Do An Nop Thay

§å ¸n m«n häc §iÖn tö c«ng suÊt

Lêi nãi ®Çu ViÖc sù dông ®éng c¬ ®iÖn trong s¶n xuÊt vµ ®êi sèng lµ rÊt réng r·i , ®Æc biÖt lµ ®éng c¬ ®iÖn chiÒu bëi v× ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu cã rÊt nhiÒu u ®iÓm so v¬i ®éng c¬ xoay chiÒu . Nhng g¾n liÒn víi viÖc sö dông ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu lµ qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh, ®¶o chiÒu tèc ®é cña ®éng c¬ sao cho phï hîp víi yªu cÇu cña thùc tÕ Lµ 1 sinh viªn cña khoa §iÖn vµ bé m«n Tù §éng Ho¸ ®îc trang bÞ víi nh÷ng kiÕn thøc vÒ nhiÒu m«n häc trong ®ã cã m«n ®iÖn tö c«ng su©t, qua c¸c bµi gi¶ng cña c¸c thÇy c« vµ qu¸ tr×nh t×m hiÓu em ®· hoµn thµnh b¶n ®å ¸n nµy. §©y lµ m¶ng ®Ò tµi kh¸ réng, víi khèi lîng c«ng viÖc lín vµ míi mÎ ®èi víi chóng em cho nªn em ®· gÆp mét sè khã kh¨n trong qóa tr×nh thiÕt kÕ, song ®îc sù híng dÉn tËn t×nh cña c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o trong bé m«n, ®Æc biÖt lµ thÇy gi¸o Ph¹m Quèc H¶i vµ sù gióp ®ì nhiÖt t×nh cña c¸c b¹n cïng líp, nªn em ®· hoµn thµnh b¶n ®å ¸n nµy. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù gióp ®ì quÝ b¸u ®ã. Tuy nhiªn do h¹n chÕ vÒ thêi gian còng nh vÒ tr×nh ®é cña b¶n th©n, nªn kh«ng tr¸nh khái cßn nhiÒu chç thiÕu sãt, em rÊt mong ®îc sù chØ b¶o cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n ®Ó em hoµn thiÖn h¬n b¶n ®å ¸n nµy. Trong b¶n ®å ¸n nµy em xin tr×nh bµy mét sè néi dung sau : Ch¬ng chiÒu. Ch¬ng Ch¬ng kÕ. Ch¬ng Ch¬ng

1 : Giíi thiÖu Chung vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét 2 : C¸c ph¬ng ¸n tæng thÓ. 3: Ph©n tÝch sù ho¹t ®éng cña m¹ch thiÕt 4 : ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc 5 : TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn.

§inh Anh Dòng T§H1 – K46

Trang 1

Sinh viªn thiÕt kÕ §inh anh Dòng

Ch¬ng I Giíi thiÖu Chung vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu I.§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu

1. TÇm quan träng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Trong nÒn s¶n xuÊt hiÖn ®¹i , ®éng c¬ mét chiÒu vÉn ®îc coi lµ mét lo¹i m¸y quan träng mÆc dï ngµy nay cã rÊt nhiÒu lo¹i m¸y mãc hiÖn ®¹i sö dông nguån ®iÖn xoay chiÒu th«ng dông . Do ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã nhiÒu u ®iÓm nh kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é rÊt tèt , kh¶ n¨ng më m¸y lín vµ ®Æc biÖt lµ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i . ChÝnh v× vËy mµ ®éng c¬ mét chiÒu ®îc dïng nhiÒu trong c¸c nghµnh c«ng nghiÖp cã yªu cÇu cao vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é nh c¸n thÐp , hÇm má, giao th«ng vËn t¶i ... mµ ®iÒu quan träng lµ c¸c nghµnh c«ng nghiÖp hay ®ßi hái dïng nguån ®iÖn mét chiÒu . Bªn c¹nh ®ã, ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu còng cã nh÷ng nhîc ®iÓm nhÊt ®Þnh cña nã nh so víi m¸y ®iÖn xoay chiÒu th× gi¸ thµnh ®¾t h¬n chÕ t¹o vµ b¶o qu¶n cæ gãp ®iÖn phøc t¹p h¬n ( dÔ ph¸t sinh tia löa ®iÖn )... nhng do nh÷ng u ®iÓm cña nã nªn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vÉn cßn cã mét tÇm quan träng nhÊt ®Þnh trong s¶n suÊt . C«ng suÊt lín nhÊt cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu hiÖn nay vµo kho¶ng 10000 KW , ®iÖn ¸p vµo kho¶ng vµi tr¨m cho ®Õn 1000 V . Híng ph¸t triÓn hiÖn nay lµ c¶i tiÕn tÝnh n¨ng cña vËt liÖu , n©ng cao chØ tiªu kinh tÕ cña ®éng c¬ vµ chÕ t¹o nh÷ng ®éng c¬ cã c«ng suÊt lín h¬n ... 2.CÊu t¹o cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.

§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã thÓ ph©n thµnh hai phÇn chÝnh : phÇn tÜnh vµ phÇn ®éng. 2.1.PhÇn tÜnh hay stato. §©y lµ ®øng yªn cña m¸y , bao gåm c¸c bé phËn chÝnh sau: a, Cùc tõ chÝnh : lµ bé phËn sinh ra tõ trêng gåm cã lâi s¾t cùc tõ vµ d©y quÊn kÝch tõ lång ngoµi lâi s¾t cùc tõ . Lâi s¾t cùc tõ lµm b»ng nh÷ng l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn hay thÐp cacbon dµy 0,5 ®Õn 1mm Ðp l¹i vµ t¸n chÆt . Trong ®éng c¬ ®iÖn nhá cã thÓ dïng thÐp khèi . Cùc tõ ®îc g¾n chÆt vµo vá m¸y nhê c¸c bul«ng . D©y quÊn kÝch tõ ®îc quÊn b»ng d©y ®ång bäc c¸ch ®iÖn vµ mçi cuén d©y ®Òu ®îc bäc c¸ch ®iÖn kü thµnh mét khèi tÈm s¬n c¸ch ®iÖn tríc khi ®Æt trªn c¸c cùc tõ . C¸c cuén d©y kÝch tõ ®îc ®Æt trªn c¸c cùc tõ nµy ®îc nèi tiÕp víi nhau. b, Cùc tõ phô : Cùc tõ phô ®îc ®Æt trªn c¸c cùc tõ chÝnh vµ dïng ®Ó c¶i thiÖn ®æi chiÒu . Lâi thÐp cña cùc tõ phô thêng lµm b»ng thÐp khèi vµ trªn th©n cùc tõ phô cã ®Æt d©y quÊn mµ cÊu r¹o gièng nh d©y quÊn cùc tõ chÝnh. Cùc tõ phô ®îc g¾n vµo vá m¸y nhê nh÷ng bul«ng. c, G«ng tõ : G«ng tõ dïng lµm m¹ch tõ nèi liÒn c¸c cùc tõ, ®ång thêi lµm vá m¸y. Trong ®éng c¬ ®iÖn nhá vµ võa thêng dïng thÐp dµy uèn vµ hµn l¹i. Trong m¸y ®iÖn lín thêng dïng thÐp ®óc. Cã khi trong ®éng c¬ ®iÖn nhá dïng gang lµm vá m¸y. d, C¸c bé phËn kh¸c. Bao gåm: - N¾p m¸y : §Ó b¶o vÖ m¸y khái nh÷ng vËt ngoµi r¬i vµo lµm h háng d©y quÊn vµ an toµn cho ngêi khái ch¹m vµo ®iÖn. Trong m¸y ®iÖn nhá vµ võa n¾p m¸y cßn cã t¸c dông lµm gi¸ ®ì æ bi. Trong trêng hîp nµy n¾p m¸y thêng lµm b»ng gang. - C¬ cÊu chæi than : §Ó ®a dßng ®iÖn tõ phÇn quay ra ngoµi. C¬ cÊu chæi than bao gåm cã chæi than ®Æt trong hép chæi than nhê mét lß xo t× chÆy lªn cæ gãp. Hép chæi than ®îc cè ®Þnh trªn gi¸ chæi than vµ c¸ch ®iÖn víi gi¸. Gi¸ chæi than cã thÓ quay ®îc ®Ó ®iÒu chØnh vÞ trÝ chæi than cho ®óng chç. Sau khi ®iÒu chØnh xong th× dïng vÝt cè ®Þnh l¹i.

2.2 PhÇn quay hay r«to. Bao gåm nh÷ng bé phËn chÝnh sau : a, Lâi s¾t phÇn øng : Dïng ®Ó dÉn tõ. Thêng dïng nh÷ng tÊm thÐp kü thuËt ®iÖn dµy 0,5mm phñ c¸ch ®iÖn máng ë hai mÆt råi Ðp chÆt l¹i ®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn. Trªn l¸ thÐp cã dËp h×nh d¹ng r·nh ®Ó sau khi Ðp l¹i th× ®Æt d©y quÊn vµo. Trong nh÷ng ®éng c¬ trung b×nh trë lªn ngêi ta cßn dËp nh÷ng lç th«ng giã ®Ó khi Ðp l¹ thµnh lâi s¾t cã thÓ t¹o ®îc nh÷ng lç th«ng giã däc trôc. Trong nh÷ng ®éng c¬ ®iÖn lín h¬n th× lâi s¾t thêng chia thµnh nh÷ng ®o¹n nhá, gi÷a nh÷ng ®o¹n Êy cã ®Ó mét khe hë gäi lµ khe hë th«ng giã. Khi m¸y lµm viÖc giã thæi qua c¸c khe hë lµm nguéi d©y quÊn vµ lâi s¾t. Trong ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nhá, lâi s¾t phÇn øng ®îc Ðp trùc tiÕp vµo trôc. Trong ®éng c¬ ®iÖn lín, gi÷a trôc vµ lâi s¾t cã ®Æt gi¸ r«to. Dïng gi¸ r«to cã thÓ tiÕt kiÖm thÐp kü thuËt ®iÖn vµ gi¶m nhÑ träng lîng r«to. b, D©y quÊn phÇn øng. D©y quÊn phÇn øng lµ phÇn ph¸t sinh ra suÊt ®iÖn ®éng vµ cã dßng ®iÖn ch¹y qua. D©y quÊn phÇn øng thêng lµm b»ng d©y ®ång cã bäc c¸ch ®iÖn. Trong m¸y ®iÖn nhá cã c«ng suÊt díi vµi kW thêng dïng d©y cã tiÕt diÖn trßn. Trong m¸y ®iÖn võa vµ lín thêng dïng d©y tiÕt diÖn ch÷ nhËt. D©y quÊn ®îc c¸ch ®iÖn cÈn thËn víi r·nh cña lâi thÐp. §Ó tr¸nh khi quay bÞ v¨ng ra do lùc li t©m, ë miÖng r·nh cã dïng nªm ®Ó ®Ì chÆt hoÆc ®ai chÆt d©y quÊn. Nªm cã lµm b»ng tre, gç hay bakelit. c, Cæ gãp : Dïng ®Ó ®æi chiÒu dßng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu. Cæ gãp gåm nhiÒu phiÕn ®ång cã ®îc m¹ c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng líp mica dµy tõ 0,4 ®Õn 1,2mm vµ hîp thµnh mét h×nh trôc trßn. Hai ®Çu trôc trßn dïng hai h×nh èp h×nh ch÷ V Ðp chÆt l¹i. Gi÷a vµnh èp vµ trô trßn còng c¸ch ®iÖn b»ng mica. §u«i vµnh gãp cã cao lªn mét Ýt ®Ó hµn c¸c ®Çu d©y cña c¸c phÇn tö d©y quÊn vµ c¸c phiÕn gãp ®îc dÔ dµng. d, C¸c bé phËn kh¸c.

- C¸nh qu¹t : Dïng ®Ó qu¹t giã lµm nguéi m¸y. M¸y ®iÖn mét chiÒu thêng chÕ t¹o theo kiÓu b¶o vÖ, ë hai ®Çu n¾p m¸y cã lç th«ng giã. C¸nh qu¹t l¾p trªn trôc m¸y , khi ®éng c¬ quay c¸nh qu¹t hót giã tõ ngoµi vµo ®éng c¬. Giã ®i qua vµnh gãp, cùc tõ lâi s¾t vµ d©y quÊn råi qua qu¹t giã ra ngoµi lµm nguéi m¸y. - Trôc m¸y : Trªn ®ã ®Æt lâi s¾t phÇn øng, cæ gãp, c¸nh qu¹t vµ æ bi. Trôc m¸y thêng lµm b»ng thÐp cacbon tèt. 3. Ph©n lo¹i m¸y ®iÖn §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ph©n lo¹i theo c¸ch kÝch thÝch tõ thµnh ®éng c¬ ®iÖn kÝch hÝch ®éc lËp, ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch song song ,kÝch thÝch nèi tiÕp,kÝch thÝch hçn hîp Trªn thùc tÕ ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp vµ kÝch thÝch song song lµ gièng nhau nªn khi cÇn c«ng suÊt lín ngêi ta thêng dïng ®éng c¬ kÝch tõ ®éc lËp ®Ó cã thÓ ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch thÝch ®îc thuËn tiÖn do ®ã mµ ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ dµng vµ kinh tÕ h¬n mÆc dï nã ®ßi hái cã dßng bªn ngoµi. Trong ®å ¸n nµy ta xÐt ®Õn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp S¬ ®å U E

Rf

Rf U Rkt

CKT Ikt

Ukt

Khi mµ nguån mét chiÒu cã c«ng suÊt kh«ng qu¸ lín th× m¹ch phÇn øng vµ m¹ch tõ m¾c vµo hai nguån mét chiÒu ®éc lËp nhau nªn gäi lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp

4 Nguyªn lý lµm viÖc ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Khi cho ®iÖn ¸p U vµo hai chæi than A,B trong d©y quÊn phÇn øng sinh ra dßng ®iÖn I .C¸c thanh dÉn ab,cd cã dßng ®iÖn n»m trong tõ trêng sÏ chÞu t¸c dông cña lùc F®t t¸c dông lµm cho Roto quay ,khi phÇn øng quay nöa vßng th× vÞ trÝ c¸c thanh dÉn ab,cd ®æi chç cho nhau do ®ã c¸c phiÕn gãp ®æi chiÒu dßng ®iÖn gi÷ cho chiÒu t¸c dông kh«ng ®æi ®¶m b¶o ®éng c¬ cã chiÒu quay kh«ng ®æi,khi ®éng c¬ quay c¸c thanh dÉn c¾t tõ trêng sÏ c¶m øng søc ®iÖn ®éng E ,chiÒu quay x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i Ph¬ng tr×nh phÇn øng U = E +R.I II. §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ vµ ®¶o chiÒu

1) Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ U = E +(R +Rf)I

U E

U : §iÖn ¸p phÇn øng I E : SuÊt ®iÖn ®éng phÇn øng R ,Rf : §iÖn trë phÇn øng,®iÖn trë phô trong m¹ch U phÇn øng CKT I : Dßng ®iÖn m¹ch phÇn øng Ikt R =r +rct +rb +rtc Ukt r : §iÖn trë cuén d©y phÇn øng rct : §iÖn trá cùc tõ phô rb : §iÖn trë cuén bï rtx : §iÖn trë tiÕp xóc chæi ®iÖn E= K=

Rf

Rkt

P.N θ .ω = K .θ .ω 2π .a P.N 2.π .a

P : Sè cùc tõ chÝnh N : Sè ®«i m¹ch nh¸nh song song cña cuén d©y phÇn øng θ : Tõ th«ng kÝch tõ díi mét cùc tõ Wb ω : Tèc ®é gãc (Rad/s) E = Ke . θ .n

U − ( Ru + R f ).I u ( Ru + R f ) Eu U = = − Iu K .θ K .θ Kθ Kθ M«men ®iÖn tõ M®t =K. θ .I M Suy ra I = dt K .θ

ω=

NÕu bá qua tæn thÊt coi m«men ®iÖn tõ b»ng m«men c¬ ®Çu trôc M®t =Mc¬ =M ⇒ω =

U u Ru + R f − .M (1) K .θ ( K .θ ) 2

M«men phô thuéc vµo tõ th«ng vµ dßng phÇn øng Tõ ph¬ng tr×nh (1) suy ra : ®Ó thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ ta cã thÓ dïng ph¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng U ,tõ th«ng θ tøc lµ thay ®æi dßng kÝch tõ Ikt vµ thay ®æi ®iÖn trë phÇn øng R ,Rf M =K. θ .I .do ®ã muèn ®¶o chiÒu ®éng c¬ tøc lµ ®¶o chiÒu m«men M ta cã thÓ dïng ph¬ng ph¸p ®¶o chiÒu tõ th«ng (tøc lµ ®¶o chiÒu dßng kÝch tõ Ikt ) hoÆc lµ ®¶o chiÒu dßng ®iÖn phÇn øng I 2. C¸c ph¬ng ph¸p thay ®æi tèc ®é a) Ph¬ng ph¸p thay ®æi tõ th«ng θ ,thay ®æi dßng kÝch tõ Ikt .Víi mét phô t¶i Mc nhÊt ®Þnh .Khi θ gi¶m tèc ®é ®éng c¬ t¨ng lªn n

nodm

θdm M(Iu)

Iu

Khi kÝch thÝch dßng kh¸c nhau ®Æc tÝnh c¬ nhËn ®îc kh¸c nhau vµ ®é dèc kh¸c nhau.Giao ®iÓm m«men c¶n M =f(I) víi c¸c ®êng trªn cho biÕt tèc ®é x¸c lËp øng víi th«ng sè kh¸c nhau cña tõ th«ng . b) Thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng

- §Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®«ng c¬ ®iÖn mét chiÒu cÇn cã thiÕt bÞ nguån nh m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp , c¸c bé chØnh lu ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ nµy cã chøc n¨ng biÕn ®æi lîng xoay chiÒu thµnh mét chiÒu cã suÊt ®iÖn ®éng Eb ®iÒu chØnh ®îc lµ nhê tÝn hiÖu U®k LK BB§

- Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng nh sau: ω=

Eb R + Rb − ud .I u KΦ dm KΦ dm

V× tõ th«ng cña ®éng c¬ ®îc gi÷ kh«ng ®æi nªn ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ còng kh«ng thay ®æi cßn tèc ®é kh«ng t¶i lý tëng tuú thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p U®k cña hÖ thèng do ®ã cã thÓ nãi ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy lµ triÖt ®Ó - §Ó x¸c ®Þnh d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é ta thÊy r»ng tèc ®é lín nhÊt cña hÖ thèng bÞ chÆn bëi ®Æc tÝnh c¬ b¶n lµ ®Æc tÝnh øng víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc vµ tõ th«ng còng gi÷ ë gi¸ trÞ ®Þnh møc. Tèc ®é nhá nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh bÞ giíi h¹n bëi yªu cÇu vÒ sai sè tèc ®é vµ m«men khëi ®éng , khi m«men t¶i lµ ®Þnh møc th× gi¸ trÞ lín nhÊt va nhá nhÊt cña tèc ®é lµ -

ω max = ω 0 max − ω min = ω 0 min −

M dm β

M dm β

§Ó tho¶ m·n kh¶ n¨ng qu¸ t¶i th× ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh ph¶i cã m«men ng¾n m¹ch lµ: Mnmmin = Mcmax = KM.M®m Trong ®ã : KM hÖ sè qu¸ t¶i vÒ m«men, do hä ®Æc tÝnh c¬ lµ nh÷ng ®êng th¼ng song song víi nhau nªn theo ®Þnh nghÜa vÒ ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ta cã thÓ viÕt:

ω min = ( M nm min − M dm )

M 1 = dm ( K M − 1) β β

M dm ω 0 max β −1 β M dm = M dm KM −1 − 1) β

ω 0 max − D=

( KM

* Ph¹m vi ®iÒu chØnh phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo β ωomax ωmax ω®k1

ω0min

ω®k2

ωmin M®m

Mnmmin

3.VÊn ®Ò ®¶o chiÒu ChiÒu quay ®éng c¬ phô thuéc vµo chiÒu quay m«men cã thÓ dïng hai ph¬ng ph¸p .HoÆc thay ®æi chiÒu dßng phÇn øng I hoÆc ®æi chiÒu tõ th«ng (®æi chiÒu dßng kÝch tõ Ikt). NÕu dïng ph¬ng ph¸p ®¶o chiÒu dßng kÝch tõ .Khi m¸y ®ang quay th× do hÖ sè ®iÖn c¶m cña cuén d©y kÝch thÝch lín (do cã nhiÒu vßng d©y) nªn khi thay ®æi dßng kÝch thÝch Ikt th× xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt cao g©y ra ®iÖn ¸p lµm ®¸nh thñng c¸ch ®iÖn d©y quÊn kÝch thÝch . Do ®ã ®Ó ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ ta chon ph¬ng ph¸p ®¶o chiÒu dßng phÇn øng I 4) Mét sè yªu cÇu kü thuËt kh¸c a) §é tr¬n γ =

ω i +1 ωi

Trong ®ã : ω i , ω i +1 lµ tèc ®é æn ®Þnh cña ®éng c¬ ®¹t ®îc ë cÊp i ,i+1 γ → 1 tøc lµ hÖ truyÒn ®éng cã thÓ æn ®Þnh ë mäi vÞ trÝ trong toµn d¶i ®iÒu chØnh

b) D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é Lµ ph¹m vi ®iÒu chØnh – lµ tØ sè gi¸ trÞ lín nhÊt vµ gi¸ trÞ nhá nhÊt cña tèc ®é lµm viÖc øng víi m«men t¶i ®· cho D=

ω max ω min

Trong ®ã : ω max bÞ h¹n chÕ bëi ®é bÒn ®éng c¬ vµ ®é bÒn cña vµnh gãp ω min bÞ chÆn bëi yªu cÇu vÒ m«men khëi ®éng ,kh¶ n¨ng qu¸ t¶i vµ sai sè tèc ®é lµm viÖc cho phÐp. c) Chèng mÊt kÝch tõ Khi më m¸y ph¶i ®¶m b¶o chèng mÊt kÝch tõ mµ nguyªn nh©n lµ do ng¾n m¹ch kÝch thÝch U − Eu

U

V× khi ®ã E = 0 nªn I = R = R u u Do U kh«ng ®æi vµ R rÊt nhá (®iÖn trë cuén d©y phÇn øng) nªn I rÊt lín lµm ch¸y d©y quÊn vµ vµnh gãp C¸ch kh¾c phôc ®iÒu nµy lµ ph¶i cã bé phËn nhËn biÕt ®îc mÊt kÝch tõ ( θ = 0 vµ do ®ã I =0) th× lËp tøc ng¾t nguån cÊp cho phÇn øng tøc U = 0. Khi ®ã I kh«ng lín vµ tr¸nh ®îc sù cè trªn.

Ch¬ng 2 C¸c ph¬ng ¸n tæng thÓ §Ó lùa chän ®îc mét ph¬ng ¸n thÝch hîp víi yªu cÇu “ CÊp ®iÖn cho ®«ng c¬ ®iÖn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã ®¶o chiÒu theo nguyªn t¾c ®iÒu kiÓn riªng “ ta cÇn ph¶i lùa chän 1 ph¬ng ¸n ®iÒu chØnh tèc ®é vµ s¬ ®å m¹ch lùc phï hîp I .Lùa chän ph¬ng ¸n ®iÒu chØnh tèc ®é ®«ng c¬

Nãi chung ta cã thÓ tiÕn hµnh ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ theo 2 ph¬ng ph¸p chñ yÕu nh ®· nªu ¬ trªn : §iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ ®iÒu chØnh tõ th«ng φ • Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tõ th«ng φ .

Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tõ th«ng φ cã thÓ thay ®æi tèc ®é ®îc mét c¸ch liªn tôc vµ kinh tÕ nhng chØ cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc tèc ®é trong vïng trªn tèc ®é ®Þnh møc vµ bÞ h¹n chÕ bëi c¸c ®iÒu kiÖn c¬ khÝ • Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng . Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng cã thÓ ®iÒu chØnh tèc ®é 1 c¸ch liªn tôc vµ dÔ dµng thùc hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi gãc ®iÒu kiÓn α . MÆt kh¸c ph¬ng ph¸p nµy trong qu¸ tr×nh ®iÒu kiÓn thay ®æi tèc ®é th× kh«ng tiªu hao n¨ng l¬ng vµ momen cña ®«ng c¬ kh«ng ®æi . Nh©n xÐt : Tõ nh÷ng ph©n tÝch ë trªn ta lùa chän ph¬ng ¸n ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®«ng c¬ b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng II. Lùa chän ph¬ng ¸n m¹ch lùc.

§Ó thay ®æi vµ ®¶o chiÒu cña ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu chóng ta buéc ph¶i thiÕt kÕ c¸c bé chØnh lu ®¶o chiÒu víi s¬ ®å nguyªn lý nh sau .

T¶i

Rf

CL II

Dùa vµo c«ng suÊt cung cÊp cho t¶i mµ ta lùa chän m¹ch chØnh lu lµ mét pha hay m¹ch chØnh lu 3 pha .Th«ng thêng theo kinh nghiªm ta cã : + NÕu c«ng suÊt cña m¹ch cung cÊp lín h¬n 5 ÷ 7 kW ta sö dông m¹ch chØnh lu 3 pha + NÕu c«ng suÊt cña m¹ch cÇn cung cÊp nhá h¬n 5 ÷ 7 kW ta sö dông m¹ch chØnh lu 1 pha - C«ng suÊt m¹ch phÇn øng : P = 600.5 = 3000W = 3kW < 5 ÷ 7 kW nªn ta sö dông m¹ch chØnh lu 1 pha ®Ó cung cÊp cho phÇn øng. - C«ng suÊt m¹ch phÇn c¶m :

Pc¶m = 400.0,6 = 240W = 0,24kW < 5 ÷ 7 kW nªn ta sö dông m¹ch chØnh lu 1 pha ®Ó cung cÊp cho phÇn c¶m. • C¸c s¬ ®å chØnh lu 1 pha 1. ChØnh lu mét nöa chu kú . T U1

U2 L

R

Víi s¬ ®å nµy sãng ®iÖn ¸p ra mét chiÒu bÞ gi¸n ®o¹n trong mét nöa chu kú khi ®iÖn ¸p anèt cña van b¸n dÉn ©m , do ®ã khi sö dông s¬ ®å chØnh lu mét nöa chu kú chÊt lîng ®iÖn ¸p t¶i xÊu . §iÖn ¸p t¶i trung b×nh lín nhÊt trªn t¶i Udo = 0,45U2 V× chÊt lîng ®iÖn ¸p xÊu nªn hiÖu suÊt cña m¸y biÕn ¸p còng thÊp . Sba = 3,09.Ud.Id +¦u ®iÓm - Lµ lo¹i chØnh lu cã nguyªn lý ®¬n gi¶n Ýt van +Nhîc ®iÓm 4 - ChÊt lîng ®iÖn ¸p xÊu 4 0 1 2 3 5 - HiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p thÊp

0 1 2 3 5

2. ChØnh lu c¶ chu kú víi biÕn ¸p cã trung tÝnh T1 U2 U1 U2

R

L T2

D¹ng dßng ,¸p trªn t¶i vµ ®iÖn ¸p ngîc trªn van T1 trong trêng hîp t¶i ®iÖn c¶m lín

a

Ud o

2?

id

i T1 i

T1

Id

Id

Id

Ud

o

2?

• XÐt víi t¶i RL , ®iÖn c¶m lín ®Ó läc dßng vµ ¸p cã chÊt lîng tèt - BiÕn ¸p ph¶i cã hai cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau, ë mçi nöa chu kú cã mét van dÉn cho dßng ch¶y qua - Khi θ = α cho ph¸t xung më T1 , T1 dÉn do ®iÖn ¸p ®Çu anot d¬ng vµ cã xung më . Khi θ = π , ®iÖn ¸p trªn anot = 0 nhng do cã cuén c¶m L nªn vÉn cßn dßng ®iÖn Id nªn T1 cha kho¸ , T1 tiÕp tôc dÉn cho ®Õn khi θ = π + α , ph¸t xung më T2 th× T1 bÞ kho¸ vµ T2 dÉn . T1 kho¸ kh«ng ph¶i dßng ®· vÒ 0 mµ lµ do T2 dÉn . T2 l¹i dÉn cho ®Õn khi θ = 2π + α , T1 ®îc ph¸t xung më , T1 dÉn vµ T2 bÞ kho¸ l¹i. Qu¸ tr×nh cø nh vËy cho ®Õn khi ®iÖn ¸p t¶i ®Ëp m¹ch cã tÇn sè b»ng 2 lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu . Víi α : lµ gãc ®iÒu khiÓn më . + §iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i

Ud

2 = 2π

Udo =

π +α

2. U2.sinαdα = 2 2 .U2.cosα = Udo.cosα π α

∫

2 2 .U2 = 0,9.U2 : π

• §iÖn ¸p chØnh lu kh«ng ®iÒu khiÓn khi t¶i lµ thuÇn trë . + §iÖn ¸p ngîc trªn van lµ lín Unv = 2 2 U2 T¶i cã ®iÖn c¶m lín nªn dßng t¶i liªn tôc id = Id Mçi van dÉn th«ng mét nöa chu kú + Dßng hiÖu dông qua van (chÝnh lµ dßng hiÖu dông qua m¸y biÕn ¸p). Ihd

2π

1 2 . ∫ I d dθ = 2π 0

=

Id 2

= 0,71.Id

+ HÖ sè ®Ëp m¹ch K®m = 0,67. + C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p Sba = 1,48.UdId • NhËn xÐt : + ¦u ®iÓm : - So víi chØnh lu mét nöa chu kú th× chØnh lu h×nh tia cã ®iÖn ¸p víi chÊt lîng tèt h¬n - Dßng qua van kh«ng qu¸ lín - §iÒu khiÓn van ®¬n gi¶n + Nhîc ®iÓm - ChÕ t¹o m¸y biÕn ¸p ph¶i cã 2 cuén gièng nhau mçi cuén lµm viÖc 1nöa chu kú - ChÕ t¹o biÕn ¸p phøc t¹p - HiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n - §iÖn ¸p ngîc trªn van lµ lín . 3. ChØnh lu cÇu mét pha

C¸c ®Æc tÝnh ®iÖn ¸p t¶i , dßng qua t¶i , dßng qua van vµ ®iÖn ¸p ngîc trªn van trong trêng hîp t¶i RL , R ®ñ lín ®Ó ®¶m b¶o dßng qua t¶i lµ liªn tôc ®îc biÓu diÔn trªn h×nh vÏ Ud

a

0

2 ?

Id

id

i T1T2

Id

Id

i T3T4

U T1

o

i2

2 ?

Id

- M¹ch cã T1 , T3 chung Katot T2 , T4 chung Anot Nöa chu kú ®Çu U2 > 0 , Anot cña T1 d¬ng , Katot cña T2 ©m . NÕu cã xung ®iÒu khiÓn më ®ång thêi T1 vµ T2 th× c¶ hai van nµy ®îc më th«ng vµ ®Æt ®iÖn ¸p líi lªn t¶i Ud =

U2 . §iÖn ¸p t¶i mét chiÒu b»ng ®iÖn ¸p xoay chiÒu (Ud = U2) cho ®Õn khi nµo T1 , T2 cßn dÉn .(Kho¶ng dÉn cña c¸c van phô thuéc vµo t¶i ) . Nöa chu kú sau, ®iÖn ¸p ®æi dÊu , anot cña T3 d¬ng vµ katot T4 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn më ®ång thêi T3,T4 th× c¸c van nµy ®îc më th«ng vµ Ud = - U2 , víi ®iÖn ¸p mét chiÒu cã cïng chiÒu víi nöa chu kú tríc + Gi¸ trÞ trung b×nh cña t¶i 2 Ud = 2π

π +α

2.U 2 sin θ .dθ = 2 2 .U 2 cos α = Udo cosα. 2 α

∫

Udo : ®iÖn ¸p trung b×nh t¶i trong chØnh lu cÇu kh«ng ®iÒu khiÓn . + Dßng qua m¸y biÕn ¸p còng b»ng dßng qua van (khi van më) . + Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng thø cÊp biÕn ¸p I2 =

2 2π

π +α

∫ Id

2

θ = Id

α

+ §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt van ph¶i chÞu Unv = 2 U2 + Dßng lµm viÖc cña van tÝnh theo gi¸ trÞ trung b×nh IT =

1 2π

π +α

∫ Id

α

2

θ =

Id 2

= 0.71 Id

+ HÖ sè ®Ëp m¹ch k®m = 0,67 + C«ng suÊt biÕn ¸p Sba = 1,23Pd NhËn xÐt : ChÊt lîng ®iÖn ¸p cña chØnh lu cÇu mét pha gièng nh chØnh lu h×nh tia . H×nh d¹ng ®êng cong ®iÖn ¸p , dßng t¶i , dßng qua van b¸n dÉn , hÖ sè ®Ëp m¹ch nh trong chØnh lu h×nh tia . + ¦u ®iÓm : - §iÖn ¸p ngîc trªn van nhá h¬n mét nöa so víi chØnh lu h×nh tia Unv= 2 U2. - M¸y biÕn ¸p chÕ tao ®¬n gi¶n h¬n , vµ cã hiÖu suÊt cao h¬n so víi chØnh lu h×nh tia . + Nhîc ®iÓm : - Sè van nhiÒu h¬n

- §iÒu khiÓn van T1 ,T2 vµ nhãm T3 , T4 ph¶i ®ång thêi nªn khã kh¨n h¬n. NhËn xÐt chung Tõ c¸c ph©n tÝch trªn ta lùa chän m¹ch lùc lµ m¹ch chØnh lu ®iÒu khiÓn cÇu mét pha. Do yªu cÇu cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ cã ®¶o chiÒu theo nguyªn t¾c ®iÒu kiÓn riªng nªn ë ®©y ta lùa chän s¬ ®å cÇu 1 pha ®èi xøng v× s¬ ®å cÇu 1 pha kh«ng ®èi xøng cã hÖ sè cosϕ cao h¬n nhng kh«ng ®¶o chiÒu dßng ®iÖn ra t¶i . VËy ta lùa chän s¬ ®å m¹ch lùc cung cÊp cho phÇn øng vµ phÇn c¶m cña ®éng c¬ nh sau:

S¬ ®å m¹ch lùc cung cÊp cho phÇn øng .

T1

T2

Ru

T1’

T2’

T3’

T4’

Lu T3

T4

Eu

S¬ ®å m¹ch lùc cung cÊp cho phÇn c¶m. T1

D2

T3

D4

Rf Rf

Ch¬ng 3 Ph©n tÝch sù ho¹t ®éng cña m¹ch thiÕt kÕ i.nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch lùc . M¹ch lùc bao gåm 2 s¬ ®å cÇu ho¹t ®éng ®éc lËp riªng rÏ : bé chØnh lu I ch¹y th× bé chØnh lu II kh«ng ch¹y , ngîc l¹i bé chØnh lu II ch¹y th× bé chØnh lu I nghØ . Do vËy khi b×nh thêng 1 bé ho¹t ®éng ¬ chÕ ®é chØnh lu th× s¬ ®å m¹ch lùc lóc nµy lµ s¬ ®å cÇu 1 pha . 1.Sù ho¹t ®éng cña s¬ ®å cÇu 1 pha nh sau : T¶i ta coi t¶i lµ RLE , cuén c¶m L ®îc thªm vµo ®Ó läc ®iÖn ¸p vµ dßng .

a) M¹ch ho¹t ®éng khi La = o + θ = α ph¸t xung më T1 , T2 T1T2 dÉn T3 , T4 kho¸ §iÖn ¸p ra t¶i Ud = U2 + θ = π + α ph¸t xung më T3 , T4 T1 , T2 kho¸ ; T3 , T4 dÉn (më) §iÖn ¸p ra t¶i Ud = - U2 + §iÖn ¸p trung b×nh t¶i Ud =

2 2 U2cosα π

+ §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt trªn van Unv = 2 .U 2 + Dßng liªn tôc nªn id =Id + Ph¬ng tr×nh m¹ch t¶i di +E dt 1 π +α 1 π +α E π +α 2U 2 sin θ .dθ = R . i + X . di + dθ d L d π α∫ π α∫ π α∫

2U 2 . sin θ =R.id +XL . 1 π +α π α∫

Ud =RId +E + Dßng hiÖu dông thø cÊp m¸y biÕn ¸p 1 π +α 2 I d dθ = I d I2 = π α∫

b) Trïng dÉn Ud 0

id

θ

2π

iT1

iT3

Id

Rf

Trong m¸y biÕn ¸p cã cuén d©y nªn cã ®iÖn c¶m La nªn trong m¹ch sÏ xÈy ra hiÖn tîng trïng dÉn. Gi¶ sö T1 ,T2 ®ang më cho dßng ch¶y qua iT1 = iT2 =Id Khi θ = π + α ph¸t xung më T3,T4 V× cã La nªn dßng iT1,iT2 kh«ng gi¶m ®ét ngét vÒ 0 vµ dßng iT3,iT4 còng kh«ng t¨ng ®ét ngét tõ 0 ®Õn Id Lóc nµy c¶ 4 van cïng më th«ng cho dßng ch¶y qua ,phô t¶i bÞ ng¾n m¹ch ud =0 Nguån e2 bÞ ng¾n m¹ch sinh ra dßng ng¾n m¹ch ic Ph¬ng tr×nh 2U 2 sin θ = X a θ

ic = ∫

0

dia ( X a= ω.La ) dθ

2 .U 2 sin(θ + α ) = Xc

2 .U 2 (cos α − cos(θ + α )) Xc

§Æt ic = ic1 + ic2 , ic1 = ic2 = 0,5.ic ic1 : lµm t¨ng dßng trong T4 vµ lµm gi¶m dßng trong T2 Ic2 : lµm t¨ng dßng trong T3 vµ lµm gi¶m dßng trong T1 iT 3,4 =

2 .U 2 ( cos α − cos(α + θ ) ) 2. X c

2. U 2 ( cos α − cos(θ + α ) ) 2. X c Khi kÕt thóc giai ®o¹n trïng dÉn tøc khi θ = µ , th× iT1,2 = 0 2. X c .I d cos α − cos( α + µ ) = 2 .U 2 iT 1,2 = I d −

Ta thÊy so víi kh«ng trïng dÉn ®Æc tÝnh ®iÖn ¸p sôt mét phÇn vµ ®ã lµ sôt ¸p g©y ra do trïng dÉn ∆U µ ∆U µ =

2 2.π

µ

∫ 0

2 .U 2 . sin (θ + α ) dθ =

2 .U 2 .( cos α − cos( µ + α ) ) π

∆U µ =

2. X c .I d π

khi ®ã gi¸ trÞ trung b×nh ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ Ud’ = Ud -

2. X c .I d 2. 2 2. X c .I d = .U 2 . cos α − π π απ

Ud’ = R.Id +E

2. Sù ho¹t ®éng cña m¹ch trong qu¸ tr×nh ta ®¶o chiÒu ®éng c¬ Trong qu¸ tr×nh ta ®¶o chiÒu ®éng c¬ ta cÇn 1 bé ®iÒu kiÓn l«gic ®Ó thùc hiÖn c¸c bíc ®¶o chiÒu nh sau : Gi¶ sö ta chuyÓn tõ sù lµm viÖc cña bé chØnh lu I sang bé chØnh lu II Ta cÇn thùc hiÖn thø tù c¸c bíc nh sau 1. Ng¾t xung ®iÒu khiÓn bé chØnh lu I 2. §o dßng ch¹y qua t¶i ®Ó x¸c ®Þnh dßng ®iÖn vÒ kh«ng 3. Sau khi ph¸t hiÖn dßng vÒ kh«ng ph¶i d÷ tr÷ 1 thêi gian trÔ τ > tph ®ñ ®Ó ®¶m b¶o thyristor ®· kho¸ ch¾c khi ®ã míi ph¸t xung ®Ó ®iÒu khiÓn van kia 4. Ph¸t xung ®iÒu kiÓn cho c¸c van ë bé chØnh lu II NÕu suÊt ®iÖn ®éng Ed cha ®¶o chiÒu ,th× kh«ng ®îc ch¹y bé chØnh lu II víi α < 900 v× lóc ®ã suÊt ®iÖn ®éng Ed vµ Id cïng chiÒu nhau , trêng hîp nay dÔ g©y sËp nghÞch lu do dßng ®iÖn rÊt lín .Do ®ã b¾t ®Çu ph¶i ®iÒu khiÓn α ë bé chØnh lu II lín h¬n 900 , lóc ®ã bé chØnh lu II lµm viªc ë chÕ ®é nghÞch lu phô thuéc . a) ChÕ ®é nghÞch lu phô thuéc trong s¬ ®å cÇu 1 pha nh sau : Trong ®«ng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã søc ph¶n ®iÖn ®éng ,trong ®iÒu kiÖn nµo ®ã nã cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch lu - lµ chÕ ®é biÕn ®æi n¨ng lîng dßng mét chiÒu phÝa t¶i thµnh dßng ®iÖn xoay chiÒu cÊp trë l¹i líi ®iÖn, chÕ ®é lµm viÖc nh vËy chÝnh lµ khi ta h·m t¸i sinh ®Ó tiÕt kiÖm n¨ng lîng . §Ó søc ®iÖn ®éng E ph¸t n¨ng lîng trë l¹i líi ®iÖn th× dßng vµ ¸p ph¶i ngîc chiÒu nhau Ud vµ Id ngîc nhau Do dßng ®iÖn chØ ch¶y theo mét chiÒu tõ A ®Õn K cña thyristor nªn ta ®iÒu chØnh sao cho

- ChiÒu dßng nh cò - §¶o chiÒu søc ®iÖn ®éng Ed - ë trong chÕ ®é chØnh lu víi gãc më lµ α th× Ud =Ud0.cos α . Nªn nÕu α >

π → U d < 0 tøc lµ ®iÖn ¸p trªn t¶i thay ®æi cùc 2

tÝnh vµ ngîc chiÒu van .Do ®ã ®Ó duy tr× dßng ch¶y qua van tõ A ®Õn K cña van th× ta ph¶i ®¶o chiÒu Ed vµ ®¶m b¶o E > U d vËy ë chÕ ®é chØnh lu ,dßng trong m¹ch ®îc duy tr× bëi Ud – E > 0 th× trong chÕ ®é nghÞch lu phô thuéc dßng ®îc duy tr× bëi E − U d > 0 Trong chÕ ®é nghÞch lu líi ®iÖn nhËn n¨ng lîng tõ phÝa t¶i §iÒu kiÖn ho¹t ®éng chÕ ®é nghÞch lu phô thuéc -α>

Π 2

- §¶o chiÒu Ed - §¶m b¶o E > U d XÐt d¹ng ®iÖn ¸p trªn t¶i . Ud

α 0

θ

µ 2π

Trong m¹ch cã ®iÖn c¶m biÕn ¸p nªn nã cã qu¸ tr×nh trïng dÉn víi gãc trïng dÉn µ XÐt T1,T2 ®ang dÉn , θ = α ph¸t xung më T3 ,T4 ,UA > UK nªn cã dßng qua van vµ T1,T2 vÉn cßn dÉn tõ ®ã 4 van cïng dÉn trong kho¶ng µ . Sau ®ã T1 ,T2 kho¸ vµ T3,T4 më §iÖn ¸p ngîc trªn van T1 ,T2 Unv = 2 .U 2 . sin θ = U 2 (θ ) §iÖn ¸p ngîc chØ xuÊt hiÖn trªn van trong khoang tõ θ = α + µ ®Õn θ = π v× sau ®ã ®iÖn ¸p trªn T1 ,T2 l¹i lµ thuËn (UA > UK )

Nh vËy trong mét chu kú lµm viÖc mçi van chØ chÞu ®iÖn ¸p ngîc trong kho¶ng tõ θ = α + µ ®Õn θ = π tøc lµ trong kho¶ng thêi gian σ = π − (α + µ ) kho¶ng thêi gian nµy kh¸ nhá . NÕu π − (α + µ ) < θ off (øng víi thêi gian phôc håi Thyristor) Thyristor sÏ tù më trë l¹i kh«ng cÇn dßng ®iÒu khiÓn (më tù nhiªn ) Khi ®ã trong m¹ch c¶ hai nguån cïng ph¸t n¨ng lîng khi ®ã Id rÊt lín g©y sù cè sËp nghÞch lu . Do ®ã ®Ó an toµn ph¶i cã π − (α + µ ) > θ off Chän θ off = 10 o ( øng víi toff =555 µs th× cã thÓ kho¸ van Thyristor th«ng thêng ) → α < π − ( µ + θ off ) VËy gãc më α ph¶i tho¶ m·n trong nghÞch lu phô thuéc lµ Π < α < π − ( µ + θ off ) 2

II.Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®¶o chiÒu cho ®éng c¬ ta cÇn cã 1 bé ®iÒu khiÓn L«gic. S¬ ®å cña bé ®iÒu khiÓn L«gic nh sau :

1

2L

b1

b1

b2

b2

iLd

Khi ®iÒu khiÓn riªng hai bé biÕn ®æi lµm viÖc riªng rÏ nhau, t¹i mét thêi ®iÓm chØ ph¸t xung ®iÒu khiÓn vµo mét bé biÕn ®æi cßn mét bé biÐn ®æi kia bÞ kho¸ do cha cã xung ®iÒu khiÓn. HÖ cã hai bé biÕn ®æi lµ B§1vµ B§2 víi c¸c m¹ch ph¸t xung ®iÒu khiÓn t¬ng øng lµ FX1 vµ FX2 . TrËt tù ho¹t ®éng cña bé ph¸t xung nµy ®îc quy ®Þnh bëi

c¸c tÝn hiÖu l«gic b1 vµ b2. Qu¸ tr×nh h·m vµ ®¶o chiÒu ®îc m« t¶ b»ng ®å thÞ thêi gian. Trong kho¶ng thêi gian tõ 0 -> t1 bé B§1 lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh lu víi α1 < π/2 cßn bé B§2 th× kho¸ . T¹i t1 ph¸t lÖnh ®¶o chiÒu bëi iL§ gãc ®iÒu khiÓn α1 t¨ng ®ét biÕn lín h¬n π/2 dßng ®iÖn phÇn øng gi¶m vÒ kh«ng lóc nµy c¸c xung ®Ó kho¸ bé B§1 . Thêi ®iÓm t2 ®îc x¸c ®Þnh bëi c¶m biÕn dßng ®iÖn SI1. Trong kho¶ng thêi gian trÔ t= t3 – t2 bé B§1 bÞ kho¸ hoµn toµn, dßng ®iÖn phÇn øng bÞ triÖt tiªu. T¹i t3 s®® E vÉn cßn d¬ng, tÝn hiÖu l«gic b2 kÝch cho FX2 më B§2 víi gãc α > π/2 vµ sao cho dßng ®iÖn phÇn øng kh«ng vît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp ®éng c¬ ®îc h·m t¸i sinh. NÕu nhÞp ®iÖu gi¶m α2 phï hîp víi qu¸n tÝnh cña hÖ th× cã thÓ duy tr× dßng ®iÖn h·m vµ dßng ®iÖn khëi ®éng ngîc kh«ng ®æi , ®iÒu nµy ®îc thùc hiÖn bëi c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh tù ®éng dßng ®iÖn cña hÖ thèng trªn s¬ ®å cña khèi l«gic LOG , i L§ , iL1 , iL2 lµ c¸c tÝn hiÖu l«gic ®Çu vµo b1,b2 lµ c¸c tÝn hiÖu l«gic ®Çu ra ®Ó kho¸ c¸c bé ph¸t xung ®iÒu khiÓn. iL§ = 1 ph¸t xung ®iÒu khiÓn më B§1. iL§ = 0 ph¸t xung ®iÒu khiÓn më B§2. i1L (i2L) = 1 cã dßng ®iÖn ch¶y qua bé B§1 vµ B§2 b1(b2) = 1 kho¸ bé ph¸t xung FX1 vµ FX2. Tõ m¹ch l«gic trªn ta cã: __

__

b1 = iLD .i1L + i2 L __

b2 = iLD .i2 L + i1L

NhËn xÐt: • HÖ truyÒn ®éng van ®¶o chiÒu ®iÓu khiÓn riªng cã u ®iÓm lµ lµm viÖc an toµn ,kh«ng cã dßng ®iÖn c©n b»ng ch¶y gi÷a c¸c bé biÕn ®æi nªn kh«ng cÇn thiÕt kÕ cuén kh¸ng c©n b»ng ,song cÇn mét kho¶ng thêi gian trÔ trong ®ã dßng ®iÖn ®éng c¬ b»ng kh«ng. R24 +E R23 UI R22

A5 -E

• Do nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn riªng dïng hai bé biÕn ®æi lµm viÖc ®éc lËp, trong mét thêi ®iÓm th× chØ cã mét bé B§ lµm viÖc cßn bé B§ kia ph¶i ch¾c ch¾n kho¸( cã nghÜa lµ dßng ®iÖn qua bé B§ nµy ph¶i b»ng “0”). Ta sÏ dïng xenx¬ dßng ®iÖn ®Ó nhËn biÕt cã dßng ®iÖn ch¹y qua bé B§ hay kh«ng. xenxo dßng nµy ta dïng ®iÖn trë shunt .®iÖn trë nµy khi cã dßng qua nã th× mét ®iÖn ¸p cì 60 mV lÊy ra ë ®Çu ra .tÝn hiÖu nµy qua bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó khuyÕch ®¹i ®iÖn ¸p nµy Ta dïng mét kh©u thuËt to¸n so s¸nh LM311: tÝn hiÖu dßng ®iÖn qua xenx¬ ®îc h¹ trªn mét ®iÖn trë RS t¹o ra tÝn hiÖu ®iÖn ¸p Vi. §Çu ra ch©n 7 m¾c víi nguån nu«i +5V qua ®iÖn trë kÐo lªn 1kΩ. §Êt cña bé so ch©n 1 ®îc m¾c vµo ®Çu nèi ®Êt cña m¹ch. C¸ch m¾c nµy dÉn ®Õn ®Çu ra cã c¸c tr¹ng th¸i kh¶ dÜ lµ 0 vµ 5V .L«gic cña m¹ch lµ: V0 =5V ®èi víi Vi > 0 V0 =0V ®èi víi Vi < 0 NÕu V0 = 5V nghÜa lµ bé B§ ®ã cã dßng ®iÖn ch¹y qua. NÕu V0 = 0V cã nghÜa lµ bé B§ ®ã kh«ng cã dßng ®iÖn ch¹y qua . • Do m¹ch ®iÓu khiÓn riªng cÇn cã thêi gian t¹o trÔ nªn ta chän bé t¹o trÔ lµ m¹ch 555 4

4 5 0 1 2 3

0 1 2 3 5

•

+U R1

8

4

7

3

R2

555 6

C1

Ura

5

2

a.

1

C2

Gãc phôc håi θ off =10o thêi gian phôc håi T off =555 µs T = R1.C1 = 555.10-6 chän R1 = 470 Ω vµ C1 = 1,5 µF

Ch¬ng IV ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc I. TÝnh chän Tiristo

Khi lùa chän van ta dùa vµo 2 th«ng sè c¬ b¶n quan träng nhÊt lµ dßng ®iªn qua van vµ ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt mµ van chÞu ®îc , c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®îc tÝnh nh sau : + §iÖn ¸p ngîc ®Æt lªn van : Ulv = Ung.max = knv . U2 = knv . Udm / ku Trong ®ã : knv , ku lÇn lît lµ hÖ sè ®iÖn ¸p ngîc vµ hÖ sè ®iÖn ¸p cña m¹ch lùc §èi víi s¬ ®å cÇu 1 pha th× : knv = 1,41 ; ku = 0,92 U®m lµ ®iÖn ¸p cung cÊp cho phÇn øng : U®m = 600V 600

Do ®ã : Ung.max = 1,41. 0,9 = 940V + Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van cÇn cã Ilv = Ihd = khd.I®m Trong ®ã :

Ihd lµ dßng ®iÖn hiÖu dông qua van Khd lµ hÖ sè hiÖu dông øng víi s¬ ®å cÇu 1 pha khd = 0,71 I®m lµ dßng ®iÖn qua t¶i ( cung cÊp cho phÇn øng ) Do ®ã : Ilv = 0,71.5 = 3,55 A §Ó s¬ ®å lµm viÖc tin cËy ta cÇn ph¶i la chän c¸c van cã ®é d÷ tr÷ , do ®ã ta chän th«ng sè cña van : + §iÖn ¸p ngîc cña van cÇn chän Ung-v = kdt-U . Ung-max Víi Kdt =1,6 ÷ 2 lµ hÖ sè d÷ tr÷ ®iÖn ¸p , chän kdt -U = 1,6 Do ®ã : Ungmax = 1,6.940 = 1504V ≈ 1,5 kV + Dßng ®iÖn hiÖu dông cña van ®îc chän Ihd-v = kdt-I .Ilv Víi kdt-i lµ hÖ sè d÷ tr÷ dßng ®iÖn , chän kdt-I = 4 Do ®ã : Ihd-v = 4.3,55 = 14,2 A - Dùa vµo 2 th«ng sè Ihd-v vµ Ung.max ta lùa chän van cã sè liÖu nh b¶ng sau Ký hiÖu

T35-N1800 BOF

Un (V)

Ihd (A)

Ig (A)

Ug (V)

Ih (A)

1 800

35

0 1,4 0,2 ,12

Ir (A)

∆U (V)

0,02

2

du dt

(V/s) 1000

Trong ®ã : -

§iÖn ¸p ngîc van : Un Dßng hiÖu dông van Dßng xung ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p xung ®iÒu khiÓn Dßng ®iÖn gi÷ Dßng ®iÖn dß §é sôt ¸p lín nhÊt - Tèc ®é thay ®æi ®iÖn ¸p

= 1800 (V) I®m = 35 (A) I®k max = 120(mA) U®k max = 2 (V) Ih max = 200 (mA) Ir max =20 (mA)

: : : : : : ∆U max = 2(V ) :

dU = 1000(V / s ) dt

TC (µ s) 12 0

T max

(0C ) 12 5

- Thêi gian chuyÓn m¹ch : tcm = 120( µs ) - NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp :Tmax =125 0C II. TÝnh to¸n MBA chØnh lu

M¹ch ®iÖn phÇn øng lµ m¹ch chØnh lu cÇu 1 pha nªn ta cÇn thiÕt kÕ MBA 1 pha . Ta lùa chän MBA cã m¹ch tõ lµ h×nh ch÷ E ( cã 1 trô ) ®îc lµm m¸t b»ng c¸c l¸ t¶n nhiÖt . 1.TÝnh to¸n th«ng sè cña MBA : 1. §iÖn ¸p s¬ cÊp cña MBA lµ ®iÖn ¸p líi : U1 = 220 V 2. §iÖn ¸p thø cÊp cña MBA - Ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i : Ud0.cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Uba +∆Udn Trong ®ã αmin = 100 gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn ¸p líi . ∆Uv = 1,6(v) sôt ¸p trªn tiristor ∆Udn = 0 sôt ¸p trªn d©y nèi ∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng MBA. Chän s¬ bé ∆Uba = 6%.Ud = 6% . 600 = 36(V) Tõ ph¬ng tr×nh c©n b¨ng ®iÖn ¸p t¶i ta cã: U do =

U d + 2.∆U v + ∆U dn + ∆U ba cos α min

U do =

600 + 2.2 + 0 + 36 = 649,87(V ) cos10 0

3. C«ng suÊt biÓu kiÕn cña MBA Sba = ks.Pd-max Trong ®ã : + ks : HÖ sè c«ng suÊt theo s¬ ®å , víi s¬ ®å cÇu 1 pha : ks = 1,23 + Pd-max C«ng suÊt cña phô t¶i lóc cùc ®¹i Pd-max = Udo.Id = 649,87.5=3249,35 W Do ®ã : Sba = 1,23.3249,35 =3996,885VA §iÖn ¸p pha thø cÊp : U2 =

U do 649,87 = = 722,07(V ) ku 0,9

Dßng ®iÖn hiÖu dung thø cÊp MBA: I 2 = I d = I dm = 5( A)

Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp MBA: I 1 = k ba .I 2 =

U2 722,07 .I 2 = .5 = 16,41( A) U1 220

- TÝnh to¸n tõ m¹ch Chän m¹ch tõ h×nh ch÷ Ε ®îc ghÐp tõ nh÷ng l¸ t«n Silic lo¹i 310 cã BÒ dµy t«n : 0,35mm Tæn hao lµ : 1,7 W/kg Tû träng : d = 7,8kg/dm3 - Chän lo¹i thÐp 330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm - Chän s¬ bé mËt ®é tõ c¶m trong trô B =1(T) * TÝnh trô TiÕt diÖn trô s¬ bé cña trô T ®îc tÝnh theo c«ng thøc: QFe = kQ.

S ba m. f

Trong ®ã : Sba lµ c«ng suÊt pha cña m¸y biÕn ¸p KQ HÖ sè phô thuéc vµo ph¬ng ph¸p lµm m¸t víi MBA lµm m¸t kh«ng khÝ : kQ = 6 m la sè trô cña MBA :m =1 Thay sè : QFe = 6.

3996,885 = 53,64cm2 1.50

Ta cã : QFe = a.b = 53,64 Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ta thêng chän : 1< Ta chän : a= 6cm ; b = 8,94cm khi ®ã

b < 1,5 a

b = 1,49 a

c a

Vµ n = = 0,5 => c = 0,5a = 3cm h a

m = = 2,5 => h = 2,5a = 15cm b Chän chiÒu cao trô h = 15(cm)

H h

H×nh 1 s¬ ®å kÕt cÊu m¸y biÕn ¸p c

a C

c

- TÝnh to¸n d©y quÊn Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp MBA: w1 =

U1 220 = ≈ 184,74 (vßng) 4,44. f1 .QFe .BT 4,44.50.53,64.10 − 4.1

LÊy w1 = 185 (vßng ) Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp MBA: w2 =

U2 722,07 .w1 = .185 = 607,19 (vßng) U1 220

LÊy w2 = 608 (vßng) - Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong MBA víi d©y dÉn b»ng ®ång MBA kh« chän : J1 = J2 = 2,75(A/mm2) TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp MBA: S1 =

I 1 16,41 = = 5,97(mm 2 ) J1 2,75

Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh trßn , c¸ch ®iÖn cÊp B - ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn: S1 = 6,29(mm2 ). - §êng kÝnh d©y dÉn d1 = 2,83mm - §êng kÝnh d©y dÉn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn dn1 = 2,95mm TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp MBA: S2 =

I2 5 = = 1,818(mm 2 ) J 2 2,75

Chän d©y dÉn tiÕt diÖn ch÷ nhËt, c¸ch ®iÖn cÊp B . - ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn: S2 = 2 1,9113(mm ). - §êng kÝnh d©y dÉn d2 = 1,56mm - §êng kÝnh d©y dÉn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn dn2 = 1,65mm - KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp :

Thùc hiÖn d©y quÊn theo kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trô TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp : w11 =

h − 2.hg b1

.k e =

15 − 0,59 .0,95 = 46,4 (vßng) 0,295

LÊy w1l = 46 vßng Trong ®ã : ke = 0,95 hÖ sè Ðp chÆt h : chiÒu cao trô hg : kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp hg = 2.dn1 = 2.2,95 = 0,59cm - TÝnh s¬ bé líp d©y ë cuén s¬ cÊp: n11 =

w1 185 = = 4,02 (líp) w11 46

Chän líp n11 = 4líp. Nh vËy cã 185 vßng chia lµm 4 líp , chän 3 líp ®Çu 46 vßng , líp thø 4 cã 197 – 3 . 46 = 47 (vßng) ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp : h1 =

w11 .b 0,295.46 = = 14,28(cm) ke 0,95

Chän èng quÊn lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn lãt gi÷a trô vµ d©y quÊn cã bÒ dÇy : d01=0,3 (mm) Chän líp c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y quÊn cã bÒ dµy cd1 = 0,1mm - §êng kÝnh cña cuén d©y trong cïng Dt1 = a 2 + b 2 + 2.d01= 6 2 + 8,94 2 + 2. 0,03= 10,82 cm - §êng kÝnh cña cuén d©y ngoµi cïng Dn1 + 2( dn1 + cd1 )n1 = 10,82 + 2( 0,295+0,01).4 = 13,26cm - §êng kÝnh cña trung b×nh cña cuén d©y s¬ cÊp Dtb-1 =

10,82 + 13,26 Dt1 + Dn1 = = 12,04cm 2 2

- ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp L1 = II.Dtb-1.w1 = 3,14.12,04.185 =6994,036cm 2.KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp - Chän chiÒu dµi cao cña cuén d©y thø cÊp h 2 = h1 = 14,28cm

TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp : w2l =

h2 − 2.hg b2

.ke =

14,28 − 0,33 .0,95 = 80,3 (vßng) 0,165

LÊy w1l = 80 vßng Trong ®ã : ke = 0,95 hÖ sè Ðp chÆt h : chiÒu cao trô hg : kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp hg = 2.dn2 = 2.0,165 = 0,33mm - TÝnh s¬ bé líp d©y ë cuén s¬ cÊp: n 2l =

w2 608 = = 7,6 (líp) w21 80

Chän líp n21 = 8 líp. Nh vËy cã 608 vßng chia lµm 8 líp , chän 7 líp ®Çu 560 vßng , líp thø 8 cã 608 – 7 . 80 = 49 (vßng) Chän èng quÊn lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn lãt gi÷a trô vµ d©y quÊn cã bÒ dÇy : d02 = 0,3 (mm) Chän líp c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y quÊn cã bÒ dµy cd2 = 0,1mm - §êng kÝnh cña cuén d©y trong cïng Dt2 = Dn1+ 2.d02 = 13,32m - §êng kÝnh cña cuén d©y ngoµi cïng Dn2=Dt2 + 2( dn2 + cd2 )n2 = 13,32+ 2(0,165+0,01).8 = 16,12cm - §êng kÝnh cña trung b×nh cña cuén d©y s¬ cÊp Dtb-2=

13,32 + 16,12 Dt 2 + Dn 2 = = 14,72cm 2 2

- ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp L2 = II.Dtb-2.w2 = 3,14.14,72.608 = 281022,24cm = 2810m • KiÓm tra ®iÒu kiÖn cña cùa sæ - ChiÒu dµy cña d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp khi quÊn lªn trô : D = ( d01+ d02 ) + (dn1 + cd1)w1+ ( d02 + cd02).w2 = 0,3+ 0,3 + ( 2,95+ 0,1).4 + ( 1,65 + 0,1).8 = 26,8mm - Khe há kh«ng khÝ gi÷a d©y quÊn vµ m¹ch tõ E = C- D = 3- 2,505 = 0,495 cm => ®ñ ®Ó lµm m¸t vµ c¸ch ®iÖn Nh vËy kÝch thíc cña lâi thÐp mµ ta thiÕt kÕ lµ phï hîp..

III. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ cho m¹ch ®éng lùc

1. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®é cho c¸c van b¸n dÉn Khi lµm viÖc víi dßng ®iÖn ch¹y qua trªn van cã sôt ¸p , do ®ã cã tèn hao c«ng suÊt ∆p ,tèn hao nµy sinh ra nhiÖt ®èt nãng van b¸n dÉn . MÆt kh¸c van b¸n dÉn chØ ®îc phÐp lµm viÖc díi nhiÖt ®é cho phÐp Tcp nµo ®ã nÕu qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp th× c¸c van b¸n dÉn sÏ bÞ ph¸ háng . §Ó cho van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt, ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý . +Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 Tiristor ∆P=∆U.Ilv = 2.3,55 = 7,1(W) Trong ®ã : ∆U Sôt ¸p trªn van : ∆U = 2 (V) Ilv Dßng lµm viÖc ch¹y qua van Ilv = 3,55A - Ta biÕt r»ng nÕu ∆P < 20W th× van cã thÓ lµm viÖc víi dßng ®iÖn tèi ®a lµ 10%I®m mµ kh«ng cÇn c¸nh t¶n nhiÖt .Nhng v× Ilv >10%I®m ( 3,55 > 10%.35) nªn ta ph¶i thiÕt kÕ c¸nh t¶n nhiÖt g¾n lªn van ®Ó to¶ nhiÖt cho c¸c van - Tæng diÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt : S=

∆P k m .τ

Trong ®ã : ∆p : tæn hao c«ng suÊt (W) T: ®é chªnh lÖch so víi m«i trêng Tmt = 400C NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp cña Tcp=1250C Chän nhiÖt ®é trªn c¸nh to¶ nhiÖt Tlv=800C T=Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C Km :HÖ sè to¶ nhiÖt b»ng ®èi lu vµ bøc x¹ Chän Km=8 (w/m2. 0C) VËy: Sm =

7,1 = 0,0221875(m 2 ) = 221,875cm 2 8.40

Chän lo¹i c¸nh to¶ nhiÖt cã 10 c¸nh KÝch thíc mçi c¸nh a.b= 5.5(cm2)

Tæng diÖn tÝch to¶ nhiÖt cña c¸nh S=10.2.5.5 = 250(cm2) 2.B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cña van Dïng 1 apt«m¸t ®Ó ®ãng ng¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng b¶o vÖ khi qu¸ t¶i vµ ng¾t m¹ch Tiristor, ng¾t m¹ch ®Çu ra ®é biÕn ®æi, ng¾t m¹ch thø cÊp MBA ng¾t m¹ch ë chÕ ®é nghÞch lu.Chän 1 ¸pt«m¸t dùa vµo c¸c th«ng sè sau: + §iÖn ¸p ®Þnh møc : Udm =220V + Dßng ®iÖn lµm viÖc ®Þnh møc : I®m = 1,1.I1 = 1,1. 16,41 = 18,051A + ChØnh ®Þnh dßng ng¾n m¹ch : Inm = 2,5. I1 = 1,5.16.41 = 41,025A + Dßng qu¸ t¶i : Iqt = 1,5. I®m = 1,5. 16,41 = 24,615A VËy ta chän 1 ¸pt«m¸t cã : Lo¹i LK

U®m (A) 220

I®m( A) 20

Inm (A) 45

Iqr (A) 25

- Chän 1 cÇu giao ®Ó t¹o khe hë an toµn khi sö ch÷a hÖ truyÒn ®éng. - Dïng d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch c¸c Tiristor ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé CL. + Nhãm 1CC : Dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 1cc I 1CC = 1,1.I lv = 1,1.5 = 5,5( A)

+ Nhãm 2CC : Dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 2cc

I 2 CC = 1,1.I hd = 1,1.3,55 = 3,095( A)

+ Nhãm 3CC : Dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 3cc , dïng ®Ó b¶o vÖ ®éng c¬ trong trêng hîp më m¸y : I 3CC = k mm .I dm− DC = 5.5 = 25( A)

VËy chän cÇu ch¶y nhãm 1CC, 2CC vµ 3CC cã Iday b¶ng sau : Nhãm

1CC

2CC

ch¶y

3CC

theo

Idc (A)

6

4

25

3.B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p : do qu¸ tr×nh ®ãnh c¾t c¸c Tiristor ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c R-C song song víi Tiristor .Khi cã sù chuyÓn m¹ch c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o ra dßng ®iÖn ngîc trong kho¶ng thêi gian ng¾n ,sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ngîc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a anod vµ catod cña Tiristor . Khi cã m¹ch R-C m¾c song song víi Tiristor t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn Tiristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p . Theo kinh nghiÖm R1 = ( 20 -> 100 ) Ω C R C1 = ( 0,1-> 2) µF B¶o vÖ xung ®iÖn ¸p tõ líi ®iÖn . ta m¾c m¹ch R-C nh m¹ch läc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®êng d©y . Chän R1= 40 (Ω)vµ C1= 0,8µF Ch¬ng V TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn I.Yªu cÇu ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn lµ kh©u rÊt quan träng trong bé biÕn ®æi Tiristo v× nã ®ãng vai trß chñ ®¹o trong viÖc quyÕt ®Þnh chÊt lîng vµ ®é tin cËy cña BB§. Yªu cÇu cña m¹ch ®iÒu khiÓn cã thÓ tãm t¾t trong 6 ®iÓm chÝnh sau: + Yªu cÇu vÒ ®é réng xung ®iÒu khiÓn. + Yªu cÇu vÒ ®é lín xung ®iÒu khiÓn. + Yªu cÇu vÒ ®é dèc sên tríc cña xung (cµng cao th× viÖc më cµng tèt th«ng thêng

di DK ≥ 0,1A/μ, ). dt

+ Yªu cÇu vÒ sù ®èi xøng cña xung trong c¸c kªnh ®iÒu khiÓn. + Yªu cÇu vÒ ®é tin cËy.

. §iÖn trë kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i nhá ®Ó Tiristor kh«ng tù më khi dßng rß t¨ng. .Xung ®iÒu khiÓn Ýt phô thuéc vµo dao ®éng nhiÖt ®é, dao ®éng ®iÖn ¸p nguån. . CÇn khö ®îc nhiÔu c¶m øng ®Ó tr¸nh më nhÇm. + Yªu cÇu vÒ l¾p r¸p vËn hµnh. . ThiÕt bÞ thay thÕ dÔ l¾p r¸p vµ ®iÒu chØnh. . DÔ l¾p lÉn vµ mçi khèi cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ®éc lËp. II. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn.

1. NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn Lµ t¹o ra c¸c xung vµo ë nh÷ng thêi ®iÓm mong muèn ®Ó më c¸c van ®éng lùc cña bé chØnh lu. - Tiristor chØ më cho dßng ®iÖn ch¶y qua khi cã ®iÖn ¸p d¬ng ®Æt trªn Anèt vµ cã xung ¸p d¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông g× n÷a. - Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn : + §iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu kú d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn anèt – katèt cña tiristor. + T¹o ra ®îc c¸c xung ®ñ ®iÒu kiÖn më tiristor ®é réng xung tx < 10µs. BiÓu thøc ®é réng xung: tx =

I dt di dt

Trong ®ã: I®t lµ dßng duy tr× cña tiristor. di/dt : tèc ®é t¨ng trëng cña dßng t¶i. §èi tîng cÇn ®iÒu khiÓn ®îc ®Æc trng bëi ®¹i lîng ®iÒu khiÓn lµ gãc α. 2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. M¹ch ®iÒu khiÓn tiristor cã thÓ ph©n lo¹i theo nhiÒu c¸ch. Song c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu dùa theo nguyªn lý thay ®æi gãc pha vµ theo ®ã ta cã hai nguyªn lý khèng chÕ “ngang” vµ khèng chÕ “®øng”.

- Khèng chÕ “ngang “ lµ ph¬ng ph¸p t¹o gãc α thay ®æi b»ng c¸ch dÞch chuyÓn ®iÖn ¸p ra h×nh sin theo ph¬ng ngang so víi ®iÖn ¸p tùa. + Nhîc ®iÓm cña ph¬ng ph¸p khèng chÕ nµy lµ gãc α phô thuéc vµo d¹ng ®iÖn ¸p vµ tÇn sè líi, do ®ã ®é chÝnh x¸c cña gãc ®iÒu khiÓn thÊp. - Khèng chÕ “®øng” lµ ph¬ng ph¸p t¹o gãc α thay ®æi b»ng c¸ch dÞch chuyÓn ®iÖn ¸p chñ ®¹o theo ph¬ng th¼ng ®øng so víi ®iÖn ¸p tùa r¨ng ca. + Ph¬ng ph¸p khèng chÕ “®øng” cã ®é chÝnh x¸c cao vµ kho¶ng ®iÒu khiÓn réng ( tõ 0 -> 1800 ). + Cã hai ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn “®øng “: . across . tuyÕn tÝnh • Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Tæng ®¹i sè cña Ur + U®k ®a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh. B»ng c¸ch lµm biÕn ®æi U®k ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra tøc lµ ®iÒu chØnh ®îc gãc α. Khi U®k = 0 ta cã α = 0. Khi U®k < 0 ta cã α > 0. Quan hÖ gi÷a α vµ U®k nh sau: α = π.

U dk U rmax

• Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “acrcoss”. Nguyªn t¾c nµy dïng hai ®iÖn ¸p: + §iÖn ¸p ®ång bé Ur vît tríc ®iÖn ¸p anèt – catèt mét gãc b»ng π/2 (NÕu UAK = A.sinwt th× Ur = B.coswt ) + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®îc U®k lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc biªn ®é theo hai híng (d¬ng vµ ©m). Trªn h×nh vÏ ®êng nÐt ®øt lµ ®iÖn ¸p anèt – catèt tiristor, tõ ®iÖn ¸p nµy ngêi ta t¹o ra Ur . Tæng ®¹i sè Ur + U®k ®îc ®a ®Õn ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh . Khi Ur + U®k = 0 ta nhËn ®îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh : U®k + B.cosα = 0 Do ®ã α = arccos(-U®k/B)

Thêng lÊy B = U®k max Khi U®k = 0 th× α =π/2 Khi U®k = - U®k max th× α= 0 Nh vËy khi cho U®k biÕn thiªn tõ - U®k max ®Õn + U®kmax th× α biÕn thiªn tõ 0 ®Õn π. Nguyªn t¾c nµy ®îc sö dông trong cscs thiÕt bÞ chØnh lu ®ßi hái chÊt lîng cao. NhËn xÐt: Theo yªu cÇu thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn ta thÊy nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh lµ phï hîp, ta chän nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn nµy. Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo anod cña Tiristo, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®îc gãc më α cña Tiristo trong vïng ®iÖn ¸p + anod, ta cÇn t¹o mét ®iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c, ta thêng gäi lµ ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p r¨ng ca Urc. Nh vËy ®iÖn ¸p tùa cÇn cã trong vïng ®iÖn ¸p d¬ng anod. Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm (t1,t4) ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (Urc = U®k), trong vïng ®iÖn ¸p d¬ng anod, th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn X®k. Tiristo ®îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn (t1,t4) cho tíi cuèi b¸n kú (hoÆc tíi khi dßng ®iÖn b»ng 0) S¬ ®å nguyªn lý ®iÒu khiÓn chØnh lu

Udf

t

Urc Udk

t Xdk

t Ud

t t1

t2

t3

t4

t5

S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn. §Ó thùc hiÖn ®îc ý ®å ®· nªu trong phÇn nguyªn lý ®iÒu khiÓn ë trªn, m¹ch ®iÒu khiÓn bao gåm ba kh©u c¬ b¶n trªn h×nh 3

§ång pha

So s¸nh

T¹o xung

NhiÖm vô cña c¸c kh©u trong s¬ ®å khèi h×nh 3 nh sau: + Kh©u ®ång pha cã nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc (thêng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng ca tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristo + Kh©u so s¸nh cã nhiÖm vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p

nµy b»ng nhau (U®k = Urc). T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau, th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuÕch ®¹i. + Kh©u t¹o xung cã nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo. Xung ®Ó më Tiristor cã yªu cÇu: sên tríc dèc th¼ng ®øng, ®Ó ®¶m b¶o yªu cÇu Tiristo më tøc thêi khi cã xung ®iÒu khiÓn (thêng gÆp lo¹i xung nµy lµ xung kim hoÆc xung ch÷ nhËt); ®ñ ®é réng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña Tiristo; ®ñ c«ng suÊt; c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc (nÕu ®iÖn ¸p ®éng lùc qu¸ lín) 1) Khèi ®ång pha Tr R2 C1

A

R1

B A1

U1

D1

R3

C

A2

Ur

d- dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n.

b. Ngµy nay c¸c vi m¹ch ®îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu, chÊt lîng ngµy cµng cao, kÝch thíc ngµy cµng gän, øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cã thÓ cho ta chÊt 4 53210 53210 lîng ®iÖn ¸p tùa tèt, ®iÒu khiÓn gãc më lín4 gãc më cã thÓ 0 ®¹t tíi 180 . Trªn s¬ ®å m« t¶ s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT). 4 53210 4 53210

2) Kh©u so s¸nh Urc Udk

R5

Urc

A3

R4

R5 R4

Udk

Ura

Ura

c.

A33

b. S¬ ®å kh©u so s¸nh

§Ó x¸c ®Þnh ®îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®îc thùc hiÖn b»ng Tranzitor nhng Tranzitor kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më Tiristo bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc.§Ó kh¾c phôc ®iÒu nµy ta dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n .K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i rÊt lín nªn chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá ë ®Çu vµo ta ®· cã ®iÖn ¸p ®Çu ra ë nguån nu«i .¦u ®iÓm cña nã lµ cã thÓ ph¸t xung chÝnh x¸c t¹i U®k=Ura 3) Kh©u t¹o xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo nh ®· nªu ë trªn, tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng thêng ®îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt, nh m« t¶ trªn h×nh 6a. §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi Tiristo, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Tr, ®i«t D b¶o vÖ Tr vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi Tr kho¸ ®ét ngét. MÆc dï víi u ®iÓm ®¬n gi¶n, nhng s¬ ®å nµy ®îc dïng kh«ng réng r·i, bëi lÏ hÖ sè khuÕch ®¹i cña tranzitor lo¹i nµy nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín, ®Ó khuÕch ®¹i ®îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®a sang. TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh trªn h×nh 6b thêng hay ®îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®îc yªu cÇu vÒ khuÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuÕch ®¹i ®îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c tranzitor. Trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng (10 ÷ 200) µs), mµ thêi gian më th«ng c¸c tranzitor c«ng suÊt dµi (tèi ®a tíi mét nöa chu kú - 0.01s), lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d cña Tr qu¸ lín vµ kÝch thíc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p d lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tr vµ kÝch thíc d©y s¬ cÊp BAX chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng nh h×nh 6c. Theo s¬ ®å nµy, Tr chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng BAX +E hiÖu dông cña+Echóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. BAX D2

D2 Tr1

Tr1

R6

R6

Uv

Tr2

a.

R7

R7

Uv

b.

+E

BAX

Rf

D2 Tr1

R6

C2

D

Uv

Tr2

Rf

c.

S¬ ®å c¸c kh©u khuÕch ®¹i. a- b»ng tranzitor c«ng suÊt; b- b»ng s¬ ®å darlington; c- s¬ ®å cã tô nèi tÇng. 3 .S¬ ®å m¹ch ®iÒu kiÓn - Tõ nh÷ng ph©n tÝch ë trªn ta cã s¬ ®å cña m¹ch ®iÒu kiÓn : R2

+E

Tr1

BAX

C1 A U1

Rf

D2

R1

B D1 A1

R3

A2

Urc Udk

R5

R4

C2

A3

Ura

R6 Tr2

R7

4. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å ®iÒu khiÓn: §iÖn ¸p vµo t¹i ®iÓm A (UA) cã d¹ng h×nh sin, trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña Tiristo T, qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) A1 cho ta chuçi xung ch÷ nhËt ®èi xøng UB. PhÇn ¸p

d¬ng cña ®iÖn ¸p ch÷ nhËt UB qua ®i«t D1 tíi A2 tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc. §iÖn ¸p ©m cña ®iÖn ¸p UB lµm më th«ng tranzitor Tr1, kÕt qña lµ A2 bÞ ng¾n m¹ch (víi Urc = 0) trong vïng UB ©m. Trªn ®Çu ra cña A2 chóng ta cã chuçi ®iÖn ¸p r¨ng ca Urc gi¸n ®o¹n. §iÖn ¸p Urc ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k t¹i ®Çu vµo cña A3. Tæng ®¹i sè Urc + U®k quyÕt ®Þnh dÊu ®iÖn ¸p ®Çu ra cña K§TT A3. Trong kho¶ng 0 ÷ t1 víi U®k > Urc ®iÖn ¸p UD cã ®iÖn ¸p ©m. Trong kho¶ng t1 ÷ t2 ®iÖn ¸p U®k vµ Urc ®æi ngîc l¹i, lµm cho UD lËt lªn d¬ng. C¸c kho¶ng thêi gian tiÕp theo gi¶i thÝch ®iÖn ¸p UD t¬ng tù. C¸c xung ra UF lµm më th«ng c¸c tranzitor, kÕt qu¶ lµ chóng ta nhËn ®îc chuçi xung nhän Xdk trªn biÕn ¸p xung, ®Ó ®a tíi më Tiristo T. III. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu khiÓn

M¹ch ®iÒu kiÓn ®îc tÝnh xuÊt ph¸t tõ yÒu cÇu vÒ xung më Tiristor , do ®ã ta cã c¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh m¹ch ®iÒu kiÓn : + §iÖn ¸p ®iÒu kiÓn Tiristor : U®k = 1,4V + Dßng ®iÖn ®iÒu kiÓn Tiristor : I®k = Ig = 0,12A + Thêi gian më Tiristor : tm = 120ms + §é réng cña xung ®iÒu kiÓn :tx = 167ms + TÇn sè xung ®iÒu kiÓn fx = 3kHz + §é mÊt ®èi xøng cho phÐp : ∆α = 40 + §iÖn ¸p nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn U = 12V + Møc sôt biªn ®é xung : sx = 0,15 1. TÝnh m¸y biÕn ¸p xung Chän vËt liÖu lµm lâi lµ FÎit HM , lâi cã d¹ng h×nh xuyÕn lµm viÖc trªn q fÇn cña ®Æc tÝnh tõ hãa cã ∆B = 0,3T ;∆H = 30A/m kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ + TØ sè biÕn ¸p xung chän m –3 + §iÖn ¸p th÷ cÊp cña MBA xung : U2 = U®k = 1,4V + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén thø cÊp MBA xung : U1 = mU2 = 3,14 = 4,2V +Dßng ®iÖn thø cÊp cña MBA xung : I2 = I®k = 0,12A

+ Dßng ®iÖn s¬ cÊp cña MBA xung : I1 = 2.I2/m = 2. 0,12/3 = 0,08A + §é tõ thÈm trung b×nh t¬ng ®èi cña lâi thÐp ∆B

0,3

µtb = ∆H .µ = 30.1,25.10 −6 = 8.103 0 -6 Víi µ0 = 1,25.10 (H/m) lµ ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ ThÓ tÝch cña lâi thÐp cÇn cã : V = Q.l = (µtb.µ0.tx.sx.U1.I1)/∆B2 Thay sè : V= 8.103.1,25.10-6.0,15.167.4,2.0,08)/0,32 = 0,4676.10-6m3 = 0,4676.10-3cm3 Dùa vµo b¶ng tra cøu ta lùa chän ®îc m¹ch tõ cã thÓ tÝch V= 0,645cm3 vµ kÝch thíc cô thÓ nh sau: Q =0,1cm2, l = 6,45cm ; a = 2,5mm ; b = 4mm ; d =20mm ;

a

d

b

Rf

- Sè vßng d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung : - Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ

dB ∆B = W1Q dt tx U 1tx 4,2.167.10 −6 = = 233,8 (vßng) W1 = ∆BQ 0,3.0,1.10 −6

U1 = W1Q

Chän w1 = 234 vßng - Sè vßng d©y thø cÊp

D

W2 =

W1 234 = = 78 (vßng) m 3

Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1= 6 (A/mm2) - TiÕt diÖn d©y cuèn thø cÊp I1

0,08

S1 = J = 6 = 0,0067 (mm2) 1 + §êng kÝnh d©y cuèn thø cÊp d2 =

4S1 4.0,0067 = = 0,092 (mm) Π π

Chän d = 0,1 (mm) - TiÕt diÖn d©y cuèn thø cÊp I2

0,12

S2 = J = 4 = 0,03 (mm2) 2 Chän mËt ®é dßng ®iÖn J2 = 4(A/mm2) + §êng kÝnh d©y cuèn thø cÊp d2 =

4S 2 = π

4.0,03 = 1,95 (mm) π

Chän d©y cã ®êng kÝnh d2 = 1,95 (mm) - KiÓm tra l¹i hÖ sè lÊp ®Çy 2

Kl®

2

S1 .W1 + S 2 .W2 d1 .W1 + d 2 .W2 0,12.234 + 1,95 2.78 = = = 0,747 < 1 = d2 d 20 2 (π . ) 4

Nh vËy cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt . 2. TÝnh kh©u khuÕch ®¹i xung +E BAX D2 Tr1

R6 Uv

R7

Chän Tranzito c«ng suÊt lo¹i Tr3 lo¹i 2SC9111 Tranzito lo¹i npn vËt liÖu b¸n dÉn lµ Si. + §iÖn ¸p gi÷a colecto vµ baz¬ khi hë m¹ch Emit¬ UCB0 = 40 (V) .

+ §iÖn ¸p gi÷a Emito vµ baz¬ khi hë m¹ch Colecto UEB0 = 4 (V) . + Dßng ®iÖn lín nhÊt mµ colecto cã thÓ chÞu ®ùng Imax = 500 (mA) . + C«ng suÊt tiªu t¸n ë colecto Pc = 1,7 (W) . + NhiÖt ®é lín nhÊt cña mÆt tiÕp gi¸p T1 = 1750C . + HÖ sè khuyÕch ®¹i β = 50 + Dßng ®iÖn lµm viÖc cña colecto Ic3 = I1= 0,08 (mA) + Dßng ®iÖn lµm viÖc cña baz¬

Ib =

I c 0,08 = = 1,6 (mA) β 50

Ta thÊy r»ng trong hai lo¹i Tiristor ®· chän cã c«ng suÊt ®iÒu khiÓn kh¸ bÐ U®k = 2,0 (V) I®k = 0,1 (A) Do ®ã ta chØ cÇn 1 tÇng khuyÕch ®¹i còng ®ñ c«ng suÊt ®iÒu khiÓn Tranzito - Chän nguån cÊp cho biÕn ¸p xung E = 12(V) , víi nguån E =12 (V) ta ph¶i m¾c thªm ®iÖn trë R10 nèi tiÕp víi cùc Emito cña Ir3 , R1 . R7 =

E − U 1 12 − 4,2 = = 92,5 (Ω) I1 0,08

TÊt c¶ c¸c Diod trong m¹ch ®iÒu khiÎn ®Òu dïng lo¹i 1N4009 cã tham sè . + Dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m = 10 (mA) + §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt Un = 25 (V) + §iÖn ¸p ®Ó cho Diod më th«ng Um = 1(V) 3.Chän tô C2 vµ R6 - §iÖn trë R6 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®a vµo Bazê cña Transistor Ir2 ta chän R9 tho· m·n ®iÒu kiÖn: U

4,5

R6 ≥ I = 0,8.2.10 −3 = 281,25Ω = 2,8kΩ B3 Chän R6 = 3kΩ Chän C2 sao cho C2.R6 ≤ tx t

167

x = 55,6.10 −9 ( F ) = 55,6nF => C2 ≤ R = 3 3.10 6 Chän C2 = 33nF

4.Chän c¸c khuÊt thuËt to¸n

- Mçi kÖnh ®iÒu kiÓn ph¶i dïng 4 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n , do ®ã ta chän 8 IC lo¹i TL084 do h·ng texas instrument , mçi IC nµy cã 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n - Th«ng sè cña IC TL084 : + §iÖn ¸p nguån nu«i : VCC = ± 18V, Chän VCC = ±12V + HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a 2 ®Çu vµo : ± 30V + NhiÖt ®é lµm viÖc : T = - 25÷85 C0 + C«ng suÊt tiªu thô P = 0,68W + Tæng trë ®Çu vµo : Rmin = 106 Ω + Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ira = 30pA + Dßng ®iÖn ®Çu vµo : Iv = 1mA + Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp :

du = 13(V / µs) dt

S¬ ®å ch©n IC TL084 : 14

1

12

13

11

10

9

+

+

+ -

+ -

2

3

4 Ucc

5

6

8

7

.S¬ ®å ch©n IC TL084

5.TÝnh tÇng so s¸nh Urc

R5

A33

R4

Udk

Ura

- Mçi kªnh ®iÒu kiÓn cã 1 khuyÕch ®¹i thuËn to¸n ®ãng vai trß tÇng so s¸nh ta chän lo¹i IC TL084 nh trªn -

U

12

dk Chän R4 = R5 > I = 1.10 −3 = 12kΩ r

-

Trong ®ã nguån nu«i VCC = ± 12V , th× ®iÖn ¸p vµo A3 Ur = 12V dßng ®iÖn vµo h¹n chÕ Ilv < 10-3A do ®ã ta chän R4 = R5 = 15kΩ khi ®ã dßng vµo A3 : Ilv-max =

12 = 0,8mA 15.10 3

6.Chän kh©u ®ång pha

Tr R2 C1

A

R1

B A1

U1

D1

R3

C

A2

Ur

§iÖn ¸p tô ®îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1 , mÆt kh¸c khuÕch ®¹i thuËt to¸n. ®Ó ®¶m b¶o ph¹md-vidïng ®iÒu kiÓn réng th× b. gãc ®iÒu kiÓn α 0 = 0 ÷ 180 th× h»ng sè th¬× gian tô n¹p ®îc : Tr = R3.C1 = T/2 = 1/2f = 0,01s Tr 04,0153210 4 53210 = = 10kΩ Chän C1 = 1µF th× ®iÖn trë R3 = C −6 1 . 10 1

§Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh 4 53210khi l¾p r¸p m¹ch R3 th4 53210 êngg chän biÕn trë R3 lín h¬n 10kΩ ®Ó ®iÒu chØnh - Chon Tranzitor T1 lo¹i A564 cã c¸c th«ng sè: + TRanzitor loai pnp lµm bv»ng Si + §iÖn ¸p gi÷a Emitor vµ Baz¬ lóc há m¹ch colector :UEB0 =7V + Dßng ®iÖn lín nhÊt mµ colector cã thÓ chÞu ®îc : IC-max = 100mA + NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p : TCP = 1500 + HÖ sè khuyÕch ®¹i β = 250 IC

100

+ Dßng cùc ®¹i cña Baz¬ : IB3 = β = 250 = 0,4 A + §iÖn trë ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo baz¬ Tranzitor Tr1 ®îc chän nh sau : Chän R2 tho· m·n ®iÒu kiÖn : R2 ≥

U N −max 12 = = 30kΩ IB 0,4.10 −3

Chän R2 = 30kΩ Chän ®iÖn ¸p ®ång pha : UA= 9V §iÖn trë R1 ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn ®i vµo khuyÕch ddaij thuËt to¸n A1 thêng chän R1 sao cho dßng vµo khuyÕch ®¹i thuËt to¸n : Ir < 1mA. Do ®ã U

9

A R1 > I = 1.10 −3 = 9kΩ r Chän R1 = 10 kΩ

7.Tao ngu«n nu«i Ta cÇn chän nguån nu«i ± 12V ®Ó cÊp cho BAX nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn tèc ®é , ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é . Ta dïng m¹ch chØnh lu cÇu ba pha dïng ®ièt, ®iÖn ¸p tõ cÊp MBA nguån nu«i : §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng hai vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912, c¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy: §iÖn ¸p ®Çu vµo : UV = 7 ÷ 35V. §iÖn ¸p ®Çu ra : Ura = 12V víi IC 7812 Ura = - 12V víi IC 7912. Dßng ®iÖn ®Çu ra : IR = 0 ÷ 1A. Sôt ¸p nhá nhÊttrªn IC 7812 lµ ∆U = 4V Ud = 12- 4 = 8V U2 =

8 = 8,88(V ) 0,8

.

Ta chän U2 = 9V. Tô ®iÖn C4 , C5 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hµi bËc cao. +12V Chän C4 = C5 = C6 = C7 =470µF. 7812 C4

C6

220~

.

0

C5

C7

7912

-12V

8.TÝnh to¸n m¸y BA nguån nu«i vµ ®ång pha Ta thiÕt kÕ MBA dïng cho c¶ 3 viÖc t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha vµ t¹o nguån nu«i cho tÊt c¶ c¸c m¹ch ®iÒu kiÓn bao gåm c«ng suÊt cung cÊp cho 8 m¹ch ®ång pha vµ cung cÊp nguån nu«i cho 8 IC TL084 t¹o ra 32 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n. Chän kiÓu MBA 1 pha 1 rô, trªn mçi trô cã 2 cuén d©y : 1 cuén s¬ cÊp vµ 1 cuén thø cÊp. §iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp MBA lµm ®iÖn ¸p ®ång pha , lÊy ra thø cÊp cña nguån nu«i : U2 = U2®p = UN = 9(V). - Dßng ®iÖn thø cÊp MBA ®ång pha : I2®p = IA1-max = 1(mA) - C«ng suÊt cña MBA cung cÊp cho viÖc t¹o nªn ¸p ®ång pha P®p = 8.I2-dp .U2-®p = 8.9.1.10-3 = 0,072( W) - C«ng suÊt tiªu thô ë 8IC TL 084 sö dông lµm khuyÕch thuËt to¸n . P8IC = 8.0,68 = 5,44W - C«ng suÊt BA xung cÊp cho cùc 8 ®iÒu khiÓn Tiristor Px = 8. U®k . I®k = 8.1,4.0,12 = 1,344(W) - Tæng c«ng suÊt cña MBA cung cÊp : PΣ = P®p + P8IC + PX PΣ = 0,072 + 5,44 +1,344 = 6,856(W) - C«ng suÊt cña MBA cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y : S = 1,05.PΣ = 1,05 .6,856 = 7,1988 (VA) - Dßng ®iÖn thø cÊp MBA : S

7,1988

I2 = 6.U = 6.9 = 0,133(A) 2 - Dßng ®iÖn s¬ cÊp MBA:

S

7,1988

I1 = 3.U = 3.220 = 0,011(A) 1 - TiÕt diÖn trô cña MBA ®îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm: QT = kQ . S

m. f

= 6. 7,1988

3.50

= 1,32(cm 2 )

Trong ®ã : kQ = 6 : hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t. m = 3 : sè trô cña MBA f = 50 : tÇn sè ®iÖn ¸p líi. - Ta chän lâi thÐp h×nh ch÷ E , cã ®é tõ c¶m B = 1T cã kÝch thíc nh h×nh vÏ : b

H h

c

a C

c

Ta cã : QFe = a.b = 1,32cm2 Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ta thêng chän 1 <

b < 1,5 . Ta a

chän a = 1cm ; b =1,32cm Vµ m = n=

h = 2,5 => h = 2,5.1 = 2,5 cm a

c = 0,5 => c = 0,5.1 = 0,5 cm a

- Chän mËt ®é tõ c¶m B = 1T ë trong trô ta cã sè vßng d©y s¬ cÊp : w1 =

U1 220 = = 7507,5 (vßng) 4,44.f.B.Q Fe 4,44.50.1.1,32.10 −4

Chän w1 = 7508 ( vßng) - Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = J2 = 2,75A/mm2. - Ta cã tiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp :

S1 =

I1 0,011 = = 0,004(mm 2 ) J1 2,75

Chän d©y dÉn trßn , tiÕt diÖn theo qui chuÈn : S 1 = 0,00785mm2 - §êng kÝnh thùc cña lâi d©y quÊn s¬ cÊp : d1 = 0,1mm - §êng kÝnh cã kÓ c¸ch ®iÖn lµ D1 = 0,12mm. - Sè vßng d©y thø cÊp : -

w 2 = w1 .

U2 9 = 7508. = 307,1 (vßng) U1 220

Chän w1 = 308 ( vßng) - Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = J2 = 2,75A/mm2. - Ta cã tiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp : S2 = -

-

I 2 0,133 = = 0,048(mm 2 ) J2 2,75

Chän d©y dÉn trßn , tiÕt diÖn theo qui chuÈn : S 2 = 0,095mm2 §êng kÝnh thùc cña lâi d©y quÊn s¬ cÊp : d2 = 0,11mm §êng kÝnh cã kÓ c¸ch ®iÖn lµ D2 = 0,14mm. ChiÒu dµi m¹ch tõ : L = 2c +3a =2.0,5 +3.1 = 4cm ChiÒu cao m¹ch tõ H = 2a + h =2.1 + 2,5 = 4,5 cm Chän c¸c ®ièt cho bé chØnh lu Dßng ®iÖn hiÖu dông qua ®ièt I§ =

I2 0,133 = 1,41 = 0,094 ( A) 2

- Chän ®ièt cã dßng ®Þnh møc I§-®m = ki.I§ = 10.0,094 = 0,94 A ( ki = 10 hÖ sè d÷ tr÷ vÒ dßng ) - §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt mµ ®ièt ph¶i chÞu Ung-max = 6.U 2 = 6.9 = 22(V ) - Chän ®ièt cã ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt U§ ng-max = ku.Ung-max = 2.22 = 44 (V) Víi ku = 2 hÖ sè d÷ tr÷ vÒ ®iÖn ¸p Chän ®ièt lo¹i : kY Z70 cã Ung-max = 50 (V) ; I®m = 20 (A)

Tµi LiÖu tham kh¶o 1. §iÖn tö c«ng suÊt

- NguyÔn BÝnh ( Nhµ xuÊt b¶n KHKT) 2. TruyÒn §éng §iÖn - NguyÔn V¨n LiÔn ( Nhµ xuÊt b¶n KHKT ) 3. M¸y §iÖn – TËp 1,2,3 – NguyÔn Kh¸nh Hµ - Vò Gia Hanh ( Nhµ xuÊt b¶n KHKT ) 4. Tµi LiÖu Híng DÉn ThiÕt KÕ §TCS - Ph¹m Quèc H¶i