Thiết kế bộ băm xung áp một chiều có đảo chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sỹ Hùng - CH9 - Tự Động Hoá

Đồ án môn họcĐiện tử công suất

Giáo viên hướng dẫn: Võ Minh Chính.

Nhóm sinh viên thực hiện:

Đoàn Thị Quỳnh Lan

Vũ Trung Dũng

Nguyễn Tiến Dũng

Đoàn Minh Dung

Mai Sỹ Hùng

1


MỤC LỤC

MỤC LỤC.............................................................................................2

ĐỀ 21..........................................................................................................................................4

MỞ ĐẦU....................................................................................................................................5

CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.......................................................................6

I. NGUYÊN LÝ CHUNG.......................................................................................................6

II. CẤU TẠO CHUNG...........................................................................................................7

1. STATO............................................................................................................................7

2. Roto.................................................................................................................................8

III. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU...............................................9

1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ..........................................................10

2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.................10

3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp..............................................................11

CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC.............................................................13

I. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ......................................................13

II. CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC...........................................................................................13

III. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC...........................................................16

1. Khâu chỉnh lưu cầu một pha.........................................................................................16

2. Băm xung áp một chiều theo nguyên tắc không đối xứng............................................17

CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC VÀ MÁY BIẾN ÁP.......................................21

I. TÍNH CHỌN MẠCH LỰC...............................................................................................21

II. TÍNH CHỌN DIODE CHO MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN..................23

III. TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP........................................................................................24

1.Tính mạch từ..................................................................................................................25

2. Tính toán dây quấn_số vòng và kích thước dây...........................................................25

3. Tính toán kích thước mạch từ.......................................................................................27

2


4. Tính toán kích thước cửa sổ..........................................................................................27

5. Kết cấu, dây quấn..........................................................................................................28

6. Tính tổng sụt áp trong máy biến áp..............................................................................29

IV. TÍNH TOÁN BỘ LỌC...................................................................................................31

1. Tính toán chung............................................................................................................31

2. Tính toán thiết kế cuộn kháng lọc một chiều................................................................32

CHƯƠNG IV: CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH LỰC VÀ CÁC VAN BÁN DẪN........36

I. SƠ ĐỒ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ......................................................36

II. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CỦA ĐIỆN TRỞ..................................................................39

III. TÍNH TOÁN APTOMÁT BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN..............................................39

CHƯƠNG V: MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG Error! Bookmark not defined.

I. XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN.................................Error! Bookmark not defined.

II. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG........................................Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG VI: TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN..............Error! Bookmark not defined.

I. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP XUNG..............................Error! Bookmark not defined.

III. LỰA CHỌN CỔNG LOGIC AND VÀ OR...................Error! Bookmark not defined.

IV. TÍNH TOÁN CHO MẠCH TẠO XUNG CHÙM..........Error! Bookmark not defined.

V. TÍNH TOÁN CHO KHÂU TẠO TRỄ............................Error! Bookmark not defined.

VI. TÍNH TOÁN CHO MÁY PHÁT XUNG.......................Error! Bookmark not defined.

VII. TÍNH TOÁN MẠCH TẠO XUNG RĂNG CƯA.........Error! Bookmark not defined.

VIII. TÍNH TOÁN CHO MẠCH SO SÁNH........................Error! Bookmark not defined.

IX. TÍNH TOÁN CHO BỘ TRỪ ĐIỆN ÁP VÀ MẠCH GHIM ĐIỆN ÁP................Error! Bookmark not defined.

X. TÍNH TOÁN CHO BỘ PHẬN TẠO ĐIỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN....Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG VII: MÔ PHỎNG................................................................................................51

I. MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN.................................................................................51

3


KẾT LUẬN...............................................................................................................................56

ĐỀ 21Thiết kế bộ băm xung áp một chiều có đảo chiều (theo nguyên tắc đối

xứng) để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều (kích từ nam châm vĩnh cửu) với số liệu cho trước như sau:

Phương ánĐiện áp lưới điện (VAC)

Dòng điện định mức

Điện áp phần ứng

Phạm vi điều chỉnh tốc độ

4 127 6A 400V 25:1

4


MỞ ĐẦU Trong nên san suât hiên đai, máy điên môt chiêu đươc coi la môt loai máy điên

quan trong. No đươc dung lam đông cơ điên, máy phát điên hay dung trong các điêu kiên lam viêc khác.

Đông cơ điên môt chiêu co đăc tính điêu chinh tôc đô rât tôt, vi vây đươc dung nhiêu trong nhưng nganh công nghiêp co yêu câu cao vê điêu chinh tôc đô như cán thep, hâm mo, giao thông vân tai.

Măc du đông cơ điên co nhiêu ưng dung trong các nganh công nghiêp, nhưng luôn đi kem vơi no la nhưng yêu câu vê điên áp, dong điên. Chính vi vây cân môt phương pháp nhăm đáp ưng đươc nhưng yêu câu trên.

Điên tư công suât la linh vưc ky thuât hiên đai, nghiên cưu nhưng ưng dung các linh kiên bán dân lam viêc ơ chê đô chuyên mach vao quá trinh biên đôi điên năng. Hiên nay các thiêt bi điên tư công suât chiêm hơn 30% trong sô các thiêt bi cua môt xí nghiêp hiên đai. Nhơ chu trương mơ cưa ngay cang co thêm nhiêu xí nghiêp mơi, dây truyên san xuât mơi, đoi hoi cán bô ky thuât va ky sư điên nhưng kiên thưc vê điên tư công suât vê vi mach va vi xư ly. Xuât phát tư yêu câu thưc tê va tâm quan trong cua bô môn điên tư công suât các thây cô trong bô môn điên tư công suât đa cho chung em tưng bươc tiêp xuc vơi viêc thiêt kê thông qua đô án môn hoc điên tư công suât.

Đôi vơi nhưng sinh viên năm thư 3, đây la lân đau tiên tiêp xuc vơi thưc tê. Chính vi vây, trong quá trinh thưc hiên đô án không thê tránh khoi nhưng thiêu sot nên em rât mong sư gop y cua thây cô va các ban đê đô án đươc tôt hơn.

Em xin chân thanh cam ơn các thây cô trong bô môn Tư đông hoá xí nghiêp công nghiêp va đăc biêt la thây giáo ts.Võ Minh Chính tân tinh hương dân em hoan thanh đô án nay.

5


CHƯƠNG I: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm ưu thế

so với động cơ điện một chiều. Đó là do sự ra đời của các máy biến tần, tuy vậy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện Không Đồng Bộ vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy, động cơ điện một chiều với đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vẫn còn được dùng nhiều trong trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ.

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ điện một chiều dưới các góc độ:

Nguyên ly hoat đông chung.

Câu tao chung.

Các phương pháp điêu chinh tôc đô.

Các chê đô khơi đông cua đông cơ điên môt chiêu.

I. NGUYÊN LÝ CHUNG

Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên lý của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Như ta đã biết thanh dẫn có dòng điện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ. Vì vậy khi cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổi than B thì các thanh dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên cạnh đó do dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn nằm dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn chỉ nằm trên cực S nên dưới tác dụng của từ trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có chiều không đổi và làm cho roto của máy quay.

6

I


Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.

Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, dây cuốn kích từ sinh ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó Eư = 0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điện Iư sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > Mc) rôto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn.

II. CẤU TẠO CHUNG.

Động cơ điện một chiều bao gồm hai phần chính là:

Phân tinh: Stato.

Phân quay: Roto.

1. STATO.

Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ phận khác.

a. Cưc tư chính.

Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép cácbon dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt.

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên trên các cực từ. Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau.

b. Cưc tư phu.

Cực từ phụ được đặt giữa các cực tù chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn

7


mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ các bulông.

c. Gông tư.

Gông từ được dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy.

d. Các bô phân khác.

Ngoài ba bộ phận chính trên còn có các bộ phận khác như: Nắp máy, cơ cấu chổi than.

Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện.

Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định lên giá chổi than và cách điện với giá đó. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than đúng chỗ.

2. Roto.

Roto của động cơ điện một chiều bao gồm các bộ phận sau: lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp và các bộ phận khác.

a. Lõi sắt phân ưng.

Dùng để dẫn từ. Thường làm bằng những tấm thép KTĐ (thép hợp kim silix) dày 0.5 mm bôi cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên.

b. Dây quân phân ưng.

Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vài kilowatt) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.

Để tránh khi bị văng ra do sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay ba-ke-lit.

8


c. Cô gop.

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.

d. Các bô phân khác.

Cánh quạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ.

Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt.

III. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau:

với

hay

Từ hai phương trình trên ta thấy n (tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ (từ thông), R (điện trở phần ứng), U (điện áp phần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều ta có ba phương án.

Điêu chinh tôc đô băng cách thay đôi tư thông θ

Điêu chinh tôc đô băng cách thay đôi băng cách thay đôi điên trơ phu R f trên mach phân ưng.

Điêu chinh tôc đô băng cách thay đôi điên áp.

9


1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ

Đồ thị hình trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với các giá trị khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm thì n0 tăng nhưng ∆n còn tăng nhanh hơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau. Chúng sẽ cùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: Iư = (U/Rư). Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Giới hạn trong việc điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8.

Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp khống chế đặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng.

2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.

Ta có:

Từ thông không đổi nên n0 không đổi, chỉ có ∆n là thay đổi. Một điều dễ thấy nữa là, do ta chỉ có thể đưa thêm Rf chứ không thể giảm Rư nên ở đây chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức.

M(Iư)

θδ’’’

θδ’’

θδ’

θδđm

n (vòng/phút)

n0’’’

n0’’

n0’

n0đm

Mđm(Iđm)

10


Do Rf càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biến thiên của I đường đặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn).

Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất và giảm hiệu suất.

3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

n (vòng/phút)

n0

Rf0

Rf1

Rf2

Rf3

Mđm(Iđm) M(Iư)

n (vòng/phút)

M(Iư)

4

2

3

1 (Uđm)

Mđm(Iđm)

11


Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức. Tuy nhiên do cách điện của thiết bị thường chỉ tính toán cho điện áp định mức nên thường giảm điện áp U. Khi U giảm thì n0 giảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n giảm. Vì vậy thường chỉ điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều chỉnh trong phạm vi rất nhỏ.

Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh tốc độ thì mô men không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng đều không thay đổi (M = CM. θ. Iư).

Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ trong giới hạn 1:10, thậm chí cao hơn nữa có thể đến 1:25.

Phương pháp chỉ dùng cho động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập.

12


CHƯƠNG II: CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC

I. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ.

Theo đề bài thì động cơ làm việc với kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên từ thông của nó không thay đổi và do đó ta không thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông được.

Cũng từ đề bài, điện áp phần ứng là U = 24(V), dòng điện phần ứng là Iư = 45 (A) nên công suất của động cơ chỉ là 1080 (W). Công suất này nhỏ do đó ta không dùng phương pháp thêm điện trở phụ vào vì như vậy sẽ khiến hiệu suất kém đi.

Với phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng ta thấy ngay các ưu điểm của nó so với hai phương pháp trên là:

Hiêu suât điêu chinh cao (phương trinh điêu khiên la tuyên tính, triêt đê) hơn, tôn hao công suât điêu khiên nho.

Viêc thay đôi điên áp phân ưng cu thê la lam giam U dân đên mômen ngắn mach giam, dong ngắn mach giam. Điêu nay rât co y nghia trong luc khơi đông đông cơ.

Đô sut tôc tuyêt đôi trên toan dai điêu chinh ưng vơi môt mômen điêu chinh xác đinh la như nhau nên dai điêu chinh đêu, trơn, liên tuc.

Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi công suất điều chỉnh cao và đòi hỏi phải có nguồn áp điều chỉnh được xong nó là không đáng kể so với vai trò và ưu điểm của nó. Vậy nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi.

II. CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH LỰC.

Theo yêu cầu của đề bài ta cần sử dụng mạch băm xung áp một chiều theo phương pháp không đối xứng để điều khiển tốc độ của động cơ và có cả đảo chiều.

Mạch băm xung áp cần nguồn là nguồn một chiều. Do không có nguồn Ácquy nên nên ta phải lấy điện áp từ lưới điện xoay chiều. Do đó để có được nguồn một chiều cho mạch băm xung áp ta sẽ phải dùng một mạch chỉnh lưu. Và ở đây ta dùng mạch chỉnh lưu không điều khiển (các van là diode). Để chất lượng điện áp sau bộ chỉnh lưu tốt hay nói cách khác giảm được hệ số đập mạch của điện áp sau chỉnh lưu ta cần có thêm bộ lọc ở sau khâu chỉnh lưu.

13


Bên cạnh đó để có giá trị mong muốn của nguồn một chiều thì khi lấy từ lưới điện xoay chiều vào ta phải dùng thêm máy biến áp.

Do công suất của động cơ P = Uư*Iư = 24 * 45 = 1080 (W) < 10 kW nên động cơ làm việc với công suất ở đây là nhỏ. Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu một pha (loại 3 pha chỉ dùng cho công suất trên 10 kW). Ta không chọn mạch chỉnh lưu 1 pha có điểm trung tính vì như vậy chất lượng điện áp sẽ thấp và lúc này cấu tạo máy biến áp sẽ phức tạp hơn (cuộn dây bên thứ cấp sẽ phức tạp).

Tải mà chúng ta xét ở đây là động cơ điện. Với mô hình băm xung thì nó thường được ứng dụng trong các máy nâng hàng do đó yêu cầu về độ ổn định tốc độ là không cao. Ta hoàn toàn có thể chọn độ ổn định tốc độ trong một giới hạn nào đó. Ở đây để tiện cho việc tính toán ta sẽ chọn độ ổn định tốc độ của động cơ là 6.7%.

Do chỉnh lưu cầu một pha nên biến áp ta dùng cũng là loại biến áp một pha.

14


Sơ đồ mạch lực của hệ thống ban đầu như sau:

C10L2

R5R4

R3R2

C5C4

C3C2

M1

L1

Q2 Q3

D21 D22

D20D19

Q4Q1

C1

D15 D16

D17 D18

C6 C7

C8 C9

50

Hz

V25-110/110V

T5

R1

R6 R7

R8 R9

15


Sơ đồ khối của hệ thống như sau:

III. NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH LỰC.

1. Khâu chỉnh lưu cầu một pha.

Trong khoảng thời gian từ 0 - ∏ van D1 và D4 dẫn, điện áp trên tải UAB bằng điện áp U2 ở nửa chu kỳ đầu. Dòng điện có chiều từ A sang B.

Trong nửa chu kỳ tiếp theo, từ ∏ - 2∏ van D2 và D3 dẫn, điện áp trên tải UAB

bằng –U2. Dòng điện vẫn theo chiều thừ A sang B.

Trong cả hai nửa chu kì của điện áp dòng điện đều có chiều không đổi từ A sang B, điện áp đầu ra AB luôn ở phần dương. Do đó có thể thấy dòng xoay chiều đã được chỉnh lưu thành dòng một chiều.

Nếu tải thuần trở thì dạng dòng điện trên tải giống hệt dạng điện áp trên tải.

Biến áp 1 pha

Chỉnh lưu cầu một pha Băm

xung áp Động cơLưới điện

Mạch bảo vệ Mạch bảo vệ

D3

D4 D2

D1T1

50

Hz

V1-110/110V

R1

16

A

U2


Còn nếu tải cảm thì dòng điện sẽ bị san phẳng.

2. Băm xung áp một chiều theo nguyên tắc không đối xứng.

Q1Q4

D4 D1

D3D2

Q3Q2

L1

M1

17

E +-

A

B

+

-

-

+


Trong mạch băm xung áp một chiều này ta sử dụng các van điều khiển hoàn toàn IGBT và các bóng bán dẫn Diode. Sơ đồ bố trí các van như hình vẽ.

Ở đây ta coi như xung điều khiển dương thì bóng sẽ dẫn, xung điều khiển âm thì bóng sẽ bị khóa. Giả sử lúc đầu ta đưa xung điều khiển vào cực G của các bóng IGBT như trên đồ thị. Tức là:

18

t

t

t

t

t

t

UG1

UG4

UG2

UG3

Ut

It


Tư 0-t1: van Q1 dân, van Q4 khoa

Tư t1-TS: van Q1 khoa , van Q4 dân.

Van Q2 luôn dân.

Van Q3 luôn khoa.

Xét quá trình hoạt động của mạch băm xung áp:

Trong khoảng thời gian từ t0-t1: van Q1, Q2 dẫn và van Q4, Q3 khóa. Dòng điện đi qua Q1, Q2 và có chiều từ A B.

Trong khoảng thời gian từ t1-t2: van Q1, Q3 khóa và van Q4, Q2 dẫn. Tuy nhiên dòng diện tải không đảo chiều vì lúc này năng lượng trong điện cảm L1 sẽ sinh ra để duy trì dòng điện chạy theo chiều từ A B. Dòng điện khép mạch qua van Q2 và Diode D4.

Trong khoảng thời gian từ t2-TS: tại thời điểm t2 năng lượng trong cuộn dây kết thúc, lúc này chỉ còn năng lượng là sức điện động của phần ứng của động cơ. Dòng điện đảo chiều (chiều từ B A) do sức điện động trong phần ứng của động cơ. Cuộn cảm lại tiếp tục tích lũy năng lượng theo chiều ngược với chiều ban đầu.

Trong khoảng thời gian từ TS-t3: Van Q1, Q2 dẫn và van Q3, Q4 khóa.Tuy nhiên dòng điện vẫn duy trì theo chiều như cũ (B A) do năng lượng trong điện cảm có tác dụng duy trì chiều dòng điện. Ta thấy lúc này tổng sức điện động cảm ứng trên điện cảm và sức điện động trong phần ứng của động cơ lớn hơn E. Nên dòng điện sẽ khép mạch qua diode D1, qua nguồn E và diode D2.

Ta nhận thấy trong khoảng thời gian từ t1 tới TS dòng điện qua tải đảo chiều, tuy nhiên do quán tính cơ rât lơn so vơi quán tính điên nên động cơ không bị đảo chiều. Từ đồ thị ta cũng nhận thấy điện áp trên tải trong khoảng thời gian này là bằng không, bởi vì trong khoảng thời gian này thì Q4 và Q2 dẫn nên 2 đầu A và B luôn nối mát, do đó điện áp UAB = 0. Đây là điểm khác biệt giữa phương pháp điều khiển không đối xứng và đối xứng. Nó cho ta thấy khi điều khiển không đối xứng thì điện áp ra đối xứng hơn khi điều khiển đối xứng vì nó không có phần âm. Do đó phương pháp điều khiển này tốt hơn.

Từ đồ thị ta có dòng điện qua các van tương ứng với các khoảng thời gian đã nêu ở trên là:

19


Điện áp ngược đặt lên các van là: Ung = E.

20


CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC VÀ MÁY BIẾN ÁP.I. TÍNH CHỌN MẠCH LỰC.

Để tính chọn được các diode và các bóng IGBT ta cần dựa vào hai tiêu chí đó là dòng điện và điện áp. Vì vậy trước tiên ta cần xác định dòng điện trung bình chạy qua các van trong một chu kì xét, và điện áp ngược lớn nhất đặt lên các van đó.

Xét dòng điện tính toán cho các van:

Từ nguyên tắc hoạt động của mạch băm xung áp đã trình bày ở trên ta có dòng trung bình qua các van lần lượt là:

Từ các biểu thức dòng điện trung bình qua các van ta thấy giá trị dòng trung bình qua các van đều nhỏ hơn hoặc bằng I0. Vậy để tính chọn van ta lấy luôn giá trị I0

làm giá trị dòng điện tính toán cho các van.

Động cơ làm việc với công suất 1080 (W), đây là công suất nhỏ do đó ta lựa chọn chế độ làm mát cưỡng bức cấp một (dùng quạt gió) nên hệ số làm mát là Ki = 2.

Vậy dòng điện tính toán dùng để chọn van là:

Ilv = Ki *0 I0 = 2 * 45 = 90 (A).

Xét điện áp tính toán cho các van:

Theo yêu cầu của đề bài điện áp phần ứng Uứ = 24 (V) về sơ bộ (chưa tính sụt áp trên các van) thì nguồn một chiều có E = 24(V). Vậy điện áp đặt lên các van là:

Ung = E = 24 (V).

Chọn hệ số dự trữ điện áp là Kdt = 2. Điện áp tính toán dùng để chọn van là:

Unv = Kdt * Ung = 2 * 24 = 48 (V).

Vậy dòng điện và điện áp dùng để chọn van là:

21


Ta tiến hành lựa chọn cụ thể như sau:

a. Chọn diode công suất.

Ký hiệu Imax Un(V) Ipik(A) ∆U(V) Ith(A) Ir(mA) Tcp(0C)

1N2427 100 100 950 1.1 50 2 175

Với:

Imax: Dong điên chinh lưu cưc đai.

Un: Điên áp ngươc đăt lên diode.

Ipik: Đinh xung dong điên.

∆U: Tôn hao điên áp ơ trang thái mơ cua diode.

Ith: Dong điên thư cưc đai.

Ir: Dong điên ro ơ 250C.

Tcp: Nhiêt đô lam viêc cho phep.

b. Chọn van điều khiển

Với đặc tính làm việc của mạch băm xung áp, các van điều khiển cần có khả năng điều khiển hoàn toàn (tức là điều khiển được cả quá trình đóng và mở bằng tín hiệu xung điều khiển). Ta chọn van ở đây là các bóng IGBT với thông số như sau:

Ký hiệu Icmax (A) UCe

bão hòa(V)

Pcmax UCemax (V) UGemax UCemax (th) IGE (mA) toff (μs)

GA100NA60U 100 2.1 250 600 ±20 6 1 1

Một số thông số khác:

Điên áp cưc đai khi đưa vao cưc điêu khiên la UGE = ±20 (V)

Dong điên đưa vao cưc điêu khiên IG = 1 (mA).

Điên áp rơi thuân trên IGBT sau khi thông la 1.49 (V).

Các thông sô thơi gian:

TYP MAX UNIT

22


ton 0.3 0.7 μs

toff 0.5 1 μs

tr 0.4 0.8 μs

tf 0.18 0.38 μs

II. TÍNH CHỌN DIODE CHO MẠCH CHỈNH LƯU KHÔNG ĐIỀU KHIỂN.

Ta chọn mạch chỉnh lưu không điều khiển cầu một pha. Với các van đã chọn trong mạch băm xung áp ta thấy điện áp sụt trên các van (sut ap khi dong qua 2 IGBT). Vậy để điện áp phần ứng của động cơ là 400 (V) thì điện áp sau chỉnh lưu là:

Ud = 400+ 2.9 = 402.9(V)

Vậy

Dòng trung bình qua các diode là:

ID = Id / 2 = 6/2 =3 (A).

Chọn chế độ làm mát như trong mạch băm xung áp ta có:

Ilv = 2 * 3 = 6 (A)

(Ở đây ta không cần xét đến chế độ khởi động của động cơ vì ta chỉ quan tâm đến việc điều chỉnh tốc độ của động cơ).

Xét điện áp tính toán cho van:

Ta có:

Điện áp ngược đặt lên các van là: Ung = = 632(V).

Chọn hệ số dự trữ điện áp là Ku = 2 ta có Unv = Ku.Ung = 2 * 632= 1264 (V)

23


Vậy các tham số cần thiết chọn diode là:

Ta chọn chế độ làm mát cưỡng bức cấp một có quạt gió.

Chọn 4 diode công suất

Ký hiệu Imax (A) Un (V) Ipik (A) ∆U (V) In(mA) Tcp(0C) Ith (A)

S5020PF 50 200 800 1 2 200 50

III. TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP.

Trong phần này ta sẽ thực hiện tính toán các thông số sau cho máy biến áp:

Tính toán kích thươc mach tư.

Tính toán dây quân, sô vong va kích thươc dây.

Tính toán kích thươc mach tư.

Tính chon kích thươc cưa sô.

Tính chon kêt câu dây quân.

Tính tông sut áp bên trong biên áp.

Để có thể tính chọn được máy biến áp trước tiên ta cần các đại lượng.

a) Điện áp chỉnh lưu không tải : Udo = Ud + ∆Uv + ∆Uba + ∆Udn.

Ở đó:

Ud: Điên áp chinh lưu.

∆Uv = 2* 1= 2 (V) vi mỗi lân dong điên đêu đi qua 2 diode cua mach chinh lưu.

∆Uba = ∆Ur + ∆U1 = 2.7 (V) (chon băng 10% Ud)

Udn: sut áp trên dây coi băng 0.

(V).

b) Công suất tối đa của tải

24


Pdmax = Ud0 * Id = 407.6 * 6 = 2445.6 (W).

c) Công suất máy biến áp nguồn cấp.

Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển nên:

kS=1.23

Sba = kS * Pdmax = 1.23 * 2445.6 = 3008 (W).

1.Tính mạch từ.

Tiết diện trụ QFe của lõi máy biến áp là:

Với:

kQ: hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, chọn kQ = 5 (làm mát bằng dầu).

số pha m = 1

tần số lưới điện.f = 50 (hz)

Vậy

đường kính trụ

2. Tính toán dây quấn_số vòng và kích thước dây.

Điện áp cuộn dây thứ cấp:

Điện áp cuộn dây sơ cấp

Điện áp này bằng điện áp nguồn cấp. Do biến áp một pha nên điện áp sơ cấp là điện áp pha

Dòng điện của các cuộn dây:

25


Sơ cấp:

Thứ cấp:

Số vòng của mỗi cuộn dây:

Số vôn trên vòng:

4.44 * f * Qfe * B * 10-4 = 4.44 * 50 * 29.6* 1.5 * 10-4 = 1 (V)

Tiết diện dây quấn (kích thước dây)

Với I: cường độ dòng qua các dây

J là mật độ dòng điện trong các dây. Chọn J= 25 (A/mm2).

Ta có SCu1 = SCu2 =

D1 = D2 = 4.22 (mm)

Vậy ta chọn dây đồng có các thông số:

Đường kính thực của lõi : d = 4.1 (mm)

Tiết diện lõi đồng : SCu = 13.2 (mm2)

Trọng lượng riêng / mét : mCu = 117 (g/m)

Điện trở / mét : R/m = 0.00123 (Ω/m)

Đường kính ngoài có cách điện

: dn =4.43 (mm)

26


3. Tính toán kích thước mạch từ

Do P = 1749 (W) < 10 (kW) nên chọn mạch từ là trụ chữ nhật có tiết diện: QFe=a b với a là bề rộng trụ và b là bề dầy trụ.

Chọn lá thép có độ dày 0.35 (mm).

Diện tích cửa sổ cần thiết kế:

4. Tính toán kích thước cửa sổ.

Chọn các hệ số phụ

5. Kết cấu, dây quấn.

Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ với mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây, mỗi lớp dây quấn liên tục các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện bằng các bìa cách điện.

Số vòng dây trên mỗi lớp:

b

Hh

ac

C

27


Với:

hg: là khoảng cách cách điện với gông, chọn hg = 2 * dn.

dn: đường kính dây quấn kể cả cách điện

h: chiều cao cửa sổ.

Số lớp dây trong mỗi cửa sổ.

Goi cdt là bề dày bìa cách điện trong cùng, còn cdn là bề dày cách điện ngoài cùng, ta chọn là 0.3 (mm).

Bề dày mỗi cuộn dây:

Bdi = d * Sid + cd * Sid. Ta chọn cd = 0.1(mm) vì biến áp công suất nhỏ.

Sơ cấp:

Bd1 = 4.1 * 2.4 + 0.1 * 2.4 Bd1 = 10 (mm).

Thứ cấp:

Bd2 = 4.1 * 1.3 + 0.1 * 1.3 Bd2 =5.5 (mm).

Tổng bề dày các cuộn dây:

Bd = Bd1 + Bd2 + cdt + cdn Bd = 10+5.5+2 * 0.3 Bd = 16.1 (mm).

Kiểm tra kết quả tính toán:

Bd = 1.61(cm) < c = 3.15 (cm).

∆c = c – Bd = 3.15 – 1.61 = 1.89 thuộc vào khoảng [0.5 ÷ 2] (cm).

Như vậy tính toán là hoàn toàn hợp lí.

6. Tính tổng sụt áp trong máy biến áp.

Điện áp rơi trên điện trở:

28


Điện áp rơi trên điện kháng:

Lại có:

Chọn cd = 0.3 (mm) vì biến áp có dòng tương đối nhỏ.

Xn = 0.0004(Ω) L = (Xn/ω) = (Xn/2πf) = 1.3 * 10-6(H)

= 1 * 0.0004 * 45/π = 0.0057 (V).

Điện trở ngắn mạch máy biến áp:

Rnm = R2 + ( ) *R1 = 0.014 +

Tổng trở ngắn mạch máy biến áp:

Znm =

Điện áp ngắn mạch % của máy biến áp:

Unm % =

Dòng điện ngắn mạch máy biến áp:

Inm =

Lưu ý: Các tính toán đã thể hiện ở trên chỉ mang tính lý thuyết, nó không có ý nghĩa thực tế một cách hoàn toàn.

Vậy các thông số của máy biến áp được tính như sau:

29


Điên áp sơ câp: U1 = UN = 452 (V).

Điên áp thư câp: U2 = 63.5 (V).

Sô vong dây bên sơ câp: 64 (vong).

Sô vong dây bên thư câp: 35 (vong).

Dây đông tron co đương kính d = 4.1 (mm); dn = 4.43 (mm).

Cưa sô co chiêu cao h = 12.8 (cm) va chiêu rông c = 2.6 (cm).

Bê day máy biên áp: b = 5.1 (cm).

Khoảng cách giữa các cửa sổ: a = 5.1 (cm).

IV. TÍNH TOÁN BỘ LỌC

Sư đâp mach cua điên áp chinh lưu sẽ lam cho dong điên tai cũng đâp mach theo, lam xâu đi chât lương dong điên môt chiêu, nêu tai la đông cơ điên môt chiêu sẽ lam xâu quá trinh chuyên mach cô gop cua đông cơ, lam tăng phát nong cua tai do các thanh phân song hai.

Yêu câu vê hê sô đâp mach cho ta biêt co cân bô loc môt chiêu hay không. Khi so sánh hê sô đâp mach cân co vơi hê sô đâp mach cua bô chinh lưu ta nhân thây: Bô chinh lưu câu môt pha không điêu khiên dung các diode co hê sô đâp mach theo tính toán la 0.67.

Nhưng theo lưa chon đa đưa ra trong phân "Chon sơ đô mach lưc" thi tôc đô cua đông cơ chi đươc phep thay đôi 6.7%. Hay noi cách khác hê sô đâp mach cua điên áp đâu vao băm xung chi la 0.067. Do đo hê sô đâp mach sau sơ đô chinh lưu chưa thoa man yêu câu đăt ra vơi điên áp cung câp cho đông cơ. Vây chung ta nhât thiêt cân co bô loc môt chiêu. Trong trương hơp nay ta dung bô loc LC (loc ca dong lân áp) như sau:

1. Tính toán chung.

Muc đích cua viêc tính toán bô loc la xác đinh các tri sô cân thiêt cua điên cam loc va tu điên loc sao cho thoa man hê sô đâp mach mong muôn đông thơi hiêu chinh

30


đê co kích thươc cua bô loc vưa phai. Trong thưc tê tu điên đươc chê tao vơi các tri sô qui chuẩn va chi cân chon tri sô phu hơp, con điên cam loc phai tư thiêt kê vi không co chê tao chuẩn.

Chọn hệ số đập mạch mong muốn là kđmr = 0.067.

Hệ số san bằng để đánh giá hiệu quả của bộ lọc:

ksb = (kđmv/kđmr) = (0.67/0.067) = 10

Tải điện trở tương đương tính một cách sơ bộ theo công thức sau:

Trị số điện cảm L thường được chọn theo biểu thức sau:

L>Lmin =

ta chọn L = 5(mH).

Các tham số LC lại có quan hệ sau:

L.C =

Chọn

2. Tính toán thiết kế cuộn kháng lọc một chiều.

Cuộn kháng một chiều có một số đặc điểm sau:

Dong qua cuôn kháng môt chiêu co hai thanh phân: môt chiêu va xoay chiêu. Thương thi thanh phân môt chiêu co giá tri lơn nên lam điêm lam viêc cua lõi thep bi đẩy lên gân vung bao hoa. Con thanh phân xoay chiêu co giá tri nho hơn nhiêu do đo cương đô dong điên tư nho nên tôn thât trong thep không lơn.

Đê giư tri sô L ôn đinhkhi dong tai thay đôi, cân tránh lõi thep bi bao hoa, vi vây lõi thep phai co khe hơ không khí(miêng đêm không khí nhiễm tư).

Tân sô thanh phân xoay chiêu (bâc cơ ban) cua dong điên tai thương không phai la 50(Hz) ma la bôi cua tân sô lươi (100, 150, …)

31


Loai thep ki thuât hay đươc dung la loai thep cán nguôi. Kêt câu thương co dang chư E hay chư O. Ở đây ta chon kêt câu chư E. Các kích thươc cua no co môi quan hê như sau:

Như đã nói ở trên các cuộn kháng không được chế tạo thành các qui chuẩn như tụ điện. Do đó ta cần tính toán thiết kế riêng cho cuộn kháng lọc này. Các thông số cần biết để thực hiện tính toán là:

Giá trị điện cảm lọc L = 5(mH).

Dòng điện một chiều trung bình qua cuộn cảm, thường chính là dòng điện tải định mức Id = 45(A).

Sut áp môt chiêu tôi đa cho phep trên cuôn kháng loc 2(V).

Sut áp xoay chiêu tôi đa cho phep trên cuôn kháng =6(V).

Tân sô đâp mach cua song hai cơ ban bâc môt f1 = 100(hz).

Nhiêt đô môi trương nơi đăt cuôn kháng: Tmt = 40(oC).

Chênh lêch nhiêt đô tôi đa cho phep giưa cuôn dây điên cam va môi trương

1. Tính kích thước lõi thép.

Kích thước cơ sở: a = 2.6

Ta có

Tiết diện lõi thép: Sth = a.b = 3.41(cm2)

Diện tích cửa sổ: Scs = h.c = 6.84(cm2)

Độ dài trung bình đường sức: lth = 2(a+h+c) = 16.22(cm)

Ha/2 a/2a

b

c

32


Độ dài trung bình dây quấn: ldq = 2(a+b) + = 11.66(cm)

Thể tích lõi thép: Vth = 2ab(a+h+c) = 55.37(cm3)

2. Tính điện trở dây quấn ở nhiệt độ 20 o C đảm bảo sụt áp cho phép.

r20 =

3. Số vòng dây của cuộn cảm.

w = 414.

4. Tính mật độ từ trường.

H =

5. Tính cường độ từ cảm

B =

6. Tính hệ số theo H và B

Do B>0.005(T)

7. Trị số điện cảm nhận được.

Ltt =

8. Tiết diện dây quấn.

S = 0.072

Vậy ta chọn dây đồng như sau:

9. Xác định khe hở tối ưu.

lkk = 1.6*10-3.w.Id = 1.6*10-3.114.6=1.09(mm)

33


miếng đệm có độ dầy: lđệm = 0.5 * lkk = 0.545(mm).

10. Tính toán kích thước cuộn dây.

+) Chọn lõi cuộn dây có độ dầy 5(mm) độ cao sử dụng để cuốn dây là:

hsd = h – 2*

+) Số vòng dây trong một lớp:

w’ = (hsd/dn) = 4.07/(5.53*10-1) = 7.35

một lớp cuốn dây có 8(vòng).

+) Số lớp dây.

n = w/w’ = 114/7.35 = 15.5 cần quấn 7 lớp.

+) Độ dày cả cuộn dây.

11. Do c = 1.35(cm) nên với độ dày của cả cuộn dây như đã tính toán ở trên thì chúng tỏ cuộn dây lọt trong cửa sổ.

12. Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ.

+) Tổn thất đồng trong dây quấn:

PCu =

+) Tổng diện tích bề mặt cuộn dây:

SCu = 2.hsd.(a+b+ )

+)Hệ số phát nhiệt :

=1.03*10-3

độ chênh lệch nhiệt độ:

Với giá trị tính toán thế này thì ta sẽ sử dụng biện pháp làm mát cưỡng bức cho bộ lọc để nhiệt độ làm việc của nó nằm trong giới hạn cho phép.

34


35


CHƯƠNG IV: CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH LỰC VÀ CÁC VAN BÁN DẪNI. SƠ ĐỒ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ

Do các phân tư kem kha năng chiu đưng các biên đông manh vê điên áp va dong điên chính la các van bán dân nên viêc bao vê mach lưc chu yêu la bao vê các van bán dân khoi hai trang thái: quá dong va quá áp.

Do trong mach lưc trươc bô phân chinh lưu ta đa co máy biên áp lưc nên lương điên cam trong máy biên áp nay đa co tác dung như môt điên cam bao vê va ngăn chăn sư tăng dong quá nhanh trong các van bán dân. Vi vây vân đê quá dong không cân xet đên nưa.

Trên thưc tê quá áp gây hong van co hai dang đo la: quá áp vê biên đô vươt tri sô cho phep cua van va quá tôc đô tăng áp thuân đăt lên van. Vây đê bao vê các van bán dân thi ta sư dung mach lưc như sau:

36


C1

D15 D16

D17 D18

Q1Q4

D19 D20

D22D21

Q3Q2

L1

M1

C2 C3

C4 C5

C6 C7

C8 C9

50

Hz V25-110/110V

T5

R1

R2 R3

R4 R5

R6

R8 R9

37


Các phần tử bảo vệ được bố trí như trên có tác dụng bảo vệ mạch lực tránh xung điện áp từ lưới với hai phần tử R1 và C1. Còn R2, C2 và các cụm RC còn lại trong mạch được mắc song song các van như hình vẽ trên dùng để bảo vệ quá áp.

Các diode từ D19 đến D22 có tác dụng bảo vệ các van khi có điện áp ngược đặt lên van.

Việc tính toán các phần tử này nhìn chung khá phức tạp nên ta thực hiện theo phương pháp kinh nghiệm. Và có một số điểm cần lưu ý với phương pháp kinh nghiệm như sau:

R2 thương năm trong khoang vai chuc đên 100 (Ω)

C2 thương năm trong khoang 0.1 ÷ 2 (μF).

Dong điên lơn thi chon điên trơ nho va tu lơn, ngươc lai nêu dong điên nho thi chon tu nho va trơ lơn.

Ở đây, do I0 = 45 (A) nên dòng nhỏ do đó ta chọn như sau:

Sau khi chọn ta cần xác định lại hai đại lượng sau: dòng phóng qua tụ lớn nhất và tốc độ tăng áp thuận.

Dong điên phong qua tu lơn nhât:

với 40 là giá trị điện áp sau chỉnh lưu thỏa mãn giá

trị cho phép.

Tôc đô tăng điên áp thuân cho phep:

với L là lượng điện cảm đã được tính toán

trong phần tính toán máy biến áp. Còn Rt = (Ut/It) = 24/6 = 4(Ω)

Tốc độ trên so với giá trị tốc độ tăng áp cho phép của van ở cấp 2 là 50

là nhỏ hơn nên ta có thể thấy việc tính chọn các phần tử bảo vệ là hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu.

Vậy

38


II. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CỦA ĐIỆN TRỞ.

Phát nhiệt trên điện trở chủ yếu do quá trình chuyển mạch gây nên và tính gần đúng theo biểu thức sau:

PR = fV.C.UVmax2.

Với diode trên mạch chỉnh lưu ta có fV = 50 (Hz) nên

PR = 50 * 0.5*10-6 * 42.42 = 0.045 (W).

Với IGBT thì fv chọn là 2 (kHz) nên

PR = 2 * 103 * 0.5 * 10-6 * 42.42 = 1.8 (W).

Vậy ta chọn điện trở công suất 6 W và có giá trị là 100 (Ω)(Điện trở bảo vệ của phần trên).

III. TÍNH TOÁN APTOMÁT BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN

Để bảo vệ được các van ta phải chọn loại Aptomat có độ tác động nhanh do đó ta dùng Aptomat một chiều và đặt nó ở đầu ra chỉnh lưu.

Tính toán:

Aptomat phải có các giá trị định mức thỏa mãn những điều kiện sau:

Vậy ta chọn Aptomát một chiều với các thông số định mức cụ thể như sau:

39


CHƯƠNG V:THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂNI,Các khối cơ bản của mạch điều khiển

1. Mạch tạo dao động:

Đê tao đươc xung vuông vơi tân sỗ 400Hz ta sư dung vi mach tao dao đông

Timer555 vơi các thông sô cho như trên:

Sơ đô thay thê cua vi mach như sau:

:Trang thái (mưc logic)dâu ra tai thơi điêm t,la đâu

ra đao cua FF trong vi mach

Nguyên lý hoạt động:

Khi =1 thi Transistor dân bao hoa ,tu dân điên qua

Transistor nên điên áp trên tu Uc giam

Khi tu Uc giam tơi Uc= thi =0.

40

+12V

1 Gnd2Trg3 Out4Rst 5Ctl

6Thr7Dis8Vcc555

+

CT.067uF

+

C1.01uF

RA52k

RB0.4k

R12k

Bộ tạo dao động Timer555

Vcc

R1

R2

C

Q

6,2


Khi Uc tăng tơi Uc= thi

=1 Transistor lai dân bao hoa.

Khoang thơi gian t1 phu thuôc

vao nap,vơi nap=(R1+R2)C

Khoang thơi gian t2 phu thuôc

vao phong ,vơi phong=R2C

Qua tính toán ta đươc

t1=(R1+R2)Cln2

t2= R2Cln2

Chon C=0,067F;R2=0,4k R1=52k;ta sẽ đươc tân sô dao đông cua Timer

la f=400Hz

2. Mạch tạo xung răng cưa:

Ta sư dung mach như sau:

Vơi các thông sô đươc chon như sau:

Transistor: Chon loai NPN:MSD601_ST1

41

U

t1 t2

T

t

t

Biểu đồ dạng sóng của Timer555 ở chế độ đa hài phiếm định

Bộ tạo xung răng cưa

ZY18

+V15V

PNP1k

0.6k

C20.8uF

Q1MSD601-ST1

T1

T2


Diod Zener DZ: Chon loai ZY18; Zener Silic ; Uz=18V;P=2W

Trong sơ đô nay thi T1 ,Dz R tao ra nguôn dong va nguôn dong nay đươc nap

cho tu

I=

Trong đo:

Uz:Điên áp ôn đinh cua Diod Zener Dz.

:Hê sô khuyêch đai cua Transistor T1.


-Khi T2 bi khoá (Không co điên áp đăt vao cưc gôc):Tu C đươc nap điên

Uc=

điên áp đông bô răng cưa tuyên tính vơi thơi gian

-Khi T2 thông (Co điên áp đăt vao cưc gôc):Luc nay tu C phong điên qua T2 nên

Uc nhanh chong giam vê 0 (Coi R0)

3. Khâu khuyếch đại :

Sư dung khuyêch thuât toán không đao TL084 vơi sơ đô như sau:

Vơi khuyêch thuât toán trên ta dễ dang tính đươc hê sô khuyêch đai cua mach

42

+V15V

+ TL084

+V-15V

R1

R2

Uvµo Ura

Bộ khuếch đại


K=

Thay đôi các thông sô R1 va R2 cua mach ta sẽ co tương ưng vơi 1 điên áp đâu

vao sẽ co môt điên áp đâu ra co đô lơn gâp K (tuỳ y)lân điên áp đâu vao .

4. Khâu so sánh :

Ta sử dụng vi mạch LMC6762A/NS với sơ đồ như sau:

Mach so sánh la mach báo hiêu sư băng nhau giưa điên áp cân so sánh Uv va

điên áp chuẩn Uref .

Đâu ra cua mach so sánh la mưc logic cao hoăc thâp (điên áp ra dang xung

vuông co đô lơn phu thuôc vao điên áp bao hoa cua vi mach so sánh va co đô rỗng

xung phu thuôc vao điên áp chuẩn),


-Khi Uv>Uref thi Ur=Ubh Vcc

43

+V-10V

+V10V

Rvar

+V-15V

+V15V

LMC6762A/NSUrcUra

Uv

+-

+Vcc

-Vcc

UrUref

+Ubh

Uv

Ur+Ubh

-Ubh

Uref


-Khi Uv<Uref thi Ur=-Ubh -Vcc

5. Mạch phản hồi dương dòng điện và phản hồi âm tốc độ :

-Để phản hồi dương dòng điện: Ta dung Sensor dong S1 đê nhân biêt dong điên

phân ưng cua đông cơ ,sau đo cho qua bô khuyêch đai vơi hê sô K .Mach sẽ phan hôi

dương dong điên vê bô điêu chinh dong điên R(I).

- Để phản hồi âm tốc độ: Ta sư dung máy phát tôc nôi cung truc vơi truc đông cơ

,điên áp đâu ra cua máy phát tôc tỷ lê vơi tôc đô theo biêu thưc sau:U=. va đươc

phan hôi trơ lai vao bô điêu chinh tôc đô.

+ Khi dung mach phan hôi âm tôc đô đê giam sai sô tôc đô ,tưc la lam tăng đô

cưng cua đăc tính cơ như vây sẽ lam tăng giá tri cua dong điên ngắn mach va momen

ngắn mach , gây nguy hiêm cho đông cơ khi bi quá tai va gây hong hoc cho các bô

phân truyên lưc .

+ Đê giai quyêt mâu thuân giưa yêu câu vê ôn đinh tôc đô va yêu câu vê han chê

dong điên ngươi ta thương dung phương pháp phân vung tác dung .Trong vung biên

thiên cho phep cua mômen va dong điên phân ưng đăc tính cơ cân co đô cưng thích

hơp đê đam bao sai sô la nho.

+ Khi dong điên va momen quá pham vi cho phep nay thi ta phai giam manh đô

cưng cơ cua đăc tính cơ đê han chê dong điên .

+ Măt khác ,trong quá trinh khơi đông ,ham ,điêu chinh tôc đô đông cơ thương

co yêu câu giư cho gia tôc không đôi đê đat đươc tôi ưu vê thơi gian quá đô cân co

đoan đăc tính cơ co đô cưng băng không.

+ Như vây các mach vong điêu chinh đươc nôi theo câp đôc lâp vơi nhau ,viêc

phân vung tác dung giưa ôn đinh tôc đô va han chê dong điên .

+ Điên áp đâu ra cua bô R() la điên áp đăt dong điên phân ưng Ui đăt .

+ Bô điêu chinh dong R(I) co nhiêm vu duy tri dong phân ưng luôn băng giá tri

Ui đăt.

44


6. Một số mạch phụ trợ khác:

a. Mạch lặp : Sư dung khuyêch thuât toán không đao TL084 vơi sơ đô như sau:

Co chưc năng cách ly vê điên đôi vơi Transistor nhăm bao vê Transistor.

b. Vi mạch NAND: Sư dung vi mach 4093 ho CMOS.

Đây la mach Va đao ,đâu ra cua mach co mưc logic cao nêu moi đâu vao cua

mach đêu co mưc logic cao

c. Trigơ loại JK:

Co 2 đâu vao, 2 đâu ra .

Như vây ta co sơ đô câu truc cua mach điêu khiên ơ trang bên:

45

SJCPK

RQ_Q

Trig¬ JK

+V15V

+TL084

+V-15V

R10.5k

Mạch lặp


id

SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN

ED1

D4

T1

T4ud

US CD2

D3

T2

T3

SS

RC

SS

D §

K

&

T1

T4

T2

T3

&

R() R(I)

DT

NSJ

CPK R

Q_Q T3

T4

NPN

NPN

1RTr

2RTr

1RTr

2RTr

+ VCC

(-)

(+)

FT

46


47

II. Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển - Sensor dòng S2 được gắn để đo dòng của máy phát tốc cho ta tín hiệu dòng

điện tỷ lệ với tốc độ động cơ ,khi động cơ có tốc độ nhỏ thì S2 có tín hiệu ra là tín

hiệu D .

- Ban đâu khi mơ máy ,ngươi vân hanh đăt tôc đô cho đông cơ la Uđ, sau đo ân

nut mơ máy T, khi đo đâu vao J=1 nên đâu ra thuân T=1 lam cho Rơle trung gian

1RTr tác đông-> tiêp điêm thương mơ 1RTr đong vao lam cho điên ápđiêu khiên Uđk

đươc đưa vao bô so sánh la 15V .Luc đo khi U=15V thi T1 thông ,T4 khoá va khi

U=-15V thi T1 khoá T4 thông ,như vây T3 luôn thông T1 va T4 thay nhau thông nên

đông cơ đươc đăt điên áp thuân va quay thuân .

- Khi muôn điêu chinh tôc đô đông cơ ,ngươi vân hanh thay đôi lai Uđ băng

cách điêu chinh lai giá tri cua Uđk tưc la lam thay đôi nên U= thay đôi

theo, điêu chinh trơn đươc thi ta sẽ co môt dai tôc đô trơn.

- Khi muôn đông cơ quay ngươc (đao chiêu chuyên đông): Luc nay ngươi vân

hanh ân nut mơ máy ngươc N,tuy nhiên vi tôc đô cua đông cơ đang lơn nên Sensor

dong S2 chưa co giá tri tín hiêu điên áp D nên đâu vao R không co tín hiêu .Khi đo

ngươi vân hanh cân phai giam tôc đô cua đông cơ (Chung ta co thê kêt hơp vơi hê

thông phanh cơ khí) ,khi tôc đô cua đông cơ giam đên môt ngưỡng nao đo thi chung ta

sẽ co đươc tín hiêu D,luc nay ta mơi co thê ân nut N đê nhân đươc tín hiêu K=1 đăt

vao Flip-flop lam N=1,T=0,bô so sánh thuân đươc tách ra đông thơi bô so sánh

ngươc đươc đưa vao ,luc nay T2 va T3 thay nhau dân con T4 luôn thông .

- Khi tôc đô đông cơ giam dân ,đông cơ đươc ham ngươc. Khi tôc đô cua đông

cơ giam tơi giá tri không thi đông cơ đươc khơi đông ngươc va bắt đâu quay ngươc.

THỐNG KÊ CÁC LINH KIỆN DÙNG CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

Đồ án môn học Điện Tử Công Suất Mai Sü Hïng - CH9 - Tù §éng Ho¸

TÊN LINH KIỆN SỐ LƯỢNG

IC M54HC32 1

Biến áp Xung 4

IC LM337 2

IC LM324 1

Diode KYZ70 9

IC LM318S8 4

BC108 (Tranzistor) 6

BC546 (Tranzistor) 1

IC M54HC08 3

Diode SW01PCN020 3

49


CHƯƠNG VII: MÔ PHỎNG. Trong phần này ta sẽ tiến hành mô phỏng mạch điều khiển bằng chương trình

Circuit Maker, và mạch lực bằng chương trình MatLab.

I. MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

Tín hiệu sau máy phát xung:

1.500ms 1.600ms 1.700ms 1.800ms 1.900ms 2.000ms 2.100ms 2.200ms 2.300ms 2.400ms

15.00 V

10.00 V

5.000 V

0.000 V

-5.000 V

-10.00 V

-15.00 V

A: u2_6

Từ hình vẽ ta thấy sau máy phát xung, ta có được tín hiệu điện áp với chu kì là 2 kHz, và thời gian nạp của tụ là 5(μs), thời gian phóng là 0.495(ms). Sau khâu cắt xung âm tín hiệu điện áp có dạng:

1.500ms 1.600ms 1.700ms 1.800ms 1.900ms 2.000ms 2.100ms 2.200ms 2.300ms

7.000 V

5.000 V

3.000 V

1.000 V

-1.000 V

A: d4_k

Ta nhận thấy biên độ của xung giảm, đó là do sụt áp trên điện trở và diode gây nên. Vẫn còn một phần xung âm đó là do điện áp rơi thuận trên diode là 0.7(V)

Tín hiệu sau khâu tạo xung răng cưa:

Đồ thị cho thấy xung dạng răng cưa với chu kì là 2kHz.

50


1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 3.500ms 4.000ms 4.500ms 5.000ms

9.000 V

7.000 V

5.000 V

3.000 V

1.000 V

-1.000 V

A: t1_1

Tín hiệu điện áp sau khâu so sánh.


A: u3b_7 15.00 V

-15.00 V

B: u3c_8 15.00 V

-15.00 V

Sau khâu so sánh tín hiệu điện áp của ta sẽ được phân thành 2 kênh. Sau phần cắt xung âm nó có dạng như sau:


A: v2c_8 17.50 V

-2.500 V

B: v2a_1 17.50 V

-2.500 V

51


Tín hiệu sau khâu phát xung chùm và sau khi được cắt phần âm:


A: u2d2_6 15.00 V

-15.00 V

B: v3c_8 17.50 V

-2.500 V

Đồ thị cho thấy xung chùm được phát ra có tần số là 20kHz

Tín hiệu điện áp sau khi qua bộ phận logic số để phân thành 4 kênh tín hiệu điều khiển lần lượt cho các van T1, T4, T2, T3 như sau:

Khi khoa K ơ mưc cao:

Trươc khi trôn xung:


A: h1d_11 5.000 V

0.000 V

B: h1a_3 5.000 V

0.000 V

C: h1c_10 5.0003 V

4.9999 V

D: h1b_4 15.00uV

0.000uV

Sau khi trôn xung:

52



A: v16b_4 5.000 V

0.000 V

B: v3d_11 5.000 V

0.000 V

C: v3c_10 5.000 V

0.000 V

D: v16a_3 9.250nV

7.750nV

Và tín hiệu điều khiển đưa vào các bóng bán dẫn T1, T4, T2, T3 lần lượt như sau (Tín hiệu ra sau biến áp xung và khâu tạo xung âm):


A: d18_k 10.00 V

-5.000 V

B: d15_k 10.00 V

-5.000 V

C: r34_2 9.000 V

-1.000 V

D: d16_k 1.000 V

-5.000 V

Đồ thị cho thấy ta đã tạo được xung âm để khoá bóng. Và giá trị của xung âm là -5(V).

Khi khoa K ơ mưc thâp:

Trươc khi trôn xung:


A: h1d_11 15.00uV

0.000uV

B: h1a_3 5.0003 V

4.9999 V

C: h1c_10 5.000 V

0.000 V

D: h1b_4 5.000 V

0.000 V

53


Sau khi trôn xung:


A: v16b_4 9.250nV

7.750nV

B: v3d_11 5.000 V

0.000 V

C: v3c_10 5.000 V

0.000 V

D: v16a_3 5.000 V

0.000 V

Và tín hiệu điều khiển đưa vào các bóng bán dẫn T1, T4, T2, T3 lần lượt như sau (Tín hiệu ra sau biến áp xung và khâu tạo xung âm):


A: d18_k 1.000 V

-5.000 V

B: d15_k 9.000 V

-1.000 V

C: r34_2 10.00 V

-5.000 V

D: d16_k 10.00 V

-5.000 V

Đồ thị trên cũng cho thấy ta đã tạo được xung âm để khoá bóng. Và giá trị của xung âm là -5(V).

Từ các đồ thị ở hai thời điểm khi K ở mức cao và K ở mức thấp ta thấy tín hiệu điều khiển khi K ở mức cao thì T2 luôn dẫn, T3 luôn khóa, T1 và T4 đóng mở ngược nhau. Còn khi K ở mức thấp thì T1 luôn khóa, T4 luôn dẫn, T2 và T3 đóng mở ngược nhau. Như vậy nó đã thỏa mãn đúng cách đưa xung điều khiển vào các cực để đảo chiều quay của động cơ.

54


KẾT LUẬN

Như vậy qua phần trình bày về đồ án có thể thấy đồ án đã thực hiện được các yêu cầu cơ bản như sau:

Điêu khiên đươc tôc đô cua đông cơ trong dai 1:10.

Xây dưng va mô phong thanh công mach điêu khiên va mach lưc

Tính toán va lưa chon đây đu các khâu đa xây dưng.

Tuy nhiên vân con tôn tai môt sô nhươc điêm:

Viêc tính toán máy biên áp va bô loc chi hoan toan mang tính lí thuyêt va to ra chưa hơp lí.

Viêc mô phong vân chưa thưc sư chuẩn vơi lí thuyêt thiêt kê.

55


TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Điện tử công suất.

Các tác gia: Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh.

Nha xuât ban khoa hoc ky thuât năm 2000.

Điện tử công suất Lý thuyết Thiết Kế Ứng Dụng

Các tác gia: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh.


Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất

Tác gia: Phạm Quốc Hải.

Tai liêu bô môn Tư đông hoá – Khoa Điên - Trương ĐH Bách Khoa Ha Nôi.

MATLAB_SIMULINK

Tác gia: Nguyễn Phùng Quang.


56

Engineering

Thiết kế bộ băm xung áp một chiều có đảo chiều để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều