Thuyet Minh 2

Ch¬ng 4

TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn A . ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristor

I - Nguyªn lý chung m¹ch ®iÒu khiÓn 1) §Æc ®iÓm Tiristor vÒ mÆt ®iÒu khiÓn • Tiristor chØ më kho¸ khi cã hai ®iÒu kiÖn: - §iÖn ¸p (+) ®Æt vµo A §iÖn ¸p (-) ®Æt vµo K - Xung ®iÒu khiÓn ®Æt vµo G • Khi Tiristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cã t¸c dông g× n÷a. • §iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu k× d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn A - K cña Tiristor. •T¹o ra xung ph¶i cã ®ñ ®iÒu kiÖn më Tiristor, ®é réng xung tx <10 µs. BiÓu thøc ®é réng xung: tx =

Idt di / dt

Idt : dßng duy tr× cña Tiristor di/dt : tèc ®é t¨ng trëng cña dßng t¶i 2) CÊu tróc s¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristor Udk : ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ®iÖn ¸p mét chiÒu Ur : ®iÖn ¸p ®ång bé, ®iÖn ¸p xoay chiÒu hoÆc biÕn thÓ cña nã, ®ång bé víi ®iÖn ¸p A - K cña Tiristor.

HiÖu ®iÖn ¸p Udk - Ur ®îc ®a vµo kh©u so s¸nh 1 lµm viÖc nh mét trig¬. Khi Udk - Ur = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i, ë ®Çu ra cña nã ta nhËn ®îc 1 chuçi xung sinnus ch÷ nhËt. Kh©u 2: ®a hµi 1 tr¹ng th¸i æn ®Þnh Kh©u 3 : khuÕch ®¹i xung Kh©u 4 : BA xung B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo Udk cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh gãc α. 3) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Trong thùc tÕ thêng dïng hai ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn: + Th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh + Th¼ng ®øng arcos ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu k× d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Tiristor. a ) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Theo nguyªn t¾c nµy ngêi ta dïng hai ®iÖn ¸p : + §iÖn ¸p ®ång bé, kÝ hiÖu lµ Ur cã d¹ng r¨ng ca, ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn A - K Tiristor + §iÖn ¸p ®k, kÝ hiÖu Udk kµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh biªn ®é.

h×nh 4.1 - nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn tuyÕn tÝnh tæng ®¹i sè cña Udk + Ur ®îc ®a ®Õn ®Çu vµo 1 kh©u so s¸nh. Nh vËy, b»ng c¸ch lµm biÕn ®æi U®k ngêi ta cã thÓ ®k ®îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra tøc lµ ®k ®îc gãc α.

Khi

U®k = 0 ta cã α = 0 U®k < 0 ta cã α > 0

Gi÷a α vµ U®k cã quan hÖ : α=

U dk U r max

ngêi ta lÊy U®kmax = Urmax a) Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arcos Theo nguyªn t¾c nµy ngêi ta còng dïng hai ®iÖn ¸p : + §iÖn ¸p ®ång bé Ur vît tríc ®iÖn ¸p A - K Tiristor 1 gãc b»ng π/2. NÕu UAK = Asinωt th× Ur = Bcosωt. + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh biªn ®é theo hai híng (+) vµ (-). h×nh 4.2 - nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arcos trªn h×nh vÏ ®êng nÐt ®øt lµ ®iÖn ¸p A - K 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 ®îc1 xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh U®k + Bcosα = 0 Trong ®ã α = arcos(-U®k/B) Thêng lÊy B = Udkmax Khi Udk = 0 th× α = π/2 Khi U®k = U®kmax th× α = π Khi U®k - -U®kmax th× α = 0 Nh vËy khi cho U®k biÕn thiªn tõ -U®kmax ®Õn +U®k max th× α biÕn thiªn tõ 0 ®Õn π

Nguyªn t¾c nµy ®îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh lu ®ßi hái chÊt lîng cao. NhËn xÐt: Ta chän m¹ch ®iÒu khiÓn dùa trªn nguyªn t¾c ®k th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh v× ph¬ng ph¸p nµy ®¬n gi¶n h¬n mµ vÉn phï hîp víi yªu cÇu thÕt kÕ. TÝnh to¸n c¸c khèi ®iÒu khiÓn 1.TÝnh BAX Theo phÇn tÝnh to¸n ë m¹ch lùc ta chän van Tiristor lo¹i C149D. Van cã c¸c th«ng sè: Ug = 3 V Ig = 150 mA Gi¶ trÞ nµy lµ gi¸ trÞ dßng vµ ¸p ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän vËt liÖu lµn lâi s¾t Ferit HM lâi cã d¹ng h×nh xuyÕn, lµm viÖc trªn mét phÇn cña ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã B = 0,3 T ; H = 30 A/m kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ. + TØ sè BAX : thêng m = 2 ÷ 3 , chän m = 3 + §iÖn ¸p cuén thø cÊp BAX U2 = U®k = 3,0 V + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp BAX : U1 = m.U2 = 3.3 = 9 V + Dßng ®iÖn thø cÊp BAX: I2 = I®k = 0,15 A + Dßng ®iÖn s¬ cÊp BAX: I1 =

0,15 I2 = = 0,05 A 3 m

+ §é tõ th»m trung b×nh t¬ng ®èi cña lâi s¾t: µtb =

∆B 0,3 = = 8.103 −6 µ 0 ∆H 1,25.10 .30

trong ®ã : µ0 = 1,25.10-6 H/m lµ ®é tõ th»m cña kh«ng khÝ + ThÓ tÝch cña lâi thÐp cÇn cã: V = Ql =

µ tbµ 0 t x S x U1I1 ∆B 2

Trong ®ã : µtb : ®é tõ th»m trung b×nh cña lâi s¾t µ0 : ®é tõ th»m cña kh«ng khÝ tx : chiÒu dµi xung truyÒn qua BAX cã gi¸ trÞ tõ 10 ÷ 600 µs. ë ®©y chän tx = 100 µs Sx : ®é sôt biªn ®é xung lÊy Sx = 0,15 U1 : ®iÖn ¸p s¬ cÊp I1 : dßng ®iÖn s¬ cÊp Thay sè vµo ta ®îc : 8.103.1,25.10−6.0,15.9.0,05 V= (0,3) 2 = 7,5.10-6 m3 ⇒ chän m¹ch tõ cã thÓ tÝnh V = 1,4 cm2 víi thÓ tÝch ®ã ta cã c¸c kÝch thíc m¹ch tõ: a = 4,5 mm b = 6 mm d = 12 mm D = 21 mm Q = 0,27 cm2 = 27 mm2 ChiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ :

l = 5,2 cm Sè vßng quÊn d©y s¬ cÊp BAX: Theo luËt c¶m øng ®iÖn tõ : U1 = w1Q

∆B dB = ww1Q tx dt

U1.t x 9.100.10−6  w1 = = = 111 vßng ∆B.Q 0,3.27.10− 6 Sè vßng d©y thø cÊp : w2 =

111 w1 = = 37 vßng 3 m

tiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp S1 =

I1 J1

Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = 6 A/mm2 5.10−6  S1 = = 0,0083 mm2 6 §êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : d1 =

4S1 = π

4.0,0083 = 0,1 mm 3,14

 chän d©y cã ®êng kÝnh 0,1 mm TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: S2 =

I2 0,15 = J2 4

= 0,0375 mm2

Chän mËt ®é d® J2 = 4 A/mm2 §êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d2 =

4S2 = π

4.0,0375 = 0,218 mm 3,14

 chän d©y cã ®êng kÝnh d2 = 0,22 mm KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy: kl®

S1w1 + S2 w 2 d12 w1 + d 22 w 2 0,12.111 + 0,222.37 2 = = = d (π. ) d2 122 4 = 0,02 < 1

Nh vËy cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt. 2.TÝnh to¸n kh©u K§ cuèi cïng R13

+En

BAX

D16

D17

D14

R12 T1 T3 D18 R13

R

Tr3 : chän transistor c«ng suÊt lo¹i 2SC911 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè: + transistor lo¹i npn, vËt liÖu b¸n dÉn lµ Si + ®iÖn ¸p gi÷a collector vµ baz¬ lµ khi hë m¹ch Emito : UCB0 = 40 V + ®iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch Colecto : UEB0 =4V + dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colecto cã thÓ chÞu ®ùng ®îc : ICmax = 500 mA

+ c«ng suÊt tiªu t¸n ë Colecto : PC = 1,7 W + nhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p T1 =1750 C. + HÖ sè khuyÕch ®¹i β = 50. + Dßng ®iÖn lµm viÖc cña colecto IC3=I1=50 mA. +Dßng ®iÖn lµm viÖc cña Bazo Ib3=

I C3 50 = = 1(mA ) β 50

Ta thÊy r»ng lo¹i thyristor ®· chän cã c«ng suÊt ®iÒu khiÓn kh¸ bÐ U®k=3V; I®k= 0.15A nªn dßng colecto-bazo cña transisto Ir3 kh¸ bÐ, trong trêng nµy ta cÇn dïng 1 transistor mµ vÉn ®ñ c«ng suÊt ®iÒu khiÓn transistor. Chän nguån cÊp cho biÕn ¸p xung E= ± 12V. Víi nguån E=12(V) ta ph¶i m¾c thªm ®iÖn trë R nèi tiÕp víi c¸c cùc emito cña T3. R=

E − U1 12 − 9 = = 60(Ω) I1 0.05

TÊt c¶ c¸c ®iod trong m¹ch ®iÒu khiÓn dïng lo¹i 1N4009 +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 cæng AND Toµn bé m¹ch ®iÒu khiÓn dïng 6 cæng AND ta lùa chän 2 IC 4081 cã 4 cæng AND , cã c¸c th«ng sè - Nguån nu«i IC : Vcc =3÷9 V - NhiÖt ®é lµm viÖc tõ –40o ÷ 80o C - §iÖn ¸p øng víi møc logic 1 : 2÷4.5 V - Dßng ®iÖn nhá h¬n 1mA - C«ng suÊt tiªu thô P=2.5(nW /1cæng )

14 13

12

1

2

11 10

9

3

5

4

8

6

7

4.Chän cæng OR - §Ó ph¸t xung ®ång thêi më hai thyristor (mét nhom anot catot ta dïng tæ hîp OR - Toµn bé m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i dïng 6 cæng OR nªn ta lùa chän 2 IC 5.Kh©u ph¸t xung chïm

R13

D5 OA5

R1 2 C2

R1 1

- Mçi kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i dïng 4 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n vµ 4 IC ë ph¶n håi ¸p ,dßng . Do ®ã ta ph¶i chän 7 IC

lo¹i TL084 do h·ng Texas instruments chÕ t¹o, mçi IC nµy cã 4 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n Th«ng sè cña TL084 : -§iÖn ¸p nguån nu«i : Vcc = ±18 V - HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a 2 ®Çu vµo : ± 30V - NhiÖt ®é lµm viÖc :T = -250÷850C - C«ng suÊt tiªu thô: P = 680mW - Tæng trë ®Çu vµo Rin =106 MΩ - Dßng ®iÖn ®Çu ra Iout = 30 pA - Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp du/dt =13V/µs

*Nguyªn lý ho¹t ®éng cña kh©u ph¸t xung chïm §ãng nguån ®iÖn cho 0A5 sau mét pha qu¸ ®é ë ®Çu ra sÏ cho ra mét chuçi xung h×nh ch÷ nhËt xen kÏ nhau, ta chän gi¸ trÞ cña tô C vµ c¸c ®iÖn trë phï hîp cho c¸c xung xuÊt hiÖn víi mét tÇn sè cao th× c¸c xung ë ®Çu ra ®îc thÓ hiÖn nh d¹ng chïm xung.

Gi¶ sö t¹i thêi ®iÓm ta xÐt tô C ®îc n¹p ®Çy tøc U2.> Uc hay Ud = U2.- Uc <0 ®iÖn ¸p lóc nµy ë ®Çu ra cu¶ 0A 5 lµ ®iÖn ¸p ©m sau 1 thêi gian khi ®iÖn ¸p ra qua R11 vÒ tô phãng hÕt ®iÖn ( ®îc n¹p theo chiÒu ngîc l¹i ) U2<0 . Khi ®ã Ud>0 vµ ®iÖn ¸p ra thay ®æi thµnh ®iÖn ¸p d¬ng. Nh vËy do ®Æc tÝnh phãng n¹p cña tô C2 t¹o nªn ®iÖn ¸p ra d¹ng xung vu«ng liªn tiÕp, tÝn hiÖu ra nhá do ®ã ®îc khyÕch ®¹i qua transistor, xung qua diod chØ gi÷ l¹i phÇn xung ©m X¸c ®Þnh chu k× xung ra theo ph¬ng ph¸p to¸n tö laplace T¹i mét thêi ®iÓm 0 tô C b¾t ®Çu n¹p ®iÖn tõ nguån + Vsat qua R11, ta cã ph¬ng tr×nh R11 + Uc = Vs dU c + a.U c = a.Vs dt víi a = 1/RC ViÕt ph¬ng tr×nh trªn díi d¹ng to¸n tö Laplace p.U c ( p ) − U c ( 0 ) + a.U c ( p ) = U c( p ) =

a.Vs p

a.Vs k.Vs − p( p + a ) p + a

víi Uc(0) = -k.Vs BiÓu thøc cña Uc trong qu¸ tr×nh n¹p cã d¹ng : U c ( t ) = Vs [1 − ( k + 1).e − at ] Khi t = T1 , Uc(T1) = k.Vs cho nªn : T1 = R 4 .C 2 ln

2.R 6 + R 7 R7

Ta chän R3 = R4 th× T1 =1,1 R4. C2

V× khi n¹p ®iÖn cho tô C2 tõ nguån +Vs còng nh tõ nguån –Vs dßng ®iÖn n¹p ch¶y qua R4 do ®ã T1 = T2. Cuèi cïng , biÓu thøc cña chu k× xung ra lµ : T = 2,2.R4.C2 Chän tÇn sè cña xung chïm f = 5kHz Suy ra T = 2.10-4s 2.10 −4 = 4545Ω Chän C2 = 0,02.10 µF suy ra R 4 = 2,2.0,02.10 − 6 -4

Chän R8 = 4,5 (kΩ) ; R6 = R7 = 5(kΩ) -Chän ®Ìn T5 lo¹i pnp kÝ hiÖu A564 cã c¸c th«ng sè : Ung = 35 V TÇn sè giíi h¹n fgh = 80MHz NhiÖt ®é chÞu ®ùng 1250C Dßng colector

Ic = 300mA

HÖ sè khuyÕch ®¹i β = 10÷30 6. Kh©u so s¸nh : -§iÖn ¸p r¨ng ca ®a vµo cöa ®¶o cña A4 -§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®a vµo cöa céng cña A4 NÕu Ur¨ngca > U®k : ®Çu ra cña A4 lµ xung ©m NÕu Ur¨ngca < U®k : ®Çu ra cña A4 lµ xung d¬ng Khi ®ã ®Çu ra cña A4cã chuçi xung vu«ng liªn tiÕp . PhÇn tö chÝnh cña kh©u IC lµ kh©u thuËt to¸n A4 , ta chän IC TL084 do h·ng Texas instrument cã c¸c th«ng sè ®· m¾c ë trªn . R1

Chän R5 = R28 = 4,5kΩ

+E

7.TÝnh to¸n khèi ®ång pha : OA1 -E R2

R3

VR1

II

Theo kinh nghiÖm thùc tÕ ta tÝnh ®iÖn ¸p ®Æt Ud = Udfmax.sinθ ; víi Udsmax = 12 V , θ = 80 ⇒U®Æt = 1,7V U

R3

= 1,7V suy ra chän R3 = 1,5kΩ ⇒ VR1 = 11,7kΩ chän

R1 = R2 = 5kΩ IC thuËt to¸n chän lo¹i TL084 8.Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca : R4

+E

Dz

VR2 C8 II

D11

R5 +E OA2 III -E

• Nguyªn lý ho¹t ®éng : M¹ch lµm nhiÖm vô t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca ®a vµo cöa ®¶o cña A3

Khi U®¨tf >0 th× §11 kho¸ , tô C8 ®îc n¹p ®iÖn theo ®êng + E → VR2→ R4→ C8→ A2 vÒ ©m nguån , víi dßng n¹p : In =

E VR 2 + R 4

Tõ phÇn tÝnh to¸n kh©u ®ång pha ta cã F = 50Hz → T = 20 ms . VËy mét chu kú phãng n¹p cho tô lµ T/2. Tn lµ thêi gian duy tr× ®iÖn ¸p n¹p cho tô C8 Tphãng lµ thêi gian phãng ®iÖn cña tô 20 × 164 = 9,2ms 360 20 Tphãng = × 16 = 0,8ms 360 Tn =

Gi¸ trÞ ®iÖn tÝch trªn tô C8 :

Uc =

1θ 1θ E 1 E i dt + U = dt + U 0 = Tn + U 0 ∫θ n ∫θ 0 C C VR 2 + R 4 C VR 2 + R 4 1

1

0

0

U0 lµ ®iÖn ¸p trªn tô khi b¾t ®Çu ®îc n¹p tô C8 U0 = UD7 . Ta chän §iod Zener cã ®iÖn ¸p ngÏng : UngÏng = 9,1V Víi ®iÖn ¸p biÕn thiªn theo hµm tuyÕn tÝnh víi dÊu ngîc l¹i tøc lµ ®iÖn ¸p trªn III sÏ gi¶m dÇn . + Khi U®»t < 0 th× §11 më , tô C8 phãng theo ®êng C8 →R5 → §11 → A1 vÒ ©m nguån lµm U(III) t¨ng nhanh cã xu híng ®¹t gi¸ trÞ +E . Do cã §iod æn ¸p Dz nªn gi¸ trÞ ®iÖn ¸p t¹i tô max chØ b»ng UD7 . §©y chÝnh lµ ®iÖn ¸p t¹i tô C8 ë thêi ®iÓm ®Çu cña qu¸ tr×nh n¹p . Ta cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trªn tô :

Uc =

1 E Tn + U 0 C VR 2 + R 4

Nguån n¹p cho tô E = +15(V) §Ó cuèi qu¸ tr×nh n¹p Uc = 0 ta cÇn chän VR2 + R4 sao cho

ETn + U0 = 0 (VR 2 + R 4 )C Ta cã :

15.9,2.10 −3 VR 2 + R 4 = 9,1.C

Chän C = 0,47µF

15.9,2.10 −3 VR 2 + R 4 = = 32,265( kΩ ) 9,1.0,47.10 − 6 Gi¸ trÞ cña dßng n¹p :

In =

E = 0,65.10 −3 ( A ) VR 2 + R 4

Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p trªn tô sau khi phãng :

1 θ2 1 UC = ∫θ1 Idt − U 0 = I p Tp .U 0 C8 C8 UC + U0 =

1 I p Tp C8

Uo lµ ®iÖn ¸p trªn tô C8 sau khi n¹p :

Tp =

C8 ( U C + U 0 ) = C 8 × R 5 = 0,8( ms ) IP

0,8.10 −3 R5 = = 1,702( kΩ ) 0,47.10 − 6 Chän R5 = 1(kΩ) 9, TÝnh nguån nu«i : +12V

Ta cÇn t¹o ra nguån nu«i cã ®iÖn ¸p 7812 ±12(V), ®Ó cÊp cho biÕn ¸p xung, nu«i IC , c¸ca bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn , tèc ®é, … b

C4

470µF

470µF

c A B

0V

C C5

470µF

470µF

7912

-12V

- Ta dïng chØnh lu cÇu 3 pha dïng §iot , ®iÖn ¸p thø cÊp nguån nu«i : -

U2 =

12 = 5,1( V) → Ta chän U2 = 9(V) 2,34

§Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i ta dïng 2 vi m¹ch æn ¸p7812 vµ 7912 , c¸c th«ng sè chung cña vi m¹ch nµy lµ : §iÖn ¸p ®Çu vµo :Uv = 7÷ 35(V) §iÖn ¸p ®Çu ra : Ura = 12(V) víi IC 7812 Ura = -12(V) víi IC7912 Dßng ®iÖn ®Çu ra Ira = 0÷ 1 (A) Tô ®iÖn C4 , C5 dïng ®Ó läc sãng hµi bËc cao C1 = C5 = C6 = C7 = 470(µF) ; U = 35(V) 10,TÝnh to¸n MBA nguån nu«i vµ ®ång pha : 1. Ta thiÕt kÕ MBAdïng cho c¶ viÖc t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha vµ t¹o nguån nu«i . Chän kiÓu BA 3 pha 3trô , trªn mçi trô cã 3 cuén d©y , 1 cuén s¬ cÊp vµ 2 cuén thø cÊp 2. §iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp MBA lµm ®iÖn ¸p ®ång pha vµ ®iÖn ¸p nguån nu«i.

U2 = U2®ph = UN = 9(V) 3. Dßng ®iÖn thø cÊp MBA ®ång pha : I2®ph = 1mA 4. C«ng suÊt nguån nu«i cÊp cho MBA ®ång pha : P®ph = 6 * U2®ph * I2®ph = 6*9 * 1 * 10-3 = 0,054(W) 5. C«ng suÊt tiªu thô ë 7ICTL084 sö dông lµm khuyÕch thuËt to¸n vµ 2IC4081 ®Ó lµm cæng AND vµ 2 IC lµm cæng OR : P11IC = 11 * PIC = 11 * 0,68 = 7,48(W) 6. C«ng suÊt MBAX cÊp cho cùc ®iÒu khiÓn Thyristor Px = 6 * U®k * I®k = 6 * 3 * 0,1 =1,8(W) 7. C«ng suÊt sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i : PN = P®ph + 11PIC + Px PN = 0,054 + 7,48 + 1,8 = 9,334 (W) 8. C«ng suÊt cña MBA kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y S = 1,05( P®ph + PN ) = 1,05(0,054 + 9,334) = 9,86(W) 9.Dßng ®iÖn thø cÊp cña MBA :

I2 =

S 9,86 = =0,183( A ) 6U 2 6 ×9

10. Dßng s¬ cÊp MBA : I1 =

S 9,86 = =0,015( A ) 3U 1 3220

11.TiÕt diÖn trô cña MBA ®îc tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm

QT = k Q

S 9,86 =6 = 1,54(cm 2 ) m×ρ 3 × 50

trong ®ã kQ = 6 : hÖ sè ph¬ng thøc lµm m¸t m=3

: sè trô cña MBA

f = 50 : tÇn sè ®iÖn ¸p líi ⇒ Theo tiªu chu»n trong b¶ng tiÕt diÖn trô →chän QT = 1,63 cm2 KÝch thíc m¹ch tõ l¸ thÐp dµy δ = 0,5 (mm) Sè lîng l¸ thÐp : 68 l¸ A = 12 mm B= 16 mm H =30mm HÖ sè Ðp chÆt kc = 0,85

12.Chän mËt ®é tù c¶m B =1T ë trong trô , ta cã sè vßng d©y s¬ cÊp : W1 =

U1 220 = = 6080( vong) 4,44.f .B.Q T 4,44.50.1.1,63.10 − 4

13.Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = J2 = 2,75(A/mm2) TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp :

F1 =

S 9,86 = = 0,0054( mm 2 ) 3U 1 I 1 3.220.2,75

§êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : 4.F1 4.0,0054 = = 0,083 π 3,14

d1 =

11.Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p : R39 R38 +E

R35 R36

Rs

OA5

+E

R37

R34

-E -E R39

R32

Udk

OA6

R31

-E

R33

+E

R29

R27 Rf1

R30

OA3

R28 -E

+E

R26 C10

Rf2

R24 OA4

VR3

+E

-E +E

R21

Do dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trong m¹ch thêng bÞ thay ®æi nªn R22 R23 trong m¹ch ®iÒu khiÓn thêng cã kh©u æn ®Þnh dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trong qu¸ tr×nh n¹p ¨cquy. - Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å : Nh ®· giíi thiÖu vµ tÝnh to¸n ë phÇn trªn . M¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ë m¹ch lùc ®Ó n¹p tù ®éng cho 18 b×nh ¸cquy theo chÕ ®é n¹p dßng sau ®ã chuyÓn sang n¹p ¸p. Giai ®o¹n ®Çu ta n¹p ¸c quy theo ph¬ng ph¸p n¹p dßng ®iÖn kh«ng ®æi. §Ó æn ®Þnh dßng ®iÖn ta dïng sun(Rs) ®Ó lÊy

tÝn hiÖu ph¶n håi tõ m¹ch n¹p. V× tÝn hiÖu ph¶n håi tõ sun nhá nªn ®îc khuÕch ®¹i thuËt to¸n. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p U®Æt ®îc ®a vµo trén víi gi¸ trÞ ph¶n håi råi ®a vµo cæng ®¶o cña thuËt to¸n. §iÖn ¸p ra cña thuËt to¸n cho ta tÝn hiÖu ®a vÒ lµm tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Khi ¸c quy ®îc n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi ®îc 85% dung lîng ®Þnh møc th× m¹ch ph¶n håi sÏ tù ®éng chuyÓn sang chÕ ®é n¹p theo ¸p. TÝn hiÖu ph¶n håi ¸p trªn Rf1 t¨ng lªn do ®iÖn ¸p nguån n¹p t¨ng. TÝn hiÖu ph¶n håi ¸p lµm thay ®æi tÝn hiÖu ra cña OA3. TÝn hiÖu ra trªn OA3 cã nhiÖm vô lµm chuyÓn m¹ch n¹p khi ®iÖn ¸p ra cña OA3 lµ ©m ®a qua phÇn tö NOT lµm thay ®æi tÝn hiÖu ®Õn më kho¸ ®iÖn tö CM2, lµm tÝn hiÖu dßng th«ng qua CM2, ®ång thêi tÝn hiÖu ra cña OA3 ©m, kho¸ ®iÖn CM1 kho¸. M¹ch n¹p ®îc n¹p theo chÕ ®é dßng. Khi Uf1 t¨ng t¬ng øng víi khi ac quy ®îc n¹p tíi 85% dung lîng ®Þnh møc, Uf > Ud trªn cæng ®¶o cña OA3 lµm cho tÝn hiÖu ra ®¶o dÊu, lµm kho¸ ®iÖn tö CM2 kho¸ ®ång thêi kho¸ CM1 më. M¹ch n¹p chuyÓn sang chÕ ®é n¹p theo ¸p. TÝn hiÖu ph¶n håi ®iÒu khiÓn chÕ ®é n¹p theo ¸p ®îc lÊy trªn Rf ®a vµo cæng ®¶o cña OA4 ®Ó céng víi tÝn hiÖu ®äc trªn cæng céng cña OA4 ®îc ®iÖn ra lµm ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. Tøc lµ ®Ó duy tr× ®iÖn ¸p Ud hay dßng ®iÖn Id kh«ng ®æi. NghÜa lµ Id vµ Ud thay ®æi mét lîng th× U®k sÏ thay ®æi mét lîng ®Ó ®é t¨ng gi¶m vÒ kh«ng. a) Kh©u t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn theo dßng ®iÖn

Theo c«ng nghÖ n¹p, ban ®Çu n¹p theo chÕ ®é dßng khi ®iÖn ¸p ¸cquy ®¹t 85% dung lîng n¹p ®Þnh møc, m¹ch ph¶n håi tù ®éng chuyÓn sang chÕ ®é n¹p theo ¸p nhê kho¸ chuyÓn m¹ch. Trªn m¹ch lùc ta dïng sun lo¹i 25A- 75mV ®Ó lÊy tÝn hiÖu ph¶n håi. Ta n¹p víi dßng n¹p In = 5A vËy ®iÖn ¸p ph¶n håi qua sun lµ:

Us =

5.75 = 15mV 25

TÝn hiÖu n¹y nhá ta ph¶i khuÕch ®¹i qua thuËt to¸n OA5 Dßng n¹p cho ¸c quy ®îc tÝnh theo c«ng thøc

U n − E aq raq

In =

Trong ®ã Un lµ ®iÖn ¸p nguån n¹p Eaq lµ søc ®iÖn ®éng ban ®Çu cña ¸c quy raq lµ ®iÖn trë trong cña ¸c quy Ta n¹p cho 18 b×nh ¸c quy cã dung lîng 50 Ah ,mçi b×nh cã 6 ng¨n quy ®¬n .C¸c ng¨n ¾c quy ®¬n cña c¸c b×nh ®îc nèi tiÕp víi nhau. Víi mçi ng¨n ¸c quy ®¬n cã søc ®iÖn ®éng ban ®Çu Eaq =1,95 V, ®iÖn trë trong cña mçi b×nh ¸c quy khi b¾t ®Çu n¹p raq = 0,1Ω Ta tÝnh

∑ r = 0.1x18 = 1.8Ω ∑ E = 1,95.6.18 = 210,6v aq

aq

VËy ®iÖn cÇn thiÕt cho nguån n¹p ban ®Çu lµ Un = raq . In+Eaq = 1,8 . 5 + 210,6 = 219,6 V

Ta cã Un = Ud =

3 6.U 2 cos α π

Víi Ud = 219,6 V, U2 = 139 V ta tÝnh ®îc gãc më Tiristor α t¬ng øng lµ 47,5o

α−8   U dk = 1 − .U r max  180 − 16  víi Ur max ®· tÝnh ë phÇn trªn(Ur max = 9,1V) α lµ gãc më cña Tiristor, α = 80 – 1640, trong thùc tÕ α ®îc ®iÒu chØnh trong kho¶ng tõ 100 – 1500

47,5 − 8   U dk = 1 − .9,1 = 6,9V  180 − 16  TÝn hiÖu ph¶n håi tõ sun qua OA5 khuÕch ®¹i lªn 50 lÇn U®k = Ud – (0,03 . 50) = Ud – 1,5 ⇒ Ud = U®k + 1,5 = 6,9 + 1,5 = 8,4V

Ud =

E .R 33 R 33 + R 32

Víi nguån E = 15V Chän R33 = 1,5kΩ ⇒R32 =(15.1,5)/8,4 – 1,5=1,2 kΩ Chän R38 = 3kΩ R39 =50 R38=50*1.5=75kΩ b.Kh©u t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn theo ®iÖn ¸p Khi ¸c qui ®îc n¹p theo chÕ ®é dßng ®îc 85% dung lîng n¹p cña ¸c qui. M¹ch ®iÒu khiÓn sÏ tù ®éng chuyÓn m¹ch n¹p cho ¸c qui sang chÕ ®é n¹p theo ¸p . §iÖn ¸p n¹p cho ¸c qui theo chÕ ®é ¸p lµ : §iÖn ¸p n¹p cho mçi ng¨n ¸c qui ®¬n khi ®îc n¹p no: Un =2.7 V

§iÖn ¸p n¹p cho 18 b×nh ¸c qui : Un = 2.7*18 =291.16 V T¬ng øng víi gãc më cña Thyristor α :

Ud =

3 6U 2 cos α = 291.6V Π

Ta tÝnh ®îc : α=26.3o U®k cã gi¸ trÞ lµ :

 

U®k= 1 −

α−8   26.3 − 8   × 9.1 = 1 −  × 9.1 = 8(V) π − 16  π − 16  

Khi c¸c ¸c qui n¹p ®îc 85 % dung lîng n¹p th× tæng søc ®iÖn ®éng cña c¸c ¸c qui vµ ®iÖn ¸p trªn m¹ch n¹p : Eaq=(2.7*6*18*85)/100 =247.86 V Ud = Raq *In +Eaq =256.86 V Ta lÊy ®iÖn ¸p ph¶n håi trªn Rf khi ®ã lµ : Uf=

Ud R 2 = 3V R1 + R 2

Ta chän Rf=Rf1+Rf2 =4(kΩ) ⇒Rf=

(R f 1 + R f 2 )3 = 41.7Ω Ud

§iÖn ¸p ®iÒu khiÓn lóc nµy lÊy tõ ®iÖn ¸p ra cña thuÊt to¸n OA8 .OA8 cã nhiÖn vô céng hai tÝn hiÖu cña ®iÖn ¸p ph¶n håi Uf lÊy trªn R12 vµ ®iÖn ¸p ®Æt Ud l©7s trªn ®iÖn trë ph©n ¸p R23 U®k=Ud-Uf=7.5V ⇒Ud =10.5V Chän R23=1,5 kΩ ⇒R22=0.64 kΩ c) Kh©u chuyÓn m¹ch

ChÕ ®é chuyÓn m¹ch theo nguyªn t¾c khi Uf lÊy trªn Rf1 Rf2 cña Rf ®a vµo cæng céng cña thuËt to¸n OA3 ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®Æt (Ud) trªn cæng trõ cña OA3. . Khi Uf < Ud tøc lµ ®iÖn ¸p cña OA3 lµ ©m th× khãa ®iÖn tö CM2 th«ng do tÝn hiÖu ©m cña OA3 qua phÇn tö NOT ®Õn më. Vµ kho¸ CM1 bÞ kho¸. M¹ch ph¶n håi cho tÝn hiÖu n¹p theo dßng th«ng vµ tÝn hiÖu n¹p theo chÕ ®é ¸p kho¸. Khi dung lîng n¹p ¸c quy t¨ng th× ®iÖn ¸p ph¶n håi còng t¨ng, khi ¸c quy ®¹t 85% dung lîng ®Þnh møc th× Uf > Ud , ®iÖn ¸p ra cña OA3 d¬ng, lµm kho¸ ®iÖn tö CM2 ®ãng vµ CM1 më. §Ó thùc hiÖn nhiÖm vô nµy ta dïng vi m¹ch b»ng kho¸ ®iÖn tö cã c¬ së ®îc thiÕt kÕ nh trªn h×nh 4 – 16 . Trong ®ã ®iÖn ¸p ®Æt lÊy trªn VR3 ®îc ®a vµo cöa trõ cña thuËt to¸n OA3 , ®iÖn ¸p ph¶n håi ¸p ®a vµo cöa céng cña OA3 Khi ¸c quy ®îc n¹p tíi 85% dung lîng th× ®iÖn ¸p ra cña OA3 ®¶o dÊu, tøc lµ khi ®ã ®iÖn ¸p trªn m¹ch lùc cã gi¸ trÞ Un¹p= 112V, t¬ng øng víi Uf = 3V, VËy ®iÖn ¸p ®Æt ta lÊy trªn VR3 cã gi¸ trÞ Ud = 3 V. H×nh

12.Kh©u b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p : Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch Khi tÝn hiÖu ph¶n håi Uf lÊy trªn Rf1 Rf2 ®îc so s¸nh víi tÝn hiÖu ®Æt qua OA9 Khi Ufh≤U ®Æt tøc lµ ®iÖn ¸p nguån n¹p nhá h¬n hoÆc b»ng ®iÖn ¸p ¾c qui lóc n¹p no th× ®Çu ra cña OA3 lµ d¬ng (+) ®Æt lªn bazo cña T6 ,lµm T6th«ng .Dßng ®iÖn tõ nguån Enqua r¬le R qua T6vÒ ®Êt , lµm r¬le t¸c ®éng ,tiÕp ®iÓm thêng ®ãng ®îc më lµm cho m¹ch ®iÒu khiÓn t¸c ®éng .§iÖn ¸p trªn m¹ch lùc kh«ng cßn. TÝnh ®iÖn ¸p ®Æt trªn VR4 : Khi Un = 219,6 V th× Uf= 3V ⇒Un (khi ¸c qui n¹p no ) =291.6V ⇔Uf =3*291.6/219,6 =3.98V Ta chän r¬le mét chiÒu cã c¸c th«ng sè : U=24V R=500Ω