Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Ngày Tháng Năm 2013 Giáo Viên Hướng Dẫn Nhận xét của giáo viên phản biện Ngày Tháng Năm 2013 Giáo viên phản biện TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ *** Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc *** Khoá học : 2012 - 2014 Nhóm sinh viên thực hiện: 1 Nguyễn Văn Thành 2 Dương Thị Trang Ngành học : Kỹ Thuật Điện – Điện tử Lớp : ÐK10LC.2 Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ biến đổi điện áp AC – DC có dải điện áp từ 0V÷ 220V” Số liệu cho trước: - Các tài liệu, giáo trình chuyên môn Trang thiết bị, máy móc trong phòng thực hành, thí nghiệm Nội dung cần tiến hành: 1 Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều 2.Giới thiệu về mạch chỉnh lưu và các linh kiện ĐTCS thông dụng 3.Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều công suất 200W 4.Lập kế hoạch và thực hiện các báo cáo theo đúng tiến độ 5.Quyển thuyết minh và các bản vẽ Folie mô tả đầy đủ nội dung của đề tài Giáo viên hướng dẫn Lê Minh Tâm Lời nói đầu Trong giai đoạn công nghiệp hóa,hiện đại hóa nền kinh tế đất nước,ngày càng có nhiều thiết bị bán dẫn công suất hiện đại được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực sản xuất,phục vụ đời sống con người Một trong những ứng dụng của Điện tử công suất là điều khiển tốc độ động cơ điện đây là lĩnh vực quan trọng và ngày một phát triển Hiện nay các nhà sản xuất không ngừng cho ra đời các sản phẩm và công nghệ mới về các phần tử bán dẫn công suất và các thiết bị điều khiển đi kèm Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn, bộ môn Điện tử công suất- Truyền động điện đã được giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học, cao đẳng trong cả nước nhằm đáp ứng nhu cầu về điều khiển, đo lường và điều chỉnh các dây truyền công nghiệp Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, trong nội dung môn học Điện tử công suất chúng em đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế và chế tạo bộ biến đổi điện áp AC – DC có dải điện áp từ 0V÷ 220V” Với đề tài được giao, chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìm hiểu và nghiên cứu các cơ sở lý luận về lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm đáp ứng với yêu cầu đề ra Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của cô Lê Minh Tâm cùng với sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót khi thực hiện đồ án này Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn Chúng em xin trân thành cảm ơn.! CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều: Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng thành cơ năng Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông vận tải Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây: - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 1.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động (rôtor) 1.1 Hình ảnh cụ thể bên trong của động cơ điện một chiều 1.2.1 Phần tĩnh (stator) Gồm các phần chính sau: a Cực từ chính: Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện b Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều c Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy d Các bộ phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than 1.2.2 Phần quay (rotor) Gồm các bộ phận sau: a Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép c Cổ góp: Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Đuôi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng d Các bộ phận khác: b n - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy F® t I + - Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường a I làm bằng thép Cacbon tốt c F® t 1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: d - A B Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động Eư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ điện một chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện I ư nên Eư còn gọi là sức phản điện động Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư Trong đó: Rư: điện trở phần ứng Iư: dòng điện phần ứng Eư: sức điện động Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích rừ độc lập Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ + - U­ I E KT IKT U1 Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điệnKT chiều kích từ độc lập + 1.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động cơ vận hành ở chế độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm) Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β được tính như sau ∆β = ∆M ∆ω β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng đặc tính cơ tuyệt đối cứng 1.4.1.Sơ đồ nguyên lý: - U + + E CKT - U Rf RKT IKT E Rf CKT RKT Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều Khi nguồn điện 1 chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập 1.4.1.Phương trình đặc tính cơ: Trường hợp Rf= 0: U= E + Iư.Rư (1) Trong đó; E= Ke Φ n (2) Ke = p.n 60a : hệ số sức điện động của động cơ a: số mạch nhánh song song của cuộn dây K= p.n : hệ số cấu tạo của động cơ 2 aπ ω : tốc độ góc tính bằng rad/s p: số đôi cực chính N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng Thế (2) vào (1) ta có: ω = Hoặc: Uu R − u Iu K φ K φ U R u u n= K φ − K φ I u e e (3) (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi là phương trình đặc tính cơ điện Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): là mômen điện từ của động cơ U R u u Suy ra: n= K φ − K φ K M e e Φ là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập U R u u M = ω 0 − ∆ω Hoặc: ω = K φ − ( K φ ) 2 trong đó: ω 0 : tốc độ không tải lý tưởng ∆ω : độ sụt tốc độ 1.4.3.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính cơ: ω = U u Ru + R f − M ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ K φ ( K φ ) 2 ω ta có thể thay đổi φ , Rf , U • Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): Độ cứng đặc tính cơ: β = ( Kφ dm ) 2 ∆M = − R + R giảm Nếu Rf càng lớn thì tôcf độ động cơ ∆ω u f càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản • Trường hợp thay đổi U< Uđm Tốc độ không tải ω0 = U ( Kφ ) 2 ∆M = giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ β = =− Kφ Ru ∆ω const Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song Phương pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ e.Các thông số của TCA 785: 60 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Thông số Dòng tiêu thụ Điện áp vào điều khiển , chân 11trở kháng vào Mạch tạo răng cưa Dòng nạp tụ Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp Thời gian sườn ngăn của xung răng cưa Tín hiệu cấm vào, chân 6 Cấm Cho phép Độ rộng xung ra, chân 13 Xung hẹp Xung rộng Xung ra chân 14,15 Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Độ rộng xung hẹp Độ rộng xung rộng IS V11 R11 I10 V10 R9 tP V6I V6H Giá trị Giá trị tiêu min biểu(F= 50 HZ VS=5V) 4,5 6,5 0,2 15 Giá max 10 V10 MAX MA V kΩ 10 1000 VS-2 300 μA V KΩ Ms 3.3 3.3 2.5 V V 80 3 4 trị Đơn vị V13 H 3.5 2.5 3.5 2.5 V V V14/V 15 V14/V 15 tP VS-13 0.3 20 530 VS-2.5 0.8 30 620 VS 1.0 2 40 760 V V μs μs/n F 2.8 3.1 2x10-4 3.4 5x10-4 V 1/K Điện áp điều khiển Điện áp chuẩn VREF Góc điều khiển ứng với điện αrsef áp chuẩn 61 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ * Tính toán các phần tử bên ngoài -Xung răng cưa: Ta có f = 50Hz => T = 1/f = 20ms =>1 chu kì xung răng cưa : T1 = 10ms Sườn lên : 9.5 ms Sườn xuống : 0.5ms Chọn tụ răng cưa: C10 500pF (min) Thời điểm phát xung: Dòng nạp tụ: Điện áp trên tụ: tTr = V11 R9 C10 Vref K I10 = V10 = 1 µ F (max) Vref K R9 Vref K t R9 C10 TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều Có thể điều chỉnh góc α từ 00 đến 1800 điện Thông số chủ yếu của TCA là: - Điện áp nguồn nuôi: US= 15V - Dòng điện tiêu thụ: IS= 10mA - Điện áp ra: I= 50mA - Điện áp răng cưa: URC max= (US- 2) V Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9= (20 ÷ 500) kΩ Điện áp điều khiển: U11 = - 0,5 ÷ (US – 2) V Dòng điện đồng bộ: IS = 200 ( µ A) Tụ điện: C10 = 0,5 ( µ F) Tần số xung ra: f = (10 ÷ 500) Hz Chọn giá trị ngoài thực tế: C10 = 104, C12 = 473 ,R9 = 33kΩ Biến trở VR1= 10kΩ - Điện áp điều khiển chọn VR2 = 10kΩ - Khâu đồng pha chọn Rđồng pha = 1MΩ 5.1.2 Nguyên lí làm việc của TCA 785: 62 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: “ban đầu” điện áp đồng bộ tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra Nguồn nuôi qua chân 16 Tín hiệu đồng bộ được lấy qua chân số 5 và số 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11 Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái và sẽ chuyển tín hiệu này đến bộ phận đồng bộ Bộ phận đồng bộ này sẽ điều khiển tụ C10; Tụ C10 sẽ được nạp đến điện áp không đổi (quyết định bởi R9) Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 thì một tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V 11, góc mở α có thể thay đổi từ 0 đến 180 o Với mỗi nửa chu kì song một xung dương xuất hiện ở Q1, Q2 Độ rộng trong khoảng 30-80μs Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180o thông qua tụ C12 Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180o Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển Thyristor: Điện áp lưới sau khi qua máy biến áp được hạ xuống 12VAC đưa vào chân số 5 và chân số 1 qua điện trở R Tín hiệu điều khiển Vdk được đưa vào chân 11 so sánh với điện áp răng cưa tạo bởi tụ C10 cho ta xung điều khiển thyristor có góc mở α tăng dần ở đầu ra chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch chân 16 nhận được tín hiệu cấm, tại chân 14 và 15 không còn tín hiệu đầu ra CHƯƠNG VI TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 63 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ 6.1 Mục đích và ý nghĩa: Trong việc chọn thiết bị ở các hệ thống truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng Mục đích của nó để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống với vốn đầu tư tối thiểu Trong đó việc chọn công suất động cơ có ý nghĩa rất quan trọng Nếu chọn công suất động cơ lớn hơn công suất yêu cầu thì làm tăng vốn đầu tư Động cơ làm việc non tải khong sử dụng hết khả năng phát nhiệt dẫn đến làm giảm hiệu suất của hệ thống, hệ số công suất thấp làm ảnh hưởng đến chất lượng điện năng Ngoài ra việc chọn các thiết bị khác cũng phải phản ánh được chế độ làm việc và đảm bảo các kỹ năng kinh tế và kỹ thuật, tận dụng hết khả năng làm việc của các thiết bị 6.2 Tính chọn mạch động lực: Các thông số của động cơ điện 1 chiều như sau: Uđm = 220 (V) Pđm = 200 (W) I=1,2(A) f= 50 (Hz) 2p= 4 n1 = 2000(v/p) Các thông số còn lại của động cơ: - Dòng điện phần ứng định mức động cơ: Iưđm = 1,2(A) - Hiệu suất :η đm = 0,76 - Điện trở mạch phần ứng động cơ: U đm Rư = 0,5.(1- η đm ) I = 0,5.(1- 0,75).220÷1,2=22(Ω) đm - Điện cảm mạch phần ứng động cơ: L ư= γ 60.U đm = 0,1(H) 2π p.nđm I đm Trong đó: γ = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù 6.2.1 Tính toán chọn van động lực: a)Tính chọn thyristor 64 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Tính chọn Thyristor dựa và các yếu tố dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc Các thông số của van được tính như dưới đây: Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu là: Ud Ungmax= Knvan U2= Knvan 2 2 = π 220 2 2 2 = 345,6 (V) π Trong đó: Ud: điện áp tải U2: điện áp thứ cấp máy biến áp Knvan= 2 là hệ số điện áp tải đối với cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển hoàn toàn: Điện áp ngược của van cần chọn là: Ungvan= KdtU Ungmax= 1,8 345,6= 622,008 (V) Trong đó: KdtU là hệ số dự trữ điện áp Dòng điện làm việc hiệu dụng của van: Id= Iđm= 1,2 (A) Ilv= Ihd = Khd Id= 1 1,2 = 0,85(A) 2 Trong đó: Khd= 1 là hệ số dòng điện hiệu dụng của cầu chỉnh lưu 1 pha có điều khiển hoàn toàn 2 Dòng điện làm việc định mức của van: Ilvđm= Ki Ilv= 4 0,85= 3,4(A) Trong đó: Ki= 4 là hệ số dự trữ dòng điện Thông thường: Ilv= (10 ÷ 30 )% Iđm (ở đây chọn Ilv=25% Iđm) Chọn Thyristor loại BT151 có các thông số như sau : Ung max= 650V ; Iđm= 7,5A ; Ug = 1,5V : Ig max = 15mA Tx= 100µs ; Sx = 0,1 Ton = 2ms ; Toff = 70ms b) Tính chọn diode công suất -Điện áp làm việc của van: Ulv= Knv.U2 65 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Với U2 = Ud / Ku Vì sơ đồ là chỉnh lưu cầu 1 pha: Knv = 2 , Ku= 0,9 =>Ulv = 345,8(V) -Dòng điện làm việc của van Ilv = Ihd = Khd.Id ; với Khd= 0,71 ;Id=1,2 A =>Ilv= 0,85A Trong đó: Ulv là điện áp cực đại khi làm việc Ilv,Ihd là dòng điện làm việc và dòng điện hiệu dụng của van Ku là hệ số điện áp Khd là hệ số dòng điện hiệu dụng => Thông số cần có của van động lực Unv= Kdtu.Ulv= 2.345,8=691,6V (chọn kdtu= 1,6 ÷2) Iđmv=Ki.Ilv=4.0,85= 3,4A (với Ki= 4) =>Chọn diode công suất 10A của hãng PIC 6.2.2 Chọn máy biến áp (MBA) chỉnh lưu: Trong các thiết bị chỉnh lưu người ta dung MBA để tạo ra điện áp thích hợp, tạo ra số pha cần thiết, cách ly phụ tải với lưới điện, cải thiện dòng điện sơ cấp hạn chế dòng ngắn mạch Để chọn MBA chỉnh lưu dựa vào sức điện động thứ cấp, điện áp sơ cấp và công suất tính toán cần thiết.Điện áp sơ cấp lấy theo điện áp lưới, sức điện động và công suất được tính toán từ điện áp và dòng điện chỉnh lưu Chọn MBA 1 pha làm mát tự nhiên bằng không khí Điện áp ra sơ cấp MBA: U1= 220 (V) Thông số khi chỉnh lưu: U d = 220 (V), I d = 1,2 (A) Điện áp thứ cấp MBA là: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: 66 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ U do cos α min = U d + 2∆U V + ∆U dn + ∆U BA Trong đó: α min = 100 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆U V = 1,7 (V) sụt áp trên Thyristor: ∆U dn = 0 sụt áp trên dây nối ∆U BA = ∆U r + ∆U X là sụt áp trên điện trỏ và điện kháng MBA Thông thường: ∆U BA = (5 ÷ 10)% U d Ta chọn: ∆U BA = 6% U d = 6(V) Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có: Ud0 = U d + 2∆U V + ∆U dn + ∆U BA 220 + 2.1,7 + 0 + 6 = = 232,94 (V) cos α min cos10 0 Công suất tối đa của tải là: Pd max = U d 0 I d = 232,94.1,2= 279,528 (W) Công suất MBA nguồn cấp được tính là: Sba = k s Pmax = 1,23.279,528 = 343,82 (VA) Trong đó: Sba : Công suất biểu kiến của MBA k s = 1,23: hệ số công suất đối với cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển hoàn toàn Điện áp pha thứ cấp MBA là: U2 = U d 232,94 = kU 2 2 = 258,73 (V) π Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA là: I2= k2.Id= 1,2 1,2= 1,44 (A) (Với cầu chỉnh lưu 1 pha điều khiển hoàn toàn k2= 1,2) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA là: I1=KBA.I2=(258,73÷220).1,44=1,7(A) Chọn MBA có các thông số như sau: 6.2.3 Thiết kế cuộn kháng san bằng LD: 67 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Cuộn kháng lọc LD được mắc nối tiếp vào mạch phần ứng động cơ làm giảm dòng điện gián đoạn, làm giảm xung dòng điện 1 chiều đồng thời cải thiện dòng điện chuyển mạch của động cơ điện 1 chiều Với Uđm= 220 (V); Id= Iđm= 1,2(A); f= 50 (Hz) Giá trị mong muốn của điện cảm lọc được tính theo công thức sau: Ru L= m W đm 1 (k 2 sb − 1) Trong đó: Rư là tổng trở của mạch phần ứng ; Rư=22(Ω) mđm= 2: số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ đối với sơ đồ cầu chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn W1= 2 π f1: tần số góc của điện áp xoay chiều ksb= k đmv 0,667 = 0,07 = 9,5 k đmr Trong đó: kđmv= 0,667: hệ số đập mạch vào kđmr= 0,07: hệ số đập mạch ra Suy ra: L= 0,33 (H) 6.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van: 6.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn: Khi làm việc với dòng điện chạy qua trên vanc ó sụt điện áp do đó có tổnt thất công suất ∆P Tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác các van bán dẫn chỉ được làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó Nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van sẽ bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn không bị chọc thủng vì nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý - Tổn hao công suất trên mỗi Thyristor là: ∆P = ∆Uv.Ilv = 1,5 1,40= 2,1(W) 68 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Diện tích bề mặt tỏa nhiệt là: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Sm = ∆P K m τ Trong đó: ∆P : là tổn hao công suất trên van τ : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt= 400C Nhiệt độ làm việc cho phép Tcp= 1250C Chọn nhiệt độ cánh tản nhiệt tỏa nhiệt Tlv= 800C Vậy: τ = Tlv - Tmt = 125 - 40 = 850C Km hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ chọn Km= 8 (W/m2 oC) Sm = 3,08 10 −3 (m2) 6.3.2 Bảo vệ quá dòng điện cho van: Các nguyên nhân gây quá dòng điện cho van: - Quá dòng dài hạn - Ngắn mạch đầu ra - Ngắn mạch bản thân van Hình:Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh (nhóm 1CC) để bảo vệ ngắn mạch các thyristor Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 1CC là: I1CC= 1,1.Ilv = 1,1.1,40 = 1,54 (A) 69 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ ⇒ Chọn cầu chảy nhóm 1CC loại 2 (A) Dùng cầu chảy tác động nhanh (nhóm 2CC) để bảo vệ ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 2CC là: I2CC = 1,1.Id = 1,1.1,98 = 2,178 (A) ⇒ Chọn cầu chảy nhóm 2CC loại 3 (A) Bảo vệ ngắn mạch thứ cấp MBA (nhóm 3CC) : I3CC = 1,1.I2= 1,1.2,376 = 2,61 (A) ⇒ Chọn cầu chảy nhóm 3CC loại 3 (A) 6.4 Tính toán mạch điều khiển: Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor: • Điện áp điều khiển: Uđk= Ug= 1,5(V) • Dòng điện điều khiển: Iđk= 15 (mA) • Độ rộng xung điều khiển tx= 100 ( µA ) • Mức độ sụt biên độ xung: Sx= 0,1 • Độ mất đối xứng cho phép: ∆α = 40 • Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unguồn= 12 (V) 6.4.1 Tính chọn biến áp xung: Chọn MBAX có 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, mỗi BAX điều khiển cho 1 van bán dẫn Chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit Hm có: ∆B = 0,3T , ∆H = 30 A / m , không có khe hở không khí - Tỷ số biến áp xung chọn m= 2 - Điện áp cuộn thứ cấp BAX : U2=1,5 (V) - Điện áp đặt lên sơ cấp BAX : U1= m.Uđk= 2.1,5= 3 (V) - Dòng điện thứ cấp BAX : I2= Iđk= 0,015 (A) 70 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ I2 m - Dòng điện sơ cấp BAX: I1= = 0,0075(A) - Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: ∆B 0,3 = = 8.10 3 −6 µ 0 ∆H 1,25.10 30 µ tb = Với µ 0 = 1,25.10 −6 H/m là độ từ thẩm của không khí - Thể tích của lõi thép cần có: V = Q.l = = µ tb µ 0 t x S x U 1 I 1 ∆B.Tx S x I 1 U 1 = ∆B 2 ∆H ∆B 2 8.10 3.1,25.10 −6.100.10 −6.0,1.0,0075.3 = 0,025(cm 3 ) (0,3) 2 Chọn mạch từ có thể tích V= 0,05(cm 3 ) có các kích thước mạch từ a= 2 mm; b= 3,5mm; Q= 7 mm2 ;d= 7mm ;D= 11mm ; l = 0,7cm Số vòng dây quấn sơ cấp của máy biến áp xung là: U 1 = W1 Q dB ∆B = W1 Q dt tx (vòng) U 1 t x 3.100.10 −6 ⇒ W1 = = ≈ 144 ∆B.Q 0,3.7.10 −6 Số vòng dây quấn thứ cấp: W2 = W1 144 = = 72 (vòng) m 2 I 1 Tiết diện dây quấn thứ cấp: S1 = J = 1 0,0075 = 0,00125mm 2 6 Chọn mật độ dòng điện J1= 6 (A/mm2) Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 = 4 S1 = π 4.0,00125 = 0,039mm π Chọn d1= 0,05 (mm) I 2 Tiết diện dây quấn thứ cấp: S 2 = J = 2 0,015 = 0,00375( mm 2 ) 4 Chọn mật độ dòng điện J2= 4 (A/mm2) 71 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Đường kính dây quấn thứ cấp: d 2 = ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ 4S 2 4.0,0375 = = 0,069(mm) π π Chọn dây có đường kính: d2= 0,1(mm) 6.4.2 Tính chọn khâu khuếch đại dùng transitor mạch điều khiển Điện áp ra chân 14, 15 là 7v chọn dòng qua cực B là 7mA Ta tính chọn được điên trở RB=7÷0,007=1(kΩ) Chọn điện trở phân cực nối chân B và E của traito là: RBE=12,2(kΩ) CHƯƠNG VII 72 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ SƠ ĐỒ, VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN 7.1 Thiết kế mạch Hình 7.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 73 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Hình 7.2 Sơ đồ nguyên lý mạch lực 7.2 Nguyên lí hoạt động của mạch IC TCA 785 (có tích hợp các khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung ,khuyếch đại) tạo ra 2 xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( T1 và T2) Chân 11 của TCA là chân nhận điện đáp điều khiển ( từ 0 đến 11V) để thay dổi góc kích mở của Thyristor từ 0 đến 180 độ Mạch lực ta dùng mạch cầu chỉnh lưu bán điều khiển Giả sử ta đạt một điện áp diều khiển có thể thay đổi từ 0 đến 11V vào chân 11 của IC TCA785, ở chân 14 và 15 của IC TCA785 sẽ xuất ra một chuỗi xung có thể thay đổi từ 0 đến 180 độ Nguyên lí hoạt động của mạc lực: + Giả sử ở một bán kì ta có điện áp + đặt vào AC_IN2, diện áp âm là ở AC_IN1 Lúc này ở mạch điều khiển sẽ tạo ra một xung (với góc anpha tuỳ vào điện áp điều khiển) tới kích mở T2 Dòng điện có chiều từ AC_IN2 qua cầu chì, qua D7, qua tải, qua T2 về âm nguồn + Ở bán kì còn lại thì AC_IN1 là + và AC_IN2 là âm Lúc này ở mạch điều khiển sẽ xuất ra một xung tới kích mở T1 Dòng điện có chiều từ AC_IN1 qua qua D8, qua tải, qua T1, qua cầu chì về AC_IN2 + Vậy dòng điện có một chiều cố định từ DC_OUT2 về DC_OUT1 và có thể điều chỉnh được từ 0 đến 220V DC - 74 ... Thuật Điện – Điện tử Lớp : ÐK10LC.2 Tên đề tài: ? ?Thiết kế chế tạo biến đổi điện áp AC – DC có dải điện áp từ 0V? ? 2 20V? ?? Số liệu cho trước: - Các tài liệu, giáo trình chun mơn Trang thiết bị, máy... công nghiệp Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nội dung mơn học Điện tử công suất chúng em giao thực đề tài: ? ?Thiết kế chế tạo biến đổi điện áp AC – DC có dải điện áp từ 0V? ? 2 20V? ?? Với đề tài giao,... ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ - Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp - Mắc điện thành cầu phân áp để có điện áp theo ý muốn từ điện áp cho trước - Tham gia trình tạo dao động - Ngồi điện trở cón