53448566-dvk2-bao-cao-dtcs-mach-kich-scr

5/11/2018 53448566-DVK2-Bao-Cao-DTCS-Mach-Kich-SCR - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/53448566-dvk2-bao-cao-dtcs-mach-kich-scr 1/19

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢIHỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

BÁO CÁOĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đề tài: Thiế t k ế và thi công mạch kích Thyristor chỉ nh lư u hình tia 1 pha

GVHD : thầy NGÔ HOÀNG TÙNGSinh viên thự c hiện (lớ p DVK2):

- Nguyễn Quang Thiện- Trang Quốc Khải- Võ Phi Sơ n- Nhữ Thanh Bình

TP.H ồ Chí Minh, 11/2010



Điện t ử công suấ t – M ạch kích thyristor

2

M ụ c l ụ cChươ ng I: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ THYRISTOR.............................................5

I. Cấu tạo - nguyên lý làm việc của Thyristor....................................................5 1.C ấ u t ạo: ...........................................................................................................5

2. Nguyên lý làm việc của thyristor:...................................................................5II. Đặc tuyến Volt - Ampere của Thyristor:.......................................................6 III. Các thông số chủ yếu của Thyristor. ............................................................7

1. Điện áp thuận cự c đại (Uth.max):..................................................................72. Điện áp ngượ c cự c đại (Ung max): ...............................................................73. Điện áp định mứ c (U đ m): ................................................................................84. Điện áp r ơ i trên Thyristor: ............................................................................85. Điện áp chuyể n tr ạng thái (Uch): .................................................................86. Dòng đ iện định mứ c (I đ m): ...........................................................................87. Điện áp và dòng đ iện đ iề u khiể n (U đ kmin, I đ kmin): ....................................88. Thờ i gian mở Thyristor (Ton): ......................................................................89. Thờ i gian khoá Thyristor (Toff ): .................................................................810. T ố c độ t ă ng đ iện áp thuận cho phép (du/ dt): .............................................811. T ố c độ t ă ng dòng thuận cho phép (di/ dt): ...................................................8

IV. Mở Thyristor: .................................................................................................9 1.Các biện pháp mở Thyristor:...........................................................................92. Khoá Thyristor: ..............................................................................................9

Chươ ng II: NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR.......................................10I. Nguyên tắc chung điều khiển thyristor :.......................................................10 II. Nguyên tắc điều khiển acrcoss : ...................................................................10

Chươ ng III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR .....11I. Một số yêu cầu đối vớ i mạch điều khiển:.....................................................11

1. Yêu cầu về độ lớ n đ iện áp và dòng đ iề u khiể n: ............................................112. Yêu cầu về độ r ộng xung đ iề u khiể n:............................................................113. Yêu cầu về độ d ố c sườ n tr ướ c của xung: ....................................................114. Yêu cầu về độ tin cậ y:...................................................................................115. Yêu cầu về lắ p ráp vận hành: .......................................................................11

II. Các khối mạch điều khiển Thyristor: ..........................................................11 1. Khố i nguồn: ..................................................................................................122. Khố i cách ly ngõ vào và ra: .........................................................................123. Khố i đồng bộ : ..............................................................................................125.Khố i t ạo d ạng xung: ......................................................................................13

III. Tính toán chọn MBA một pha:...................................................................13 1. Xác định tiế t diện thự c của lõi sắ t ( So): ......................................................132. Tính số vòng dây mỗ i volt : W ......................................................................143. Xác định số vòng dây của cuộn sơ cấ p và thứ cấ p MBA: W1, W2,W3 ........144. Tính chọn nguồn chỉ nh lư u DC cung cấ p cho mạch đ iề u khiể n Thyristor: .14

IV. Sơ đồ nguyên lý và tính toán linh kiện cho mạch điều khiển một phadùng Thyristor: ...................................................................................................15 1. Sơ đồ nguyên lý: ..........................................................................................15




3

2. Giải thích sơ đồ nguyên lý :..........................................................................153. Dạng đồ thị mô phỏng sơ đồ mạch bằ ng Proteus: .......................................164. Tiế n hành lắ p ráp mạch: ..............................................................................17

VI. Hướ ng phát triển của đề tài: .......................................................................18 VI. Hướ ng phát triển của đề tài: .......................................................................19

VII. Tài liệu tham khảo ......................................................................................19




4

Lờ i cả m ơ nĐề tài mạch kích thyristor là một đề tài khó, đòi hỏi nhiều sự tìm tòi và

nghiên cứu trong quá trình nhóm chúng em thực hiện. Bên cạnh đó, chúng em cũngxin chân thành cám ơ n thầy Ngô Hoàng Tùng đã hướ ng dẫn, tạo điều kiện cho

nhóm đượ c sử dụng phòng thí nghiệm để kiểm tra kết quả mạch kích.




5

N Ộ I DUNG

Chươ ng I: GIỚ I THIỆU SƠ LƯỢ C VỀ THYRISTOR

I. Cấu tạo - nguyên lý làm việc của Thyristor1.C ấ u tạ o:

Thyristor còn gọi là SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) là loại linh kiện 4lớ p P – N đặt xen kẽ nhau. Để tiện việc phân tích các lớ p bán dẫn này ngườ i ta đặtlà P1, N1, P2, N2, giữa các lớ p bán dẫn hình thành các chuyển tiếp lần lượ t từ trênxuống dướ i là J1, J2, J3.

Sơ đồ cấu trúc, ký hiệu, sơ đồ tươ ng đươ ng và cấu tạo của thyristor đượ ctrình bày H1

H.I.1a. H.I.1b H.I.1c H.I.1d

A : AnốtK : catốtG : Cực điều khiểnJ1, J3 : Mặt tiếp giáp phát điện tíchJ2 : Mặt tiếp giáp trung gianH.I.1a : Sơ đồ ký hiệu của SCRH.I.1b : Sơ đồ cấu trúc bốn lớ p của SCRH.I.1c : Sơ đồ mô tả cấu tạo của SCRH.I.1d : Sơ đồ tươ ng đươ ng của SCR

2. Nguyên lý làm việ c củ a thyristor:Có thể mô phỏng một Thyristor bằng hai transistor Q1, Q2 như H.I.1d.

Transistor Q1 ghép kiểu PNP, còn Q2 kiểu NPN.Gọi α1, α2 là hệ số truyền điện tích của Q1và Q2. Khi đặt điện áp U lên hai đầu A&K của Thyristor, các mặt tiếp giáp J1 & J3 chuyển dịch thuận, còn mặt tiếp giápJ2 chuyển dịch ngượ c ( J2 mặt tiếp giáp chung của Q1 & Q2). Do đó dòng chảy quaJ2 là IJ2

IJ2 = α 1.Ie1 + α 2.Ie2 + Io.

Io : Là dòng điện rò qua J2Nhưng vì Q1 & Q2 ghép thành một tổng thể ta có:

Ie1 = Ie2 = IJ2 = I.

Do đó IJ2 = I = α1 I + α2 I + Io




6

Suy ra => I = Io / [1-( α1 + α2 )] (1)Do J2 chuyển dịch ngượ c nên hạn chế dòng chảy qua nó, dẫn đến α1, α2

cùng điều có giá trị nhỏ, I ≈ Io, cả hai transistor ở trạng thái ngắt.Từ biểu thức (1) ta thấy rằng dòng điện chảy qua Thyristor phụ thuộc vào hệ số truyền điện tích α1 & α2. Mối quan hệ giữa α và dòng emiter đượ c trình bày ở

H.I.2. Như vậy khi α1 + α2 tăng dần đến 1 thì I tăng rất nhanh. Theo sơ đồ tươ ngđươ ng của SCR H.I.1d ta có thể giải thích như sau:

Dòng IC1 chảy vào cực B của Q2 làm choQ2 dẫn và IC2 tăng, tức IB1 cũng tăng (IC2 = IB1)khiến Q1 dẫn mạnh IC1 tăng và cứ tiếp diễn như thế. Hiện tượ ng này gọi là hồi tiếp dươ ng về dòng,tạo điều kiện làm tăng trưở ng nhanh dòng điện chảyqua Thyristor.

Dòng Ie1 tăng làm cho α1 tăng (H.I.2), còntăng Ie2 làm cho α2 tăng. Cuối cùng thưc hiện đượ cđiều kiện (α1 + α2) 1, cả hai transistor chuyểnsang trạng thái mở , lúc này nội trở giữa A và K của

SCR rất nhỏ.Vậy muốn làm cho Q1, Q2 từ trạng thái ngắt chuyển sang trạng thái bão hoà

(hay muốn mở Thyristor) chỉ cần làm tăng IB2. Để làm đượ c việc này ngườ i tathườ ng cho một dòng điều khiển Iđk chảy vào cực cổng của Thyristor, đúng theochiều IB2 trên H.I.1d.

II. Đặc tuyến Volt - Ampere của Thyristor:

H.I.3

H.I.3 Đặc tuyến Volt - Ampere của ThyristorIth max : Giá trị cực đại dòng thuậnUth : Điện áp thuận

αααα

1

Ie

0H.I.2




7

Ung : Điện áp ngượ cUdt : Điện áp đánh thủngIng : Dòng ngượ c.Io : Dòng rò qua ThyristorIdt : Dòng duy trì.

∆u : Điện áp rơ i trên Thyristor

Để giải thích đượ c ý ngh ĩ a vật lý của đườ ng đặc tuyến Volt - AmpereThyristor, ngườ i ta chia ra làm bốn đoạn đánh số la mã như H.I. 3b:

- Đoạn (I) ứng vớ i trạng thái ngắt của Thyristor. Trong đoạn này (α1+α2)<1,có dòng rò qua Thyristor I ≈ Io, việc tăng giá trị U ít có ảnh hưở ng đến giá trị dòngI. Khi U tăng đến giá trị Uch (điện áp chuyển mạch) thì bắt dầu quá trình tăngtrưở ng nhanh chóng của dòng điện,Thyristor chuyển sang trang thái mở .

- Đoạn (II) ứng vớ i giai đoạn chuyển dịch thuận của mặt tiếp giáp J2 (Q1, Q2chuyển sang trạng thái bão hoà). Ở giai đoạn này, mỗi một lượ ng tăng nhỏ dòng

điện ứng vớ i một lượ ng giảm lớ n của điện áp. Đoạn này đượ c gọi là đoạn điện trở âm.

- Đoạn (III) ứng vớ i trạng thái mở của Thyristor. Trong đoạn này cả 3 mặttiếp giáp J1, J2, J3 điều đã chuyển dịch thuận, một giá trị điện áp nhỏ có thể tạo ramột dòng điện lớ n. Lúc này dòng điện thuận chỉ còn bị hạn chế bở i điện trở mạchngoài, điện áp rơ i trên Thyristor rất nhỏ. Thyristor đượ c giữ ở trạng thái mở chừngnào dòng Ith còn lớ n hơ n dòng duy trì Idt.

- Đoạn (IV) ứng vớ i trạng thái của Thyristor khi ta đặt một điện áp ngượ c lênnó (cực dươ ng lên catốt, cực âm lên Anod). Lúc này J1, J3 chuyển dịch ngượ c, cònJ2 chuyển dịch thuận, vì khả năng khoá của J3 rất yếu nên nhánh ngượ c của đặc

tính Volt-Ampere chủ yếu đượ c quyết định bằng khả năng khoá của mặt tiếp giápJ1, do đó có dạng nhámh ngượ c của đặc tính diod thườ ng. Dòng điện Ing có giá trị rất nhỏ Ing ≈ Io. Khi tăng Ung đến giá trị Uđt (điện áp đánh thủng) thì J1 bị chọcthủng và Thyristor bị phá hỏng. Vì vậy để tránh hư hỏng cho Thyristor ta không nênđặt điện áp ngượ c có giá trị gần bằng Uđt lên Thyristor.

Nếu cho những giá trị khác nhau của dòng điều khiển Iđk thì sẽ nhận đượ cmột họ đườ ng đặc tính Volt-Ampere của Thyristor (H.I.4). Đoạn (I) của đườ ng đặctính Volt-Ampere sẽ bị rút ngắn lại và điện áp Uch cũng nhỏ đi nếu tăng dần giá trị Uđk. Khi dòng điều khiển tươ ng đối lớ n Iđk3 (H.I.4) thì đườ ng đặc tính đượ c nắngần như thẳng giống như nhánh thuận của đặc tính Diod, có thể nói vớ i giá trị củaIđk như thế (α1 + α2) và mặt tiếp giáp J2 chuyển dịch thuận nhanh chóng.

III. Các thông số chủ yếu của Thyristor.1. Điệ n áp thuậ n cự c đại (Uth.max):

Là giá trị điện áp lớ n nhất có thể đặt lên Thyristor theo chiều thuận màThyristor vẫn ở trạng thái mở . Nếu vượ t quá giá trị này có thể làm hỏng Thyristor.

2. Điệ n áp ngượ c cự c đại (Ung max):Là điện áp lớ n nhất có thể dặt lên Thyristor theo chiều ngượ c mà Thyristorvẫn không hỏng. Dướ i tác động của điện áp này, dòng điện ngượ c có giá trị Ing =




8

(10 - 20)mmA. Khi điện áp ngượ c đặt lên Thyristor lưu ý phải giảm dòng điềukhiển (H. I. 5)

Ung Ung.max

(10-20)mAIđk=0

Iđk1=100mAIđk2=1A Ing

Iđk < Iđk1 < Iđk2

H.I.5

3. Điệ n áp đị nh mứ c (U đ m ):

Là giá trị điện áp cho phép đặc lên trên Thyristor theo chiều thuận và ngượ c.Thông thườ ng U đm = 2/3 Uth max

4. Điệ n áp rơ i trên Thyristor:Là giá trị điện áp trên Thyristor khi Thyristor đang ở trạng thái mở .

5. Điệ n áp chuyể n trạ ng thái (Uch):Ở giá trị điện áp này, không cần có Iđk, Thyristor cũng chuyển sang trạng

thái mở .

6. Dòng đ iệ n đị nh mứ c (I đ m):Là dòng điện có giá trị trung bình lớ n nhất đượ c phép chảy qua Thyristor.

7. Điệ n áp và dòng đ iệ n đ iề u khiể n (U đ kmin, I đ kmin):Là giá trị nhỏ nhất của điện áp điều khiển đặt vào G - K và dòng điện điều

khiển đảm bảo mở đượ c Thyristor.

8. Thờ i gian mở Thyristor (Ton):Là khoảng thờ i gian tính từ sườ n trướ c xung điều khiển đến thờ i điểm dòng

điện tăng đến 0,9 Iđm.

9. Thờ i gian khoá Thyristor (Toff ):Là khoảng thờ i gian tính từ thờ i điểm I = 0 đến thờ i điểm lại xuất hiện điện

áp thuận trên Anod mà Thyristor không chuyển sang trạng thái mở .

10. T ố c độ tă ng đ iệ n áp thuậ n cho phép (du/ dt):Là giá trị lớ n nhất của tốc độ tăng áp trên Anod mà Thyristor không chuyển

từ trạng thái khoá sang trạng thái mở .

11. T ố c độ tă ng dòng thuậ n cho phép (di/ dt):

Là giá trị lớ n nhất của tốc độ tăng dòng trong quá trình mở Thyristor.




9

IV. Mở Thyristor:1.Các biệ n pháp mở Thyristor:

a) Nhiệt độ:

Nếu nhiệt độ Thyristor tăng cao, số lượ ng điện tử tự do sẽ tăng lên, dẫn đếndòng điện rò Io tăng lên. Sự tăng dòng này làm cho hệ số truyền điện tích α1, α2

tăng và Thyristor đượ c mở . Mở Thyristor bằng phươ ng pháp này không điều khiểnđượ c sự chạy hỗn loạn của dòng nhiệt nên thườ ng đượ c loại bỏ.

b) Điện thế cao:

Nếu phân cực Thyristor bằng một điện thế lớ n hơ n điện áp đánh thủng Uđt thìThyristor mở . Tuy nhiên phươ ng pháp này sẽ làm cho Thyristor bị hỏng nên khôngđượ c áp dụng.

c) T ố c độ t ă ng đ iện áp (du/dt):

Nếu tốc độ tăng điện áp thuận đặt lên Anod và Catot thì dòng điện tích của tụ điện

tiếp giáp có khả năng mở Thyristor. Tuy nhiên dòng điện tích lớ n này có thể pháhỏng Thyristor và các thiết bị bảo vệ. Thông thườ ng tốc độ tăng điện áp du/dt thì donhà sản xuất qui định.

d) Dòng đ iề u khiể n cự c G

Khi Thyristor đã phân cực thuận ta đưa dòng điều khiển dươ ng đặt vào hai cực G &K thì Thyristor dẫn, dòng IG càng tăng thì Uđt càng giảm.

2. Khoá Thyristor:Khoá Thyristor tức là trả nó về trạng thái ban đầu trướ c khi mở vớ i đầy đủ

các tính chất có thể điều khiển đượ c nó. Có hai phuơ ng pháp khoá Thyristor :- Giảm dòng điện thuận hoặc cắt nguồn cung cấp.- Đặt điện áp ngượ c lên Thyristor.

Quá trình khoá Thyristor:

Khi đặt điện áp ngượ c lên Thyristor (H.I.7a ) tiếp giáp J1, J3 chuyển dịchngượ c, còn J2 chuyển dịch thuận. Do tác dụng của điện trườ ng ngoài, các lỗ trốngtrong lớ p P2 chạy qua J3 về Catot và trong lớ p N1 lổ trống chạy qua J1 về Anod tạonên dòng điện ngượ c chạy qua tải, giai đoạn này từ to -t1 ( H.I.7b ). Khi các lỗ trốngbị tiêu tán hết thì J1 & J3 (chủ yếu J1) ngăn cản không cho điện tích tiếp tục chảy

qua, dòng ngượ c bắt đầu giảm xuống, từ t1 - t2 gọi là thờ i gian khoá Thyristor.Thờ i gian khoá này thườ ng dài gấp 8 - 10 lần thờ i gian mở .

P1J1 N1 J2P2 J3 N2 IthA

Ip In Ktm

_ +U R t0 t1 t2 t

H.I.7a H.I.7b




10

Chươ ng II: NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR

I. Nguyên tắc chung điều khiển thyristor :- thyristor chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dươ ng đặt lên đầu

anot (UAK > 0) và điện áp dươ ng đặt lên cực điều khiển (G) tức là UGk >0 .

Sau khi thyristor đã mở thì xung điều khiển (xung dươ ng) không còn tác dụng ,dòng điện chảy qua thyristor do các thông số của mạch động lực quyết định

- thyristor chỉ tắt khi : UAK < 0 hoặc UG <0

II. Nguyên tắc điều khiển acrcoss :

Hình 2 ta sử dụng phươ ng pháp điều khiển thẳng đứng để thực hiện điềuchỉnh vị trí đặt xung trong nửa chu kỳ điện áp dươ ng đặt lên thyristor. Theo nguyêntắc này thì ở khâu so sánh phải có hai điện áp vào: điện áp đồng bộ COS đượ c tạo raở khâu đồng bộ khi ta cho điện áp sin vào ( điện áp sin này phải cùng pha vớ i điệnáp đặt lên hai đầu thyristor), điện áp điều khiển Uđk là điện áp một chiều có thể biến đổi đượ c.

Điề u khiể n góc kích trên nguyên t ắ c sau :

Điện áp đưa vào khâu đồng bộ là : Um sin( wt ) sau khi ra khỏi khâu đồng bộ thì điện áp thu đượ c là Uđb = Um cos (wt ).Đem điện áp đồng bộ này so sánh vớ i điện áp điều khiển Uđk ta đượ c thờ i điểmkích mở cho thyristor chính là thờ i điểm mà Uđb = UđkKhi dó α = arccoss ( Uđk / Um )Vớ i Uđk = Um thì α = 0Vớ i Uđk = 0 thì α = 90oVớ i Uđk = -Um thì α = 1800

α

UAK

Uñk

Uñb

Hình 2. Nguyên t ắ c đ iề u khiể n arccoss




11

Chươ ng III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂNTHYRISTOR

I. Một số yêu cầu đối vớ i mạch điều khiển:1. Yêu cầu về độ l ớ n đ iệ n áp và dòng đ iề u khiể n:

Giá trị lớ n nhất không vượ t quá trị số cho phép ở sổ tay tra cứu. Giá trị nhỏ nhất phải đảm bảo mở đượ c Thyristor cùng loại ở mọi điều kiện làm việc. Tổn haocông suất trung bình trên cực khiển phải nhỏ hơ n giá trị cho phép.

2. Yêu cầu về độ rộ ng xung đ iề u khiể n:Dựa vào đặc tính Volt - Ampere của Thyristor ta thấy thờ i gian tồn tại xung

điều khiển phải đảm bảo cho dòng qua Thyristor tăng từ 0 đến Ithmax. Thôngthườ ng độ rộng xung điều khiển không nhỏ hơ n 5Ms. Nếu tăng độ rộng xung điềukhiển sẽ cho phép giảm nhỏ biên độ xung điều khiển.

3. Yêu cầu về độ d ố c sườ n trướ c củ a xung:Độ dốc sườ n trướ c của xung càng cao thì việc mở Thyristor càng tốt và độ

nóng cục bộ của Thyristor càng giảm, mà đặc biệt là trong mạch có nhiều Thyristormắc nối tiếp hoặc song song. Thông thườ ng yêu cầu độ dốc sườ n trướ c của dãyxung điều khiển là : diđk /dt >= 0.1 (A/Ms)

4. Yêu cầu về độ tin cậ y:Mạch điều khiển phải đảm bảo làm việc tin cậy trong mọi hoàn cảnh như:

nhiệt độ, nguồn tín hiệu nhiễu tăng v.v… Do đó yêu cầu:Điện trở ra của kênh điều khiển phải nhỏ để Thyristor không tự mở khi dòng ròtăng. Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn,nhiễu … Cần khử đượ c nhiễu cảm ứng (ở các khâu so sánh, khối cách ly ngõ ra ) để tránh mở nhầm.

5. Yêu cầu về l ắ p ráp vậ n hành:Thiết bị dễ thay thế, dễ lắp ráp và điều chỉnh. Các khối trong mạch có khả

năng làm việc độc lập.

II. Các khối mạch điều khiển Thyristor:Ta có sơ đồ khố i như sau:




12

+ 12V

- 12V

V0

Uñb

Uñk

1. Khố i nguồ n:ó nhiệm vụ cung cấp nguồn năng lượ ng cho khối cách ly ngõ ra lấy từ lướ i

điện xoay chiều có tần số f = 50 Hz.

2. Khố i cách ly ngõ vào và ra:

Hai khối này làm nhiệm vụ cách ly mạch điều khiển Thyristor vớ i phần côngsuất của mạch chỉnh lưu không dòng từ phần công suất chảy vào phần điều khiểnhay ngượ c lại. Các khối này thườ ng đượ c sử dụng MBA để cách ly.

3. Khố i đồ ng bộ : Đồng bộ Cosin:

Điện áp đưa vào mạch tích phân, làm cho dạng sóng lệch đi một góc 90o vàlấy điện áp này so sánh vớ i điện áp điều khiển. Ta có sơ đồ dồng bộ Cosin H.IV.1avà đồ thị điện áp H.IV.1b

H.IV.1a

H.IV.1bTạo đồng bộ Cosin trong khoảng từ 0 đến 180o,Uđk và Uđb đơ n trị (chỉ cắt mộtđiểm). Yêu cầu ứng vớ i mỗi giá trị của t thì có một giá trị của U.Khối so sánh:

-

+

U1A

OP-11

3

21

4

1 1




13

Ta sử dụng đặc tính của O-P để thực hiện so sánh của điện áp đầu vào cổng V+ vàV-, so sánh giữa điện áp đồng bộ (coss) vớ i điện áp điều khiển Uđk. Khi Uđb=Uđk thì O-P sẽ phát ra một xung vuông để kích cho thyristor

5.Khố i tạ o d ạ ng xung:

Có nhiệm vụ sửa dạng xung đầu ra của bộ so sánh sao cho có độ rộng vàbiên độ thích hợ p vớ i Thyristor cần kích. Có thể chọn dòng kích lớ n, điện áp kíchnhỏ hoặc ngượ c lại nhưng phải đảm bảo công suất tiêu tán nhỏ hơ n công suất chophép. Độ rộng xung đượ c quyết định bở i thờ i gian dòng qua Thyristor đạt đến giátrị dòng cài (tra trong sổ tay nghiên cưú ứng vớ i loại Thyristor sử dụng ).

Trong thực tế mạch tạo xung thườ ng sử dụng mạch vi phân tín hiệu xungvuông từ bộ so sánh đượ c đưa qua bộ vi phân R-C biến đổi thành các gai vi phân cóđộ rộng cần thiết. Sau đó qua diod chặn thành phần gai âm. Ta có mạch tạo xungH.IV.4a và giản đồ xung H.IV.4b

H.IV.4a H.IV.4b

Gọi tx là độ rộng xung : tx = ι = C ( R1 // R2 )Chọn C = 0.47 - 0.1 MFChọn R1 và R2 sẽ đượ c độ rộng xung tx thích hợ p.

III. Tính toán chọn MBA một pha:

1. Xác đị nh tiế t diệ n thự c củ a lõi sắ t ( So):So = ( 0.9 ÷ 0.93 ) S (mm2)Vớ i S = a* b, chọn a = 3mm, b = 5mmSuy ra S = 5*3 = 15 mm2Vậy So = 0.9 * 15 = 13.5 ( mm2)Công suất dự tính Pdt đối vớ i kích thướ c mạch từ SoPdt = U2 . I2Chọn U1 = 220 V, f = 50 HzU2 = 12 V, I2 = 1AVậy Pdt = 12 *1 = 12 (VA )




14

2. Tính số vòng dây mỗ i volt : W

B 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5K 64 56 50 45 41 37.5 34.5 32.4 30Chọn B = 0.7 (Tesla), suy ra K = 64

Vậy W = 64/13.5 = 4.7 vòng /VoltChọn W = 5 vòng/ Volt.

3. Xác đị nh số vòng dây củ a cuộ n sơ cấ p và thứ cấ p MBA: W1, W2,W3- Số vòng dây cuộn sơ cấp

W1 = W* U1 = 5*220 =1100 vòng- Số vòng dây cuộn thứ cấp

W3 = W2 = W (U2 + ∆u2)/ 2

∆u2 là độ dự trù điện áp tra theo bảng sau:

P(VA ) 100 200 300 500 750 1000 1200 1500 >1500J(A/mm2) 4.5 4 3.9 3 2.5 2.5 2.5 2,5 2Chọn ∆u2 = 4.5% ( lựa chọn đồ trù điện lớ n nhất có thể )Vậy W3=W2 = 5 * (12 + 4.5%) / 2= 32 vòng.

Xác định tiết diện dây quấn:Tiết diện dây quấn sơ cấp:

)(2

1

21 mm

u

PS

J η

=

Chọn hiệu suất MBA: η = 0.85 ÷ 0.9

Mật độ dòng J chọn theo bản dướ i đây:P ( VA ) 0 ÷ 50 50 ÷ 100 100 ÷ 200 200 ÷ 250 500÷ 1000J ( A /mm2) 4 3.5 3 2.5 2Chọn J = 4 (A / mm2)Vậy S1 = 12 / (0.9*220*4) = 0.015mm2 ≅ 0.02 (mm2)+ Tiết diện dây quấn thứ cấp:

S2 = I2/J = 1/4 = 0.25 ( mm2)+ Đườ ng kính dây sơ cấp:

mmSd 16.002.013.1113.11

===

+ Đườ ng kính dây thứ cấp:

25.013.1213.12

== Sd

4. Tính chọ n nguồ n chỉ nh l ư u DC cung cấ p cho mạ ch đ iề u khiể n Thyristor:

Sử dụng bộ nguồn một chiều + 12 2 v và – 12 2 v để cung cấp cho Uđk




15

IV. Sơ đồ nguyên lý và tính toán linh kiện cho mạch điều khiển một pha dùngThyristor:1. Sơ đồ nguyên lý:

Chinh luu

V5VSINE

TR2

TRAN-2P3S

U9EC113C

U10EC113C

3

2

6

7

4 1 5

U11

UA741

3

2

6

7

4 1 5

U12

UA741

+12V

-12V

+12V

-12V0.01uF

R1

330K

C2

0.01uF

R2

330K

3

2

6

7

4 1 5

U1

UA741

3

2

6

7

4 1 5

U2

UA741

RV110k

R3

100

R4

100

D1

DIODE

D2

DIODE

TR2(S1)

Chinh luu

U11(OP)

U12(OP)

D1(A)

D2(A)

TR2(S3)

U9(G)

U10(G)

U10(A)

C3

0.1uF

R74.7k

R94.7k

L1

3V

D4

DIODE

C4

0.1uF

R54.7k

R64.7k

D3

DIODE

D5DIODE

2. Giải thích sơ đồ nguyên lý :Sơ đồ nguyên lý mạch kích thyristor trong chỉnh lưu hình tia 1 pha.

Do chỉnh lưu hình tia một pha nên ta phải dùng máy biến áp có điểm giữaTrong sơ đồ trên, để điều khiển góc kích cho hai nửa bán kì âm và dươ ng thì ta sẽ làm hai phần đối xứng nhau ( khối điều khiển góc kích cho pha dươ ng giống phaâm )

M ỗ i phần gồm 3 khố i chính:

- khối tạo xung đồng bộ gồm : R1 ,C1,U11 ( o-p 471), khối này làm nhiệmvụ là tạo xung đồng bộ từ nguồn áp xoay chiều đưa vào UAK=Um sin (wt). đầu raV0= UmCos (wt). Phân tích khối này như sau :

V0= -∫ dt Vi

C R*

1*11

= - ω *1*11C R Cos(wt)

vậy nếu R1 * C1* w = 1 thì :Vi = UmSin(wt) -> V0= UmCos(wt)

Suy ra ta chọn R1 = 330k, C1= 0.01 uF, w = 50 Hz




16

- Khối so sánh : gồm U1, R3, ngõ vào V- là xung đồng bộ Cos, ngõ vào V+là điện áp điều khiển 1 chiều. Chức năng của khối này là so sánh giữa xung đồng bộ và điện áp điều khiển để xác định thờ i điểm tạo xung mở thyristor.Điện trở R3 là điện trở hạn dòng điều khiển – thông thườ ng ta chọn 100 Ω

- Khối tạo dạng xung: gồm C3, D4, D7, R7, R9 . Nhiệm vụ của khối này làtạo ra các gai kích mở vào cổng G của Thyristor. Tùy nhà sản xuất mà các thyristorcó độ rộng xung điều khiển trong một khoảng nhất định. Áp điều khiển thườ ng từ 2v -10v, độ rộng xung điều khiển thườ ng là τ = 20 – 100 usĐộ rộng xung điều khiển xác định như sau:

dt di

I dt =τ

Trong đo: - Idt là dòng duy trì của thyristor

- di/dt tốc độ tăng trưở ng của dòng tải

dựa vào khối này ta có độ rông xung τ =( R7// R9) .C3Ta chon R7 = R9 = 4,7 k ; C3 = 0,1 uFDiode D4 để cắt phần gai âm của xung kích trướ c khi ta đưa xung kích vào

thyristor, chọn điode có Imax > = 1A và điện áp đánh thủng lớ n hơ n hoặc bàwng12v chọn điode có Imax=1A, Udt = 24v.Tươ ng tự ta tính toán cho phần bán kỳ âm

3. Dạ ng đồ th ị mô phỏ ng sơ đồ mạ ch bằ ng Proteus:

Xung kích ở bán k ỳ d ươ ng




17

Xung kích ở bán k ỳ âm

Dạng đ iện áp chỉ nh lư u hai nử a chu k ỳ hình tia

4. Tiế n hành l ắ p ráp mạ ch:Sau khi thực hiện công tác cho mạch chạy thử trên Testboard, chuNn bị linh

kiện và mạch in, công tác lắp ráp đượ c tiến hành như sau:- Thiết kế nguyên lý và chạy Layout bằng Orcad.- In và ngâm mạch.- Khoan đặt linh kiện lên mạch và hàn chân.- Dùng Ohm kế kiểm tra các đườ ng nối trên mạch in.- Thử mạch và kiểm tra các sai sót trong quá trình làm mạch.




18

- Mạch hoàn chỉnh:




19

VI. Hướ ng phát triển của đề tài:- Nghiên cứu và thiết kế mạch kích 3 pha sử dụng đồng bộ răng cưa.- Thay khối đồng bộ COS và tạo xung bằng vi điều khiển PIC 16F

VII. Tài liệu tham khảo

- Điện tử công suất – Nguyễn Bính- Đồ án tốt nghiệp của SV đại học kỹ thuật công nghệ TP. HCM- Internet.

53448566-dvk2-bao-cao-dtcs-mach-kich-scr

Documents