Dang nhat minh 20091770 hệ điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển có nhiệm vụ tạo nguồn dòng

Báo Cáo Bài tập lớn:
Thiết kế Điện tử công suất.
Đề tài:thiết kế hệ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển tạo nguồn dòng
với các số liệu như sau:
(đề 1-phương án 2)
Nguồn vào AC
3 pha (50Hz)

Dòng tải max
(A)

Dòng tải min
(A)

Trở tải (  )

Điện cảm tải
(L)

120

10

8

2




15%

3x660V

Giảng viên hướng dẫn :Phạm Quốc Hải
Họ Tên SV

:Đặng Nhật Minh

MSSV

:20091770

Lớp

:DKTDH3-k54

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 1


Mục Lục
1.tổng quan về mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển: ................... 3
2.khâu đồng bộ: .............................................. 4
3.khâu tạo điện áp tựa: ......................................... 6
4.Khâu so sánh: .............................................. 9
5.Khâu tạo xung : ............................................ 11
5.1 Tạo xung đơn bằng mạch vi phân RC: ......................... 11
5.2 Tạo xung kép bằng cách ghép 2 xung đơn bằng diot: .............. 12
6.Khâu khuếch đại xung: ....................................... 14

7.khâu tạo luật điều khiển: ...................................... 15
8.Kết quả mô phỏng: .......................................... 18
Tài liệu tham khảo: ........................................... 20

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 2


1.tổng quan về mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển:
Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong thực tế với
nhiều dạng sơ đồ khác nhau.về cơ bản,mạch mắc trực tiếp với lưới sử dụng 6
van bán điều khiển thyristor mắc dạng cầu để điều khiển tạo nguồn áp hoặc
nguồn dòng ở đầu ra.cụ thể:

Mạch được mắc trực tiếp với lưới điện 3 pha.nhiệm vụ của người thiết kế là xây
dựng mạch điều khiển 6 van thy1-6 để tạo nguồn dòng(hoặc áp ) mong
muốn.nguyên tắc thiết kế được sử dụng theo sơ đồ điều khiển dọc như sau:

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 U tựa dưới dạng răng cưa rồi đem so sánh nó
với Udk.khâu so sánh SS có nhiệm vụ xác định điểm cân bằng của 2 điện áp
U tựa và Udk để phát động khâu tạo xung TX,sau đó qua khâu khuếch đại
xung KDX để đưa ra các giá trị Ugk điều khiển van thyristor.như vậy trong
nguyên tắc điều khiển này điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay
đổi do sự thay đổi của trị số Udk,trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều
dọc của trục biên độ.
Đặng Nhật Minh-20091770

Page 3

2.khâu đồng bộ:
Khâu đồng bộ có 2 chức năng:
1.Đảm bảo quan hệ về góc cố định với điện áp của van lực nhằm xác định
điểm gốc để tính góc điều khiển α,và mạch có tên gọi là mạch đồng pha.
2.hình thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động của khâu
tạo điện áp tựa phía sau nó,mạch này là mạch đồng bộ,hoặc mạch phát xung
nhịp.
Bởi vây,với khâu này sử dụng máy biến áp là hợp lí hơn cả vì máy biến áp
cho phép đạt được 2 mục tiêu:
 Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù hợp với
mạch điều khiển thường là điện áp thấp(<36V)
 Cách li hoàn toàn về điện áp giữa mạch điều khiển và mạch lực.điều
này đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như an toàn cho linh
kiện điện tử.
ở đây,ta sử dụng 3 máy biến áp để tạo 6 mạch đầu vào tương ưng cấp nguồn
cho 6 bộ điều khiển của 6 van lực.mạch đấu kiểu ∆/* như sau:

Điện áp mạch lực được hạ xuống theo tỷ lệ đặt trong máy biến áp.ở đây điện
áp ra của máy biến áp đồng pha hoặc chậm pha hơn 900 vs điện áp mạch lực
(tùy thuộc vào cáchđấu và chiều quấn dây của máy biến áp)và có biên độ
14V.kết quả mô phỏng:

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 4


Điện áp pha A:

Điện áp ra sau máy biến áp tương ứng cùng cực tính:

Điện áp ra sau máy biến áp tương ứng ngược cực tính:

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 5


3.khâu tạo điện áp tựa:
Khâu này tạo ra điện áp tựa dạng răng cưa.cụ thể là tạo răng cưa phi tuyến đi
xuống nửa chu kì.sơ đồ mạch mắc như sau:

Tính tốn thơng số trong mạch:
 Mạch có nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa với Urc max=10V.
 Chọn VCC1 và VCC2 có giá trị 12V.
 Chọn diot ổn áp BZX79 loại 10V có phạm vi làm vdonfg làm việc
(1-20) mA
Chọn tụ C=0.33uF,tính R5:


R5 

E  0.7 T
12  0.7 0.02

 34, 24.103 
6
U oa.C 2 10.0,33.10 2

Chọn điện trở 27 k  mắc nối tiếp 1 biến trở 20k  ở vị trí R5.

Tính điện trở R4:
Dựa trên nguyên tắc iR4 >> iR5 và chọn thời gian nạp tn = 1ms ta có :
Đặng Nhật Minh-20091770

Page 6


R4 

tn
0.01

 1, 69k 
VCC1
12
6
C.ln(
) 0.33.10 .ln(
)
VCC1  U c max
12  10

Chọn R4 =1k  .
Kiểm tra dòng làm việc qua diot ổn áp:
Ioa=iR4-iR5.khi điôt ổn áp thong điện áp rơi trên R4 là :
U R 4  VCC1  U c max  12  10  2V

=> I R 4 

U R4
2

 2.103 A  2mA
R4 1.103

Dòng điện qua R4:
I R5 

VCC1  0.7
12  0.7

 0.33.103 A  0.33mA
3
R5
34.24.10

Vậy dòng làm việc của điot ổn áp:
ioa  iR 4  iR5  2  0.33  1,37mA giá trị này nằm trong vùng làm việc của điơt ổn áp.

Các phần tử cịn lại:
 R3,R2 dựa vào dòng qua T2 lớn nhất:
VCC1 12

 12mA và với điện áp E=12V,chọn T2 là loại AC125(p-n-p) có
R4
1000

Tham số Ucemax=45V;β=120;Icmax=40mA.
Từ đây ta tính được:
R3 

T 2 .R4
s



120.1000
 60.103 
2

Theo sơ đồ mắc mạch ở trên,khi điện áp đồng bộ ở nửa chu kì dương sẽ làm
cho T1 mở,dịng qua T1 sẽ chảy từ nguồn VCC1 qua điện trở R2 và R3 ,gây sụt
áp trên R2 tạo điện áp thuận mở T2 cho nên T2 cũng dẫn theo.dòng qua T2 sẽ
nạp cho tụ C với hằng số thời gian nạp là R2C(nạp phi tuyến).tụ Cđược nạp cho
đến trị số của ổn áp Z2 thì dừng lại,đến đây là hết cho giai đoạn chuổn bị cho
việc tạo răng cưa.nửa chu kì sau,khi điện áp đồng bộ chuyển sang âm sẽ làm
Đặng Nhật Minh-20091770

Page 7


transistor t1 khóa nên dịng qua T1=0.lúc này điện áp điều khiển của T2
(Ube)bằng điện áp rơi trên điện trở R3.để mạch hoạt động đúng ta cần T2 cũng
khóa vì vậy phải chọn điện trở R3 nhỏ hơn nhiều lần R2 để đảm bảo phân bố
điện áp VCC1 chủ yếu rơi trên R2 còn điện áp rơi trên R3 nhỏ khơng đáng kể.vì
vậy,chọn:
o R3 =10 

o R2 =10k 
Bóng T1,T3 đều chọn loại BC108.
Kết quả mô phỏng:

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 8


4.Khâu so sánh:
Sử dụng sơ đồ so sánh kiểu 2 cửa:”điện áp cần so sánh được đưa tới 2 cực
khác nhau của OA.

Điện áp ra sẽ tuân theo quy luật:
U ra  K 0 .U  K 0 (U   U  ) với K0 là hệ số khuếch đại của OA.

Điện áp điều khiển được đưa vào cửa (+),cịn điện áp tựa đưa vào cửa (-) có
nghĩa là:
U ra  K0 .U  K0 (U Dk  U tua )

Do đó khi Udk>Utưa thì Ura=+Ubh và ngược lại;khi UdkKết quả mơ phỏng:

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 9


Đặng Nhật Minh-20091770

Page 10


5.Khâu tạo xung :
5.1 Tạo xung đơn bằng mạch vi phân RC:

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:
i (t  t x ) 

t
2.U bh ttx 2.U bh 1,8
2.U bh 1,8
.e 
.e t 
.e  1mA
Rtd
Rtd
Rtd

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

2.U bh 1.8
2.10,5
.e 
 3, 47.103 
3 1,8
i (t x )

1.10 .e

Điện trở R9 phải nhỏ hơn nhiều so với điện trở R8 để đảm bảo dòng chủ yếu
chạy qua R9 vì vậy nên chọn R8 gần với giá trị Rtd.
 Chọn R9  3,9k 


R8 

R9 .Rtd
3,9.103.3, 47.103

 31, 47.103  =>chọn R8  30k 
R9  Rtd 3,9.103  3, 47.103

 Xác định giá trị tụ điện C từ hằng số thời gian cảu mạch t=Rtd.C,trong đó vì
đã chọn quan t=1,8tx=100us nên:
o C

tx
t
100.106


 16.109 F ;chọn C=22nF
3
Rtd 1,8.Rtd 1,8.3, 47.10

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 11


Kết quả mô phỏng:
Vso sánh:

Vxung đơn:

Tương quan giữa Vso sánh và Vxung đơn:

5.2 Tạo xung kép bằng cách ghép 2 xung đơn bằng diot:
Sử dụng 2 xung đơn tạo ra từ mạch phát xung của 2 van liền kề (vd:van 1-2;van
6-1…) ghét với nhau bằng 2 diot ta tạo ra được xung kép:
Vxung kép:

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 12


Tương qua giữa Vxung đơn và Vxung kép

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 13


6.Khâu khuếch đại xung:
Sử dụng biến áp xung để khuếch đại xung kép thu được ở trên theo sơ đồ:

Lúc này,xung kép tạo ra ở khâu trên có vai trị là tín hiệu đóng mở MOSFET.khi
có xung chạy qua,MOSFET mở làm biến áp xung hoạt động và ngược lai,khi
khơng có xung thì MOTFET khóa thì đầu ra của biến áp xung =0.Giá trị điện áp
đỉnh của xung đầu ra cấp vào cực g điều khiển van thyristor trong mạch lực
=Ecs.ở đây chọn Ecs=15V.kết quả mô phỏng:

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 14


7.khâu tạo luật điều khiển:
Sơ đồ cấu chúc của hệ:

Trong đó:
 Uiđặt:điện áp đặt định mức.ở đây lấy Uiđặt =10V.
 Rt  8


Tt 

Lt 2
  0, 25( s )
Rt 8

 Kbbd:hệ số khuếch đại bộ biến đổi.đầu vào của khâu này là điện áp điều
khiển có giá trị định mức 10V.đầu ra U d  I ddm .Rt  120*8  960V
 Kbbd 

Tbbd 

Ud
960

 96
U i _ dat 10

1
T

2. f1.mdm 2.mdm

Tdk<< chọn xấp xỉ =0.
Với: f1=50hz-tần số lưới
Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha nên mdm=6
=> Tbbd 

1
T
0, 02


 1, 67 ms
2. f1.mdm 2.mdm
2.6

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 15

Với ki: hệ số tỷ lệ của mạch phản hồi dòng điện phải đảm bảo khi dòng tải định
mức là 120 A thì điện áp phản hồi U=10V nên hệ số khuếch địa mạch phản hồi
dòng là:
Ki 

10
 0, 0834
120

Ti:hằng số thời gian của mạch phản hồi dòng điện,chọn Ti=1ms

Như vậy,hàm truyền hệ hở của đối tượng:
1
.K i
Rt
Ss 
(1  s.TBBD ).(1  s.Tt ).(1  s.Ti )
K BBD .





96.0,125.0, 0834
1

(1  0, 25.s )(1  0,00167.s )(1  0,001.s ) (1  0, 25.s )(1  0,00167.s )(1  0, 001.s )

   k  1


Các hệ số T1  0, 25
T  0,00167  0, 001  0, 00267
 

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 16


Xác định hàm truyền của khâu điều chỉnh theo phương pháp tối ưu modul
có:
Kp 

Ki 

T1
0, 25

 46,8
2.k .T 2.0, 00267
kp
T1



46,8
 187, 2
0, 25

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 17


8.Kết quả mô phỏng:
Với yêu cầu đầu bài đặt ra là dùng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha tạo nguồn
dòng,tải RL cố định.ứng với mỗi cấp điện áp tương ứng trong Uđặt tạo ra
nguồn dòng tương ứng với:
 Dòng tải max =120 A
 Dòng tải min =30 A
Giá trị điện áp Ui_dat từ 0-10V
Sơ đồ xây dựng tổng quát:

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 18


Ta được kết quả mơ phỏng:
1. Với Ui_dat=10V,đáp ứng dịng tải đầu ra là 120 A:

2. Với Ui_dat=8V,đáp ứng dòng tải đầu ra là 96 A

3. Với Ui_dat=5V,đáp ứng dòng tải đầu ra là 60 A

4. Với Ui_dat=2.4V,đáp ứng dòng tải đầu ra dao động trong khoảng 30A với
biên độ dao động lớn 1V đây cũng là giới hạn cuối cùng cho phép dòng
tải ra min.hạ điện áp đặt xuống nữa thì nguồn dịng khơng cịn cung cấp
dịng ra tải ổn định.khi Ui_dat=0V thì dịng tài =0.

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 19


Tài liệu tham khảo:
 Hướng dẫn thiết kế điện tử cơng suất-tác giả:Phạm Quốc Hải
 Lí thuyết điều khiển tuyến tính-tác giả:nguyễn Dỗn Phước
 Phân tích và giải mạch điện tử công suất-tác giả:Phạm Quốc Hải,Dương
Văn Nghi
 internet

Đặng Nhật Minh-20091770

Page 20