thiet ke dieu khien nhie t do lo dien tro 3 pha2 3508

Đồ án môn học điện tử công suất Thiết kế bộ điều chỉnh nhiệt độ lò điện trở 3 pha

- 1 -

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, lò điện trở 3 pha đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các

ngành công nghiệp như: Ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm;

ngành công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng; ngành công nghiệp luyện kim;

ngành cơ khí …vv. Nhưng phát triển mạnh nhất là trong ngành công nghiệp

chế biến thực phẩm, bởi vì nó tạo ra được các sản phẩm có ích cho con người,

cho xã hội và góp phần đáng kể cho nguồn hàng xuất khẩu của đất nước. Tuy

lò điện trở có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ sửa chữa, dễ sử dụng mà lại làm

việc tin cậy song nó cũng có những hạn chế nhất định như là phải khống chế

được nhiệt độ của lò điện trở nhất là các lò có công suất lớn tới vài chục, vài

trăm kilowat thì việc thiết kế thiết bị khống chế nhiệt độ theo yêu cầu rất

phức tạp và cồng kềnh, giá cả rất đắt. Song ngày nay, với trình độ tiến bộ

khoa học kỹ thuật người ta đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được các loại lò

điện trở lớn nhỏ với công suất khác nhau, hiệu suất làm việc cao và đáp ứng

được yêu cầu công nghệ của các ngành công nghiệp. Tuỳ theo yêu cầu công

nghệ của từng ngành sản xuất mà lò điện trở có những tính năng, tác dụng của

yêu cầu của người sử dụng. Chính vì những yêu cầu đó đòi hỏi lò điện trở

phải có những tính năng điều chỉnh được nhiệt độ thích hợp với yêu cầu sản

xuất và sử dụng được tối đa hiệu suất của lò mà không làm hư hỏng lò hoặc

nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở.

Nhìn chung khi điều chỉnh nhiệt độ của lò điện trở cần tuân thủ các yêu

cầu cơ bản dưới đây:

- Điện áp cấp cho lò ấn định

- Tổn hao nhiệt nhỏ.

- Hiệu suất làm việc cao

- Làm việc an toàn, dễ sử dụng, dễ điều khiển

- Đạt được yêu cầu công nghệ


- 2 -

- Thiết bị sử dụng đơn giản, gọn nhẹ, chắc chắn, rẻ tiền.

- Dễ sửa chữa, thay thế.

Tuy nhiên để thiết kế và chế tạo được lò điện trở với đầy đủ yêu cầu

trên sẽ không rẻ tiền. Vì vậy ta phải căn cứ vào yêu cầu của từng ngành sản

xuất để chọn công suất lò và thiết kế bộ điều chinhr nhiệt độ của lò điện trở

thích hợp.

Đồ

I.1

ba G n

I.2

mộ

1. G

nhichovàolêntảntoảmá

ồ án môn họ

. THYRIST

Thyristiếp giáp p

như được b

. CÁC THÔ

Các thột thyristor

Giá trị dò

Đây làiệt độ của o phép. Troo các điều n các bộ tản được làmả ra nhanh át như sau:

- Làm

ọc điện tử côn

PH

TOR – NG

tor là phầnp-n J1, J2, Jbiểu diễn t

ÔNG SỐ C

hông số cơ r cho một ứ

ng trung b

à giá trị dòncấu trúc tinong thực tkiện làm mn nhiệt tiê

m mát cưỡnhơn. Nói c

mát tự nhi

ng suất

C

HƯƠNG Á

GUYÊN LÝ

n tử bán dẫJ3. Thyristotrên hình 1

CƠ BẢN C

bản là nhứng dụng c

bình cho p

ng trung bình thể bánế dòng điệmát và nhiu chuẩn và

ng bức nhờchung có th

iên: Dòng s

Thiết kế

CHƯƠNG

ÁN CHỌN

Ý CẤU TẠO

ẫn cấu tạoor có ba cự

CỦA THYR

hững thôngcụ thể nào đ

phép chạy

ình cho phn dẫn của thện cho phépiệt độ môi à làm mát ờ quạt gióhể lựa chọn

sử dụng ch

ếbộ điều chỉn

G 1

N MẠCH L

O VÀ HOẠ

từ bốn lớpực: anot A

RISTOR

g số dựa vàđó.

qua thyri

hép chạy quhyristor khp chạy quatrường. Thtự nhiên. Nhoặc dùngn dòng điệ

ho phép đế

ỉnh nhiệt độ

LỰC

ẠT ĐỘNG

p bán dẫn , catot K, c

ào đó ta có

istor, IVtrb

ua thyristorhông vượt qa thyristor hyristor cóNgoài ra th

g nước để tện theo các

ến 1/3 dòng

lò điện trở 3

G.

p-n-p-n tạcực điều k

ó thể lựa c

r với điều quá một gicòn phụ th

ó thể được hyristor cótải nhiệt lưc điều kiện

g IVtrb

3 pha

ạo ra khiển

chọn

kiện iá trị huộc gắn

ó thể ượng

làm

Đồ

2. Đ

cáccattrữ1,5

3. T

thyđiệcủalậpbằn

4. T

khinó lớn

ồ án môn họ

- Làm

- Làm

Điện áp ng

Đây làc ứng dụngtot UAK luôữ nhất định5 lần giá trị

Thời gian

Đây làyristor sau ện áp UAK a thyristor p, trong đóng 1,5 – 2

Tốc độ tăn

Thyrisi được phâmới cho p

n điện áp rơ


mát cưỡng

mát cưỡng

gược cho p

à giá trị điệg phải đảmôn nhỏ hơn

h về điện áị biên độ lớ

phục hồi

à thời gian khi dòng dương mànhất là tro

ó phải luônlần tr.

ng điện áp

tor được sửân cực thuậphép dòng ơi trên lớp

ng suất

g bức bằng

g bức bằng

phép lớn n

ện áp ngượm bảo rằng n hoặc bằn

áp, nghĩa làớn nhất của

tính chất

tối thiểu panot – cat

à thyristor ong các bộ

n đảm bảo

p cho phép

ử dụng nhưận (UAK > điện chạy tiếp giáp J

Thiết kế

g quạt gió:

g nước: Có

nhất, Ungm

ợc lớn nhấttại bất kỳ

ng Ungmax. à Ungmax pha điện áp tr

khoá của

phải đặt đitot đã về bvẫn khoá.ộ nghịch lưrằng thời

p /( sVdtdU μ

ư một phần0) nhưng qua. Khi tJ2 như đượ


Dòng sử d

thể sử dụn

max

t cho phépthời điểmNgoài ra p

hải được chrên sơ đồ.

thyristor

ện áp âm lbằng không. tr là một ưu phụ thugian dành

)s

n từ có điềvẫn phải c

thyristor được chỉ ra trê

ỉnh nhiệt độ

dụng bằng 2

ng đến 100

p đặt lên thm nào điện

phải đảm bhọn ít nhất

, tr (μs)

lên giữa ang trước khthông số

uộc hoặc ncho quá tr

ều khiển, ngcó tín hiệu ược phân cên hình 6

lò điện trở 3

2/3 IVtrb

0% dòng IV

hyristor. Tráp giữa anbảo một đột là bằng 1

not – catothi lại có thrất quan tr

nghịch lưu rình khoá

ghĩa là mặđiều khiển

cực thuận p

3 pha

Vtrb

rong not – ộ dự 1,2 –

t của ể có rọng độc

phải

ặc dù n thì phần


- 5 -

Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược lên độ dày của nó nở ra tạo ra vùng không gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua. Vùng không gian này có thể coi như một tụ điện có điện dụng CJ2. Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn dòng điện của tụ có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trò như dòng điều khiển. Kết quả là thyristor có thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G

Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp với

các thyristor tần số cao. ở thyristor tần số thấp dtdU vào khoảng 50 – 200 V/μs,

với các thyristor tần số cao dtdU có thể đạt đến 500 – 2000 V/μs.

5. Tốc độ tăng dòng cho phép dtdI (A/μs)

Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của nó đều dẫn dòng điện đồng đều. Dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ở một số điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan toả dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết diện. Nếu tốc độ tăng dòng quá lớn có thể dẫn đến mật độ dòng điện ở các điểm dẫn ban đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá mãnh liệt có thể sẽ dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn.

Tốc độ tăng dòng cho phép cũng phân biệt ở thyristor tần số thấp có dtdI

khoảng 50 – 100 A/μs với các thyristor có tần số cao dtdI khoảng 500 – 2000

A/μs. Trong các bộ biến đổi phải luôn luôn có biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng ở dưới giá trị cho phép. Điều này đạt được nhờ mắc nối tiếp với các phần tử bán dẫn những điện kháng nhỏ, lõi không khí hoặc đơn giản hơn là các xuyến ferit lồng lên nhau. Các xuyến ferit được dùng rất phổ biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến lồng lên thanh dẫn. Xuyến ferit còn có tính chất của cuộn cảm bão hoà, khi dòng qua thanh


- 6 -

dẫn còn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng. Khi dòng đã lớn ferit bị bão hoà từ, điện cảm giảm gần như bằng không. Vì vậy cuộn kháng kiểu này không gây sụt áp trong chế độ dòng định mức chạy qua dây dẫn.

I.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHẦN TỬ NỐI SONG SONG VỚI CỰC ĐIỀU KHIỂN.

1. ảnh hưởng của điện trở nối song song với cuặc điều khiển. Điện trở này ảnh hưởng rất lớn đến Tiristo:

a. Làm tăng giá trị dòng qua van Ia cần thiết để mở được và duy trì cho van dẫn vì điện trở này rẽ nhánh dòng qua va qua nó.

b. hạn chế ảnh hưởng của tốc độ tăng áp du/dt, nó sẽ dẫn bớt dòng ký sinh có hại này qua nó, giảm bớt tác động này đến cực điều khiển.

c. Tiristo có độ nhạy cao thường bắt buộc phải có điện trở này để dẫn dòng nhiệt (dòng diện rò ) qua nó để tránh Tiristo bị mở vì dòng này.

d. Làm giảm hệ số khuếch đại vùng n1-p2-n2 dẫn đến làm tăng điện áp chuyển mạch của van.

e. Làm giảm được thời gian hồi phục tính chất khoá cho Tiristo vì nó tạo thành mạch thoát cho các điện tích dư tích tụ trong vùng p2 và n2.

Nhìn chung để đánh giá chi tiết hơn cần biết giá trị của RG, RS. Tuy nhiên quy luật chung của các điện trở này là: Tiristo càng nhỏ thì trị số RS càng lớn ( đôi khi coi rằng RS=∞ )

Giá trị RG phụ thuộc vào kích thước tinh thể bán dẫn, tinh thể càng lớn giá trị RG càng nhỏ.

2. ảnh hưởng của tụ điện nối song song với cực điều khiển.

a. Làm giảm ảnh hưởng của tốc độ tăng hợp du/dt gần như của điện trở, tuy nhiên chỉ có tác dụng ở tần số cao đó do đó, khác với điện trở, tụ điện rất có ích để chống nhiễm cao tần ảnh hưởng từ mạng điện lực tới mà không gây hậu quả ở khu vực tần số thấp, nhất là với dòng ổn định một chiều.


- 7 -

b. Làm giảm độ dốc cả xung điều khiển mở van, dẫn đến ké dài hơn thời gian mở van cũng như thời gian thời gian tăng dòng Ia, do đó không có lợi trong những mạch cần có tốc độ tăng dòng lớn.

c. Khi van đã dẫn điện áp trên trên tụ điện này có trị số xấp xỉ sụt áp trên

van (cỡ 1÷ 2V ). Điện áp này nói chung lớn hơn điện áp tối thiểu để mở van.

Khi van khoá lại sau đó lại có điện áp dương đặt trở lại thì dòng điện phóng ra từ tụ điện này có thể làm van mở ra không cần có dòng điều khiển thực hiện nữa ( ví dụ van làm việc ở tần số 50 Hz, nếu tụ đủ lớn để kéo dài dòng phóng quá 10ms sẽ làm van mở ngay ở nửa chu kỳ điện áp trên van dương trở lại.)

3. ảnh hưởng của điện áp âm đặt lên cực điều khiển. Điện áp trên cực điều khiển không được âm quá trị số cho phép của từng loại van ( thường giới hạn ở mức 5V ). Vì vậy khi van làm việc có khả năng xuất hiện điện áp âm quá mức trên cực điều khiển cần có biện áp hạn chế trước mà thông dụng nhất là đấu thêm điốt nối tiếp song song với cực điều khiển như trên hình

4. ảnh hưởng của điện áp dương trên cực điều khiển khi điện áp trên van lại âm, điều này có thể dẫn đến sự phát nhiệt quá mức ở cực điều khiển làm hỏng van.

Nhìn chung nên hạn chế các tình trạng: UGK>0 trong khi UAk<0; cũng như UGK<0 trong khi UAK>0. Trong sổ tra cứu thường hai trị số âm và dương của UGK lấy là -1 và vào khoảng 0,5V đến 1V.

]I.4. ĐẶC TÍNH VÔN – AMPE CỦA THYRISTOR

Đặc tính vôn – ampe của một Thyristor gồm hai phần (hình 2). Phần thứ nhất nằm trong góc phần tư thé I là đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp UAK > 0, phần thứ hai nằm trong góc phần tư thứ III gọi là đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp UAK < 0.

a. Trường hợp dòng điện vào cực điều khiển bằng không (IG = 0)

Khi dòng vào cực điều khiển của Thyristor bằng 0 hay khi hở mạch cực điều khiển Thyristor sẽ cản trở dòng điện ứng với cả hai trường hợp phân cực điện áp giữa anot – catot. Khi điện áp UAK < 0 theo cấu tạo bán dẫn của Thyristor hai tiếp giáp J1, J3 đều phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, như

Đồ

vậyThtănbị ngưđượcũn

có mạJ2 pnhấngộbởi

điệmộtrêntính

ồ án môn họ

y Thyristorhyristor sẽng đạt đến đánh thủnược của đợc, nghĩa lng không g

Khi tănmột dòng

ạch anot –phân cực ất Uthmax sẽột giảm, di

ện trở tải ởột mực dònn đường đh thuận đư


r sẽ sẽ giốchỉ có mộmột giá trịg, dòng điđi ốt quá trlà nếu có ggiảm được

ng điện áp g điện rất catot vẫn cngược. Chẽ xảy ra hi

dòng điện c

ở mạch ngng tối thiểuđặc tính thuược đặc trư

ng suất

ống như hat dòng điệị điện áp lớiện có thểrình bị đángiảm điện ávề mức dò

anot – catnhỏ chạy có giá trị rấho đến khiiện tượng có thể chạ

oài. Nếu ku, gọi là dòuận, giống ưng bởi tín

Thiết kế

ai đi ốt mắện rất nhỏ ớn nhất Un

tăng lên rấnh thủng láp UAK xuốòng rò. Thy

tot theo chiqua, gọi lất lớn. Khii UAK tăngđiện trở tưạy qua Thy

khi đó dònòng duy trì

như đườnnh chất dòn


ắc nối tiếp chạy qua,

ngmax sẽ xảyất lớn. Giốlà quá trìnống dưới myristor đã b

iều thuận Ulà dòng ròi đó tiếp gi

g đạt đến gương đươnyristor và g

ng qua Thy Idt thì khi

ng đặc tínhng có thể c

ỉnh nhiệt độ

bị phân cựgọi là dòn

y ra hiện tưống như ở nh không tmức Ungmax

bị hỏng.

UAK > 0 lúò. Điện trởiáp J1, J3 phgiá trị điệnng mạch angiá trị sẽ c

yristor có gđó thyristo

h thuận ở đcó giá trị lớ

lò điện trở 3

ực ngược. ng rò. Khi ượng Thyriđoạn đặc

thể đảo ng

x thì dòng

c đầu cũngở tương đưhân cực thn áp thuậnnot – catotchỉ bị giới

giá trị lớn or sẽ dẫn dđi ốt. Đoạnớn nhưng

3 pha

Qua UAK istor tính

gược điện

g chỉ ương huận, n lớn t đột hạn

hơn dòng n đặc điện


- 9 -

áp rơi trên anot – catot thì nhỏ và hầu như không phụ thuộc vào giá trị của dòng điện.

b. Trường hợp có dòng điện vào cực điều khiển (IG > 0)

Nếu có dòng điều khiển đưa vào giữa cực điều khiển và catot thì quá trình chuyển điểm làm việc trên đường đặc tính thuận sẽ xảy ra sớm hơn, trước khi điện áp thuận đạt đến giá trị lớn nhất, Uthmax. Điều này được mô tả trên hình 1.7 bằng những đường nét đứt, ứng với các giá trị dòng điều khiển khác nhau IG1, IG2, IG3.. Nói chung nếu dòng điều khiển lớn hơn thì điểm chuyển đặc tính làm việc sẽ xảy ra với UAK nhỏ hơn.

I.5. MỞ VÀ KHOÁ THYRISTOR

Thyristor có đặc tính giống như điôt, nghĩa là chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều, từ anot đến catot và cản trở dòng chạy theo chiều ngược lại. Tuy nhiên khác với điôt, để thyristor có thể dẫn dòng ngoài điều kiện phải có điện áp UAK > 0 còn cần thêm một số điều khiển khác. Do đó thyristor được coi là phần tử bán dẫn có điều khiển để phân biệt với điôt là phần tử không điều khiển được.

1. Mở thyristor

Khi được phân cực thuận UAK > 0 thyristor có thể mở bằng hai cách. Thứ nhất có thể tăng điện áp anot- catot cho đến khi đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất , Uthmax khi đó điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽ giảm đột ngột và dòng qua thyristor sẽ hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp mở này trong thực tế không được áp dụng và còn nguyên nhân mở không mong muốn vì không phải lúc nào cũng có thể tăng được điện áp đến giá trị Uthmax. Vả lại như vậy sẽ xảy ra trường hợp thyristor tự mở ra dưới tác dụng của các xung điện áp nhiễu tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước.

Phương pháp thứ hai là phương pháp được áp dụng thực tế là đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot. Xung dòng điện điều khiển sẽ chuyển trạng thái của thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp anot – catot nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anot –

Đồ

cattụcđiềxuncó đón

2. K

đươdòncaonhấcủaJ1, giátiếpmứtrogiangưtươlà kphụthy

điệ

ồ án môn họ

tot lớn hơnc cho trạngều khiển nững dòng cóthể là rất

ng cắt, khố

Khoá thyr

Một thơng mạch ng duy trì o, khi điệnất định để a mình. KhJ3 phân cự

áp J2 đang p giáp J1, ức dòng dung một kh

an phục hồược này dơng đươngkhả năng cụ thuộc vàyristor và n

Quá trì

Theo hện tích Q c


n một giá trg thái mở dữa. Điều nàó độ rộng nhỏ, so vớống chế dò

ristor

hyristor đaanot – catoIdt. Tuy n

n áp anot –các lớp tiế

hi thyristorực thuận, cbị phân cựJ2, J3. Để uy trì (Idt) hoảng thời ồi có một di tản các đg của hai ticản trở dò

ào lượng đinạp điện ch

ình khoá m

hình 3 phầần di tản ra

ng suất

rị nhất địnhdẫn dòng mày nghĩa làxung nhấtới công suòng điện.

ang dẫn dòot tăng cao

nhiên để th– catot lại ếp giáp phr dẫn dòngcác điện tícực ngược. khoá thyrivà đặt mộgian tối thdòng điệnđiện tích rếp giáp J1,

òng điện củiện tích cầ

ho tiếp giáp

một thyristo

ần điện tícha ngoài cấu

Thiết kế

h, gọi là dòmà không à có thể điềt định, do ất của mạc

òng sẽ trở vo) nếu dònhyristor vẫn

dương (Uhục hồi hoàg theo chiềch đi qua hVì vậy màistor lại cầột điện áp hiểu, gọi làn ngược chra khỏi tiế, J3 lúc nàyủa J1. J3, đần được di p J1, J3.

or được mô

h gạch chéu trúc bán


òng duy trìcần đến sều khiển mđó công such lực mà

về trạng thg điện giảmn ở trạng t

UAK > 0) cầàn toàn tínều thuận Uhai lớp nàyà dòng điệnần giảm dò

ngược lênà thời gianhạy giữa cp giáp J2 v

y đang bị pđược phục

tản ra ngo

ô tả trên đồ

éo dưới đưdẫn của th

ỉnh nhiệt độ

ì (Idt) thì thự tồn tại c

mở các thyruất của mạthyristor l

hái khoá (đm xuống, nthái khoá, ần phải có h chất cản

UAK > 0, hay dễ dàng vn có thể chòng anot –n anot – can phục hồi,atot và anvà nạp điệ

phân cực nhồi. Thời

oài cấu trú

ồ thị hình 3

ường dònghyristor.

lò điện trở 3

hyristor sẽcủa xung dristor bằngạch điều khlà một phầ

điện trở tưnhỏ hơn givới trở khmột thời

n trở dòng ai lớp tiếp và lấp đầy hảy qua ba

– catot về datot (UAK <, tr. Trong

not. Dòng ện cho tụngược. Kết

gian phụcúc bán dẫn

3.

điện là lư

3 pha

tiếp dòng g các hiển ần tử

ương iá trị háng gian điện giáp tiếp

a lớp dưới < 0) thời điện điện quả

c hồi n của

ượng

Đồ

thy

giácác

I.6

cựccùnví áp hiệkhitiếpCôđiềcàn

ồ án môn họ

Hình 3

Thời gyristor thời

á trị cỡ 5 –c thyristor

. CÁC YẾU

Quan hc điều khiểng một loạdụ như trêvà dòng đệu điều khiiển đi qua p giáp này

ông suất giều khiển làng lớn.


3. Quá trình

gian phục i gian phục

– 50 μs đốitần số thấp

U CẦU ĐỐ

hệ giữa điệển xác địnhại thyristorên hình 4, điện nhỏ nhiển phải đả

tiếp giáp y. Vì vậy tới hạn của

à một xung

ng suất

h khoá mộ

hồi là mc hồi xác đ

i với các thp.

ỐI VỚI TÍN

ện áp trên h các yêu cr nhà sản xtrên đó cóhất, ứng vớảm bảo đểp-n giữa c

tín hiệu điềa tín hiệu đg có độ rộ

Thiết kế

t thyristor,

một trong định dải tầ

hyristor tần

N HIỆU ĐI

cực điều kcầu đối vớixuất sẽ cunó thể thấy đới một nhimở được ccực điều kều khiển cđiều khiểnng càng n


, ý nghĩa củ

những thôần số làm v

n số cao và

IỀU KHIỂ

khiển và cai tín hiệu đng cấp mộtđược các điệt độ môi chắc chắn mkhiển và cacũng phải bn phụ thuộcngắn thì cô

ỉnh nhiệt độ

ủa thời gia

ông số quviệc của th

à cỡ 50 – 2

ỂN THYRI

atot với dòđiều khiển t họ đặc tínđặc tính gi

trường nhmột thyristatot cũng lbị hạn chếc thời gian

ông suất ch

lò điện trở 3

an phục hồi

uan trọng hyristor, tr,

200 μs đối

STOR

ng điện đi thyristor . nh điều khới hạn về

hất định màtor. Dòng làm phát nế về công sn. Nếu tín ho phép có

3 pha

i, tr

của , có

i với

vào Với

hiển, điện à tín điều

nóng suất. hiệu

ó thể


- 12 -

Sơ đồ tiêu biểu của một mạch khuếch đại xung điều khiển thyristor được cho trên hình 5. Khoá Transistor T được điều khiển bởi một xung có độ rộng nhất định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp biến áp xung. Xung điều khiển đưa đến cực điều khiển của thyristor ở bên phía cuộn thứ cấp. Như vậy mạch lực được cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển bởi biến áp xung. Điện trở R hạn chế dòng qua transistor và xác định nội trở của nguồn tín hiệu điều khiển. Điôt D1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp cung khi transistor T khoá lại để chống quá áp trên T. Điot D2 ngăn xung âm và cực điều khiển. Điot D3 mắc song song với cực điều khiển và có thể song song với tụ C có tác dụng giảm quá áp trên tiếp giáp G – K khi thyristor bị phân cực ngược.

bax D 2 V

D 3 C

T

D 1

R

+Un

Hình 5


- 13 -

II. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP

II.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG.

Các bộ điện áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi được điện áp xoay chiều ra tải. Do tải đòi hỏi dòng điện xoay chiều nên phải dùng loại van bán dẫn là TRIAC hoặc ghép hai van dẫn một chiều song song ngược nhau để mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải: Như vậy có thể ghép 2 thyistor với nhau (gọi là kiểu đối xứng ) hoặc 1 thyristor với 1 điôt.

ĐAXC dùng van bán dẫn có đầy đủ các ưu điểm của nhưng mạch công suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: Dễ điều chỉnh và tự động hoá, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kích thước gọn, dễ thay thế. Thích hợp với quá trình hiện đại hoá, tập chung hoá các quá trình công nghệ...Nhược điểm chung và cơ bản của ĐAXC là điện áp ra tải không sin trong toàn dải điều chỉnh. Điện áp trên tải chỉ sin khi đưa toàn bộ điện áp nguồn ra tải, do vậy độ méo điện áp trên tải sẽ càng lớn khi điều chỉnh càng sâu, thành phần sóng dài khá cao. Với những tải yêu cầu nghiêm ngặt về độ méo và thành phần sóng dài không thể dùng ĐAXC được. Do vậy ứng dụng chủ yếu của nó là cho dạng tải có tính thuần trở:

- Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệ chiếu sáng.

- Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách khống chế công suất đưa vào lò.

- ĐAXC cùng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ. Nhưng chỉ phù hợp với phụ tải của động cơ dạng quạt gió hoặc máy bơm li tâm với phạm vi điều chỉnh không lớn. ĐAXC thích hợp với các chế độ như khởi động, đóng ngắt tải cho động cơ điện.

- ĐAXC cũng được dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp các biến áp lực và thông qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể dùng dòng điện xoay chiều hoặc một chiều ( chỉnh lưu điôt phía thứ cấp ) khi rơi vào hai trường


- 14 -

hợp sau : a/. điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp như dòng điện thứ cấp rất lớn. b/. điện áp thứ cấp mà tải yêu càu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn.

Nguyên tắc điều chỉnh của ĐAXC là điều chỉnh góc mở của van bán dẫn. Các van làm việc với điện áp xoay chiều nên được khoá tự nhiên bằng điện áp nguồn và cũng chịu các ảnh hưởng của lưới điện đến van, kiểu điều khiển van cũng là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều.đặc trưng khác biệt và các cơ sở do tính toán.


- 15 -

II.2 XUNG ÁP XOAY CHIỀU 3 PHA

1. Các ơ đồ ứng dụng.

Hình 7. Sơ đồ XAAC 3 pha

a, tải có thể dấu Y hoặc **:

b, thyristor V1, V2, V3, sẽ tạo thành điểm chung tính giả cho tải ZA, Zb, Zc,.

XAAC 3 pha có thể thực hiện theo các phương án như trên hình 7. Sơ đồ (a) có thể áp dụng bán điều khiển, ví dụ thay V4, V6, V2 bằng 3 điôt.

2. Ưu nhược điểm của sơ đồ

- Các sơ đồ XAAC nói chung đều đơn giản, do đó cho hiệu quả cao trong quá trình điều chỉnh điện áp xoay chiều.

- Tuy nhiên dạng điện áp ra phụ thuộc rất nhiều vào góc độ điều khiển và tính chất của tải. Dạng điện áp ra cũng rất không sin.

- Phù hợp với các ưng dụng yêu cầu công suất vừa và nhỏ, nhất là với tải thuần trở vì khi đó dạng điện áp trên tải không yêu cầu khắt khe.

- Với công suất lớn có thể áp dụng trong những trường hợp dải điều chỉnh điện áp yêu cầu hẹp hoặc quá trình điều chỉnh chỉ diễn ra trong một thời gian ngắn, ví dụ trong các bộ khởi động cơ.

A

v 1 v 4 v 6v 3

B

v 2v 5

C

Z A

A B

C

Hình 7

ZB ZC

ZAB ZBC

ZCA

Z C Z B ZA

v1 v 2

v3

Đồ

ra đầu

khirộn

3. P

cùnxét

góc

Hìn

áp

điề

sơ

ồ án môn họ

- Tronngoài lướiu vào.

- Có thiển hoàn tong xung ở m

Phân tích s

Để phâng dẫn, lúct sơ đồ (a)

c điều khiể

nh 8. Đồ th

trên tải vớ

ều khiển α

đồ (a)


ng mọi trười diện do đ

hể cải thiệnoàn. Khi đmỗi nửa ch

sự hoạt độn

ân tích sự c nào chỉ cvới tải Y t

ển α=300. d

hị dạng điệ

ới góc

α=300.

ng suất

ờng hợp phđường điện

n đáng kể đđó việc điềuhu kỳ điện

ng của sơ đ

hoạt độngcó 2 pha dẫthuần trở,

dược biểu

ện

Thiết kế

hải có biệnn không si

đặc tính củu chỉnh sẽáp lưới.

đồ

g của sơ đẫn cũng nhZA= ZB= Z

diễn trên h


n pháp tránin. Ví dụ p

ủa XAAC náp dụng p

đồ ta phải hư khoảng ZC. Đồ thị

hình 8

ỉnh nhiệt độ

nh ảnh hưphải lắp th

nếu sử dụnphương phá

xác định dẫn của cádạng điện

lò điện trở 3

ưởng của nhêm các bộ

ng các van áp điều ch

lúc nào 3 ác van. Ta áp trên tải

3 pha

hiễu ộ lọc

điều ế độ

pha hãy

i với


- 17 -

Góc điều khiển trong XAAC được tính từ thời điểm điện áp nguồn qua không. Ta cần lưu ý rằng trong hệ thống điện áp 3 pha dòng có thể chảy qua cả 3 pha hoặc chỉ qua 2 pha. Khi dòng chảy qua cả 3 pha thì điện áp trên mỗi ph đúng bằng điện áp pha. Khi dòng chảy qua hai pha thì điện áp trên các pha tương ứng sẽ bằng một nửa điện áp dây.

Như trên đồ thị 8 với 01≤ 0≤ 02 dòng có thể chay qua cả 3 pha. Khi đó

V1 dẫn ở pha A, V6 dẫn ở pha B, V5 dẫn ở pha C.

uZA=uA

Với 02≤ 0≤ 03 ở pha C dòng không thể chảy qua V5 được nữa vì uc đã

đảo chiều nên chỉ còn lại V1 dẫn dòng ở pha A cùng với V6 ở pha B. Do đó:

ABZA uu21

=

Với 03≤ 0≤ 04 ở pha C, V2 nhận được tín hiệu điều khiển nên sẽ có 3

van dẫn ở 3 pha là V1, V2, V6. Do đó:

uZA=uA

Với 04≤ 0≤ 05 ở pha B, V6 không thể dẫn được nữa vì uB đã đảo chiều,

chỉ còn V1, V2 dẫn:

ACZA uu21

=

Với 05≤ 0≤ 06, V3 sẽ vào dẫn cùng với V1, V2:

uZA=uA

Với 06≤ 0≤ 07: uZA=0

bằng tính chất đối xứng có thẻ xác định được điện áp trên ZA trong nửa chu kỳ còn lại. Từ phân tích trên có thể thấy rằng:

Với 0 ≤ α≤ 600 có các giai đoạn 3 van và 2 van cùng dẫn.

Với 600 ≤ α≤ 900 chỉ có các giai đoạn 2 van cùng dẫn.

Với 900 ≤ α≤ 1500 chỉ có các giai đoạn 2 van dẫn hoặc không có van

nào dẫn cả.

Đồ

hìn

Hìn

trên

khi

ồ án môn họ

Ví dụnh 9

nh 9. Dạng

n tải với gó

iển α=900


về dạng đi

g điện áp

óc điều

ng suất

iện áp trên

Thiết kế

n tải với gó


óc điều kh

ỉnh nhiệt độ

iển α=900

lò điện trở 3

được cho

3 pha

trên

Đồ

chi

Sơ

I. T

dònvan

ồ án môn họ

TÍNH T

Vì tải iều 3 pha c

Với cá

- Bảo v

- Bảo v

ơ đồ mạch l

Tính chọn

Để đảmng điện lớnn tự mở kh

Với cô

Vì tải t

dmP .3=


TOÁN TH

CHỈNH

thuần trở cho mạch l

ác phần tử b

vệ quá trìn

vệ tốc độ tă

lực:

van mạch

m bảo chon, điện áp

hi không cầ

ông suất tải

thuần trở n

ttdmf IIU .. ⇒

ng suất

C

HIẾT KẾ

H NHIỆT

nên để tiệực.

bảo vệ mạ

nh cho van

ăng dòng d

động lực.

o mạch hocao, công ần xung điề

i Pđm=30kw

nên ta có:

f

dmtdm U

PI3

=

Thiết kế

CHƯƠNG

CHỌN M

ĐỘ LÒ Đ

ện dụng ta

ch lực

Sử dụng R

di/dt cho v

oạt động msuất phát nều khiển ta

w


II.

MẠCH LỰC

ĐIỆN TRỞ

sử dụng b

R1C mắc so

van: Sử dụn

một cách tnhiệt mạnha phải chọn

ỉnh nhiệt độ

C CHO B

Ở 3 PHA.

ộ biến đổi

ong song v

ng cuộn cả

in cậy khih, tránh đưn van 1 các

lò điện trở 3

Ộ ĐIỀU

i xung áp x

với van

m L.

i làm việcược hiện tưch hợp lý.

3 pha

xoay

với ượng


- 20 -

)(45,45220.3000.30 AItdm ==

Dòng điện tức thời qua van

i(v) = )(sin..2 AItdm θ

i(v) = θθ sin3,64sin45,45.2 = (A)

ậy dòng điện trung bình qua van là:

∫ −==π

θπ

θθπ 0

)cos(2

3,64sin.3,6421 dItbv

48,20)1(28,63,641.

28,63,64

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−=tbvI (A)

- Tính điện áp ngược đặt lên van:

Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van:

)(930380.66max VUU dng ≈==

Chọn cách làm mát bằng cách tản nhiệt và quạt gió.

Hệ số dự trữ điện áp: Ka=2,0

Hệ số dự trữ dòng điện : Ki=1,5

Vậy ta có:

Ungmaxthực = Kc.Ungmax = 2.930 = 1860 (V)

ItbthựcV = Ki . Itbv = 1,5.20,48 = 30,72 (A)

Chọn 6 Thyristor mã hiệu: T11 – 40 do Liên Xô chế tạo với các tham số:

Kí hiệu

Icp(A)

IX

(A)

Id

(A)

Idò

(mA)

Cấp điện áp

Cấp du/dt

Cấp tph

Cấp di/dt

ΔU

(V)

Uđk

(V)

Iđk

(mA)

T11-40

40 360 600 20 13-22

2-4 1 2 2,7 5 200


- 21 -

- Cấp điện áp : Ungmax=1300-2200(v)

- Dòng điện trung bình tối đa cho phép chảy qua van Icp=40(A).

- Dòng điện quá tải ngắn hạn cho phép qua van trong thời gian không quá vài ms IX=360(A).

- Trị số biên độ dòng điện dạng sin cho phép 1 lần qua van sau đó phải ngắt điện áp đặt: Id=600(A).

- Dòng điện dò khi van ở trạng thái khoá: Idò=20mA.

- Tốc độ tăng điện áp thuận lớn nhất đặt lên van mà van sẽ rọi vào hiện tượng tự dẫn không cần dòng điều khiển cấp(2-4).

- Tốc độ tăng trưởng dòng lớn nhất qua van mà van không bị đánh thủng cấp 2.

- Sụt áp trên van ở dòng định mức ΔU = 2,7(V).

- Điện áp điều kiển nhỏ nhất vẫn đảm bảo dòng điều khiển mở van:

Uđk=5V.

- Dòng điện điều khiển nhỏ nhất vẫn đảm bảo mở van:

Iđk=200mA.

- Thời gian phục hồi tính chất khoá của van: Cấp 1.

II. TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ CHO VAN MẠCH ĐỘNG LỰC.

Trong bộ ĐAXC, phần tử kém khả năng chịu được các biến động mạnh về điện áp và dòng điện chính là các van bán dẫn. Vì vậy việc bảo vệ mạch độg lực chủ yếu là bảo vệ các van bán dẫn khỏi hai trạng thái là quá dòng điện và quá điện áp.

Tra các thông số của van TM11-40 ta được:

- Trị số dòng điện cho phép : Icp=40(A).

- Điện áp định mức của van: Uđm=2200(V).

- Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép (cấp2):

du/dt=50V/ms=50.106 V/S

- Tốc độ tăng dòng tối đa (cấp 2):


- 22 -

di/dt = 40A/ms=40.106A/S

- Trị số điện trở tải:

)(8,445,45

220Ω===

t

tt I

UR

1. Tính điện cảm bảo vệ tốc độ tăng dòng : di/dt.

Dòng mạch ĐAXC mắc trực tiếp vào lưới điện, nên điện cảm này có vị trí rất quan trọng. Tốc độ tăng dòng sẽ lớn nhất khi điện áp trước khi van dẫn là cao nhất, tương ứng điện áp lưới tăng thêm 5%. Điện cảm L được tính:

)(0012,045,45.50.14,23

220.08,0.

.08,0 1 HI

UL

dm

===ω

2. Chọn phần tử bảo vệ quá áp R-C mắc song song với van:

Chọn theo kinh nghiệm van càng lớn thì tụ càng lớn và điện trở càng

nhỏ với các trị số: Điện trở nằm trong khoảng vài trục đến 100 Ω,điện trở nằm

trong khoảng 0,1 đến 2μF.

Ta chọn R = 60Ω

C = 0,4μF.


- 23 -

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

I. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN CỦA 1 TIRISTO.

§B Utùa SS + TX K§X

U®k II. CÁC KHÂU CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.

II.1 KHÂU ĐỒNG BỘ:

Sử dụng MBA đồng bộ: Tạo ra được điện áp có gốc lệch pha cố định với điện áp đặt lên vạn lực. Ngoài ra còn đạt thêm 2 mục tiêu quan trọng là:

Chuyển đổi áp thường có giá trị cao song giá trị phù hợp với mạch điều khiển thường là điện áp thấp.

Cách ly hoàn toàn giữa mạch điều khiển và mạch lực. Đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như cho các linh kiện điều khiển.

Để tạo điện áp ĐB cho bộ ĐAXC 3 pha, sử dụng biến áp 3 pha. Tuy nhiên, vì mạch điều khiển có nhiều khâu cũng cần dùng biến áp nên chỉ dùng chung 1 biến áp có nhiều cuộn thứ cấp.

Sơ đồ mạch biến áp ĐB 3 pha:

A

B

C

U®pA

U®pB

U®pC

0V ®iÒu khiÓn

A

B

C

U®pA

U®pB

U®pC

a) S¬ ®å ®Êu nèi tam gi¸c a) S¬ ®å ®Êu nèi tam gi¸c

Đồ

dươ

II.2NỬ

điểáp xoađiềdụnMặ

ồ án môn họ

Với sơ đ

α = (0

Với sơ đ

α = (00

ơng.

2. TẠO ĐIỬA CHU K

Ở các ểm chung lđồng pha. ay chiều. Đều chỉnh nóng nhiều hặt khác giá


đồ a : Sơ c

00-1800)

đồ b: Sơ cấ0-1500) vì

ỆN ÁP TỰKỲ SỬ DỤN

mạch tạo là sự phụ tDo vậy điĐiều này làó. Hiện na

hơn do khắá thành của

ng suất

Biến áp đồn

ấp đấu tam

ấp đấu sao:

van khôn

ỰA DẠNGNG KHUY

điện áp tthuộc kháiện áp cũngàm ảnh hưay mạch tạắc phục đưa 0A đã khá

Thiết kế

ng bộ 3 pha &

m giác: Phạ

: Phạm vi g

ng mở nga

RĂNG CƯYẾCH ĐẠI

tựa dạng rrõ thời điểg ít nhiều bưởng tới góạo răng cưược các nhưá rẻ.


& điện áp đồ

ạm vi góc đ

góc điều kh

ay được kh

ƯA CỦA T THUẬT T

răng cưa dểm mở vàbị biến độnóc điều khia sử dụng ưọc điểm c

ỉnh nhiệt độ

ồng pha

đièu khiển

hiển chỉ đạ

hi điện áp

TUYẾN TÍNTOÁN 0A.

dùng trandkhoá các

ng theo điệiển và cũng0A ngày

của mạch d

lò điện trở 3

và đạt

ạt

p lưới bắt

NH Ở CẢ H

disto có nhbảng vào ện áp lưới g như phạmcàng đượcdùng Trad

3 pha

đầu

HAI

hược điện điện m vi cứng disto.


- 25 -

Sơ đồ mạch tạo răng cưa

Khuyếch đại thuật toán 0A1 đấu theo sơ đồ so sánh, có nhiệm vụ so sánh 2 điện áp đầu vào của 0A1. Điện áp đầu ra tuân theo quy luật:

Ura = K0ΔU= K0(U+ - U-)

Dòng 0A2 làm nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa. Nguyên lý làm việc như sau:

Khi điện áp đầu ra của 0A1: UB < 0 0A1 bão hoà âm: UB = - Ubh đi ốt D3 dẫn. Sử dụng đặc điểm của 0A là điện thế giữa hai cửa (+) và (-) của nó bằng nhau, ta có điện thế điểm là (-) của 0A bằng 0V do điểm (+) nối với 0V lúc đó theo sơ đồ mạch ta thấy.

Điện áp trên tụ C1 bằng điện áp đầu ra 0A2:Uc1 = U0A2

Điện áp trên điện trở R2 điện áp đầu ra 0A1 (bỏ qua sụt áp trên điốt D3): UR2 = UB.

Với R2 << R3 dẫn đến iR3 << iR3, nên quá trình phân tích có thể bỏ qua dòng điện iR3. Như vậy dòng qua tụ điện IC1 bằng dòng qua điện trở IR2. Vì dòng của (-) có A không đáng kể (tổng trở vào có A vô cùng lớn) kết hợpnhững điều kiện trên ta

có: Uc = Uc1 = ∫ ∫ ==1

21

11

111C

dtiC

dtiC Rc

II.2. KHÂU TẠO XUNG CHÙM:

Sử dụng khuếch đại thuật toán OA.

Sơ đồ mạch tạo dao động dùng khuếch đại thuật toán OA.

R7

-

Ud®+OA4

C2R9

R8


- 26 -

Khuếch đại thuật toán OA được sử dụng như 1 bộ so sánh 2 cửa. Tụ C2 liên tục được pháp nạp làm cho OA đảo trạng thái mỗi lần điện áp trên tụ đạt trị số của bộ điện trở chia điện áp

II – 3. MẠCH TRỘN XUNG.

Sử ụng mạch logic AND. Loại CMOS 4081.

10

&Uss

Ud®

Ura

Uss Ud® Uv

0 0 0

0

11

1 0 0

1

Uss

Ud®

Uv

Tín hiệu đầu ra Ur=1 chỉ khi

Uss=1 và Vdđ=1

I-4. KHÂU KHUẾCH ĐẠI XUNG VÀ BIẾN ÁP XUNG.

Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công xuất do khâu tạo dạng xung hình thành đủ mạch để mở van lực.

Khếch đại xung ghép bằng biến áp xung la phương pháp rất thông dụng vì rễ dàng cách ly mạch điều khiển và mạch động lực.

a- Sơ đồ nguyên lý mạch:

+ER13

D6 C

D7

R14

G

KR11

D0UV

T2

T1

R12

b- Nguyên lý làm việc:

Xung sẽ phát khi T1, T2 cũng mở ở điểm tương ưng góc α.

Tín hiệu vào là tín hiệu logic:


- 27 -

Khi Uv="1" thì T1 dẫn - T2 dẫn.

Khi Uv="0" thì T1 khoá - T2 khoá.

Do biến áp xung có tính vi phân nên điện trở R2 dùng để tiêu tán năng lượng tích luỹ ở các cuộn dây trong giai đoạn T1 và T2 khoá. Nếu không có R2 thì biên độ của các xung sẽ bị giảm đi đáng kể do điểm làm việc của lõi thép biến áp xung đã bị đẩy lên phía bão hoà.

Tụ C2 dùng để giữ điện áp ban đầu trên biến áp xung bằng +E (Do R2 mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp biến áp xung nên khi dẫn nó sẽ làm giảm áp đặt vào biến áp xung).

II. 5. KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP TỰA:

Hiện nay sử dụng chủ yếu 2 dạng biến áp tựa là dạng hình sim và dạng răng cưa. Đa số các điện áp tựa trong mạch điều khiển chỉnh lưu, ĐAXC hiện thời đều dùng dạng răng cưa. Vì nó khắc phục được nhược điểmcủa dạng hình sin: ít bị ảnh hưởng của điện ápvà tần số nguồn xoay chiều.

Tuy nhiên nhược điểm đó của nó không đạt được quan hệ tuyến tính trong điện áp điều khiển và điện áp của bộ ĐAXC.

II.6. KHÂU SO SÁNH.

Khâu này có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa ( dạng răng cưa) để định thời điểm phat xung điều khiển, thông thường đó là thừi điểm khi 2 điện ápnày bằng nhau. Nói cách khác đây là khâu xác định góc

điều khiển α.

Khâu so sánh có thể thực hiện bằng các phần tử như sau: Khuếch đại từ, trandisto hay khuếch đại thuật toán OA,. Sử dụng nhiều nhất hiện nay là các OA vì cho phép đảm bảo độ chính xác co, nhất là khi dùng OA chuyên dụng - comparator, có giá thành hạ, không cần chỉnh định phức tạp.

So sánh dùng khuếch đại thuật toán:

khuếch đại thuật toán (OA) là phần tử so sánh lý tưởng vì những lý do sau:


- 28 -

Tổng trở vào của OA rất lớn nên không gây ảnh hưởng đến các điện áp đưa vào so sánh, nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để không tácđộng sang nhau.

Tầng vào của OA cũng thường là loại kuếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số khuếch đại rất lớn ( có thể nên đến 1 triệu). Vì thế độ chính

xác so sánh rất cao, độ trễ không quá vài μS.

Sường xung dốc đứng nên, so với tần số 50HF.

So sánh kiểu 2 cửa

U®k

+

-

R5

-

Uss+R5

Utùa

+

-Uss

+Ubh

-Ubh

Utùa

U®

Ura = K0(U+ - U-) = K0(Ut – Uđk).

Nếu Uđk > Ut điện áp ra là âm bão hoà

Khi Uđk < Ut điện áp ra là dương bão hoà

Có 2 điểm cần lưu ý khi dùng so sánh cửa.

Các điện áp đưa vào so sánh phải cùng dấu (cùng dương hoặc cùng âm)

Thì mới có hiện tượng thay đổi trạng thái đầu ra.

Độ chênh lẹch tối đa giữa 2 cửa trong khi làm việc không được vượt giới hạn cho phép của loại OA đã chọn.

R8, R9.

II - 7. NGUỒN CUNG CẤP CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

Chọn nguồn cung cấp cho mạch điều khiển là nguồn một chiều ổn áp có giá trị thao cấp.


- 29 -

Vì mạch ổn áp yêu cầu điện áp vào phải là điện áp một chiều đã được lọc sơ bộ, nên không thể dùng nguồn cho KĐX cấp chung, cho mạch ổn áp tiện dụng cho mạch ổn áp loại này ta sử dụng IC ổn áp chuyên dụng có seri 7812. Dòng tải cho phép loại này là 1,5 A( phải có tản nhiệt).

Sơ đồ mạch ổn áp dùng IC 7812.

7812

CUV

+

-

+

- 0.1

+

-Ura

II- 8. CHỌN BIẾN ÁP CHO NGUỒN ĐIỀU KHIỂN.

Nguồn điều khiển thường có công suất không quá 1KVA, nên biến áp cấp nguồn cho nó là loại công suât nhỏ. Vì vậy mục đích của việc tính toán biến áp điu khiển là dựa vào công suất của biến áp cần thiết chọn ra loại lõi thép chuẩn hoá rồi tính toán các cuộn dây sao cho đảm bảo điện áp raảtên các cuộn dày thứ cấp đủ điện áp khi mang tải và không phát nống quá mức.


- 30 -

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

I. TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ KHÂU TẠO ĐIỆN ÁP TỰA DẠNG RĂNG CƯA.

BA§F

D1

R0

D2

A R1+Ecc

-Ecc

OA1+

-

P1 R4

D3

+E

DZ

C1+Ecc

-Ecc

OA2

-

+URC

R2

R3

Chọn nguồn cung cấp Ecc=12V : Điện áp đồng pha Uđp = 10V, tần số 50 HF

Chọn OA loại TL082 chứa hai OA trong 1 vỏ IC.

Điện áp đồng pha có biên độ là: VUU dpdp 14,142max ==

Chọ R0=10 KΩ.

R1=15KΩ.

Chọn điot ổn áp loại KC 191A, điện áp ổn áp U=9,1V. Vậy biên độ điện áp răng cưa là Urcmax=9,1V.

Chọn tụ điện C1=0,22μF

Tổng điện trở (P1+R4) = 20 KΩ chọn P1=12KΩ, R5=8KΩ.

Tính R3: 1

3 .2.

CUTER

oa

= với )(02,05011 s

fT ===

)(6010.22,0.1,9.2

10.2.126

2

3 Ω==⇒ −

−

kR

Tính chọn R2: R2=(0,1÷ 0,25)R3

Vậy chọn R2 : R2=0,2 R3=60.0,2=12KΩ.


- 31 -

Bằng cách điều chỉnh điện áp ngưỡng bởi P1 ta thấy thay đổi được quan hệ giữa thời gian tạo răng cưa và thời gian phục hồi và theo yêu cầu.

II. CHỌN CÁC PHẦN TỬ KHÂU SO SÁNH

Để giảm ảnh hưởng của 2 điện áp so sánh tác động sang nhau cần chọn

giá trị của R6 lớn hàng chục KΩ

Vậy chọn R6 = 15 KΩ

III. TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ KHÂU KHUẾCH ĐẠI XUNG .

U - +

OA3

-E

R5

+E

ss

cc

ccUđk Ut

R5

R11

+E

C3

T1

T2

R13

D6

Uv D

BAX

R14

D7

K1

A1

R12


- 32 -

Chọn biến áp xung có tỷ số các cuộn dây = 2 , vậy tham số biến áp và dòng điện cuộn sơ cấp là U1 = U.K = 5. 2 = 10V

I1 = Ig/K = 0,2/2 = 0,1A

Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U1 để bù sụt áp trên điện trở . Vì vậy chọn Ecs = 12

Từ giá trị ECS và I1 chọn bóng T1 loại ZTX 550 có tham số UCC = 45 V; ICmax

= 1A; βmin = 100.

Vậy ta có: Ω==> 121

1213

Cp

CS

IER Chọn R13 = 15Ω

Công suất điện trở này thường khoảng (2 ÷ 4) W do dòng qua nó lớn và

khá thường xuyên, lớn nhất khi góc điều khiển nhỏ nhất. Do đó cần phải có tản nhiệt.

Kiểm tra độ sụt áp trên điện trở này kho bóng dẫn dòng:

UR13 = I1 . R13 = 0,1 . 15 = 1,5 (V)

U1 = ECS – UR13 = 12 – 15 = 10,5 (V) và đạt yêu cầu.

Tuy nhiên để tăng mạnh xung kích cho van, dùng thêm tụ tăng cường áp C3, được tính như sau:

Với tần số xung chùm fXC = 10 KHz tương ứng chu kỳ 1 xung là:

TXC = SSfXC

μ10010.10010.1011 6

3 === −

Cho rằng, xung đối xứng thì khoảng nghỉ bằng khoảng có xung, có

nghĩa khoảng cách giữa hai xung là: ta = 0,5 . TXC = 50 μS

Vậy ta có:

SRtaC F μ1,110.1,1

15.310.50

36

6

133 ===< −

−

Chọn C3 = 1 μS

Bóng T2 chọn loại BC 107 có UCe = 45 V; ICmax = 0,1A; βmin = 110.

Vậy điện trở đầu vào có trị số là:

Đồ

b.T

nửa

(đưbằn

ồ án môn họ

R11 ≤ β

Chọn R

Tính chọn bi

Do chế

ΔB = 0

Do tn =a dòng điề

=K

V ba

= 0,8 .

Tra bảường kính ng 0,443cm

Vậy số

1 Δ=

BUW


=IS

ECS

...

max1

211 ββ

R11 = 20 K

iến áp xung:

ế độ làm vi

0,2T; ΔH =

= tx nên coều khiển I2

..5,0.. 2

ΔΔ HBtIU xga

10-6m3 = 0

ảng cho trưngoài 18m

m2).

ố vòng dây

0.2,010

..1 =

ba

x

SBtU

ng suất

=2,1.2,112.100.110

KΩ

:

iệc của Bã

= 30A/m

oi rằng trị= 0,5Ig. Vậy

5.2. 2 =ΔUx

0,8 cm3

ường hợp từm, đường k

y cuộn sơ c

10.443,010.5,0

4

6

=−

−

Thiết kế

= 9110.912 3

ã là từ hoá

số dòng h

y ta có kích

30.2,01.50.2,0.5,0.

ừ hoá 1 phkích trong

cấp:

30,59= vòng


ΑΩK1

1 phần nên

hiệu chungh thước tổn

1,0.10 6−

hần chọn log 11mm có

g

ỉnh nhiệt độ

n ta chọn:

g cuộn thứ ng của biến

oại hình trụó tiết diện

lò điện trở 3

cấp bằng n áp xung:

ụ ký hiệu 1lõi tương

3 pha

một

1811 ứng


- 34 -

Lấy W1= 60 vòng; suy ra W2 = 302

601 ==KW vòng

IV. TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ KHÂU TẠO DAO ĐỘNG.

R7

-

Ud®+OA4

C2R9

R8

Chu kỳ dao động: T = 2R7 . C2 . Cn (1 + 2R8/R9)

Chọn 0A4 loại: LF351 (có tham số về tốc độ tăng áp lớn ) để có sườn xung dốc đứng;

Tổng trở bộ phận áp (R8 + R9 chọn xấp xỉ 20KΩ

Để giảm chênh lệch giữa hai cửa vào 0A ta chọn R8 = 12 KΩ và R9 =

8KΩ.

Chọn tụ C2 cỡ 10nF (với tần số dao động 8 – 12 KHz

Lúc này điện trở R7 được tính:

Ω=+

=+

= − KRRC

TR 6,3)8/12.21ln(10.10.2

10000/1)/21ln(..2 9

9827


- 35 -

Giản đồ điều chế xung

U đb

U A

U B

U C

U D

U N

U GKT1,T4

U ng

U t U đk


- 36 -

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN Trên sơ đồ nguyên lý thể hiện hệ thống điều khiển bao gồm 3 kênh, mỗi kênh sẽ chịu trách nhiệm điều khiển 2 tirito. Diện áp đồng pha lấy từ thứ cấp máy biến áp qua chỉnh lưu lấy ra tại A điện áp một cực tính đưa đến đầu vào của khuyếch đại thuật toán 0A1. KĐTT0A1 làm nhiệm vụ so sánh điện áp này với điện áp ngưỡng đặt vào cửa (t của 0A1, đầu ra sẽ có dạng xung chữ nhật không đối xứng (phần xung âm lớn hơn phần xung dương. Điện áp dạng xụng này được đưa qua điốt D3 cắt bỏ phần dương và chỉ cho phần xung âmđi qua. Đây là tín hiệu điều khiển cho mạch tạo xung răng cửa trên KĐTT 0A2, mạch tạo răng cửa trên 0A2 làm việc theo nguyên lý phóng nạp của tụ điện C1. Khi điện áp đầu ra của 0A1, UB < 0 điốt D3 dẫn đặc điểm của 0A là điện thế giữa hai cửa (+ và (- ) bằng nhau, ta có điện thế điểm (- ) của 0A2 bằng 0V do điểm (+) nối với 0V Lúc đó điện áp trên tụ C1 bằng dòng điện đầu ra của 0A2 và tụ C1 được nạp điện. Khi điện áp trên C1 đạt trị số ngưỡng của điốt ổn áp DZ thì nó thông và giữ điện áp ra ở trị số này. Khi UB > 0 điốt D3 khoá nên dòng qua R2 bằng không. Lúc này dòng qua tụ C1 bằng dòng qua điện trở R3 và ngược chiều dòng điện khi UB < 0, nghĩa là tụ C1 phóng điện. DO đó điện áp trên tụ C cũng như điện áp ra của 0a2 giảm xuống tuyến tính. Khi điện áp giảm đến 0 rồi âm xuống thì điốt Dz dẫn theo chiều thuận như các điốt thường giữ cho điện áp nhận được ở đầu ra của 0A2 trong mỗi nửa chu kỳ lưới điện có dạng răng cưa tuyến tính. Điện áp tựa dạng răng cửa này được đưa tới khâu so snáh dùng

KĐTT0A3 so sánh với điện áp điều khiển Uđk xác định góc điều khiển α.

Tín hiệu điều khiển từ đầu ra của 0A3 được cắt bỏ phần âm nhờ mạch có điện trở hạn chế và điốt D4 được đưa đến mạch logic AND và được băm nhỏ với xung tần số cao tạo nên bởi mạch tạo dao động OA4. Xung chùm được đưa đến mạch khuyếch đại xung dùng trandssito T1, T2 và biến áp xung tạo nên tín hiệu điều khiển đưa đến của điều khiển của Trristo.


- 37 -

KẾT LUẬN Sau một htời gian làm đề án, được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa tự động hoá, đặc biệt là thầy giáo Phạm Quốc Hải và sự nổ lực của bản thân, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn với nội dung đã thực hiện.

- Trình bầy phương án lựa chọn mạch động lực.

- Tính toán, thiết kế mạch động lực.

- Tính toán, thiết kế mạch điều khiển.

Tuy nhiên do thời gian còn hạn chế và trình độ hiểu biết còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đwocj sự góp ý của thầy cô cùng toàn thể các bạn.


- 38 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- Lý thuyết điều khiển tự động – Nguyễn Doãn Phước.

2- Lý thuyết điều khiển tự động – Phạm Công Ngô.

3- Kỹ thuật điện trở - Đỗ Xuân Thụ – Nguyễn Viết Nguyên.

4- Giáo trình Điện tử công suất – Trần Trọng Xinh.

5- Tài liệu hướng dẫn làm đồ án điện tử công suất – Phạm Quốc Hải.

thiet ke dieu khien nhie t do lo dien tro 3 pha2 3508

Documents