ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U +E R2 BAX D3 T D2 UV θ1 i UV D1 Tr2 θ3 t θ4 ic(tu)ï ib C R1 Tr1 θ2 t t ic(Tr) t Xđk Xđk Hình III.15 Sơ đồ tạo xung khuếch đại có tụ nối tầng t Theo sơ đồ này, Tranzitor mở cho dòng chạy qua khoảng thời gian nạp tụ nên dòng hiệu dụng chúng bé nhiều lần Qua ta chọn khâu tạo xung khuếch đại hình III.15 sơ đồ tạo xung khuếch đại có tụ nối tầng Bởi sơ đồ có ưu điểm sơ đồ khác dịng hiệu dụng qua Tranzitor bé, cơng suất tỏa nhiệt Tranzitor khơng lớn, kích thước dây sơ cấp biến áp xung bé III.4.2 Xây dựng mạch điều khiển Với yêu cầu điều khiển có chất lượng tốt ta chọn khâu đồng pha hình III.8 tức dùng ghép quang Với khâu đồng pha dùng ghép quang đơn giản thuận tiện cho lắp ráp Khơng cần tính tốn máy biến áp đồng pha 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Khâu so sánh chọn sơ đồ cộng hai cổng đảo khuếch đại thuật tốn hình III.12b với sơ đồ có nhiễu kênh khác Hơn tín hiệu vào hai cổng độc lập nên không xảy tượng mạch giả Tầng tạo xung khuếch đại dùng sơ đồ tụ nối tầng hình III.15 Với sơ đồ giảm dòng đưa vào khuếch đại Ta có sơ đồ điều khiển kênh sau : + R5 + A R1 U'A Urc R3 UAT D TrQ DQ D2 -Ung R2 R2 C1 B A Uđk BAX T D3 C R4 Tr1 D1 +Ung Tr2 Hình III.16 Sơ đồ kênh mạch điều khiển Thyristor Nguyên tắc hoạt động sơ đồ III.18 : U UAT Urc t1 t 3π 2π π Uđk t2 t3 t4 UB t t ib t Xđk t 90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.17 Giản đồ đường cong dịng điện điện áp Giải thích hoạt động : khâu đồng pha cho ta điện điện áp UA' Đó điện áp Urc dương Điện áp tựa so sánh với điện áp điều khiển đưa vào Uđk Hai tín hiệu giao t1, t2 , t3 , t4 Từ ÷ t1 : điện áp tựa Urc nhỏ điện áp điều khiển Uđk Điện áp Ura = +Ubh (điện áp bão hịa dương) Từ t1 ÷ t2 : Urc lớn Uđk Điện áp nhận giá trị dấu Urc Vì tín hiệu Urc đưa vào cổng trừ (-) khuếch đại thuật tốn nên tín hiệu đảo dấu Tương tự vậy, chu kỳ lặp lại ta có điện áp UB Ở sử dụng bóng ngược (Tranzitor ) UB đổi dấu từ âm sang dương có dịng ib (trên hình vẽ bỏ qua chu kỳ đầu tiên) Khi UB mang dấu dương, bên trái tụ mang dấu dương Lúc tụ C nạp Khi UB đổi dấu dương sang âm, tụ C xả lượng qua Diod D Do có dịng ib dòng ic tương ứng với xung điều khiển đưa vào để kích mở Thyristor Tuy nhiên theo yêu cầu điều khiển Thyristor phải điều khiển Thyristor mở phần dương điện áp UAT Nhưng thời điểm mở Thyristor khơng thời điểm mở Thyristor t1 lại không thực Trong có lệnh mở Thyristor t2 t4 Muốn có xung điều khiển mở Thyristor t1 t3 ta phải lệnh sườn xuống UB Có nhiều cách để thay đổi UB, ta mắc thêm vào mạch điều khiển khuếch đại đảo vào sau UB (hoặc sử dụng khuếch đại đảo logic UB sóng vng) Khi ta có dịng ib sườn xuống UB nên có xung điều khiển kích mở Thyristor t1 t3 Đối với việc điều chỉnh : thay đổi Uđk ta thay đổi điện áp kích từ dịng điện kích từ Nguyên lý điều chỉnh điện áp thay đổi Uđk từ đến Ubh độ rộng điện áp kích từ Ukt tăng từ đến π hay điện áp kích từ tăng từ đến Uktmax 91 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U UAT 2π π Urc t1 t 3π Uđk t3 t2 t4 UB t t UD ib t t Xđk t Rd TC TB AB C Ld DC DB DA TA A B C AP MFĐ Ud Hình III.18 Giản đồ đường cong dòng điện, điện áp điện áp tải t 92 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.19 Sơ đồ mạch điều chỉnh kích từ tổng quát III.5 Tính chọn thơng số mạch điều khiển Việc tính toán mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu mở xung Thyristor Các thơng số để tính mạch điều khiển : +Điện áp điều khiển Thyristor : Ug = Uđk = 2,5(V) +Dòng điện điều khiển Thyristor : Ig = Iđk = 0,05(A) 93 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.5.1 Tính chọn biến áp xung Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có mật độ từ cảm bé, khơng có khe hở khơng khí +Tỷ số biến áp xung : thường máy biến áp m = ÷ Chọn m = +Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Uđk = 2,5(V) + Điện áp cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U1 = m.U2 = 3.2,5 = 7,5(V) +Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Iđk = 0,05(A) +Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I1 = I2/m = 0,05/3 = 0,017(A) III.5.2 Tính tầng khuếch đại cuối Chọn Tranzitor cơng suất Tr2 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thông số : +Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si +Điện áp Colecto Bazơ hở mạch : UCBO = 40V +Điện áp Emitơ Bazơ hở mạch : UEBO = 4V +Dịng điện lớn Colectơ chịu đựng : ICmax = 500mA +Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : Tmax = 1750C +Hệ số khuếch đại : β = 50 +Dòng làm việc Colectơ : IC2 = I1 = 0,05.1000 = 50mA +Dòng làm việc Bazơ : IB2 = IC2/β = 50/50 = 1mA Ta thấy với loại Thyristor chọn có công suất điều khiển bé Uđk = 2,5V Iđk = 0,05A nên dòng Colectơ - Bazơ Tr2 bé Chọn nguồn cấp cho biến áp xung : E = UN = +12V Ta phải mắc thêm điện trở R7 nối tiếp với cực Emitơ Tr2 ( E − U1 ) 12 − 7,5 = = 265 (Ω) R7 = 0, 017 I1 Tất Diod mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số : +Dòng điện định mức : Iđm = 1,0A +Điện áp ngược lớn : UNmax = 25V +Điện áp Diod mở thông : Um = 1V Chọn tụ C2 R6 Điện trở R6 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ Tr2, chọn R6 thỏa mãn điều kiện : 94 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP R6 ≥ Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát U 12 = = 12 ( K Ω ) I B 0, 001 Tụ C2 chọn phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển Nó tính : t C2 = x (μ F ) C R = t x từ tính R6 III.5.3 Chọn tầng so sánh Mỗi kênh điều khiển phải dùng hai khuếch đại thuật toán, ta chọn loại TL084 hãng TexasInstrument chế tạo Mỗi IC có khuếch đại thuật tốn Thơng số TL084 : +Vcc 14 13 12 11 10 Hình III.20 Sơ đồ chân IC TL084 - Vcc +Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ±18V Chọn điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : UN = E = ±12V +Hiệu điện hai đầu vào : ±30V +Nhiệt độ làm việc : Tlv = -25 ÷ 850C +Công suất tiêu thụ : P = 680(mW) = 0,68W +Tổng trở đầu vào : Rin = 106MΩ +Dòng điện đầu : Ira = 30pA +Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : dU = 13 (V / μ s ) dt Dòng điện vào tốt nên chọn nhỏ 3mA Vì tín hiệu tầng so sánh đưa sang tối đa 3mA sau khuếch đại đủ cơng suất Tranzitor mở bão hòa Ở chọn dịng vào IV = 1mA Khuếch đại thuật tốn chọn TL084 U 12 = 12 ( K Ω) R3 = R4 > V = Chọn IV 1.10−3 95 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Trong với nguồn ni Vcc = ±12V điện áp vào A1 UV ≈ 12V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < 1mA Do ta chọn R3 = R4 = 15KΩ Khi UV 12 = = 0,8 (mA) dòng vào A1 cực đại : IVmax = R 15.103 UV 12 = = 12 ( K Ω ) Tương tự nên ta chọn Chọn R5 = Rht = IV 1.10 −3 R5 = Rht = 15KΩ III.5.4 Tính chọn khâu đồng pha Điện áp tụ hình thành nạp tụ C Mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có nửa chu kỳ điện áp lưới tuyến tính số thời gian tụ nạp Tr = R2.C = 0,005s Chọn tụ C = 0,1μF điện trở R2 = Tr/C = 0,005/0,1.10-6 = 50.103Ω Vậy R2 = 50KΩ Điện áp bão hòa khuếch đại thuật toán : Ubh = ±E ± = ± 11V Chọn ghép quang DQ - TQ loại 4N35 có thơng số sau : Điện cách điện : 3350V Điện : Vcc = 30V Dòng điện qua Diod quang lớn : Imax = 10mA Chọn dòng làm việc chạy qua Diod quang : IDQ = 3mA Vậy R1 = UV/IDQ = 30,15/3.10-3 = 10,05KΩ III.5.5 Tạo nguồn ni Tính chọn máy biến áp tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trụ có bốn cuộn dây gồm cuộn sơ cấp ba cuộn thứ cấp *Cuộn cấp thứ Tạo nguồn điện áp ±12V (có ổn áp) để cấp cho ni IC , điều chỉnh dòng điện, tốc độ, điện áp Nguồn cấp cuộn dây thứ cấp a1,b1, c1 Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng Diod , điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi : U2 = 12/2,34 = 5,13V, ta chọn U2 = 9V Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912 Thông số chung vi mạch : +Điện áp đầu vào : UV = ÷ 35V +Điện áp đầu : Ura = 12V với IC 7812 Ura = - 12V với IC 7912 +Dòng điện đầu : Ira = ÷ 1A Tụ C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn : C4 = C5 = C6 = C7 = 470μF *Cuộn cấp thứ hai 96 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát a2, b2, c2 tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho Thyristor (+12V) Do mức độ sụt xung cho phép tương đối lớn nguồn không cần ổn áp Cần chế tạo cuộn dây riêng rẽ cới cuộn dây cấp nguồn cho IC để tránh gây sụt áp nguồn nuôi *Cuộn cấp thứ ba a3, b3, c3 cuộn dây cấp điện cho chỉnh lưu cầu ba pha để lấy tín hiệu âm điện áp cung cấp cho khâu phản hồi điện áp Đối với nguồn cấp cho khâu đồng pha ta sử dụng trực tiếp điện áp thứ cấp biến áp chỉnh lưu đưa vào khâu đồng pha C4 7812 +12V C6 a1 b1 c1 O A 400V∼ C5 B RV1 C7 7912 -12V C a2 b2 c2 C' 97 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.21 Sơ đồ ngun lý tạo nguồn ni mạch điều khiển III.6 Tính chọn khâu phản hồi III.6.1 Sơ đồ khâu phản hồi dòng B A DZ2 C RV3 Uph.I Ri Ri Ri III.22 Khâu phản hồi dòng R8 • Uđặt RV1 R11 • R9 98 • − ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.22 Sơ đồ mạch cộng đảo Khâu đồng pha tạo điện áp cưa Urc nút A U'A Tín hiệu khâu pha với tín hiệu vào Điện áp cưa gởi qua khâu so sánh A2 Tại A2 thực phép so sánh điện áp cưa Urc điện áp điều khiển Uđk Nguyên lý ổn định điện áp sơ đồ mô tả sau : Điện áp điều khiển Uđk lấy từ mạch cộng đảo A3 ba tín hiệu Uđặt, Uph.U Uph.I Hệ thống ổn định điện áp đầu cực máy phát xoay chiều không máy phụ Đại lượng cần điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát xoay chiều Umf vàø dòng điện Imf Giá trị chủ đạo Uđk phát từ biến trở RV1, giá trị Uđặt có nguồn cung cấp +E lấy từ nguồn +12V vi mạch ổn áp 7812 qua điện trở R8 Xác định giá tri tín hiệu điều khiển : U dk = − K (U dat − U ph.U + U ph I ) Trong : K : Hệ số điện trở Uđặt : Điện áp lấy từ chiết áp RV1 qua R8 Uph.U : Điện áp phản hồi tỷ lệ với điện áp máy phát lấy từ chiết áp RV2 qua R9 Uph.I : Điện áp phản hồi dòng lấy từ chiết áp RV3 qua điện trở R10 Khi phụ tải máy phát giảm điện áp cuỉa máy phát Umf tăng lên Lúc nhiệm vụ mạch ổn định điện áp phải giảm dịng kích từ (Ikt) tức giảm Ukt giảm Uđk để điện áp máy phát giảm mức ổn định cho phép Với sơ đồ mạch điều khiển thiết kế có phản hồi âm điện áp, dương dịng điện Umf tăng dẫn đến Uph.U tăng Uph.I giảm (có ngắt nên Uph.I = 0) ta có : Uđk = -K(Uđặt - Uph.U) Mà Uph.U tăng nên dẫn đến Uđk giảm kéo theo Ukt giảm Umf giảm mức ổn định 99 ... nguồn cho IC để tránh gây sụt áp nguồn nuôi *Cuộn cấp thứ ba a3, b3, c3 cuộn dây cấp điện cho chỉnh lưu cầu ba pha để lấy tín hiệu âm điện áp cung cấp cho khâu phản hồi điện áp Đối với nguồn cấp cho. .. 0,005/0,1.1 0-6 = 50.1 03? ? Vậy R2 = 50KΩ Điện áp bão hòa khuếch đại thuật toán : Ubh = ±E ± = ± 11V Chọn ghép quang DQ - TQ loại 4N35 có thơng số sau : Điện cách điện : 33 50V Điện : Vcc = 30 V Dòng... việc chạy qua Diod quang : IDQ = 3mA Vậy R1 = UV/IDQ = 30 ,15 /3. 10 -3 = 10,05KΩ III.5.5 Tạo nguồn ni Tính chọn máy biến áp tạo nguồn nuôi, chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trụ có bốn cuộn dây