So Do Vi Du

2.3.4. S¬ ®å m¹ch vÝ dô. Mét sè s¬ ®å m¹ch hoµn chØnh ®iÒu khiÓn bé ®iÒu ¸p mét chiÒu ®îc giíi thiÖu trªn h×nh 2.31, 2.32. Trong c¸c s¬ ®å nµy, ®Ó cã sù ®ång nhÊt vÒ nguyªn lÝ ®iÒu khiÓn nªn chØ sö dông mét m¹ch t¹o ®iÖn ¸p tùa vµ so s¸nh gièng nhau. +15V

R2

C

R1 V+ V-

A R 3

+ - A1

A2 +

B

D1

R4

C R5 +A3

U®k

R8

R6

D BAX1 2 X1

T1

Tr1 Tr2

+ A4 R9

R7 Tr3

BAX2 D3

X2 D 4 +15V

UA

Tr4

T2

t

UB

UC

X1

X2

Ut¶i

U®k

t

t

t t

t

H×nh 2.31 M¹ch ®iÒu khiÓn b¨m ¸p dïng tiristor

158

+U1 R2 C

R1 + V _ V

+ -A1

+A2

A R3

B U®k

R4 A3 +

C

+ V _ V

+ -A1

R6 Tr1 Tr2

Un C A R3

+A2

Rd

R5

R2 R1

Ld

D0

U®k D0

+U1 Ld Rd

B U®k

R4 A3 +

C

R6

Tr1 Tr2

R5

H×nh 2.32 S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn b¨m ¸p b»ng tranzitor lìng cùc

2.4. VÝ dô thiÕt kÕ bé b¨m ¸p mét chiÒu ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn kÝch tõ m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu. M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu cã m¸y phô lµ mµy ®iÖn mét chiÒu. Th«ng sè c¬ b¶n cña m¸y: P®m = 75 kW, tÇn sè f = 50 Hz, ®iÖn ¸p ra 220/380 V; M¹ch kÝch tõ cã U kt = 100 V, Ikt = 6 A. 2.4.1. ThiÕt kÕ m¹ch ®éng lùc 1. C¨n cø thiÕt kÕ: M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu víi m¸y phô lµ m¸y mét chiÒu cã s¬ ®å kÕt cÊu nh h×nh 2.33. IKT UKT KT

MF

MFC

220/380V; 50 Hz

H×nh 2.33 S¬ ®å cÊu tróc m¸y ph¸t xoay chiÒu cã m¸y phô lµ m¸y mét chiÒu

159

§èi víi c¸c lo¹i m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu, nguån cÊp cho cuén d©y kÝch tõ m¸y ph¸t ®îc lÊy tõ b¶n th©n m¸y ph¸t (kh«ng cã nguån cÊp lÊy tõ bªn ngoµi vµo). Trong trêng hîp m¸y ph¸t cã cÊu t¹o nh trªn h×nh 2.33, nguån cÊp cho cuén d©y kÝch tõ cã thÓ ®îc lÊy theo hai c¸ch nh h×nh 2.34. IKT KT

MF §iÒu khiÓn dßng kÝch tõ

MFC

220/380V; 50 Hz

a)

IKT KT

MF

220/380V ; 50 Hz

MFC

ChØnh l­u

UKT b)

H×nh 2.34 C¸c ph­¬ng ¸n cÊp nguån cho cuén d©y kÝch tõ

¦u ®iÓm cña s¬ ®å h×nh 2.34a lµ ®iÖn ¸p nguån cÊp cuén d©y kÝch tõ kh«ng bÞ suy gi¶m khi tõ th«ng m¸y ph¸t chÝnh bÞ khö tõ. Do ®ã, viÖc bï tõ th«ng khö tõ x¶y ra nhanh h¬n. Ta chän s¬ ®å nµy lµm s¬ ®å thiÕt kÕ. S¬ ®å ®éng lùc cho m¹ch thiÕt kÕ cã d¹ng nh h×nh 2.3 5. AT

IKT KT

D

MF

MFC

220/380V; 50 Hz

Rf T M§K H×nh 2.35 S¬ ®å m¹ch ®éng lùc ®iÒu khiÓn kÝch tõ m¸y ph¸t cã m¸y phô lµ m¸y mét chiÒu

160

M« t¶ chøc n¨ng cña m¹ch: Cuén d©y kÝch tõ cã nguån cÊp mét chiÒu lÊy tõ ®Çu ra m¸y phô mét chiÒu. Dßng ®iÖn cña cuén kÝch tõ ®îc ®iÒu chØnh b»ng m¹ch b¨m ¸p mét chiÒu, nhê tranzitor T. Do xung ®iÖn ¸p gi¸n ®o¹n nªn ®ièt D ®îc ®a vµo nh»m x¶ n¨ng lîng cña cuén d©y ®Ó t¹o dßng ®iÖn liªn tôc cho dßng kÝch tõ vµ b¶o vÖ cuén d©y còng nh tranzitor. §iÖn trë Rf ®îc dïng cho viÖc h×nh thµnh ®iÖn ¸p (måi kÝch tõ). 2. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ m¹ch ®éng lùc: M¹ch ®éng lùc thiÕt kÕ cã bèn linh kiÖn cÇn chän: ¸ptomat (AT), tranzitor (T), ®ièt x¶ n¨ng lîng (D), ®iÖn trë måi kÝch tõ. C¸c thiÕt bÞ nµy ®îc chän c¨n cø vµo th«ng sè Ukt, Ikt. Chän tranzitor: §Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña m¹ch kÝch tõ víi th«ng sè ®Þnh møc Ukt = 100 V, Ikt = 6 A, chóng ta cÇn chó ý tíi ®iÒu kiÖn lµm viÖc cêng kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn. Theo ®iÒu kiÖn ®ã mçi khi cÇn cêng kÝch dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p kÝch tõ (trong trêng hîp tõ th«ng m¸y ph¸t bÞ khö tõ) cã thÓ t¨ng tíi 1,5 th«ng sè ®Þnh møc. Do ®ã tranzitor cÇn chän ph¶i ®¶m b¶o lµm viÖc ®îc víi th«ng sè Ukt = 150V, Ikt = 9A. Chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t b»ng c¸nh to¶ nhiÖt, dßng ®iÖn ®Þnh møc cña tranzitor ®îc chän Ic > kI .Ilv = 5.9 = 45A. Chän hÖ sè qu¸ ®iÖn ¸p kU = 2,5, tõ ®ã Uceo > 2,5.150 = 375V. Tõ c¸c th«ng sè nµy tra b¶ng p4 chän tranzitor lo¹i QM50HAH cña h·ng Mitsubishi chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè: Ic = 50A, Uceo = 600V, Ib = 3A. Chän ®ièt: §ièt x¶ n¨ng lîng cã dßng ®iÖn lµm viÖc lín nhÊt ch¹y qua kh«ng thÓ vît qu¸ 30% Ilv, nghÜa lµ dßng ®iÖn lín nhÊt cña ®ièt kh«ng vît qu¸ 0,3.9 = 2,7A. Dßng ®iÖn nµy nhá, chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t b»ng vá ®ièt lóc ®ã dßng ®iÖn ®ièt cÇn chän I®m > 10.2,7 =27A, ®iÖn ¸p còng chän t¬ng tù nh cña tranzitor U®m > 375V. Tõ c¸c th«ng sè trªn tra b¶ng p1 chän ®ièt lo¹i 1N3663R cã th«ng sè Imax = 30A, Un = 400V, ∆U = 1.4V. Chän aptomat: Dßng ®iÖn aptomat I®m = 1,1.9 = 9,9A, ®iÖn ¸p UAT >1,5. 150V = 225V. Tõ th«ng sè trªn chän aptomat lo¹i: E408 110/3 do h·ng Clipsal chÕ t¹o cã I ®m = 10 A, U®m = 250 V 161

Chän ®iÖn trë h×nh thµnh ®iÖn ¸p Rf: I®m

ë chÕ ®é kh«ng t¶i dßng ®iÖn kÝch tõ vµo kho¶ng 20% = 0,2.6 = 1,2A.

§iÖn ¸p khi kÕt thóc qu¸ tr×nh h×nh thµnh ®iÖn ¸p chän 70%U®m. do ®ã dßng ®iÖn kÝch tõ cÇn cã ®Ó h×nh thµnh 70%U®m lµ 0,7.1,2 = 0,84A. Coi ®iÖn ¸p kÝch tõ b»ng ®iÖn ¸p ®Þnh møc, ®iÖn trë m¹ch kÝch tõ cÇn cã ®Ó dßng ®iÖn lµ 0,84A lµ: R ∑ KT =

U KT 100 = = 119Ω I måi 0,84

§iÖn trë cña cuén d©y kÝch tõ: R KT =

U KT 100 = = 16Ω I KTi 6

§iÖn trë phô cÇn m¾c thªm ®Ó h×nh thµnh ®iÖn ¸p: Rf = 119 – 16 = 103Ω 2.4.2. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn 1. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lÝ M¹ch ®iÒu khiÓn kÝch tõ m¸y ph¸t thiÕt kÕ theo nguyªn lÝ m¹ch h×nh 2.32 ®îc vÏ trªn h×nh 2.36. Trong m¹ch nµy cã giíi thiÖu thªm kh©u t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (U®k) tõ bé céng (A5) tÝn hiÖu ®Æt víi tÝn hiÖu ph¶n håi ®iÖn ¸p lÊy tõ bé chØnh lu CL1. Nhê cã m¹ch håi tiÕp nµy mµ ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®îc æn ®Þnh trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. 2. TÝnh to¸n th«ng sè m¹ch ®iÒu khiÓn C¸c khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1, A2, A3, A4, A5 chän lo¹i TL084. Nguån cÊp cho TL084 chän nguån ®èi xøng ±12V. Chän tÇn sè ®iÖn ¸p tùa: Cuén d©y kÝch tõ m¸y ph¸t cã ®iÖn c¶m kh¸ lín, dßng ®iÖn kÝch tõ ®îc läc ®¸ng kÓ. Do ®ã, tÇn sè cña bé b¨m ¸p kh«ng cÇn chän qu¸ cao. V× vËy chän tÇn sè kho¶ng 1kHz (chu k× dao ®éng sãng tam gi¸c TTG=1/1000 = 10-3s).

162

Chän th«ng sè m¹ch t¹o ®iÖn ¸p tam gi¸c C¸c ®iÖn trë R1, R2 chän R1 = R2 = 47 kΩ. TrÞ sè C, R3 chän tõ biÓu thøc: TTG = 4.R 3 .C.

R1 R2

Thay c¸c trÞ sè R1, R2 vµo biÓu thøc trªn ta cã: R3.C = 2,5.10-2 Chän C = 0,01 µF = 10-8 F §iÖn trë R3 ®îc chän: R3 =

TTG 10−3 = = 40kΩ C 2,5.10− 2

Chän theo tiªu chuÈn R3 = 39kΩ §iÖn ¸p ®Çu ra cña A2 cã trÞ sè ®Ønh b»ng ®iÖn ¸p b·o hoµ cña IC. Víi nguån cÊp 12V ®iÖn ¸p b·o hoµ cña IC kho¶ng (80% ÷ 90%).12V. TrÞ sè nµy vµo kho¶ng 10,5V. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n A3 cã nhiÖm vô kÐo ®êng ®Æc tÝnh lªn trªn trôc hoµnh (®Ó phôc vô cho môc ®Ých dÔ ®a ph¶n håi) C¸c ®iÖn trë R4, R5 chän R4 = R5 = 68 kΩ

163

R1

+15V Tr1

R7 R9

R8 U®k

A3 +

A2 + VR1

R5

-

R3

A + 1 -

KT

R11

R6

R4

C

R2

R10

+12V

A4

D0 Tr

GQ

-12V

QM50HA+ A5 R12

VR2

AT

MF

+12V

R14 R13

Rf

MFC UphU

CL1 BAph

VR3

+

H×nh 2.36 S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn kÝch tõ m¸y ph¸t víi m¸y phô lµ m¸y mét chiÒu

380V 50Hz

163

164

§Ó n©ng ®îc ®êng ®iÖn ¸p tam gi¸c lªn trªn trôc hoµnh, khi ®Çu ra cña A2 cã trÞ sè 10,5V, chän R6 = 0,5 R4 = 34 kΩ. Chän tiªu chuÈn R6 = 33kΩ. C¸c ®iÖn trë R7, R8 chän 33 kΩ. Chän R9 R9 =

U A3 10,5 = = 5,25kΩ ; chän R9 = 5,1kΩ I ra¢ 3 2.10−3

Bé ghÐp quang chän lo¹i 4N35 cã th«ng sè: dßng vµo ch¹y qua ®ièt cùc ®¹i 60 mA, dßng ra trªn colector tranzitor quang cùc ®ai 150 mA, ®iÖn ¸p tranzitor 30V, ®iÖn ¸p c¸ch li 3350V. TÝnh chän ®iÖn trë R10 R 10 =

12 12 = = 1,2kΩ I DQ 0,01

Trong ®ã: dßng ®iÖn ch¹y qua ®ièt quang cã trÞ sè trong kho¶ng (5÷20) mA, ®· chän 10 mA. Theo th«ng sè cña tranzitor QM50HA-H, chØ cÇn dßng ®iÖn baz¬ tranzitor 0,65A lµ ®ñ ®Ó tranzitor më th«ng hoµn toµn. Khi ®ã ®iÖn trë R11 cÇn cã: R 11 =

15 = 23Ω 0,65

Chän R11 = 22 Ω, c«ng suÊt ®iÖn trë nµy PR11 =

152 ≈ 10W 22

Tranzitor ®Öm cho QM50HA-H chän lo¹i D613 cã th«ng sè IC = 6A; UCE = 100V. ThiÕt kÕ nguån cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn cã hai hÖ thèng nguån cÊp c¸ch li nh h×nh 2.37. HÖ thèng nguån nu«i thø nhÊt lµ nguån nu«i ®èi xøng ± 12V, cÊp cho m¹ch IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n. HÖ thèng nguån nu«i thø hai lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu 15V cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn dßng baz¬ tranzitor ®éng lùc. TÝnh to¸n c¸c nguån nµy ®îc thùc hiÖn t¬ng tù nh môc 1.8.

165

C1

A 380~

C3

a1 b1 c1

0

C2

B

+12V

7812

7912

C4

-12V

C a2 b2 c2

15V

H×nh 2.37: S¬ ®å nguyªn lÝ t¹o nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn

166