Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển hình tia ba pha

Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
LỜI MỞ ĐẦU
Điện năng là một nguồn năng lượng chiếm vị trí quan
trọng trong đời sống sản suất. Năng lượng này hầu như là
năng lượng điện xoay chiều. Trong khi đó năng lượng điện một
chiều không kém phần quan trọng như:
+ Truyền điện cho động cơ điện một chiều
+ Cung cấp cho các mạch điện tử, sạc acquy..
Vì vậy, cần biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành
năng lượng điện một chiều, để làm được điều này, ta dùng
các bộ chỉnh lưu.
Chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một
chiều, nghĩa là biến đổi
dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều trên tải. Sự
biến đổi đó được thực
hiện nhờ các thiết bị bán dẫn. Chỉ cho dòng điện đi qua theo
một chiều nhất định như:
Diod, Tiristor…
Có 2 loại chỉnh lưu:
+ Chỉnh lưu không điều khiển (Diod) : Không thay đổi được
điện áp trên tải.
+ Chỉnh lưu có điều khiển (Tiristor) : Thay đổi được điện áp
trên tải.
Ở đây, ta chỉ xét về bộ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển
và và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu này.
Với những ứng dụng hết sức phổ biến trên, đồ án môn học
mạch điện tử này là một
bài kiểm tra khảo sát kiến thức về môn học của mỗi sinh viên
và cũng là điều kiện để sinh viên ngành KTĐ - ĐT chúng em tự

tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức về môn học cũng như ngành
nghề mình đang theo học.

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 1


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
Quy Nhơn, ngày 18
tháng 12 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Dương Đỗ Quốc

Mục lục
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................................1
PHẦN I................................................................................................................................................3
TỔNG QUAN BỘ CHỈNH LƯU..................................................................................................3
1.1 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA 3 PHA:...........................................3
1.1.1 Sơ đồ:....................................................................................................................................3
1.1.2 Nguyên lý hoạt động:....................................................................................................4
PHẦN II.............................................................................................................................................10
THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU......................................................................................................10
2.1 CHỌN VAN:............................................................................................................................10
2.2 THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG:.......................................................................................10
2.2.1 Xác định yêu cầu cơ bản :.........................................................................................10
2.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:........................................................................12

2.2.3 Nguyên tắc điều khiển:...............................................................................................12
2.3 Lựa chọn và thiết kế mạch điều khiển:..............................................................14
2.3.1 Vi mạch TCA 780:..........................................................................................................14
2.3.2 Khâu khuếch đại xung:...............................................................................................17
2.4 Phân tích hoạt động của mạch điều khiển:.....................................................19
2.5 Tính chọn các thông số của các phần tử mạch điều khiển:..................21
2.5.1 Tính chọn các phần tử trong khâu khuếch đại xung:.....................................21
2.5.2 Chọn các phần tử bên ngoài TCA 780:.................................................................22
2.5.3 Tính toán máy biến áp đồng pha:..........................................................................22
2.5.4 Tính chọn biến áp xung:.............................................................................................23
PHẦN III...........................................................................................................................................29

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 2


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU...............................................................................29
3.1 TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU...................................................................29
3.1.2 TÍNH SƠ BỘ MẠCH TỪ.................................................................................................30
3.1.3 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN.................................................................................................31
3.1.4 KẾT CẤU DÂY DẪN SƠ CẤP........................................................................................32
3.1.5 KẾT CẤU DÂY QUẤN THỨ CẤP.................................................................................34
3.1.6 TÍNH KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ....................................................................................36
3.1.7 TÍNH KHỐI LƯỢNG CỦA SẮT VÀ ĐỒNG................................................................38
3.1.8 TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP..............................................................40

PHẦN I
TỔNG QUAN BỘ CHỈNH LƯU
1.1 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH TIA 3 PHA:
1.1.1
Sơ đồ:
A

a

T1

B

b

T2

c

T3

C

Rd

Ld

Hình
1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha
 Sơ đồ chỉnh lưu

3 pha:
Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y o, 3 pha
Thyristor nối với tải như hình 1.1.
 Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu:
+Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương
hơn so với trung tính.
+Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một
van.3 catod đấu chung cho điện áp dương của tải ,còn trung
tính biến áp, sẽ là điện áp âm. Ba pha này dịch góc 120 o theo
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 3


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
các đường cong điện áp pha ,có điện áp của 1 pha dương hơn
điện áp của 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kì .
+Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha
tương ứng phải dương hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời
gian cấp xung đầu tiên.
Góc mở tự nhiên:
+Góc mở được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương
ứng chuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt
đầu đặt xung điều khiển vào.
+Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây.
+
Trong đó :

: góc dẫn

: góc chuyển mạch
1.1.2 Nguyên lý hoạt động:
a). Xét khi góc mở  = 0:

u

U2
a

U2b

U2c

E

ωt

i1
E

ωt
i2
E

ωt
i3
E

ωt

id

SVTH: Dương Đỗ Quốc

O

O

Trang 4

O

O

ωt


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp
2a

=2.Sin ωt

2b
2c

=2.Sin (ωt-2π/3)

=2.Sin (ωt+2π/3)

- Qua hình trên ta thấy:
 Tại thời điểm O1+α (α=0).Phát xung cho T1 -> T1 dẫn, T2; T3
khoá.
a -> T1-> Tải -> 0

ta có: Ud=2a ; i1=

 Tại thời điểm O2+α (α=0).Phát xung cho T2 -> T2 dẫn, T1; T3
khoá.
a -> T2-> Tải -> 0

ta có: Ud=2b; i2=

 Tại thời điểm O3+α (α=0).Phát xung cho T3 -> T3 dẫn, T1; T2
khoá.
a -> T3-> Tải -> 0

ta có: Ud=2c; i3=

Trong đó: R: điện trở của động cơ.
E: suất điện động phản kháng của động cơ.
Id 

ud  E
R

Ud: điện áp chỉnh lưu.
b). Xét khi góc mở   0 :
Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời.
- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp
2a

=2.Sin ωt

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 5


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
2b
2c

=2.Sin (ωt-2π/3)

=2.Sin (ωt+2π/3)

* Khoảng V1 từ thời điểm O1+α -> O2+α
Tại thời điểm O1+α
Phát xung cho T1 -> T1 dẫn, T2; T3 khoá, lúc này:
T1 mở, T2, T3

đóng,

lúc này:

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp U2a :

Ud = U2a

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van T1:

id = Id

= i1
+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0
Trong khoảng V1: U2b từ âm chuyển lên đến khoảng O2+ α,
khi U2b đạt đến đến khoảng O2+ α thì phát xung cho T2 -> T2
mở, đồng thời T1 đóng kết thúc khoảng V 1, bắt đầu khoảng
V2.
* Khoảng V2: từ O2+α -> O3+α
Lúc này :
T2 mở, T1, T3 đóng.
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: Ud = U2b
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van
2: id = Id = i2
+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0:

i1 = i 3 = 0

Trong khoảng V2: U2c từ âm chuyển lên đến khoảng O3+ α,
khi U2c đạt đến đến khoảng O3+ α thì phát xung cho T3 -> T3
mở, đồng thời T2 đóng kết thúc khoảng V 2, bắt đầu khoảng

V3.
* Khoảng V3: từ O3+α -> O4+α
Lúc này :
T3 mở, T1, T2 đóng.
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 6


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: Ud = U2c
+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van
3: id = Id = i3
+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0:

i1 = i 2 = 0

Trong khoảng V3: U2a từ âm chuyển lên đến khoảng O4+ α,
khi U2a đạt đến đến khoảng O4+ α thì phát xung cho T1 -> T1
mở, đồng thời T3 đóng kết thúc khoảng V 3, bắt đầu lại khoảng
V1.
Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải,
tải thuần trở dòng điện id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng
tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn, khi L d
tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id .
Trị trung bình của điện áp tải:

Ud 

2
3

5

6

� 2.U 2 .sin  .d 



6

3 6U 2
.cos   1,17U 2cos .
2

Trong đó :  : Góc mở Thyristor.
Trùng dẫn:

ec  2.U 2 .sin( 

2
)
3

Giả sử T1 đang cho dòng chạy qua, iT1 = Id. Khi cho xung
điều khiển mở T2. Cả 2 Thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy
qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea và eb. Nếu chuyển gốc toạ độ

từ sang ta có:

Điện áp ngắn mạch:

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 7


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình:
Do đó:
Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của
Thyristor nào dương hơn Thyristor đó mới được kích mở. Thời
điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của
các Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất .
Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy
dòng điện qua tải liên tục, mỗi t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu
điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn của các Thyristor nhỏ
hơn .Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình của các
Thyristor đều bằng 1/3 Id .trong khoảng thời gian Thyristor
dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng điện
Thyristor khoá = 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện dây
giữa pha có Thyristor khoá với pha có Thyristor đang dẫn.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián
đoạn phụ thuộc vào góc mở Thyristor .
+Nếu   30  Ud , Id liên tục.
Ud

Id

+Nếu  Ud
> 30  Ud , Id gián đoạn

T2

Id

t

0
I1

t1

t2

t3

t4

α

t

I2
t
I3

t
UT1
t

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 8

Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi = 30o tải thuần trở


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

Ud

Ud

Id

T2

Id
0

t

I1
α

t
I2
t
I3
t
UT1
t

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Hình 1.4 :Giản đồ đường cong khi góc mở = 60o

Trang 9


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 10


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
PHẦN II
THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU

2.1

CHỌN VAN:

Các van được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dông
điện tải, sơ đồ chỉnh lưu, điện áp làm việc,…
Ta có trước các thông số Ud =220v; Pd =37kw
Pd = Ud.Id
=>

Id=Pd/ Ud = 37000/220= 168,18A ≈ 170A

Tra bảng P.2 trang 216 sách Tính Toán Thiết Kế Thiết Bị
Điện Tử Công Suất của Trần Văn Thịnh, ta chọn Thyristors
có mã “ST180S04P1V” có thông số
Umax= 400V
Iđmmax= 200A
Uđk= 3V (Điện áp xung điều khiển)
Iđk= 150mA (Dòng điện xung điều khiển)
Ipik Max=5000 (A) (Dòng điện đỉnh cực đại)
Ih=600mA (Dòng điện tự giữ)
Ir=30mA (Dòng điện rò)
ΔUv = 1,8V (Sụt áp triên Thyristor )
tm= 100μS (thời gian chuyển mạch)
Tmax= 125 (nhiệt độ làm việc cực đại)
2.2

THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG:

2.2.1 Xác định yêu cầu cơ bản :

Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung
mở Thyristor.Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển.
+Điện áp điều khiển Thyristor : Uđk = 3 V
+Dòng điện điều khiển Thyristor : Iđk=150 mA
+Thời gian mở Thyristor: tm= 100μs
+Độ rộng xung xung điều khiển tx=2tm =2.180 =360 µs.
+Tần số xung điều khiển : fx=3 kHz.
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 11


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
+Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U= ±18 V.
+Mức sụt biên độ xung: sx= 0,15
Góc thông tự nhiên của mạch chỉnh lưu tia ba pha dịch
pha so với điện áp pha một góc là 300(nếu lệch mở Thyristor
trước thời điểm góc thông tự nhiên này Thyristor không dẫn
,vì Thyristor pha trước đó đang dẫn,điện áp còn đang dương
hơn).Do đó,điện áp tựa làm nền đưa vào để mở Thyristor cũng
cần dịch pha một góc 300.Để dịch pha điện áp đồng pha đi mộ
góc 300 cần nối biến áp đồng pha có sơ cấp nối tam giác. Khi
đó điện áp thứ cấp mỗi pha biến áp trùng pha với điện áp
dây(điện áp dây dịch pha so với điện áp pha một góc là
300.UAC trên hình.

Góc thông
tự nhiên

UA

U

UC

UB

t

30o



U



UAC
t

1

U

1

2

2

t

Hình 3.1 :Xác định góc thông tự nhiên và khoảng dẫn của Thyristor trong chỉnh lưu ba pha

Khi điều khiển chỉnh lưu tia ba pha ,các Thyristor được
điều khiển giữa pha với trung tính,do đó góc điều khiển van
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 12


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
bán dẫn thường chỉ tính từ góc thông tự nhiên tới khi điện áp
đổi dấu, hay nói cách khác Thyristor chỉ điều khiển với khoảng
dẫn λ=1500.Để làm được việc này ,cần giới hạn giao điểm của
điện áp tựa với điện áp điều khiển tại thời điểm điện áp pha
đổi dấu.
Dịch pha điện áp đồng pha một góc bằng góc thông tự
nhiên(δ =300) còn có thể được thực hiện bằng biểu thức lượng
giác
và

.

Sơ đồ để giải các biểu thức lượng giác trên hình.Các hệ số
được tính:

cos

sin

R2

R0
sin(+

sin
R3

Hình 3.2:Sơ đồ mạch tạo góc dịch pha so với điện áp lưới

2.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

ĐIỆN ÁP TỰA

ĐP
T

Uc

SVTH: Dương Đỗ Quốc

KĐ XUNG

SS

Trang 13


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor .
2.2.3 Nguyên tắc điều khiển :
a) Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính :
Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp :
- Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên
anôt – catôt của Thyristor, thường đặt vào đầu đảo của khâu
so sánh .
- Điện áp điều khiển ( Udk ) , là điện áp một chiều , có thể
điều chỉnh được biên độ . Thường đặt vào đầu không đảo của
khâu so Us
sánh .
Ucm
-Usm
Us

Ucm
ωt

α

π

2π

α

Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng
tuyến tính :
Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là : U d =
Udk – Us ;
Khi Us = Udk thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được
sường xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh . Sườn
xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo ra
xung điều khiển .
Như vậy bằng cách làm biến đổi Udk , ta có thể điều chỉnh
được thời điểm xuất hiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α .
.

U dk
U s max

Giữa α và Udk có quan hệ sau : α =
Người ta lấy Udkmax = Usmax .
b) Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos :
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 14

;


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp :
- Điện áp đồng bộ Us ,vượt trước UAK = Um sinωt của Thyristor
một góc
Us = Um cosωt .
- Điện áp điều khiển Udk là điện áp một chiều , có thể điều
chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm .
Nếu đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của
khâu so sánh thì :
Khi Us = Ucm , ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu
ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái .
Um cosα = Udk ;
U dk
Do đó α = arcos( U m ) ;

Khi Udk = Um thì α = 0 ;
Khi Udk = 0 thì α = ;
Khi Udk = - Um thì α = π ;
Us
UAK
Us

UAK

Um

Ucm

ωt

π

0
α

-Um

2π

Hình 3-4 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss
Như vậy , khi điều chỉnh Udk từ trị Udk = +Um , đến trị Udk =
-Um ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến α .
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử dụng
trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao .
Bằng cách tác động vào U dk ta có thể điều chỉnh được vị trí
xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh được góc mở
-Mạch điều khiển tia 3 pha thường được thiết kế theo
nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính.
-Để tạo thành 1 mạch điều khiển thường sử dụng các linh
kiện: biến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 (công tắc ngưỡng),
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 15


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
tranzitor, máy biến áp xung, các diot và diot zener và một số
linh kiện điện tử khác.
2.3 LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

2.3.1 Vi mạch TCA 780:
a) Giới thiệu:

Hình 3.5 :TCA 780

b) Sơ đồ vi mạch TCA 780:

Hình 3.4

Bảng chú thích :

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 16


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

Vi

Pin
Chân
1
2
3
4

5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
mạch TCA

Symbol
Kí hiệu
GND

Function (Chức năng)

Ground
Nối đất
Output 2 inverted
Đầu ra
QU
số 2 đảo
Output U
Đầu ra
U
Output 1 inverted
Đầu ra

số 1 đảo
VSYNC
Synchronous voltage Điện áp
đồng bộ
I
Inhibit
Chân
QZ
khoá
Output Z
Đầu ra
Z
VREF
Stabilized voltage
Điện áp
chuẩn
R9
Ramp resistance
Điện trở
C10
tuyến tính
Ramp capacitance
Tụ
tuyến tính
V11
Control voltage
Điện áp
điều khiển
C12
Pulse extension

Mở rộng
xung
L
Long pulse
Xung dài
Q1
Output 1
Đầu ra
Q2
số 1
Output 2
Đầu ra
số 2
Vs
Supply voltage
Điện áp
nguồn nuôi
780 còn được gọi là công tắc ngưỡng.

-Được bán rộng rãi trên thị trường, vi mạch này do hãng
Siemens chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị
chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều.

SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 17


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển

hình tia ba pha
-TCA 780 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một
mạch điều khiển:
+‛‛Tề đầu” điện áp đồng bộ.
+Tạo điện áp răng cưa đồng bộ.
+So sánh.
+Tạo xung ra.

Hình 3.5: Vi mạch TCA780

-Có thể điều chỉnh góc mở α từ 00 đến 1800 điện.
-Thông số chủ yếu của TCA 780:
+Điện áp nuôi: Us = 18 V
+Dòng điện tiêu thụ: IS = 10 mA
+Dòng điện ra: I = 50 mA
+Điện áp răng cưa: Ur max = (US – 2) V
+Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa:
500 k
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 18

R 9 = 20 k -


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
+Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 – (Us – 2) V
+Dòng điện đồng bộ: IS = 200 A

+Tụ điện: C10 = 0,5 F
+Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz
2.3.2 Khâu khuếch đại xung:
-Xung ra trên vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để có thể mở
Thyristor, do đó cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để có
thể mở Thyristor động lực.
-Khuếch đại tạo xung gồm các linh kiện: transistor, biến áp
xung, diot và các điện trở phân cực cho tranzitor.
a) Sơ đồ 1 pha của khâu khuếch đại xung:

b) Chức năng của các linh kiện:
- Dz1:diot ổn áp,ổn định điện áp đầu vào của khâu khuếch
đại .
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 19


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
- D3: hướng dòng cung cấp cho transistor.
- D2, Dz2: hạn chế quá điện áp trên cực colector và emitor
của transistor.
- R1, R2: điện trở hạn chế dòng phân cực IB của transistor.
- Rc:điện trở hạn chế dòng collector.
- D4:ngăn chặn xung áp âm có thể có khi T bị khóa.
- Rg: hạn chế dòng điều khiển
- R3: điều khiển biên độ và sườn xung ra.
c) Hoạt động của sơ đồ khuếch đại xung:

Giả sử tín hiệu vào Uc (là tín hiệu logic) được lấy từ chân
15 (và 14) của TCA 780.
-Khi Uc = “1” (mức logic 1) thì tranzitor dẫn bão hoà
Giả sử khi t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L của
biến áp xung ngăn không cho ngay, mà dòng I c tăng từ từ
theo hàm mũ .
với
-Khi Uc = “0” (mức logic 0) thì Dz1 bị chặn lại và tranzitor bị
khoá.
Khi t = t1 Uc = “0” ta có:
Tranzitor bị khoá  Ic = 0
Vậy nếu không có diot D2 thì năng lượng sinh ra quá điện áp
trên cực C và E, quá điện áp có thể vượt quá 100V nên có thể
phá huỷ transistor.
Khi có D2: UCE = UC – UE = 0,8 (V) thì D2 mở cho dòng chạy
qua làm ngắn mạch 2 điểm C, F trên cuộn sơ cấp máy biến áp
xung.
Do đó: UCE = US + 0,8 (V)
d) Khâu truyền hàm điều khiển:
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 20


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

R3

Rg

Khi có xung ở cuộn dây thứ cấp của máy biến áp xung,
xung này truyền qua D4 đến điều khiển mở Thyristor khi T
được phân cực thuận.

U df1

Hình 3.5: Sơ đồ 1 pha điều khiển Thyristor.

R1
R9 C10 C12

DZ1 R2
14
12
10

R5

5

1

TCA780

11
16 13 6

8

+18V

UA

9

D2
15

U dk

Dz2

Tr

+18V

D4

2.4 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

t

U5
Uv

t

U1

0
Ud

t

k
U15

t

U14

t

U'15

t

U14

t

Udk
t

t

SVTH: Dương Đỗ Quốct1

t2

t3 t4
Trang
21

t5

Hình 3.6 : Giản đồ đường cong mạch điều khiển.


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha

 Hoạt động của sơ đồ :
-TCA 780 hoạt động theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng
tuyến tính .
+Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16
V)
+Us = Uc – Uv : khi Uc = Us tức Uv =0 thì TCA làm nhiệm vụ
so sánh và tạo xung ra. Bằng cách làm thay đổi U dk có thể
điều chỉnh thời điểm xuất hiện xung ra tức điều chỉnh được
góc mở
+Tụ C10: tham gia vào khâu tạo ra điện áp răng cưa, nó
được nạp bằng dòng điện i từ chân số 10 và dòng i được điều
chỉnh bằng R9 (thường R9 = 20 k - 500 k).
Dòng điện i được tính:
(Thường chọn R9 = 200 k)
(Thường chọn C10 = 0,5 F)
+Tại thời điểm t = t 0, U10 = Uc = U11, xuất hiện xung

dương ở chân 15 nên V(t)>0, xuất hiện xung ra ở chân 14
nếu V(t)<0
Góc mở
Vậy góc mở biên thiến từ (0 – 180 0 điện)cũng có thể thay
đổi bằng cách thay đổi Uc hoặc R9.
+Tụ C12 có tác dụng khuếch đại độ rộng xung ra. C 12 có
thể chọn 0 – 100 pF. Muốn có độ rộng xung lớn có thể chọn
C12 > 300 pF.
+US : điện áp nguồn nuôi từ các chân 6, 13, 16 với điện áp
1 chiều (18 V)
( Trong các khoảng t1 → t2 , t4 → t5 ) ta sẽ có xung Udk làm
mở thông các Tranzitor, kết quả là ta nhận được chuổi xung
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 22


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
nhọn Xdk trên biến áp xung , để đưa tới mở Thyristor T .
Điện áp Ud sẽ suất hiện trên tải từ thời điểm có xung
điều khiển đầu tiên , tại các thời điểm t2 , t4 trong chuổi xung
điều khiển , của mổi chu kỳ điện áp nguồn cấp , cho tới cuối
bán kỳ điện áp dương anôt.
Hiện nay đã có nhiều hãng chế tạo các vi xử lý chuyên
dụng để điều khiển các thyristor rất tiện lợi. Tuy nhiên những
linh kiện loại này chưa được phổ biến trên thị trường .
Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng 3
Thyristor ta chỉ cần sử dụng xung ra lấy từ chân số 15.

+Để có được xung điều khiển lần lượt cho cả 3
Thyristor cần có 3 vi mạch TCA 780 đảm nhận.
2.5 TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ VÀ PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU
KHIỂN:
2.5.1 Tính chọn các phần tử trong khâu khuếch đại
xung:
Chọn diot D4 dùng điều khiển của Thyristor ST180S04P1V:
US = 18 V, Ig = 300 mA
Chọn diot D4 loại S310 của Liên Xô với các thông số:
UCE = 40 V, UBE = 3 V, Ic max = 300 mA, = 13 – 25
Với IC = 150 mA, chọn = 20
Điện trở Rc:

Tính chọn R1:
Chọn D2, D3 loại S310 có các thông số:
I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆UD3 = 0,6 V
Diot Dz2 là loại diot zener loại 1W3815 có các thông số:
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 23


Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
Imax = 264 mA, U0N = 16 V, Pmax = 2 W
Tính chọn Dz1 và R2:
Dòng điện ra từ chân 14 và 15 qua diot D1 là 50 mA
Biên độ xung ra Ux = 16 V
Chọn Dz1 là diot zener loại KU139A có các thông số

U = 3,7 V; Imax = 70 mA; Imin = 30 mA
Dòng điện ra trên chân 14 và 15 qua diot D1 là 50 mA.
Biên độ xung ra Ux = 16 V
Điện trở R2 được tính như sau:
Chọn Tranzitor công suất Tr loại 2SC9111 làm việc ở chế độ
xung có các thông số :
+Tranzitor loại n-p-n,vật liệu bán dẫn là Si.
+Điện áp giữa colecto và bazơ khi hở mạch emito:U CB0
=40 V.
+Điện áp giữa emito và bazơ khi hở mạch colecto: U EB0 =4
V.
+Dòng điện lớn nhất ở colecto có thể chịu đựng :
Icmax=500 mA.
+Công suất tiêu tán ở colecto :PC=1,7 W.
+Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: T1 =1750C.
+Hệ số khuếch đại :  =50.
+Dòng làm việc của colecto: IC3=I1= 50 mA.
+Dòng điện làm việc của bazơ: IB3=IC3/=50/50=1 mA.
Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn có công suất điều
khiển khá bé Udk=3 V, Idk=0,15 A
2.5.2 Chọn các phần tử bên ngoài TCA 780:
R9  100(k )
Ta chọn :
;
;
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 24

Đồ án môn học
Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu điều khiển
hình tia ba pha
2.5.3 Tính toán máy biến áp đồng pha:
Máy biến áp đồng pha là máy biến áp tạo nguồn cung cấp
cho TCA 780.
Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn, có sơ đồ nối dây ∆∕Ү
để tạo ra độ lệch 30 0 một cách tự nhiên, đồng thời tạo ra sự
đồng pha của máy biến áp thứ cấp.
Độ dài xung răng cưa của cả độ dài của máy biến áp đồng
pha với điện áp điều khiển cực đại là:
TCA có dòng vào đồng bộ khoảng I5 = 200
Vậy điện trở R5 được tính như sau:
Tỉ số biến áp của máy biến áp đồng pha:
n

U1
220

 2,39
U 2 91,954

Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là:

I1 

I 2 200

 83, 68(  A)
n 2,39

Công suất của máy biến áp đồng pha:
S = 3 . U1 . I 1 = 3 . 220 . 83,68.10-6 = 55,22.10-3 (W)
Công suất của máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ.
2.5.4 Tính chọn biến áp xung:
Tỉ số biến áp của biến áp xung được tính theo công thức:
(Thường m = 2 -3 ) Chọn m = 2
Vậy điện áp sơ cấp của biến áp xung là:
U1 = m . UX = 2 . (7 + 0,6) = 15,2 (V)
Với UX = Uq + ∆Up = (7 + 0,6) (V)
Dòng điện sơ cấp của biến áp xung:
 Mạch từ:
SVTH: Dương Đỗ Quốc

Trang 25