Tài liệu Đề tài Điện tử công suất pdf

Bài tập : Điện tử công suất

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
***KHOA ĐIỆN***
BÀI TẬP
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề bài
Tính toán, thiết kế mạch điều khiển mạch điều áp xoay chiều
ba pha
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đăng Toàn
Nhóm sinh viên thực hiện :
Hoàng Đình Nam
Đậu Văn Phúc
Nguyễn Văn Thiên
Hoàng Anh Tuấn
Phạm ngọc Vượng
Lớp : ĐH Điện 3 K2
Hà Nội - 10/2009
I. GIỚI THIỆU CHUNG
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Mạch điều áp là một trong những mạch được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xí
nghiệp công nghiệp. Theo dạng nguồn cấp xoay chiều có thể phân ra điều áp xoay
chiều 1 pha hay điều áp xoay chiều 3 pha.
Để thực hiện được việc điều áp có rất nhiều phương pháp khác nhau như dùng điện
trở hạn chế, dùng biến áp tự ngẫu. Đặc điển của 2 phương pháp này là đơn giản, điện
áp ra là hình sin chuẩn, điều chỉnh dải điện áp ra trơn. Tuy nhiên với những tải có
công suất lớn thì việc điều chỉnh là rất khó khăn do dễ hỏng chổi than. Vì vậy trong
thực tế hiện nay người ta không dùng phương pháp đó nữa mà dùng mạch Triac hoặc
Tiristor. Nhưng do chất lượng của Triac hiện nay chưa đáp ứng được nhu cầu của các

nhà máy, xí nghiệp nên mạch dùng Tiristor vẫn đang được cùng rất phổ biến. Do đó
để điều áp ta sẽ dùng mạch Tiristor gồm 2 Tiristor mắc song song ngược nhau.
Mạch điều khiển cho Tiristor cũng có nhiều cách khác nhau như dùng các linh kiện
rời như tụ, điện trở, transtor… tạo thành mạch, cũng có thể dùng các IC chuyên dụng
như TCA785…hoặc dùng các mạch khuếch đại đại thuật toán (OA)…
Dựa vào yêu cầu của đề bài “ Tính toán, thiết kế mạch điều khiển mạch điều áp xoay
chiều ba pha” nhóm chúng em sẽ thiết kế mạch điều khiển bằng OA và một số linh
kiện điện tử khác.
II. SƠ LƯỢC
2.1.Nguồn điện.
Nguồn điện là một yêu cầu không thể thiếu đối với bất kỳ một mạch điện nào. Đối
với các mạch điều khiển thì đòi hỏi nguồn điện phải có độ tin cậy, độ ổn định cao về
điện áp và đảm bảo đủ công suất. Để đảm bảo điều đó ta sẽ dùng mạch chỉnh lưu điện
xoay chiều thành điện 1 chiều sau đó qua các IC ổn áp, lọc. Điện áp ra sẽ được đưa
vào để cấp năng lượng cho mạch hoạt động.
2.2. Điốt.
2.2.1.Cấu tạo
Được cấu tạo từ 2 lớp vật liệu bán dẫn p, n ghép lại với nhau
Điện cực nối với p gọi là Anốt (A)
Điện cực nối với n gọi là Katốt (K)
2.2.2. Hoạt động
Khi phân cực thuận cho D (cực dương của nguồn điện nối với A, cực âm nối với K)
thì sẽ có dòng điện chạy qua nó.
Ngược lại Khi phân cực ngược cho D (cực dương của nguồn điện nối với K, cực âm
nối với A) thì sẽ không có dòng điện chạy qua nó.
Chú ý: Khi được phân cực thuận mà U
AK
chưa lớn đến giá trị mở cảu D thì D vẫn
chưa cho dòng chạy qua, thương U
AK

>1V.
2.2.3. Thông số cơ bản.
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
- U
n
: Điện áp ngược cực đại
- I
dm
: Dòng điện làm việc max
-
U∆
: Sụt áp trên D khi nó dẫn
2.2.4. Một số điốt công suất.
Kí hiệu U
n
(V) I
dm
(A)
U∆
(V)
1N1159 200 20 1,2
KY740/200 200 20 1,1
1N2282 300 20 1,5
SKN20/04 400 20 1,55
1N2284 500 20 1,5
SKN20/08 800 20 1,55
CR20-100 1000 20 1,1
SKR20/12 1200 20 1,55
D20PM18C 1800 20 1,55

2.3.Tiristor
2.3.1. Cấu tạo
Được cấu tạo từ 4 lớp bán dẫn P1, N1, P2, N2 ghép sát nhau theo thứ tự đó. Và đưa
ra 3 cực:
- Cực nối với P1 là Anốt (A)
- Cực nối với N2 là Katốt (K)
- Cực nối với P2 là Gate (G) (Cực cổng hay cực điều khiển)
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
2.3.2. Hoạt động
+ Mở Tiristor (T)
Khi phân cực thuận cho T thì nó sẵn sàng mở. Khi có xung kích đủ công suất (đủ U,
I) vào cực G của T thì T mở ngay lập tức và cho phép dòng chạy qua từ A
⇒
K. Sau
đó thì xung điều khiển không có tác dụng cho đến khi T bị khóa lại.( Không thể dùng
xung để điều khiển việc đóng T).
+ Khóa Tiristor
Để khóa T có 2 cách sau:
- Phân cực ngược cho T
- Giảm dòng điện xuống dưới mức dẫn của T
Sau khi T bị khóa muốn mở T trở lại thì phải thực hiện lại việc mở T ở trên.
2.3.3. Thông số cơ bản.
- U
n
: Điện áp ngược max
- I
dm
: Dòng điện làm việc cực dại

-Ug : Điện áp xung điều khiển
-Ig : Dòng điện xung điều khiển
- ∆U : Sụt áp khi dẫn
- dU/dt : Tốc độ tăng điện áp
- Ih : Dòng điện tự giữ
- T : Nhiệt độ làm việc cực đại.
2.3.4. Một số Tiristor
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Kí hiệu Un(V) Idm(A) Ug(V) Ig(A) ∆U(V) dU/dt(V/s) Ih(A) T(
0
C)
2N5719 80 200m 0.6 20µ 1,4 100 2m 100
2N2688A 200 350m 0.7 20µ 1,2 200 500µ 155
EC103D 400 0.8 0.8 200µ 1,7 40 5m 100
C122D 400 8 1.5 25m 1,8 500 30m 100
SKT10/100 1000 10 3 100m 1,6 500 150m 125
C501D 400 550 3.5 150m 1,5 200 250m 125
C411P 1000 800 5 300m 2 200 250m 125
2.4. Khuếch đại thuật toán.
2.4.1. Sơ lược cấu tạo
Là một mạch khuếch đại một chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại rất cao.
1 bộ khuếch đại có 5 chân:
V
+
: Đầu vào không đảo
V
−
: Đầu vào đảo
V

out
: Đầu ra
V
S+
: Nguồn cung cấp điện dương
V
S−
: Nguồn cung cấp điện âm
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
2.4.2. Hoạt động
Đầu vào vi sai của mạch khuếch đại gồm có đầu vào đảo và đầu vào không đảo, và
mạch khuếch đại thuật toán thực tế sẽ chỉ khuếch đại hiệu số điện thế giữa hai đầu
vào này. Điện áp này gọi là điện áp vi sai đầu vào. Trong hầu hết các trường hợp,
điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán sẽ được điều khiển bằng cách trích
một tỷ lệ nào đó của điện áp ra để đưa ngược về đầu vào đảo. Tác động này được gọi
là hồi tiếp âm. Nếu tỷ lệ này bằng 0, nghĩa là không có hồi tiếp âm, mạch khuếch đại
được gọi là hoạt động ở vòng hở.
2.4.3. Thông số cơ bản
-Udm: Điện áp nguồn cung cấp
-P : Công suất tiêu thụ
- Zi : Tổng trở đầu vào
-SR: Tốc độ tăng áp (Slew Rate)
-Ios : Dòng điện ra ngắn mạch (Output Short-Circuit)
2.4.4. Một số loại OA
Kí hiệu Udm(V) P(mW) Zi(MΩ) SR(V/s) Ios(mA)
TL084 12-18 4×680 10
6
16 40
TL082 12-18 2×15 10

6
13 40
2.5.Biến áp xung
BAX là 1 máy biến áp nhưng có thể hoạt động ở tần số rất cao. Nó dùng để tạo ra
xung kim và cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực.
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
III. MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1. Yêu cầu chung
Mạch điều khiển là phần rất quan trọng trong mạch điều áp, nó quyết định chất lượng
bộ biến đổi.
Hệ điều khiển phải phát xung khi thỏa mãn 2 điều kiện:
0
0
AK
U
I
>
>
Để thay đổi điện áp ra của mạch động lực ta chỉ cần thay đổi góc mở α
Mạch điều khiển phải thực hiện được các nhiệm vụ sau:
- Đảm bảo góc mở từ
min axm
α α
⇒
tương ứng với sự thay đổi điện áp ra của
mạch lực.
- Có độ đối xứng tốt không vượt quá 1
0
-3

0
điện
- Đảm bảo hoạt động tin cậy, ổn định khi có sự thay đổi của điện áp xoay chiều.
- Xung phải có đủ công suất để đảm bảo xung mở được T
3.2. Cấu trúc mạch điều khiển
3.2.1. Các hệ điều khiển
Có 2 hệ điều khiển:
- Điều khiển không đồng bộ: Van là T và D
- Điều khiển đồng bộ : Van chỉ có T
3.2.2. Nguyên tắc điều khiển
Thường có 2 nguyên tắc điều khiển : thẳng đứng tuyến tính, thẳng đứng accos.
3.2.2.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:
Khi điện áp xoay chiều hình sin ( điện áp đồng pha U
df
) đặt vào A của T. Để điều
khiển góc mở α trong vùng điện áp dương của T cần tạo ra 1 điện áp tựa dạng xung
răng cưa ( U
rc
). Dùng điện áp điều khiển (U
dk
) là điện áp 1 chiều so sánh với U
rc
. Tại
điển U
dk
=U
rc
trong vùng điện áp dương cảu A thì phát xung điều khiển (X
dk
). T sẽ mở

tử góc α đến cuối bán kì hoặc là đến khi dòng bằng không
3.2.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Accos:
Tương tự như trên nhưng tại thời điểm U
dk
=U
rc
bộ so sánh sẽ lật trạng thái.
Giả sử urc=U
m
cosωt=U
m
cosθ, chon tại thời điểm ωt=0 là thời điểm chuyển mạch tự
nhiên thì khi θ=α ta có
U
m
cosα=U
dk

⇒
arccos
dk
m
U
U
α
=

Khi U
dk
=U

m
thì α=0
U
dk
=0 thì
2
π
α
=
U
dk
=-U
m
thì α=π
Như vậy với việc điều chỉnh U
dk
từ -U
m
đến U
m
ta có thể điều chỉnh góc mở từ 0
π
⇒
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
3.2.3. Sơ đồ khối mạch điều khiển
Dựa vào đề bài và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính ta lập được sơ đồ
khối sau:
+ Khâu đồng pha (DF)
Tạo điện áp trùng pha với điện áp thứ cấp của biến áp mạch lực và cách ly giữa điện

áp cao phía mạch lực và mạch điều khiển điện áp thấp.
+ Tạo điện áp tựa ( điện áp răng cưa Urc)
Tạo điện áp răng cưa có chu kì làm việc theo chu kỳ của điện áp đồng pha.
+ Khâu so sánh (SS)
So sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau
để phát xung điều khiển tức là xác định góc mở α
+ Khâu dạng xung (DX)
Tạo ra xung phù hợp để mở chắc chắn van chỉnh lưu, hiện nay người ta thường sử
dụng xung chùm.
+ Khâu khuếch đại xung (KĐX)
Thường dùng biến áp xung nhằm khuếch đại tín hiệu xung và cách ly giữa mạch lực
và mạch điều khiển.
3.3. Tính toán mạch điều khiển
3.3.1. Khâu đồng pha
+Sơ đồ nguyên lý:
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
- Điện áp đồng pha được so sánh với U
0
. Tại thời điểm bằng nhau của 2 điện áp đó
thì đổi dấu điện áp ra của OA.
- Điện áp U
0
:
0
.
1
E
U VR
VR

=

Với VR là phần biến trở phía như hình vẽ.
Khi U
df
> U
0
: U
db
=E
Khi U
df
< U
0
: U
db
=-E
+ Tính toán.
D1, D2 là 2 điot chỉnh lưu thành điện áp 1 chiều. chọn điện áp 1 chiều
U
df
=24V.
Điện trở R1 làm tải chọn R1=10kΩ
R2 hạn chế dòng vào OA.
Thông thường I
OA
<1mA nên
2
3
24

24
10
−
= = = Ω
df
OA
U
R k
I
Chọn R2=22kΩ
Chọn góc duy trì và khóa năng lượng là θ=5
0
Điện áp đặt vào cực dương của bộ so sánh là:
24 2 sin 5 2,96
= =
P
U V
Chọn VR1=50kΩ
Ta có :
0
E
.VR U
VR1
15
.VR 2,96
50
VR 9,87k
=
=
= Ω

Đặt VR1 ở mức 40kΩ
Chọn OA là TL084 có các thông số sau.
E=15V
P=680/1 cổng
T=25-85
0
C
Z
in
=10
12
Ω
Tín hiệu ra OA1 ( Mô phỏng bằng Multisim 10.0.1)
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
3.3.2. Khâu tạo điện áp răng cưa (U
rc
)
+ Sơ đồ nguyên lý.
- Điện áp đồng bộ được đưa vào cửa đảo của OA.
- Khi Udb<0 , khi đó D3 dẫn, tụ C1 nạp điện, điện áp trên tụ bằng điện áp đầu ra của
OA.
- Điện áp trên tụ được nạp tuyến tính đến giá trị U
DZ1
và giữ nguyên ở giá trị đó.
- Khi Udb>0 thì D3 khóa nên dòng qua D3 bằng 0. Tụ phóng điện, điện áp trên tụ C1
giảm tuyến tính về 0. Nhờ có Dz mà điện áp trên tụ giữ ở giá trị 0.(Nguồn E làm trung
hòa điện áp giữa 2 bản cực của tụ).
+Tính toán
Khi Udb<0:

Bình thường thiết kế VR2>>R3 nên ta có thể bỏ qua dòng qua VR2. Nên I
3
=I
c
.
Ta có:
( )
ra c c
1 1
U U U 0 .
c
c c
I
i dt i dt t
C C C
= = + = =
∫ ∫
(Vì U
c
(0)=0)
Chọn Dz loại: 1N4740A có Udz=10V, I=25mA
Với tần số công nghiệp f = 50 Hz thì một nửa chu kỳ T = 10 ms. Chọn R3 và C1, sao
cho tụ nạp đến điện áp Udz = 10V, trong thời gian tn = 9,5 ms thì tp = 0,5 ms.
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Ta có :

4
3
.

.
10
1,05.10
9,5.10
−
=
⇒ = = =
C
c n
c
c
n
I
U t
C
U C
C
I C
t
Chọn C=0,2µF
6 4 3
3
0,2.10 .1,05.10 2,1.10
− −
⇒ = = =
c
I A I
Vậy
3
3

3
15
3,75
4.10
E
R k
I
−
= = = Ω
Chon R3= 3,9kΩ
Chọn điốt có dòng điện định mức : I=10.I
3
=40mA
Điện áp ngược định mức : U=15V
Chọn : 1N4001 có U
ng
=100V
I
dm
=1A
Khi Udb>0:
Tụ C1 phóng điện với dòng phóng
p
E
I
VR
=
- Điện áp trên tụ giảm dần theo thời gian:
( )
ra c c

1 1
U U U 0 U U .
C
c DZ c DZ
I
i dt i dt t
C C C
= = + = − = −
∫ ∫
Thời gian phóng 9,5ms thì U
c
=0 nên ta có :
1
U . 0
C
DZ
I
t
C
− =
1
3
6
10 . 0
.
15
10 .9,5.10 0
.0,2.10
71,25
p

E
t
VR C
VR
VR k
−
−
− =
− =
= Ω
Chọn VR2=100kΩ đặt ở giá trị 75kΩ
Chọn OA là TL084 nguồn cấp U=15V
Tín hiệu ra OA2 ( Mô phỏng bằng Multisim 10.0.1)
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
3.3.3. Khâu so sánh
+ Sơ đồ nguyên lý
So sánh điện áp Urc và Udk, điểm cân bằng của 2 điện áp này là thời điểm mở T
Khi Urc>Udk : điện áp ra khâu so sánh :Uss=E
Khi Urc<Udk : điện áp ra khâu so sánh :Uss=-E
+ Tính toán
D1: Nối đất xung âm ( Bỏ phần âm của xung)
D1: 1N4001
Chọn OA là TL084 có nguồn cấp E=15V
R4 để hạn chế dòng ra của bộ so sánh
Chọn R4=10kΩ
Tín hiệu của điện áp điều khiển( Mô phỏng bằng Multisim 10.0.1)
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Tín hiệu ra OA3 ( Mô phỏng bằng Multisim 10.0.1)

Để kích T người ta không cho trực tiếp xung này vào cực G mà phải tạo ra 1 xung
kim để giảm công suất BAX. Để tạo ra nó trước hết phải tạo ra xung chùm.
+ Khuếch đại và biến áp xung (BAX)
Sơ đồ:
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Hai tín hiệu X1, X4 được đưa vào 2 Transistor Q1, Q2 mắc theo kiểu Darlington.
- D3, D4 : ngăn chặn xung điện áp âm có thể có khi khóa van.
- R11, R12 : hạn chế dòng vào Transistor Darlington
- D1, D2 : Điốt hoàn năng lượng .
- BAX1, BAX2 là 2 biến áp xung để cách ly mạch điều khiển và mạch động lực và
tạo xung kim.
- T1, T4 là 2 T mắc vào pha A của nguồn 3 pha.
+ Tính toán
Chọn D1, D2, D3, D4 là 1N4007
Q1, Q2 chọn 2N6038 có các thông số sau:
Uce=60V
Ic=4A
Ib=0,1A
Vì chỉ yêu cầu thiết kế mạch điều khiển nên chọn 1 T bất kì để tiện tính toán biến áp
xung.
Chọn T1, T4 loại 2N1599 có
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Điện áp ngược cực đại : U=400V
Dòng điện dịnh mức: Idm=1,6A
Dòng điện đỉnh xung : I=15A
Điện áp điều khiển : Ug=3V
Dòng điện điều khiển : Ig=10mA
Sụt áp : ∆U=1,1V

Thời gian mở : tm=0,8µs
Thời gian đóng td=10µs
Độ rộng xung điều khiển : tx=1,6µs
Dòng thứ cấp BAX là I2=10mA
Điện áp thứ cấp BAX là U2=3+1,1 = 4,1V
Chọn BAX có tỉ số k=1
Ta có :
2
1 2
3
2
15 4,1
1090
10.10
E U
R R
I
−
− −
= = = = Ω
Chọn R1=R2=1kΩ
15
R11 R12 = =150
0,1 0,1
U
= = Ω
Chọn R11=R12=220Ω
Độ sụt biên độ xung: sx=0,2
Tín hiệu ra sau BAX kích vào cực G của T1 ( Giảm xung chùm 1kHz để rõ tín hiệu
xung kim)

Tín hiệu ra sau BAX kích vào cực G của T4 ( Giảm xung chùm 1kHz để rõ tín hiệu
xung kim)
+ Chỉnh lưu nguồn xoay chiều cung cấp cho mạch điều khiển
Để đơn giản và chất lượng điện áp tương đối tốt ta sẽ chỉnh lưu cầu 1 pha và cho tín
hiệu sau chỉnh lưu qua IC 7815, 7915 để cấp cho mạch.
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Sơ đồ khối :
Hạ áp cách ly : MBA
Chỉnh lưu : Chỉnh lưu cầu 1 pha
Lọc : Tụ
Ổn định điện áp : IC 7815, IC 7915
IC 7815 có Uin=17,7-35V
Uout=+15V
Iout=0-1A
IC 7915 có Uin=17,7-35V
Uout= -15V
Iout=0-1A
Sơ đồ nguyên lý:
C1, C2 : Tụ lọc sóng đa hài bậc cao
C3,C4 : Tụ lọc phẳng
C5,C6 : Tụ lọc nhiễu
Tính toán:
Chọn C1=C2=C3=C4=1000 µF , 50V
C5=C6=0,1µF
3.4. Nguồn cung cấp cho mạch và BAX
3.4.1.Nguồn cấp khâu đồng pha
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Để lấy trung thực tín hiệu hình sin của điện áp lưới nên ta sẽ chọn 3 MBA 1 pha, đầu

vào của mỗi máy biến áp là 1 pha A, B hoặc C của điện áp lưới 3 pha mắc hình sao,
đầu ra của mỗi MBA có 3 đầu ra ( biến áp có điểm giữa)
Sơ đồ ( Chỉ vẽ pha A)
Theo trên chọn điện áp xoay chiều đồng pha (xcdf) U
xcdf
= 12V
Điện áp 1 chiều sau cuộn dây đồng pha (1cdf):
1
0,9. 0,9.12 10,8
cdf xcdf
U U V
= = =
Dòng điện chạy qua cuộn dây đồng pha:
1
3
1
10,8
10,8
10
cdf
df
U
I mA
R
= = =
Công suất mỗi máy biến áp:
3
1
. 10,8.10.8.10 0,117
cdf df

P U I W
−
= = =
Công suất của MBA kể đến hao tổn 5% trong MBA
S=P+0,05P=1,05P=1,05.0,117=0,123VA
Dòng điện sơ cấp MBA :
4
1
0,123
5,6.10
220
S
I A
U
−
= = =
Tiết điện trụ của MBA tính theo công thức:
.
.
t Q
S
Q k
m f
=
Trong đó: K
Q
=6 : hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm mát
m=3: Số trụ MBA
f=50Hz : tần số điện áp lưới
Suy ra :

Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
3
0,123
. 6. 0,2
3.50
t Q
S
Q k cm
mf
= = =
Vì tiết diện quá nhỏ nên ta chon theo tiết điện chuẩn
Qt=1,63
Lá thép dày
0,5mm
σ
=
Số lá thép 68 lá
a=12mm
b=16mm
h=30mm
Hệ số ép chặt : kc=0,85
Chọn mật độ từ thông B=1T
Số vòng dây cuộn sơ cấp:
1
1
3
220
6080
4,44. . . 4,44.50.1.1,63.10

t
U
W
f B Q
−
= = =
Vòng
Chọn mật độ dòng điện J=2,75A/mm
2
Tiết diện dây dẫn sơ cấp :
4
4 2
1
1
5,6.10
2.10
2,75
I
s mm
J
−
−
= = =
Đường kính dây:
4
4. 4.2.10
0,016
3,14
s
d mm

π
−
= = =
Chọn dây tiêu chuẩn d=0,1mm
Số vòng dây thứ cấp :
2
12
W 6080. 332
220
= =
Vòng
Dòng điện thứ cấp :
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
2 1
220 220
. .5,6 0,01
12 12
I I A= = =
3 2
2
2
0,01
3,73.10
2,75
I
s mm
J
−
= = =

3
4. 4.3,73.10
0,068
3,14
s
d mm
π
−
= = =
Chọn dây tiêu chuẩn d=0,2mm.
Dòng điện qua điốt:
10,8
5,4
2 2
df
I
I mA
= = =
Điện áp ngược max:
1
2 2 2 2.10,8 30,55
cdf
U U V
= = =
Chọn Điốt có I
dm
và U
ngmax
bằng:
max

. 5,4.10 54
. 2.30,55 61,1
u
dm i
ng k ng
I k I mA
U U V
=
= = =
= =
Chọn : 1N4001 có Idm=1A
Ung=100V
3.4.2. Biến áp xung (BAX)
Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM, lõi có dạng hình xuyến làm việc trên 1 phần
của đặc tính từ hóa có ∆B=0,3T, ∆H=30A/m, không có khe hở không khí.
Chọn tỉ số BAX: k=1
Điện áp thứ cấp BAX là U2=3+1,1 = 4,1V
Điện áp sơ cấp BAX là U2=4,1V
Dòng thứ cấp BAX là I2=10mA
Công suất S
bax
=4,1.10.10
-3
=0,041W
Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi săt là:
6
6
0
0,3
. .30 7,2.10

1,25.10
tb
B
H
µ
µ
−
∆
= ∆ = =
μ0=1,25.10
-6
: độ từ thẩm không khí
Thể tích của lõi Ferit:
V=(μ
tb
.μ
0
.t
x
.s
x
.U
1
.I
1
)/∆B
2
= (7,2.10
6
.1,25.10

-6
.1,6.10
-6
.0,2.4,1.10
-3
)/0,3
2
=0,1312.10
-6
m
3
=0,1312cm
3
Chọn mạch từ OA-14/17-3 có Q=0,045, L=4,86
V=0,045.4,86=0,2178 cm
3
Ta có kích thước mạch từ như sau:
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
a=1,5mm
b=3mm
d=14mm
D=17mm
Q
cs
=1,54cm
2
Số vòng dây sơ cấp và thứ cấp:
1
1 2

.
4,1.1,6
w w 167
. 0,3.0,1312
x
U t
B Q
= = = =
∆
vòng
Tiết diện dây sơ cấp=tiết diện dây thứ cấp:
3
3 2
10.10
1,7.10
6
s mm
−
−
= =
Đường kính dây : d=0,05mm
Chọn dây d=0,1mm thì s=7,88.10
-3
mm
2
Kiểm tra hệ số lấp đầy:
3
2.7,85.10 .167
0,017
1,54

ld
K
−
= =
Thỏa mãn
Chọn điốt mắc song song với BAX là 1N4001
3.4.3. Biến áp nuôi mạch điều khiển
Vì là mạch điều áp 3 pha nên ta có tổng cộng 16 OA, 9 AND, 6 BAX
AX
16.0,68 0,0025.9 6.0,041 11,15
t OA AND B
P P P P W
= + + = + + =
Chọn MBA có đầu vào U1=220V
Chọn MBA có đầu ra U2=24V
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Công suất của MBA kể đến hao tổn 5% trong MBA
S=P
t
+0,05P
t
=1,05P
t
=1,05.11,15 =11,71W
Điện áp 1 chiều :
2 2
0,9. 0,9.24 21,6
xc
U U V

= = =
Dòng điện chạy qua cuộn dây thứ cấp
2
2
11,71
0,54
21,6
t
P
I A
U
= = =
Dòng điện sơ cấp MBA :
1
24
.0,54 0,059
220
I A= =
Tiết điện trụ của MBA tính theo công thức:
.
.
t Q
S
Q k
m f
=
Trong đó: K
Q
=6 : hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm mát
m=3: Số trụ MBA

f=50Hz : tần số điện áp lưới
Suy ra :
3
11,71
. 6. 1,68
3.50
t Q
S
Q k cm
mf
= = =
Vì tiết diện quá nhỏ nên ta chon theo tiết điện chuẩn
Qt=1,63
Lá thép dày
0,5mm
σ
=
Số lá thép 68 lá
a=12mm
b=16mm
h=30mm
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Hệ số ép chặt : kc=0,85
Chọn mật độ từ thông B=1T
Số vòng dây cuộn sơ cấp:
1
1
3
220

6080
4,44. . . 4,44.50.1.1,63.10
t
U
W
f B Q
−
= = =
Vòng
Chọn mật độ dòng điện J=2,75A/mm
2
Tiết diện dây dẫn sơ cấp :
2
1
1
0,059
0,021
2,75
I
s mm
J
= = =
Đường kính dây:
4. 4.0,021
0,165
3,14
s
d mm
π
= = =

Chọn dây tiêu chuẩn d=0,2mm
Số vòng dây thứ cấp :
2
24
W 6080. 664
220
= =
Vòng
2
2
2
0,54
0,2
2,75
I
s mm
J
= = =
4. 4.0,2
0,5
3,14
s
d mm
π
= = =
Chọn dây tiêu chuẩn d=0,6mm
Dòng điện qua điốt :
2
11,15
0,37

2. 2.15
S
I A
U
= = =
Điện áp ngược max:
ngmax 2
U 2 2 2 2.15 42,43U V
= = =
Chọn điốt có :
max
. 0,37.10 3,7
. 2.42, 43 85
u
dm i
ng k ng
I k I A
U U V
=
= = =
= =
Chọn : 1N1192A có I
dm
=20A
U
ng
=100V
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Các dạng tín hiệu cơ bản tại các điểm quan trọng:

Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Chú thích :
1- Tín hiệu SIN điện áp lưới pha A
2- Tín hiệu xung đồng bộ
3- Tín hiệu xung răng cưa
4- Tín hiệu điện áp điều khiển
5- Tín hiệu xung đồng bộ
6- Tín hiệu máy phát xung chùm
7,8- Tín hiệu xung vuông của điện áp lệch pha nhau 180
0
điện
9,10- Tín hiệu qua sau công AND (trước BAX)
11,12-Tín hiệu xung kim sau BAX ( dùng để kích vào cực G của Thiristor).
Đây chỉ là tín hiệu trên 1 pha của điện áp
xoay chiều 3 pha. 2 pha còn lại cũng thiết kế
tương tự do đó tín hiệu ra cũng như trên chỉ
có khác là tín hiệu pha B sẽ chậm một góc
120
0
, tín hiệu pha C sẽ chậm hơn pha A một
góc 240
0
.
Sơ đồ mạch điều khiển
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009
Bài tập : Điện tử công suất
Mạch điều khiển điều áp xoay chiều 3 pha 16/10/2009