Tính toán thiết kế mạch nạp ăcquy tự động với chỉnh lưu cầu có điều khiển

Ch­¬ng 2 Giíi thiÖu vÒ accquy I. Giíi thiÖu chung vÒ ¨cquy vµ c¸c chÕ ®é n¹p: A. Giíi thiÖu chung vÒ ¾c qui: ¡c-qui lµ lo¹i b×nh ®iÖn ho¸ häc dïng ®Ó tÝch tr÷ n¨ng l­îng ®iÖn vµ lµm nguån ®iÖn cung cÊp cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn nh­ ®éng c¬ ®iÖn, nh­ bãng ®Ìn, lµm nguån nu«i cho c¸c linh kiÖn ®iÖn tö…. C¸c tÝnh n¨ng c¬ b¶n cña ¨c-quy: -Søc ®iÖn ®éng lín, Ýt thay ®æi khi phãng n¹p ®iÖn. -Sù tù phãng ®iÖn bÐ nhÊt. -N¨ng l­îng ®iÖn n¹p vµo bao giê còng bÐ h¬n n¨ng l­îng ®iÖn mµ ¨c-quy phãng ra . -§iÖn trë trong cña ¨c-quy nhá. Nã bao gåm ®iÖn trë cña c¸c b¶n cùc ,®iÖn trë dung dÞch ®iÖn ph©n cã xÐt ®Õn sù ng¨n c¸ch cña c¸c tÊm ng¨n gi÷a c¸c b¶n cùc. Th­êng trÞ sè ®iÖn trë trong cña ¨c-quy khi ®· n¹p ®iÖn ®Çy lµ 0.001W ®Õn 0.0015W vµ khi ¨c-quy phãng ®iÖn hoµn toµn lµ 0.02W ®Õn 0.025W. Cã hai lo¹i ¨c-quy lµ: ¨c-quy a-xit (hay ¨c-quy ch×) vµ ¨c-quy kÏm (¨c-quy s¾t kÒn hay ¨c-quy cadimi-kÒn). Trong ®ã ¨c-quy a-xit ®­îc dïng phæ biÕn vµ réng r·i h¬n. 1. CÊu t¹o cña ¡cqui: C¸c bé phËn chñ yÕu cña ¨c-quy a-xit gåm: -C¸c l¸ cùc d­¬ng lµm b»ng Pb2 ®­îc ghÐp song song víi nhau thµnh mét bé chïm cùc d­¬ng. -C¸c l¸ cùc ©m lµm b»ng Pb ®­îc ghÐp song song víi nhau thµnh mét bé chïm cùc ©m. Bé chïm cùc ©m vµ chïm cùc d­¬ng ®Æt xen kÏ nhau theo kiÓu cµi r¨ngl­îc, sao cho cø l¸ cùc ©m råi ®Õn mét l¸ cùc d­¬ng . -L¸ c¸ch ®Æt gi÷a c¸c l¸ cùc ©m vµ l¸ cùc d­¬ng ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng chËp m¹ch gi÷a c¸c ®iÖn cùc kh¸c dÊu. -Vá b×nh ®iÖn ¨cquy th­êng lµm b»ng cao su cøng (ªbonit) ®óc thµnh hinh hép , chÞu ®­îc khÝ nãng l¹nh, va ch¹m m¹nh vµ chÞu a-xit. D­íi ®¸y b×nh cã c¸c ®Õ cao ®Ó d¾t c¸c l¸ cùc lªn, khi mïn cña chÊt ho¹t ®éng rông xuèng th× ®äng d­íi r·nh ®Õ nh­ vËy tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng chËp m¹ch gi÷a c¸c ®iÖn cùc do mïn g©y ra. N¾p ®Ëy ¨c-quy còng lµm vá cao su cøng, n¾p cã c¸c lç ®Ó ®æ dung dÞch ®iÖn ph©n vµo b×nh vµ ®Çu cùc luån qua . Nót ®Ëy ®Ó dung dÞch khái ®æ ra. -CÇu nèi b»ng ch× ®Ó nèi tiÕp c¸c ®Çu cùc ©m cña ng¨n ¨c-quy nµy víi cùc d­¬ng cña ng¨n ¨c-quy tiÕp theo. 2. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l­îng trong ¾c quy: ¾c qui lµ nguån n¨ng l­îng cã tÝnh chÊt thuËn nghÞch: nã tÝch tr÷ n¨ng l­îng d­íi d¹ng ho¸ n¨ng vµ gi¶i phãng n¨ng l­îng d­íi d¹ng ®iÖn n¨ng. Qu¸ tr×nh ¾c qui cÊp ®iÖn cho m¹ch ngoµi ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh phãng ®iÖn, qu¸ tr×nh ¾c qui dù tr÷ n¨ng l­îng ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn. KÝ hiÖu ho¸ häc biÓu diÔn ¾c qui axit cã dung dich ®iÖn ph©n lµ axit H2SO4 nång ®é d = 1,1 ¸ 1,3 % b¶n cùc ©m lµ Pb vµ b¶n cùc d­¬ng lµ PbO2 cã d¹ng : (- ) Pb ½ H2SO4 d = 1,1 ¸ 1,3 ½ PbO2 ( + ) Ph­¬ng tr×nh ho¸ häc biÓu diÔn qu¸ tr×nh phãng n¹p cña ¾c qui axit : phãng PbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O n¹p ThÕ ®iÖn ®éng E = 2,1 V. NhËn xÐt : Tõ nh÷ng ®iÒu ®· tr×nh bÇy ë trªn ta nhËn thÊy trong qu¸ tr×nh phãng-n¹p nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n lµ thay ®æi. Khi ¾c quy phãng ®iÖn nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m dÇn. Khi ¾c quy n¹p ®iÖn nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n t¨ng dÇn. Do ®ã ta cã thÓ c¨n cø vµo nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n ®Ó ®¸nh gi¸ tr¹ng th¸i tÝch ®iÖn cña ¾c quy. 3. §Æc tÝnh cña ¾c qui: §Æc tÝnh n¹p cña ¾c qui lµ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ phô thuéc gi÷a søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian n¹p khi trÞ sè dßng ®iÖn n¹p kh«ng thay ®æi . Tõ ®å thÞ ®Æc tÝnh n¹p ta cã c¸c nhËn xÐt sau : - Trong kho¶ng thêi gian tõ tn = 0 ®Õn tn = tgh th× søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p , nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n t¨ng dÇn. - Tíi thêi ®iÓm ts trªn bÒ mÆt c¸c b¶n cùc ©m xuÊt hiÖn c¸c bät khÝ (cßn gäi lµ hiÖn t­îng" s«i " ) lóc nµy hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a c¸c b¶n cùc cña ¾c qui ®¬n t¨ng ®Õn 2,4 V. NÕu vÉn tiÕp tôc n¹p gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi 2,7 V vµ gi÷ nguyªn. Thêi gian nµy gäi lµ thêi gian n¹p no, nã cã t¸c dông cho phÇn c¸c chÊt t¸c dông ë s©u trong lßng c¸c b¶n cùc ®­îc biÕn ®æi tuÇn hoµn, nhê ®ã sÏ lµm t¨ng thªm dung l­îng phãng ®iÖn cña ¾c qui. - Trong sö dông thêi gian n¹p no cho ¾c qui kÐo dµi tõ 2 ¸ 3 h trong suèt thêi gian ®ã hiÖu ®iÖn thÕ trªn c¸c b¶n cùc cña ¾c qui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n kh«ng thay ®æi. Nh­ vËy dung l­îng thu ®­îc khi ¾c qui phãng ®iÖn lu«n nhá h¬n dung l­îng cÇn thiÕt ®Ó n¹p no ¾c qui. - Sau khi ng¾t m¹ch n¹p, ®iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m xuèng vµ æn ®Þnh. Thêi gian nµy còng gäi lµ kho¶ng nghØ cña ¾c qui sau khi n¹p. - TrÞ sè dßng ®iÖn n¹p ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÊt l­îng vµ tuæi thä cña ¾c qui. Dßng ®iÖn n¹p ®Þnh møc ®èi víi ¾c qui lµ In = 0,1Q10 . B. C¸c ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui tù ®éng: Cã ba ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui lµ: +Ph­¬ng ph¸p dßng ®iÖn. +Ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p. +Ph­¬ng ph¸p dßng ¸p. 1. Ph­¬ng ph¸p n¹p ¾cqui víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi: §©y lµ ph­¬ng ph¸p n¹p cho phÐp chän ®­îc dßng n¹p thÝch hîp víi mçi lo¹i ¾c qui, b¶o ®¶m cho ¾c qui ®­îc no. §©y lµ ph­¬ng ph¸p sö dông trong c¸c x­ëng b¶o d­ìng söa ch÷a ®Ó n¹p ®iÖn cho ¾c qui hoÆc n¹p söa ch÷a cho c¸c ¾cqui bÞ Sunfat ho¸. Víi ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui ®­îc m¾c nèi tiÕp nhau vµ ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn : Un ³ 2,7.Naq Trong ®ã: Un - ®iÖn ¸p n¹p Naq - sè ¾c quy ®¬n m¾c trong m¹ch Trong qu¸ tr×nh n¹p søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui t¨ng dÇn lªn, ®Ó duy tr× dßng ®iÖn n¹p kh«ng ®æi ta ph¶i bè trÝ trong m¹ch n¹p biÕn trë R. TrÞ sè giíi h¹n cña biÕn trë ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ thêi gian n¹p kÐo dµi vµ yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­a vµo n¹p cã cïng dung l­îng ®Þnh møc. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm thêi gian n¹p kÐo dµi, ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn n¹p thay ®æi hai hay nhiÒu nÊc. Trong tr­êng hîp hai nÊc, dßng ®iÖn n¹p ë nÊc thø nhÊt chän b»ng ( 0,3 ¸ 0,6 ).Q10 tøc lµ n¹p c­ìng bøc vµ kÕt thóc ë nÊc mét khi ¾c qui b¾t ®Çu s«i. Dßng ®iÖn n¹p ë nÊc thø hai lµ 0,1.Q10 . 2. Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi: Ph­¬ng ph¸p nµy yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­îc m¾c song song víi nguån n¹p. HiÖu ®iÖn thÕ cña nguån n¹p kh«ng ®æi vµ ®­îc tÝnh b»ng (2,3 ¸ 2,5) V cho mçi ng¨n ®¬n. Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi cã thêi gian n¹p ng¾n, dßng n¹p tù ®éng gi¶m theo thêi gian. Tuy nhiªn dïng ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui kh«ng ®­îc n¹p no. V× vËy n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi chØ lµ ph­¬ng ph¸p n¹p bæ sung cho ¾c qui trong qu¸ tr×nh sö dông. 3. Ph­¬ng ph¸p n¹p dßng ¸p: §©y lµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp cña hai ph­¬ng ph¸p trªn. Nã tËn dông ®­îc nh÷ng ­u ®iÓm cña mçi ph­¬ng ph¸p. §èi víi yªu cÇu cña ®Ò bµi lµ n¹p ¾c quy tù ®éng tøc lµ trong qu¸ tr×nh n¹p mäi qu¸ tr×nh biÕn ®æi vµ chuyÓn ho¸ ®­îc tù ®éng diÔn ra theo mét tr×nh tù ®· ®Æt s½n th× ta chän ph­¬ng ¸n n¹p ¾c qui lµ ph­¬ng ph¸p dßng ¸p. §èi víi ¾c qui axit: §Ó b¶o ®¶m thêi gian n¹p còng nh­ hiÖu suÊt n¹p th× trong kho¶n thêi gian tn= 8h t­¬ng øng víi 75¸80 % dung l­îng ¾c qui ta n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ In = 0,1.Q10. V× theo ®Æc tÝnh n¹p cña ¾c qui trong ®o¹n n¹p chÝnh th× khi dßng ®iÖn kh«ng ®æi th× ®iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng t¶i Ýt thay ®æi, do ®ã b¶o ®¶m tÝnh ®ång ®Òu vÒ t¶i cho thiÕt bÞ n¹p. Sau thêi gian 8 h ¾c qui b¾t ®Çu s«i lóc ®ã ta chuyÓn sang n¹p ë chÕ ®é æn ¸p. Khi thêi gian n¹p ®­îc 10 h th× ¾c qui b¾t ®Çu no, ta n¹p bæ sung thªm 2 ¸ 3 h. C¸c qu¸ tr×nh n¹p ¾c qui tù ®éng kÕt thóc khi bÞ c¾t nguån n¹p hoÆc khi n¹p æn ¸p víi ®iÖn ¸p b»ng ®iÖn ¸p trªn 2 cùc cña ¾c qui, lóc ®ã dßng n¹p sÏ tõ tõ gi¶m vÒ kh«ng. V× ¾c qui lµ t¶i cã tÝnh chÊt dung kh¸ng kÌm theo søc ph¶n ®iÖn ®éng cho nªn khi ¾c qui ®ãi mµ ta n¹p theo ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p th× dßng ®iÖn trong ¾c qui sÏ tù ®éng d©ng nªn kh«ng kiÓm so¸t ®­îc sÏ lµm s«i ¾c qui dÉn ®Õn háng hãc nhanh chãng. V× vËy trong vïng n¹p chÝnh ta ph¶i t×m c¸ch æn ®Þnh dßng n¹p cho ¾c qui. Khi dung l­îng cña ¾c qui d©ng lªn ®Õn 80% lóc ®ã nÕu ta cø tiÕp tôc gi÷ æn ®Þnh dßng n¹p th× ¾c qui sÏ s«i vµ lµm c¹n n­íc. Do ®ã ®Õn giai ®o¹n nµy ta l¹i ph¶i chuyÓn chÕ ®é n¹p ¾c qui sang chÕ ®é æn ¸p. ChÕ ®é æn ¸p ®­îc gi÷ cho ®Õn khi ¾c qui ®· thùc sù no. Khi ®iÖn ¸p trªn c¸c b¶n cùc cña ¾c quy b»ng víi ®iÖn ¸p n¹p th× lóc ®ã dßng n¹p sÏ tù ®éng gi¶m vÒ kh«ng, kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p. Tuú theo lo¹i ¾c qui mµ ta n¹p víi c¸c dßng ®iÖn n¹p kh¸c nhau ,víi ¾c qui axit : dßng n¹p In = 0,1Q10 ; n¹p c­ìng bøc víi dßng ®iÖn n¹p In = 0,2.Q10 . State of Charge 12 Volt battery Volts per Cell 100% 12.7 2.12 90% 12.5 2.08 80% 12.42 2.07 70% 12.32 2.05 60% 12.20 2.03 50% 12.06 2.01 40% 11.9 1.98 30% 11.75 1.96 20% 11.58 1.93 10% 11.31 1.89 0 10.5 1.75 Battery Charging: Battery Charging takes place in three basic stages: Bulk, Absorption and Float Bulk Charge – Giai ®o¹n dÇu tiªn trong qu¸ tr×nh n¹p acquy. Dßng ®iÖn ®­îc cÊp víi mét gi¸ trÞ an toµn lín nhÊt cho tíi khi ®iÖn ¸p cña acquy ®¹t 80-90% ®iÖn ¸p khi n¹p ®Çy. §iÖn ¸p n¹p trong giai ®o¹n nµy cã thÓ tõ 10.5 dÕn 15 volts, kh«ng cã mét ®iÖn ¸p n¹p x¸c ®iÞnh trong giai ®o¹n n¹p c­ìng bøc nh­ng cã giíi h¹n do dßng diÖn cùc ®¹i mµ acquy co thÓ chÞu ®­îc. Absorption Charge: Giai ®o¹n thø hai cña qu¸ tr×nh n¹p ba giai ®o¹n. §iÖn ¸p n¹p ®­îc gi÷ kh«ng ®æi vµ dßng ®iÖn ®­îc giÈm tõ tõ khi néi trë acquy t¨ng trong qu¸ tr×nh n¹p. Trong suèt giai ®o¹n nµy ®iÖn ¸p ra cña bé nguån n¹p lµ cùc ®¹i kho¶ng tï 14.2 dÕn 15.5 volts.  Float Charge: Giai ®o¹n thø ba. Sau khi acquy ®ùoc n¹p no ®iÖn ¸p n¹p ®­îc gi¶m xuèng kho¶ng tõ 12.8 ®Õn 13.2 volts ®Ó gi¶m sù sinh khÝ vµ t¨ng tuæi thä acquy. ë giai ®o¹n nµy nªn n¹p víi diÖn ¸p ph©n ®o¹n “Trickle charge”. §iÖn ¸p nµy cã thÓ t¹o ra b»ng kÜ thuËt PWM -§iÒu biÕn ®é réng xung-NÕu acquy ®­îc sö dông lµm hÖ thèng dù phßng “backup power systems” tøc lµ Ýt khi phai x¶ th× ®iÖn ¸p n¹p næi nªn vµo kho¶ng tõ 13.02 to 13.20 volts. Chargers: ë ®a sè c¸c gara oto hay c¸c khach hµng c¸c bé nguån n¹p chñ yÕu lµ bé nguån n¹p 1 giai ®o¹n (Bulk charge), vµ cã rÊt Ýt(nÕu cã)sù ®iÒu chØnh diÖn ¸p. C¸c bé nguån nµy tãt cho c¸c nguån pin hay acquy ®· c¹n kiÖt (n¹p nhanh) nh­ng kh«ng tèt cho qu¸ tr×nh n¹p l©u dµi. Trong sè c¸c bé nguån cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc cã lo¹i ®iÒu chØnh d­îc ®iÖn ¸p, vÝ dô nh­ cña h·ng Iota Engineering and Todd gi÷ cho diÖn ¸p trªn acquy lµ kh«ng ®æi. NÕu c¸c bé nguån nµy phï hîp víi acquy th× chóng sÏ gi÷ cho acquy kh«ng bÞ hang do n¹p kh«ng ®óng c¸ch. What taper charge really means is that as the battery gets charged up, the voltage goes up, so the amps out of the charger goes down. They charge OK, but a charger rated at 20 amps may only be supplying 5 amps when the batteries are 80% charged. To get around this, Statpower (and maybe others?) have come out with "smart", or multi-stage chargers. These use a variable voltage to keep the charging amps much more constant for faster charging. Charge controllers A charge controller is a regulator that goes between the solar panels and the batteries. Regulators for solar systems are designed to keep the batteries charged at peak without overcharging. Meters for Amps (from the panels) and battery Volts are optional with most types.  Most of the modern controllers have automatic or manual equalization built in, and many have a LOAD output. There is no "best" controller for all applications - some systems may need the bells and whistles of the more expensive controls, others may not. Battery Charging Voltages and Currents: HÇu hÕt c¸c ¸cquy n­íc nªn ®­îc n¹p kh«ng qu¸ C/8 nÕu n¹p l©u dµi. "C/8" is the battery capacity at the 20-hour rate divided by 8. vÝ dô mét acquy 220Ah lµ kho¶ng 26A. Acquy kh« kh«ng ®­îc n¹p qu¸ C/20 hay 5% dung l­îng. Víi acquy axit diÖn ¸p ®Çu ra cña bé n¹p la 15 V tøc mçi ng¨n sÏ ®uîc n¹p vãi ®iÖn ¸p lµ 2.5V, Sau ®ã ph¶i chuyÓn sang chÕ ®é “trickle charge”. Chó ý r»ng ë giai ®o¹n nµy accquy axit ph¶i cã bät khÝ (hiÖn t­îng s«i) th× míi ch¾c ch¾n r»ng acquy ®· no. §iÖn ¸p n¹p næi cho acquy axit nªn vµo kho¶ng 2.15 ®Õn 2.3V/ng¨n, hay kho¶ng 12.9 ®Õn 13.8 volts cho acquy 12V. nÕu nhiÖt ®é cao (trªn 850F) th× nªn gi¶m xuèng cßn kho¶ng 2.10 Volts/Ng¨n. Bulk charge 13.2V-15V (2.5V/cell) (37A) Absorption Charge 14.2V-15V (I Gi¶m nhanh) Fload charge 12.9-13.8V (2.15-2.3V/cell) PhÇn II Ph©n tÝch tÝnh to¸n vµ lùa chän s¬ ®å ChØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng s¬ ®å cÇu 3 pha S¬ ®å nguyªn lý S¬ ®å gåm 6 Tiristor ®­îc chia lµm hai nhãm: Nhãm Katot chung : T1, T3, T5 Nhãm Anot chung : T2, T4, T6 Gãc më a ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy khi (10% ®Ó dù phßng khi ®iÖn ¸p l­íi gi¶m l­íi ) Khi ®ã ta cã Thay gi¸ trÞ ta cã V §iªn ¸p c¸c pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p lµ: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p. Tõ sè liÖu ban ®Çu thay cã Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu C«ng suÊt biÕn ¸p NhËn xÐt : Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn th× ®iÖn ¸p ra Ud Ýt ®Ëp m¹ch ( trong mét chu k× ®Ëp m¹ch 6 lÇn ) do ®ã vÊn ®Ò läc rÊt ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p ng­îc lªn mçi van nhá, c«ng suÊt biÕn ¸p nhá nh­ng m¹ch phøc t¹p nhiÒu kªnh ®iÒu khiÓn. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn II. ChØnh l­u cÇu 3 pha b¸n ®iÒu khiÓn S¬ ®å nguyªn lý Trong s¬ ®å nµy sö dông 3 Tiristor ë nhãm Katot chung vµ 3 Diot ë nhãm Anot chung. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Trong ®ã : Ud1 lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p do nhãm Katot chung t¹o nªn Ud2 lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p do nhãm Anot chung t¹o nªn VËy Ta nhËn thÊy khi khi ®ã ta cã §iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¶y trong Tiristor vµ Diot Gi¸ trÞ dßng ®iÖn ng­îc lín nhÊt C«ng suÊt biÕn ¸p NhËn xÐt :Tuy ®iÖn ¸p chØnh l­u chøa nhiÒu sãng hµi nh­ng chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng cã qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n , kÝch th­íc gän nhÑ h¬n. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn III. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng 1. S¬ ®å nguyªn lý Trong s¬ ®å nµy, gãc dÉn dßng ch¶y cña Tiristor vµ cña ®ièt kh«ng b»ng nhau. Gãc dÉn cña ®ièt lµ : Gãc dÉn cña Tiristor lµ : Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i Do ®ã Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng t¶i Dßng qua Tiristor Dßng qua §ièt Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ch¹y qua s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p NhËn xÐt : S¬ ®å chØnh l­u ®iÒu khiÓn 1 pha kh«ng ®èi xøng cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, gän nhÑ , dÔ ®iÒu khiÓn , tiÕt kiÖm van . ThÝch hîp cho c¸c m¸y cã c«ng suÊt nhá vµ võa. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn II.5 ChØnh l­u tia ba pha. II.5.1 Nguyªn lý Ud Id UT1 t1 t2 t3 t4 I1 I2 I3 Ud t Id t1 t2 t t t t t t t t t b. 0 c. H×nh 1.8. ChØnh l­u tia ba pha S¬ ®å ®éng lùc; b- Gi¶n ®å ®­êng c¸c cong khi gãc më a = 300 t¶i thuÇn trë; c- Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong khi a = 600 c¸c ®­êng cong gi¸n ®o¹n. Khi biÕn ¸p cã ba pha ®Êu sao ( U ) trªn mçi pha A,B,C ta nèi mét van nh­ h×nh 1.8a, ba catod ®Êu chung cho ta ®iÖn ¸p d­¬ng cña t¶i, cßn trung tÝnh biÕn ¸p sÏ lµ ®iÖn ¸p ©m. Ba pha ®iÖn ¸p A,B,C dÞch pha nhau mét gãc lµ 1200 theo c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p pha, chóng ta cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n ®iÖn ¸p cña hai pha kia trong kho¶ng thêi gian 1/3 chu kú ( 1200 ). Tõ ®ã thÊy r»ng, t¹i mçi thêi ®iÓm chØ cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n hai pha kia. Nguyªn t¾c më th«ng vµ ®iÒu khiÓn c¸c van ë ®©y lµ khi anod cña van nµo d­¬ng h¬n van ®ã míi ®­îc kÝch më. Thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p cña hai pha giao nhau ®­îc coi lµ gãc th«ng tù nhiªn cña c¸c van b¸n dÉn. C¸c Tiristior chØ ®­îc më th«ng víi gãc më nhá nhÊt t¹i thêi ®iÓm gãc th«ng tù nhiªn (nh­ vËy trong chØnh l­u ba pha, gãc më nhá nhÊt a = 00 sÏ dÞch pha so víi ®iÖn ¸p pha mét gãc lµ 300). Theo h×nh 1.8b,c t¹i mçi thêi ®iÓm nµo ®ã chØ cã mét van dÉn, nh­ vËy mçi van dÉn th«ng trong 1/3 chu kú nÕu ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc ( ®­êng cong I1,I1,I3 trªn h×nh 1.8b), cßn nÕu ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n th× thêi gian dÉn th«ng cña c¸c van nhá h¬n. Tuy nhiªn trong c¶ hai tr­êng hîp dßng ®iÖn trung b×nh cña c¸c van ®Òu b»ng 1/3.Id. Trong kho¶ng thêi gian van dÉn dßng ®iÖn cña van b»ng dßng ®iÖn t¶i, trong kho¶ng van kho¸ dßng ®iÖn van b»ng 0. §iÖn ¸p cña van ph¶i chÞu b»ng ®iÖn d©y gi÷a pha cã van kho¸ víi pha cã van ®ang dÉn. VÝ dô trong kho¶ng t2 ¸ t3 van T1 kho¸ cßn T2 dÉn do ®ã van T1 ph¶i chÞu mét ®iÖn ¸p d©y UAB, ®Õn kho¶ng t3 ¸ t4 c¸c van T1, T2 kho¸, cßn T3 dÉn lóc nµy T1 chÞu ®iÖn ¸p d©y UAC. Khi t¶i thuÇn trë dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc hay gi¸n ®o¹n phô thuéc gãc më cña c¸c Tiristor. NÕu gãc më Tiristor nhá h¬n a £ 300, c¸c ®­êng cong Ud, Id liªn tôc, khi gãc më lín h¬n a > 300 ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i gi¸n ®o¹n (®­êng cong Ud, Id trªn h×nh 1.8c). t t a. b. A B C A A B C A H×nh 1.9. §­êng cong ®iÖn ¸p t¶i khi gãc më a = 600  víi a.- t¶i thuÇn trë, b.- t¶i ®iÖn c¶m. Khi t¶i ®iÖn c¶m (nhÊt lµ ®iÖn c¶m lín) dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i lµ c¸c ®­êng cong liªn tôc, nhê n¨ng l­îng dù tr÷ trong cuén d©y ®ñ lín ®Ó duy tr× dßng ®iÖn khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu, nh­ ®­êng cong nÐt ®Ëm trªn h×nh 1.9b (t­¬ng tù nh­ vËy lµ ®­êng cong Ud trªn h×nh 1.8b). Trªn h×nh 1.9 m« t¶ mét vÝ dô so s¸nh c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p t¶i khi gãc më a = 600 t¶i thuÇn trë h×nh 1.9a vµ t¶i ®iÖn c¶m h×nh 1.9b TrÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh cña t¶i sÏ ®­îc tÝnh nh­ c«ng thøc (1 - 4) nÕu ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc, khi ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n (®iÓn h×nh khi t¶i thuÇn trë vµ gãc më lín) ®iÖn ¸p t¶i ®­îc tÝnh: Trong ®ã; Udo = 1,17.U2f. ®iÖn ¸p chØnh l­u tia ba pha khi van la diod. U2f - ®iÖn ¸p pha thø cÊp biÕn ¸p. II.5.2 ¦u nh­îc ®iÓm: So víi chØnh l­u mét pha, th× chØnh l­u tia ba pha cã chÊt l­îng ®iÖn mét chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n, viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn trong tr­êng hîp nµy còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Víi viÖc dßng ®iÖn mçi cuén d©y thø cÊp lµ dßng mét chiÒu, nhê cã biÕn ¸p ba pha ba trô mµ tõ th«ng lâi thÐp biÕn ¸p lµ tõ th«ng xoay chiÒu kh«ng ®èi xøng lµm cho c«ng suÊt biÕn ¸p ph¶i lín (xem hÖ sè c«ng suÊt b¶ng 2), nÕu ë ®©y biÕn ¸p ®­îc chÕ t¹o tõ ba biÕn ¸p mét pha th× c«ng suÊt c¸c biÕn ¸p cßn lín h¬n nhiÒu. Khi chÕ t¹o biÕn ¸p ®éng lùc c¸c cuén d©y thø cÊp ph¶i ®­îc ®Êu U víi d©y trung tÝnh ph¶i lín h¬n d©y pha v× theo s¬ ®å h×nh 1.8a th× d©y trung tÝnh chÞu dßng ®iÖn t¶i. Nh­ng ta còng thÊy r»ng t¹i mèi thêi ®iÓm dßng ®iÖn qua t¶i vµ chØ qua mét van b¸n dÉn nªn tæn hao trªn van sÏ Ýt. KÕt luËn : Qua ph©n tÝch ta thÊy dßng ®iÖn t¶i lín h¬n nhiÒu so víi ®iÖn ¸p, ®iÒu nµy lµm t¨ng tæn hao trªn d©y dÉn vµ dÆc biÖt lµ trªn hÖ thèng c¸c van. V× lý do nµy ma ta ph¶I gi¶m thiÓu sè van trªn mçi nh¸nh cña m¹ch chØnh l­u. Nh­ vËy s¬ ®å chØnh l­u tia ba pha sÏ lµ ph­¬ng ¸n lùu chän tèi ­u nhÊt trong tr­êng hîp nµy. S¬ ®å chØnh l­u tia cã ­u ®iÓm lµ ®iÖn ¸p ra cã chÊt l­îng kh¸ tèt, ®iÒu khiÓn dÔ dµng, tæn hao trªn van nhá. Tuy nhiªn s¬ ®å nµy cã nh­îc ®iÓm lµ nÕu t¶i c«ng suÊt lín sÏ lµm lÖch ®iÖn ¸p nguån l­íi, song do trong tr­êng hîp nµy t¶i cã c«ng suÊt kh«ng lín l¾m nªn nh­îc ®iÓm nµy cã thÓ kh«ng cÇn xem träng. TÝnh chän van m¹ch lùc. TÝnh chän van dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n lµ dßng t¶i, ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt, ®iÖn ¸p lµm viÖc, c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®­îc tÝnh nh­ sau: + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶i chÞu: Víi m¹ch chØnh l­u tia 3 pha §Ó van lµm viÖc an toµn ta ph¶i chän van cã hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p TrÞ sè dßng ®iÖn lµm viÖc: Do trÞ sè dßng ®iÖn kh«ng qua lín ta chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt kh«ng cã qu¹t dèi l­u kh«ng khÝ. Víi ®iÒu kiÞen nµy th× dßng diÖn ®Þnh møc cña van lµ: Víi lµ hÖ sè hÖ sè dßng ®iÖ lµm viÖc an toµn, ë ®©y chän =4 tøc lµ: VËy ta ph¶I chän van cã c¸c th«ng sè tho¶ m·n yªu cÇu sau: Loại SH100F21A với các thông số định mức Điện áp ngược cực đại của van: Un = 300V Dòng điện định mức của van : Iđm = 100 A Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 2000A Dòng điện max của xung điều khiển : Iđk = 150mA Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 2,5V Dòng điện rò : Ir = 30mA Sụt áp lớn nhất của Tiristor ở trạng thái dẫn : 1.9V Tốc độ biến thiên điện áp : Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax = 125 0C M¹ch b¶o vÖ Tiristor : T R C §Ó b¶o vÖ van ta dïng m¹ch RC ®Êu song song víi van nh»m b¶o vÖ qu¸ ¸p do tÝch tô ®iÖn khi chuyÓn m¹ch g©y nªn. C¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn nãi chung còng nh­ Tiristor rÊt nh¹y c¶m víi ®iÖn ¸p vµ tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p ( ) ®Æt lªn nã . C¸c nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ¸p th× chia thµnh hai lo¹i : - Nguyªn nh©n bªn ngoµi : Do c¾t ®ét ngét m¹ch ®iÖn c¶m,do biÕn ®æi ®ét ngét cùc tÝnh cña nguån, khi cÇu ch¶y b¶o vÖ ®øt hoÆc khi cã sÊm sÐt. - Nguyªn nh©n bªn trong ( néi t¹i ) : Khi van chuyÓn tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i kho¸, do sù ph©n bè kh«ng ®Òu ®iÖn ¸p trong c¸c van m¾c nèi tiÕp. ë ®©y ta quan t©m ®Õn viÖc b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do c¸c nguyªn nh©n bªn trong g©y ra. i t Nguyªn nh©n qu¸ ®iÖn ¸p trªn van lµ do sù suÊt hiÖn dßng ®iÖn ng­îc ch¶y qua mçi van khi nã chuyªnr tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i kho¸. Dßng ®iÖn ng­îc nµy suy gi¶m rÊt nhanh do vËy sÏ suÊt hiÖn sù qu¸ ®iÖn ¸p §Ó kh¾c phôc hiÖn t­îng qu¸ ®iÖn ¸p nµy ta dïng m¹ch R-L-C nh­ng do m¹ch ®· cã tÝnh chÊt ®iÖn c¶m nªn ta chØ cÇn dïng m¹ch R-C ®Êu song song nh­ h×nh vÏ. Khi van khãa dßng ®iÖn ng­îc sÏ chuyÓn tõ van sang m¹ch b¶o vÖ. III. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p §iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p: Ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p: Trong ®ã : Gãc dù tr÷ khi cã sù suy gi¶m ®iÖn ¸p l­íi Ud: §iÖn ¸p chØnh l­u : Sôt ¸p trªn c¸c van : sôt ¸p bªn trong m¸y biÕn ¸p khi cã t¶I, bao gåm sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ sôt ¸p trªn ®iÖn c¶m . Nh÷ng ®¹i l­îng nµy s¬ bé vµo kho¶ng Chän s¬ bé : Sôt ¸p trªn d©y nèi Nh­ vËy §iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p: X¸c ®Þnh c«ng suÊt tèi ®a cña t¶i: c«ng suÊt biÕn ¸p nguån cÊp vµ trÞ sè dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp, thø cÊp m¸y biÕn ¸p: Trong ®ã: Sba : công suất biểu kiến của biến áp (VA) ks : hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực ks = 1,345 chỉnh lưu tia ba pha Pdmax : công suất cực đại của tải (W) : HiÖu suÊt m¸y biÕn ¸p, chän s¬ bé lµ 85% - Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp: - Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ TÝnh s¬ bé tiÕt diÖn trô: Trong ®ã: : HÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t, lÊy : Sè trô cña m¸y biÕn ¸p : TÇn sè ®iÖn ¸p l­íi, ë ®©y f=50Hz Thay sè ta ®­îc: 4.2. §­êng kÝnh trô: ChuÈn ho¸ ®­êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 5 cm 4.3. Chän lo¹i thÐp: Chän lo¹i c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy lµ 0.5 mm. Chän mËt ®é tõ c¶m lµ BT = 1 (T) 4.4. Chän hÖ sè h×nh d¸ng: Ta cã d = 4.6 cm h = 10,58 cm Nh­ vËy ta chän chiÒu cao trô lµ 11 cm TÝnh to¸n d©y quÊn biÕn ¸p: 5.1. Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: 5.2. Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p: 5.3. Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn ë c¸c cuén d©y m¸y biÕn ¸p: Víi d©y dÉn b»ng ®ång, m¸y biÕn ¸p kh« chän J1=J2=1 A/mm2 5.4. TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: ChuÈn ho¸ S1 = 0,6362 mm2 ®­êng kÝnh d=0,9 mm, kÓ c¶ c¸ch ®iÖn lµ d1= 0,97 mm 5.5. TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn cuén s¬ cÊp: 5.6. TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: ChuÈn ho¸ S2 = 8,11 mm2 , kÝch th­íc d©y dÉn cã kÓ c¶ c¸ch ®iÖn lµ a2.b2 = mm 5.7. TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn cuén thø cÊp: 6. Tính kích thước mạch từ Chọn hình dáng của của trụ là chữ nhật với các kích thước QFe = a.b trong đó a- bề rộng, b- bề dày Chọn lá thép có độ dày 0,5 mm - Diện tích cửa sổ cần tính Qcs = Qcs1 + Qcs2 với Qcs1 = k . W1.SCu1 = 3.587.0,6362 = 1120.4 (mm2 ) Qcs2 = k. W2.SCu2 = 3.46.8,11 = 1119,2 (mm2 ) Qcs = 1120,4+1119,2 = 2239,6 (mm2 ) Trong đó: Qcs1, Qcs2 - diện tích do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ (mm2 ) Qcs - diện tích cửa sổ (mm2 ) W1 , W2 - số vòng dây sơ cấp, thứ cấp SCu1 , SCu2 - tiết diện dây quấn sơ, thứ cấp (mm2 ) k- số pha máy biến áp k = 3 - Chọn kích thước cửa sổ Khi đã có diện tích cửa sổ Qcs , cần chọn các kích thước cơ bản ( chiều cao h và chiều rộng c với Qcs = ch ) của cửa sổ mạch từ. Các kích thước có thể chọn dựa vào hệ số phụ sau m = h/a, n = c/a, l = b/ a. Thường thì chọn m = 2 ÷4 , n = 0,5 ÷ 2,5, l = 0,5 ÷ 1,5. Chiều rộng toàn bộ mạch từ là C = 2c+xa = 2c+3a ( x- số trụ biến áp, x = 3 máy biến áp ba pha) Chiều cao mạch từ H = h+za = h+2a ( za- kích thước gông từ, z= 2 máy biến áp ba pha ) Ta có QFe = ab = 16,88 (cm2 )= a2 chọn m = 2,5 nên h = 2,5a = 10,3 cm Từ Qcs = 2239,6 mm2 = ch =2,2cm Như vậy C = 2.2,2 + 3. 4,1 = 16,7 cm = 167 mm H = 10,3 + 2.4,1 = 18,5 cm = 185 mm KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp: Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ, mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây. Mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng bìa cách điện. - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp Trong đó: d1: Đường kính dây quấn sơ cấp kể cả cách điện kc = 0,95 - hệ số ép chặt h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp chọn hg = 1,5 cm - Tính sơ bộ sơ lớp dây ở cuộn sơ cấp lớp Chọn số lớp dây là n1l = 9 lớp. Như vậy có 587 vòng chia thành 9 lớp, chọn 8 lớp 65 vòng lớp ngoài cùng 67 vòng. - Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp chọn cd01 = 1cm - Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp cd11 = 0,1 mm - Bề dày cuộn sơ cấp Bd1 = (d1 + cd11 ) n1l = (0.97 +0,1 ).8 = 8,56 mm - Chiều dài dây quấn sơ cấp L1= W1 .Dtb. Dtb - đường kính trung bình của cuộn dây sơ cấp Dtb1 = (Dt1 +Dn1 )/2 = 6,528 cm Dt1 = a + 2.cd01 = 4,1 + 2. 1= 6,1 cm Dn1 = Dt1 + 2.Bd1 = 6,1 + 2.0,856 = 6,956 cm vậy L1 = 587.3,14. 6,528 = 120,3 m KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp -TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cu«n d©y thø cÊp: vßng Víi b2 lµ chiÒu réng cña d©y cuèn thø cÊp - TÝnh s¬ bé sè líp d©y ë cuén thø cÊp: líp VËy chän sè líp d©y lµ 3 líp. Hai líp ®Çu mçi líp 15 vßng, líp ngoµi cïng lµ 16 vßng - Chọn bề dày cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp là cd12 = 1 cm - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây cuộn thứ cấp cd22 = 0,1 mm - Bề dày cuộn thứ cấp Bd2 = ( a2 + cd22 )n2l = (2,24 + 0,1 ).3 = 7,02 mm - Chiều dài dây quấn thứ cấp L2 = W2 .Dtb2 .= 46. 8,23. 3,14 = 1188.74 cm = 11.89 m Dtb2 = (Dt2 + Dn2 )/2 = 8,23 cm Dt2 = Dn1 + 2.cd12 = 6,956 + 2. 1 = 8.956 cm Dn2 = Dt1 + 2.Bd2 = 6,1 + 2.0,702 = 7,504 cm - Tổng bề dày cuộn dây Bd = Bd1 + Bd2 + cd01 + cd12 = 8.56 + 7,02 + 1 + 1 = 17.58 mm TÝnh l¹i kÝch th­íc m¹ch tõ V× trô h×nh vu«ng nªn tiÕt diÖn trô b»ng tiÕt diÖn g«ng vµ tiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô cµ g«ng lµ TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô: Sè lµ thÐp dïng trong mét g«ng lµ: l¸ - ChiÒu réng cña sæ: c = 2.Bd + cd22 = 2.17,58 + 0,1 = 35,26 mm = 3,526 cm - ChiÒu réng m¹ch tõ: C = 2.c + 3.a = 2.3,526 + 3.4,1 = 19,35 cm - ChiÒu cao m¹ch tõ: H = 10,3 + 2.4,1 = 18,5 cm TÝnh c¸c th«ng sè m¸y biÕn ¸p: §iÖn trë cuén s¬ cÊp ë 75o C §iÖn trë cuén thø cÊp ë 75o C §iÖn trë m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p §iÖn khang m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p: Sôt ¸p trªn diÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p Tæng trë ng¾n m¹ch quy ®æi vÒ thø cÊp §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc: X¸c ®Þnh gãc më cùc tiÓu vµ cùc ®¹i: Gãc më nhá nhÊt t­¬ng øng khi ®iÖn ¸p l­íi gi¶m xuèng gi¸ trÞ lµ Umin. X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn sang hµi Trong s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha thµnh phÇn sang hµi bËc nhÊt (k=1) cã biªn dé lín nhÊt. Biªn ®é hµi bËc cµng cao cµng nhá dÇn, t¸c dông cña cuén kh¸ng läc víi c¸c thµnh phÇn bËc cao nµy cµng cao. V× vËy ta chØ cÇn tÝnh to¸n cuén kh¸ng läc ®èi víi thµnh phÇn sang hµi bËc mét mµ th«i. Ta tÝnh trÞ sè ®iÖn c¶m cuén kh¸ng läc khi TrÞ sè ®iÖn c¶m cña cuén kh¸ng läc ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Trong ®ã: LL: trÞ sè ®iÖn c¶m läc ®Ëp m¹ch cÇn thiÕt (H) Id ®m : dßng ®iÖn ®Þnh møc cña bé chØnh l­u ( A) I1* : trÞ sè hiÖu dông cña dßng ®iÖn sãng hµi c¬ b¶n lÊy tû sè theo dßng ®iÖn ®Þnh møc cña chØnh l­u. I1*< 10%Id Chän I1* = 0.09Id = 0,09.37.4=3,375 (A) K = 1: béi sè sãng hµi bËc mét M = 3: Sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu k× w = 314: TÇn sè gãc [1/s] Udnmax: Biªn ®é thµnh phÇn sãng hµi cña ®iÖn ¸p chØnh l­u tÝnh theo c«ng thøc: (1) Ud0 = 15 V- ®iÖn ¸p chØnh l­u cùc ®¹i : gãc më lín nhÊt (tøc lµ khi ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u lµ nhá nhÊt Umin = 12V) Thay vµo (1) ®­îc: VËy 0,044.10-3 (H) < LBA VËy ta kh«ng cÇn m¾c thªm cuén kh¸ng läc n÷a. TÝNH TO¸N THIÕT KÕ M¹CH §IÒU KHIÓN Ch­¬ng IV TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn IV.1 Nguyªn lý thiÕt kÕ mach ®iÒu khiÓn. §iÒu khiÓn Tiristor trong s¬ ®å chØnh l­u hiÖn nay th­êng gÆp lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Néi dung cña nguyªn t¾c nµy cã thÓ m« t¶ theo gi¶n ®å h×nh 3.1 nh­ sau. Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo anod cña Tiristor, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc gãc më a cña Tiristor trong vïng ®iÖn ¸p (+) anod, ta cÇn t¹o mét ®iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c, ta th­êng gäi lµ ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc. Nh­ vËy ®iÖn ¸p tùa cÇn cã trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod. Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm (t1,t4) ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (Urc = U®k), trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn X®k. Tiristor ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn (t1,t4) cho tíi cuèi b¸n kú (hoÆc tíi khi dßng ®iÖn b»ng 0) Udf Urc Udk Ud Xdk t1 t2 t3 t4 t5 t H×nh 3.1: Nguyªn lý ®iÒu khiÓn chØnh l­u. IV.2 S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn. §Ó thùc hiÖn ®­îc ý ®å ®· nªu trong phÇn nguyªn lý ®iÒu khiÓn ë trªn, m¹ch ®iÒu khiÓn bao gåm ba kh©u c¬ b¶n sau: T §ång pha So s¸nh KhuÕch ®¹i S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn Víi s¬ ®å khèi nµy nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ sau: Kh©u ®ång pha cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc (th­êng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristor. Kh©u so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau (U®k = Urc). T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau, th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuyÕch ®¹i. Kh©u t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tirisor. Xung ®Ó më TirÝstor cã yªu cÇu: s­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng, ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu Tiristor më tøc thêi khi cã xung ®iÒu khiÓn (th­êng gÆp lo¹i xung nµy lµ xung kim hoÆc xung ch÷ nhËt); ®ñ ®é réng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña Tiristor; ®ñ c«ng suÊt; c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc (nÕu ®iÖn ¸p ®éng lùc qu¸ lín). Víi nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ vËy tiÕn hµnh thiÕt kÕ, tÝnh chän c¸c kh©u c¬ b¶n cña ba khèi trªn. IV.3 Giíi thiÖu vÒ linh kiÖn ®iÒu khiÓn. IV.3.1 T¹o xung r¨ng c­a S¬ ®å 1:Dïng diode vµ tô (Ta m« pháng d¹ng ®iÖn ¸p tùa trªn phµn mÒm Electronic WorkBench 6.2) 0 Ua R1 A -E R2 D2 D1 B Urc C Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi A+ th× D1 th«ng suy ra j B(thÕ ë ®iÓm B) j0; jB d­¬ng h¬n jC suy ra D2 th«ng do ®ã jC=jB=j0. Khi A- th× D1 vµ D2 kho¸ tô n¹p. Qua thêi gian q1 jBC ©m h¬n jB D2 thuËn tô b¾t ®Çu x¶ theo h­íng 0®A®B®C ®Õn khi Urc= 0 vµ gi÷ nguyªn ®Õn 2p §©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 ¸p tùa kh«ng phñ hÕt 1800. Do vËy, gãc më van lín nhÊt bÞ giíi h¹n. Hay nãi c¸ch kh¸c, nÕu theo s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p t¶i kh«ng ®iÒu khiÓn ®­îc tõ 0 tíi cùc ®¹i mµ tõ mét trÞ sè nµo ®ã ®Õn cùc ®¹i. S¬ ®å 2:Dïng Transistor vµ tô Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi thÕ ë ®iÓm A d­¬ng h¬n thÕ ë ®iÓm B (jA>jB) th× Transistor kho¸ vµ tô C n¹p víi h»ng sè thêi gian T=R2.C; khi (jB>jA) Transistor dÉn suy ra tô x¶ theo h­íngTransistor cho tíi Urc=0. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm vÒ d¶i ®iÒu chØnh ë s¬ ®å 1 ng­êi ta sö dông s¬ ®å tao ®iÖn ¸p tùa b»ng s¬ ®å 2 Theo s¬ ®å nµy, ®iÖn ¸p tùa cã phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh phñ hÕt nöa chu kú ®iÖn ¸p. Do vËy khi cÇn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 tíi cùc ®¹i lµ hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc. S¬ ®å 3:Dïng bé ghÐp quang B A Urc GHEP QUANG C R 2 R 1 D +E Uv Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi A- ©m h¬n B diode (D) më diode quang t¾t kho¸Transistor ( bé ghÐp quang kho¸) lµm tô n¹p ®Õn gi¸ trÞ Urc. Khi A+ d­¬ng h¬n B diode (D) kho¸ diode quang s¸ng më Transistor ( bé ghÐp quang dÉn lµm tô x¶ qua diode quang ®Õn khi Urc = 0. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å nµy ë chç kh«ng cÇn biÕn ¸p ®ång pha , do ®ã cã thÓ ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. S¬ ®å 4:Dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1 A2 R1 A R2 Urc R3 C1 C D1 B Tr U1 Udf Urc UB t t t Nguyªn lý t¹o xung r¨ng c­a: Khi jA d­¬ng qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n h¬n jB ©m lµm cho Transistor kho¸ ®ång thêi diode D1 dÉn khèi hai t¹o thµnh mét m¹ch tÝch ph©n khi ®ã tô C1 n¹p ®Õn ®iÖn ¸p Urc . Khi jA ©m th× jB d­¬ng D1 kho¸ Transistor dÉn tô x¶ qua Transistor ®Õn khi Urc = 0. IV.3.2 Chän kh©u ®ång pha C¸c s¬ ®å (1¸3) ®Òu 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 ý muèn. Ngµy nay c¸c vi m¹ch ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu, chÊt l­îng ngµy cµng cao, kÝch th­íc ngµy cµng gän, øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cã thÓ cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa tèt. Do ®ã ta quyÕt ®Þnh cho kh©u ®ång pha dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. IV.3.3 Chän kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristor chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng Tranzitor vµ khuÕch ®¹I thuËt to¸n. T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu ®Çu ra cña bé so s¸nh lËt tr¹ng th¸i. Ura p q2 q1 0 Urc Udk R1 Urc R2 Udk -E R3 Tr Ura So s¸nh dïng Transitor T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu vµo Tr 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 Tiristor. Víi møc ®é më b·o hoµ cña Tr phô thuéc vµo hiÖu U®k ± Urc = Ub, hiÖu nµy cã mét vïng ®iÖn ¸p nhá hµng mV, lµm cho Tr kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më Tiristor bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc. Urc Udk Ura 0 q1 q2 p So s¸nh dung khuÕch ®¹i thuËt to¸n K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å so s¸nh dïng K§TT rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm h¬n h¼n cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc. §ã lµ lý do ta chän K§TT so s¸nh. IV.3.4 Kh©u t¹o xung khuÕch ®¹i S¬ ®å dïng tranzitor c«ng suÊt R Uv Tr BAX +E D q1 q2 q3 iB iC iX Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristor nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt, nh­ trªn h×nh a. §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi Tiristor, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Tr, diode D b¶o vÖ Tr vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi Tr kho¸ ®ét ngét. MÆc dï víi ­u ®iÓm ®¬n gi¶n, nh­ng s¬ ®å nµy ®­îc dïng kh«ng réng r·i, bëi lÏ 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. R Uv Tr BAX +E D Tr1 S¬ ®å dïng darlington TÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ trªn h×nh bªn th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy 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. R Uv Tr BAX +E D Tr1 C D S¬ ®å cã tô nèi tÇng Trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng (10 ¸ 200) ms), mµ thêi gian më th«ng c¸c tranzitor c«ng suÊt dµi (tèi ®a tíi mét nöa chu kú - 0.01s), lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d­ cña Tr qu¸ lín vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p d­ lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tr vµ kÝch th­íc d©y s¬ cÊp BAX chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng . Theo s¬ ®å nµy, Tr chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. Tõ phÇn giíi thiÖu trªn ta chän ®­îc s¬ ®å ®iÒu khiÓn trang bªn: S¬ ®å mét kªnh ®iÒu khiÓn tristor T RE Tr2 Tr1 R4 Udk A1 A2 R1 A R2 Ur R3 C1 C D1 B U1 D2 A3 t2 R6 C3 R5 Uv BAX +E D3 UA Urc Udk UB UA3 t t t t Ud t1 t2 t3 t4 t5 t t Xdk Xdk 30° Ua Ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc gi¶i thÝch theo gi¶n ®å c¸c ®­êng cong trªn nh­ sau: §iÖn ¸p vµo t¹i ®iÓm A (UA) cã d¹ng h×nh sin, trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristor T, qua khuyÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) A1 cho ta chuçi xung ch÷ nhËt ®èi xøng UB. Khi (UA) d­¬ng qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n (UB) PhÇn ¸p d­¬ng cña ®iÖn ¸p ch÷ nhËt UB qua diod D1 tíi A2 tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc. Khi (UA) ©m ®iÖn ¸p ©m cña ®iÖn ¸p UB lµm më th«ng tranzitor Tr1, kÕt qña lµ A2 bÞ ng¾n m¹ch (víi Urc = 0) trong vïng UB ©m. Trªn ®Çu ra cña A2 chóng ta cã chuçi ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc gi¸n ®o¹n. §iÖn ¸p Urc ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i ®Çu vµo cña A3. Tæng ®¹i sè Urc + U®k quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña K§TT A3. Trong kho¶ng 0¸t1 víi U®k > Urc ®iÖn ¸p UD cã ®iÖn ¸p ©m. Trong kho¶ng t1¸t2 ®iÖn ¸p U®k vµ U rc ®æi ng­îc l¹i, lµm cho UD lËt lªn d­¬ng. §iÖn ¸p d­¬ng UD qua Transistor c«ng suÊt ®Õn m¸y biÕn ¸p xung tao ra xung ¸p ®ñ ®iÒu kiÖn ®Ó më Tristor. §iÖn ¸p Ud sÏ xuÊt hiÖn trªn t¶i tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Çu tiªn, t¹i c¸c thêi ®iÓm t2, t4 trong chuçi xung ®iÒu khiÓn, cña mçi chu kú ®iÖn ¸p nguån cÊp, cho tíi cuèi b¸n kú ®iÖn ¸p d­¬ng anod. KÕt qu¶ m« pháng b»ng phÇn mÒm Electronic Workbenchs 6.2 : §iÖn ¸p ®ång pha t¹i ®Çu vµo cña KTT A1: :§iÖn ¸p t¹i B: : §iÖn ¸p tùa t¹i C vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn: ::§iÖn ¸p ra sau khi so s¸nh §iÖn ¸p chØnh l­u cña 1 pha sau khi qua Tiristor: : III.4 TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn. C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu khiÓn cã: Loại SH100F21A với các thông số định mức Điện áp ngược cực đại của van: Un = 300V Dòng điện định mức của van : Iđm = 100 A Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 2000A Dòng điện max của xung điều khiển : Iđk = 150mA Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 2,5V Dòng điện rò : Ir = 30mA Sụt áp lớn nhất của Tiristor ở trạng thái dẫn : 1.9V Tốc độ biến thiên điện áp : Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax = 125 0C - §é réng xung ®iÒu khiÓn tx= 45 (ms) - Møc sôt biªn ®é xung Sx =0,30 - §é mÊt ®èi xøng cho phÐp Da. - §iÖn ¸p ngu«n nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn U = ±12(V). IV.4.1.TÝnh biÕn ¸p xung Chän vËt liÖu lµm lâi lµ s¾t Ferit HM cã th«ng sè sau: DB = 0,3(T); DH = 30(A/m) Chän tû sè m¸y biÕn ¸p xung: m=3 §iÖn ¸p thø cÊp MBAX: U2=U®k=2,5(V) Dßng ®iÖn thø cÊp MBAX: I2=I®k= 150(mA) §iÖn ¸p s¬ cÊp MBAX: U1=m.U®k=7,5(V) Dßng ®iÖn s¬ cÊp MBAX: I1=I®k/m=50(mA) Chän lâi s¾t d¹ng h×nh xuyÕn, thÓ tÝch lâi thÐp cÇn cã: Trong ®ã: m tb - ®é tõ thÈm trung b×nh. m o = 1,25 . 10-6 (H/m); Q - tiÕt diÖn lâi s¾t; l - chiÒu dµi trung b×nh ®­êng søc tõ; Tõ thÓ tÝch lâi s¾t, tra b¶ng chän ®­îc lâi MBAX cã c¸c kÝch th­íc. Tra s¸ch kü thuËt biÕn ®æi ®iÖn n¨ng 25mm 20mm 5mm ta cã th«ng sè cña MBAX d = 20 mm; D= 25 mm, a = 2,5 mm Q = 0,125 cm2, V = 0,888 cm3, Qcs= 3,14 cm2. - TÝnh th«ng sè d©y quÊn biÕn ¸p xung: Sè vßng d©y quÊn s¬ cÊp (vßng) Sè vßng d©y quÊn thø cÊp (vßng) TiÕt diÖn d©y quÊn ®­îc tÝnh §èi víi c¸c lo¹i biÕn ¸p xung ®Ó ®iÒu khiÓn Tiristor, v× ®é réng xung ®iÖn ¸p hÑp nªn chóng ta cã thÓ chän mËt ®é dßng ®iÖn J kh¸ lín b»ng 6 vµ 4. Chän d©y dÉn s¬ cÊp cã ®­êng kÝnh 0,11 mm Chän d©y quÊn thø cÊp cã ®­êng kÝnh 0,23 mm KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy: Nh­ vËy cöa sæ m¹ch tõ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt. IV.4.2.TÝnh tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng. Sau khi lùa chän xong c¸c linh kiÖn cña tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng chóng ta cã c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¹ch: §iÖn ¸p nguån nu«i xung: Ecc=+12(V); chän ®iÖn trë RE ®Ó ph©n ¸p cho BAX Ta chän Chän khuÕch ®¹i Tr2 lo¹i 2SC911 cã th«ng sè sau: Uce=40(V); Ube0=4(V); Icmax=500(mA); Pc=1,7(W); T0=1750; b=50. Dßng lµm viÖc colect¬: IC2 = 50(mA) Dßng lµm viÖc baz¬: IB2 = 50/50 =1(mA). Chän tÊt c¶ c¸c Diod trong m¹ch ®iÒu khiÓn lo¹i 1N4009 cã c¸c tham sè: Dßng ®iÖn ®Þnh møc : Idm = 10 (mA) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt: UN = 25 (V) §iÖn ¸p ®Ó më th«ng cho Diod : Um = 1(V) §iÖn trë vµo tÇn khuÕch ®¹i: Trong ®ã: Uv - ®iÖn ¸p vµo ®­îc lÊy tõ tÇng so s¸nh ®­a sang; IB2 - dßng ®iÖn baz¬ cña Tranzitor khuyÕch ®¹i Chän tô C3: C3.R6= tx=45.10-6(s) Þ C3=3,75(nF) Chän theo gi¸ trÞ quy chuÈn C3= 3,9 nF IV.4.3 TÝnh chän tÇng so s¸nh. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n TL084 Chän Chän theo gi¸ trÞ quy chuÈn R4 = R5 = 15 kW Trong ®ã nguån nu«i VCC = ±12 V Th× ®iÖn ¸p vµo A3 12 V Dßng ®iÖn vµo ®­îc h¹n chÕ Iv < 1mA IV.4.4 TÝnh c¸c th«ng sè cña kh©u ®ång pha. Trong s¬ ®å ®ång pha, viÖc t¹o ®iÖn ¸p tùa ®­îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch n¹p tô theo m¹ch R - C. §Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p tùa cã trong mét nöa chu kú ®iÖn ¸p l­íi lµ tuyÕn tÝnh th× h»ng sè thêi gian tô n¹p ®­îc tÝnh theo Trc = R2.C Trong ®ã: R2,C - c¸c th«ng sè ®iÖn trë vµ tô ®iÖn trong m¹ch n¹p tô Chän: Trc=0,01; chän tô: C1=0,1(mF) Þ R2=100(kW). Chän Transistor T1 lo¹i: A564 pnp cã c¸c th«ng sè: Ubc0=25V; UBE0=7V; Icmax=100mA; T0=1500c; b=250 Dßng cùc ®¹i cña Baz¬ : §Ó h¹n chÕ dßng vµo cùc Baz¬ .Chän R2: Chän R2 = 30 kW Chän ®iÖn ¸p ®ång pha : UA = 9 V §iÖn trë ®Ó h¹n chÕ dßng ®i vµo khuyÕch ®¹i thuËt to¸n A1, ta chän R1 sao cho dßng ®i vµo khuyÕch ®¹i thuËt to¸n Iv < 1 mA. Ta cã Chän R1 = 10 kW -X¸c ®Þnh biªn ®é ®iÖn ¸p tùa Urc1max theo c«ng thøc viÕt cho m¹ch tÝch ph©n §iÖn ¸p ub = 12 V , t = 0,01 s , t = 0,01 s Urc1max = 0,01.12/0,01 = 12 V IV.4.5 M¸y biÕn ¸p ®ång pha vµ nguån nu«i Dïng biÕn ¸p 3 pha , 3 trô , nèi Y-Y, ë thø cÊp ®Êu 2 cuén d©y: Mét cuén cho kh©u ®ång pha, Ta t¹o nguån nu«i ®iÖn ¸p Vcc = ± 12 V ®Ó cÊp cho c¸c thiÕt bÞ sau: 03 M¸y biÕn ¸p xung, 07 IC lo¹i TL084 ®Ó cã KTT, 03 R¬le trung gian. Dïng m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha víi 6 Diod, Ta t¹o ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i lµ U2ba = 9 V ®­a vµo m¹ch chØnh l­u cÇu vµ m¹ch ®ång pha. §iÖn ¸p sau bé chØnh l­u cÇu ; Udo = 2,34.U2ba = 2,34.9 = 21,06 V Nguån nu«i IC cÇn ®iÖn ¸p ®Æt vµo tõ 7-35 V do ®ã ta ®Æt vµo 21,06 V lµ tho¶ m·n. Khi ®ã ®iÖn ¸p ®Çu ra lµ ± 12 V. Ura = 12 V víi IC 7812 Ura = -12 V víi IC 7912 Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ira = 0 - 1 A Tô ®iÖn C4, C5, C6, C7 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. Chän C4 = C5 = C6 = C7 = 470 mF. · Dßng ®iÖn cÊp cho ®ång pha Idf = 1mA, vËy c«ng suÊt cÊp cho ®ång pha: Pdf = 3. Udf. Idf = 3.0,001 =0,003 (W) C«ng suÊt nguån nu«i BAX PBAX = 3.(7,5.0,05) = 1,125 (W) C«ng suÊt nguån nu«i 7IC TL084 lµm khuyÕch ®¹i thuËt to¸n víi mçi IC tiªu thô PIC = 0,68 W P7IC =7. PIC =7.0,68 = 4,76 (W) C«ng suÊt nguån ®ång pha cho 3 r¬ le trung gian víi mçi r¬le cã c«ng suÊt 0,72 W P3r = 3.0,72 = 2,16 (W) C«ng suÊt tæng cña m¸y biÕn ¸p kÓ c¶ tæn thÊt 10% trong m¸y biÕn ¸p lµ: Så = 1,1(PBAX + P7IC+ P3r +Pdp + Pdf) =1,1.(1,125 + 4,76 + 2,16 + 0,003 ) = 8,85(W) 1-TiÕt diÖn trô QFe cña lâi thÐp biÕn ¸p ®­îc tÝnh tõ c«ng suÊt: Trong ®ã : Sba - c«ng suÊt biÕn ¸p tÝnh b»ng [W]; kQ - hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t; kQ = 6 nÕu lµ biÕn ¸p kh«; m - sè trô cña m¸y biÕn ¸p( cã m=3) f - tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu f=50 Hz. Chän theo chuÈn trong b¶ng Q = 1,63 cm2 m¸y biÕn ¸p cã c¸c th«ng sè sau: a b c h H Qfe 12mm 16mm 12mm 30mm 42mm 1,63cm2 L¸ thÐp dµy 0,2 mm ,sè l­îng l¸ 68 . Gi¸ trÞ dßng ®iÖn ch¹y trong mçi pha thø cÊp MBA I2 Gi¸ trÞ dßng ®iÖn ch¹y trong mçi pha s¬ cÊp MBA I1 Sè vßng d©y cña cuén s¬ cÊp ®­îc tÝnh (vßng) · Sè vßng d©y cña cuén thø cÊp ®­îc tÝnh (vßng) TÝnh tiÕt diÖn d©y dÉn cuén s¬ cÊp: Chän d©y cã ®­êng kÝnh d = 0,10 mm cã tiÕt diÖn S = 0,00785 mm2 ®Ó ®¶m b¶o ®é bÒn c¬. TÝnh tiÕt diÖn d©y dÉn cuén thø cÊp: Chän d©y cã ®­êng kÝnh d = 0,41 mm cã tiÕt diÖn ®ång S = 0,132 mm2 DiÖn tÝch ®ång trong cöa sæ: Qcu1 = =47,73 (mm2). Qcu2 == 32,85 (mm2) Qcu = 2(47,73 + 2. 32,8 )= 226,9 (mm2) KÝch th­íc cöa sæ: Qcs = c.h = 12x30=360 ( mm2). VËy biÕn ¸p víi kÝch th­íc ®· chän lµ hoµn tµn tho¶ m·n. · TÝnh chän Diod cho bé chØnh l­u nguån nu«i - Dßng ®iÖn hiÖu dông qua Diod: - §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ Diod ph¶i chÞu: - Chän Diod cã dßng ®Þnh møc : - Chän Diod cã ®iÖn ¸p ng­îc: Chän Diod lo¹i KP208A cã c¸c th«n sè: - Dßng ®iÖn ®Þnh møc: Idm = 5 A - §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i: UN = 100 V