Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, điện tử công suất đã và đang đóng 1 vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước.ứng dụng của điện tử công suất trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất. Các hệ thống truyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao. Kích thước, diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát động cơ ... 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 chỉnh lưu 1 pha có điều khiển
MỤC LỤC Phần I : Cơ sở lý thuyết chung động điện chiều 1.1.Giới thiệu chung động điện chiều 1.2 Cấu tạo động điện chiều 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều 1.4.Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập 1.5.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập 1.6.Đảo chiều quay động điện chiều Phần II: Giới thiệu linh kiện điện tử mạch 2.1.Các linh kiện điện tử thụ động 2.1.1.Điện trở 2.1.2.Biến trở 2.1.3.Tụ điện 2.1.4.Diode 2.2.Linh kiện điện tử tích cực 2.2.1.Tranzitor 2.2.2 Mosfet…………………………………………………………………… 2.2.3.Thyristor 2.2.4.Biến áp xung Phần III: Lựa chọn phân tích mạch lực 3.1.Khái quát chung 3.2.Chọn sơ đồ chỉnh lưu động 3.2.1.Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn 3.2.1.Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Phần IV: Lựa chọn phân tích mạch điều khiển 4.1.Giới thiệu vi mạch TCA 785 4.1.1.Giới thiệu chung 4.1.2.Sơ đồ nguyên lý cấu tạo TCA 785 4.1.3 Dạng sóng dịng điện 4.1.4.Các thông số TCA 785 4.1.5.Tính chọn phần tử bên Phần V: Tính chọn thiết bị 5.1.Mục đích ý nghĩa 5.2.Tính chọn mạch động lực 5.2.1.Tính chọn van động lực 5.2.2.Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu 5.2.3.Thiết kế cuộn kháng san LD 5.2.4.Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van 5.3.Tính chọn mạch điều khiển 5.4.Tính chọn biến áp xung Phần VI: Sơ đồ, vẽ thiết kế mạch nguyên lý làm việc 6.1.Sơ đồ khối 6.2.Thiết kế mạch 6.3.Nguyên lý làm việc mạch Hướng mở rộng đề tài Lời kết Tài liệu tham khảo Lời nói đầu Ngày nay, điện tử cơng suất đóng vai trị quan trọng q trình cơng nghiệp hố đất nước.ứng dụng điện tử công suất hệ thống truyền động điện lớn nhỏ gọn phần tử bán dẫn việc dễ dàng tự động hố cho q trình sản xuất Các hệ thống truyền động điều khiển điện tử cơng suất đem lại hiệu suất cao Kích thước, diện tích lắp đặt giảm nhiều so với hệ truyền động thông thường như: khuếch đại từ, máy phát - động 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 chỉnh lưu pha có điều khiển Với hướng dẫn Thầy: Nguyễn Trung Thành, chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đề tài Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Nhóm sinh viên thực KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Tuần - Nhận đồ án môn học - Tìm hiểu khái quát ĐCĐ chiều - Tham khảo ý kiến sinh viên khóa Tuần - Tìm hiểu chung nguyên lý biến đổi tốc độ ĐCĐ chiều Tuần - Tham khảo số mạch, ứng dụng ĐCĐ chiều - Nghiên cứu thiết bị, linh kiện có liên quan Tuần - Thiết kế, lựa chọn mạch điều khiển - Tìm hiểu, tính chọn linh kiện sử dụng mạch Tuần - Khảo sát mạch điều khiển palen máy sóng - Đánh giá lựa chọn linh kiện Tuần - Thiết kế, lựa chọn mạch lực - Khảo sát, tính chọn phần tử mạch lực - Kết nối mạch lực mạch điều khiển khảo sát tổng thể mạch Tuần - Hoàn thành làm bo mạch - Hoàn thành thuyết trình,giới thiệu nguyên lý ứng dụng mạch - Xin ý kiến GVHD tiến trình làm việc dẫn thêm Tuần - Hoàn thành sản phẩm bảo vệ đồ án PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Giới thiệu chung động điện chiều: Như ta biết máy phát điện chiều dùng làm máy phát điện động điện Động điện chiều thiết bị quay biến đổi điện thành Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ Động điện chiều sử dụng rộng rãi công nghiệp giao thông vận tải Động điện chiều gồm loại sau đây: - Động điện chiều kích từ song song - Động điện chiều kích từ nối tiếp - Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.2 Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều gồm có phần : Phần tĩnh (stator) phần động (rôtor) 1.2.1 Phần tĩnh (stator) Gồm phần sau: a Cực từ chính: Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện Cực từ gắn chặt vào vỏ nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện b Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều c Gơng từ: Dùng để làm mạch từ nối liền cực từ đồng thời làm vỏ máy d Các phận khác - Nắp máy - Cơ cấu chổi than 1.2.2 Phần quay (rotor) Gồm phận sau: a Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thông thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện hai đầu ép chặt lại Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng phần sinh s.đ.đ có dịng điện chạy qua Thường làm dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện trịn, máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện với rãnh lõi thép c Cổ góp: Cổ góp hay cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình nhạn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn Đi vành góp có cao lên để để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Các phận khác: - Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy: Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép Cacbon tốt 1.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều: b F® t n I + A a I c F B ®t d - Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U đặt vào chổi than A B dây quấn phần ứng có dịng điện Iư dẫn ab, cd có dịng điện nằm từ trường chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vịng vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ có phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Khi động quay dẫn cắt từ trường cảm ứng sức điện động Eư chiều s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động điện chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp: U= Eư+Rư.Iư Trong đó: Rư: điện trở phần ứng Iư: dịng điện phần ứng Eư: sức điện động Theo yêu cầu đề ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động điên chiều kích từ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập có dịng điện kích từ khơng phụ thuộc vào dịng điện phần ứng nghĩa từ thông động không phụ thuộc vào phụ tải mà phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ + U- I - E KT IKT + UKT - Hình2 : Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập 1.4 Phương trình đặc tính động điện kích từ độc lập Đặc tính quan hệ tốc độ quay mômen (M) động Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông ) động vận hành chế độ định mức với đặc tính tự nhiên (Mđm , wđm) Đặc tính nhân tạo động đặc tính ta thay đổi thơng số nguồn hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động Để đánh giá, so sánh đặc tính người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính tính sau M lớn (đặc tính cứng) tốc độ thay đổi M thay đổi nhỏ (đặc tính mềm) tốc độ giảm nhiều M tăng đặc tính tuyệt đối cứng 1.4.1.Sơ đồ nguyên lý: + - U- + E- CKT - URf RKT IKT CKT RKT Rf E- Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động điện chiều Khi nguồn điện chiều có cơng suất lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào nguồn chiều độc lập 1.4.1.Phương trình đặc tính cơ: Trường hợp Rf= 0: U= E + Iư.Rư (1) Trong đó; E= Ke n (2) Ke = p.n 60a : hệ số sức điện động động a: số mạch nhánh song song cuộn dây K= p.n : hệ số cấu tạo động 2a : tốc độ góc tính rad/s p: số đơi cực N: số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng Thế (2) vào (1) ta có: = Uu R u Iu K K (3) Hoặc: n= Uu R u Iu K e K e (4) Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(Iư) gọi phương trình đặc tính điện Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): mômen điện từ động Suy ra: n= Uu Ru M K e K e K phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Hoặc: = Uu Ru M = 0 K ( K ) đó: : tốc độ không tải lý tưởng : độ sụt tốc độ 1.4.3.Ảnh hưởng thông số tới tốc độ động cơ: Từ phương trình đặc tính cơ: = U u Ru R f M ta nhận thấy muốn thay đổi tốc độ K ( K ) ta thay đổi , Rf , U Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const): M ( K dm ) Độ cứng đặc tính cơ: = giảm Nếu Rf lớn tôcf độ động Ru R f giảm đồng thời dịng ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ Trường hợp thay đổi U< Uđm Tốc độ không tải U 0 K giảm độ cứng đặc tính ( K ) M = Ru const Khi thay đổi điện áp ta thu họ đường đặc tính song song Phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng khởi động Ảnh hưởng từ thông: Muốn thay đổi ta thay đổi dịng kích từ Ikt tốc độ không tải U dm tăng Độ K ( K ) M cứng đặc tính cơ: = giảm Ru 1.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập: 1.5.1 Khái niệm chung: 1.5.1.1 Định nghĩa: Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp nhân tạo để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ: Biến đổi thơng số phận khí tức biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động đến cấu máy sản suất Biến đổi tốc độ góc động điện Phương pháp làm giảm tính phức tạp cấu cải thiện đặc tính điều chỉnh Vì vậy, ta khảo sát điều chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai Ngoài cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với tự động thay đổi tốc độ phụ tải thay đổi động điện Ưu việt so với loại động khác Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều Khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dãy điều chỉnh tốc độ rộng 1.5.1.2 Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống truyền động điện ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện: a Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = nmax/nmin Trong đó: - nmax: Được giới hạn độ bền học - nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh c Độ cứng đặc tính điều chỉnh tốc độ: Độ cứng: = M/n Khi lớn tức M lớn n nhỏ nghĩa độ ổn định tốc độ lớn phụ tải thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt phương pháp mà giữ nguyên nâng cao độ cứng đường đặc tính Hay nói cách khác lớn tốt d Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau: = ni ni 1 Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, khơng có nhảy cấp hay cịn gọi điều chỉnh tốc độ vơ cấp : Hệ thống điều chỉnh có cấp e Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ: Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động cao tổn hao lượng Pphụ mức thấp f Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ: Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông thiết bị máy móc lắp ráp lẫn cho 1.5.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng: Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dịng điện, moment khơng thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ - Điện áp điều khiển chọn VR2 = 10kΩ - Khâu đồng pha chọn Rđồng pha = 1MΩ 4.1.2 Nguyên lí làm việc TCA 785: TCA 785 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: “ban đầu” điện áp đồng tạo điện áp cưa đồng bộ, so sánh tạo xung Nguồn ni qua chân 16 Tín hiệu đồng lấy qua chân số số Tín hiệu điều khiển đưa vào chân 11 Một nhận biết điện áp kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái chuyển tín hiệu đến phận đồng Bộ phận đồng điều khiển tụ C10; Tụ C10 nạp đến điện áp không đổi (quyết định R9) Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 tín hiệu đưa vào khâu logic Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, góc mở α thay đổi từ đến 180o Với nửa chu kì song xung dương xuất Q1, Q2 Độ rộng khoảng 30-80μs Độ rộng xung kéo dài đến 180o thơng qua tụ C12 Nếu chân 12 nối đất có xung khoảng α đến 180o Nguyên lí hoạt động khâu tạo xung điều khiển Thyristor: Điện áp lưới sau qua máy biến áp hạ xuống 12VAC đưa vào chân số chân số qua điện trở R Tín hiệu điều khiển Vdk đưa vào chân 11 so sánh với điện áp cưa tạo tụ C10 cho ta xung điều khiển thyristor có góc mở α tăng dần đầu chân 14 15 Khi xảy ngắn mạch chân 16 nhận tín hiệu cấm, chân 14 15 khơng cịn tín hiệu đầu 46 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ PHẦN V TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Mục đích ý nghĩa: Trong việc chọn thiết bị hệ thống truyền động điện có ý nghĩa quan trọng Mục đích để đảm bảo u cầu kỹ thuật hệ thống với vốn đầu tư tối thiểu Trong việc chọn cơng suất động có ý nghĩa quan trọng Nếu chọn công suất động lớn cơng suất u cầu làm tăng vốn đầu tư Động làm việc nên tải không sử dụng hết khả phát nhiệt dẫn đến làm giảm hiệu suất hệ thống, hệ số công suất thấp làm ảnh hưởng đến chất lượng điện Ngoài việc chọn thiết bị khác phải phản ánh chế độ làm việc đảm bảo kỹ kinh tế kỹ thuật, tận dụng hết khả làm việc thiết bị 5.2 Tính chọn mạch động lực: Các thông số động điện chiều sau: Uđm = 220 (V) Pđm = 300 (W) f= 50 (Hz) 2p= n1 = 1450(v/p) đm = 0,85 Các thơng số cịn lại động cơ: - Dòng điện phần ứng định mức động cơ: Iưđm = Pđm 300 = = 1,60(A) đm U đm 0,85.220 - Điện trở mạch phần ứng động cơ: Rư = 0,5.(1- đm ) U đm 220 = 0,5.(1- 0,85) = 10,3 ( ) 1,60 I đm - Điện cảm mạch phần ứng động cơ: Lư= 60.U đm 60.220 = 0,25 = 22,6 (mH) 2.3,14.1450 1,60 2 p.nđm I đm Trong đó: = 0,25 hệ số lấy cho động có cuộn bù 47 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT VÀ TĐĐ 5.2.1 Tính tốn chọn van động lực: a)Tính chọn thyristor Tính chọn Thyristor dựa yếu tố dòng tải, sơ đồ chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc Các thông số van tính đây: Điện áp ngược lớn mà Thyristor phải chịu là: Ungmax= Knvan U2= Knvan Ud 2 = 220 = 345,6 (V) 2 Trong đó: Ud: điện áp tải U2: điện áp thứ cấp máy biến áp Knvan= hệ số điện áp tải cầu chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn: Điện áp ngược van cần chọn là: Ungvan= KdtU Ungmax= 1,8 345,6= 622,008 (V) Trong đó: KdtU hệ số dự trữ điện áp Dòng điện làm việc hiệu dụng van: Id= Iđm= 1,6 (A) Ilv= Ihd = Khd Id= 1,6 = 1.13(A) Trong đó: Khd= hệ số dòng điện hiệu dụng cầu chỉnh lưu pha có điều khiển hồn tồn Dịng điện làm việc định mức van: Ilvđm= Ki Ilv= 1.13= 4.5(A) Trong đó: Ki= hệ số dự trữ dịng điện Thơng thường: Ilv= (10 30 )% Iđm (ở chọn Ilv=25% Iđm) Chọn Thyristor loại BT151 có thơng số sau : Ung max= 650V ; Iđm= 7,5A ; Ug = 1,5V : Ig max = 15mA Tx= 100µs ; Sx = 0,1 Ton = 2ms ; Toff = 70ms 48 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ b) Tính chọn diode cơng suất -Điện áp làm việc van: Ulv= Knv.U2 Với U2 = Ud / Ku Vì sơ đồ chỉnh lưu cầu pha: Knv = , Ku= 0,9 =>Ulv = 345,8(V) -Dòng điện làm việc van Ilv = Ihd = Khd.Id ; với Khd= 0,71 ;Id=1,6 A =>Ilv= 1.14A Trong đó: Ulv điện áp cực đại làm việc Ilv,Ihd dòng điện làm việc dòng điện hiệu dụng van Ku hệ số điện áp Khd hệ số dịng điện hiệu dụng => Thơng số cần có van động lực Unv= Kdtu.Ulv= 2.345,8=691,6V (chọn kdtu= 1,6 ÷2) Iđmv=Ki.Ilv=4.1,14= 4.56A (với Ki= 4) =>Chọn diode công suất 10A hãng PIC 5.2.2 Chọn máy biến áp (MBA) chỉnh lưu: Trong thiết bị chỉnh lưu người ta dung MBA để tạo điện áp thích hợp, tạo 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 công suất tính tốn cần thiết.Điện áp sơ cấp lấy theo điện áp lưới, sức điện động công suất tính tốn từ điện áp dịng điện chỉnh lưu Chọn MBA pha làm mát tự nhiên không khơng khí Điện áp sơ cấp MBA: U1= 220 (V) Thông số chỉnh lưu: U d = 220 (V), I d = 1.6 (A) Điện áp thứ cấp MBA là: 49 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT VÀ TĐĐ Phương trình cân điện áp có tải: U cos U d 2U V U dn U BA Trong đó: = 10 góc dự trữ có suy giảm điện áp lưới U V = 1,7 (V) sụt áp Thyristor: U dn = sụt áp dây nối U BA U r U X sụt áp điện trỏ điện kháng MBA Thông thường: U BA = (5 10)% U d Ta chọn: U BA = 6% U d = 6(V) Từ phương trình cân điện áp có tải ta có: Ud0 U d 2U V U dn U BA 220 2.1,7 = 232,94 (V) cos cos10 Công suất tối đa tải là: Pd max U d I d = 232,94.1,6= 372.704 (W) Công suất MBA nguồn cấp tính là: Sba k s Pmax = 1,23 372.704 = 458.4(VA) Trong đó: Sba : Cơng suất biểu kiến MBA k s = 1,23: hệ số công suất cầu chỉnh lưu pha điều khiển hoàn toàn Điện áp pha thứ cấp MBA là: U2 U d 232,94 = 258,73 (V) kU 2 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA là: I2= k2.Id= 1,2 1,6= 1,92 (A) (Với cầu chỉnh lưu pha điều khiển hồn tồn k2= 1,2) Dịng điện hiệu dụng sơ cấp MBA là: I1=KBA.I2=(258,73÷220).1,92=2.6(A) Chọn MBA có thông số sau: 50 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ 5.2.3 Thiết kế cuộn kháng san LD: Cuộn kháng lọc LD mắc nối tiếp vào mạch phần ứng động làm giảm dòng điện gián đoạn, làm giảm xung dòng điện chiều đồng thời cải thiện dòng điện chuyển mạch động điện chiều Với Uđm= 220 (V); Id= Iđm= 1,6(A); f= 50 (Hz) Giá trị mong muốn điện cảm lọc tính theo cơng thức sau: L= Ru mđm W1 k sb ) 1 Trong đó: Rư tổng trở mạch phần ứng ; Rư=22(Ω) mđm= 2: số lần đập mạch điện áp chỉnh lưu chu kỳ sơ đồ cầu chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn W1= f1: tần số góc điện áp xoay chiều ksb= k đm v 0,667 = = 9,5 k đm r 0,07 Trong đó: kđmv= 0,667: hệ số đập mạch vào kđmr= 0,07: hệ số đập mạch Suy ra: L= 0,33 (H) 5.3 Tính chọn thiết bị bảo vệ cho van: 5.3.1 Bảo vệ qua nhiệt độ cho van bán dẫn: Khi làm việc với dòng điện chạy qua van có sụt điện áp có tổn thất cơng suất P Tổn hao sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn làm việc nhiệt độ cho phép Tcp Nếu nhiệt độ cho phép van bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an tồn khơng bị chọc thủng nhiệt ta phải chọn thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý - Tổn hao công suất Thyristor là: P = Uv.Ilv = 1,5 1,40= 2.1(W) 51 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Diện tích bề mặt tỏa nhiệt là: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Sm = P K m Trong đó: P : tổn hao công suất van : 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: = Tlv - Tmt = 125 - 40 = 850C Km hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ chọn Km= (W/m2 oC) Sm = 3.08 10 3 (m2) 5.3.2 Bảo vệ dòng điện cho van: Các nguyên nhân gây dòng điện cho van: - Quá dòng dài hạn - Ngắn mạch đầu - Ngắn mạch thân van Hình:Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ 52 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT VÀ TĐĐ Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh (nhóm 1CC) để bảo vệ ngắn mạch thyristor Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC là: I1CC= 1,1.Ilv = 1,1.1,40 = 1,54 (A) Chọn cầu chảy nhóm 1CC loại (A) Dùng cầu chảy tác động nhanh (nhóm 2CC) để bảo vệ ngắn mạch đầu chỉnh lưu Dịng điện định mức dây chảy nhóm 2CC là: I2CC = 1,1.Id = 1,1.1,98 = 2,178 (A) Chọn cầu chảy nhóm 2CC loại (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 (A) 5.4 Tính tốn mạch điều khiển: Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu 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 ( A ) Mức độ sụt biên độ xung: Sx= 0,1 Độ đối xứng cho phép: = 40 Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: Unguồn= 12 (V) 5.4.1 Tính chọn biến áp xung: Chọn MBAX có cuộn dây sơ cấp thứ cấp, BAX điều khiển cho van bán dẫn Chọn vật liệu làm lõi sắt ferit Hm có: B 0,3T , H 30 A / m , khơng có khe hở khơng khí - Tỷ số biến áp xung chọn m= - Điện áp cuộn thứ cấp BAX : U2=1,5 (V) 53 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ - Điện áp đặt lên sơ cấp BAX : U1= m.Uđk= 2.1,5= (V) - Dòng điện thứ cấp BAX : I2= Iđk= 0,015 (A) - Dòng điện sơ cấp BAX: I1= I2 m = 0,0075(A) - Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: tb B 0,3 8.10 H 1,25.10 6 30 Với = 1,25.10 6 H/m độ từ thẩm khơng khí - Thể tích lõi thép cần có: V Q.l tb t x S x U I1 B B.Tx S x I U H B 8.10 3.1,25.10 6.100 10 6.0,1.0,0075 0,025(cm ) (0,3) Chọn mạch từ tích V= 0,05(cm ) có kích thước mạch từ a= mm; b= 3,5mm; Q= mm2 ;d= 7mm ;D= 11mm ; l = 0,7cm Số vòng dây quấn sơ cấp máy biến áp xung là: U W1 Q dB B W1 Q dt tx U t x 3.100 10 6 W1 144 (vòng) B.Q 0,3.7.10 6 Số vòng dây quấn thứ cấp: W2 W1 144 72 (vòng) m Tiết diện dây quấn thứ cấp: S1 I1 0,0075 0,00125 mm2 J1 Chọn mật độ dòng điện J1= (A/mm2) 54 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT VÀ TĐĐ Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 S1 4.0,00125 0,039 mm Chọn d1= 0,05 (mm) Tiết diện dây quấn thứ cấp: S I 0,015 0,00375 (mm2 ) J2 Chọn mật độ dịng điện J2= (A/mm2) Đường kính dây quấn thứ cấp: d 4S 4.0,0375 0,069 (mm) Chọn dây có đường kính: d2= 0,1(mm) 5.4.2 Tính chọn khâu khuếch đại dùng transitor mạch điều khiển Điện áp chân 14, 15 7v chọn dịng qua cực B 7mA Ta tính chọn điện trở RB=7÷0,007=1(kΩ) Chọn điện trở phân cực nối chân B E traito là: RBE=12,2(kΩ) 55 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ PHẦN SƠ ĐỒ, BẢN VẼ THIẾT KẾ MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 6.1.Sơ đồ khối ĐỘNG CƠ KHỐI NGUỒN VÀ ĐIỀU KHIỂN KHỐI ĐẢO CHIỀU KHỐI MẠCH LỰC 6.2.Thiết kế mạch a.sơ đồ nguyên lý: 56 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ 57 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ 58 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ Nguyên lý hoạt động mạch là: - IC TCA 785 (có tích hợp khâu dồng pha, so sánh, tạo xung, sửa xung ,khuyếch đại) tạo xung điều khiển đến kích mở cho Thyristor BT151 ( T! T2) - Chân 11 TCA chân nhận điện đáp điều khiển ( từ đến 11V) để thay dổi góc kích mở Thyristor từ đến 180 độ - Mạch lực ta dùng mạch cầu chỉnh lưu bán điều khiển Giả sử ta đạt điện áp diều khiển thay đổi từ đến 11V vào chân 11 IC TCA785, chân 14 15 IC TCA785 xuất chuỗi xung thay đổi từ đến 180 độ - Nguyên lí hoạt động mạc lực: + Giả sử bán kì ta có điện áp + đặt vào AC_IN2, diện áp âm AC_IN1 Lúc mạch điều khiển tạo xung (với góc anpha tuỳ vào điện áp điều khiển) tới kích mở T2 Dịng điện có chiều từ AC_IN2 qua cầu chì, qua D7, qua tải, qua T2 âm nguồn + Ở bán kì cịn lại AC_IN1 + AC_IN2 âm Lúc mạch điều khiển xuất xung tới kích mở T1 Dịng điện có chiều từ AC_IN1 qua qua D8, qua tải, qua T1, qua cầu chì AC_IN2 + Vậy dịng điện có chiều cố định từ DC_OUT2 DC_OUT1 điều chỉnh từ đến 220V DC Hướng mở rộng đề tài: Đề tài: Thiết kế chế tạo chỉnh lưu pha có điều khiển với tải R+L+E Là đề tài tương đối hấp dẫn, có ứng dụng vô thiết thực đời sống người Với độ linh hoạt xác cao, hệ thống mạch không phức tạp, giá thành hợp lý nên sử dụng rộng rãi xưởng thực hành, xí nghiệp, nhà máy, khu chế xuất….Với đề tài chúng em mở rộng nội dung nghiên cứu thêm khâu mạch điều khiển thay cho TCA 785.Nhưng trình độ cịn hạn chế nên chưa biến ước mơ thành thực Đôi làm việc cịn chưa khoa học,tìm linh kiện cịn chưa tối ưu…Nhưng nhìn chung mạch thiết kế có độ xác tính ổn định cao, chống nhiễu tốt… 59 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ TĐĐ LỜI KẾT Sau thời gian nghiên cứu đề tài giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Trung Thành chúng em hồn thành Đồ án mơn học điện tử cơng suất truyền động điện.Trong q trình làm đồ án chúng em rút nhiều kiến thức môn học cách thay đổi điện áp phần ứng động điện chiều ,biết phương pháp đảo chiều quay động Đồng thời,chúng em có kinh nghiệm,quy trình tác phong làm đồ án Tuy đồ án chúng em hoàn thành song cịn nhiều thiếu sót hạn chế mặt thời gian,kiến thức kinh nghiệm.Chúng em mong nhận đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn chỉnh Một lần nũa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn thầy cô khoa nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hồn thành tốt đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn! 60 ... SUẤT VÀ TĐĐ VREF Điện áp chuẩn R9 Điện áp tạo xung cưa 10 C10 Tụ tạo xung cưa 11 V 11 Điện áp điều khiển 12 C12 Tụ tạo độ rộng xung 13 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung rộng 14 Q1 Đầu 15 Q2... ) 0 ? ?1 2 3 ? ?1 ? ?1 2 3 3 I (L=0) d 2 3 3 2 3 3 2 3 3 ? ?1 2 ? ?1 2 D1 ? ?1 ? ?1 2 ) D1 3 0 I (L= d T1 2 3 ? ?1 3 T1 E Ld Rd Hình 17 : a- sơ đồ cực tính ? ?1 D2... = U2 Kết luận: Từ yêu cầu thực tiễn ta chọn mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển cực tính PHẦN IV LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN IC TCA 785 (có tích hợp khâu dồng pha, so sánh, tạo xung,