Báo cáo bài tập dài hệ điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển có nhiệm vụ tạo nguồn dòng

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI
Họ và tên : Nguyễn Anh Tuấn
SHSV: 20092988
Lớp: ĐK & TĐH 3 – K54
Đề 1 – Phương án 1
Hệ điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển có nhiệm vụ tạo nguồn dịng với số liệu:
Phương
Án

Nguồn AC
3
pha(50Hz)

Dịng tải
max(A)

Dịng tải
min(A)

Trở
tải(Ơm)

Điện cảm
tải (H)

1

3x380V

80

15

3

1.5

u cầu:
1. Chọn mạch phát xung và tính tốn các linh kiện trong mạch.
2. Tổng hợp hệ và chọn luật điều khiển.
3. Mô phỏng hệ điều khiển và tồn bộ hệ thống kín.
Chú thích: độ dao động của điện áp nguồn ±15%.

1. Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển


Đây là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế.
Ưu điểm:
- Cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha
- Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%)
- Công suất máy biến áp cũng xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo lưới
điện ít hơn các loại khác.
Nhược điểm: Sụt áp trên van gấp đơi sơ đồ hình tia vì ln có hai van dẫn để
đưa dịng ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp tải dưới 10V.
Do có nhiều ưu điểm vượt trội nên chỉnh lưu cầu 3 pha được sử dụng rộng
rãi với dải công suất rất rộng, từ nhỏ đến hàng nghìn KW.
Mạch van được đấu thành 2 nhóm: Nhóm van đánh số lẻ đấu chung katot;
nhóm đánh dấu chẵn đấu chung anot. Xung điều khiển được phát lần lượt
theo đúng thứ tự đánh số từ THY1 đến THY6 cách nhau 60̊ điện; còn trong
mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 120̊.
Ngun tắc thiết kế được sử dụng theo sơ đồ điều khiển dọc: Điện áp lưới 3

pha đầu vào được đồng bộ với phần điều khiển van qua các biến áp để tạo
Udb, sau đó tạo Utựa dưới dạng rang cưa rồi đem so sánh với Uđk để phát
động khâu tạo xung TX. Sau đó qua khâu khuếch đại xung KĐX để đưa ra
các giá trị Ugk điều khiển van.

Ulực

Udb

ĐB

Urc

Utựa

Uss

SS

Udx

TX

Ugk

KĐX


Udk

2. Khâu đồng bộ:
Đối với khâu này ta sử dụng 3 máy biến áp để tạo 6 mạch đầu vào cấp nguồn
cho 6 bộ điều khiển của 6 van lực. Sử dụng máy biến áp, cho phép đạt được
2 mục tiêu sau:
- Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với
MĐK thường là điện áp thấp, theo quy chuẩn về an toàn là dưới 36V.
- Cách ly hoàn toàn về điện giữa MĐK với van lực. Điều này đảm bảo an
toàn cho người sử dụng cũng như cho các linh kiện điều khiển.
Sơ đồ 3 máy biến áp dùng trong mạch điều khiển chung như sau:

Với số liệu đề bài, nguồn AC 3 pha (50Hz) là: 3x380V ta có kết quả mơ
phỏng:


Với :
- Đồ thị 1: Vpha_A
- Đồ thị 2: Vdp1
- Đồ thị 3: Vdp2
3. Khâu tạo điện áp răng cưa:

Khâu này tạo điện áp tựa dạng răng cưa phi tuyến đi xuống nửa chu kỳ.
Ta cần tạo điện áp răng cưa với Urcmax=10V
- Chọn E là +-12V


- Chọn điot ổn áp BZX79 loại 10V có phạm vi dịng làm việc (1 -> 20mA)
- Tính R5:
Chọn tụ C=0,33uF:

Chọn điện trở 27kΩ nối tiếp với 1 biến trở 20kΩ ở vị trí R5

- Tính R4:
Dựa trên nguyên tắc iR4 >> iR5 và chọn thời gian nạp tn = 1ms ta có :

Chọn R4=1kΩ.
Kiểm tra dịng làm việc điot ổn áp:

Khi điot ổn áp thông điện áp rơi trên R4 là:

Suy ra:

Dòng điện qua R5 bằng:

Vậy dòng làm việc của điot ổn áp:


Giá trị này nằm trong vùng làm việc của điot ổn áp.
- Các phần tử khác:
R3, R2 dựa vào dòng qua T2 lớn nhất: E/R4=12/1000=12mA và với điện
áp E=12V chọn T2 loại AC125 (p-n-p) có tham số: Ucemax=45V;
β=120; Icmax=40mA.
Từ đây ta tính được:

Chọn R3=47kΩ.
Lấy R2=0,3R3=14,1kΩ. Chọn R2=12kΩ.
Các Transistor T1, T3 đều chọn loại BC108.
Kết quả mô phỏng: Vrangcua:


4. Khâu so sánh:

Đây là sơ đồ so sánh kiểu 2 cửa.
Trong kiểu này hai điện áp cần so sánh được đưa tới hai cực khác nhau
của OA.
Điện áp ra sẽ tuân theo quy luật:
Với Ko là hệ số khuếch đại của OA.
Tùy thuộc vào điện áp tựa và điều khiển đưa vào cửa nào mà điện áp ra xuất
hiện sườn xung âm hoặc dương ở thời điểm cân bằng giá trị giữa chúng.
Nếu điện áp điều khiển đưa vào cửa (+), còn điện áp tựa đưa vào cửa (-) có
nghĩa là u+≡udk và u-≡utựa thì điện áp ra là:

Do đó khi
Mơ phỏng:

thì

; khi

thì


5. Khâu tạo xung đơn:

Tính khâu tạo xung kim với tx=100us:
Lấy tx=1,8t.với t=Rtd.C2=(R8//R9).C
Để đảm bảo đến cuối xung dòng vào bong T vẫn đạt giá trị yêu cầu
1mA,ta có:

Từ đây rút ra,trong đó lấy Ubh=E-1,5V=12-1,5=10,5V ta được:

Điện trở R9 phải nhỏ hơn nhiều so với điện trở R8 để đảm bảo dịng chủ

yếu chạy qua R9 vì vậy nên chọn R8 gần với giá trị Rtd.
Chọn R9=3,9kΩ


Xác định giá trị tụ điện C từ hằng số thời gian của mạch t=Rtd.C trong đó
vì đã chọn tx=t,8t =100us nên:

Chọn C=22nF
Kết quả mô phỏng:

Đồ thị 1: Vss ; Đồ thị 2: Vxungdon
6. Tạo xung kép:
Khâu này ta ghép xung bằng điot.
Khi đầu vào của KĐX là transistor, ta có thể ghép xung đơn thành xung
kép bằng điot. Kiểu này thích hợp với nhiều loại TDX khác nhau, vì vậy
được dùng khá nhiều trong thực tế.
Mô phỏng: Vxungkep


7. Khâu khuếch đại xung ghép bằng biến áp xung:

Phương pháp ghép này thơng dụng nhất hiện nay vì dễ dàng cách ly điều
khiển và lực, tuy nhiên do tính chất vi phân của biến áp nên không cho
phép truyền các xung rộng vài mili giây. Chính vì tính chất này mà người
ta phải truyền xung rộng dưới dạng xung chum để biến áp xung hoạt
động bình thường.
Mơ phỏng
Đồ thị 1: VP1
Đồ thị 2: Vxungkep và VP1

8. Khâu tạo luật điều khiển:
Sơ đồ cấu trúc của hệ:

+ Ri ( p ) là hàm truyền của khâu điều chỉnh dòng điện xác định được khi tiến
hành tổng hợp hệ
+ Ui đặt: điện áp đặt định mức (là lượng đặt dòng điện),tương ứng với dòng
điện định mức 80(A),chọn bằng 10V
+ Tt:là hằng số thời gian của tải ,trong đó Lt là điện cảm của cuộn dây có giá
trị bằng 4H
Suy ra:
+ KBBĐ: hệ số khuếch đại bộ biến đổi .Đầu vào của khâu này là điện áp điều
khiển có giá trị định mức là 10V. Đầu ra của khối này là điện áp chỉnh lưu
Ud và áp điều chỉnh đạt trị số sao cho dòng tải định mức (80A),vì vậy khi
điện trở là 3Ω thì điện áp qua bộ chỉnh lưu tương ứng định mức phải bằng :
Ud = Idđm . Rt = 80.3 = 240 V
KBBĐ = Ud/Uđđm = 240/10 =24
+ TBBĐ:hằng số thời gian của bộ biến đổi ,ở đây là chỉnh lưu cầu 3 pha nên có
giá trị là:

TBBD 

1
T

2. f1.mdm 2.mdm


Trong đó:
+ f1: tần số lưới 50Hz ,chu kỳ T=0.02s

+ mđm: là hệ số đập mạch chỉnh lưu phụ thuộc vào sơ đồ mạch van .Mạch
chỉnh lưu cầu 3 pha thì mđm= 6
Vì vậy hằng số thời gian bộ biến đổi ở đây là

TBBD 

T
0.02

1, 67ms
2.mdm
2.6

+ki: Hệ số tỷ lệ của mạch phản hồi dòng điện phải đảm bảo khi dịng tải là
định mức (80A) thì điện áp phản hồi bằng điện áp định mức U iph=10(V).nên
hệ số khuếch đại mạch phản hồi dòng điện phải là:

Ti:là hằng số thời gian của mạch phản hồi dòng điện ,thường lấy bằng 1ms
Tính tốn các thơng số:

K BBD
 1  s.TBBD   1  sTdk 

Ki
1  s.Ti

Chọn Tđk=1ms
Ta tính tốn được như sau:

Ki

1  s.Ti


Ki
0.125

1  s.Ti 1  0.001s

0.125
1  0.001s

Tổng hợp mạch vòng dòng điện như sau:
Đặt: Ts Tdk  Ti  TBBD 1  1  1.67 3.67ms

Hàm truyền của sơ đồ:
K BBD K i
Rt
S01 ( s) 
(1  T s .s )(1  Tu .s )

Điều kiện: Ts Tu
Sử dụng tiêu chuẩn tối ưu modun ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh
dịng điện có dạng khâu PI:


Ri ( s) 

1  Tu .s
K BBD .K i
a Ts s

Ru

Thay số vào ta được: Chọn a=2

Vậy: Xác định hàm truyền của khâu điều chỉnh theo tổng hợp mạch ta có:
+ Kp=68
+ Ki=136
Sơ đồ cấu trúc đầy đủ của hệ:
0.125
1  0.001s


9. Kết quả mô phỏng:
Sơ đồ mạch

Với Ui_dat=10V


Ui_dat=5V

Với Ui_dat=1.8V