Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp Lời nói đầu Ngày điện tử công suất ngành thiếu công nghiệp bước đại hóa nước ta giới.Chính mơn học “điện tử cơng suất ” đưa vào giảng dạy tất trường đại học kĩ thuật có khối chuyên ngành điện.Trong thời gian theo học trường Đại học Điện Lực chúng em có may mắn học thầy nhóm mơn điện tử cơng suất hướng dẫn đồ án điện tứ công suất Môn đồ án điện tử công suất đem đến cho chúng em thêm hiểu biết thực tế để tự thiết kế biến đổi điện tử cơng suất.Nhóm chúng em nhận đồ án với đề tài: “ Thiết kế điều khiển chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn Nguồn 24v, tần số 50Hz, tải trở R=27omh,25W ( tự chọn nguồn, tải thích hợp) Ứng dụng điều khiển tốc độ động chiều” Có thể nói lĩnh vực quan trọng ngành điện tử công suất động chiều thiết bị quan trọng thiếu công nghiệp nay.Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Điệp tận tình bảo để em hồn thành đồ án Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp MỤC LỤC Lời nói đầu MỤC LỤC CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ CHỈNH LƯU CHƯƠNG : TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 13 2.1 Tính chọn van cho mạch lực 14 2.2 Tính tốn máy biến áp .15 2.3 Tính tốn thiết bị bảo vệ mạch lực 15 2.3.1 Bảo vệ dòng .15 2.3.2 Bảo vệ áp cho van điều khiển 15 2.4 Tính tốn Bộ Lọc .16 CHƯƠNG : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 17 3.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển 18 3.2 Thiết kế mạch điều khiển 18 3.2.1 Khâu đồng pha tạo điện áp đồng 18 3.2.2 Khâu tạo điện áp cưa 20 3.2.3 Khâu so sánh 22 3.2.4 Khâu tạo xung chùm 23 3.2.5 Bộ trộn xung .24 3.2.6 Khuếch đại xung 25 CHƯƠNG : ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 27 4.2 Đặc tính động điện chiều 30 CHƯƠNG : MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN .33 5.1 Sơ đồ 33 5.2 Đồ thị .35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ CHỈNH LƯU 1.1 Khái niệm, cấu trúc , phân loại mạch chỉnh lưu Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp a) Khái niệm : Chỉnh lưu q trình biến đổi lượng dịng điện xoay chiều thành lượng điện chiều b) Cấu trúc : Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi thực tế , có sơ đồ cấu trúc hình , sơ đồ có máy biến áp làm nhiệm vụ : • Chuyển đổi điện áp lưới U1 sang điện áp U2 , thích hợp với yêu cầu tải • Biến đổi số pha nguồn lưới sang số pha tùy thuộc yêu cầu mạch lực Trong trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện mạch van đòi hỏi số pha lưới điện bỏ qua máy biến áp Mạch van mạch van bán dẫn mắc theo cách để tiến hành q trình chỉnh lưu Mạch lọc nhàm đảm bảo điện áp (hoặc dòng điện) chiều cấp cho tải có hệ số đập mạch yêu cầu c) Phân loại : Chỉnh lưu chia theo số cách sau • Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: có pha, hai pha , ba pha , pha .v.v • Phân loại theo loại van bán dẫn mạch van : chủ yếu dùng loại van Diode Thysistor :  Chỉnh lưu không điều khiển (mạch dùng toàn Diode)  Chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn (mạch dùng toàn Thysistor)  Chỉnh lưu bán điều khiển (kết hợp Diode với Thysistor) • Phân loại theo sơ đồ mắc van với có cầu , tia Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp Các mạch chỉnh lưu không điều khiển Các mạch chỉnh lưu điều khiển Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án môn học 1.2 GVHD: Nguyễn Thị Điệp Giới thiệu van Thysistor a) Cấu tạo : Thysistor phấn tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dân p-n-p-n, tạo ba tiếp giáp p-n Thysistor có ba cực : anot A, katot K , cực điều khiển G biểu diển hình vẽ b) Kí hiệu T c) Đặc tính vơn – ampe Thysistor Hiện tượng đóng mạch xảy : Thysistor đặt trạng thái khóa áp thuận (có nghĩa UAK>0) Và có xung IGK > đặt vào cổng GK Mạch tương đương transistor mắc Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp đối Collector Base vơi , Xung Ig làm tran bảo hịa nhanh chóng , Thysistor dẫn trạng thái tương đương Diode , nên dịng Ig khơng cần thiết Hiện tượng ngắt mạch gồm giai đoạn : • Giai đoạn giai đoạn làm dòng thuận bị triệt tiêu cách thay đổi điện trở đấu điện áp âm vào • Giai đoạn giai đoạn phục hồi tính khóa Thysistor , Thysistor cần có thời gian t ph an tồn để phục hồi tính đóng mở 1.3 Phân tích số mạch chỉnh lưu pha , ứng dụng vào thực tế a) Chỉnh lưu 1pha , chu kì , khơng điều khiển , tải trở Nhìn chung , mạch chỉnh lưu có tiêu kĩ thuật thấp nên thích hợp với tải nhỏ (đến vài ampe) Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp b) Chỉnh lưu pha chu kì có điểm , tải trở Mạch chỉnh lưu sử dụng nhiều dải công suất nhỏ đến vài KW, thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp sụt áp đường tải có van Nhược điểm mạch bắt buộc phải có biến áp biến đổi số pha Hơn số thông số độ đập mạch khơng tốt Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp c) chỉnh lưu cầu pha không điều khiển Chỉnh lưu cầu pha sử dụng rộng rãi thực tế , điện áp 10V , dòng tải lớn đến vài trăm ampe, Ưu điểm cảu mạch khơng dùng máy biến áp , Nhược điểm hai diode tham gia vào trình dẫn dịng tải , sụt áp van lớn , khơng thích hợp cho tải yêu cầu áp 10V mà dòng tải lại lớn Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp d) Phân tích mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn( yêu cầu tốn) , với tải khác • Với tải trở R (R=2Ω) Đồ thị , dòng điện , điện áp tải , giả sử góc điều khiển 300 sau : Nhận xét , thời điểm 300 có xung mở van , nên điện áp tải có , với tải trở , dòng điện tải pha với điện áp , hai van T2, T1, dẫn với chu kì dương , hai van T3,T4 dẫn chu kì âm Nhóm - D7LT-CNTD10 Page Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp • Với tải RL , góc mở 300 , giá trị L = 6mH, R=2Ω, chế độ dòng liên tục Đồ thị điện áp , dòng điện thu tải sau Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 10 Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp Cho xung đối xứng khoảng nghỉ khoảng có xung tức khoảng o o cách xung tn = 0,5Txc = 0,05(ms) tn 0, 05 × 10−3 Chọn C3 cho C3 < = = 1,38 × 106 = 1,38( F ) 3R13 ì12 Chn C3 = àF ã Chn búng T2 loi BC107 có thơng số sau: o Uce = 45V o Icmax = 0,1 A o βmin = 110 • Chọn điện trở R11 o Ta có: R11 > U v max 10 = −3 = 10 ( k Ω ) I v max 10 β1β = 44 ×103 = 44(k Ω) sI1max o Chọn R11 = 15kΩ • Chọn R12 = R14 = 1kΩ • Chọn diode loại 1N4002 R11 < CHƯƠNG : ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Khi đặt vào từ trường dây dẫn cho dòng điện chạy qua dây dẫn từ trường tác dụng lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) làm dây dẫn chuyển động.Chiều từ lực xác định quay tắc bà tay trái.Động điện nói chung động điện chiều nói riêng chúng hoạt đơng theo quy tắc Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 27 Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp 4.1 Cấu tạo chung động điện chiều: Cấu tạo động điện chiều gồm phần phần tĩnh (Stator ) phần động ( Rotor ) a) Phần tĩnh gồm có : + Cực từ : Cực từ phần sinh từ trường gồm có lõi sắt cuộn dây : Lõi sắt cực từ làm từ thép kỹ thuật thép cacbon dầy : 0,5 41mm ép lại với tán chặt thành khối cực từ gắn vào vỏ máy bulông Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với qua trục động cơ, tuỳ theo động mà động có 1,2,3, máy điện nhỏ cực từ làm thép khối Dây quấn kích từ làm dây đồng có tiết diện trịn chữ nhật sơn cách điện quấn thành cuộn Các cuộn dây mắc nối tiếp với Các cuộn dây bọc cách điện cẩn thận trước đặt vào cực từ + Cực từ phụ : Cực từ phụ đặt cực từ để cải thiện tình trạng đổi chiều Cực từ phụ làm thép khối đặt cuộn dây quấn Dây quấn cực từ phụ tương tự dây quấn cực từ + Gơng từ : Gơng từ phần nối tiếp cực từ Đồng thời gơng từ làm vỏ máy , từ thơng móc vịng qua cuộn dây khép kín chạy mạch từ Trong máy điện lớn gơng từ Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 28 Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp làm thép đúc, máy điện nhỏ gông từ làm thép uốn lại thành hình trụ trịn hàn + Các phận khác : • Nắp máy • Cơ cấu chổi than : Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ ngồi vào máy động đưa dịng điện máy phát điện Cơ cấu chổi than gồm có chổi than làm từ than cacbon thường hình chữ nhật Hai chổi than đựng hộp chổi than tỳ lên hai vành góp nhờ lị xo Hộp chổi than thay đổi vị trí cho phù hợp b) Phần quay : + Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường làm tơn Silic dầy 0,5mm có phủ lớp cách điện sau ép lại để giảm tổn hao dịng điện xốy Phucơ gây lên Trên thép có dập rãnh để ép lại tạo thành rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào Lõi sắt hình trụ trịn ép cứng vào với trục tạo thành khối thống Trong máy điện cơng suất trung bình trở lên người ta thường dập rãnh để ép lại tạo thành lỗ thơng gió làm mát cuộn dây mạch từ + Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện trịn, với động có cơng suất vừa lớn tiết diện dây hình chữ nhật Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh Rotor người ta phải dùng nêm, chèn lên bề mặt cuộn dây, nêm nằm rãnh đặt cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng dây chịu lực điện từ tác động Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 29 Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp + Cổ góp : Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến góp đồng ghép lại thành hình trụ trịn sau ép chặt vào trục Các phiến góp cách điện với mea đặt Đuôi phiến góp nhơ cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, phiến góp có hàn đầu dây tạo thành cuộn dây phần ứng nối tiếp + Các phận khác :Cánh quạt, Trục máy 4.2 Đặc tính động điện chiều a) Các kiểu kích từ cho động chiều: Chúng ta đề cập kỹ hai loại động điện chiều kích từ độc lập động điện chièu kích từ song song • Ở động điện chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện ngồi độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (Cuộn ứng) Và nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch điện phần kích từ mắc vào hai nguồn điện chiều độc lập với nhau, lúc động gọi động điện chiều kích từ độc lập • Nếu cuộn kích từ cuộn ứng cấp điện nguồn điện động loại kích từ song song.Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi phần ứng phần kích từ thường mắc song song.Trong trường hợp mà nguồn điện có cơng suất lớn so với cơng suất động tính chất động tương tự động kích từ độc lập Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 30 Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp b) Phương trình đặc tính : - Khi động làm việc rotor mang cuộn ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng lại xuất sức điện động cảm ứng (hay cịn gọi sức phản điện động).Có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ.Theo sơ đồ nối dây động chiều kích từ độc lập động chiều kích từ song song ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Uư = Eư +Iư RưΣ Trong đó: U: điện áp lưới (V) E: Sức điện động động (V) Iư:dòng điện phần ứng động (A) Rư Σ :Điện trở tồnbộ mạch phần ứng Mặt khác = k.Φ.ω Mđt = K.Φ.Iư Từ ta rút phương trình đặc tính cho động chiều sau Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 31 Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp Từ phương trình nhìn thấy, thay đổi U ta thay đổi tốc độ động cơ, ứng dụng mạch chỉnh lưu cầu điều khiển pha nhằm thay đổi U đặt vào động Đặc tình động điện chiều thay đổi Uư thể hình sau Quá trình thay đổi tốc độ thay đổi điện áp phần ứng Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 32 Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp CHƯƠNG : MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 5.1 Sơ đồ a) Sơ đồ mạch lực (Psim 9.0) Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 33 Đồ án môn học b) GVHD: Nguyễn Thị Điệp Mạch nguyên lý (Tina 8.0) Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 34 Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp 5.2 Đồ thị a) Đồ thị điện áp , dịng điện đo sau mơ Phần Mềm Psim 9.0 Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 35 Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp b) Mạch điều khiển Mô phần mềm Tina sau: Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 36 Đồ án mơn học Nhóm - D7LT-CNTD10 GVHD: Nguyễn Thị Điệp Page 37 Đồ án mơn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp • Nhận Xét: Được dạng điện áp dịng điện tính tốn , mạch lực mạch điều khiển Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 38 Đồ án môn học GVHD: Nguyễn Thị Điệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh “Điện tử cơng suất”,Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Phạm Quốc Hải “Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật , Hà Nội, 2009 Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi “Phân tích giải mạch điện tử công suất” , Nhà xuất Khoa học kỹ thuật , Hà Nội, 1997 Nhóm - D7LT-CNTD10 Page 39