Đồ án điện tử công suất - Vũ Thị Bích - 3 doc

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 23
Q
cs
= h . c, suy ra a = 120, b = 96, c = 8, 67, h = 241, 92.
Chiều rộng toàn bộ mạch từ C
C = 2c + 3a = 532,22 mm.
Chiều cao mạch từ H
H = h + 2a = 483,84 mm.
Hình dáng kết cấu:



b









f. Kết cấu dây quấn:
Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ, với mỗi cuộn dây được cuốn thành nhiều lớp
dây, mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau
bằng các bìa cách điện. Cách tính các thông số này như sau:
+ Số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn sơ cấp.
W
11

=

5,1.2984
1
1
−
=
−
l
g
d
hh
+ Số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn thứ cấp.
W
22
= =
−
2
1
l
g
d
hh
d
l1
=
cachdien
d
3,0
+

Với : h: chiều cao cửa sổ.
d
l1
, d
l2
: đường kính dây quấn sơ, thứ cấp, kể cả cách điện.
h
g
: khoảng cách điện với gông.
Chọn h
g1
= 2d
n1

Chọn h
g2
= 2d
n2
a
H
h
c
C
a
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 24
+ Số lớp dây trong cửa sổ:
Cuộn sơ cấp: S
dl1

=
69,2
3
116
11
1
==
W
W
Cuộn thứ cấp: S
dl2
=
615,1
13
21
22
2
==
W
W
+ Bề dày mỗi cuộn dây:
Cuộn sơ cấp: Bd
1
= d
1
. S
dl1
+ cd . S
ld1
= 1,7135 cm

Cuộn thứ cấp: Bd
2
= d
2
. S
dl2
+ cd . S
ld2
= 2,3902 cm
Với cd: chiều dày của bìa cách điện, chọn bằng 0,3 mm.
+ Tổng bề dày các cuộn dây.
Bd = Bd
1
+ Bd
2
+ Bd
3
+ + cd
t
+ cd
n

cd
t
, cd
n
: bề dày cách điện trong cùng ngoài cùng.
Bd = 4,1637, suy ra 2Bd = 8,3274 (cm).
Trước khi tính khối lượng Fe và Cu, kiểm tra bè dàt các cuộn dây nhỏ hơn chiều rộng
cửa sổ (2Bd < c).

Kích thước hợp lí giữa cuộn dây và trụ.
Δc = c – 2 . Bd trong khoảng (0,5 ÷ 2) cm khoảng cách này cần thiết để
đảm bảo hoặc làm mát.
g. Khối lượng Fe và Cu sử dụng:
+ Khối lượng Fe:
M
Fe
= V
Fe
. m
Fe
(kg)
Với V
Fe
: thể tích khối sắt (dm
3
).
V
Fe
= 3. a. b. h + 2. c. a. b = 13,097 dm
3
.
= Q
Fe
. (3h + 2c) = 13096495,96 mm
3
.
m
Fe
= 7,85 kg/dm

3
, suy ra m
Fe
= 102,81145 kg
+ Khối lượng Cu:
M
Cu
= V
Cu
. m
Cu
(kg).
V
Cu
: thể tích khối đồng của các cuộn dây (dm
3
).
V
Cu
= 3. (S
Cu1
. l
1
+ S
Cu2
. l
2
) = 3. (29. 10
-4
. 70 + 164,94. 10

-4
20,172) = 1,607 (dm
3
)
m
Cu
= 8,9 kg/dm
3
.
S
Cu
: tiết diện dây dẫn (dm
2
).
l: chiều dài các vòng dây.
Suy ra: M
Cu
= 14,3023 (kg).
h. Tính các thông số của máy biến áp .

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 25
+ Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75
0
C .
R
1
= ρ. = 0,0000172 . (Ω)
1

1
S
l
0415,0
29
10.70
3
=
+ Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75
0
C .
R
2
= ρ. = 0,0000172. (Ω)
2
2
S
l
0021,0
94,164
10.172,20
3
=
+ Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp .
R
BA
= R
2
+ R
1

= 0,0021 + 0,0415 =3,46 . 10
-3
(Ω)
2
1
2
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
W
W
2
116
21
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+ Sụt áp trên điện trở máy biến áp .
ΔU
r
= R
BA

.I
d
= 3,46 . 10
-3
. 555,556 = 1,922 (V)
+ Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp .
X
BA
= 8 .π
2
.(W
2
)
2
. .ω.10
-7

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
3
.
21
12
dd
qd
BB
a
h
r
= 8 .π
2
.21
2
. .314.10
-7

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
+
⎟
⎠

⎞
⎜
⎝
⎛
3
392,17135,1
01,0.
92,241
711,11
= 0,073 (Ω)
Trong đó: r = = 11,711 mm.
2
2t
D
+ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp .
ΔU
x
= X
BA
.I
d
= 0,073 . 555,556 = 38,73 (V)
π
3
π
3
R
dt
= .X
BA

= 0,07 (Ω)
π
3
+ Sụt áp trên máy biến áp .
ΔU
BA
= = = 38,77 (V)
22
xr
UU Δ+Δ
22
73,38922,1 +
+ Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp .
Z
BA
= = = 0,07308 (Ω)
22
BABA
XR +
(
)
2
2
3
073,010.46,3 +
−
+ Điện áp ngắn mạch tác dụng .
U
nr
= .100 = = 2,31 %

2
2
.
U
IR
BA
100.
86,67
6,453.10.46,3
3−

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 26
+ Điện áp ngắn mạch phản kháng .
U
nx
= .100 = .100 = 8,4 %
2
2
.
U
Ix
BA
86,67
6,453.073,0
+ Điện áp ngắn mạch phần trăm.
U
n
= = = 8,71 (V)

22
nxnr
UU +
22
4,831,2 +
+ Dòng điện ngắn mạch xác lập .
I
2nm
= = = 928,57 (A)
BA
Z
U
2
07308,0
86,67

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 27









CHƯƠNG 5
TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ một kênh điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha được thiết kế theo sơ đồ hình
Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên.
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristo. Các thông số cơ
bản để tính mạch điều khiển.

+ Điện áp điều khiển Tiristo: U
dk
=3,0 (v)
+Dòng điện điều khiển Tiristo: I
dk
=0,3 (A)
+ Thời gian mở Tiristo: t
m
=10 (μs)
+ Độ rộng xung điều khiển t
x
=167 (μs)- tương đương 3
o
điện

+ Tần số xung điều khiển: f
x
=10 (k Hz).
+ Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U = ±12 (v )
+ Mức sụt biên độ xung: ΔU
x
= 0,1
1. Tính biến áp xung:
+ Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần
của đặc tính từ hoá có: ΔB = 0,2 (T), ΔH = 30 ( A/m ) [1], không có khe hở không khí.
+ Tỷ số biến áp xung : thường m = 2÷3, chọn m= 3
+ Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U
2
= U
dk

=3,0 (v)
+ Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung:
U
1
= m. U
2
= 3.3 = 9 (v)
+ Dòng điện thứ cấp biến áp xung:
I
2
= I
dk
=0,3 (A)
+ Dòng điện sơ cấp biến áp xung:
I
1
= I
2
: m =0,3 : 3 = 0,1(A)
+ Tính toán kích thước tổng:
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 28
k
ba
. U
2
. I
2
.t

x
. ΔU
x
V =
ΔB . ΔH
Thay số ta thu được
3 . 3 . 0,5 . 0,3 . 167. 10
-6
. 0,1
V =
0,2 . 30
= 2,505 cm
3

Tra bảng cho trường hợp từ hóa 1 phần chọn lõi thép loại 782E272 có thể tích là
3,79 cm
3
, diện tích cửa sổ là 0,968 cm
2
, diện tích lõi từ là 0,577 cm
2
.
Số vòng cuộn sơ cấp:
U
1
. t
x
W
1
=

ΔB . S
ba
= vòng
2,130
10.0577,0.2,0
10.167.9
4
6
=
−
−
Lấy W
1
= 130 vòng thì số vòng dây cuộn thứ cấp là W
2
= 130 : 2 = 65 vòng
2. Tầng khuyếch đại cuối cùng: khuyếch đại xung ghép bằng biến áp xung.


+E cs
C2
D3
R7
R25
R6
Tr3
Tr4


Phương pháp ghép này thông dụng hiện nay vì dễ dầng cách ly mạch điều khiển và

mạch lực, tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên không nên cho phép truyền các xung
rộng vài mili giây. Chính vì tính chất này mà người ta phải truyền xung rộng dưới dạng xung
chùm để biến áp xung hoạt động bình thường. Để đơn giản mạch , đồng thời vẫn đảm bảo hệ
số khuyếch đại dòng cần thiết , tầng khuyếch đại hay dấu kiểu Dalintơn.
Tính chọn:
P
0
đã chọn biến áp xung có tỉ số các cuộn dây bằng 3, vậy tham số và dây điện cuộn sơ
cấp:
U
1
= U . K = 3 . 3 =9.
I
1
= I
đk
/k = 0,3 : 3 =0,1.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 29
Nguồn công suất phải có trị số lớn hơn U
1
để bù đắp sụt áp trên điện trở, vì vậy chọn E
cs

= 15V. Từ E
cs
và i
1

chọn bóng T
4
loại BD135 có tham số U
ce
=45V, I
cmax
= 1,5A, β
min
= 40.
Giá trị R
7
thường chọn từ khả năng dẫn dòng tối đa cho phép của T
4
:
R
7
> (Ω), suy ra chọn R = 12. 10
5,1
15
==
cp
cs
I
E
Công suất điện trở này thường 2,5W do dòng qua nó lớn và khá thường xuyên, lớn nhất
là khi góc điều khiển nhỏ nhất.
Kiểm tra độ sụt áp trên điện trở này khi bóng dẫn dòng:
U
r7
= I

1
. R
7
= 0,1 . 12 = 1,2 V, suy ra điện áp còn lại trên biến áp xung là
U
1
= E
cs
– U
r7
= 15 –12 =13,8V, suy ra đạt yêu cầu. Tuy nhiên để phát triển mạch
xung kích cho van vẫn có thể dùng thêm tụ tăng cường áp C
2
: tần số xung chùm 3kHz
tư với chu kỳ 1 xung là:
T
xc
=
s
f
xc
μ
100
10.10
11
3
==
Cho rằng 2 xung đối xứng thì khoảng nghỉ bằng khoảng xung, có nghĩa khoảng cách
giữa 2 xung chùm là tn = 0,5T
xc

= 50 μs
Chọn C
2
< μF 138.0
12.3
10.50
.3
6
==
−
R
t
n
Chọn C
2
= 0.1 μF.
Bóng T
3
: dòng qua colectơ T
3
chính là dòng qua bazơ T
4
, như vậy bóng T
3
luôn nhỏ hơn
T
4
do chịu dòng nhỏ hơn nhiều. Chọn bóng T
3
loại BC107 có U

ce
= 45V, I
cmax
= 0,1A, β
min
=
110.
Vậy điện trở đầu vào có trị số:
R
25
≤ (kΩ), suy ra chọn R = 10kΩ
44
25,1.2,1
15.110.40
.

max1
21
==
IS
E
cs
ββ
Với S = 1,2 I
1max
=
25,1
12
15
==

R
E
cs
3. Khâu AND.


+ Đầu ra của mạch AND là xung chùm có độ rộng xung dùng ở mạch so sánh.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 30
+ Chọn AND là vi mạhc CMOST085 của Nhật có nguồn cấp 15V.
4. Khâu so sánh:

Sử dụng khuyếch đại thuật toán, kiểu 2 cửa. ở đây so sánh điện áp điều khiển và điện áp
tựa.
Điện áp điều khiển đưa vào âm (-), còn điện áp tựa đưa vào cửa dương (+).
U
+
≡ U
t
, U
-
= U
đk
thì điện áp ra theo qui luật
U
ra
= k
0

(U
+
- U
-
) = k
0
(U
+
- U
đk
)
Do đó khi U
đk
> U
+
điện áp ra là âm bão hòa.
Do đó khi U
đk
< U
+
điện áp ra là dương bão hòa.
Đầu ra của A
1
cso chuỗi xung vuông liên tiếp.
Phần tử chính của khâu so sánh là A
1
loại TL084 của hãng Texas intnuments chế tạo
chọn R
4
= R

26
= 15 kΩ.
5. Tạo xung chùm.

C6
C5
R20
R19
1
2
3
5
8
4
7
6
+E
D8


Xung chùm thực chất là một chùm các xung có tấn số cao gấp nhiều lần lưới điện (f
xe
=
8 ÷ 12kHz) . Độ rộng của 1 chùm xung có thể được hạn chế trong khoảng 100 ÷ 300 độ điện,
về nguyên tắc nó phải kết thúc khi điện áp trên van lực mà nó điều khiển đổi dấu sang âm.
Nguyên tắc tạo xung xung chùm thường dùng là coi tín hiệu do bộ so sánh đưa ra như một tín
hiệu cho phép hay cấm khâu khuyếch đại xung được nhận xung tấn số cao phát từ một bộ tạo
dao động đa hài tới nó.
U
RC

U
®k

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 31
Ở đây sử dụng bộ tạo doa động dùng timer 555
Tính chọn như sau:
Chu kỳ dao động T = 0,7 (R
19
+ R
20
) . C
5
+ 0,7 R
20
.C
5
= 100 ms.
= 0,7. (R
19
+ R
20
) . C
5
C
5
= 22 nF, suy ra R
19
+ 2.R

20
= 6.5 K
Chọn tiếp R
19
= 1,5 K thì R
20
= 5 K
Chân 1: nối với đất.
Chân 2: kích lật trạng thái khu U
2
= thì U
3
= 0.
3
2
E
Chân 3: cổng ra U
3
(min) = 0,1 V.
U
3
(max) = E – 0,5V.
I
3min
= 0 A.
I
3max
= 0,2 A.
Chân 4: khi U
1

= 0 thì U
3
= 0 nếu không cần khóa thì nối tiếp với 8.
Chân 5: lọc nhiễu thường có tụ C = 0,01 μF.
Chân 6: ngưỡng lật U
6
= thì U
3
= 0.
3
2
E
Chân 7: chân phóng điện.
Chân 8: nối với cực dương của nguồn E = 15V. Tiêu thụ dòng 0,7mA, 1V nguồn nuôi.
6. Tạo răng cưa tuyến tính, dùng tranzito.


+ Chọn điốt ổn áp Đ
z
và R
oa
(R)
Giá trị điện áp ổn áp giả thảo mãn điều kiện U
0A
< E - U
cmax
– 1V.
U
cmax
< 70%E, chọn E = 15V, suy ra chọn U

0A
= 5V.
Chọn điốt KC 139A của Liên Xô.
U
ổn áp
= 3,9V.
P
max
= 300 mW.
Rd = 60Ω

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 32
I
max
= 70mA.
Sai số điện áp ±10%.
Tính điện trở R
0A
: R
0A
nhằm đảm bảo điểm làm việc của điốt ổn áp nằm trong vùng
điện áp ổn định theo đặc tính VA của nó.
chọn I
0Amin
= 8mA.
min0
0
max0

0
A
oA
A
A
A
I
UE
R
I
UE −
≤≤
−
Thay số:

3
0
3
10.8
9,315
10.70
9,315
−−
−
≤≤
−
A
R

→ R

OA
= R
2
= 1 K 5,13878,158
0
≤
≤
A
R .
Để tránh tổn thất công suất trên điện trở R
0A
cũng như trên Đ
2
quá lớn.
+ Tụ C: chọn C = 0,66 μF.
+ Tính R
3
: dựa vào biểu thức tính điện áp trên tụ C ở thời điểm T/2 thì bằng U
c,max
, có:
U
c
(t = ) = U
cmax
=
2
T
2
.
7,0

3
0
T
CR
U
A
−
Tấn số lưới = 50Hz suy ra T = 20ms.
⇒ R
3
= .Vậy chọn R
3
= 12 K. K
UC
U
T
c
OA
006,12
10.68,0.9,3
7,09.3
.
2
10.20
.
7,0
.
2
6
3

max
=
−
=
−
−
−
Thỏa mãn, đảm bảo tránh ảnh hưởng của dòng điện nhiệt.
Dòng nạp cho tụ:
I
c
= = 0,267 m
3
7,0
R
U
OA
−
+ Chọn Tranzito T
2
.
Chọn dựa theo: I
c
= 0,267 mA
U
ce
= E = 15V
Suy ra, chọn bóng ngược n-p-n loại BC108 có
I
cmax

= 0,1A
P
cmax
= 0,3W
U
cemax
= 20V.
U
cbmax
= 30V
β
min
= 110.
f
T
= 300MHz
Với Tr
1
chọn cùng cỡ với Tr
2
nhưng là bóng thuận BC178.
I
cmax
= 0,1A U
cbmax
= -30V.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 33

P
cmax
= 0,3W β
min
= 125
U
cemax
= -25V f
T
= 200MHz.
7. Chọn máy phát tốc.
VR2
R17
C4
+
-
FT

Yêu cầu đối với máy phát tốc một chiều là điện áp một chiều có chứa ít thành phần xoay
chiều tần số cao và tỉ lệ với tốc độ động cơ, không bị trễ nhiều về giá trị và dấu so với biến
đổi đại lượng đo. Ngoài ra còn có yêu cầu là điện áp một chiều phát ra không phụ thuộc vào
tải, vào nhiệt độ.
Khi tốc độ điều khiển vào đồng bộ thì điện áp phát ra của nó là 10V.
Điện áp trên biến trở VR
2
= 8V.
Chọn R
17
= 100Ω có công suất là 1W (sai số ±5%).
Suy ra, sụt áp trên R

17
là:
ΔU
R17
= (V). 10100.1.
17
==Rp
Chọn VR
2
= 150Ω có công suất là 0,25W (sai số ±10%)
Sụt áp ΔU
VR2
= (V).
33,4125,0.150 =
Để U
ra
là 8V thì sụt áp trên αVR
2
là
U
1
= 10 – 8 = 2(V).
Vậy α. VR
2
= =32Ω
125,0
2
2
2
2

1
=
VR
P
U
Chọn tụ C
u
= 0,47μF
8. Bộ tạo trễ:

R23
C8
C9
1
2
3
5
8
4
7
6
R22