Đồ án điện tử công suất

Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Mục lục:
Trang
Lời nói đầu 2
Chương I Giới thiệu công nghệ tôi thép bằng phương pháp lò
cảm ứng …………………………………………… 4
Chương II Chọn mạch lực ……………………………………… 7
Chương III Tính toán mạch lực ………………………………… 10
Chương IV Thiết kế mạch điều khiển 18
Trang 1
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Lời nói đầu
Lịch sử ngành công nghiệp điện tử được đánh dấu bằng những sự kiện quan
trọng như sự ra đời của Thyratron (1902) do John Fleming ( kỹ sư người
Anh ) sáng chế, và sự ra đời của Tranzitor (1948) do hai người vật lý người
Mỹ là John Bardeen và W.H Brattain sáng chế, đến năm 1956 nhóm kỹ sư
của hãng Bell – Telephone cho ra đời sản phẩm Thyristor đầu tiên. Kể từ đó
đến nay, ngành công nghiệp điện tử của thiết bị bán dẫn công suất lớn, và cả
những phần tử thiết bị bán dẫn cực nhỏ như vi mạch, vi mạch chức năng, vi
xử lý là những phần tử thiết yếu trong mạch điều khiển thiết bị bán dẫn công
suất.
Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển ngay ở nước ta các thiết bị
bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh
vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như xi măng, thuỷ điện, giấy,
đường…. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp
điện tử.
Theo xu hướng đó các nhà máy luyện kim đã đưa vào công nghệ tôi thép mới
là công nghệ tôi thép cảm ứng. Công nghệ tôi thép cảm ứng dùng bộ chỉnh
lưu và bộ nghịch lưu với các phần tử bán dẫn có khả năng tự động hoá cao và

điều khiển quá trình tôi thép rất dễ dàng, năng suất tôi thép tăng, thời gian tôi
nhanh…. Điều đó đã đáp ứng được một phần nào nhu cầu sử dụng thép trong
sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước.
Đối với sinh viên ngành tự động hoá, môn học Điện Tử Công Suất là một
trong những môn quan trọng. Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô
trong khoa em đã từng bước tiếp cận môn học. Để có thể nắm vững phần lý
thuyết và áp dụng kiến thức đó vào trong thực tế, ở học kỳ này em được các
thầy giao cho đồ án môn học với đề tài :
Trang 2
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46

“ Thiết kế phần nghịch lưư của bộ nguồn cho lò tôi thép “
Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế rất lớn. Các bộ chỉnh lưu và
nghịch lưu đã được một số nhà máy luyện kim, nhà máy xi măng… ở nước ta
đưa vào sử dụng, lắp đặt và đã chiếm được ưu thế.
Với sự cố gắng của bản thân, cùng với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các
thầy cô trong môn học. đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của thầy ” Trần
Trọng Minh “ đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.
Do lần đầu tiên làm đồ án môn học Điện Tử Công Suất kinh nghiệm chưa có
nên em không tránh khỏi mắc sai sót, mong các thầy giúp đỡ.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà nội 16 -6 - 2004
Trang 3
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Chương I
Giới thiệu công nghệ tôi thép bằng phương pháp lò cảm ứng
Hiện nay thiết bị cao tần đã dược sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành của nền
kinh tế quốc dân, trong đó có lò cảm ứng. Một trong những ứng dụng của lò
cảm ứng là dùng để tôi thép.
Lò cảm ứng hoạt động dựa trên nguyên lý :

Khi ta cho dòng điện xoay chiều vào một cuộn dây thì trong lòng cuộn dây đó
sẽ có một từ trường biến thiên. Nếu ta đặt vào từ trường biến thiên này một
thanh kim loại thì trong thanh kim loại sẽ xuất hiện một sức điện động và tạo
nên dòng điện xoay chiều. Nhiệt năng do dòng xoay chiều gây ra chính là
nguồn nhiệt để nung nóng thanh kim loại. Nguồn của dòng điện cao tần có thể
là máy phát điện đặc biệt hoặc đèn điện tử. Nếu tần số dưới 10000 héc thì
người ta dùng máy phát điện quay, nếu tần số lớn hơn 10000 héc thì người ta
hay dùng các đèn phát điện tử. Gần đây người ta đã dùng Thyristor trong các
thiết bị gia nhiệt tần số có công suất nhỏ và trung bình.
Ưu điểm của lò cảm ứng là:
• Có thể truyền năng lượng cho vật cần gia công nhanh chóng và trực tiếp,
không cần phải qua một khâu trung gian nào nên có thể tiến hành tự động hoá
ở mức độ cao. Có thể gia nhiệt ở môi trường trung tính, chân không một cách
dễ dàng.
• Trong công nghệ tôi thép, người ta cần nung đỏ bề mặt chi tiết lên nhanh
chóng, sau đó làm nguội lạnh đi cũng rất nhanh để bề mặt chi tiết có độ cứng
cần thiết mà bên trong chi tiết vẫn giữ được độ mềm dẻo của thép. Khi gia
nhiệt bằng dòng điện cao tần, nhờ hiệu ứng bề ngoài do đó bề mặt của chi tiết
dược nung đỏ lên một cách nhanh chóng.
Trang 4
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
• Dùng phương pháp gia nhiệt cao tần cho ta đạt được năng suất lao động cao,
giảm được những lao động cực nhọc trong các phân xưởng rèn dập ở các nhà
máy chế tạo cơ khí.
Cấu tạo của lò cảm ứng bao gồm :
. Cuộn cảm ứng
. Khung lò Tải
. Áo lò

Cuộn cảm ứng nhận điện áp có tần số rất lớn : cỡ hàng nghìn Hz

Nguyên lý về điện trong lò cảm ứng như sau :
Chúng ta biết một dây dẫn đặt trong tử trường biến thiên sẽ sinh ra suất điện
động cảm ứng :
E = 4,44Ф
m
.f.n.10
-7
(V)
Trong đó : n là số vòng cảm ứng
Ф
m
là từ thông cực đại
f là tần số dòng xoay chiều
Sức điện động cảm ứng càng lớn khi ba đại lượng phụ thuộc Ф
m
, f , n
càng lớn. Trong lò cảm ứng khi có dòng điện tần số cao đi qua các vòng cảm
ứng (Cuộn sơ cấp ) thì khối lượng kim loại chất trong nồi sẽ sinh ra sức điện
động cảm ứng E
2
và dòng điện cảm ứng I
2
, nhờ xuất hiện dòng I
2
mà khối
lượng nung nóng và đến một lúc nào đó bị chảy ra.
Mặt khác ta có năng lượng chuyển thành nhiệt trong khối liệu W
W = I
2
.n

2
.2.л.(d/h).
10 ( f
µρ
-9
)
I : Cường độ dòng trong cuộn cảm
n : Số vòng cảm ứng
d : Đường kính nồi lò (cm)
h : Chiều cao kim loại trong lò (cm)
μ : Độ từ thẩm ;
Trang 5
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
ρ : Điện trở suất mẻ liệu (Ωcm)
Như vậy năng lượng chuyển thành nhiệt trong mẻ liệu tỉ lệ thuận với bình
phương cường độ. Khi số vòng ít và cường độ dòng điện lớn thì cuộn cảm
ứng được nung nóng mạnh hơn.
Ta có sơ đồ của quá trình biến đổi điện áp như sau:
Trang 6
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Chương II
Tính toán mạch lực
Trong đề tài này, em chọn mạch lực là mạch nghịch lưu cộng hưởng mạch
này có những ưu điểm sau đây :
• Mạch sử dụng thyristor nên có thể dùng ở công suất cao
• Có phụ tải là một mạch dao động với dòng hoặc áp có dạng hình sin, do
đó các thyristor trên sơ đồ sẽ chuyển mạch tự nhiên
• Có thể tạo dòng điện, điện áp gần sin với tần số tương đối cao (từ vài trăm
Hz đến 30 kHz).
• Dòng điện cảm ứng trong các vật liệu sắt từ cung cấp năng lượng làm tăng

nhiệt độ của vật, không cần đến sự tiếp xúc giữa nguồn nhiệt với vật bị nung.
Về vấn đề khởi động :
Nghịch lưu cộng hưởng song song được khởi động bằng mạch khởi động
không phù hợp với các tải hay có sự thay đổi, còn nghịch lưu cộng hưởng nối
tiếp được khởi động bằng cách tăng dần tần số và mạch sẽ được sử dụng hiệu
quả nhất về mặt phát huy công suất trên tảI khi tần số làm việc ở trong một
khoảng nhất định có thể xác định trước.Mặt khác do yêu cầu công nghệ phụ
tải luôn luôn thay đổi , do đó mạch nghịch lưu cộng hưởng song song không
đáp ứng được. Vì thế trong đề tài này em chọn mạch lực là mạch nghịch lưu
cộng hưởng nối tiếp nguồn áp.
Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp như hình vẽ :
Trang 7
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Đồ thị quá trình hoạt động của mạch :
Trang 8
θ
θ
θ
θ
θ
U
d
,I
d
I
T1
I
T3
i
D1

i
D3

U
T1
β
θ
T/2
T
i
d
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
* Hoạt động sơ đồ :
Điện áp trên tải có dạng hình chữ nhật, dòng điện trên tải dạng hình sin và
dòng điện vượt trước điện áp ở mỗi nửa chu kỳ.
Giả thiết T
3,
T
4
đang cho dòng chảy qua (dòng tải đi tử B đến A).Khi Ө = 0,
cho xung mở T
1
,T
2
(dòng tải đi từ A đến B); T
3
,T
4
bị khóa lại (do thiết bị
chuyển mạch thực hiện).Tụ C được nạp điện tích tăng dần

Khi nửa chu kì điện áp kết thúc thì quá trình nạp điện cho tụ C kết thúc, lúc
này U
AB
= E, dòng tải không thể đảo chiều một cách đột ngột. Nó tiếp tục
chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch:
D
1
– E - D
2
- tải - D
1
và suy giảm dần
D
1
, D
2
dẫn dòng khiến T
1
và T
2
bị khóa lại.
Khi
θ
= T/2, thì D
1
,D
2
bị khóa. Khi đó cho xung mở T
3
,T

4
;T
1
,T
2
bị khóa
lại.Khi kết thúc nửa chu kì sau của điện áp thì quá trình nạp điện cho tụ C kết
thúc, lúc này U
AB
= -E, dòng tải không thể đảo chiều một cách đột ngột. Nó
tiếp tục chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch : D
3
– E – D
4
- tải – D
3
và suy
giảm dần.
D
3
, D
4
dẫn dòng khiến T
3
, T
4
bị khóa lại. Khi
θ
= T thì D
3

, D
4
bị khóa lại.Các
quá trình sẽ lặp đi lặp lại như vậy, do đó dòng trên tải có dạng sin.
Trang 9
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Chương III
Tính toán mạch lực
-Với số liệu trong đề tài là :
P
tôi
= 80 kW
U
ra
= 400 V
f
ra
= 10000 Hz
-Ta có các tính toán sau :
Ở chế độ định mức : cosφ = 0,4
Giá trị hiệu dụng của điện áp là : U
t(1)
= 400 V (bỏ qua các sóng hài bậc cao)
Dòng điện tải ở chế độ định mức là :
I
n
=
ϕ
CosU
P

t
.
)1(
=
4,0.400
10.80
3
= 500(A)

⇒
R=
2
n
I
P
=
2
3
500
10.80
= 0 ,32(Ω)
biết :

ϕ
2
cos
1
= 1 + tg
2
φ

⇒
tgφ = 2,29
Mà tgφ =
R
U
U
L
=
R
Lw.

⇒
L =
w
Rtg .
ϕ
=
10000 2
32,0.29,2
π
= 1,17.10
-5
(H)

⇒
Z
L
= w.L = 2.π.10000.1,17.10
-5

= 0,735 (Ω)
Ta chọn β = 65
o
:
biết tg β =
R
ZZ
Lc
−


⇒
Z
C
= R.tg β + Z
L
= 0,32.tg65
o
+ 0,735 = 1,42 (Ω)
Trang 10
U
L
0
U
C
-U
L
U
C
U

n
U
t
U
R
I
n
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
⇒
C =
C
Zw.
1
=
42,1.10000 2
1
π
= 1,12.10
-5
(F) = 11,2(μF)

⇒
U
n
= I
n
.
22
)(
LC

ZZR −+
=
)735,042,1(32,0.500
2
−+
= 378 (V)
⇒
E =
2.2
π
.U
n
= 419,8 (V)
Độ sụt áp trên van coi không đáng kể
• Tính các thông số của Thyristor :
I
tb van
=
π
.2
1
.
θβθ
βπ
dI
n
)sin(.2
0
+
∫

−

=
π
.2
2
.I
n
.cos(θ + β)
βπ
−
0

=
π
.2
2
.I
n
.(cosβ + 1) = 160 (A)
U
ng max
= E =
2.2
π
.U
n
= 419,8 (V)
t
r

≤
ω
β
=
10000 2
180
.65
π
π
o
o
= 18.10
-6
(s) = 18 (μs)
Tra bảng các Thyristor chuyên dụng của Tây Âu chế tạo. Ta chọn loại
DK2506FB
Ungmax : 600 A
Itbmax : 250
Tph : 7 μs (thời gian chuyển mạch )
U điều khiển max : 3V
I điều khiển max : 200mA
I rò cực đại : 25mA
T
o
max : 125
o
.Có các thông số :
- Dòng trung bình tối đa cho phép chảy qua van là 250A
- Áp tối đa mà van chịu được lâu dài theo cả hai chiều là 600V
- Thời gian phục hồi tính chất điều khiển của van là 7µs

- Sụt áp thuận trên van ở dòng định mức là 2V
Trang 11
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
- Điện áp điều khiển mà van mở được là 3V, ta lấy U
dk
= 4V
- Dòng điều khiển mà van mở là 200mA , Ta chọn là 1,5A
• Tính toán các thông số của Điốt :
I
tb van
=
θβθ
π
π
βπ
dI
n
)sin( 2
.2
1
+
∫
−

=
π
.2
1
−
.

2
.I
n
.cos(θ + β)
π
βπ
−
=
π
.2
1
.
2
.I
n
.(- cosβ+1 ) = 500.
π
.2
1
(1- cos65
o
) = 65(A)
U
ng max
= E = 419,8 (V)
Tra bảng các Điốt do tây âu chế tạo
Ta chọn loại Điốt là : D100U06B. Có các thông số là :
I
tbmax
= 80A ;U

ngmax
= 800V
Do kích thước, hình dạng của vật cần nung (khoảng cách vật cần nung và
vòng cảm ứng )
→
biến đổi từ trường trong lò.
Khi đó hệ số cosφ sẽ thay đổi từ : 0,05
→
0,4
Để thích ứng với sự thay đổi của tải, đòi hỏi phải có sự thay đổi tương ứng
của điện áp E đặt vào. Sau đây ta khảo sát một số trường hợp sau :
• Khi cosφ = 0,3
⇒
φ = 72
o
32
’
Với f = const, ta vẫn có :





Ω=
Ω=
42,1
735,0
C
L
Z

Z
tgφ =
R
Z
L

⇒
R=
ϕ
tg
Z
L
= 0,231 (Ω)

⇒
Z =
22
)(
CL
ZZR −+
= 0,82(Ω)
vẫn duy trì U
ra
= 400 (V)

⇒
I =
22
L
ra

ZR
U
+
= 519,2 (A)

⇒
U
n
= I.Z = 425,744 (V)

⇒
E =
n
U
2.2
π
= 472,883 (V).
Trang 12
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
• Khi cosφ = 0,2
⇒
φ = 78
o
27’

⇒
R=
ϕ
tg
Z

L
= 0,15 (Ω)

⇒
Z =
22
)(
CL
ZZR −+
= 0,701 (Ω)
vẫn duy trì U
ra
= 400 (V)

⇒
I =
22
L
ra
ZR
U
+
= 533,23 (A)

⇒
U
n
= I.Z = 373,8(V)

⇒

E =
n
U
2.2
π
= 415,2 (V).
• Khi cosφ = 0,1
⇒
φ = 84
o
15’

⇒
R=
ϕ
tg
Z
L
= 0,074(Ω)
⇒
Z =
22
)(
CL
ZZR −+
= 0,689 (Ω)
vẫn duy trì U
ra
= 400 (V)

⇒
I =
22
L
ra
ZR
U
+
= 541,5 (A)

⇒
U
n
= I.Z = 541,5.0,689=373,1 (V)

⇒
E =
n
U
2.2
π
= 414,4 (V).
• Khi cosφ = 0,05
⇒
φ = 87
o
8’

⇒
R=

ϕ
tg
Z
L
= 0,037(Ω)

⇒
Z =
22
)(
CL
ZZR −+
= 0,686 (Ω)
vẫn duy trì U
ra
= 400(V)

⇒
I =
22
L
ra
ZR
U
+
= 543,5(A)

⇒
U
n

= I.Z = 372,84 (V)

⇒
E =
n
U
2.2
π
= 414,12 (V)
Trang 13
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Do đó ta có đồ thị của I va E phụ thuộc vào cosφ như sau :

Nhận xét:
Ta thấy khi tải biến động cosω thay đổi thì giá trị của E giảm không đáng kể
so với giá trị định mức còn I tăng nhiều so với giá trị định mức.
Ở chế độ định mức :
Ta có
ω
k
=
CL.
1
=
65
10.2,11.10.17,1
1
−−
= 87357 (rad/s)
Q =

ω
k
.
R
L
= 87357.
32,0
10.7,11
6−
= 3,19

⇒

ω
o
=
ω
k
.
2
.4
1
1
Q
−
= 86277(rad/s)
mặt khác ω = 2.п.10000 = 62832 (rad/s)

⇒
ω < ω

o
< 2.ω
Như vậy sơ đồ sử dụng hiệu quả nhất về mặt phát huy công suất trên tải.
• Tính toán mạch lọc đầu vào :
Trang 14
0 0,1 0,2 0,3
414,12
E
cosω
472,883
0,4
cosω
0,20,1 0,40,3
500
543,5
I
0
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Giả sử mạch chỉnh lưu là cầu 3 fa, lấy từ mạng điện 50Hz. Bộ lọc LC cho
phép thành phần 1 chiều của điện áp chỉnh lưu qua và ngăn chặn thành phần
xoay chiều.
Dạng điện áp ra khỏi chỉnh lưu :
U = U
CL
+ A.cos(nwt)
Trong đó : U
CL
:là giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu
nw : là tần số góc sóng hài
A : Biên độ

Với chỉnh lưu cầu 3 fa ta chọn



=
=
6
095,0
n
A

Ta giả thiết với sóng hài bậc thấp ( X
L lọc
> X
C lọc
) thì dòng xoay chiều chảy
qua L& C quyết định bởi X
L
.
Ta có :
I
m
=
Ln
UA

.2.
2
ω

Điện áp nhấp nhô :
∆U =
Cn
I
m

ω
=
Ln
UA

.2.
22
2
ω

Tỷ số nhấp nhô :
K
LC
=
2
2U
U∆
=
CLn
A

.
22
ω

⇒
LC =
LC
Kn
A

.
22
ω

Chọn K
LC
= 0,05
Trang 15
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46

⇒
LC =
222
05,0.).100.(6
095,0
π
= 11.10
-6

Ta chọn :




=
=
FC
mHL
l
l
µ
1000
11

* Bảo vệ van mạch lực :
Nhìn vào đồ thị ta thấy lúc bắt đầu dẫn các van luôn chịu 1 dòng tăng đột
ngột và chịu sự tăng đột ngột về điện áp khi van đối diện mở. Đặc điểm của
Thyristor là khi van dẫn, không cho phép dòng, áp tăng đột ngột quá một mức
độ cho phép.
Mạch bảo vệ van có sơ đồ như sau :
Để bảo vệ quá áp : ta mắc với van một tụ C và R, mắc càng gần mạch van
càng tốt, để dây nối ngắn tối đa. Thực chất chỉ cần tụ C song vì khi van dẫn
sẽ xuất hiện dòng phóng của tụ qua van làm van nóng thêm, đặc biệt khi
mạch hoạt động ở tần số cao, vì thế phải có R để giảm dòng này.
Do việc tính toán rất phức tạp, do đó ta sẽ dùng các giá trị theo kinh nghiệm
sau : C = 0,5μF , R = 50 Ω.
Để bảo vệ tăng dòng :
Đặc điểm của Thyristor khi bắt đầu dẫn dòng không cho phép dòng qua nó
tăng đột biến quá giới hạn cho phép nếu không nó sẽ bị đánh thủng. Để bảo
vệ van thì phải hạn chế tốc độ tăng dòng , muốn vậy ta mắc thêm vào nối tiếp
với van một cuộn kháng cân bằng . Nó có tính chất là khi dòng qua nó ổn
định thì điện áp hai đầu cuộn kháng cân bằng hầu như bằng không và nó dẫn
dòng như một dây dẫn bình thường, khi dòng qua nó có sự biến đổi thì nó thể
hiện tính chất cảm làm hạn chế tốc độ tăng dòng.

Trang 16
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Khi dẫn đột ngột thì áp thay đổi giữa hai đầu van là E = 419,8V (Lấy ở chế độ
định mức), xét quá trình quá độ cho cuộn L :
E =
dt
di
.L <=>
dt
di
max =
L
E
Với van ta chọn là T 125 có
dt
di
max < 200µs
 L> E/(200.10
6
) = 1,05µs
Chọn L = 2µH là phù hợp.
*Trong quá trình làm việc các van sẽ nóng lên khi nhiệt độ trên van lớn hơn
nhiệt độ cho phép sẽ phá huỷ van. Do đó việc làm mát van là rất quan trọng.
Tất cả các van đều được làm mát bằng nước, sự làm mát này nằm trong quá
trình làm mát vật liệu sau khi ra khỏi lò.
Trang 17
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Chương IV
Thiết kế mạch điều khiển
I> Chức năng và cấu trúc mạch điều khiển .

1) Chức năng :
Mạch điều khiển dùng để điều khiển quá trình mở các van Tiristo
là quá trình tạo ra các xung phát phù hợp đưa vào cực đièu khiển G của T khi
điện áp đặt lên hai đầu anốt và catôt là dương .Sau khi T mở thì xung không
còn tác dụng ,sự đóng van do dòng chảy qua van do thông số mạch đọng lực
quyết định .
Mạch điều khiển được vị trí xung diều khiển trong pham vi nủa chu kì dương
của điện áp đặt lên anôt -catôt của T
- Tạo ra các xung điiêù khiển mở được T
Độ rông xung được xác định theo biểu thức :
dt
di
dt
I
x
t =
Trong đó : Idt : Dòng duy trì của T
dt
di
: Tốc độ tăng trưởng của dòng qua T
Với các van chọn trong mạch lực thì xung điều khiển phù hợp nhất là xung
dạng chữ nhật biên độ 3V và độ rộng xung là 5
μs
Trang 18
5μs
4V
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
2) Cấu trúc mạch điều khiển :
II) Tính toán mạch điều khiển :
1) Khâu đo lường công suất tải :

Theo yêu cầu của công nghệ cầcn phải có công suất đầu ra không đổi .Nhưng
do các đặc điểm của tải và lò nung nên công suất của lò thường xuyên thay
đổi .Do vậy ta phải đo công suất đầu ra tải để có biện pháp điều chỉnh .
Sơ đồ đo :

R4
Bie n Ap
Bie n Do ng
Pt
L1
1
2
R4
+ 15V
0
0
R6
R1
R5
C1
1
2
ICL 8 0 133
46
1
7
10
9
R2R3
0

0
-Đo dòng dùng một biến dòng
Biến dòng có tỷ số vòng dây :
1
2
I
I
W2
W1
=
-Chọn W1=10 vòng
Dòng tải I
1
=375 (A)
Trang 19
PI
Chuyển mạch
U/f
Chia Xung
Tạo XungMạch Van
Đo Pt
Chỉnh Lưu
P
đặt
Khởi động
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
I
2
=0,75 (A)


002,0
I
I
1
2
=
=> W2= 200 vòng
 Chọn u =10 v =>R=
)30(
I
u
2
Ω=
- Sử dụng máybiến áp để đo áp
Có tỷ số vòng dây
661
2
U
300
U
Utai
I
I
2W
1W
===
=> Chọn W1= 600 (vòng)
W2=10 (vòng)
=>U
6

=5 v
*Bộ nhân Ui và U6 như hình vẽ
Với IC ICL 8013
Tín hiệu ra P=
5
10
10*5
10
U*Ui
6
==
2) Khâu điều chỉnh nhanh
- Để phù hợp với tốc độ thay đổi công suất của tải và đảm bảo
độ chính xác thì ta sử dụng IC LM 101A mắc như hình vẽ :
- Phân tích cơ chế hoạt động của sơ đồ
Các tụ C=10 uF được mắc song song với các điện trở R có tác dụng lọc
tần số cao .Ta coi như chỉ có thành phần điiêù hoà bậc một đi qua
Khi phân tích ta có :

1 5 0 p F
D 1
1 0 K 1 %
0
0 . 0 3 n FD 2
2 0 K 1 %
L M 1 0 1 A
6
2
3
.

-
+
8
1
2 0 K 1 %
L M 1 0 1 A
6
3
2
.
+
-
1
2 0 K 1 %
1 0 p F
U
2 0 K 1 %
1 0 p F
0
U
2 0 K 1 %

Sơ đồ đơn giản hóa để phân tích hoạt động :
Trang 20
U
1
U
A1
U
2

θ
θ
θ
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
A
1
làm việc như mạch chỉnh lưu 1 cực tính
Khi U
I
> 0 : D
2
dẫn, D
1
khóa
⇒

U
A1
= 0
Khi U
I
> 0 : D
2
khóa, D
1
dẫn
⇒
U
A1
= U

I
A
2
có hai đầu vào với tỷ lệ ½ làm việc như một bộ cộng
Đường đặc tính :

Trang 21
0
U
U
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
Hình minh hoạ như trên
3) Khâu PI
0
R 2
R 5
0
C 1
C A P N P
R 3
P § Æ t
R 1
U II
U I II
0
T L 0 8 4
+
-
.
R 4

+ 1 5 V
Có chức năng :
• Khuếch đại sai lệch công suất đầu vào với so với công suất đặt trước (P
đặt
).
• Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lượng động và tĩnh của hệ
Điện dẫn suất đầu vào :
Y
1(P)
=
1
1
R
Y
2(P)
=
2
2
.
1
CP
RR
P
++
α
với R
p
= α .(1-α ).R
⇒
∆U = U

II
– U
đặt

Hàm truyền:
U
U
II
∆
= K
R
.
P
P
R
R
.
.1
τ
τ
+
với
R
τ
= R
2
.C
2
;
0 K

R
=
α
.
1
2
R
R

Ta có đặc tính điều chỉnh :
- Chọn R
1
= 5K
R
2
= 1K
Trang 22
U
III
E
K
R
.∆U
∆U
R
τ
0
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
C
2

= 10 μF

R
τ
= 0,01 s
K
R
=
α
.5
1
=
α
2,0

4) Khâu hạn chế :
-Khâu hạn chế sẽ phát huy tác dụng hạn chế tín hiệu áp đầu vào bộ VCO. Khi
bắt đầu khởi động P
tải

≈
0.
- Độ sai lệch đầu vào khâu PI là ∆U = P
đặt
- P
tải
lớn , khâu PI sẽ khuếch đại
tạo ra 1 tín hiệu áp lớn. Nếu ta không hạn chế tín hiệu điện áp này thì tần số ra
khỏi VCO sẽ rất lớn làm cho ω khó thỏa mãn điều kiện : ω < ω
o

< 2.ω
Sơ đồ sẽ không được sử dụng hiệu quả nhất về mặt phát huy công suất .
Sơ đồ mạch như hình vẽ :
R 1
3 k
D 1
0
U I X
U -
R 3
R 2
U I I I
D 2
U I I
U +
U 1
T L 0 8 4
3
+
-
.
1 2 k
- U n
3 k1 2 k
• Khi U
III
> U
+
thì D
3

mở U
IV
= U
+

• Khi U
III
< 0 mà
III
U
>
−
U
thì P
IV
mở nên U
IV
= U
-
-Chọn U
n
= 15 V
Đặt con trỏ biến trở ở vị trí có U
+
=
−
U
= 10 V
Ta có sơ đồ đặc tính :
Trang 23

-10
-10
U
III
U
III
0
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
5) Khâu khởi động và chuyển mạch
Lúc bắt đầu theo yêu cầu của mạch cần phải tăng dần tần số điều khiển
Thyristor để mạch hoạt động do vậy ta phải có một thiết bị tạo ra tần số tăng
dần từ thấp lên cao tới khi mạch hoạt động định mức thì bộ chuyển mạch sẽ
ngắt bộ khởi động, chỉ hoạt động dựa trên tín hiệu nối tiếp về từ tải.
Sơ đồ :
`
D 2
12
C 1
C A P N P
Q 1
4 0 2 4 2
S W 2
+ 1 5 V
R 1
0
S W 1
R 4
D 1
12
R 3

+ 1 5 V
0 0
R 2
Nguyên lý :
Trang 24
vco
2 công tắc đồng bộ
Đồ án điện tử công suất Nguyễn Hiệp-Tđh2-K46
-Khi chưa đóng mạch thì U
BE
> 0, van T mở dẫn dòng qua van T. Điện áp ở A
sẽ ở mức thấp.
-Khi khởi động, nhấn khoá kép nối thông mạch thì U
BE
< 0, van T đóng do
van T có mức áp thấp.
Đầu ra của khâu hạn chế U
B
lớn hơn U
A
van D
2
mở : U
C
= U
A
Áp U
A
sẽ tăng lên dần dần làm cho đầu vào VCO tăng dần nên tần số đầu ra
sẽ tăng dần .Mạch được khởi động .

Khi U
A
tăng lớn hơn U
B
thì D
1
mở D
2
đóng .
Mạch khởi động sẽ được ngắt khỏi mạch hoạt động .
-Chọn D
2
là điot phát quang . Khi không cần dòng qua D
2,
đèn D
2
tắt , lúc đó ta có thể thả khóa cho lần khởi động tiếp theo.
Tính toán :
Chọn
VU
mAI
D
D
ng
tb
100
800
204
2
1

=
=



π

T: C828 có U
CE
=30V ,I
Cmax
=0,3A , β =100
6. Khâu điều chỉnh tần số dựa vào điện áp (VCO)
Chức năng : tạo ra 2 tín hiệu có tần số tỉ lệ với mức điện áp đầu ra vào
Sơ đồ nguyên lí :
Mạch gồm 3 tín hiệu khuyếch đại thuật toán
A
1
: khâu tích phân
A
2
: mạch so sánh có đặc tính trễ
Trang 25
R 5
C 1
U 4
R 4
A 3
2
3

-
+
1
U IV
R 2
A 1
2
3
-
+
1
T L 0 8 4
R 1
U 3
D 3
D 1
U v
R 2
2 R 1
T L 0 8 4
0
A 2
2
3
-
+
1
R 1
0
R 1

T L 0 8 4
0
0
D 2