Tài liệu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT, CHƯƠNG 5 doc

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
I. THIẾT KẾ MẠCH :
1. Thiết kế và tính toán các giá trò cho mạch băm
xung một chiều.
Để tính toán các giá trò cho mạch băm xung một chiều,
trước hết ta cần có các số liệu ban đầu như sau:
U
ng
= 300V.
R
tải
= 50.
I
tải
= 6A.
Thời gian dẫn nhỏ nhất có thể được của S1 là :
T
on
= 500s.
Thời gian khoá của SCR được chọn thiết kế là :
t
off
= 50s.
Khoảng điện áp điều chỉnh được từ 30V
 300V.
Tỷ số chu kỳ nhỏ nhất là :
D
min
= 30/300 = 0.1
Chu kỳ của bộ băm là :
T = T

on
/D = 500/0.1 = 5000s.
Và tần số lớn nhất có thể được của bộ băm là :
f = 1/T = (1/5000).10
6
= 200Hz.
Dựa trên những thông số chọn ở trên, và để cho mạch hoạt
động tốt thì các thông số của mạch băm được tính toán như sau :
a. Thiết kế và tính toán các giá trò cho mạch băm tắt
cưỡng bức bằng điện áp .
Như đã khảo sát ở chương III, ta có sơ đồ mạch băm xung
một chiều tắt cưỡng bức bằng điện áp như hình III.4 :
Đầu tiên để chọn tụ điện, ta nhận thấy rằng theo dạng sóng
điện áp của u
s1
, thời gian khoá của SCR S1 nằm ở giữa khoảng
tăng theo hàm mũ từ –E đến +E. Với mạch dao động L – C, tại
thời điểm t = 0, bắt đầu khoá S1, ta có :
u
s1
= E + Ae
-t/T
Trong đó : T = RC là thời hằng nạp xả của tụ điện .
Với u
s1
= -E ở t = 0, do đó A = -2E. Từ đó suy ra :
u
s1
= E –2Ee
-t/T

Khi u
s1
= 0 thì t = thời gian khóa của S1 = 60s, do đó :
u
s1
= 300 – 2.(300)e
-(60.10-6)/T
= 0
Suy ra :
T = 87
s
Trong mạch dao động R – C, ta lại có :
T = RC
Do đó, C = T/R = 87/50 = 1.73
F.
Ta chọn C = 2.2
F.
Theo nguyên lý hoạt động của mạch trên cho ta biết thời
gian khoá của SCR S1 bằng một phần tư chu kỳ dao động của L
– C, nên ta có :
Suy ra L = 0.66mH
Để tính dòng điện dao động lớn nhất trong mạch dao động
L-C, ta cân bằng biểu thức sau :
½CU
2
= ½LI
2
Và ta có được dòng I
Cmax
= 17.3A.

Để chọn SCR, ta nhận thấy rằng, dòng điện qua S
1
sẽ là :
I
S1max
= I
tải
+ I
Cmax
= 6 + 17.3 = 23.3A.
Như vậy, ta phải chọn SCR S
1
có khả năng chòu được dòng
điện lớn hơn hoặc bằng 23.3A để nó có thể hoạt động tốt trong
mạch. Đối với S
2
thì nó chỉ chòu dòng điện nạp và xả qua tụ C
nên có thể chọn với giá trò dòng điện thấp hơn.
.10.602
4
1
6
sLCt
off



Tính số vòng dây của cuộn dây L :
Theo công thức ta có:
l

SN
L
2
0


Trong đó : d
L : chiều dài cuộn dây. l
N : số vòng dây của cuộn dây.

0
: hệ số từ thẩm.
S : diện tích cuộn dây.
Từ công thức trên ta có:
S
lL
N
.
.
0


Ở đây chọn : d = 0.05m, l = 0.05m, 
0
= 4.10
-7
Thay số:
Sơ đồ mạch băm được thể hiện như sau :
vong
R

N 115
104
05.010660
27
6







E
S1
S2
Rt
L
C
XK2
XK1
50
2.2uF
0.66mH
D1
D2
+
Hình IV. 1
Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng bức bằng điện áp.
b. thiết kế và tính toán các giá trò cho mạch băm tắt
cưỡng bức bằng dòng điện :

Sơ đồ mạch điện như hình III.8 đã khảo sát ở phần trước,
với các giá trò cho ở trên, ta tính các trò số của mạch băm như
sau :
Trong thực tế, khi mạch được cấp điện với điện áp nguồn, tụ
C sẽ được nạp qua điện trở R đến một giá trò gần gần bằng điện
áp nguồn. Thời gian chuyển mạch đủ nhỏ (so với thời gian làm
việc) nên dòng điện coi như không đổi trong giai đoạn này và có
trò số bằng Ic
max
.
Đối với điện trở R ta chọn sao cho trò số của nó vừa đủ lớn
để dòng điện qua nó không đáng kể so với dòng dao động của
mạch LC. Đồng thời vừa đủ nhỏ để đáp ứng tụ C kòp nạp gần
bằng nguồn. Thông thường giá trò của R được là 100K
.
Dòng điện dao động trong L - C có dạng hình Sin (hình
IV.2), nên ta có :
t
L
C
Ut
L
C
UtIi
ngCCc
 sinsinsin
maxmaxmax
t
off
LCT



I
Cmax
I
tải
Hình IV.2
Dạng sóng của mạch dao động L – C.
Để cho mạch băm hoạt động được một cách chắc chắn, ta
cần có : I
cmax
= KI
tai
(K > 1). Thông thường K được chọn
bằng 2 (K = 2).
Do đó:
max
2
t
I
L
C
U 
(1)
Theo nguyên lý hoạt động của mạch (lý tưởng) thì thời gian
tắt (t
off
) của S
c
là :

off
t
Nhưng trong thực tế thì thời gian này phải là : tt
off

Với t : là khoảng thời gian trể của SCR, chọn

t = 10

.
Để thời gian tắt có thể duy trì cho SCR phục hồi chức năng
khóa khi chưa có xung kích, ta cần :
)(
3
2
ttt
offkk


Với
LC
t
1

Suy ra:
)2(
3
2
)(
1


 tt
LC
off
Giải hệ phương trình (1) và (2) ta có:
)(
3
)(
4
3
tt
U
I
C
tt
I
U
L
off
ng
t
off
t
ng




Thay số ta có:
FFC

mHHL

2.1)(10)1050(
14
.
3
300
63
72.0)(10)1050(
614.34
3003
6
6










Vậy chọn : L = 0.72mH
C = 1
F
Công thức tính số vòng dây của cuộn dây:
l
SN
L

2
0


Suy ra
S
lL
N



0

Nếu ta chọn quấn cuộn dây có chiều dài là 50cm và đường
kính là 50cm thì số vòng dây phải quấn là :
VongN 120
2
05.0
14.31014.34
05.010720
2
7
6













Về việc tính dòng điện để chọn SCR cho phù hợp, ta biết
rằng S
1
chỉ chòu dòng điện tải cho nên ta có thể chọn S
1
có mức
chòu đựng điện áp lớn hơn dòng điện tải là được. Còn đối với S
2
thì dòng điện qua nó được tính là lớn hơn dòng điện tải (thông
thường là lớn hơn hai lần). Cho nên SCR S
2
phải có mức chòu
dòng lớn hơn hai lần dòng điện tải thì mạch băm có thể hoạt
động tốt.
Mạch băm tắt cưỡng bức bằng dòng điện có các giá trò như
hình vẽ sau :
XK2
XK1
E
Rt
C
L
D1
D2
R

50
1uF
100K
0.72mH
+
-
S1
S2
D3
Hình IV.3
Sơ đồ mạch băm tắt cưỡng bức bằng dòng
điện.