Tài liệu Đồ án môn học điện tử công suất - tính toán mạch điều khiển pdf

Đồ án mơn học điện tử cơng suất
*************************************************************
CHƯƠNG V :
TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
1. Máy biến áp xung:

chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit AM. Lõi có dạng hình xuyến ,làm việc trên
một phần của đặc tính từ hố có
ΔB=0,3T và ΔH=30A/m ,khơng có khe hở khơng khí :
Tỷ số biến áp xung m=3
Độ rộng xung tx=40 μ s
Độ sụt đỉnh xung: sx=0,05.
+> điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung :
U2=Udk=3V
+> điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung :
U1= mU2 = 3*3 = 9(V)
+> dòng điện thứ cấp BA xung :
I2=Idk=150mA
+> dòng điện sơ cấp BA xung:
I1=I2/m=150/3= 0.05A
Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt:
μ tb =

ΔB
0,3
=
= 7957.75
μ o ΔH 4π * 10 −7. * 30

μ 0 =4* Π * 10 −7 (h/m) _ độ từ thẩm của khơng khí
********************************************************************* 25

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án mơn học điện tử cơng suất
*************************************************************
+> thể tích lõi thép cần có :
V=Ql=
μ tb μ o s x t xU 1 I 1 7957.75 * 4π 10 −7 * 0.05 * 40 *10 −6 * 9 * 0.05
=
0,3 2
ΔB 2
=0.1(cm3)
chọn v=0.123 cm3 tra bảng

Tra bảng thông số các loại loĩ thép xuyến trên ta chọn lõi thép có
các thơng số như sau:
Q=0.03(cm2), a=1(mm), b=3(mm), D=14(mm), d=12(mm)
Số vịng dây quấn sơ cấp:
U 1t x 9 * 40 *10 −6
=
= 400 (vũng)
w1=
ΔBQ 0,3 * 3.10 −6

Số vòng dây quấn thứ cấp:
w2=

w1 400
=

=134(vòng)
m
3

tiết diện dây quấn sơ cấp :
S1=

I 1 0,05
=
=0.00833(mm2)
j1
6

Chọn mật độ dịng điện j1=6(A/mm2)
Đường kính dây quấn sơ cấp:
d1 =

4 S1

π

=

4.0,00833
=0,103(mm)
3,14

tiết diện dây quấn thứ cấp :
S2 =

I 2 0,15
2
=
= 0,0375(mm )
j2
4

Chọn mật độ dịng điện j2=4(A/mm2)
đường kính dây quấn thứ cấp :
d2=

4S 2

π

=

4.0,0375
=0,2185(mm)
3,14

chọn dây có đường kính d2=0.22 (mm)
kiểm tra hệ số lấp đầy :
2
S1W1 + S 2W2 d12 w1 + d 2 w2 0.103 2 * 400 + 0.2185 2 *134
Klđ=
=
=
=0.074
d

(Π + d 2 / 4)
12 2

2.Tính tầng khuếch đại cuối cùng :
Chọn transistor công suất tr3 loại 2sc9111,làm việc ở chế độ xung có các
thơng số
********************************************************************* 26

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************
+ transistor loại pnp ,vật liệu bán dẫn là si
+ > điện áp giữa bazo và colector khi hở mạch emito
Ucb0=40 v
+> điện áp giữa emito và bazo khi hở mạch colector :
UEB)=4 v
+> dịng điện lớn nhất ở colector có thể chịu đựng được:
Icmax=500 mA
+> công suất tiêu tán ở colector : Pc=1.7 w
+> nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1=1750c
+> hệ số khuếch đại : β =50
+> dòng làm việc của colector : Ic3=I1=0.05 A
dòng làm việc của bazơ :
IB 3=

Ic3

β

=

0.005
= 0,05(mA)
100

ta thấy rằng với loại transis tor đã chọn có cơng suất điều khiển khá bé :
Udk=3V; Iđk=0.15 A
Nên dòng colector _bazơ của transistor Tr3 khá bé ,trong trường
hợp này khơng cần Tr2 mà vẫn có đủ công suất điều khiển
transistor .
Chọn nguồn cung cấp cho MBA xung E=+12v .với nguồn E=12v
ta phảI mắc thêm R17 nối tiếp cực emitơ của Tr3 :
R17=

E − U 1 12 − 9
=
= 60(Ω)
0,05
IC

Điện trở R16 để hạn chế dòng điện đi vào cực Bazơ của Q1:
R16≥

U B2
, UB2 là điện áp đầu ra của JK, vì vậy:
I B2

R16≥ 0.05 *10− 6 =

(KΩ), chọn R16= KΩ

3.Chọn JK VÀ DIOT DZ2:
Toàn bộ ba pha của mạch điện sử dụng 9 JK loại họ CMOS
Các thơng số
Nguồn cung cấp :Vcc=3÷15 v
Cơng suất tiêu thụ

: Ptiêu thụ =2.5(nW)

********************************************************************* 27

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án mơn học điện tử cơng suất
*************************************************************
Dịng điện
≤1mA
* Chọn Dz2 loại A
có thơng số :
Uod=6 V
Trở kháng động :
12 Ω
Cơng suất tiêu tán :
280 (mW)
4. Tính bộ tạo xung chùm :
Điều khiển mỗi pha dùng 5 khuếch đại thuật tốn ,do đó phảI chọn 4 IC
loại TL084 do hãng Texas Instruments chế tạo , mỗi IC này có 4 khuếch

đại thuật tốn
Thơng số của TL084 :
•
•
•
•
•
•

Điện áp nguồn ni Vcc=±18(V), chọn Vcc=±12(V)
Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: ±30
Nhiệt độ làm việc –25oC đến 85oC
Cụng suất tiêu thụ P=680(mW)
Rin=106(Ω)
Ira=30(pA)

• Tốc độ biến thiờn điện ỏp cho phép
14

12

13

11

10

-

9

+

1

2

8

6

7

+

+
-

du
= 13(V / μs )
dt

+
-

3

4

5

Uc c

H × h 8 . 2 7 . Sơ đ ồ c h â n IC TL0 8 4
n

********************************************************************* 28

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************
mạch tạo xung chùm có tần số :
1
1
=
=25(Khz)
t x 40 * 10 − 6
1
1
=40 μ s
chu kì xung chùm : T= =
f 25 * 103
2R
ta có : T=2C2R8.ln(1+ 9 ) , chọn R9=R10=35K
R10

f=

T≈ 2,2R8C2 = 40 μ s

=>R8C2=18.2 μ s
. Chọn C2=0,3 μ F R8=61 Ω
5.Tính chọn tầng so sánh :

R6 để hạn chế dịng đI vào khuếch đại thuật tốn A3 .Thường chọn R7 sao
cho dịng vào khuếch đại thuật tốn Iv<1 mA
R6>

6
U
= −3 = 6 (K Ω )
I v 10

Chọn R6=10 (K Ω )
*> điện áp so sánh :
2 chế độ :
• Chế độ bằng tay : bật dèn điện áp tăng 0 đến UĐM tương ứng góc α
Giảm từ 1500 đến 00
Tương ứng Udk phảI giảm từ 6v xuống 0 v
Chọn R15=100 K.biến trở biến đổi từ vị trí 6 đến vị trí 5
R14=10 Ω ; R13=10 Ω

********************************************************************* 29

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án mơn học điện tử cơng suất
*************************************************************
• Chế độ tự động :

Yêu cầu :
+> Bật áng sáng điện áp tăng dần từ 0 đến Udm trong
vòng 10s
+> Tắt áng sáng điện áp giảm dần từ Udm về 0 trong
vòng 15s
*Khi bật ánh sáng : ta chuyển khoa K2sang (-E, R14)
Dz2 đeer ghim điện áp ra: chon loai A-810 có thông số:
Uod=6( V)
Trở kháng động : 12Ω
Công tiêu tán: 280(mW)
Để điện áp tăng từ 0- U đm trong vòng 10s ta chon thông số sao cho
điện áp đầu ra tăng 0 - 6(V) trong vong 10s:
6= 12*

1
* 10 * 10 − 3
C 3 * R12

C3*R12=0.02
chon C3=22(μF) và R 12=909 Ω
*Khi tắt áng sáng ta đóng khố K1 :
Khi đó điện áp ra phảI giảm từ 6 về 0 v trong vòng 15 s
6- 12*

1
* 15 * 10 − 3 = 0
C 3 * R11

C3 *R11 = 0.03
Chọn C3= 22( μ F ) R11=1363.64 Ω

6. Tính khâu tạo điện áp răng cưa :

********************************************************************* 30

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************

ta thấy khi Udk=-Ecc diot D3 thông
IR4 =

U dk − Ecc
=
; chọn Udz=6 v ,chọn điện trở R4 sao cho dòng qua tụ C
R4
R4

trong khoảng 0.4ms đạt giá trị Udz của diot ổn áp .nếu dịng qua tụ có giá trị
khơng đổi địn áp trên tụ thay đổi theo qui luật tuyến tính :
Ic U c
6
= =
=15*103 → Ic=c*15*103
−3
c
t
0.4 * 10

Chọn c=0.22 μ F ;Ic =0.22*10-6*15*103=3.3 mA
E
12
=3.64 *103 Ω
R4= cc =
−3
I c 3.3 * 10

Uc=

Ic *t
c

→

Chọn R4=3 K Ω
Trong khoảng 6.56 mS còn lại dòng qua tụ C bằng dòng qua điện trở
Rx+R5.ta phảI chọn giá trị dòng điện sao cho tụ C phóng điện về 0v sau đúng
6.56mS .
Trong khoảng thời gian này điện áp trên tụ C thay đổi theo qui luật :
Uc=Uco0=6-

Ic
*t Uco=Udz=6v
c

Ic
*6.56*10-3 → Ic=c*6/6.56*10-3=0.22*10-6*6/6.56*10-3=0.2*10-3 A
c
Ecc

E
-3
3
→ Rx +R5= cc =12/0.2*10 =60*10 Ω
Ic=
Rx + R5
Ic

Rx +R5=60 K Ω
Chọn Rx=R5= 30 K Ω

********************************************************************* 31

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************

7.Chọn OA1 và khơí chỉnh lưu:

chọn R0 sao cho dịng vào khuếch đại thuật tốn Iv<1 mA .do đó R0>Uv/Iv
chọn điện áp xoay chiều đồng pha Uv=9 (v)
R0>9/10-3=9 K Ω chọn R0=10 K Ω
Udk1=1.9 (v) Giải phương trình Udk1= 2 *9*sin θ
Với θ =

0.4 *180
8.333

Chọn R2,R1:
Ta có : 0.4*10-3*240*9= Udk1
Udk1=

E c * R2
R2 + R1

→ 1.9(R1+R2)=12R2

1.9R1=10.1R2
********************************************************************* 32

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************
→ R1=
chọn R2=10 Ω
Ω
*MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU
Ta thiết kế MBA cho cả mạch tạo nguồn nuôi và khâu đồng pha. Chọn
loại MBA 3 pha 3 trụ, trên mỗi trụ có 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp quấn
ngược chiều.
Điện áp thứ cấp của MBA U2=9(V)
Dòng điện thứ cấp MBA trong mạch tạo xung tam giác đồng pha
I2đf=1(mA)
Suy ra công suất nguồn nuôI cấp cho BA xung
Pdongfa=6* 9*10-3 =54(mW)
Mạch điều khiển sử dụng 4 IC TL084 tiêu thụ cụng suất

P5IC=4.PIC=4.0,68=2.722(W)
Công suất của 6 BAX điều khiển các van bán dẫn:
P6BAX=6.PBAX=6.Udk.Idk=6*3*0.15=2.7(W)
Công suất tiêu thụ trên cổng JK:
P2IC=9*2.5*10-9=22.5*10-9 (W)
Vậy công suất tiêu thụ của cả mạch điều khiển và nguồn nuôi:
Ptt=0.054+2.722+2.7+22.5*10-9 =5.476(W)
Vậy công suất của MBA khi tính đến tổn hao(5%) là:
SBA=1,05.Ptt=1,05.(5.476+0.054)=5.8065(VA)
Dịng điện thứ cấp của BA:
S BA 5.8065
=
= 0.215( A)
I2=
3.U 2
3.9
Dòng điện sơ cấp BA:
S BA 5.8065
=
= 8.8(mA)
I1=
3.U 1
3.220
Tiết diện trụ của MBA :

QT=kQ.

S
, trong đú:
mf

kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát(cho

kQ=8)

S là cơng suất tồn phần
m là số trụ
f là tần số của điện áp lưới
QT=6.

5.8065
=1.08cm3)
3.60

Chuẩn hoá tiết diện tra theo bảng 7:
********************************************************************* 33

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************
QT=1.23 (cm3)
Tra bảng ta chọn loại BA có các thơng số
QT=1,23(cm2), lá thép dày 0,5mm
Số lá thép : 51
a=12mm
b=12mm
h=30mm
hệ số ép chặt kc=0,85

Chọn mật độ từ cảm trong lõi thép B=1T. Suy ra số vòng dây quấn sơ và
thứ cấp:
U1
220
=
= 6714(vòng )
w1=
4,44. f .B.Qt 4,44.60.1*1.23.10−4
w2=w1.

U2
=275(vòng)
U1

Chọn mật độ dòng điện j1=j2=2.75(A/mm2), suy ra tiết diện dây quấn sơ và
thứ cấp:
I 1 8.8.10 −3
= 0,0032(mm2)
S1= =
j1
2.75
I 2 0.215
=
= 0,0782 (mm2)
S2=
j2
2.75
Đường kớnh dõy quấn sơ và thứ cấp:
4.S 1

4.0.0032
=
= 0.0638( mm) , chọn d1=0,1(mm) để đảm bảo
d1=
π
π
độ bền cơ . đường kính có kể cách điện : d1cd=0.12 (mm)

********************************************************************* 34

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************
d2=

4.S 2

π

=

4.0.0782

π

= 0.3155(mm) ,

chuẩn hố đường kính d2=0.33mm

đường kính có kể đến cách điện :d2cd=0.35(mm)
Π 2
2
(d1cd w1 + d 2 cd )
4
hệ số lấp đầy : Klđ=
ch

chọn hệ số lấp đầy : Klđ=0.7

Π 2
Π
2
(d1cd w1 + d 2 cd ) 2 * (0.122 * 6714 + 0.352 * 275)
= 4
=9.75
chiều rộng cửa sổ : c= 4
k ld h
0.7 * 30

(mm)
chọn c=12 (mm)
chiều dàI mạch từ :
L=2.c+3.a=2*12+3*12=60 (mm)
Chiều cao mạch từ : H=h +2*a=30+2*12=54(mm)
8. Tạo nguồn nuôi:
Ta cần tạo điện áp 1 chiều ±12V cấp nguồn cho biến áp xung, KĐTT,
transistor, điện áp so sánh.
Điện áp thứ cấp của biến áp nguồn nuôi :
U2 =

12
= 5,12(V ) , chọn U2=12(V).
2,34

Các vi mạch 7812 và 7912 để ổn định điện áp ra của nguồn có các
thông số:
điện áo đầu vào: Uv=7V đến 35V
điện áp đầu ra : Ura=12V với IC 7812 và Ura=-12V vớI IC
7912
dòng điện đầu ra Ira=0 đến 1A.
Cỏc tụ C4, C5, C6, C7 để lọc sóng hài bậc cao. Ta chọn
C4=C5=C6=C7=470 μ F , U=35V.

********************************************************************* 35

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************
+12V

7812

.
.
.

a

b

C4

C6

c

A
380~ B
0
C

.
.
.

a
b

C5

C7

c

7912

Sơ đồ mạch tạo nguồn ni
9.Tính chọn diot cho bộ chỉnh lưu nguồn ni:

Phương trình liên hệ giữa trị hiệu dụng của dịng điện thứ cấp mba và
dịng điện tải trung bình :
I2=

2
Id
3

Id=

3
I 2 =0.534(A)
2

Suy ra dịng trung bình qua van:
I
0,534
= 0,178( A)
ID= d =
3
3
Cho hệ số dự trữ KI=7 ta có dòng điện để chọn van:
Ivđm=7.0,178=1.246(A)
Điện ỏp ngược cực đại đặt lờn van:
Ung= 6 U2= 6 *9=22(V)
Cho Ku=2 ta có Ungmax=2.22=44(V)
Chọn điot loạI KII 208A có các thơng số:
Dũng điện định mức 1,5(A)
Điện áp ngược cực đại 100(V)

********************************************************************* 36

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45

-12V


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************

KẾT LUẬN
Đây là lần đầu tiên làm đồ án mơn học ,vì vậy em đã gặp rất nhiều khó khăn
và bỡ ngỡ .Song qua đồ án này em cũng học thêm rất nhiều thứ ,củng cố lại
các kiến thức đã được học trong các môn :Điện tử công suất ,Điện tử số và
Điện tử tương tự ,đặc biệt là môn học Điện tử công suất .Được tiếp xúc với
các vấn đề của thực giúp em có thể hình dung được phần nào cơng việc của
người làm thiết kế ,và về nghành nghề của mình ,được làm quen dần để sau
này khơng bị bỡ ngỡ khi làm đồ án tốt nghiệp .Trong quá trình thực hiên đồ
án em đã nhận được sự giúp đỡ tân tình của các thầy trong bộ mơn ,đặc biệt
là sự hướng dẫn tận tình của thầy Võ Minh Chính .
Cũng chính vì là lần đầu tiên làm đồ án và kiến thức có hạn nên chắc chắn
đồ án của em khơng thể tránh khỏi những thiếu xót ,em rất mong nhận được
sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cám ơn .
********************************************************************* 37

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất

*************************************************************
Người thực hiện
:
Đặng Thị Quỳnh Trang

TÀI LIỆU THAM KHẢO :
1.Điện Tử Công Suất Lớn ……………………Nguyễn Bính
2.Phân tích và giải mạch điện tử cơng suất
Phạm Quốc Hải
Dương Văn Nghi
3.Điên tử cơng suất …………………………..Nguyễn Bính
4.Điện tử số ………………………………….
5.Điên tử tương tự ……………………………
6.Sơ đồ chân linh kiên ……………………….Dương Minh Chí
7.Giáo trình điện tử cơng suất ……………….Trần Trọng Minh

********************************************************************* 38

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45


Đồ án môn học điện tử công suất
*************************************************************

********************************************************************* 39

Đặng Thị Quỳnh Trang –Lớp TĐH1_K45