IC TL084 do hãng texas chế tạo, mỗi IC này có 4 khuếch đại thuật toán. Thông số của TL084 : + Điện áp nguồn nuôi Vcc = ± 18 (V). Chọn Vcc = ±12 (V). + Hiệu điện thế giữa hai đầu vào ± 30 (V). + Nhiệt độ làm việc : t = -25 ¸ 800C + Công suất tiêu thụ : P = 0,68 (W). + Tổng trở đầu vào : Rin = 106 (MW). + Dòng điện đầu ra : Ira = 30 (pA). + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép = 13 (V/ms). Sơ đồ chân IC : Mạch tạo xung chùm có tần số f = = 3 (kHz ). T = = 334(ms). T = 2.R8.C2.ln Chọn R6 = R7 = 33 (kW). Thì T = 2,2.R8.C2 = 334(ms). Vậy R8.C2 = 151,8 (ms). Chọn tụ C2 = 0,1 (ms). Có điện áp U = 16 (V) ; R8 = 151,8 (W). Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch thì ta chọn R8 = 2 (kW). Tính chọn tầng so sánh : Khuếch đại thuật toán ta chọn là loại TL084. Chọn R4 = R5 > == 12(kW). Trong đó nguồn nuôi Vcc = ± 12 (V). Thì điện áp vào A3 là Uv = 12(V). Dònh điện vào được hạn chế Ilv < 1mA Do đó chọn R4 = R5 = 15(kW). Khi đó dòng vào A3 Ivmax = = 0,8 (mA). Tính toán khâu đồng pha : Chu kỳ điện áp lưới T = .Điện áp tựa được hình thành do sự nạp của tụ C, mặt khác để đảm bảo điện áp tựa có trong chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp T1 = R3.C1 = 0,0115 (s). ọn tụ C1 = 0,1 (mF), thì điện trở R3 = = =115 W Vậy R3 =115 (kW). Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch R3 thường chọn biến trở lớn hơn 155 (kW). Chọn tranritor Tr1 loại A564 có các thông số : + Tranritor pnp làm bằng silic + Điện áp giữa colectơ và bazơ khi hở mạch Ucb0 = 25 (V). + Điện áp giữa emitơ và bazơ khi hở mạch colectơ Ube0 = 7 (V). Dòng điện lớn nhất ở colectơ có thể chịu đựng Icmax = 100 (mA). Nhiệt độ lớn nhất ở mạch tiếp giáp Tcp = 1500C Hệ số khuếch đại b = 250. Dòng cực đại ở bazơ IB3 = = = 0,4 (A). Điện trở R2 để hạn chế dòng điện đi vào bazơ tranritor Tr1 được chọn như sau : Chọn sao cho R2 ³ = = 30 (kW). Chọn R2 = 30(kW). Chọn điện áp xoay chiều đồng pha Ua = 9 (V). Điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào thuật toán A1 thường chọn R1 sao cho dòng điện vào khuếch đại thuật toán Iv < 1mA. Do đó R1 ³ . Chọn R1 = 10 (kW). 3.TẠO NGUỒN NUÔI : Ta cần tạo ra điện áp nguồn nuôi ±12 (V) để cung cấp cho biến áp xung ,nuôi IC,các bộ điều chỉnh dòng điện ,tốc độ và điện áp đặt tốc độ Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng Diod,điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi : U==13(V) chọn U2=13(V) Để ổn áp điện áp của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 các thông số chung của vi mạch này : Điện áp đầu vào ra: Ura=12 (V) với IC 7812 Dòng điện đầu ra Ira=0 ¸1 (A) Tụ điện C4 C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C3= C5= C6 = C7= 470 (mF) 9 TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP NGUỒN NUÔI VÀ ĐỒNG PHA Ta thiết kế máy biến áp dúng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi .Chọn kiểu máy biếnáp 1 pha hình trụ ,trên mỗi trụ có ba cuộn dây ,một cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp . 2 Điện áp lấy ra ở máy thứ cấp làm điện áp đồng pha lấy ra thứ cấp làm nguồn nuôi U2 = Uph =13(V) 3 Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha : I2đph =1(mA). 4Công suất nguồn điện nuôi cung cấp cho máy biiến áp xung : Pđph =.Uđph. I2đph13.10-3 =0.013(W). 5 Công xuất tiêu thụ ở 6 IT LC084 sử dụng khuếch đại thuật toán ta chọn 2 ICTC084 để tạo ra 6 cổng AND. P8IC =8PIC =8.0,68 =5,12 (W) 6 công xuất máy BAX cấp cho cực điều khiển Tiristor . Px =6 Uđk.Iđk =7.0.3 = 0.21 (W) 7 Công xuất sửa dụng cho việc tạo nguồn nuôi . Pn = P8IC + Px + Pđph Pn =0,012 +5,12 +0.21 = 5.342(w) 8 Công xuất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất trong máy ; S =1,05.( Pđph +Pn) =1,059(0,013 +5.342 )= 5.6217(VA) 9 Dòng điện thứ cấp máy biến áp ; I2 = = = 0,467(A) 10Dòng điện sơ cấp máy biến áp ; I1= = = 0,025 (A) Tiết diện trụ của máy biến áp được tính theo công thức kinh nghiệm: Qt = kq.=6.=2.1(cm2) Trong đó kQ =6-hệ số phụ thuộc phương thức làm mát . m=1-số trụ của biến áp f=50-tần số điện áp lưới Chuẩn hoá tiết diện trụ theo bảng [7]. Kích thước mạch từ lá thép dầy ) d =0,5 (mm) Số lượng lá thép ;68 lá A=12 mm B=16 mm C =30 mm Hệ số ép chặt kc=0,85 Hình 1.41.kích thước mạch từ của máy biến áp 11 Chọn mật độ từ cảm B=1T ở trong trụ ta có số vòng dây sơ cấp : w1 == = 4858 (vòng ) 12Chọn mật độ dòng điện J1 =J2 =2,75(A/mm2) Tiết diện dây quấn sơ cấp : S1= = = 0,0088 (mm2) đường kính của dây quấn sơ cấp : d1 = = = 0,106 (mm2) chọn d1 =0,11 (mm) để đảm bảo độ bền cơ học .Đường kính có kể cả cách điện : d1cđ =0.12 (mm) 13 Số vòng dây quấn thứ cấp : W2 =W1. = 4858. = 198,9 (vòng) Chọn số vòng W2 = 199 (vòng) 14 Tiết diện dây quấn thứ cấp: S2 = = = 0,108 (mm2) 15 đường kính của dây quấn sơ cấp : d1 = = =0,372 (mm2) Chuẩn hoá đường kính :d2 = 0,26 (mm).Đường kính có kể đến cách điện : d2cd =0.31(mm) 16 Chọn hệ số lấp đầy ;klđ =0,7 . với Klđ = 17 Chiều rộng cửa sổ : c== =7,7 (mm) chọn c=12 (mm) . 18 Chiều dài mạch từ : L2.c+ 3.3.a =2.12 +3.12 =60 (mm). 19 Chiều cao mạch từ : H=h +2.a =30 +2.12 =54 (mm). 10 Tính chọn Diod cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi : +Dòng điện hiẹu dụng qua Diod : IDHD= = = 0,21 (A) +Điện áp ngược lớn nhất mà Diod phải chịu :UNmax =.U2 = .13 =37(v) +Chọn Diod có dòng định mức : Iđm ³ Ki.IĐMD=10.0,21 = 2,1(A) Chọn Diod có điện áp ngược lớn nhất : Un =ku.UNmax =2.37=74(V) Chọn Diod loại KP208A có các thông số sau : Dòng điện định mức Imđ=1,5(A) Điện áp ngược cực đại của Diod UN =100(V)  CHƯƠNG V CÁC VẤN ĐỀ BẢO VỆ VÀ ỔN ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẦU RA CỦA NGUỒN MẠ . I TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ . 1 Bảo vệ quá điện áp Khi điện áp làm việc lớn hơn điện áp của van ,sẽ làm cho mặt ghép p-n maats đi tính bán dẫn và trở thành dây diện ,do đó gây ra ngắn mạch van . Thương sự cố là do các nguyên nhân sau : Khi ta đột ngột ,do mất điện ,do hồ quang của cầu trì khi tác động , do nguồn điện bị dao động hoặc bị xét đánh sẽ làm xuất hiện các xung điện áp từ lưới điện vào van ,các xung này có biên đọ vượt quá biên độđiện cho phép của van . Khi các van dẫn điện thì mặt ghép p-n trở thành dây dẫn và tuỳ theo mật độ dòng điện mà lượng điịen tử nhiều hay ít . Tại thời điểm khoá van đột ngột ,các điện tử dư phóng ra ngoài và chính sự phóng đó gay nên xung điện áp trên mặt ghép p-n của các van . Để bảo vệ cho tưng van khi quá điện áp ta dùng một mạch bảo vệ gồm một tụ điện và một điện trở mắc song song với tưng van như hình vẽ H12 . Tại thời điểm chuyển mạch ,các xung điịen áp đó chạy qua các tụ điện mắc song song với van ,làm cho lượng điện tử dư phong ra bên ngoài mà không qua tiếp giáp p-n . Theo kinh ngiệm ta chọn giá trị của tụ điện áp và điện trở như sau: 2 Bảo vệ ngắn mạch : Người ta chia ngằn mạch van thành hai loại ngắn mạch ngoài và ngắn mạch trong Ngắn mạch ngoài là sự cố sẩy ra bên ngoài thiết bị biến đổi như ngắn mạch đầu ra của thiết bị biến đổi ,ngắn mạch giữa các pha của nguồn điện xoay chiều hoặc ngắn mạch phụ tải . Ngắn mạch trong chính là bản thân các van bị ngắn mạchmà nguyên nhân thường là do quá áp hoặc quá nhiệt . Để bảo vẹ sự cố ngắn mạch đầu ra bộ chỉnh lưu và ngắn mạch van ta sửa dụng Aptomát ,được mắc ở đầu vào bên sơ cấp máy biến áp động của AP . Ta chọn AP ba pha loại National có dòng định điện mức Tuy nhiên đối với các thiết bị bán dẫn thì thời gian tác động của AP là lực . Với giá trị dòng điện bên sơ cấp máy biến áp ta chọn dòng điện tác động quá chậm ,vì vậy để dảm bảo an toan cho van sửa dụng thêm các dây chảy như hình vẽ H 48 . dòng điện định mức của dây chảy chọn theo giá trị sửa dụng của dòng qua van : 3. Bảo vệ quá nhiệt cho van . Trong khi Tiristor cho dòng chảy chạy qua ,treen nó có điện áp rơi DU van sinh ra công suất tổn thất DP . Chính công suất tổn thất này tạo thành nhiệt lượng đốt nóng van . Để nhiệt độ van không vượt quá nhiiệt độ cho phép thì phải gắn vào vỏ van những tấm tản nhiệt ,tạo điều kiện thoát ra ngoài một cách tốt nhất .Các tấm tản nhiệt này được làm bằng kim loại có tính dẫn nhiệt tốt như bạc ,đồng đỏ đồng vàng ,nhôm …Tốc độ dẫn nhiệt ra ngoài phụ thuộc vào rất nhiều vào diiện tích toả nhiệt ,do đó tấm tản nhiệt thường được làm bằng nhôm và chế tạo theo hình gấp khúc có nhiều cánh . Hiện nay với mỗi loại van Tiristor đều được chế tạo có kèm theo cánh tản nhiệt theo tiêu chuẩn . Vì vậy ta chọn cánh tản nhiệt của van đã được chế tạo sẵn . II Vấn đề ổn định thông số đầu ra của nguồn mạ xoa. Chất lượng đầu ra của nguồn mạ xoa phụ thuộc chủ yếu vào dòng điện và điện áp đầu ra của bộ nguồn ,khi các thông số của nguồn mạ thay đổi làm cho mật độ dòng điện thay đổi ,do đó ảnh hưởng đến độ mịn và độ gắn bám của lớp mạ