Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor - Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao

¬: Lµ ph­¬ng ph¸p kh«ng kinh tÕ v× gi¸ thµnh ®Çu t­ cao, chØ sö dông ph­¬ng ph¸p nµy trong vïng t/®é < t/®é ®Þnh møc. U1 U2 R L T PhÇn III - Kh¸i qu¸t c¸c ph­¬ng ph¸p chØnh l­u dïng Thyristor I. ChØnh l­u nöa chu kú 1/ S¬ ®å m¹ch ®iÖn 2/ Nguyªn lý: Khi ®Æt vµo cuén s¬ cÊp mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu U1 = U1msinwt th× thø cÊp biÕn ¸p c¶m øng mét ®iÖn ¸p xoay chiÒu U2 = U2msinwt. T¹i nöa chu kú H×nh 12 p 2p 3p 4p a1 a2 wt ®Çu A cã ®iÖn thÕ (+) h¬n ®Çu B, ta cã ®iÖn ¸p thuËn (+) ®Æt trªn Anode vµ ®iÖn thÕ (-) ®Æt vµo Katode cña Thyristor. NÕu ta cÊp xung ®iÒu khiÓn t¹i gãc më a nµo ®ã th× Thyristor sÏ dÉn dßng ®iÖn qua t¶i. ë nöa chu kú sau A(-) vµ B(+), lóc nµy cã ®iÖn thÕ ng­îc ®Æt trªn Thyristor, lóc nµy Thyristor chuyÓn tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i khãa, nöa chñ kú tiÕp theo khi A(+) vµ B(-), l¹i cã xung ®iÓu khiÓn cho Thyristor , Thyristor l¹i dÉn tuÇn tù nh­ trªn, ë s¬ ®å nµy cã ®iÖn ¸p ®Ëp m¹nh. 3/ §å thÞ ®iÖn ¸p sÏ cã d¹ng nh­ sau: U H×nh 13 Tõ ®ã ®iÖn ¸p trung b×nh ( ®èi víi t¶i thuÇn trë) (V) a : Gãc më van Ud: §iÖn ¸p trung b×nh Udo: §iÖn ¸p chØnh l­u khi a =0 víi Udo = 0,45U2 (V) §iÖn ¸p ng­îc van ph¶i chÞu: UNV = Ö 2 U2 (V) HÖ sè sö dông biÕn ¸p: Sba = 3,09.Udid NhËn xÐt: §©y lµ lo¹i chØnh l­u c¬ b¶n, s¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®¬n gi¶n, tuy vËy c¸c chÊt l­îng ®iÖn ¸p kü thuËt nh­ chÊt l­îng ®iÖn ¸p 1 chiÒu, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu. Do ®ã lo¹i chØnh l­u nµy Ýt ®­îc øng dông trong thùc tÕ. II. ChØnh l­u c¶ chu kú víi biÕn ¸p cã trung tÝnh U1 B T2 A T1 F R L E U2 U2 1/ S¬ ®å m¹ch ®iÖn 2/ Nguyªn lý: T¹i nöa chu kú ®Çu: Khi A(+), B(-) ta cÊp xung ®iÒu khiÓn cho T1 cã dßng t¶i ®i tõ A qua T1 ®Õn E qua L,R vÒ F. Nöa chu kú sau: Khi A(-), B(+) ta cÊp xung ®iÒu khiÓn cho T2 cã dßng t¶i ®i tõ B qua T2 , ®Õn E qua L, R vÒ F. H×nh 14 Nh­ vËy cã dßng qua t¶i trong 2 nöa chu kú cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu 0 t1 t2 t3 Ud Id I1 I2 t t t t 0 t1 t2 t3 Ud Id I1 I2 t t t t b. T¶i R-L a: T¶i R p1 p2 p3 UT1 UT1 3/ §å thÞ H×nh 15 HÝnh 15 - §iÖn ¸p trung b×nh tÝnh trªn t¶i khi t¶i thuÇn trë: (V) Víi Udo : §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn Udo = 0,9 U2 (V) - §iÖn ¸p trung b×nh khi t¶i ®iÖn c¶m lín, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trªn t¶i liªn tôc Ud = Udo. cosa (V) - §iÖn ¸p ng­îc mµ van ph¶i chÞu Unv = 2Ö 2 U2 (V) - Mçi van dÉn th«ng 1/2 chu kú do ®ã: - C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: Sba = 1,48 Id.Ud T2 T1 D1 D2 R Ld NhËn xÐt: S¬ ®å nµy chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt h¬n so víi chØnh l­u 1/2 chu kú nh­ng ph¶i chÕ t¹o biÕn ¸p trung tÝnh vµ 2 cuén d©y W1 vµ W2 gièng nhau. III. ChØnh l­u cÇu 1 pha 1/ S¬ ®å m¹ch lùc 2/ Nguyªn lý ho¹t ®éng T¹i nöa chu kú ®Çu, ®iÖn ¸p Anèt cña T1 (+), lóc ®ã Katèt D1 ©m (-), nÕu cã xung ®iÒu khiÓn cho van T1, ®ång thêi th× c¸c van nµy sÏ ®­îc më H×nh 16 th«ng ®Ó dÉn ®iÖn ¸p l­íi lªn t¶i, ®iÖn ¸p t¶i 1 chiÒu cßn b»ng ®iÖn ¸p xoay chiÒu chõng nµo c¸c Thyristor cßn dÉn Nöa chu kú sau: §iÖn ¸p ®æi dÊu, Anèt cña D2(+), lóc nµy Katèt T2(-), nÕu cã xung ®iÓu khiÓn cho van T2, ®ång thêi th× c¸c van nµy më th«ng, dÉn ®iÖn ¸p l­íi lªn t¶i. Víi s¬ ®å nµy ta nhËn ®­îc ®iÖn ¸p vµ dßng trªn t¶i vµ van ë d¹ng sau: 0 t1 t2 t3 Ud Id IT1 IT2 ID1 ID2 t t t t t t b. 3/ §å thÞ: H×nh 17 - §iÖn ¸p trung b×nh tÝnh trªn t¶i khi t¶i thuÇn trë: (V) - §iÖn ¸p trung b×nh khi t¶i ®iÖn c¶m lín, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trªn t¶i liªn tôc Ud = Udo. cosa (V) Víi Udo = 0,9 U2 - §iÖn ¸p ng­îc mµ van ph¶i chÞu Unv = 2Ö 2 U2 (V) - Mçi van dÉn th«ng 1/2 chu kú do ®ã: p 2Ö2 - C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: Sba = 1,48 Id.Ud = Id.Ud A B C a b c R T1 T2 T3 L III. S¬ ®å chØnh l­u ®iÖn ¸p 3 pha 1. S¬ ®å m¹ch ®iÖn. 2. Nguyªn lý ho¹t ®éng Ba pha ®iÖn ¸p a,b,c dÞch pha nhau mét Gãc 1200, theo c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p pha, ta cã chªnh lÖch ®iÖn ¸p cña 1 pha d­¬ng h¬n 2 pha kia trong kho¶ng thêi gian 1/3 chu kú (1200) Nguyªn t¾c më th«ng vµ ®iÒu khiÓn cña van ë ®©y lµ khi Anèt cña van nµy d­¬ng h¬n van ®ã míi ®­îc kÝch më. Thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p cña 2 van giao nhau ®­îc coi lµ gãc më th«ng tù nhiªn. C¸c thyristor chØ ®­îc më th«ng víi gãc më nhá nhÊt t¹i thêi ®iÓm gãc th«ng tù nhiªn. Nh­ vËy ta thÊy trong chØnh l­u 3 pha, gãc më nhá nhÊt a = 00 sÏ dÞch pha 1 gãc lµ 300 3/ §å thÞ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn Ud Id UT1 t1 t2 t3 t4 I1 I2 I3 t t t t t 0 H×nh 19 - §iÖn ¸p t¶i trung b×nh khi dßng ®iÖn liªn tôc qua t¶i Ud = UO . cosa Víi Udo = 1,17 U21 U21 : §iÖn ¸p pha thø cÊp biÕn ¸p - §iÖn ¸p ng­îc pha van ph¶i chÞu: UNV = Ö 6 U21 - Gi¸ trÞ dßng hiÖu dông thø cÊp: Ihd = Id/Ö 3 - Dßng ®iÖn qua van lµ: IV = Id/ 3 - C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: S6a = 1,35 UdId NhËn xÐt: So víi chØnh l­u 1 pha th× chØnh l­u 3 pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p 1 chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®Ëp m¹ch thÊp h¬n vµ sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú nhiÒu h¬n, viÖc ®iÒu khiÓn van b¸n dÉn trong tr­êng hîp nµy còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. PhÝa thø cÊp m¸y biÕn ¸p tån t¹i dßng 1 chiÒu cho nªn lâi s¾t m¸y biÕn ¸p chãng bÞ b·o hoµ PhÝa thø cÊp m¸y biÕn ¸p ph¶i ®Êu sao cho co d©y trung tÝnh (U0) vµ d©y trung tÝnh ph¶i cã tiÕt diÖn lín h¬n d©y pha. A B C T2 a b c T1 T4 T3 T6 T5 F R L E V. ChØnh l­u cÇu 3 pha 1/ S¬ ®å m¹ch ®iÖn 2/ Nguyªn lý ho¹t ®éng Dßng ch¹y qua t¶i lµ dßng ch¹y tõ pha nµy vÒ pha kia, do ®ã t¹i mçi thêi ®iÓm cÇn më Thyristor chóng ta cÇn cÊp 2 xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi (mét xung ë nhãm Anèt ,mét xung ë nhãm Katèt ). Nhãm Anèt gåm 3 Thyristor T1, T3, T5 t¹o thµnh nhãm chØnh l­u biÕn ¸p 3 pha cho ®iÖn ¸p (+). Nhãm Katèt gåm Thyristor T2, T4, T5 T¹o thµnh nhãm chØnh l­u biÕn ¸p 3 pha cho ®iÖn ¸p (-). H×nh 20 Hai nhãm nµy ghÐp l¹i thµnh cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng VÝ dô: T¹i thêi ®iÓm T1 cÇn më T1 cña pha A phÝa Anèt, ta cÊp xung ®iÓu khiÓn X1 ®ång thêi t¹i ®ã chóng ta cÊp thªm xung X4 cho T4 cña pha B phÝa Katèt. C¸c thêi ®iÓm tiÕp theo còng t­¬ng tù. Thø tù cÊp xung ®iÒu khiÓn còng cÇn tuÇn tù theo ®óng thø tù pha. X anèt X Katèt Khi cÇn xung ®iÒu khiÓn, sÏ cã dßng 1 chiÒu ch¹y tõ pha cã ®iÖn ¸p (+) h¬n vÒ pha cã ®iÖn ¸p thÊp h¬n. Khi gãc më van nhá hoÆc t¹i ®iÖn c¶m lín, trong mçi kho¶ng dÉn cña 1 van ë nhãm nµy sÏ cã hai van ë nhãm kia ®çi chç cho nhau. a1 T1 T4 a4 T2 T3 a3 T3 T6 a6 T4 T5 a5 T5 T2 a2 T6 T1 3. §å thÞ ®iÖn ¸p vµ xung ®iÒu khiÓn H×nh 21 - §iÖn ¸p t¶i trung b×nh khi dßng ®iÖn liªn tôc qua t¶i Ud = Udo . cosa Víi Udo = 2,34 U2 - §iÖn ¸p ng­îc pha van ph¶i chÞu: UNV = Ö 6 U2f Víi U2f = Ud/ Ö3 (V) - Gi¸ trÞ dßng hiÖu dông ch¹y trong mçi Thyristor: Ihd = Id/Ö 3 - Dßng ®iÖn hiÖu dông cña tø cÊp m¸y biÕn ¸p - C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: S6a = 1,05 UdId NhËn xÐt: HiÖn nay chØnh l­u cÇu 3 pha lµ c¬ së ®Ó cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt nhÊt, hiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p tèt nhÊt. Nh­ng ®©y còng lµ s¬ ®å phøc t¹p nhÊt. + C«ng suÊt MBA: SBA = 1,05 . Id . Ud * C¸c s¬ ®å chØnh l­u ë trªn dÉn dßng theo mét chiÒu vµ chØ ®iÒu khiÓn ®­îc khi më, cßn kho¸ theo ®iÖn ¸p l­íi cho nªn truyÒn ®éng ran ®¶o chiÒu khã kh¨n vµ phøc t¹p. CÊu tróc m¹ch lùc còng nh­ cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn cã yªu cÇu an toµn cao vµ logic ®iÒu khiÓn chÆt chÏ. VI. TruyÒn ®éng Tiristo - ®éng c¬ 1 chiÒu cã ®¶o chiÒu quay. Cã 2 nguyªn t¾c c¬ b¶n ®Ó x©y dùng hÖ truyÒn ®éng ®¶o chiÒu. - Gi÷ nguyªn chiÒu dßng ®iÖn ph¶n øng vµ ®¶o chiÒu dßng kÝch tõ ®éng c¬. - Gi÷ nguyªn chiÒu dßng kÝch tõ vµ ®¶o chiÒu dßng phÇn øng. Trong thùc tÕ c¸c s¬ ®å ®¶o chiÒu ®Òu thùc hiÖn theo 1 trong 2 nguyªn t¾c trªn vµ ph©n ra 5 lo¹i s¬ ®å chÝnh: a. TruyÒn ®éng dïng 1 bé biÕn ®æi cÊp cho phÇn øng vµ ®¶o chiÒu quay b»ng ®¶o chiÒu dßng kÝch tõ. U s L KT b. TruyÒn ®éng dïng 1 bé biÕn ®æi cÊp cho phÇn øng vµ ®¶o chiÒu quay b»ng c«ng t¾c chuyÓn m¹ch ë phÇn øng (gi÷ tõ th«ng f kh«ng ®æi) U t n n t ~ kt L c. TruyÒn ®éng dïng 2 bé biÕn ®æi cÊp cho phÇn øng ®iÒu khiÓn riªng. u cl 1 cl 2 kt L d. truyÒn ®éng dïng 2 bé biÕn ®ái nèi song song ng­îc ®iÒu khiÓn chung u kt e. TruyÒn ®éng dïng 2 bé biÕn ®æi nèi theo s¬ ®å chÐo ®iÒu khiÓn chung: Mçi lo¹i ®Òu cã nh÷ng ­u nh­îc ®iÓm riªng vµ thÝch hîp víi tõng lo¹i t¶i vµ yªu cÇu c«ng nghÖ - Lo¹i a: Dïng cho c«ng suÊt lín, rÊt Ýt ®¶o chiÒu - Lo¹i b: Dïng cho c«ng suÊt nhá, tÇn sè ®¶o chiÒu thÊp - Lo¹i c: Dïng cho * gi¶i c«ng suÊt, tÇn sè ®¶o chiÒu lín - Lo¹i d,e: Dïng cho c«ng suÊt võa vµ lín cã tÇn sè ®¶o chiÒu cao So víi 3 lo¹i trªn th× nã ®¶o chiÒu ªm h¬n nh­ng cã kÝch th­íc cång kÒnh, vèn ®Çu t­ vµ tæn thÊt lín h¬n. LOG FX2 FX1 A B C Ua1 a1 IUI SI1 SI2 b1 b2 Ua2 a2 VÒ nguyªn t¾c x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn cã thÓ chia lµm 2 lo¹i chÝnh ®iÒu khiÓn riªng vµ ®iÒu khiÓn chung * TruyÒn ®éng ®¶o chiÒu ®iÒu khiÓn riªng Khi ®iÒu khiÓn riªng hai bé biÕn ®æi lµm viÖc riªng rÏ nhau, t¹i mét thêi ®iÓm chØ ph¸t xung ®iÒu khiÓn vµo 1 bé biÕn ®æi cßn bé kia bÞ kho¸ do kh«ng cã xung ®iÒu khiÓn HÖ cã 2 bé biÕn ®æi lµ B§1 vµ B§2 cã c¸c m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn t­¬ng øng lµ FX1 vµ FX2. TrËt tù ho¹t ®éng cña c¸c bé ph¸t xung nµy ®­îc quy ®Þnh bëi c¸c tÝn hiÖu logic b1 vµ b2. Qu¸ tr×nh h·m vµ ®¶o chiÒu cã thÓ ®­îc m« t¶ b»ng ®å thÞ thêi gian. Trong kho¶ng thêi gian 0 ¸ t1, B§1 lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u víi gãc a1 p/2 vµ sao cho dßng phÇn øng kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp, ®éng c¬ ®­îc t¸i sinh, nÕu nhÞp ®iÖu gi¶m a2 phï hîp víi qu¸n tÝnh cña hÖ th× cã thÓ duy tr× dßng ®iÖn b¸m vµ dßng ®iÖn khëi ®éng ng­îc kh«ng ®æi, ®iÒu nµy ®­îc thùc hiÖn bëi c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh tù ®éng dßng ®iÖn cña hÖ thèng Trªn s¬ ®å cña khèi logic LOG, iLd, i1L, i2L lµ c¸c tÝn hiÖu logic ®Çu vµo; b1, b2 lµ c¸c tÝn hiÖu logic ®Çu ra ®Ó kho¸ c¸c bé ph¸t xung ®iÒu khiÓn iL® = 1 ph¸t xung ®iÒu khiÓn më B§1 Li® = 0 ph¸t xung ®iÒu khiÓn më B§2 i1L (i2L) = 1 cã dßng ch¹y qua B§1 (B§2) b1 (b2) = 1 kho¸ bé ph¸t xung FX1(FX2) * TruyÒn ®éng ®¶o chiÒu kiÓu chung: H×nh bªn lµ 1 vÝ dô vÒ hÖ Tisisto ®éng c¬ ®¶o chiÒu ®iÒu khiÓn chung, t¹i 1 thêi ®iÓm cã c¶ hai bé biÕn ®æi ®Òu nhËn ®­îc xung më nh­ng chØ cã 1 bé biÕn ®æi cÊp dßng cho nghÞch l­u, cßn bé biÕn ®æi l­u lµm viÖc ë chÕ ®é ®îi. §Æc tÝnh ®iÒu khiÓn cña B§1 lµ dßng I, ®­êng II lµ cña B§2. Gi¶ thiÕt a1 < p/2; a2 < p/2 sao cho th× dßng ®iÖn chØ cã thÓ ch¶y tõ B§1 sang ®éng c¬ mµ kh«ng thÓ ch¶y tõ B§1 sang ®éng c¬ mµ kh«ng ch¶y tõ B§1 sang B§2 ®­îc. §Ó ®¹t ®­îc tr¹ng th¸i nµy th× gãc ®iÒu khiÓn ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: a2 ³ p - a1 hay b2 a1 NÕu tÝnh gãc chuyÓn m¹ch m vµ gãc kho¸ th× gi¸ trÞ lín nhÊt cña gãc ®iÒu khiÓn cña bé biÕn ®æi ®ang ë chÕ ®é nghÞch l­u ph¶i ®îi lµ amax = p - (mmax + ) Gi¸ trÞ nhá nhÊt cña gãc ®iÒu khiÓn cña bé biÕn ®æi ®ang lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u lµ: amin ³ m + d NÕu chän th× a1 + a2 = p vµ ta cã ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung ®èi xøng, lóc nµy dßng ®iÖn trong m¹ch vßng gi÷a 2 bé biÕn ®æi sÏ triÖt tiªu vµ dßng ®iÖn trung b×nh ch¶y vßng qua 2 bé biÕn ®æi còng triÖt tiªu: Icb = Trong ®ã Rcb lµ ®iÖn trë trong m¹ch vßng c©n b»ng Trong thùc tÕ ®iÒu khiÓn, th­êng dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung kh«ng ®æi xøng, tøc lµ a2 > p - a1, khi ®ã vµ kh«ng cã dßng c©n b»ng Trong c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung, mÆc dï ®· ®¶m b¶o ³ tøc lµ kh«ng xuÊt hiÖn gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng c©n b»ng, song gi¸ trÞ tøc thêi cña s®® c¸c bé chØnh l­u Cd1(t), Cd2(t) lu«n kh¸c nhau, do ®ã vÉn xuÊt hiÖn thµnh phÇn xoay chiÒu cña dßng ®iÖn c©n b»ng. §Ó h¹n chÕ biªn ®é dßng c©n b»ng th­êng dïng c¸c cuén kh¸ng c©n b»ng Lcb PhÇn IV: Lùa chän vµ tÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc I. Lùa chän s¬ ®å thiÕt kÕ Sau khi ph©n tÝch mét sè s¬ ®å chØnh l­u ë trªn, ta nhËn thÊy s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha lµ hîp lý h¬n c¶ v× nã cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt h¬n so víi tia 3 pha, cßn c¸c chØnh l­u 1 pha kh«ng thùc hiÖn ®­îc. §Ó ®¶o chiÒu quay cña ®éng c¬: ta chän ph­¬ng ph¸p dïng 2 bé biÕn ®æi cÊp cho phÇn øng ®iÒu khiÓn riªng. S¬ ®å m¹ch ®éng lùc ®­îc biÓu diÔn nh­ h×nh sau: II. TÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc * C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña ®éng c¬ P®m = 2,7 KW, U®m = 220V, n®m = 1500v/p, Po = 4% P®m, h®m = 0,86 L­íi xoay chiÒu 220/380V – 50Hz + I®m I®m = + R­ ®éng c¬ Ta cã: P1®m = P0 + P®m + DP­®m = 1,04P®m + Rd . ® . R­ = - 1,04P®m = R­ = 331,5 R­ = + L­ ®éng c¬: Theo c«ng thøc Umanxki – Lindvil: L­ = (mH) 1/ TÝnh chän Thyristor TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i, ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt lµm viÖc vµ c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®­îc tÝnh nh­ sau: * §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ thyristor ph¶i chÞu do ta tÝnh ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt nªn Ud = Udo ® Víi Knv=; Ku= * §iÖn ¸p ng­îc mµ van cÇn chän: Unv = KdtU.Unmax = 1,8 . 230,3 = 414,54 (V) LÊy b»ng 415 (V) Víi KdtU : HÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p (1,6¸2) Chän KdtU = 1,8. * Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Ilv = Ihd = Khd.Id Trong ®ã: Id: Dßng ®iÖn lµm viÖc t¶i (A) ® (A) Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch to¶ nhiÖt kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ. ® I®mvan = KI.Ih = 3,2 . 14,3 = 26,4 (A) KI: HÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn KI (3¸4) Chän K I = 3,2 Tõ c¸c th«ng sè Unv, I®mv ta chän T46N600COC cã c¸c th«ng sè: §iÖn ¸p ng­îc van Unv = 500 (V) Dßng ®iÖn ng­îc van I®mv = 46 (A) §Ønh xung dßng ®iÖn Ipik = 1000 (A) Dßng ®iÖn xung ®iÒu khiÓn Ig = 0,15 (A) §iÖn ¸p xung ®iÒu khiÓn Ug = 2,5 (V) Dßng ®iÖn tù ngÉu Ih = 0,2 (A) Dßng ®iÖn dß Ir = 0,01 (A) Sôt ¸p trªn thyristor ë tr¹ng th¸i dÉn DU = 1,9 (V) Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p (v/s) Thêi gian chuyÓn m¹ch Tcm = 60 ms NhiÖt ®é lªn van cùc ®¹i Tmax =125 0 C III - TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p chØnh l­u. a/ Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô cã s¬ ®å ®Êu d©y D/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn. b/ TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n: 1. C«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p: (A) 2. §iÖn ¸p pha s¬ cÊp M¸y biÕn ¸p: Uf = 380 (V) 3. §iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p: Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i: Udo. cosamin = Ud + 2DUv + DUv + DUdn + DUba Trong ®ã: amin = 100 Gãc sôt ¸p khi cã sù suy gi¶m ®iÖn ¸p l­íi DUv = 1,9 (V) Sôt ¸p trªn thyristor DUdn » 0 Sôt ¸p trªn d©y nèi DUba=DU1+DUx Sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn trë kh¸ng m¸y biÕn ¸p. Chän s¬ bé: DUba = 6% Ud = 6%. 220 = 13.2 (V) Tõ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i ta cã: §iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p: 4. Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp m¸y biÕn ¸p: 5. Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: * TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ 6. TiÕt diÖn s¬ bé trô: Trong ®ã: KQ: HÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t LÊy KQ=6 m: Sè trô m¸y biÕn ¸p LÊy m =3 f : TÇn sè nguån xoay chiÒu LÊy f=50Hz ® (cm2) 7. §­êng kÝnh trô: ChuÈn ®­êng kÝnh d = 6,0 (cm) 8. Chän lo¹i thÐp $330 cã ®é dµy 0,5 mm: Chän s¬ bé mÆt ®é tõ th«ng BT = 1 (T) 9. Chän tû sè ® h = 2,3 d =2,3. 6 = 13,8 (cm) Th«ng th­êng m = (2¸2,5) Chän chiÒu cao trô: h = 14 (cm) * TÝnh to¸n d©y quÊn: 10. Sè vßng d©y quÊn m«i pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: (vßng) LÊy W1 = 608 (vßng) 11. Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p: (vßng) LÊy W2 = 165 (vßng) 12. Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p: Víi d©y dÉn b»ng ®ång, m¸y biÕn ¸p kh«, chän J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) 13. TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: (mm2) Chän d©y dÉn tiÕt diÖn trßn cÊp c¸ch ®iÖn B. ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn S1 = 1,2272 (mm2) KÝch th­íc d©y dÉn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn d = 1,35 (mm) 14. TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén s¬ cÊp: (A/mm2) 15. TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: (mm2) Chän tiÕt diÖn d©y dÉn h×nh ch÷ nhËt cÊp c¸ch ®iÖn B ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn : S2 = 4,55 (mm2) KÝch th­íc d©y dÉn cã kÓ c¶ chÊt c¸ch ®iÖn (1,81x2,63) mm x m 16. TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp (A/mm2) * KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp: Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc: 17. TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn 1 líp cña cuén s¬ cÊp: (vßng) víi: h: ChiÒu cao trô kc = 0,95 H»ng sè Ðp chÆt hg lµ kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn g«ng lµ 1,5 cm 18. TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn ë cuén s¬ cÊp: (líp) Chän sè líp lµ 8 líp Nh­ vËy cã 608 (vßng) chia thµnh 8 líp, chän mçi líp cã 76 vßng 19. ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp: (cm) 20. Chän èng d©y quÊn lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy S01 = 0,1 cm. 21. Kho¶ng c¸ch tõ trô ®Õn cuén s¬ cÊp a01 = 1,0 (cm) 22. §­êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn Dt = dFe + 2.a01 - 2.S01 = 6 + 2.1 - 2.0,1 = 7,8 (cm) 23. §­êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp: Dt1 = Dt + 2.S01 = 7,8 +2.0,1 = 8 (cm) 24. Chän bÒ dÇy gi÷a 2 líp d©y ë cuén s¬ cÊp cd11 = 0,1 (mm) 25. BÒ dÇy cuén s¬ cÊp: Bd1 = (a1 + cd11). n11 = (1,35 + 0,1).10-1.7 = 1,015 (cm) 26. §­êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp: Dn1 = Dt1 + 2.Bd1 = 8 + 2.1,015 = 10,03 (cm) 27. §­êng kÝnh trung b×nh cuén s¬ cÊp: (cm) 28. ChiÒu dµi d©y cuèn s¬ cÊp: L1 = W1.n.Dtb = p.608.9,015 = 172,1 (m) 29. Chän bÒ dµy gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp a12 = 1,0 (cm) 30. Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp: h2 = h1 = 10,8 (cm) 31. TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp (vßng) 32. TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp Chän sè líp d©y quÊn thø cÊp n12 = 5 (líp), 5 líp mçi líp cã 33 vßng. 33. ChiÒu cao thùc tÕ cuén thø cÊp: (cm) 34. §­êng kÝnh trong cuén thø cÊp Dt2 = Dn1 + 2.a12 = 10,03 + 2.1 = 12,03 (cm) 35. Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp cd22 = 0,1 (cm) 36. BÒ dµy cuén thø cÊp Bd2 = (a2 + cd22) n12 = (1,81 + 0,1).10-1.5 = 0,955 (cm) 37. §­êng kÝnh ngoµi cuén thø cÊp Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 12,03 + 2. 0,955 = 13,94 (cm) 38. §­êng kÝnh trung b×nh cuén thø cÊp (cm) 39. ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp L2 = n.W2.Dtb2 = n . 165 . 12,985 = 67,27 (cm) 40. §­êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y: (cm) ® (cm) Chän kho¶ng c¸ch gi÷a 2 cuén thø cÊp a22 = 2 (cm) * TÝnh to¸n kÝch th­íc m¹ch tõ: Víi ®­êng kÝnh trô a = 6,5 cm, ta cã sè bËc lµ 3 trong tiÕt diÖn trô (s¸ch thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p) 1 2 3 41. Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô: Qtb = 2 (1,2.5,5 + 0,8.4,5 + 0,5.3) = 23,4 (cm2) 42. TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô: QT = Khq . Qtb = 0,95 . 23,4 = 22,23 (cm2) 43. Tæng chiÒu dµi c¸c bËc thang cña trô dt = 2(1,2 + 0,8 + 0,5) = 5,0 (cm) 44. Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc: BËc 1: (l¸ thÐp) BËc 2: (l¸ thÐp) BËc 3: (l¸ thÐp) §Ó ®¬n gi¶n trong chÕ t¹o g«ng ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt: - ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô: b = dt = 5,0 cm - ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng líp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô a = 5,5 (cm) ® TiÕt diÖn g«ng: Qbg = a.b = 5.5,5 = 27,5 (cm2) 45. TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng Qg = Kng . Qbg = 0,95 . 27,5 = 26,125 (cm2) 46. Sè l¸ thÐp trong 1 g«ng (l¸ thÐp) 47. TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong 1 trô (T) 48. MËt ®é tõ c¶m trong g«ng (T) 49. ChiÒu réng cöa sæ C = 2.(a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2.(1 + 1,015 + 1 + 0,955) + 2 = 9,94 (cm) 50. Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 t©m trôc: c’ = c + d = 9,94 + 6 = 15,94 (cm) 51. ChiÒu réng m¹ch tõ: L = 2.c + 3.d = 2 . 9,94 + 3 . 6 = 37,88 (cm) 52. ChiÒu cao m¹ch tõ: H = h + 2a = 14 + 2 . 5,5 = 25 (cm) 10,8 14 25 37,88 13,94 12,03 10,03 8 6 2 9,94 18,94 5,5 1 S¬ ®å kÕt cÊu m¸y biÕn ¸p * TÝnh khèi l­îng cña s¾t vµ ®ång 53. ThÓ tÝch trô VT = 3. QT . h = 3. 22,23 . 14= 933,66 (cm3) 54. ThÓ tÝch g«ng Vg = 2. Qg.L = 2 . 26,125 . 37,88 = 1979,23 (cm3) 55. Khèi l­îng cña trô MT = VT . mFe = 933,66.10-3 . 7,85 = 7,332 (kg) Víi mFe = 7,85 (kg/cm3) : Khèi l­îng riªng cña s¾t 56. Khèi l­îng cña g«ng Mg = Vg . mFe = 1979.10-3 . 7,85 = 15,5 (kg) 57. Khèi l­îng cña s¾t MFe = MT + Mg = 7,332 + 15,5 = 22,832 (kg) 58. ThÓ tÝch cña ®ång VCu = 3. (S1 . L1 + S2 . L2) = 3. (1,2272.10-4 . 172,1.10 + 4,55.10-4 . 67,27.10) VCu = 1,55 (dm3) 59. Khèi l­îng cña ®ång MCu = VCu.mCu = 1,55 . 8,9 = 13,795 (kg) Víi mCu = 8,9 (kg): Khèi l­îng tiªng cña ®ång. * TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p 60. §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750 C Víi =0,02133 (Wmm2/m) 61. §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë nhiÖt ®é 750 C 62. §iÖn trë m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp 63. Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p DUr = Rba . Id = 0,536 . 14,3 = 7,665 (V) 64. §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp 65. §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp: ® LBA = 1,974 (mH) 66. Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p 67. Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p 68. §iÖn ¸p trªn ®éng c¬ khi gãc më amin = 100 U = Udo . cosamin - 2.DUv - DUBA U = 240,65. cos100 - 2 . 1,9 - 10 U = 223,2 (V) 69. Tæng trë ng¾n m¹ch quy ®æi thø cÊp m¸y biÕn ¸p 70. Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p 71. Tæn hao kh«ng t¶i kÓ ®Õn 15% tiªu hao phô 72. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông 73. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng 74. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch (V) 75. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x.¸c lËp (A) 76. HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u * TÝnh to¸n thiÕt kÕ cuén kh¸ng läc X¸c ®Þnh gãc më max Chän gãc më cùc tiÓu amin = 100. Gãc më cùc tiÓu lµ dù tr÷ ®Ó cã thÓ bï trõ ®­îc sù gi¶m ®iÖn ¸p l­íi. - Khi gãc më nhá nhÊt a = amin th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ lín nhÊt Udmax = Udo . cosamin = Ud®m Vµ t­¬ng ®­¬ng víi tèc ®é ®éng c¬ lín nhÊt. - Khi gãc më lín nhÊt a = amax th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ nhá nhÊt Udmin = Udo . cosamax Vµ t­¬ng ®­¬ng víi tèc ®é ®éng c¬ nhá nhÊt. ® Ta cã: (1) Trong ®ã: Udmin ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau ® Thay vµo PT (1) ta cã: Ta cã c«ng thøc tÝnh ®iÖn c¶m cña cuén kh¸ng läc LCKL = L - L­ - LBA Trong ®ã: LCKL: §iÖn c¶m cuén kh¸ng läc cÇn m¾c thªm L : §iÖn c¶m cÇn thiÕt ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi dßng ®iÖn víi I*1% < 10% L­ : §iÖn c¶m ®éng c¬ LBA: §iÖn c¶m biÕn ¸p Ta cã: Víi: U®m = 81,55 (V) ® §iÖn c¶m phÇn c¶m øng cã L­ + LBA = 49 + 1,974 = 50,974 LCKL = L - [L­ + LBA] = 30 – [50,974] = - 20,974 (mH) V× ®iÖn c¶m cña phÇn øng ®ñ lín kh«ng cÇn ph¶i thiÕt kÕ cuén kh¸ng läc dßng ®iÖn ®Ëp m¹ch. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ m¹ch ®éng lùc ¦ 3CC R C R C 2CC T2 2CC T4 2CC T6 R C R C R C R C T1 2CC T3 2CC T5 2CC 1CC 1CC 1CC a b c A B C CD AP §C L R2 C2 R2 C2 R2 C2 1/ S¬ ®å m¹ch ®éng lùc cã c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ (theo chiÒu thuËn) 3CC §éng c¬ khi ch¹y ng­îc : thiÕt bÞ b¶o vÖ t­¬ng tù nh­ trªn 2/ B¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho c¸c van b¸n dÉn: Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn, cã dßng ch¹y qua van b¸n dÉn ® sôt ¸p trªn van, do ®ã cã tæng hao c«ng suÊt DP, tæn hao nµy sinh ra do nhiÖt ®èt nãng van b¸n dÉn. MÆt kh¸c van b¸n dÉn chØ ®­îc phÐp lµm viÖc d­íi mét nhiÖt ®é cho phÐp TCP nµo ®ã. NÕu qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp van b¸n dÉn sÏ bÞ ph¸ huû. §Ó van lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý. + Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 Thyristor DP = DU. Ilv = 1,9 . 8,25 = 15,675 (W) Do DP 10% I®m ® kh«ng dïng c¸ch to¶ nhiÖt b»ng vá van b¸n dÉn ®­îc ® Lµm m¸t b»ng c¸ch g¾n van b¸n dÉn lªn c¸nh to¶ nhiÖt víi DP < 100W Ilv < 40%I®m + DiÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt Sm = DP/km . T Trong ®ã: DP : Tæn hao c«ng suÊt (W) T : §é chªnh lÖch so víi mèi tr­êng Chän nhiÖt ®é m«i tr­êng Tmt = 400C, nhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp cña thyristor Tcp = 1250C. Chän nhiÖt ®é trªn c¸nh to¶ nhiÖt Tlv = 800C T = Tlv - Tmt = 400C Km : HÖ sè to¶ nhiÖt b»ng ®íi l­u vµ bøc x¹. Chän km = 8(w/m2) ® = 120(cm2) Chän lo¹i c¸nh to¶ nhiÖt cã 5 c¸nh, kÝch th­íc mçi c¸nh a x b = 10 x 10 (cm x cm) Tæng diÖn tÝch to¶ nhiÖt cña c¸nh S = 5 x 10 x10 = 500 (cm2) 3/ B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cho van: Aptomat dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc. Tù ®éng ®ãng m¹ch khi qu¸ t¶i vÒ vµ ng¾n m¹ch thyristor , ng¾n m¹ch ®Çu ra bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p, ng¾n m¹ch ë chÕ ®é chØnh l­u Chän Aptomat cã I®m = 1,1 . Ihd = 1,1 . 8,25 = 9,075 (A) » 10 (A) U®m = 220V Cã 3 t¸c dông chÝnh, cã thÓ dïng aptomat b»ng tay hoÆc b»ng nam ch©m ®iÖn. ChØnh dßng ng¾n m¹ch Inm = 2,5.Ihd = 20,625 (A) Dßng qu¸ t¶i Iqt = 1,5 . Ihd = 12,375 (A) » 12,4 (A) Chän cÇu dao cã dßng ®Þnh møc I®m = 1,1.Ö3 , Id1 = 1,1 .Ö3 . 11,675 = 22,24 (A) CÇu dao dïng ®Ó t¹o an toµn khi söa ch÷a hÖ thèng truyÒn ®éng + Dßng d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch c¸c thyristor , ng¾n m¹ch ®Çu ra bé chØnh l­u Nhãm 1CC : dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¸y I1CC = 1,1 . I2 = 1,1 . 11,675 = 12,8425 (A) Nhãm 2CC : dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¸y I2CC = 1,1 . Ihd = 1,1 . 8,25 = 9,075 (A) Nhãm 3CC : dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¸y I3CC = 1,1 . Id = 1,1 . 14, 3 = 15,73 (A) VËy chän cÇu ch¸y nhãm 1CC lo¹i 15 (A) 2CC lo¹i 10 (A) 3CC lo¹i 20 (A) 4/ B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van: B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho qu¸ tr×nh ®ãng c¾t thyristor ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c R-C song song víi thyristor . Khi cã sù chuyÓn m¹ch c¸c ®iÖn tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o ra dßng ®iÖn tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi ® t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian ng¾n, sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a Anèt vµ Katèt cña Thyristor. Khi cã m¹ch R-C m¾c song song víi Thyristor t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch ®iÖn nªn thyristor kh«ng bÞ qu¸ ¸p. R1 C1 Theo kinh nghiÖm R1 = (5¸30)W, C1 = (0,25 ¸ 4) mF Chän theo c¸c tµi liÖu (4) R1 = 5,1 W C1 = 0,25mF a b c 1CC 1CC 1CC R2 C2 R2 C2 R2 C2 B¶o vÖ xung ®iÖn ¸p tõ l­íi m¾c m¹ch R-C nh­ sau: T Nhê m¹ch läc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh­ n»m hoµn toµn l¹i trªn ®iÖn trë ®­êng d©y. TrÞ sè R-C ®­îc chän theo tµi liÖu sè (4) R2 = 12,5 W C2 = 4 mF Ch­¬ng V - ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u thyristor vßng hë I. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn §iÒu chØnh thyristor trong s¬ ®å chØnh l­u hiÖn nµy th­êng gÆp lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Nguyªn t¾c nµy cã thÓ m« t¶ nh­ sau: Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu hinh sin ®Æt vµo Anèt cña thyristor, ®Ó cã thÓ ®iÓu khiÓn ®­îc gãc më a cña thyristor trong vïng ®iÖn ¸p (+) cña Anèt, ta cÇn t¹o 1 ®iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c, ta th­êng gäi ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a - Urc -. Nh­ vËy ®iÖn ¸p tùa cÇn cã trong vïng ®iÖn ¸p (+) cña Anèt. Dïng mét ®iÖn ¸p 1 chiÒu U®k so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (trong vïng ®iÖn ¸p (+) cña Anèt) th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn X®k. Thyristor ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn cho tíi cuèi b¸n kú ( a cho tíi khi dßng ®iÖn b»ng 0 ). n 2n 3n 4n Urc Udt U U®k Ud X®k t t t t H×nh 24 §Ó thùc hiÖn ®­îc ý ®å ®iÒu chØnh nh­ ®· nãi trªn m¹ch ®iÒu khiÓn sÏ gåm ba kh©u c¬ b¶n: - §ång pha - So s¸nh vµ t¹o xung - KhuyÕch ®¹i xung So s¸nh vµ T¹o xung KhuyÕch ®¹i Xung §ång pha II. S¬ ®å khèi M¹ch ®iÒu khiÓn H×nh 25 Mçi kh©u sÏ cã mét nhiÖm vô riªng: * Kh©u ®ång pha: Cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p tùa cho Urc trïng pha víi ®iÖn ¸p Anèt cña thyristor * Kh©u so s¸nh vµ t¹o xung: Cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm 2 ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuyÕch ®¹i. Yªu cÇu víi phÇn t¹o xung lµ : S­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng, ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu thyristor më tøc thêi khi cã xung ®iÒu khiÓn. * Kh©u khuyÕch ®¹i xung: KhuyÕch ®¹i xung ®iÒu khiÓn ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu thyristor më tøc thêi, ®ñ ®é réng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña thyristor, ®ñ c«ng suÊt, c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn. III - ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý Theo nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ ®· nªu trªn, chóng ta sÏ tiÕn hµnh thiÕt kÕ c¸c kh©u c¬ b¶n cña ba khèi trªn UV U2 D1 C1 UR A R1 B D1 C -E R2 1. Kh©u ®ång pha Mét sè kh©u ®ång pha ®iÓn h×nh th­êng gÆp a/ Kh©u ®ång pha dïng ®ièt vµ tô §©y lµ s¬ ®å ®¬n gi¶n, dÔ thùc hiÖn, víi sè linh kiÖn Ýt nh­ng chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa kh«ng tèt. §é dµi cña phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh cña ®iÖn ¸o tùa kh«ng phñ hÕt 1800. Do vËy gãc më van lín nhÊt bÞ giíi h¹n. H×nh 26 U1 U2 D Tr C UR A R1 B -E R2 b/ Kh©u ®ång pha dïng Tranzitor vµ tô H×nh 27 Víi s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p tùa Urc cã thÓ phñ hÕt ®­îc nöa chu kú ®iÖn ¸p. Do ®ã viÖc ®iÓu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 ¸ max lµ hoµn toµn ®¸p øng ®­îc. UV D C UR R1 GhÐp quang -E R2 c/ Kh©u ®ång pha dïng bé ghÐp quang H×nh 28 S¬ ®å nµy còng cho chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa vµ nguyªn lý gièng s¬ ®å dïng Tranzitor nh­ng ­u ®iÓm kh«ng cÇn biÕn ¸p ®«ng pha do ®ã ®¬n gi¶n trong chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. d/ Kh©u ®ång pha dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n UV U2 A1 R2 Tr R1 D1 R3 UR A2 C1 H×nh 29 S¬ ®å ngµy cã thÓ cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt, h¬n n÷a kÝch th­íc gän, ®­îc chÕ t¹o nhiÒu trong thùc tÕ. * NhËn xÐt: Qua c¸c s¬ ®å trªn chóng ta thÊy: Víi s¬ ®å H26, H27 cã chung nh­îc ®iÓm lµ viÖc më, kho¸ c¸c Tranzitor trong vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc n¹p x¶ tô trong vïng ®iÖn ¸p l­íi gÇn 0 kh«ng ®­îc nh­ mong muèn. Do yªu cÇu vÒ ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c vµ do nh÷ng yÕu tè kh¸c nh­ kÝch th­íc, hiÖn ®¹i chÊt l­îng ® chóng ta chän kh©u ®ång pha dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ s¬ ®å H28 Urc R1 Tr U®k R2 UR -E R3 H×nh 30 2. Kh©u so s¸nh vµ t¹o xung a/ S¬ ®å Tranzitor Nguyªn lý lµm viÖc cña s¬ ®å nµy cã thÓ m« t¶ nh­ sau: T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu vµo Tranzitor lËt tr¹ng th¸i tõ kho¸ sang më (hay ng­îc l¹i tõ më sang kho¸) lµm cho ®iÖn ¸p ra còng bÞ lËt tr¹ng th¸i. T¹i ®ã chóng ta ®¸nh dÊu ®­îc thêi ®iÓm cÇn më thyristor Møc ®é b·o hoµ cña Tranzitor phô thuéc vµo hiÖu U®k ± Urc = Ub. HiÖu nµy cã mét ®iÖn ¸p nhá cì hµng mV lµm Tranzitor kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm thyristor bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc. Urc R1 U®k R2 Urc R1 U®k R2 A3 A3 UR b/ S¬ ®å dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n S¬ ®å 2 cæng vµo S¬ ®å céng 1 cæng ®¶o cña K§TT H×nh 31 KhuÕch ®¹i thuËt to¸n cã hÖ sè v« cïng lín, chØ cÇn cã 1 tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Èu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å nµy th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm h¬n h¼n so víi c¸c s¬ ®å trªn lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc * NhËn xÐt §Ó ®¸p øng viÖc më chÝnh x¸c c¸c thyristor trong s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng ta chän kh©u so s¸nh dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n víi s¬ ®å - céng 1 cæng ®¶o cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n. 3. Kh©u khuÕch ®¹i xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më thyristor t©ng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thay thÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt. UV R Tr BAX +E D H×nh 32 a/ S¬ ®å Tranzitor c«ng suÊt §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi thyristor ta dïng biÕn ¸p xung, ®Ó cã thÓ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Tranzitor, ®i èt b¶o vÖ tranzitor vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi tranzitor kho¸ ®ét ngét. S¬ ®å nµy cã ­u ®iÓm ®¬n gi¶n nh­ng kh«ng ®­îc øng dông réng r·i, bëi v× hÖ sè khuyÕch ®¹i cña Tranzitor lo¹i nµy nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín ®Ó khuyÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang. BAX +E D R Tr1 UV Tr2 H×nh 33 b/ S¬ ®å Darrlington: S¬ ®å nµy th­êng ®­îc dïng trong thùc tÕ, nã hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt khi hÖ sè khuyÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c Tranzitor. BAX +E D C R Tr1 UV Tr2 H×nh 34 D c/ S¬ ®å cã tô nèi tÇng: S¬ ®å nµy ®­îc t¹o ra v× trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng cì kho¶ng (10¸200) ms. Mµ thêi gian më th«ng c¸c tranzitor c«ng suÊt dµi, lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d­ cña Tranzitor qu¸ lín vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p d­ lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tranzitor vµ kÝch th­íc d©y s¬ cÊp BAX chóng ta dïng thªm tô nèi tÇng nh­ h×nh bªn. Theo s¬ ®å nµy tranzitor chØ më trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn ®­êng h×nh d¹ng cña chóng bÐ h¬n nhiÒu * NhËn xÐt: Qua c¸c s¬ ®å trªn ta thÊy dïng s¬ ®å Darlington lµ thÝch hîp h¬n c¶. §Ó gi¶m c«ng suÊt cho tÇng khuyÕch ®¹i vµ t¨ng sè l­îng xung kÝch më nh»m ®¶m b¶o thyristor më 1 c¸ch ch¾c ch¾n ng­êi ta hay ph¸t xung chïm cho c¸c thyristor. Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuyÕch ®¹i, ta ®­a chÌn thªm 1 cæng vµ víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ bé ph¸t xung chuÈn. Tõ so s¸nh S¬ ®å phèi hîp t¹o xung Tíi tÇng khuyÕch ®¹i & Tõ chïm xung H×nh 35 4. Mét sè s¬ ®å t¹o xung chuÈn a/ S¬ ®å vi m¹ch 555 555 R1 8 4 R2 6 5 7 3 URa C1 2 1 C2 +U H×nh 36 Vi m¹ch 555 t¹o xung ®ång hå cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p xung kh¸ tèt vµ s¬ ®å còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, s¬ ®å nµy rÊt hay gÆp. Trong thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn, th­êng hay sö dông khuyÕch ®¹i thuËt to¸n . Do ®ã cã thÓ ®ång d¹ng vÒ linh kiÖn. Kh©u t¹o xung chïm còng cã thÓ dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ c¸c s¬ ®å trªn R3 A C R2 R1 b/ Dao ®éng ®a hµi b»ng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n H×nh 37 c/ T¹o b»ng m¹ch khuyÕch ®¹i thuËt to¸n R1 R2 C R3 A1 A2 + - - + H×nh 38 Ba s¬ ®å trªn , s¬ ®å dao ®éng ®a hµi (H36) cã ­u ®iÓm h¬n vÒ møc ®é ®¬n gi¶n ® ®­îc sö dông kh¸ réng r·i trong c¸c m¹ch t¹o xung ch÷ nhËt. Nh­ vËy, sau khi ®· ph©n tÝch ®¸nh gi¸ 1 sè s¬ ®å ®iÓn h×nh ta sÏ cã 1 m¹ch ®iÒu khiÓn hoµn chØnh víi: - Kh©u ®ång pha: Chän s¬ ®å dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n - Kh©u so s¸nh vµ t¹o xung:Chän s¬ ®å céng 1 cæng ®¶o cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n - Kh©u khuyÕch ®¹i xung: Chän s¬ ®å Darrlington - Kh©u t¹o xung chïm: Chän s¬ ®å dao ®éng ®a hµi b»ng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n UV U®f1 A R2 B D3 R4 R3 T1 C C1 U®k R5 D E F A1 A2 A3 A4 + - - + - + - + AND +15V H×nh 39: M¹ch ®iÒu khiÓn t¹o chïm xung ®iÒu khiÓn n 2n 3n 4n Ud U UB U®k Urc UA UF Ud t1 t2 t3 t4 t5 t t t t t t t X®k H×nh 34: Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p vµo UA cã d¹ng h×nh sin, trïng pha víi ®iÖn ¸p Anèt cña Thyristor, qua khuyÕch ®¹i thuËt to¸n A1 cho ta chuçi xung ch÷ nhËt ®èi xøng UB. PhÇn ®iÖn ¸p d­¬ng cña UB qua D3 tíi A2 tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc. §iÖn ¸p ©m lµm më th«ng Thyristor T1, kÕt qu¶ lµ A2 bÞ ng¾n m¹ch (Urc = 0) trong vïng UB ©m. Trªn ®Çu ra cña A2 chóng ta cã chuçi ®iÖn ¸p r¨ng c­a cña Urc gi¸n ®o¹n. §iÖn ¸p Urc ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i ®Çu vµo cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n A3. Tæng ®¹i sè Urc + Uth quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n A3. Trong kho¶ng thêi gian 0 ¸t1 víi U®k > Urc ® ®iÖn ¸p UD lµ ®iÖn ¸p ©m. Trong kho¶ng t1 ¸ t2, ®iÖn ¸p U®k < Urc , lµm cho UD lËt lªn d­¬ng ....... M¹ch dao ®éng ®a hµi t¹o chuçi xung A4 cho ta chuçi xung tÇn sè cao, víi ®iÖn ¸p UE. Hai tÝn hiÖu UD vµ UE cïng ®­îc ®­a tíi kh©u AND hai cæng vµo. Khi ®ång thêi cã c¶ hai tÝn hiÖu (+) UD, UE chóng ta sÏ cã xung ra UF lµm më th«ng c¸c Tranzitor T2, T3 ® KÕt qu¶ lµ chóng ta sÏ cã chuçi xung nhän X®k trªn biÕn ¸p xung ®Ó ®­a tíi më T. TÝnh chän m¹ch ®iÒu khiÓn: M¹ch ®iÖn lùc xuÊt ph¸t tõ nh÷ng yªu cÇu sau ®©y T46 N60COC Un = 500 (V) I®mv = 45 (A) Ipik = 1000 (A) Ig = 0,15 (A) Ug = 2,5 (V) IR = 0,2 (A) Ir = 0,01 (A) DU = 1,9 (V) Tmax= 1250C Tx = 126 (ms) tx = 4 (KHz) §é mÊt ®èi xøng cho phÐp Da = 40 §iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn U = ± 12V Møc ®é xôt biªn ®é xung Sx = 0,25 * TÝnh biÕn ¸p xung Chän vËt liÖu lµm lâi lµ s¾t Ferit HM. Lâi cã d¹ng xuyÕn, lµm viÖc trªn 1 phÇn cña ®iÖn tÝnh tõ ho¸ cã DB = 0,3(T) , DH = 30(A/m) vµ kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ Tû sè biÕn ¸p xung: m = 2¸3 Ta chän m = 3 §iÖn ¸p cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p xung: U2 = U®k = 2,5 (V) §iÖn ¸p ®Æt trªn cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p U1= m.U2 = 3. 2,5 = 7,5 (V) Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2 = I®k = 0,15 (A) Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p I1 = I2/m = 0,15/3 = 0,05 (A) §é tõ thÈm trung b×nh t­¬ng ®èi cña lâi s¾t mTB = DB/(m0.DH)=0,3/(1,25.10-3) = 8.103 (H/M) Trong ®ã m0 = 1,25 . 10-6 (H/M): Lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ ThÓ tÝch cña lâi thÐp cÇn cã: V = Q.L = (mTB . m0 . tx.Sx.U1.I1)/DB 2 V = (8.103 . 1,25.10-6 . 126.10-6 . 0,2 . 7,5 . 0,05)/ 0,32 V = 1,05.10-6 (m3) = 1,05 (cm3) a b d D Chän m¹ch cã thÓ tÝch V = 1,64 (cm3), víi thÓ tÝch ®ã ta cã kÝch th­íc m¹ch tõ nh­ sau: a = 4 (mm) b = 5 (mm) d = 22 (mm) D = 30 (mm) Q = 0,2 (cm2) L = 8,2 (cm) Sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ U1 = W1 . Q . dB/dt = W1 . Q . DB/tx ® (vßng) Sè vßng d©y quÊn thø cÊp m¸y biÕn ¸p W2 = W1/m = 158/3 = 53 (vßng) TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp S1 = I1/J1 = 0,05/6 = 0,0083 (mm2) Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = 6 (A/mm2) §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp (mm) Chän d1 = 0,1 (mm) TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp S2 = I2/J2 = 0,15 / 4 = 0,0375 (mm2) Chän mËt ®é dßng ®iÖn J2 = 4 (A/mm2) §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp (mm) Chän d©y quÊn cã ®­êng kÝnh d2 = 0,22 (mm) KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy Nh­ vËy cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt. * TÝnh tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng Chän tranzistor c«ng suÊt lo¹i 2SC9111 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè: Tranzitor lo¹i npn - vËt liÖu b¸n dÉn Si §iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ baz¬ khi hë m¹ch Emitor: UCBO = 40 (V) §iÖn ¸p gi÷a Emintor vµ baz¬ khi hë m¹ch Colector: UEBO = 4 (V) Dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colector cã thÓ chÞu ®­îc Icmax = 500 (mA) C«ng suÊt tiªu t¸n ë Colector PC = 1,7 (W) NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p T1 = 1750C HÖ sè khuyÕch ®¹i b = 50 Dßng lµm viÖc cña colector IC3=I1= 0,05 (A) Dßng lµm viÖc cña Baz¬: IB3 = IC3 / b = 0,05/50 = 0,001 (mA) Ta nhËn thÊy víi lo¹i Thyristor ®· chän cã c«ng suÊt ®iÒu khiÓn kh¸ bÐ U®k = 2,5 (V) , I®k = 0,15 (A). Nªn dßng colector - baz¬ cña tranzitor IC3 kh¸ bÐ, trong tr­êng hîp nµy ta cã thÓ kh«ng cÇn Tranzitor I2 mµ vÉn ®ñ c«ng suÊt ®iÒu khiÓn Tranzitor. Chän nguån cÊp cho biÕn ¸p xung E = +12V M¾c thªm R10 nèi tiÕp víi cùc Emintor cña Ir3 R10 = (E - U1)/ I1 = 90 (W) TÊt c¶ c¸c ®ièt trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu cïng lo¹i 1N4009 cã tham sè: Dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m = 10 (A) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt UN = 25 (V) §iÖn ¸p ®Ó cho ®ièt më th«ng Um = 1 (V) * Chän cæng AND Toµn bé m¹ch ph¶i dïng 6 cæng AND nªn ta chän 2 IC 4081 t¹o cho mçi IC cso 4 cæng AND víi c¸c th«ng sè: Nguån nu«i IC VCC = 3¸9 (V) Chän VCC = 12 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc - 400C ¸ 800C §iÖn ¸p øng víi c¸c møc logic “1”: 2 ¸ 4,5 (V) Dßng ®iÖn nhá h¬n 1 mA C«ng suÊt tiªu thô P = 2,5 (nW/1 c«ng) & & & & 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 H×nh : S¬ ®å ch©n IC 4081 * Chän Rg; §iÖn trë Rg dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®­a vµo baz¬ cña tranzitor Tr3, chän Rg tho¶ m·n ®iÒu kiÖn Rg ³U/Ir3 = 4,459 (KW) Chän Rg = 4,5 (KW) * TÝnh chän bé t¹o xung chïm vµ khuyÕch ®¹i thuËt to¸n Mçi kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i dïng 3 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n, do ®ã ta chän 5 IC lo¹i TL084 do h·ng Texas Ins truments chÕ t¹o, mçi IC nµy cã 4 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n. Th«ng sè cña TL 084 §iÖn ¸p nguån nu«i: VCC = ±18 (V) chän VCC = ±12 (V) HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo: ±30 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc: T = -25 ¸ 850C C«ng suÊt tiªu thô P = 680 (mW) = 0,69 (W) Tæng trë ®Çu vµo Rin = 106 (mW) Dßng ®iÖn ®Çu ra Ira = 30 (pA) Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp du/dt = 13 (v/ms) 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 - + - + + - + - UCC M¹ch t¹o xung chïm cã tÇn sè f = 1/2 fx = 4 (KHz) hay Chu kú cña xung chïm T = 1/f = 250 (ms) Ta cã T = 2RP . C2 . ln(1+2.R6/R7) Chän R6 = R7 = 33 (W) th× T = 2,2 . R8 . C2 = 250 (ms) VËy R8 . C2 = 113,6 (ms) Chän tô C2 = 0,1 mF cã ®iÖn ¸p U = 16 (V), R8 = 113,8 (W) §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p m¹ch th× ta chän R8 lµ biÕn trë 2KW. * TÝnh chän tÇng so s¸nh KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n ®· chän lo¹i TL 084 Chän R4 = R5 > UV/IV = 12/10-3 = 12 (KW) Trong ®ã nÕu nguån nu«i VCC = ± 12 (V) th× ®iÖn ¸p vµo A3 lµ UV = 12 V Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ ®Ó IrV < 1 (mA) Do ta chän R4 = R5 = 15 (KW) Khi ®ã dßng vµo A3 lµ IVmax = 12/(15.103) = 0,8 (mA) * TÝnh chän kh©u ®ång pha: §iÖn ¸p tô ®­îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1 mÆt kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p tô cã trong 1 nöa chu kú ®iÖn ¸p l­íi lµ tuyÕn tÝnh th× h»ng sè thêi gian tô n¹p ®­îc: Tr = R3 . C1 = 0,005 (s) Chän C1 = 0,1 (mF) th× ®iÖn trë R3 = Tr/C1 = 0,005/(0,1.10-6)= 5.104= 50 (KW) §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh l¾p ®Æt m¹ch R3, th­êng chän R3 lµ biÕn trë lín h¬n 50 KW Chän Tranzitor Tr1 lo¹i A564 cã c¸c th«ng sè: Tranzitor lo¹i pnp - vËt liÖu b¸n dÉn Si §iÖn ¸p gi÷a Colecto vµ baz¬ khi hë m¹ch Emitor: UCBO = 25 (V) §iÖn ¸p gi÷a Emintor vµ baz¬ khi hë m¹ch Colector: UEBO = 7 (V) Dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colector cã thÓ chÞu ®­îc Icmax = 100 (mA) NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p T1 = 1500C HÖ sè khuyÕch ®¹i b = 250 Dßng lµm viÖc cùc ®¹i cña Baz¬: IB3 = IC / b = 100/250 = 0,4 (A) §iÖn trë R2 ®­îc chän ®Ó h¹n chÕ ®­êng ®i vµo Baz¬ Tranzitor Tr1 , chän R2 tho¶ m·n ®iÒu kiÖn R2 ³ Unmax/IB = 12/(0,4 . 10-3) = 30 (KW) Chän R2 = 30 (KW) Chän ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®ång pha UA = 9 (V) §iÖn trë R1 h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo khuyÕch ®¹i thuËt to¸n A1, th­êng chän R1 sao cho dßng vµo KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n IV < 1 mA. Do ®ã: R1 > UA/IV = 9/10-3 = 9 (KW) chän R1 = 10 (KW) * T¹o nguån nu«i Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ±12 (V) ®Ó cÊp vµo cho m¸y biÕn ¸p, nu«i IC, c¸c bé phËn ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®¹t tèc ®é lín. Ta dïng m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha dïng ®ièt, ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i U2 = 12/2,34 = 5,1 (V), chän U2 = 9 (V). §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912 víi c¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy: §iÖn ¸p ®Çu vµo : UV = 7 ¸ 35 (V) §iÖn ¸p ®Çu ra : Ur = 12 (V) víi IC 7812 Ur = -12 (V) víi IC 7912 Dßng ®iÖn ®Çu ra Ira = 0 ¸1 (A) Tô C4, C5 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng ®a hµi bËc cao Chän C4 = C5 = C6 = C7 = 470 (mW) vµ U = 35V 7812 A ~380V B C a b c C4 C6 7912 a b c C5 C7 -12V +12V * TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p nguån nu«i vµ ®ång pha: Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho c¶ viÖc t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha vµ t¹o nguån nu«i. Chän kiÓu m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô, trªn mçi trô cã 3 cuén d©y, 01 cuén s¬ cÊp vµ 02 cuén thø cÊp. §iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµm ®iÖn ¸p ®ång pha vµ nguån nu«i U 2 = U2®f = Un = 9 (V) Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha: I2®f = 1 (mA) C«ng suÊt nguån nu«i cÊp cho biÕn ¸p xung P®f = 6. U2®f. I2®f = 6.9.1.10-3 = 0,054 (W) C«ng suÊt tiªu thô ë 5 IC TL084 sö dông lµm khuyÕch ®¹i thuËt to¸n, ta lùa chän 2 IC TL 084 ®Ó t¹o ra 06 bé céng AND P7IC = 7. PIC = 7. 0,68 = 4,76 (N) C«ng suÊt biÕn ¸p cÊp cho cùc ®iÒu khiÓn Thyristor Px = 6 . U®k. I®k = 6. 2,5 . 0,15 = 2,25 (W) C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i PN = P®f + P7IC + Px = 0,054 + 4,76 + 2,25 PN = 7,064 (W) C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn hao trong m¸y S = 1,05 . (P®f + PN) = 1,05 . ( 0,054 + 7, 064) = 7,47 (VA) Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p I2 = S/6.U2 = 7,47/ (6.9) = 0,138 (A) Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p I1 = S/3.U1 = 7,47/ (3. 220) = 0,0113 (A) TiÕt diÖn trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc (cm2) Trong ®ã KQ = 6: HÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t m = 3: Sè trô m¸y biÕn ¸p f = 50: TÇn sè ®iÖn ¸p l­íi ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô theo b¶ng 7 ® Qt = 1,63 (cm2) KÝch th­íc m¹ch tõ l¸ thÐp dµy d = 0,5 (mm) Sè l­îng l¸ thÐp lµ 68 l¸: A h C c b b a a a = 12 mm b = 16 mm h = 30 mm HÖ sè Ðp chÆt: kc=0,85 H×nh : KÝch th­íc m¹ch tõ biÕn ¸p Chän mËt ®é tõ thÈm B = 1 (T) ë trong trô ta cã sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp (vßng) Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) (mm2) §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp (mm) Chän d1 = 0,1 (mm) ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬, ®­êng kÝnh cã kÓ ®Õn c¸nh ®iÖn d1c® = 0,12 (mm) Sè dßng d©y quÊn thø cÊp W2 = W1. U2/U1 = 249 (vßng) TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp S2 = S/(6. U2. I2) = 0,05 (mm2) §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp (mm) ChuÈn ho¸ ®­êng kÝnh d2 = 0,26 (mm) §­êng kÝnh cã kÓ ®Õn c¸ch ®iÖn d2c® =0,31 (mm) Chän hÖ sè lÊp ®Çy kl® = 0,7 Víi (mm) Chän c = 12 (mm) ChiÒu dµi m¹ch tõ C = 2c + 3a = 2. 12 + 3. 12 = 60 (mm) ChiÒu cao m¹ch tõ H = h + 2a = 30 + 2. 12 = 54 (mm) * TÝnh chän ®i-èt bé nguån chØnh l­u Dßng ®iÖn hiÖu dông qua ®i èt (A) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ ®ièt ph¶i chÞu Unmax = Ö6 . U2 = 22 (V) Chän ®ièt cã dßng ®Þnh møc I®m ³ Ki . Idhd = 10. 0,1 = 1 (A) Chän ®ièt cã ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt Un = Ku . Unmax = 2. 22 = 44 (V) Chän ®i-èt lo¹i KII20PA cã c¸c th«ng sè: Dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m = 1,5 (A) §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña ®ièt UN = 100 (V) PhÇn VI: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn HÖ kÝn theo ph­¬ng ph¸p 2 m¹ch vßng tèi ­u modul. I. Nguyªn lý chung vÒ ®iÒu khiÓn tèi ­u nhiÒu m¹ch vßng: NÕu ta cã 1 ®èi t­îng cã hµm truyÒn WT§(P) = K1 ….. Kn: HÖ sè khuyÕch ®¹i cña c¸c kh©u trong hÖ thèng. m : Sè kh©u qu¸n tÝnh cña hÖ thèng Ti : H»ng sè thêi gian qu¸n tÝnh cña c¸c kh©u qu¸n tÝnh w NÕu m¹ch cã nhiÒu kh©u qu¸n tÝnh cã h»ng sè thêi gian lín th× ®é t¸c ®éng nhanh cña hÖ thèng sÏ kÐm, sù æn ®Þnh cña hÖ kÐm, ®ång thêi sai sè tÜnh sÏ lín. Do ®ã ta ®­a thªm vµo hÖ c¸c bé ®iÒu chØnh nh»m môc ®Ých khö c¸c h»ng sè thêi gian qu¸n tÝnh lín vµ ®­a thªm vµo hÖ c¸c kh©u tÝch ph©n cã h»ng sè thêi gian nhá ®Ó khö c¸c sai sè tÜnh cña hÖ. Do ®ã, ta ph©n tÝch ®èi t­îng ra lµm hai kh©u: MÉu sè ®èi t­îng: Trong ®ã: l : sè h»ng sè thêi gian lín cÇn khö m - l : Sè h»ng sè thêi gian nhá kh«ng cÇn khö Wi x x Theo lý thuyÕt ®iÒu khuÓn tù ®éng, muèn khö mét kh©u nµo ®ã, ta chØ cÇn ®­a thªm vµo hÖ thèng mét kh©u cã hµm truyÒn b»ng nghÞch ®¶o cña kh©u cÇn khö. Khi ®ã, hµm truyÒn mong muèn cña hÖ hë sÏ lµ: Whmm = §Ó ®¬n gi¶n hãa cho viÖc tÝnh to¸n, ta ®­a ra 1 khu©u t­¬ng ®­¬ng cã h»ng sè thêi gian Tm t­¬ng ®­¬ng víi h»ng sè thêi gian nhá Tm = Tl+1 + Tl+2 + ……. + Tm Ta sÏ cã: Whmm = x W i y x W reg y' W ®t x W hmm y W KÝn mm x y' Y' cã chÊt l­îng mong muèn tèt h¬n Lóc ®ã hµm truyÒn cña hÖ kÝn sÏ lµ: WkÝnmm = C¸c kh©u ®­a thªm vµo ®­îc gäi lµ c¸c kh©u hiÖu chØnh vµ cã hµm truyÒn lµ: Wreg = Wreg = WReg = Khi l qu¸ lín (l>3) m¹ch sÏ rÊt phøc t¹p ® ta chia lµm nhiÒu m¹ch vßng nèi tiÕp nhau mçi vßng chØ chøa 1 h»ng sè thêi gian lín cÇn khö vµ thùc hiÖn c¸c m¹ch vßng tõ m¹ch vßng trong ra m¹ch vßng ngoµi. §ã lµ nguyªn lý ®iÒu khiÓn tèi ­u theo nhiÒu m¹ch vßng. II. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn tèi ­u 2 m¹ch vßng (tèc ®é (w) vµ dßng ®iÖn (I) ë ®éng c¬ mét chiÒu trong hÖ Tiristo - §éng c¬: WCL W§C §K U w + Bé chØnh l­u Tiristo cã hµm truyÒn WCL = KCL . = + ë chÕ ®é qu¸ ®é, ®éng c¬ 1 chiÒu cã s¬ ®å cÊu tróc ®­îc m« t¶ qua c¸c ph­¬ng tr×nh: U - E = IR + L  M - Mc = J hay I - Ic = I - Ic = ‚ Ph­¬ng tr×nh  vµ ‚ ë d¹ng to¸n tö cã d¹ng: U - E = RI + LPI = RI(1 + = RI(1 + T­P) (U - E) ( ƒ I - Ic = (I - Ic) „ * Do ®ã ta cã s¬ ®å cÊu tróc cña hÖ: Trong thùc tÕ ng­êi ta th­êng bá qua kh©u ph¶n håi s®® E trong tÝnh to¸n c¸c qu¸ tr×nh qu¸ ®é do qu¸n tÝnh cµng lín cña w cã tèc ®é biÕn thiªn chËm so víi ®¹i l­îng ®iÖn. * ë ®©y ta cã 2 h»ng sè thêi gian lín cÇn khö lµ T­ vµ Tc. Ta thùc hiÖn hai m¹ch vßng, m¹ch vßng trong lµ m¹ch vßng dßng ®iÖn cã T­ cÇn khö, m¹ch vßng ngoµi lµ m¹ch vßng tèc ®é cã Tc cÇn khö vµ dïng ph¶n håi ©m dßng, vµ phÈn håi ©m tèc ®é. U ®Æt W Reg w W regi K CL 1+T P 1/R ¦ 1+T ¦ .P R ¦ /K M f T C .p K i k w U ®k U ra w U vµo i U i U w i w Hµm truyÒn cña hÖ kÝn mong muèn sÏ lµ: WKmmi = = (V× t rÊt nhá nªn t2 coi lµ kh«ng ®¸ng kÓ) + XÐt m¹ch vßng tèc ®é W Reg w U ®Æt -U w W Kmmi 1 K i R ¦ /K M f T C k w 1 K w w w I W§Tw = Whmmw = Þ Wrcgw = = Wrcgw = §Ó t¹o kh©u hiÖu chØnh nµy ta dïng bé hiÖu chØnh P. U -U R ®Æt - + w R 2 R 2 02 + XÐt m¹ch vßng dßng ®iÖn S¬ ®å trªn cã thÓ vÏ l¹i nh­ sau: K CL 1+T P U vµo i W regi 1/R ¦ 1+T ¦ .P U ra w K i 1 K i R ¦ /K M f T C .p k w 1 K w w U i U w I I Ta cã: W§Ti = Whmm = ®èi víi Cl Þ Wrcgi = Wrcgi = Theo tiªu chuÈn tèi ­u modun, nªn chän T01 = 2Tm NÕu T01 > 2Tm : SÏ cã qu¸ ®é dµi h¹n NÕu T01 < 2Tm : qu¸ ®é ng¾n l¹i nh­ng dao ®éng l¹i m¹ch. VËy: Wregi = §Æt Ti = 2TmP . KCL . Ki . Wrcgi = §©y lµ kh©u PI §Ó t¹o ®­îc kh©u hiÖu chØnh nµy ta cã thÓ dïng bé hiÖu chØnh PI -U i - + U ra w R3 C3 R1 R2 III. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ vßng kÝn: theo ph­¬ng ph¸p 2 m¹ch vßng tèi ­u modul: 1. M¹ch vßng dßng ®iÖn Hµm truyÒn bé hiÖu chØnh cã d¹ng: Wrcg = + HÖ sè khuyÕch ®¹i cña bé chØnh l­u KCL = Ta chän Tm = 0,01 (s) + §iÖn trë m¹ch phÇn øng ®éng c¬: R­ = 1,62(W) + H»ng sè thêi gian m¹ch ®iÖn tõ phÇn øng: T­ = Muèn cã ph¶n håi dßng ta dïng shunt dßng lo¹i: 25A/75mV M¾c nèi tiÕp víi ®éng c¬: Chän Ui = -10 (V) ® Ki = Þ Wrcg = M¹ch t¹o bé hiÖu chØnh nµy cã d¹ng +10V R U + - - + 75mv R 1 R 2 3 R 4 R 3 -U i C 4 A 6 A 5 ra w -10V + §Ó t¹o Ui = -10V cÇn cã 1 bé khuyÕch ®¹i víi K = Chän R1 = 1KW ® R2 = 134(KW) Ti = C4 . R3 = 0,173 Chän C4 = 1 (mF) ® R3 = 173(KW) + KhuyÕch ®¹i TT A5 vµ A6 lo¹i TL084 nh­ m¹ch vßng hë ®· dïng 2. M¹ch vßng ngoµi tèc ®é + §Ó t¹o ph¶n håi tèc ®é dïng m¸y ph¸t tãc cã tèc ®é quay b»ng tèc ®é quay cña ®éng c¬ Chän lo¹i m¸y ph¸t tãc cã: 100V ¸ 1500v/ph V× m¸y ph¸t tèc cã ®iÖn ¸p lín do ®ã ph¶i cã ph©n ¸p m¸y ph¸t Chän Uwmax = 10V WFt = ® Kw = + Kf®m = + Tc = Wrcg(w) = M¹ch t¹o bé ®iÒu chØnh cã d¹ng K§TT A7 chän TL084 nh­ trªn U - A 7 + R 01 + -12V R1 R2 U w ®Æt Chän R1 = 1(KW) ® R01 = 440(KW) * m¹ch ph¶n håi cña tèc ®é vµ dßng ®iÖn + A 5 R 2 R 1 R 1 - -12V + - R 3 - A 6 + R 4 A 3 + - U ®Æt MFT R 5 R 5 R 6 Urc C 4 +12V -Ui i A 7 w - A 6 + R 4 Id +UPHw +Uraw -U®k M¹ch h·m ®éng c¬ dïng ph­¬ng ph¸p h·m ®éng n¨ng: H Lv lv H OFF ON (W) Tµi liÖu tham kh¶o TruyÒn ®éng ®iÖn: - Bïi Quèc Kh¸nh NguyÔn V¨n LiÔn NguyÔn ThÞ HiÒn ThiÕt kÕ thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt TrÇn V¨n ThÞnh C¬ së truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng: Bïi §×nh TiÕu Ph¹m Duy Nhi Môc lôc Lêi nãi ®Çu 3 PhÇn 1 Kh¸i qu¸t m¸y doa ngang - truyÒn ®éng ¨n dao 4 PhÇn 2 C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp 5 PhÇn 3 Kh¸i qu¸t c¸c ph­¬ng ph¸p chØnh l­u dïng Thyistor 14 PhÇn 4 Lùa chän vµ tÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc. 28 PhÇn 5 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u Thyristor vßng hë. 49 PhÇn 6 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Thyristor theo ph­¬ng ph¸p 02 m¹ch vßng tèi ­u Module. 68