Đồ án thiết kế môn học điện tử công suất tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của lò tôi thép

Đồ

án môn học điện tử công suất

Phần I TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ
THUẬT CỦA LÒ TÔI THÉP.
I.Giới thiệu về lò cảm ứng.
1.1 Khái quát chung:
Hiện nay trong công nghiệp luyện kim, luyện thép trong lò điện là một khâu
quan trọng. Các loại lò điện thường dùng là
- Lò điện trở
- Lò hồ quang
- Lò cảm ứng
Trong đó lò cảm ứng được ứng dụng rất rộng rãi, đăc biệt là các lò tôi tần số
.Trong những lò này, nguyên liệu được nung nóng nhờ dòng điện xoay chiều
với tần số cao nhờ vào hiệu ứng dòng Fucô.
1.2 Lò tôi cao tần:
-Tôi thép là sự nung nóng thép đến nhiệt độ cao hơn các biến đổi pha, hãm ở
nhiệt độ đó và làm nguội nhanh với tốc độ lớn hơn tốc độ tới hạn.
-Mục đích của quá trình tôi thép:
+ Nâng cao độ cứng (HRC) bề mặt, độ bền và tính mài mòn của thép.
+ Đạt được sự phối hợp tốt các tính chất cơ khí khác.
Tôi tần số cao (tôi cảm ứng) là phương pháp tôi công nghệ tiên tiến, chủ yếu
dùng để tôi bề mặt, nó cho phép bề mặt đạt độ cứng và tính mài mòn cao
hơn các phương pháp tôi thông thường, còn phần lõi vẫn đạt độ dẻo
1.2.1Nguyên lý làm việc:

1


Đồ

án môn học điện tử công suất

Khi cho dòng điện có tần số cao chạy qua vòng dây
dẫn( vòng cảm ứng ) sẽ tạo ra một từ trường thay đổi
mãnh liệt bên trong vòng dây.Vật cần tôi được đặt
trong từ trường xoay chiều đó. Sự bố trí cuộn dây cảm
ứng và chi tiết cần tôi có thể coi như một máy biến áp.
Vòng cảm ứng là cuộn sơ cấp nơi dòng điện đi vào còn
chi tiết cần tôi là cuộn thứ cấp ngắn mạch.Chính điều
này gây ra dòng điện rất lớn chảy qua chi tiết tôi gọi là
dòng điện xoáy ( dòng Fucô). Nhờ vào hiệu ứng bề mặt
mà dòng điện xoáy sẽ chỉ chảy ở lớp bề mặt mỏng của chi
tiết tôi, cũng chính nhờ hiệu ứng bề mặt mà tác dụng nung
nóng của dòng xoay chiều chảy trong chi tiết tăng lên rất nhiều.
Nhờ vậy, bề mặt chi tiết được nung nóng đến nhiệt độ quy định trong thời
gian ngắn.
Sau đó bằng các phương pháp làm nguội nhanh để có được độ cứng bề mặt
cần thiết.

Sự phân bố dòng điện trong chi tiết tôi tuân theo quy luật:

Một cách gần đúng có thể coi δ là chiều sâu của lớp có dòng điện chạy qua,
cũng chính là chiều sâu lớp tôi và được tính theo công thức:
2


Đồ

án môn học điện tử công suất

δ = 5030.

ρ
(cm)
μ. f

trong đó:
ρ : điện trở suất (Ω.cm)
μ : độ từ thẩm
f : tần số dòng điện (Hz)
Năng lượng chuyển thành nhiệt trong khối liệu W
W = I2.n2.2.л.(d/h). ( ρ.μ. f .10 -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 ;

ρ : Điện trở suất mẻ liệu (Ωcm)

Như vậy, để tăng nhiệt lượng nung nóng chi tiết, ta có thể tăng cường độ
dòng điện hoặc tăng tần số dòng điện. Thực tế, tăng dòng điện quá lớn có thể
gây hỏng vòng dây cảm ứng gây ra ngắn mạch nên ta thường chọn phương
án tăng tần số để tăng công suất tôi.
1.2.2 Ưu điểm của lò tôi tần số:
• 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 mặt bề mặt của chi tiết dược
nung đỏ lên một cách nhanh chóng do đó chất lượng tôi cao.
3


Đồ

án môn học điện tử công suất

• Vật tôi ít biến dạng do lớp tôi rất mỏng
• Có thể tôi các chi tiết có hình dáng và bề mặt bất kỳ.
• Là phương pháp tôi không tiếp xúc nên chi tiết tôi được giữ sạch.
• 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.
1.2.3 Đặc điểm của công nghệ tôi tần số:
Trong quá trình tôi thép bằng lò tôi cao tần, độ từ thẩm và điện trở suất
của thép sẽ thay đổi do nhiệt độ thay đổi. Tuy nhiên nhiệt độ tôi chỉ đạt đến
nhiệt độ Quire ( thép chưa chảy ) nên điện trở suất và độ từ thẩm thay đổi
không đáng kể. Mặt khác tần số dòng điện rất lớn nên khi tôi, chiều sâu lớp
tôi thay đổi không đáng kể vì

δ = 5030.

ρ
(cm). Hơn nữa chiều sâu lớp
μ. f

tôi rất nhỏ so với đường kính vật tôi.

Do đó trong quá trình tôi, vật tôi( tải) thay đổi không đáng kể và có tính chất
cảm.

4


Đồ

án môn học điện tử công suất

Phần II :

ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN

Do đặc thù của lò tôi cảm ứng, nên ta chọn nghịch lưu một pha cho phần
nghịch lưu của bộ nguồn lò tôi thép. Ta sét lần lượt các sơ đồ sau:
1. Sơ đồ nghịch lưu áp một pha:
Đặc điểm: nguồn đầu vào là nguồn áp, nên có tụ C (C-> ∞ ) mắc song song
với điện trở nguồn. Do vậy nguồn trở thành nguồn hai chiều: phát năng
lượng cho tải đồng thời tiếp nhận năng lượng của tải trả ngược về, được tích
luỹ trong tụ C, thông qua các diode mắc song song ngược với các van động
lực chính.

5

Đồ

án môn học điện tử công suất

Xét đồ thị hoạt động của mạch:

- Điện áp nghịch lưu có dạng xung vuông chữ nhật, có tần số fN tạo ra
nhờ đóng mở các cặp van T1,T2 và T3,T4 một cách có chu kỳ: fN=fđk
Do đó khi thay đổi tần số điều khiển fđk có thể thay đổi tần số nghịch lưu fN
tuỳ ý.
- Ưu nhược điểm:
6


Đồ

án môn học điện tử công suất

•
•
•
•
•

+ Ưu điểm:
Điều chỉnh được tần số fN
Các van chủ đạo sử dụng là các van điều khiển hoàn toàn do đó dễ
điều khiển đóng mở các van.
+ Nhược điểm:
Số lượng van sử dụng khá nhiều

Công suất bộ biến đổi (BBĐ) phụ thuộc vào công suất của van nên bị
hạn chế.
UN có dạng xung chữ nhật nên khị phân tích Furie sẽ xuất hiện nhiều
thành phần sóng điều hoà bấc cao do đó làm giảm hiệu suất của BBĐ

2. Sơ đồ nghịch lưu dòng một pha:
- Đặc điểm: Nguồn đầu vào là nguồn dòng, do đó nguồn được nối nối tiếp
với Ld (Ld -> ∞ ) nhằm san phẳng dòng đầu vào: Td = const.
- Dòng điện nghịch lưu có dạng xung chữ nhật, có tần số fN tạo ra nhờ
đóng mở các cặp van T1,T2 và T3,T4 một cách có chu kỳ. Do đó có thể thay
đổi fN theo tần số điều khiển fđk.

- Xét đồ thị hoạt động của mạch:

7


Đồ

án môn học điện tử công suất

- Ưu nhược điểm:
+ Ưu điểm:
• Điều chỉnh đựơc tần số fN
• Van sử dụng là van Tiristor nên có công suất lớn hơn rất nhiều so với
sơ đồ trên (sử dụng van điều khiển hoàn toàn)
• Chỉ cần quan tâm đến vấn đề mở van, vì khi mở van cặp van này sẽ
làm cặp van kia đóng lại
+ Nhược điểm:
• Không làm việc được ở chế độ không tải

• Dòng nghịch lưu có dạng xung chữ nhật nên chứa nhiều thành phần
sóng điều hoà bậc cao làm giảm hiệu suất BBĐ.
• Dạng điện áp và góc khoá β _ góc khoá nghịch lưu thay đổi khi giá
trị của điện cảm đầu vào Ld thay đổi. Cụ thể:
o Ld= ∞ => id = Id= const, dòng nghịch lưu có dạng xung chữ
nhật. Và có ut biến thiên hàm mũ và góc khoá β là max.
o Ld< ∞ nhưng vẫn đảm bảo id liên tục. Lúc này iN có dạng nhấp
nhô do vẫn chứa các sóng điều hoà bậc cao. Dạng điện áp gần
sine hơn nhưng góc khoá β giảm đi.

8


Đồ

án môn học điện tử công suất
o Ld< ∞ dòng bị gián đoạn. Khi đó trong mạch có thể xảy ra
cộng hưởng L,C điện áp sẽ trở nên sine nhưng góc khoá β là
min.

3. Nghịch lưu cộng hưởng:
* Ở nghịch lưu dòng (hoặc áp) thì dạng dòng điên iN (hoặc điện áp uN) đều
có chứa thành phần sóng điều hoà bậc cao. Vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của
BBĐ. Để tăng hiệu suất của BBĐ ta xét nghịch lưu cộng hưởng.
* Do tải có tính cảm kháng vì vậy ta phải đấu với tải tụ C để bù lại tính cảm
kháng nhằm tạo ra cộng hưởng trong mạch. Nhưng do tải thay đổi liên tục
trong quá trình tôi, nên ta không thể thực hiện bù đủ được, do vậy mà mạch
chỉ tiệm cận tới dao động cộng hưởng. Sau đây ta xét các mạch dao động
cộng hưởng cơ bản:
a, Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp:

- Do điện cảm tải tạo nên nguồn dòng, bộ nghịch lưu phải là nghịch lưu
nguồn áp. Ta xét sơ đồ cầu:

• Sơ đồ này sử dụng cộng hưởng nguồn áp nên có thể làm việc được ở
chế độ không tải.
• Và do cộng hưởng nối tiếp nên sơ đồ này có thể làm việc được với tải biến
thiên rộng và trong thực tế sơ đồ này được sử dụng rộng rãi.
• Mạch sử dụng IGBT và có tốc độ tăng dòng cũng như tăng áp nhỏ do đó
có thể làm việc với tần số rất cao

9


Đồ

án môn học điện tử công suất

• Có phụ tải là một mạch dao động với dòng và áp có dạng hình sin, tải
thiết kế có tính chất điện dung do đó các thyristor trên sơ đồ sẽ chuyển mạch
tự nhiên
• Có thể tạo dòng điện, điện áp gần sin nên ít chứa thành phần sóng hài bậc
cao
• 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 Vì vậy ta chọn sơ đồ này để thiết kế phần nghịch lưu cho bộ nguồn
lò tôi thép
*Xét hoạt động của mạch:

- Điện áp nghịch lưu dạng xung chữ nhật, dòng điện trên tải gần sine và
dòng điện vượt trước điện áp ( do thực hiện mồi chậm để chắc chắn cặp van

được khoá mới mở cặp van khác).
- Tại thời điểm θ = 0 cho xung mở van T1,T2: dòng đi từ A-> B, tụ C
được nạp. Khi tụ C được nạp đầy dòng qua van T1,T2 giảm về 0. Nhưng do
tải mang tính cảm nên dòng vẫn giữ nguyên chiều cũ nên khép mạch qua
D3,D4 và C0. Khi đó điện áp uc đặt lên T1,T2 làm chúng bị khoá chắc chắn.

10


Đồ

án môn học điện tử công suất

- Tại thời điểm θ = θ 2 phát xung mở T3,T4 dòng đi từ B->A và tụ C được
nạp theo chiều ngược lại. Khi tụ C nạp đầy dòng qua T3,T4 giảm về 0, dòng
lại khép mạch qua D1,D2 và C0. Sau đó quá trình diễn ra lặp lại tương tự
như trên.
b, Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng song song:
- Sử dụng nguồn dòng vì phụ tải gồm tụ điện, điện cảm và điện trở nối
song song ở đầu ra tạo nên tải nguồn áp.
- Sơ đồ sử dụng van Tiristor nên công suất cuả BBĐ lớn. Ld có giá trị hữu
hạn sao cho kết hợp với Lt , C tạo thành mạch cộng hưởng dao động với tần
số riêng:

ω

0

=

Ld + Lt
1
−
Ld .Lt .C 4 R 2 C 2

- Xét đồ thị hoạt động của mạch:

11


Đồ

án môn học điện tử công suất

- Do hiện tượng cộng hưởng nên uN, iN có dạng gần sine chứa ít thành
phần sóng điều hoà bậc cao do đó mà nâng cao được hiệu suất của BBĐ.
- Các đại lượng du/dt, di/dt có giá trị nhỏ nên phù hợp để sử dụng cho
thiết bị làm việc với tần số cao, mà không đòi hỏi nhiều về mạch bảo vệ van
tránh hiện tượng xung.
- Nghịch lưu cộng hưởng có dự trữ góc β lớn để nghịch lưu làm việc ổn
định và tần số f0chắc chắn
- Ngịch lưu cộng hưởng song song sử dụng nguồn dòng nên không thể
làm việc được ở chế độ không tải.
Về vấn đề khởi động :

12


Đồ

ánn môn họcc điện tử côông suất

ng hưởng song
s
song được khởii động bằngg mạch khởi động
Nghịch lưu cộn
khônng phù hợp
p với các tảải hay có sự
ự thay đổi trong quá trình làm việc,
v
còn
nghịịch lưu cộn
ng hưởng nối
n tiếp đượ
ợc khởi độộng bằng cáách tăng dầần tần số
và mạch
m
sẽ đượ
ợc sử dụngg hiệu quả nhất về mặặt phát huyy công suấtt trên tả khhi
tần số
s làm việcc ở trong một
m khoảngg nhất địnhh có thể xácc định trướ
ớc.Mặt
khácc nghịch lư
ưu cộng hư
ưởng nối tiếếp có thẻ lààm việc ở chế
c độ giớ
ới hạn f=f0,
chế độ

đ này đảm
m bảo dòngg tải là hìnnh sin
* Quua những phân
p
tích trrên ta đi đếến kết luậnn: sử dụng sơ đồ cầu cộng
hưởn
ởng nối tiếp
p (cộng hư
ưởng nguồồn áp) để th
hiết kế phầần nghịch lưu cho bộ
nguồồn lò tôi th
hép.
.
Sơ đồ
đ khái quáát như hìnhh vẽ

13


Đồ

án môn học điện tử công suất

Phần III:

TÍNH TOÁN MẠCH LỰC

1.Tính toán các thông số lò tôi:
Số liệu cho trước: P = 30kW
fra = 80kHz

Chọn số vòng cảm ứng bằng 3, đường kính dây Ф = 8 c,
Chi tiết tôi là lõi thép hình trụ Ф20, điện trở suất ρ = 180.10-9Ωm2/m.

Ф20

5 cm

Ф8

Khoảng cách giữa vòng cảm ứng và chi tiết tôi là 5 cm.
Như vậy chiều cao của chi tiết:
h = 3.8 = 24 cm
đường kính trong vòng cảm ứng: D = 20+5.2 = 30 cm.
Dòng điện từ bề mặt vào tâm giảm dần theo công thức:
−x

i = i.e δ
δ: Khoảng cách từ bề mạt dây dẫn theo hướng tâm đến nơi có mật độ dòng
diện giảm e = 2.71 lần so với mật độ dòng bề mặt.Khoảng cách này gọi là
chiều sâu thẩm thấu.
δ = 5030

ρ
fμ

14


Đồ

án môn học điện tử công suất

δ: Ωcm2/cm.
Với không khí μ=1.
ρ

δ = 5030

f

= 5030

180.10 −7
= 0.075 cm
80000

1.1.Tính điện trở của lớp dẫn điện bề mặt chi tiết tôi:
R=ρ

l
πd '
=ρ
s
δh

Nếu lấy theo đơn vị thực tế (ρ : Ωm2/m).
R=

π .d '
h

2π .ρ .ω

Với d’ = d – δ = 20 - 0.075 = 19.925 cm.
Thay số:

R=

3,14.19.925
2 .4

4.π 2 .180.10 −7.150.10 3.10 −9 = 85.5x10

-4

1.2.Tính cảm kháng của cuộn dây:
Điện cảm của vòng dây được tính theo công thức:
(π .n.D ) 2
L=
x10-9
h

Với n: số vòng dây.
D: đường kính trong vòng cảm ứng.
h: chiều cao cuộn dây.
Thay số:
L=

2

(3.14 x3 x3)
x10-9 = 332.76x10-9 (H)
2 .4

1.3.Biến đổi sơ đồ:
Theo phân tích ở trên, hệ thống coi như 1 máy biến áp lý tưởng, với tỉ số
máy biến áp k = 3:1.
Sơ đồ thay thế

15


Đồ

án môn học điện tử công suất

I2

I1
L

R

Quy đổi máy biến áp:

R’

L

R’ = k2 x R = 9R = 559.08x10-4 (Ω)

Biến đổi:

L’
R’’

Ta có:
R’’ + jωL’ =

R ' x ( j ωL )
R '+ jωL

Thay số ta được:
R’’ + jωL’ =

0.009 j
= 0.0726 + 0.016j
0.056 + 0.167 j

Như vậy:
R’’ = 0.0726(Ω)
L’ =

0.016
= 0.032x10-6 (H)
2πx80000

1.4.Đề xuất phương án:
16

Đồ

án môn học điện tử công suất

Theo đề yêu cầu Ptôt = 30kW
Ptôi = I22R nên:
I2 =
I1 =

Ptôi
=
R

3 x10 4
= 1529 (A)
62.12 x10 − 4

I2
= 509.81 (A)
3

Ta thấy công suất tôi của lò lớn, dòng tải lớn nên ta dùng sơ đồ nghịch lưu
cộng hưởng nối tiếp với máy biến áp cách ly phối hợp dòng.

V1

V4

E
V3

In

V2
C
I1
L’
R’’

Sơ đồ mạch lực
1.5.Tính toán chọn van:
Chỉnh lưu cầu 3 pha tạo ra nguồn một chiều có trị số:
E = 2.34 x 220 = 515 (V)
Đồ thị vector làm việc ở chế độ tới hạn f = f0 :

17


Đồ

án môn học điện tử công suất

Ura

UL

UR

Uc

URLC = UR = I1 x R’’ = 509.81x0.0726= 37 (V)
Tỉ số máy biến áp:
K=

37
515

Dòng nghịch lưu:
In = K x I1 = 509.1 x

37
= 35.6 (A)
515

Dòng cực đại qua van:
Imax = 35.6 2 = 50.4(A)
Chọn hệ số dự trữ Ki = 2 thì dòng định mức của van là:
Ivan = Ki x Imax = 2x50.4 = 100.8 (A)
Điện áp ngược cực đại van phải chịu:
Ungmax = E =515 (V)
Chọn hệ số dự trữ Ku = 2 thì:
Uvan = Ku x Ungmax = 2x515 = 1030 (V)
Từ các thông số trên ta chọn IGBT GA125TS120U module của hãng IR có:
VCES = 1200V
ICmax = 125A
1.6.Bảo vệ van:
Ta dùng các mạch dập RC mắc song song với IGBT để chống quá áp:

18

Đồ

án môn học điện tử công suất

C2
R2

Theo kinh nghiệm thường lấy C = 0.1 đến 2 μF
R = 10 đến 100 Ω.
Van có dòng càng lớn thì C càng lớn và R càng nhỏ.
Ta lấy C2 = 10Ω
R2 = 0.25 μF.

Phần IV:

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Cấu trúc mạch điều khiển

19


Đồ

án môn học điện tử công suất

CHỨC NĂNG CÁC KHÂU TRONG MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
- Khâu khởi động : khâu này có chức năng tạo ra xung điều khiển lúc
khởi động và được tách ra khi đã có xung phản hồi từ mạch lực, lúc

mạch đã hoạt động.
- Khâu chia xung: khâu này có tác dụng tạo ra xung có tần số phù hợp
với yêu cầu của mạch lực bộ nguồn. Đồng thời khâu này có chức năng
phân xung điều khiển vào từng kênh cho các nhóm van trong mạch
lực.
- Khâu phản hồi có tác dụng tạo ra xung phản hồi điều khiển mạch (sau
khi mạch đã hoạt động). Đồng thời khâu này còn phải thực hiện chặn
xung điều khiển từ khâu phát xung khởi động.
- PLL : là khâu tổng hợp tần số, có chức năng đảm bảo cho tần số
nghịch lưu bám theo tần số cộng hưởng( do trong quá trình làm việc,
tan số cộng hưởng thay đổi)
- IGBT driver : tạo ra xung điều khiển phù hợp với IGBT
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Đầu tiên, khâu phát xung điều khiển khởi động phát ra xung có tần số fđk,
xung này được đưa vào khâu chia xung để tạo ra xung có tần số bằng tần số
của nghịch lưu fN. Sau đó xung được phân làm 2 kênh để đi vào các IGBT
Driver và cho ra xung điều khiển quá trình đóng cắt các van.
Sau khi van làm việc, tải bắt đầu hoạt động, dòng điện tải có dạng hình sin.
Dong nghịch lưu qua khâu phản hồi để tạo tín hiệu phản hồi điện áp. Tín
hiêu. phản hồi làm 2 nhiêm vụ
+ Dùng làm tín hiệu chặn xung điều khiển của khâu khởi động
+ Dùng làm tín hiệu so sánh cho bọ dò pha của hệ thống PLL
Như vậy sau khi được khởi động, mạch sẽ hoạt động với tín hiệu hồi tiếp từ
mạch lực về.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
1. Tính toán khâu phát xung điều khiển khởi động:
- Ta cần tạo ra mạch phát xung điều khiển có tần số fđk=2.fN (vì khi sau
khi đi qua khâu chia xung, phân kênh là T-Flip-Flop thì tần số sẽ bị giảm đi
một nửa)

20


Đồ

án môn học điện tử công suất

- Ở đây ta sử dụng mạch tạo dao động dùng Op-Amp là phổ biến hiện
nay:
Sơ đồ mạch:

Tần số dao động của mạch phù hợp với tần số xung mở Tristor là:
fđk= 2fN= 2.150000 = 300000(Hz)
Ta có chu kỳ xung của mạch là:
⎛

T = 2.RC.ln ⎜⎜1 + 2
⎝

R2
R1

⎞
⎟⎟
⎠

Vì ở đây các điện trở không tham gia vào việc hạn chế dòng điện nên có thể
chọn sao cho: T= 2.RC
R2= 0,86 k Ω

Do đó ta chọn:
R1= 1 k Ω và
Khi đó:
T= 2.RC = 1/ fđk =
Chọn
R=1 k Ω => C =
Chọn khuếch đại thuật toán: do yêu cầu tạo ra xung có tần số điều khiển
fđk=16000 Hz nên ta cần phải chọn một IC có tốc độ nhanh. Do đó ta chọn
IC LM318. IC này chỉ gồm một con trên một vỏ nên rất thích hợp với việc
làm mạch tạo dao động:

2. Tính toán khâu chia xung và phân kênh
- Ta sử dụng T-Flip-Flop làm mạch chia xung ( chia 2) và phân kênh.

21


Đồ

án môn học điện tử công suất

T Flip-Flop được tạo ra từ D-Flip-Flop bằng cách nối đầu ra Q với đầu vào
D. Xung điều khiển được đưa vào đầu vào xung nhịp C của D Flip-Flop.
Chọn D Flip-Flop là IC 4013

3. Chọn IGBT driver
Với các thông số tính toán trong mạch lực, ta chọn driver tích hợp
trong IC VLA513-01R với các thông số:
VCC= 15V
VEE = -8V

Điện áp tín hiệu vào: -1 - +7V
VOH = 14V
VOL = -8V

22


Đồ

án môn học điện tử công suất

Tín hiệu xung ra có dạng như hình vẽ dưới đây

Sơ đồ nối

23


Đồ

án môn học điện tử công suất

4. Tính toán khâu phản hồi:
a, Biến đổi tín hiệu bằng biến dòng:
- Ta sử dụng biến dòng để tạo ra tín hiệu áp phản hồi điều khiển mạch.
Chọn biến dòng loại
- - Tín hiệu ra khỏi biến dòng là tín hiệu áp hình sin, đi vào hệ thống
PLL để tổng hợp tần số.
b, Tạo tín hiệu chặn xung điều khiển:
- Để tạo tín hiệu chặn xung điều khiển ta thực hiện như sau:

+ Khi có tín hiệu điện áp (dạng sin) phản hồi thì nó được chỉnh lưu qua
mạch cầu Diode và được lọc bằng tụ. Nó tạo thành dòng chảy qua cực gốc
phát của Trazitor làm cho Tranzitor dẫn ở trạng thái bão hòa, do đó tín hiệu
24


Đồ

án môn học điện tử công suất

Q sẽ ở mức thấp “0” logic ( VQ= 0,6 V). Ngược lại khi không có tín hiệu
phản hồi thì tín hiệu Q sẽ ở mức cao ( VQ= 5 V).
+ Tiếp đó tín hiệu phản hồi được đưa vào mạch có thêm phần tử NOT và
AND như hình vẽ: nếu không có tín hiệu phản hồi tương ứng với Q = “1”
thì nó sẽ cho tín hiệu xung điều khiển đi qua còn khi có tín hiệu điều khiển
tương ứng với Q= “0” thì nó sẽ không cho tín hiệu xung điều khiển đi qua và
như vậy tín hiệu điều khiển sẽ bị chặn lại.
+ Tính toán, lựa chọn cho khâu phản hồi như sau:
o Chọn cầu Diode chỉnh lưu loại 2KBP005 có các thông số như
sau:
Ung_D= 50 (V)
ID = 2 (A)
o Tranzitor loại ZTX300 và Diode loại 1N4448 có các thông số
đã cho ở trên.
o Các điện trở R1 = R2 = 1 k Ω và tụ bù C = 100 μF
5. Hệ thống điều khiển PLL
Sơ đồ khối:
Phase
Detector

Lọc thông
thấp

VCO
PLL là một hệ thống hồi tiếp gồm có khâu dò pha, khâu lọc thông thấp và
bộ biến đổi áp -> tần ( VCO)
-Khối dò pha ( Phase Detector)
Bộ này có nhiêm vụ cho ra một tín hiệu áp phụ thuộc vào hiệu số pha(
hiệu tần số) của hai tín hiệu vào.
-Bộ lọc thông thấp: dùng để lấy tín hiệu tần số thấp, lấy ra điện thế DC.
Trong hệ thống này người ta thường dùng các bộ lọc qua bậc một để đảm
bảo tính ổn định của hệ thống.
25