›
›

Giáo trìnhThiết kế bộ biến tần nguồn áp ba pha

pdf 35 trang phuongnguyen 2030
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trìnhThiết kế bộ biến tần nguồn áp ba pha", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinhthiet_ke_bo_bien_tan_nguon_ap_ba_pha.pdf

Nội dung text: Giáo trìnhThiết kế bộ biến tần nguồn áp ba pha

  1. Thiết kế bộ biến tần nguồn áp ba pha
  2. Ch−¬ng IV THIÕT KÕ Bé BIÕN TÇN NGUåN ¸P BA PHA CHO §éNG C¥ KH¤NG §åNG Bé ROTO LåNG SãC 48 Trang
  3. A. S¥ §å KHèI M¹CH §éNG LùC M¹ch ®éng lùc dïng ®Ó truyÒn t¶i n¨ng l−îng ®iÖn cung cÊp cho ®éng c¬. M¹ch nμy lμ mét bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp bao gåm c¸c khèi sau: CHÈNH LOÜC NGHËCH LÆU LÆU ÂK Hçnh 4.1. Så âäö khäúi hãû thäúng nghëch læu I. Chøc n¨ng: 1. Khèi chØnh l−u: Khèi chØnh l−u dïng ®Ó biÕn ®æi nguån AC sang nguån DC theo sù ph©n lo¹i dùa vμo van ®−îc sö dông ta cã ba ph−¬ng ph¸p sau: + ChØnh l−u kh«ng ®iÒu khiÓn dïng Diode. + ChØnh l−u cã ®iÒu khiÓn dïng Thyritor. + ChØnh l−u b¸n ®iÒu khiÓn dïng Diode vμ Thyristor. §èi víi l−íi ®iÖn ¸p ba pha ta cã hai c¸ch m¾c s¬ ®å: H×nh tia vμ h×nh cÇu. D1 D3 D5 Ud D D 4 6 Ud D2 Hçnh 4.2. Så âäö chènh læu ba pha hçnh cáöu duìng Diode vaì så âäö chènh læu ba pha hçnh tia duìng Diod §èi víi l−íi ®iÖn mét pha ta cã 3c¸ch m¾c chØnh l−u: Ud Ud Ud (a) (b) (c) Hçnh 4.3. Så âäö chènh læu mäüt pha duìng diode a) Chènh læu næía soïng b) Chènh læu hçnh tia toaìn soïng; c) Chènh læu hçnh cáöu toaìn soïng 49 Trang
  4. So s¸nh s¬ ®å h×nh tia vμ h×nh cÇu ta thÊy: + S¬ ®å h×nh tia ®¬n gi¶n h¬n, sè van Ýt nªn ®é sôt ¸p vμ tæn thÊt bÐ. + S¬ ®å h×nh cÇu cã ®iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn van nhá h¬n nªn ta cã thÓ chän ®−îc lo¹i van cã th«ng sè vÒ ®iÖn ¸p ng−îc nhá h¬n. + M¸y biÕn ¸p øng víi s¬ ®å cÇu ®−îc sö dông triÖt ®Ó h¬n. + S¬ ®å cÇu cho chÊt l−îng ®iÖn ¸p ra tèt h¬n. Víi yªu cÇu thiÕt kÕ: Sö dông l−íi ®iÖn mét pha vμ ®iÒu chØnh ®−îc. Do vËy ta dïng s¬ ®å cÇu chØnh l−u, dïng Thyristor. M¹ch chØnh l−u ®−îc cung cÊp ®iÖn bëi m¸y biÕn ¸p. Do ®ã phô t¶i ®−îc c¸ch ly víi l−íi ®iÖn, vËn hμnh ®−îc an toμn thuËn tiÖn, h¹n chÕ ®−îc dßng ng¾n m¹ch trong m¹ch chØnh l−u vμ h¹n chÕ tèc ®é t¨ng cña dßng Anode, c¶i thiÖn ®−îc h×nh d¹ng dßng ®iÖn trong l−íi. 2. Khèi läc: §iÖn ¸p ra cña khèi chØnh l−u lμ ®iÒu chØnh nh−ng kh«ng b»ng ph¼ng mμ nhÊp nh«, gäi lμ sù ®Ëp m¹ch. Do ®ã ®Ó cho dßng ®iÖn ¸p Ýt thay ®æi ta cÇn cã khèi läc. Khèi läc dïng ®Ó t¸ch tõ mét tÝn hiÖu phøc t¹p nh÷ng thμnh phÇn cã tÇn sè n»m trong mét d¶i nhÊt ®Þnh vμ lo¹i ®i nh÷ng thμnh phÇn n»m ngoμi d¶i ®ã. D¶i tÇn sè m¹ch läc cho tÝn hiÖu ®i qua gäi lμ d¶i th«ng cña nã. HiÖn t−îng ®Ëp m¹ch t¹o ra c¸ch thμnh phÇn sãng hμi g©y nªn sù tiªu phÝ n¨ng l−îng mét c¸ch v« Ých, lμm gi¶m hiÖu suÊt cña m¹ch chØnh l−u. §Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng cña m¹ch läc ta xem xÐt hÖ sè ®Ëp m¹ch cña m¹ch läc: Biãn âäü soïng haìi låïn nháút cuía U (I ) K = d d p Giaï trë trung bçnh cuía Kp cμng nhá chÊt l−îng läc cμng lín. a.Läc b»ng tô C: Tô C m¾c song song víi t¶i. Tô kh«ng cho thμnh phÇn mét chiÒu ®i qua mμ chØ cho thμnh phÇn xoay chiÒu ®i qua vμ mét Ýt sãng hμi bËc thÊp. §iÖn dung cμng lín, dßng vμ ¸p trªn t¶i cμng ®ì ®Ëp m¹ch vμ hiÖu qu¶ läc cμng cao. HÖ sè ®Ëp m¹ch U U R 2 K p = Hçnh 4.4. Loüc ωCRt bàòng tuû b.Läc b»ng cuén c¶m L: Cuén c¶m L m¾c nèi tiÕp víi t¶i Rt, L nã cã t¸c dông cho dßng ®iÖn mét chiÒu ®i it qua dÔ dμng, ng¨n c¶n thμnh phÇn xoay U chiÒu ®i qua vμ do ®ã cã thÓ gi¶m ®−îc ®é Hçnh 4.5. Loüc bàòng cuäün caím ®Ëp m¹ch dßng vμ ¸p. 50 Trang
  5. HÖ sè ®Ëp m¹ch R K = t p 3ωT Bé läc nμy thÝch hîp víi t¶i c«ng suÊt võa vμ lín. c.Läc dïng tô C vμ cuén c¶m L: Bé nμy sö dông tæng hîp t¸c dông cña cuén c¶m L vμ tô C ®Ó läc. Do ®ã c¸c sãng hμi cμng ®−îc gi¶m nhá tr−íc khi t¶i ra vμ nh− vËy dßng ®iÖn ra t¶i vμ ®iÖn ¸p ®Æt lªn t¶i Ýt nhÊp nh«. Theo yªu cÇu cÇn thiÕt, ®éng c¬ (t¶i) cã c«ng suÊt t−¬ng ®èi nhá (0,75 KW), ®Ó gi¶m kÝch th−íc l¾p r¸p vμ gi¸ thμnh cña m¹ch thiÕt kÕ ta chØ cÇn bé läc tô ®iÖn. Tuy nhiªn trong thiÕt kÕ nμy, ®Ó t¨ng chÊt l−îng cung cÊp ®iÖn cho t¶i, còng nh− t¹o sù an toμn lμm viÖc cho bé nghÞch l−u ta sö dông bé läc lμ tæng hîp L vμ C. 3.Khèi nghÞch l−u ¸p : Khèi nghÞch l−u ¸p dïng ®Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu sau bé läc thμnh xoay chiÒu ®Ó cung cÊp cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha r«to lång sãc. C¸c van b¸n dÉn dïng trong bé nghÞch l−u ¸p cã thÓ lμ MOSFET , Thyristor hoÆc Transistor. a.Dïng Thyristor: Dïng Thyristor trong m¹ch nghÞch l−u ®iÖn ¸p th× cÇn ph¶i cã bé phËn chuyÓn m¹ch cho Thyristor gåm cã c¸c tô ®iÖn vμ c¸c cuén c¶m nªn gi¸ thμnh cao vμ kh¶ n¨ng ®ãng c¾t ë tÇn sè thÊp. b.Dïng Transistor: Transistor l−ìng cùc chuyÓn m¹ch nhanh h¬n Thyristor nh−ng cÇn ph¶i cã m¹ch trî gióp khi lμm viÖc trong ®iÒu kiÖn: f > 5 KHz hoÆc VCEO> 60 V; IC > 5A. Do sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ b¸n dÉn rÊt m¹nh mÏ ngμy nay, chóng ta cã thÓ lùa chän cho m×nh mét lo¹i b¸n dÉn c«ng suÊt tïy théc vμo yªu cÇu ®iÒu khiÓn cña chóng ta. ë ®©y em ®· chän dïng lo¹i Transistor l−ìng cùc(BJT) ®Ó ®iÒu khiÓn. Transistor ®−îc ®iÒu khiÓn më b»ng dßng Baz¬ vμ bÞ ng¾t ngay khi mÊt dßng ®iÒu khiÓn. §iÒu nμy thuËn lîi h¬n nhiÒu so vêi viÖc dïng Thyristor ®Ó nghÞch l−u. II. Nguyªn lÝ ho¹t ®éng: V1 V2 T L 1 T D1 D3 D C 220V C ÂK V2 T4 T D V 4 4 D V3 Hçnh 4.6. Så âäö nguyãn lyï maûch âäüng læûc 51 Trang
  6. 1. Bé chØnh l−u: øng víi nöa chu k× d−¬ng cña ®iÖn T1 T ¸p nguån t¹i thêi ®iÓm υ =;cho xung 2 U2 më T1 ,T3. T¹i thêi ®iÓm υ = π + ; cho U xung ®iÒu khiÓn më T ,T (v× sù cã mÆt d 2 4 T4 cña Lc cña m¸y biÕn ¸p nªn dßng iT1,3 T3 kh«ng thÓ gi¶m ®ét ngét tõ Id xuèng kh«ng mμ dßng iT2,4 còng kh«ng t¨ng ®ét ngét tõ 0 tíi Id). ë ®©y ta bá qua U2 hiÖn t−îng trïng dÉn. V× cã ®iÖn c¶m L t nªn dßng t¶i lμ dßng liªn tôc. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p sau chØnh Ud l−u lμ: 1 π +α 2. 2 t Ud2= ∫ 2.V2.Sinθ.dθ = .V .Cosα 2.π α π Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn ch¶y qua mçi Thyristor: Hçnh 4.7. Så âäö nguyãn π +α 1 Id lyï vaì daûng soïng I = ∫ Id .dθ = chènh læu cáöu mäüt pha 2.π α 2 Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn t¶i: π +α 1 2.V2.Sinθ − E Ud − E Id = ∫ dθ = π α R R π +α 1 2 Id = ∫ Id .dθ = Id π α Gi¸ trÞ hiÖu dông cña + dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p: Ung = 2V. 2 T1 §iÖn ¸p ng−îc lín nhÊt T D D 1 3 ®Æt lªn mçi Thyristor: D - T 4 52 T D D Trang 4 6 D Hçnh 4.8. Så âäö nguyãn lyï nghëch læu Transistor
  7. 2.Bé nghÞch l−u: Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé nghÞch l−u: C¸c Transistor ®−îc më lÇn l−îc theo thø tù T1, T2, T3 T6, T1 víi gãc lÖch gi÷a hai Transistor lμ π/3 mçi van dÉn lμ λ = π. Nh− vËy t¹i bÊt k× thêi ®iÓm nμo còng cã ba Transistor dÉn trong ®ã 2 Transistor thuéc nhãm nμy víi 1 Transistor nhãm kia t¹o nªn ®iÖn ¸p xoay chiÒu ba pha ®Æt lªn ®éng c¬. Thêi 0 ®iÓm c¸c Transistor T1, T3, T5 vμ T2, T4, T6 b¾t ®Çu dÉn lÖch nhau 120 do ®ã ®iÖn ¸p ra cña bé nghÞch l−u còng lÖch nhau vÒ thêi gian mét gãc lμ 1200. §iÖn ¸p pha cña ®éng c¬ cã d¹ng xung ch÷ nhËt t¹i thêi ®iÓm c¸c Transistor chuyÓn m¹ch th× ¸p pha cã ®ét biÕn nh¶y cÊp. §iÖn ¸p trªn t¶i chØ cã hai gi¸ trÞ: Ud/3 (khi nã bÞ ®Êu song song víi pha kh¸c) hoÆc 2Ud/3 (khi nã ®Êu nèi tiÕp víi nhãm song song kia). §iÖn ¸p d©y cã d¹ng xung ch÷ nhËt víi ®é réng lμ 1200. Dßng ®iÖn cña ®éng c¬ chËm sau ®iÖn ¸p pha t−¬ng øng mét gãc ϕ = arctg(ωL/R) cã d¹ng xoay chiÒu kh«ng sin, t¨ng vμ gi¶m theo hμm mò. §å thÞ xung biÓu diÔn trËt tù ®ãng c¾t cña c¸c Transistor vμ ®å thÞ dßng ®iÖn t¶i, ®iÖn ¸p pha vμ ®iÖn ¸p d©y nh− sau: 53 Trang
  8. UA H×nh 4.9 då thÞ xung kÝch më Transistor vaf d¹ng ®iÖn ¸p t¶i 54 Trang
  9. ZA ZC ZA ZA ZB Ud Ud Ud ZB ZB ZC ZC 0÷600 60÷12 120÷18 Hçnh 4.10. Caïc giai âoaûn cuía doìng âiãûn taíi Tõ d¹ng ®iÖn ¸p ra t¶i ta cã: Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha: 2π ⎡ ππ//3 2 2 3 ⎤ 1 2 1 ⎛ U ⎞ ⎛ 2U ⎞ 2 U = ∫ u dθ = ⎢2. ∫∫⎜ d ⎟ dθ + ⎜ d ⎟dθ ⎥ = U f 2.π f π 2 3 3 d 0 ⎣⎢ 0 ⎝ ⎠ π / 3 ⎝ ⎠ ⎦⎥ Dßng diÖn t¶i cã ba ®o¹n kh¸c nhau trong nöa chu kú. Trong kho¶ng tõ: 0 ÷ π/3 ud ⎡ ()()1+α 2 −α −θ / Q ⎤ ia = ⎢1− e ⎥ 3.R ⎣ 1+ a3 ⎦ Trong kho¶ng: π /2 ÷ π /3 u ⎡ ()1+ a 2 ⎤ i = d 2 − e−θ / Q b ⎢ 3 ⎥ 3.R ⎣⎢ 1+ a ⎦⎥ Trong kho¶ng 2π /3 ÷ π: ud ⎡ ()()1+ a 2 − a −θ / Q ⎤ ia = ⎢1− e ⎥ 3.R ⎣ 1+ a3 ⎦ Víi: =π Q = ωL 3Q R a = e ë nöa chu kú sau quy luËt dßng ®iÖn t−¬ng tù nh− dÊu ng−îc víi nöa chu kú trªn. Khai triÓn Furier ®iÖn ¸p d©y vμ ®iÖn ¸p pha: 2 3 u = u ()Sinωt − 1/ 5Sin5ωt − 1/7Sin7ωt − 1/11Sin11ωt AB π d 2 ⎛ 1 1 1 ⎞ uA = ud ⎜ Sinωt + Sin5ωt + Sin7ωt + Sin11ωt⎟ π ⎝ 5 7 11 ⎠ TÇn sè ®iÖn ¸p ra cã thÓ d−îc thay ®æi b»ng c¸ch thay ®æi nhÞp ®iÖu ®ãng c¾t cña c¸c Transistor. 55 Trang
  10. B. TÝNH TO¸N M¹CH §éNG LùC: 1. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®éng c¬: - C¸c th«ng sè cho trªn ®éng c¬: P®m = 0,75Kw f®m = 50Hz P = 2 n®m = 1410v/phót U®m = 380/220V I®m = 2/3,5A - C¸c sè liÖu ®o ®−îc øng víi thÝ nghiÖm trªn ®éng c¬: U(V) 15 10 15 10 I(A) 0,8 0,6 0,8 0,6 - ThÝ nghiÖm kh«ng t¶i: U1(V) 100 150 202 250 300 340 I(A) 0,29 0,42 0,53 0,7 0,84 1 P1(W) 4 12 21,2 38 88 94 P2(W) 2 6 12,8 26 38 56 - ThÝ nghiÖm ng¾n m¹ch: UN(V) 20 30 40 50 60 IN(A) 0,36 0,56 0,81 1 1,2 TÝnh to¸n: §iÖn trë Stator ë nhiÖt ®é 250C: 4 ' 1 Ui RS = ∑ 4 1 2Ii Trong ®ã: Ui; Ii: lÇn l−ît lμ ®iÖn ¸p vμ dßng ®iÖn thÝ nghiÖm trªn ®éng c¬: RS = 1/(4.2).[15/0,8 + 10/0,6 + 15/0,8 + 10/0,6] = 8,854(Ω) §iÖn trë stator ë nhiÖt ®é lμm viÖc b×nh th−êng(400C): RS = RS + (40-25).0,04.RS = 9,385(Ω) +Tèc ®é gãc ®Þnh møc ®éng c¬: ωâm =2π.nâm/60 = 2π.1410/60 = 147,65(rad/s) Momen ®Þnh møc: Mâm = Pâm/ωâm = 750/147,65 = 5,083(Nm) C«ng suÊt ®iÖn tõ ®Þnh møc: Pδâm = ω.Mâm/P = 2.π.50.5,083/2 = 798,03(W) HÖ sè c«ng suÊt: Pâm 750 Cosϕ âm = = = 0,57 3Uâm Iâm 3.380.2 HÖ sè tr−îc S: S = 1 - (n®m/n1) = 1 - 1410/1500 = 0,061 §iÖn trë roto: 56 Trang
  11. Rr = S.P(®m/3I2®m = 0,061.798,03/(3.2)2 = 4,056(() §iÖn ng¾n m¹ch trë ®éng c¬: RN = Rδ + Rr = 9,385 + 4,056 = 13,441(Ω) Tæng trë ng¾n m¹ch ®éng c¬: U SN 20 Z N = = = 32,075(Ω) 3I SN 3.0,36 §iÖn c¶m t¶n: X Z 2 − R 2 L = L + L = N = N N δ Sδ S 2πf 2πf 32,0752 − 13,4412 L = = 0,093(H) δ 2.3.14.50 LSδ = 0,586.Lδ = 0,586.0,093 = 0,054(H) Lrδ = Lδ - LSδ = 0,093 - 0,054 = 0,039(H) Tæng trë kh«ng t¶i: U0 100 Z0 = = (Ω) 3I0 3.0,29 3 3 P= ()P + P = ()4 + 2 = 5, 196(W) 0 2 1 2 2 C«ng suÊt t¸c dông kh«ng t¶i: §iÖn trë kh«ng t¶i: 2 R0 = P0/3.I0 = 5,196/3.0,292 = 20,594(Ω) §iÖn kh¸ng kh«ng t¶i: 2 2 2 2 X 0 = Z0 − R0 = 199,092 − 20,594 = 198,02()Ω C¶m kh¸ng kh«ng t¶i: X 198,02 L63= 0 = = 0, (H) 0 2πf 2π.50 mμ L0 = LS( + Lh C¶m kh¸ng m¹ch tõ: Lh = L0 - Lsδ = 0,63 - 0,054 = 0,576(H) Dßng tõ ho¸: I41μ = 2I0 = 2.0,92 = 0, (A) Tõ th«ng tõ ho¸: Ψμ = Iμ.Lh = 0,41.0,576 = 0,236(U-S) 57 Trang
  12. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cho c¸c sè liÖu thèng kª trong b¶ng USN(V) 20 30 40 50 55 ISN(A) 0,36 0,56 0,81 1 1,2 XN(Ω) 29,20 27,86 25,14 25,55 22,79 Lδ(H) 0,093 0,089 0,080 0,081 0,073 LSδ(H) 0,054 0,052 0,047 0,045 0,043 Lrδ(H) 0,039 0,037 0,035 0,033 0,030 U0(V) 100 150 200 250 300 I0(A) 0,29 0,42 0,53 0,70 0,84 Z0(Ω) 199,09 206,20 217,87 206,20 206,20 P0(W) 5,20 5,91 29,43 55,48 83,17 R0(Ω) 20,6 30,0 34,9 37,4 39,3 X0(Ω) 198,02 204,17 205,04 202,7 202,4 L0(H) 0,63 0,65 0,68 0,65 0,64 Lh(H) 0,576 0,598 0,633 0,602 0,597 Iμ(A) 0,41 0,59 0,75 0,99 1,18 Ψμ(V.s) 0,236 0,355 0,475 0,596 0,71 Tõ b¶ng trªn ta cã c¸c gi¸ trÞ trung b×nh nh− sau: 5 5 L L __ ∑ SI __ ∑ 0i 1 1 Lδ = = 0,0834(H ) L 0 = = 0,65(H ) 5 5 5 L 5 __ ∑ Sδ L 1 __ ∑ hi L sδ = = 0,048(H ) 1 L h = = 0,60(H ) 5 5 5 5 L L __ ∑ rδ __ ∑ SI 1 1 L rδ = = 0,0354(H ) L δ = = 0,0834(H ) 5 5 58 Trang
  13. II. TÝnh chän m¹ch ®éng lùc: 1.TÝnh chän m¹ch chØnh l−u: Gi¸ trÞ trung b×nh ®Æt vμo bé nghÞch l−u: 2 U = U ≈ 0.4714U f 3 d d 3 3 U = U = 220 = 466,7(V ) = 2,121U d 2 f 2 f Thùc tÕ gi¸ trÞ Ud = 466,7V lμ gi¸ trÞ ®· trõ ®i xÊp xØ 2V do sôt ¸p trªn c¸c Thyristor. VËy gi¸ trÞ ®iÖn ¸p sau chØnh l−u lμ: Ud = 466,7 + 2 =468,7(V) Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng chØnh l−u: Tõ c«ng thøc: P3f = Ud.Id. μ Trong ®ã: P3f: C«ng suÊt cña ®éng c¬. μ : HiÖu suÊt ®éng c¬. ⇒ Id =P3f/Ud.η = 750/(468,7.0,8) = 2(A) a. TÝnh chän Thyristor: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¶y qua mçi Thyristor lμ: I = Id/2 = 2/2 = 1(A) §iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i ®Æt lªn Thyristo lμ: Ung= 2U. 2 Trong ®ã U2 lμ gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p: 2 2 U = U Cosα d π 2 Ud .π ⇒ U2 = 2 2.Cosα 468,7.π ⇒ U2 = = 520,3(V) 2 2 ⇒ Ung = 2.520,3 = 735,8(V) §Ó Thyristo lμm viÖc an toμn tin cËy ta chän c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p ng−îc cùc ®¹i: Ung = Ku.735,8 = 735,8.1,6 = 1177,28V Dßng trung b×nh mμ Thyristor chÞu ®−îc: It = Kmm.Ki.1 = 2,5.1,2.1 =3A Theo s¸ch tra cøu ta chän lo¹i Thyristor nh− sau: Lo¹i C137 do h·ng G.E cña Mü chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè sau: Ung = 1200V 59 Trang
  14. Itb= 22,3A ΔU = 1,3V b. TÝnh chän m¸y biÕn ¸p ®éng lùc: Do m¸y biÕn ¸p cã c«ng suÊt nhá nªn sôt ¸p trªn nã t−¬ng ®èi nhá cì vμo kho¶ng 5,5%, ®iÖn ¸p r¬i trªn hai Thyristor nèi tiÕp kho¶ng 3V. Do ®ã ®iÖn ¸p chØnh l−u khi kh«ng t¶i lμ: Ud0 = 468,7 + 468,7.0.055 +3 = 497,5(V) Gi¸ trÞ hiÖu dông ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p lóc kh«ng t¶i: .π.Ud0 .π.497,5 ⇒ U2 = = = 552,3(V) 2 2 2 2 Tû sè biÕn ¸p: m = U2/U1 =552,3/220 = 2,51 Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ch¶y qua cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2 = Id = 2(A) Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng ch¶y qua cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: I1 = m.I2 =2,51. 2 = 5,02(A) C«ng suÊt s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: S1 = U1I1 =220.5,02 = 1104,4(VA) Chän m¹ch tõ m¸y biÕn ¸p: TiÕt diÖn lâi thÐp m¸y biÕn ¸p ®−îc tÝnh: S Q = K C. f V× ®©y lμ m¸y biÕn ¸p kh« nªn ta chän K=5 F = 50Hz C = 1(sè trô) 1104,4 30 Q = 5 = 23,49(cm 3 ) 1.50 M¹ch tõ ®−îc lμm tõ vËt liÖu lμ t«n Silic cã tèn thÊt lμ1,3W/Kg vμ cã träng l−îng riªng lμ 7,5Kg/dm3. M¹ch tõ cã 25 50 120 180 d¹ng sau: Trô: - TiÕt diÖn th«: 6.5 = 30 (cm3) - TiÕt diÖn hiÖu qu¶: 30.0,95 = 28,5(cm3) - Träng l−îng: 28,5.10-2.2.1,2.7,5 = 5,53(Kg) Quylat: 60 - TiÕt diÖn th«: 150 Hçnh 4.12. Maûch tæì 60 Trang maïy biãún aïp âäüng læûc
  15. 3.6 = 18 (cm3) - TiÕt diÖn hiÖu qu¶: 18.0,95 = 17,1(cm3) - Träng l−îng: 17,1.10-2.2.1,2.7,5 = 3,8(Kg) Tõ c¶m: Trong c¸c trô chän Bm = 1,1Tesla Trong c¸c quylat chän Bm = 1,1.28,5/17,1 = 1,73Tela D©y quÊn: -S¬ cÊp: n1 = U1/4,44.f.Q = 220/4,44.50.23,49.10-4.1,1 = 316(vßng) -Thø cÊp: n2 = m.n1 =2,51.316 = 793(vßng) -Chän mËt ®é dßng ®iÖn: 2 J1 = J2 =J = 3A/mm §−êng kÝnh d©y dÉn s¬ cÊp: 4.S 4.I 4.5,02 d46= 1 = 1 = = 1, (mm) 1 π π.J π §−êng kÝnh d©y dÉn thø cÊp: 4.S 4.I 4.2 d = 2 = 2 = = 0,92(mm) 2 π π.J π Chän d©y: d1 = 1,62mm d2 = 1mm - èng quÊn d©y: èng quÊn d©y lμm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn, dμy 1mm. Do ®ã chu vi cña mét vßng d©y lμ: 2.(50 + 1 + 60 + 1) = 224(mm) D©y quÊn s¬ cÊp: - Sè vßng d©y quÊn ®−îc trªn mçi líp: n01 = 120/1,62 = 74(vßng/líp) D©y cuèn s¬ cÊp ®−îc chia thμnh 5 líp. Gi÷a hai líp ®Æt giÊy c¸ch ®iÖn dμy 0,1mm. BÒ dμy cña d©y cuèn s¬ cÊp: e1 = 1,62.5 + 4.0,1 = 8,5 ChiÒu dμi trung b×nh cña mét vßng d©y s¬ cÊp: (50 + 60 + 8,5).2 = 273 ChiÒu dμi d©y quÊn s¬ cÊp: 61 Trang
  16. 273.316.10-3 = 74,89(m) §iÖn trë d©y cuÊn ë nhiÖt ®é 75oC: r1 = 0,0085.74,89.(1+0,004.75) = 0,72Ω D©y quÊn s¬ cÊp: Sè vßng d©y quÊn trªn mçi líp: n02 = 120/1 = 120(vßng) Thùc tÕ ta cuèn mçi líp lμ 110 vßng d©y, vμ d©y quÊn ®−îc quÊn thμnh 8 líp, gi÷a hai líp ®Æt líp giÊy c¸ch ®iÖn dμy 0,1mm. §Ó c¸ch ly hai cuén s¬ cÊp vμ thø cÊp m¸y biÕn ¸p ta dïng lo¹i giÊy c¸ch ®iÖn dμy 8mm. BÒ dμy d©y quÊn thø cÊp e2 = 8.1 + 7.0,1 = 8,7mm ChiÒu dμi trung b×nh mét vßng d©y thø cÊp ltb2 = (50 + 60 + 8,5 + 8,7).2 = 270,4mm ChiÒu dμi d©y quÊn thø cÊp l2 = 270,4.10-3.793,16 = 214,47m¹ch §iÖn trë d©y quÊn ë nhiÖt ®é 750C r2 = 0,0219.214,47(1 + 0,004.75) = 6,1Ω §iÖn kh¸ng d©y quÊn biÕn ¸p 2 -7 X = 8π .n2.r/h.[a +(e1 + e2)/3].ω.10 = 8.3,142.7932.0,067/0,115.[0,008 + (0,0085 + 0,0087)/3].314.10-7 ≈ 1,2 Ω §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn kh¸ng ΔUX = 3.X.Id/π = 3.1,2.2/3,14 (V) §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë 2 ΔUr = [r2 + r1(n2/n1) ].Id = (6,1 + 0,82.2,512).2 = 22,53 (V) §iÖn ¸p chØnh l−u khi ®Çy t¶i U = Ud0 - ΔUx - ΔUr - ΔU0 = 460,67(V) Tæn thÊt trong lâi s¾t tõ cã tÝnh ®Õn15% tæn thÊt phô P = 1,3.1,15.(5,13.1,12 + 3,8.0,952) = 14,4(W) HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ chØnh l−u U I η = d d = Ud Id + P + ΔUrId + 2IT 497,4.2 = = 0,6 497,4.2 + 14,4.22,53.2 + 2.1 2 2 2 2 Zn = Rd + X = 1,2 + 11,256 = 11,32(Ω) Tæng trë ng¾n m¹ch Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch I2CC = U2/Zn = 552,6/11,32 = 48,8(A) 2.TÝnh chän m¹ch läc: 62 Trang
  17. Do tÝnh chÊt cña m¹ch nghÞch l−u ¸p cÇn cã m¹ch läc ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cung cÊp cho m¹ch nghÞch l−u Ýt thay ®æi, ®ång thêi ®Ó trao ®æi n¨ng l−îng ph¶n kh¸ng víi ®iÖn c¶m t¶i. Ta cÇn cã bé läc b»ng tô ®iÖn víi ®iÖn dung cÇn ΔUc ⎛ 1 ⎞ 1 Kc = = ⎜1− ⎟. Um ⎝ mx.2.C.R. f ⎠ mx.2.C.R. f ⎛ 1 ⎞ 1 ⇔ 0,01 = ⎜1− ⎟. ⎝ 2.2.C.62,5.50 ⎠ 2.2.C.62,5.50 thiÕt lμ: Ta cã ®−îc: 781250.C2 - 12500.C -1 = 0 Vμ chän ®−îc: C = 0,0159(F) = 15900((F) 3. TÝnh chän m¹ch nghÞch l−u: a.Chän Transistor: §iÖn ¸p UDS cùc ®¹i ®Æt lªn Transistor lμ: UDS = Ud = 468,7V Dßng ®iÖn Id ch¹y qua Transistor lμ: I d = 2.I tbcl = 2.2 = 2.82A §Ó cho Transistor lμm viÖc an toμn, tin cËy ta chän hÖ sè gi÷ tr÷: Ku = 1,6 , Ki = 1,2 UDS = Ku .UDS = 468,7.1,6 = 749,92V ID = Km . Ki .ID = 2,5.1,2.2,28 = 8,48A VËy ta chän Transistor nh− sau: M· hiÖu VCE(V) IC(A) C4111 1500 10 b. Chän Diod: §iÖn ¸p ng−îc ®Æt lªn Diod: Ung = Ud = 468,7 V Dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y trong Diod: 1 ϕ 1 U ⎛ (1 + a)(2 _ a) ⎞ I = d ⎜1 − .e−θ /δ ⎟dθ d ∫ ⎜ 3 ⎟ 2π 0 3 R ⎝ 1 + a ⎠ Trong ®ã: ϕ = arctg(X/R) = 0,95(rad) 2 R = Pt/I dm = 250/4 = 062,5 Ω X/R = Q = 1,497 A = e-π/3Q = 0,492 ⇒ Id = 0,17A §Ó Diod lμm viÖc an toμn, tin cËy ta chän hÖ sè dù tr÷: Ku = 1,6 ; Ki = 1,2 Ung = Ku.Ung = 1,6.468,7 = 749,92V Id = Km.Ki.Id = 2,5.1,2.0,17 = 0,51A 63 Trang
  18. VËy ta chän Diod sau: M· hiÖu U(V) Itb(A) VL-10 1500 10 C. THIÕT KÕ M¹CH §IÒU KHIÓN: I.ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l−u: Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn lμ t¹o ra nh÷ng xung ®Ó më c¸c Thyristor c«ng suÊt, nh÷ng xung nμy cã ®é réng vμ h×nh d¹ng nhÊt ®Þnh, ph©n bè xung theo tõng pha t−¬ng øng, cã thÓ thay ®æi ®−îc thêi ®iÓm ®Æt xung më vμo cùc ®iÒu khiÓn Thyristor. Xung më th−êng cã biªn ®é tõ 2-10V dßng ®iÒu khiÓn trong giíi h¹n nhá h¬n 1A. C«ng suÊt kh«ng v−ît qu¸ 10W, ®é réng kho¶ng 20-100μs ®èi víi thiÕt bÞ chØnh l−u.Vμ kh«ng nhá h¬n 10μs ®èi víi thiÕt bÞ biÕn ®æi tÇn sè cao. M¹ch ®iÒu khiÓn cßn ph¶i ®¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu khiÓn gãc α. ë c¸c s¬ ®å biÕn ®æi tÇn th× viÖc mÊt ®èi xøng gi÷a c¸c kªnh kh«ng nh÷ng lμm xÊu ®iÖn ¸p ra mμ cßn cã thÓ lμm cho chÕ ®é biÕn ®æi bÞ ph¸ hñy. Ngoμi m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i b¶o ®¶m lμm viÖc tin cËy trong mäi hoμn c¶nh nh− khi nhiÖt ®é thay ®æi, nguån tÝn hiÖu nhiÔu t¨ng. Vμ thiÕt bÞ ph¶i dÔ thay thÕ, dÔ l¾p r¸p vμ ®iÒu chØnh. Trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng dïng hai nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn ®ã lμ: + §iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. + §iÒu khiÓn th¼ng ®øng "Arccos". §Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Thyristor. Víi viÖc dïng bé chØnh l−u mét pha hai nöa chu kú dïng Thyristor ta cã thÓ chän nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼g ®øng "Arccos". Theo nguyªn t¾c nμy, ng−êi ta dïng hai ®iÖn ¸p: + §iÖn ¸p ®ång bé Ur v−ît tr−íc ®iÖn ¸p An«t - Kat«t Thyristor mét gãc b»ng π/2. Tøc lμ nÕu lμ Uak = A.Sin(ω t) th× Ur = BCos(ωt). + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn UC lμ ®iÖn ¸p mét chiÒu, cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc biªn ®é theo hai h−íng d−¬ng vμ ©m. Tæng ®¹i sè Ur + Uc ®−îc ®−a ®Õn ®Çu vμo cña kh©u so s¸nh khi mμ Ur + Uc = 0 ta sÏ nhËn ®−îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh. Ur + BCosx = 0 α = Arccos(-Uc/B) Ng−êi ta lÊy B = Ucmax Khi Uc = 0 th× α = π/2 64 Trang
  19. Uc = Ucmax th× α = π Uc = - Ucmax th× α = 0 Tãm l¹i khi cho Uc biÕn thiªn tõ -Ucmax ®Õn +Ucmax th× ta ®−îc α sÏ biÕn thiªn tõ 0 ®Õn π. §Ó thùc hiÖn nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn nμy ta ph¶i cã mét kh©u t¹o ra hμm: Us = Um.Cos(ωt) tõ hμm Ur = Um.Sin(ωt) vμ ph¶i cã mét kh©u so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p mét chiÒu tøc ®iÖn ¸p ®iÒu chØnh víi ®Çu ra cña kh©u t¹o hμm Cos ë tr−íc. 1. Kh©u t¹o hμm cos: Giíi thiÖu vÒ khuÕch ®¹i thuËt to¸n: KhuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) lμ phÇn tö c¬ b¶n ®Ó x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn t−¬ng tù. ThuËt ng÷ K§TT cã nghÜa lμ nhê m¹ch khuÕch ®¹i nμy mμ ta cã thÓ t¹o ®−îc c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn kh¸c nhau. K§TT ®−îc x©y dùng tõ c¸c m¹ch khuÕch ®¹i Transistor c¬ b¶n cã ®Æc tÝnh lý t−ëng nh−: 1/ HÖ sè khuyÕch ®¹i ®iÖn ¸p A = ∞ 2/ Trë kh¸ng vμo Zr = ∞ 3/ Trë kh¸ng ra Zr = 0 4/ Gi¶i tÇn tõ 0 ®Õn ∞ 5/ §é tr«i ®iÓm kh«ng b»ng kh«ng 6/ TuyÕn tÝnh vμ Doid ®èi xøng. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n thùc tÕ cã tham sè thÊp h¬n so víi K§TT lý t−ëng, tïy thuéc vμo c¸c lo¹i kh¸c nhau nh− K§TT th«ng dông, K§TT ®Æc biÖt, K§TT chÝnh x¸c cao hoÆc K§TT t¸c ®éng nhanh v.v + - Âáöu Âáöu ra vaìo + - Hçnh 4.13. Mä taí täøng quaït KÂTT Thùc chÊt cña kh©u t¹o hμm cos lμ kh©u tÝch ph©n dïng Opam. TÝn hiÖu − 1 Um Um U = ∫ Sinωt.dt = COSωt 2 C R ωCR R3 C UC - US R1 + R2 Hçnh 4.14. Kháu taûo haìm ccos sæí duûng KÂTT 65 Trang
  20. vμo cña nã lμ: U1 = Um Sin ωt th× tÝn hiÖu cña nã lμ: NÕu chØnh R1 = R2 th× ta cã: khi ®ã nÕu R3 = Xc th× Us = Uc Tøc lμ: Uc = Um Sin ωt th× Us = Um Cos ωt 2. Kh©u so s¸nh: Kh©u nμy còng sö dông mét khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó so s¸nh Us víi Uc lμ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. R1 US 2 2 I R -− X + 2jR X ra U U = U = 3 c 3 c ra s c 2 2 R3 + X c + U CR2 Hçnh 4.15. Maûch so saïnh duìng KÂTT Nh− vËy khi ta chän Ucmax = Um/ωCR = 10V th× khi Uc=Us ta cã Cos =Uc/Ucmax vμ ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh ta nhËn ®−îc chuçi xung ch÷ nhËt. 3.S¬ ®å m¹ch mét kªnh ®iÒu khiÓn chØnh l−u: R2 C1 U 1 R - U 4 2 R1 I - ra U 3 + R + 3 U CR5 Hçnh 4.16. Så âäö maûch mäüt kãnh âiãöu khiãøn chènh læu TÝnh chän: Trong m¹ch trªn c¸c K§TT ta chän lo¹i HA741 cã s½n trªn thÞ tr−êng. C¸c ®iÖn trë R3, R5 lμ c¸c ®iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt. Ta chän gi¸ trÞ c¸c ®iÖn trë æn ®Þnh nhiÖt nh− sau: R3 = 12( KΩ ) R5 = 4,7( KΩ ) 66 Trang
  21. TÝnh chän R2, C1: U1 = 12 2Sin(ωt) 1 Um Um U2 = − ∫ Sin(ωt) = Cos(ωt) C R ω.R1.C1 Ta chän: Um Uc max = = 10V ω.C1.R1 12 2 12 2 ⇔ = 10V ⇒ C1R1 = 2.π. f .C1.R1 10.314 Ta chän R1 = 14( KΩ ) ⇒ C = 12 2 = 0,38.10−6 F 1 10.314.14.103 VËy ta chän C1 = 0,47 μF lμ tô chuÈn. R4 lμ ®iÖn trë h¹n chÕï dßng vμo m¹ch so s¸nh.Ta chän R4 = 4,7( KΩ ) §Ó trî gióp cho qóa tr×nh x¶ cña tô C1 ta chän R2 = 330( KΩ ) 4. Kh©u ph¸t xung ch÷ nhËt : Giíi thiÖu vi m¹ch IC 555 : ë ®©y chóng t«i dïng vi m¹ch 555 cña h·ng Signetis s¶n xuÊt, bao gåm hai khuÕch ®¹i thuËt to¸n A1 vμ A2 thùc hiÖn chøc n¨ng so s¸nh, mét trig¬, mét transistor vμ 3 ®iÖn trë mçi c¸i 5( KΩ ). Vi m¹ch 555 8 4 5K 7 5 S G - Ground 1 5 Vcc OA1 6 & Z T - Trigger 2 6 D - Discharge 555 5K O - Out put 3 7 Th - Threshold 3 2 & R R - Reset 4 8 OA2 Voltage 5K Hçnh 4.14 67 Trang
  22. Vi m¹ch 555 cã 8 ch©n: 1. Nèi víi ©m cña nguån nu«i. 2. KÝch lËt tr¹ng th¸i, khi V2 = 2E/3 th× v(3) = 0. 3. Cæng ra, v(3)min = 0,1V; v(3)max = (E-0,5)V; I(3)max = 0,2A. 4. Ch©n khãa, khi v(4) = 0 th× v(3) = 0. NÕu kh«ng cÇn khãa th× nèi 4 vμo 8. 5. Läc nhiÔu, dïng tô ®iÖn 10nF ®Êu gi÷a ch©n 5 vμ ch©n 1. 6. Ng−ìng lËt, khi v(6) = 2E/3 th× v(3) = 0. 7. Ch©n phãng ®iÖn, th−êng ®−îc nèi vμo ch©n C cña m¹ch ngoμi. 8. Nèi víi cùc d−¬ng cña nguån nu«i, E = 5-18V, tiªu thô dßng ®iÖn 0,7mA/1V nguån nu«i, (10mA khi E = 15V). Kh©u ph¸t xung ch÷ nhËt: +5V R1 84 7 q R2 555 3 6 t xP2 2 (1-x)P2 1 5 T1 T2 P1 C H×nh 4.18 kh©u phat xung chö nhËt Gi¶ thiÕt: Uc= E/3, S = 0, R = 1, v(3) =1, z = 0, T bÞ khãa. Tô ®iÖn C n¹p ®iÖn thÑo m¹ch: E - R1 - D1 - xP2 - P 1- C1 - E. §iÖn ¸p Uc t¨ng dÇn lªn. Khi Uc = E/3, Ta cã: R= 0, z = 1, v3 = 0, T më. Tô ®iÖn C phãng ®iÖn theo m¹ch: C - P1- (1-x)P2 - D2 - R2 - T - C. §iÖn ¸p Uc gi¶m dÇn. Khi Uc = E/3: S = 0, v3 =1, z = 0, T bÞ khãa l¹i. X¸c ®Þnh chu kú xung: 68 Trang
  23. Khi C n¹p ®iÖn ta cã ph−¬ng tr×nh: I(R1+ xP2+ P1)+Uc = E, víi i = C. duc/dt. duc/dt + a.uc = a.E, víi a = 1/(C(R1+ xP2 + P1)). ViÕt ph−¬ng tr×nh trªn d−íi d¹ng to¸n tö Laplace: p.Uc(p) - Uc(0) + aUc(p) = a.E/p, víi Uc(0) = E/3. a . E E U ( p ) = + c p ( p + a ) 3 ( p + a ) VËn dông quan hÖ hμm ¶nh gèc ta cã: E U ( t ) = E ( 1 − e − at ) + .e − at c 3 §iÖn ¸p Uc t¨ng theo hμm mò. Khi t = T1 th× Uc = 2E/3.VËy: T1 = 0,693C(R1 + xP2 + P1). Khi C phãng ®iÖn ta cã ph−¬ng tr×nh: t 2E − U (t) = .e τ 2 c 3 Trong ®ã τ2 = C[P1 + (1-x)P2 + R2] vμ lÊy gèc thêi gian t¹i T1. Khi t =T2 th× U2 = E/3. Do ®ã T2 = 0,963C[P1 + (1-x)P2 + R2] Chu hú xung ra lμ T = 0,963C(R1 + R2 + 2P1+ P2). TÇn sè xung lμ: f = 1/T. §Ó thay ®æi ®−îc tÇn sè xung ra ta chØ cÇn thay ®æi ®iÖn ¸p ®ãng x¶ cña tô ®iÖn C, b»ng c¸ch thay ®æi vÞ trÝ cña biÕn trë P1. NÕu R2 = R2 = R vμ x =1/2 th× T1 = T2 ë mäi tÇn sè. BÊy giê T = 0,963C(2R1 + 2P1 + P2). §Ó ph¸t xung cho m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l−u ta chän m¹ch ph¸t xung nh− sau : VCC 8 4 R 1 7 5K T D 5 R + & - 6 5K 2 3 + & - UC C 5K 1 69 Trang
  24. * Ho¹t ®éng cña s¬ ®å : -§iÖn thÕ cæng vμo + cña OA1 lμ 2E/3. Deleted: ¶ -§iÖn thÕ cæng vμo - cña OA2 lμ E/3. +Tô ®iÖn C n¹p ®iÖn qua R1 vμ Diot D. +Tô ®iÖn C phãng ®iÖn qua R2 vμ Transistor T. Gi¶ thiÕt ban ®Çu UC = E/3 ; S = 0; R = 1; V(3) = 1; Z = 0; Transistor T bÞ kho¸. Tô ®iÖn n¹p ®iÖn, UC t¨ng lªn theo hμm mò. Khi tô C n¹p ®iÖn ®Õn ®iÖn ¸p UC = 2E/3; R = 0; Z = 1; V(3) = 0; T më. Tô ®iÖn phãng ®iÖn qua ®iÖn trë R2 vμ T, ®iÖn ¸p UC gi¶m. +Khi UC = E/3; S = 0; Z = 0; V(3) = 1; T bÞ kho¸ l¹i. *X¸c ®Þnh chu kú xung: -Khi tô ®iÖn C n¹p ta cã ph−¬ng tr×nh: du i.R + u = E víi i = C c . 1 c dt duc 1 + a.v c = a.E víi a = dt R1.C ViÕt d−íi d¹ng to¸n tö Laplace : p.UC (p) - UC(0) + a.UC(p) = a.E/p. víi UC(0) = E/3. a.E E ⇒ U (p) = + . C p(p + a) 3(p + a) ChuyÓn sang hμm gèc: -at -at UC(t) = E (1-e ) + E/3.e . Khi t = T1 th× UC(T1) = 2E/3. ThÕ vμo ph−¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Uc(t) ta ®−îc T1 = 0,693.C.R1. +Khi C phãng ®iÖn ta cã ph−¬ng tr×nh: −t / CR2 Uc(t) = 2E/ 3.e . Khi t = T2 (lÊy T1 lμm gèc thêi gian phãng ®iÖn), th× Uc(T2) = E/3, do ®ã T2 = 0,693.C.R2. VËy chu kú xung lμ : T = T1 + T2 = 0,693.C.(R1 + R2). *TÝnh chän R1, R2 vμ tô C: §Ó m¹ch chØnh l−u lμm viªc tèt ta chän : R1 = R2 = 1( KΩ ) C = 0,01 μF 4. Kh©u khuyÕch ®¹i xung: Kh©u nμy cã nhiÖm vô khuÕch ®¹i xung ®iÒu khiªín, ®Ó xung nμy cã ®ñ c«ng suÊt më Thyristor T ®ång thêi võa lμm m¹ch c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiªín vμ m¹ch ®éng lùc. 70 Trang
  25. Kh©u khuÕch ®¹i xung ta cã thÓ dïng biÕn ¸p xung hoÆc bé ghÐp bao gåm hai linh kiÖn quang Diod - Transitor hay cßn gäi lμ Transitor. M¹ch c¸ch ly: Vcc Vdd R0 R1 D0 T0 G R3 T R2 H×nh 4.19 : S¬ ®å nguyªn lý m¹ch c¸ch ly Khèi nμy cã t¸c dông c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ®éng lùc, ng¨n kh«ng cho ®iÖn ¸p phÝa m¹ch ®éng lùc "trμn" vμo m¹ch ®iÒu khiÓn g©y nguy hiÓm. Khèi c¸ch ly nhËn tÝn hiÖu tõ ngâ ra cña m¹ch ®iÒu khiÓn, sau ®ã khuÕch ®¹i lªn ®iÖn ¸p cã biªn ®é ®ñ lín ®Ó kÝch më Thyristor Nguyªn lý ho¹t ®éng: B×nh th−êng khi ch−a cã tÝn hiÖu vμo ngâ vμo cña bé c¸ch ly, T bÞ ph©n cùc ng−îc nªn ho¹t ®éng ë chÕ ®é khãa, lμm cho dßng ch¶y qua R0 xuèng Diod D0 b»ng kh«ng nªn coi nh− Diod D0 kh«ng ho¹t ®éng nghÜa lμ T0 còng ®ang n»m ë tr¹ng th¸i khãa. Khi cã ë tÝn hiÖu møc ®é cao tõ khèi ®iÒu khiÓn ®−a tíi qua R3vμ kÝch më cho T, lóc nμy dßng ch¶y qua R0 xuèng Diod D0 råi qua T xuång mass, nghÜa lμ Diod D0 ho¹t ®éng lμm cho T0 còng ho¹t ®éng, lóc nμy sÏ cã dßng ch¶y tõ R1 ch¶y qua T0 xuèng R2 tøc lμ cã ®iÖn ¸p r¬i trªn R2 vμ ®iÖn ¸p nμy sÏ ®−a vμo cùc G cña Thyristor ®Ó më. TÝnh chän c¸c phÇn tö cña m¹ch khuÕch ®¹i xung: §Ó cho Thyristor më ch¾c ch¾n ta chän ®iÖn ¸p, dßng ®iÒu khiÓn ®−a vμo cùc G ®Ó më Thyristor lμ UG = 3V, IG = 15mA. Ta chän Transistor quang PT lo¹i PC 817 cã c¸c th«ng sè nh− sau: UCEMax = 35V; HÖ sè truyÒn ®¹t 60%; §iÒu khiÓn c¸ch ly 5Kv. Ta cã thÓ coi ®iÖn ¸p r¬i trªn Transistor T0, Transistor khi dÉn b¶o hßa lμ 0,2V ®iÖn ¸p r¬i trªn Diod D0 lμ 1V. 71 Trang
  26. Chän dßng qua R2 lμ IR2 = 4mA, dßng IE cña T0 lμ : IE = IG + IR2 = 15 + 4 = 19 (mA). Chän R2 : -3 R2 = UG / IR2 = 3 / (4.10 ) = 750 (Ω). Chän R1 : IR1 = IC = IE . α = 19 . 60/100 = 11,4 (mA). -3 R1 = (5 - 3 - 0,2) / 11,4.10 = 190 (Ω). Chän dßng qua D0 lμ 20 mA : -3 R0 = (5 - 1 - 0,2) / 20.10 = 190 (Ω). Chän Transistor T lo¹i 2SE 776 cã c¸c th«ng sè sau : VCemax = 75 V, ICmax = 1 A, hÖ sè khuÕch ®¹i β = 5. Dßng vμo cùc baz¬ cña T : Ib = Ic / β = 20 / 5 = 4 (mA). Chän dßng qua R 3lμ 20 mA : -3 R3 = (5 - 0,6) / (20.10 ) = 220 (Ω). II. M¹ch ®iÒu khiÓn nghÞch l−u: §Ó ®iÒu khiÓn c¸c Transistor ®ãng më theo yªu cÇu, ta cÇn cã m¹ch t¹o xung ch÷ nhËt cã ®é réng theo yªu cÇu vμ cã thÓ thay ®æi ®−îc tÇn sè cña xung ra. Yªu cÇu ®−îc ®Æt ra lμ tÝn hiÖu vμo cña m¹ch ®iÒu khiÓn lμ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p. TÝn hiÖu cña m¹ch ®iÒu khiÓn lμ xung ch÷ nhËt nμy lμ ph¶i cã tÇn sè tØ lÖ tuyÕn tÝnh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (U ~ f). NghÜa lμ khi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn t¨ng lªn th× tÇn sè xung ra ph¶i t¨ng lªn hoÆc ng−îc l¹i ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn gi¶m xuèng th× tÇn sè xung ra ph¶i gi¶m xuèng. 1. Kh©u ph¸t xung chö nhËt : a. Giíi thiÖu m¹ch biÕn ®æi ®iÖn ¸p _ tÇn sè (U/F _ VCO ) Tr«ng m¹ch ®iÒu khiÓn biÕn tÇn , cÇn ph¶i t¹o m¹ch ph¸t xung ch÷ nhËt cã tÇn sè tû lÖ víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn . Cô thÓ trong ®iÒ khiÓn tÇn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé , tÇn sè ®iÖn ¸p hoÆc dßng ®iÖn ra f1 cña biÕn tÇn ®−îc tÝnh f1 = fw + f2 Trong ®ã: fw : tÇn sè quay cña trôc ®éng c¬ f2 : tÇn sè tr−ît ë m¹ch r« to . Thùc tÕ ta tÝnh ®−îc Uw ~ Fw vμ U2 ~ F2 V× vËy U1 ~ F1 ®−îc tÝnh U1 = Uw + U2 72 Trang
  27. Khoaï +U1 Têch phán So saïnh f1 -U1 H×nh 4.20 - Nguyªn lý m¹ch biÕn ®èi ®iÖn ¸p- tÇn sè ( U/f -_VCO ) Nguyªn lý m¹ch biÕn ®æi ®iÖn ¸p - tÇn sè t¹o nªn tû lÖ tuyÕn tÝnh f1 - u1 ®−îc tr×nh bμy ë h×nh vÎ trªn .Trong ®ã gåm 3 kh©u :nkho¸ , m¹ch tÝch ph©n vμ m¹ch so s¸nh , kho¸ chuyÓn m¹ch t¹o ®iÖn ¸p + U1 vμ - U1 ®Ó ®−a vμo kh©u tÝch ph©n , ®iÒu khiÓn kho¸ chuyÓn m¹ch ®ã lμ kh©u so s¸nh cã ®Æc tÝnh tõ trÔ . Thùc tÕ cã thÓ thùc hiÖn m¹ch U/f b»ng nhiÒu s¬ ®å kh¸c nhau ,tuy vËy cÇn x¸c ®Þnh chØ tiªu : ®é tuyÕn tÝnh ,vïng ®iÒu chØnh trong ®ã tÇn sè xung ra tû lÖ tuyÕn tÝnh víi ®iÖn ¸p. Mét trong c¸c s¬ ®å ®¶m b¶o chØ tiªu trªn tr×nh bμy trªn h×nh d−íi ®©y : U1 2R1 U3 C - R1 R1 A1 U2 + - D2 A2 - + A3 R1 + D1 R2 R4 R5 D3 H×nh 4.21 - M¹ch nguyªn lý biÕn ®èi ®iÖn ¸p- tÇn sè 73 Trang
  28. ( U/f _ VCO ) t U1 U1 U3 T1 T2 U2 U2max T Hh×nh 4.22 - §å thÞ ®iÖn ¸p vμ xung cña m¹ch BiÕn ®æi U/f M¹ch gåm 3 K§TT : A1 lμ kh©u tÝch ph©n ,A2 lμ m¹ch so s¸nh cã ®Æc tÝnh trÔ ,A3 lμ kho¸ chuyÓn m¹ch . Khi ®iÖn ¸p U1 < 0 ®iÖn ¸p ®Çu ra A2 cã gi¸ trÞ ©m , ®i«t D3 kho¸ , v× vËy kh©u tÝch ph©n cã hai ®iÖn ¸p vμo , ta cã : U U dU 1 + 1 = C 3 2R1 R1 dt U U = 1 dt 3 ∫ 2R C 1 1 0 < t < = T1 Khi ®iÖn ¸p tÝch ph©n ®¹t gi¸ trÞ : R4 U 3 = −U 2 R4 + R2 M¹ch lËt A2 thay ®æi gi¸ trÞ tõ ©m sang d−¬ng lóc ®ã ®i«t D3 th«ng , kho¸ A3 kho¸ v× vËy ®iÖn ¸p vμo kh©u tÝch ph©n chØ ®i qua 2R1 ta cã: U U = − 1 dt 3 ∫ 2R1C1 T1 < t <= T1 + T2 74 Trang
  29. T¹i thêi ®iÓm t = T1 + T2 = T ®iÖn ¸p tÝch ph©n ®−îc tÝnh: R4 U 3 = U 2 max R4 + R2 M¹ch so s¸nh A2 lËt gi¸ trÞ tõ d−¬ng sang ©m lóc ®ã ®i«t D3 kho¸ , më kho¸ cho kho¸ A3 . Qu¸ tr×nh ®−îc lÆp l¹i . Thêi gian tÝch ph©n ®−îc tÝnh : R 4R C K T = T = U 4 . 1 1 = 1 1 2 2 max R + R U U 4 2 1 1 1 1 U 1 f1 = = . = T T1 + T2 K Trong ®ã R 4 K = 2K1 = 2U 2 max .4R1C1 R4 + R2 §Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c m¹ch biÕn ®æi cÇn ph¶i thiÕt lËp trªn c¸c linh kiÖn ®iÖn tö , tô ®iÖn vμ K§TT cã ®é chÝnh x¸c cao . §å thÞ xung chö nhËt vμ tam gi¸c lμ ®èi xøng v× ta chän tû lÖ ®iÖn trë R1 vμ 2R1, ngoμi ra ®Ó kho¸ lμm viÖc ch¾c ch¾n ph¶i chän R1 > R5 kÕt qu¶ ta cã : 1 R + R f = = 2 4 U 1 T 8U R R C 1 2 max 4 1 1 b. TÝnh chän linh kiÖn : V× khi cã 6 xung ë ®Çu vμo (xung Clock) lÊy tõ ®Çu ra cña m¹ch VCO th× ®Çu ra cña c¸c trig¬ cã mét xung. Nh− vËy tÇn sè xung ra cña c¸c trig¬ còng chÝnh lμ tÇn sè cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu trªn t¶i. D¶i ®iÒu chØnh cña ®iÖn ¸p xoay chiÒu lμ tõ 30Hz ®Õn 70Hz nªn d¶i ®iÒu chØnh cña ®iÖn ¸p cña m¹ch VCO lμ tõ 120Hz ®Õn 420Hz. §Ó m¹ch lμm viÖc an toμn ta chän: U2max = 4,5 V TÝnh chän R2 , R4 Ta cã : R U = U 4 3 2 max R + R 4 2 75 Trang
  30. Chän U3 = 3 V do ®ã : R4 3 = 4,5 R4 + R2 => R4 = 2R2 Chän R2 = 5 k( => R4 =10 k( Gäi fvco lμ tÇn sè xung Clock , fT lμ tÇn sè ®iÖn ¸p t¶i. => fvco = 6 fT TÝnh chän R1 , C1 : NÕu chän fTmax = 70 Hz th× fvcomax = 420 Hz mμ : R + R f = 2 4 U vco max 8U R R C 1max 2 max 4 1 1 Chän U1max = 12 V => 151200 R1 C1 =180 Chän R1 = 15 KΩ => C1 = 0,0793 μF TÝnh chän U1min : NÕu chän fTmin = 30 Hz th× fvcomin = 120 Hz mμ : R2 + R4 f vco min = U1min 8U 2 max R4 R1C1 Ö 120 = 35,162 U1min Ö U1min = 3,413 (V ) §Ó kho¸ lμm viÖc ch¾c ch¾n ph¶i chän R5 R5 = 5 KΩ 2 kh©u ph©n phèi xunh : Yªu cÇu cña kh©u ph©n phèi xung lμ t¹o ra ®−îc cac xung ®iÒu khiÓn më Tranzitor theo quy luËt ®ãng më cña nã. Tõ b¶ng tuÇn tù dÈn ®iÖn cña c¸c tranzito ,ta cã nhËn xÐt : - Khi van T1 dÉn th× van T4 kho¸ tøc lμ khi van T1 cã xung ®iÒu khiÓn th× T4 hoan toμn kh«ng cã xung ®iÒu khiÓn - Khi van T3 cã xung ®iÒu khiÓn th× T6 hoan toμn kh«ng cã xung ®iÒu khiÓn - Khi van T5 cã xung ®iÒu khiÓn th× T2 hoμn toμn kh«ng cã xung ®iÒu khiÓn. §Ó t¹o ®−îc sù ph©n phèi xung nh− vËy cÇn sö dông cac Trig¬ víi c¸c ®Çu ra ®¶o vμ kh«ng ®¶o Theo nh− ph©n tÝch trªn th× ph¶i cã 3 Trig¬ ( 3Trig¬ ®Õm tèi ®a 8 tr¹ng th¸i tøc lμ cã 8 xung dÇu vμo th× cã 1 xung ®Çu ra ) .Nh−ng trong mét chu kú ®iÖn ¸p chØ cã 6 xung ( mæi xung c¸ch nhau 60( )nªn ta x©y dùng bé ®Õm modul 6 bit ,tøc lμ ë ®Çu vμo cã 6 xung 9 xung clook ) th× ®Çu ra cã mét xung , xung clook ®−¬c cung cÊp tõ ngâ ra cña kh©u ph¸t xung chñ ®¹o m¹ch biÕn ®æi ®iÖn ¸p _ tÇn sè U / f Bé ®Õm n¸y ®−¬c x©y dùng trªn c¬ së Trig¬ D 76 Trang
  31. B¶ng sù thËt cña Trig¬ D Qn D Qn+1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 Nh− vËy ta cã : D Qn+1 0 0 1 1 Tõ 2 b¶ng trªn ta cã b¶ng ®Çu vμo kÝch cña Trig¬ D Qn Qn+1 D 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 C¸c tr¹ng th¸i cÇn cã cña c¸c tri g¬ nh− sau : 1 2 3 4 5 6 7 8 CK 9 Q1 Q2 Q3 77 Trang Q1 Q2 Q3 Hçnh 4.20b. Giaín âäö xung ra cuía bäü âãúm 3
  32. Tõ ®ã thμnh lËp c¸c b¶ng tr¹ng th¸i cña Trig¬ : Vïng Tr¹ng th¸i hiÖn t¹i Tr¹ng th¸i kÕ §Çu vμo FFD Q3 Q2 Q1 Q3 Q2 Q1 D3 D2 D1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 3 0 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 0 1 1 0 5 1 1 0 1 0 0 1 0 0 6 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Dùa vμo b¶ng tr¹ng th¸i do c¸c Trig¬ ta t×m ®−îc sù liªn hÖ gi÷a c¸c ®¹i l−îng vμo vμ ra , cÇn ph¶i tèi gi¶n hμm bool theo ph−¬ng ph¸p Karnaugh . 78 Trang
  33. q2q1 q3 00 01 11 10 0 00 1 x d3=q2 1 0x11 q2q1 q3 00 01 11 10 0 1 1 1 x d1=q3 1 0 X 0 0 q2q1 q3 00 01 11 10 0 01 1 x d2=q1 1 0x10 T1 T2 T3 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 CK CK CK 1 2 3 Q1 Q2 Q3 CK T4 T5 T6 H×nh 4.25 S¬ ®å nguyªn lý bé ®Õm 3 4. M¹ch c¸ch ly: 79 Trang
  34. Vcc Vdd R0 R1 D0 T0 G R3 T R2 H×nh 4.26 : S¬ ®å nguyªn lý m¹ch c¸ch ly Khèi nμy cã t¸c dông c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vμ m¹ch ®éng lùc, ng¨n kh«ng cho ®iÖn ¸p phÝa m¹ch ®éng lùc "trμn" vμo m¹ch ®iÒu khiÓn g©y nguy hiÓm. Khèi c¸ch ly nhËn tÝn hiÖu tõ ngâ ra cña m¹ch ®iÒu khiÓn, sau ®ã khuÕch ®¹i lªn ®iÖn ¸p cã biªn ®é ®ñ lín ®Ó kÝch më Transistor, ®ång thêi khi kh«ng cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn th× t¹o ra ®iÖn ¸p ng−îc ®Æt vμo cùc G cña Transistor ®Ó khãa. Nguyªn lý ho¹t ®éng: B×nh th−Ýng khi ch−a cª tÝn hiÖu vμo ng® vμo cña bé c¸ch ly, T bÞ ph©n cùc ng−îc nªn ho¹t ®éng ë chÕ ®é khãa, lμm cho dßng ch¶y qua R0 xuèng Diod D0 b»ng kh«ng nªn coi nh− Diod D0 kh«ng ho¹t ®éng nghÜa lμ T0 còng ®ang n»m ë tr¹ng th¸i khãa. Khi cã ë tÝn hiÖu møc ®é cao tõ khèi ®iÒu khiÓn ®−a tíi qua R3vμ kÝch më cho T, lóc nμy dßng ch¶y qua R0 xuèng Diod D0 råi qua T xuång mass, nghÜa lμ Diod D0 ho¹t ®éng lμm cho T0 còng ho¹t ®éng, lóc nμy sÏ cã dßng ch¶y tõ R1 ch¶y qua T0 xuèng R2 tøc lμ cã ®iÖn ¸p r¬i trªn R2 vμ ®iÖn ¸p nμy sÏ ®−a vμo cùc G cña TRANSITOR ®Ó më. TÝnh chän c¸c phÇn tö cña m¹ch khuÕch ®¹i xung: §Ó cho TRANSITOR më ch¾c ch¾n ta chän ®iÖn ¸p, dßng ®iÒu khiÓn ®−a vμo cùc G ®Ó më TRANSITOR lμ UG = 3V, IG = 800mA. Ta chän Transistor quang PT lo¹i PC 817 cã c¸c th«ng sè nh− sau: UCEMax = 35V; HÖ sè truyÒn ®¹t 60%; §iÒu khiÓn c¸ch ly 5Kv. Ta cã thÓ coi ®iÖn ¸p r¬i trªn Transistor T0, Transistor khi dÉn b¶o hßa lμ 0,2V ®iÖn ¸p r¬i trªn Diod D0 lμ 1V. Chän dßng qua R2 lμ IR2 = 4mA, dßng IE cña T0 lμ : 80 Trang
  35. IE = IG + IR2 = 800 + 4 = 804 (mA). Chän R2 : -3 R2 = UG / IR2 = 3 / (4.10 ) = 750 (KΩ). Chän R1 : IR1 = IC = IE . α = 804 . 60/100 = 482,4 (mA). -3 R1 = (5 - 3 - 0,2) / 482,4.10 = 7 (Ω). Chän dßng qua D0 lμ 20 mA : -3 R0 = (5 - 1 - 0,2) / 20.10 = 190 (Ω). Chän Transistor T lo¹i 2SE 776 cã c¸c th«ng sè sau : VCemax = 75 V, ICmax = 1 A, hÖ sè khuÕch ®¹i β = 5. Dßng vμo cùc baz¬ cña T : Ib = Ic / β = 20 / 5 = 4 (mA). Chän dßng qua R3 lμ 20 mA : -3 R3 = (5 - 0,6) / (20.10 ) = 220 (Ω). S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nghich l−u nh− h×nh vÏ : §iÒu khiÓn b»ng tay: Khi ®iÒu khiÓn b»ng tay theo quy luËt U/f = h»ng sè ta dïng biÕn trë víi gi¶ thiÕt U(R) vμ f(R) lμ tuyÕn tÝnh(theo tõng ®o¹n). §Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ë vïng d−íi tèc ®é c¬ b¶n th× ta tu©n thñ theo nguyªn t¾c trªn, cßn khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ trªn tèc dé c¬ b¶n th× ta khèng chÕ ®Ó kh«ng thay ®æi ®iÖn ¸p mμ chØ thay ®æi tÇn sè theo s¬ ®å khèng chÕ nh− sau: 12 V 81 Trang