Thiết kế bộ chỉnh lưu điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Chương III : THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Đ 3.1. Nguyên lý điều khiển Thyristor trong mạch điện xoay chiều. Để điều khiển Thyristor trong mạch điện xoay chiều ta có nhiều nguyên tăc khác nhau nhưng trong thực tế người ta thưòng dùng hai nguyên rắc điều khiển sau : - Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính . - Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos”. Để thực hiện điều chỉnh vị trí xung điều khiển đặt nên cực điều khiển ,trong nửa chu kì dương của điện áp đặt nên hai cực Anốt và Catốt của Thyristor . 3.1.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính . Theo nguyên tắc này người ta dùng hai dạng điện áp . - Điện áp đồng bộ ,kí hiệu là US,đồng bộ với điện áp đặt trên Anốt-Catốt của Thyristor. Thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh . - Điện áp điều khiển, kí hiệu là Ucm (điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ). Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh . + Khi đó hiệu điện thế đầu vào khâu so sánh là : Ud = Ucm - US . + Mỗi khi Ucm = US thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được “sườn xuống” của điện áp đầu ra của khâu so sánh . “Sườn xuống “ này thông qua đa hài một trạng thái ổn định , tạo ra một xung điều khiển . Như vậy bằng cách thay đổi biên độ điện áp Ucm , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc mở đưa vào cực điều khiển của Thyristor . Ta có quan hệ : Người ta lấy U cm max = US m 3.2.Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “Arccos”. Theo nguyên tắc này người ta dùng hai dạng điện áp . - Điện áp đồng bộ US, vượt trước UAK = Um sinwt, của Thyristor một góc bằng . US = Um coswt . - Điện áp điều khiển Ucm , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm . - Nếu đặt US vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì khi US = Ucm ,ta nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái . Um coswt = Ucm Do đó = arccos () + Khi Ucm = Um thì = 0. + Khi Ucm = 0 thì = . + Khi Ucm = - Um thì = . Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ trị số Ucm= +Um đến Ucm = - Um ,ta có thể điều chỉnh được góc từ 00 ® 1800 . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “Arccos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lưọng điều chỉnh cao . Đ 3.2. Thiết kế mạch lực cầu chỉnh lưu điều khiển Thyristor . 3.2.1.Tính chọn Thyristor . Thông số của động cơ : Pđm = 2,8 Kw. Uđm = 220 V. I đm = 17A. Tính chọn Thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản : dòng tải, điều kiện toả nhiệt , điện áp làm việc . Các thông số cơ bản của van được tính như sau : + Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu . Ung max = k nv.U2 = k nv Với : knv = ku = Ung max = . Ung max = 345,4 (V) Điện áp ngược của Thyristor cần chọn : Ung V = kdt U . Ung max Với : kdt U là hệ số dự trữ điện áp kdt U = 1,8 Ung max = 1,8.345,4 Ung max = 621,72 (V) Ung max = 622 (V) + Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng . I lv = I hd = khd . I d Với : khd = I lv = = I lv = 8,5 (A) + Dòng điện định mức của van . Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt. Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn : IđmV = ki. I lv Với : ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn ki = 4 Iđm V = 4. 8,5 = 34 (A) Iđm V = 34 (A) Từ các thông số Unv, Iđmv ta chọn được 4 Thyristor loại NO29RH10. Có các thông số sau : + Điện áp ngược cực đại của van : Ung = 1000 (V) . + Dòng điện định mức của van : Iđm = 50 (A) . + Dòng điện của xung điều khiển : Iđk = 0,15 (A) . + Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 3 (V) + Dòng điện rò : Ir = + Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : DU = 0,85 (V) . + Tốc độ biến thiên điện áp : = (200 ¸ 500) . + Tốc độ biến thiên dòng điện : = ( 10 ¸ 70) . + Thời gian chuyển mạch : tcm = 100 . + Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép : Tmax = 1250C . 3.2.2.Tính toán các mạch bảo vệ Thyristor . Các Thyristor cần được baỏ vệ khỏi tốc độ tăng dòng điện và tăng điện áp quá lớn . Khi đề cập đến cách bảo vệ các Thyristor chống lại các nguyên nhân gây hư hỏng ta dựa vào các giá trị dòng điện và điện áp mà mỗi Thyristor phải chịu . - Bảo vệ tăng dòng điện quá lớn . - Bảo vệ quá dòng điện nhờ nối tiếp vào mạch một cuộn kháng bão hoà lõi thép Ferit với một vòng dây. Cuộn kháng có tác dụng hạn chế tốc độ tăng trưởng dòng điện sự cố . L được chọn theo kinh nghiệm : L = (50 ¸ 100 )H . - Bảo vệ quá điện áp. Để bảo vệ quá điện áp ta có thể dùng mạch RC mắc song song với Thyristor để chống quá điện áp khi chuyển mạch nhiều . Chọn R,C có thể dựa vào công thức sau : + C = C*min . C*min là thông số chung gian phụ thuộc vào k . K là hệ số quá áp : k = b là hệ số dự trữ về áp . Uim là giá trị điện áp ngược thực tế đặt vào van . Q là điện lượng tích tụ Q = f( ) tra trong sổ tay kĩ thuật . + Rmin . £ R* £ Rmax. Dựa vào các công thức trên, hình vẽ biểu diễn mối quan hệ C* và R* theo k. Kinh nghiệm thực tế ta chọn được : R = ( 10 ¸ 1000 ) . Chọn: R = 10()/3(w) . C = 0,1 (F)/600(mV) . 3.2.3.Vấn đề làm mát cho Thyristor khi làm việc . Khi Thyristor mở cho dòng chảy qua , công suât tổn thất bên trong Thyristor bao gồm : - Tổn hao khi Thyristor dẫn theo chiều thuận . - Tổn hao do chuyển mạch . - Tổn hao trong mạch điều khiển do năng lượng của xung điều khiển trên cực điều khiển gây ra . Các tổn hao này sinh ra nhiệt làm phát nóng Thyristor , do đó ta phải lắp thêm cánh tản nhiệt ở ngoài vỏ. Nhiệt lượng này sẽ được truyền ra vỏ qua lớp chuyển tiếp rồi đến cánh tản nhiệt . Thyristor bán dẫn nếu không được làm mát thì khả năng chịu dòng chỉ còn khoảng ( 30 ¸ 50 )% Iđm . - Làm mát tự nhiên: Có thể khai thác chỉ cỡ 35%giá trị dòng trung bình cho phép qua van . - Làm mát cưỡng bức bằng qụat gió: có thể khai thác đến 50% giá trị dòng trung bình qua van . - Làm mát cưỡng bức bằng nước: khai thác đến 95% giá ttrị dòng trung bình qua van . Như vậy để khai thác triệt dể dòng điện qua van ,ta có thể làm mát bằng cách cho nước chảy trực tiếp qua cánh tản nhiệt . Đ 3.3. Thiết kế mạch điều khiển . Ta đã biết Thyristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt nên Anốt và có xung dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi Thyristor mở thì xung điều khiển không còn tác dụng.Vì vậy việc Thyristor mở cho dòng điện chảy qua là do thông số mạch điều khiển quyết định . 3.3.1.Mạch điều khiển có chức năng sau : - Điều chỉnh được vị ttrí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ của điện áp dương đặt nên Anốt-Catốt của Thyristor . - Tạo ra được các xung điều khiển đủ điều kiện mở được Thyristor. Xung điều khiển có biên độ xung từ (2 ¸ 10 )V, độ rộng xung điều khiển tx = (20 ¸100) ms (đối với thiết bị chỉnh lưu) , tx < 100 ms (đối với thiết bị biến đổi tần số cao) . - Sườn xung ngắn (ts = 0,5 ¸ 1) ms . - Đảm bảo tính đối xứngvới các kênh điều khiển . - Độ tác động nhanh của mạch điều khiển . - Đảm bảo cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển . 3.3.2.Yêu cầu đối với xung điều khiển : - Xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và góc điều khiển a cần thiết . - Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển amin + amax tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra của tải . - Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu . - Có độ đối xứng xung điều khiển tốt . - Xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở các van lực . - Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt . Sơ đồ khối mạch điều khiển góc mở a theo nguyên tắc thẳng đứng : - Khâu ĐF: tạo ra điện áp đồng pha với điện áp nguồn . - Khâu SS : tạo thời điểm phát ra xung điều khiển bằng cách so sánh điện áp điều khiển với đIện áp tựa. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau sẽ xuất hiện một xung , lấy sườn dương để chế thành xung điều khiển mở Thyristor . - Khâu KĐX và BAX: khuếch đại xung đảm bảo biên độ , độ rộng xung đủ để mở Thyristor, và cách ly mạch điều khiển với mạch lực . Để điều khiển góc mở a theo nguyên tắc thẳng đứng cho bản đồ án này ta sử dụng mạch điều khiển góc mở a dùng IC(LM324) và IC(LM741) được trình bày như sau : 3.3.3.Tính toán các khâu của mạch điều khiển : 3.3.3.1. Khâu đồng pha . 1.Sơ đồ nguyên lý . 2.Đồ thị dạng điện áp ra . 3.Nguyên lý hoạt động . Điện áp U0 (tại điểm 0) là điện áp ra của thứ cấp biến áp đồng pha nên là điện áp xoay chiều hình sin được đưa vào cổng không đảo của khuếch đại thuật toán U1A thông qua điện trở R3 . Sau khâu khuếch đại thuật toán U1A ta được điện áp ra tại điểm (1) là U1 có dạng chuỗi xung hình chữ nhật dương âm kế tiếp ,có biên độ U1 = Ubh . Chuỗi xung hình chữ nhật này được đưa sang khâu vi phân gồm có tụ C7 và điện trở R6 . - Khi U1 = - Ubh thì tụ C7 được nạp từ đất nên U2 = UGND = 0 . - Xét tại thời điểm t = t1, khi điện áp U1 tăng đột ngột từ –Ubh nên +Ubh , do đó điện áp U1 = Ubh . Khi đó điện tích trên 2 bản cực của tụ C7 không kịp thay đổi do đó U2 = 2Ubh . Sau đó U1 = +Ubh thì tụ C7 sẽ phóng điện qua điện trở R6 về đất đến khi U2 = 0. Thời gian tụ C7 phóng điện về đất là T1 . - Xét tại thời điểm t = t2, khi điện áp U1 giảm đột ngột từ U1 = +Ubh xuống U1 = -Ubh, đo đó U1 = 2Ubh . Khi đó điện tích trên hai bản cực tụ C7 cũng chưa kịp thay đổi do đó U2 = -2Ubh. Sau thời điểm đó thì U1 = -Ubh và tụ C7 sẽ phóng điện qua điện trở R6 về đất đến khi U2 = 0. Thời gian phóng điện của tụ C7 cũng là T1 . Như vậy ta có điện áp ra sau khâu vi phân là U2 có dạng chuỗi xung kim tam giác dương âm kế tiếp . Chuỗi xung kim U2 được đưa tới khâu khuếch đại thuật toán U1B thông qua hai điốt D3 và D4 mắc song song ngược . - Ở nửa chu kỳ đầu khi U2 > 0 thì điốt D3 sẽ thông . Điện áp được đưa vào cửa đảo của U1B bằng tổng U2 + điện áp phân áp trên R4 và R5 . Qua U1B điện áp bị đảo dấu. Điện áp ra tại điểm (3) là U3 là điện áp âm . Khi U2 = 0 thì cả D3 và D4 đều khoá, điện áp vào cửa đảo của U1B lấy trên phân áp R4 và R5 là điện áp âm nên điện áp ra U3 là điện áp dương . Khi U2 < 0 thì điốt D4 sẽ thông điện áp âm đặt nên cửa không đảo của U1B nên điện áp ra U3 là điện áp âm . 4.Tính toán khâu đồng pha . a)Tính khâu vi phân . + Khi U1 = -Ubh thì U2 = UGND = 0 . + Khi U1 tăng đột ngột từ -Ubh ®+Ubh . có nghĩa U1 biến thiên một khoảng 2Ubh thì điện tích trên hai bản cực của tụ C7 chưa kịp thay đổi nên U2 = 2Ubh . Sau đó U1 = +Ubh thì tụ C7 sẽ phóng điện qua điện trở R6 về đất . - Hằng số thời gian phóng của tụ C7 là T1 . T1 = R6.C7 . Chọn T1 = 0,5 (ms) . C7 = 0,47(mF) . R6 = = 1,06.103 (W) . Chọn R6 = 1,5 (kW) . R3 = 5 (kW) . R4 = 10 (kW) . R5 = 10 (kW) . R7 = 5 (kW) . Chọn D3, D4 loại 1N4148 có các thông số sau : Iđm = 300 (mA) . Ungmax = 30 (V) . Chọn khuếch đại thuật toán U1A loại LM324 có các thông số sau : Ung = (3 ¸ 32) (V) . P1 = 900 (mW) . Ira = 40 (mA) . K = 100 (dB ). Chọn khuếch đại thuật toán U1B loại LM324 . 3.3.3.2.Khâu tạo điện áp răng cưa . 1.Sơ đồ nguyên lý . 2.Đồ thị dạng điện áp ra . 3.Nguyên lý hoạt động . Khi điện áp ra U3 dương đặt vào đầu của điốt D5 thì D5 bị khoá, tụ C8 được nạp ngược theo chiều từ U4 qua tụ C8 qua VR2, đến khi điện áp trên tụ C8 bằng 10V . Khi điện áp ra U3 âm đặt vào đầu của điốt D5 thì D5 sẽ thông cho dòng điện chảy qua lúc này tụ C8 sẽ phóng điện tích theo chiều từ +12V qua biến trở VR1và điện trở R8 đến khi điện áp trên tụ bằng 0V . 4.Tính toán khâu tạo điện áp răng cưa . + Khi tụ C8 nạp . Gọi thời gian nạp của tụ C8 là T1, T1 = 0,5 ms . Điện áp nạp là : U(C8) = U(C0) + Inạp = const . U(C0) = 0 ®U(C8) = Chọn U(C8) = 10(V) . t = T1 = 0,5 (ms) . Mặt khác ta có: Inạp = , Inạp = (1 ¸ 2) mA . Chọn Inạp = 1(mA) . Ubh = 10(V) . ® VR2 = = 10.103 (W) . Chọn VR2 = 10(kW) . ® C8 = = = 0,05.10-6 Chọn C8 = 47 (nF) . + Khi tụ C8 phóng . Điện áp khi tụ C8 phóng là : U(C8) = UCt - Iphóng = const . UCt = 10(V) . U(C8) = 0 . U(C8) = 10 - .Iphóng = 0 Có T – t = T – T1 = 10 – 0,5 = 9,5 (ms) . Iphóng = = = 0,05.10-3 Iphóng = 0,05.10-3 (A) . Mặt khác ta có : Iphóng = ® VR1 + R8 = = = 240.103 (W) . ® VR1 + R8 = 240 (kW) . Chọn VR1 = 40 (kW) . R8 = 200 (kW) . Chọn điốt D5 là loại 1N4148 . Chọn điốt ổn áp DZ1 là loại có Ung = 9V. Chọn khuếch đại thuật toán U1C loại LM324 . 3.3.3.3.Khâu so sánh . 1.Sơ đồ nguyên lý . 2.Đồ thị dạng điện áp ra . 3.Nguyên lý hoạt động . Muốn xác định được thời điểm mở Thyristor ( góc mở a ) thì ta tiến hành so sánh hai tín hiệu Uđk và Urc. Điện áp răng cưa U4 được đưa vào cửa đảo của khâu khuếch đại thuật toán U1D để so sánh với điện áp điều khiển được đưa vào cửa không đảo. Điện áp điều khiển được đưa vào cửa không đảo của khuếch đại thuật toán U1B qua R7 . - Nếu Urc 0 . - Nếu Urc > Uđk thì tín hiệu ra là âm ® U4 < 0 . - Nếu Urc = Uđk thì đó là thời điểm phát xung để mở Thyristor . Vậy ở đầu ra của U1D là một chuỗi xung âm dương liên tiếp. Muốn thay đổi góc mở a của Thyristor từ 00 ¸ 1800 thì ta thay đổi giá trị độ lớn của điện áp điều khiển Uđk . - Điốt D6 dùng để loại bỏ phần xung âm . Vì vậy điện áp ra ở điểm (6) chỉ còn phần xung dương . 4.Tính toán khâu so sánh . Chọn điện trở R9 = R10 = 10 (kW) . R11 = 5 (kW) . Chọn khuếch đại thuật toán U1D loại LM324 . Điốt D6 dùng để loại bỏ phần xung âm chọn loại 1N4148 . 3.3.3.4.Khâu phát xung chùm . 1.Sơ đồ nguyên lý . 2.Đồ thị dạng điện áp ra . 3.Nguyên lý hoạt động . Khâu khuếch đại thuật toán U3A thực hiện hai tín hiệu Uc và Ur . Ur = K . U6 . với K = Khi cấp nguồn cho khuếch đại thuật toán U3A sau thời gian quá độ thì thì sự phóng nạp của tụ C9 tạo ra chuỗi xung hình chữ nhật . Giả sử đầu ra của khâu khuếch đại thuật toán U3A là điện áp dương qua phân áp điện trở R12 và R13 có điện áp ngưỡng là U ngưỡng =Ur , điện áp này đặt vào cổng không đảo của U3A. Đồng thời tụ C9 được nạp từ đầu ra của U3A qua điện trở R14 đặt vào cửa đảo của U3A. Tụ C9 nạp điện áp lớn dần lên, khi nào điện áp đó lớn hơn cửa không đảo thì đầu ra của U3A đổi dấu . Quá trình đó cứ lặp lại như trên kết quả ta thu đươc xung chùm âm dưong kế tiếp ở đầu ra (7) . Vì điốt D7 dùng để loại bỏ phần xung âm nên tại điểm (8) ta thu được xung chùm chỉ có phần xung dương . 4.Tính toán khâu phát xung chùm . Chu kỳ phát xung là T = 2,2.R14.C9 ® R14 = Chọn tụ C9 = 0,02mF = 0,02.10-6 (F) . Xung ra có tần số là: f = 10 kHz ® T = = = 10-4 (s) ® R14 = = 2272,7 (W) . Chọn R14 = 3,3 (kW) . R12 = R13 = R15 = 10 (kW) . D7 loại 1N4148 . Để cho khi điện áp ra ở khâu khuếch đại thuật toán có giá trị âm mà điốt D7 không bị đánh thủng chọn điện trở R15 . R15 = = 33,3 (W) . Chọn R15 = 4,7 (W) . Chọn khuếch đại thuật toán U3A là loại LM741 . 3.3.3.5.Khâu trộn xung . 1.Sơ đồ nguyên lý . 2.Đồ thị dạng điện áp ra . 3.Nguyên lý hoạt động . Đối với một số mạch do chất lượng của biến áp xung không tốt ( do biến áp xung có thể được quấn bằng tay) và để giảm công suất cho tầng khuếch đại , tăng chất lượng xung kích mở cho Thyristor ( nhằm đảm bảo cho Thyristor mở một cách chắc chắn ) người ta thường dùng phương pháp phát xung chùm cho các Thyristor .Trước khi vào tầng khuếch đại ta cho xung ra từ sau khâu so sánh cộng với xung tạo ra từ khâu phát xung chùm rồi cho qua khâu trộn xung thực chất là qua phần tử AND . Sau khâu so sánh ta thu được xung có tần số thấp (100Hz) còn từ khâu phát xung chùm ta thu được xung có tần số cao (10 kHz) . Ta đem cộng hai xung này lại kết quả là đầu ra của khâu trộn xung ta thu được xung có tần số cao để điều khiển mở Thyristor chắc chắn . Chọn mạch AND là 4081 . 3.3.3.6.Khâu khuếch đại xung và biến áp xung . 1.Sơ đồ nguyên lý . 2.Đồ thị dạng điện áp ra . 3.Nguyên lý hoạt động . Tín hiệu tại điểm (9) là một chùm xung dương qua transistor T1 được khuếch đại lên b1 lần được đưa tới cực bazơ của Transistor công suất T2 làm cho T2 mở, dòng qua cuộn sơ cấp của biến áp xung qua T2 về đất.Bên thứ cấp của biến áp suất hiện một xung để kích mở Thyristor . Điôt D10 hạn chế quá áp trên các cực colector và emitor của T2 khi T2 khoá Điôt D11,D12,D13,D14 có tác dụng làm giảm điện áp ngược đặt lên giữa catốt và cực điều khiển G của Thyristor khi khoá . 4.Tính toán khâu khuếch đại xung và biến áp xung . a) Tính toán BAX . - Biến áp xung là thiết bị dùng để truyền tín hiệu điều khiển có các đặc điểm sau : + Tạo xung điều khiển có biên độ yêu cầu . + Truyền xung ở tần số cao . + Dễ phân phối xung đi các kênh điều khiển . + Cách ly về điện giữa mạch lực và mạch điều kkhiển . - Theo phần tính tóan ở mạch lực chọn Thyristor có các thông số sau : Ug = 3(V) . Ig = 0,15 (A) . - Điện áp thứ cấp của biến áp xung là U2 U2 = Ug = 3V - Dòng điện thứ cấp biến áp xung là I2 : I2 = Ig = 0,15 (A) . - Tỷ số biến áp xung m thường chọn từ (1 ¸ 5), chọn m = 2 . - Điện áp trên cuộn sơ cấp biến áp xung là U1 . U1 = m(U2 + UD11 ) = 2.(3 + 0,6) = 7,2 (V) . - Dòng điện sơ cấp biến áp xung là I1 I1 = = = 0,075 (A) . - Tính điện trở hạn chế dòng điện qua cuộn thứ cấp biến áp xung R19 . U1 + UR19 + UD = 16 ® UR19 = 16 – 7,2 – 0,6 = 8,2 (V) . UR19 = 8,2 (V) - Điện trở hạn chế dòng điện qua cuộn sơ cấp biến áp xung là R19 : UR19 = R19.I1 ® R19 = = = 109,3 (W) . - Chọn R19 = 220(W) . - Công suất trở biến áp : P = R19.ISC2 = 220.0,075 2 = 1,24 (W) . Chọn điện trở R19 : 220W/ 2W . - Chọn số vòng dây cuộn sơ cấp BAX là : W1 = 100 (vòng) . + Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp là d1: S1 = Với J1 = 6(A/mm2) là mật độ dòng điện ở cuộn sơ cấp . S1 = = 0,0125 (mm2) . + Đường kính dây quấn sơ cấp BAX là d1 : d1 = = = 0,13 (mm) . Chọn d1 = 0,2 (mm) . + Số vòng dây cuộn thứ cấp BAX là W2 : W2 = = 50 (vòng) . + Tiết diện dây quấn cuộn thứ cấp là d2 : S2 = Với J2 = 4(A/mm2) là mật độ dòng điện ở cuộn sơ cấp . S2 = = 0,0375 (mm2) . + Đường kính dây quấn thứ cấp BAX là d2: d2 = = = 0,22 (mm) . Chọn d2= 0,3(mm) . b) Tính khâu KĐX . Xung điều khiển được lấy ra từ khâu trộn xung, nhưng chúng có dòng điện và điện áp nhỏ. Để đảm bảo được dòng và áp yêu cầu đặt vào cuộn sơ cấp của BAX ta dùng mạch KĐX gồm hai tranxistor mắc theo kiểu DARLINGTON . - Điện áp ở cực Colectơr của Tranzitor T2 là : UC2 = UE2 = U1 = 7,2 (V) . - Dòng đIện ở cực Colector của Tranzitor T2 là : IC2 = IE2 = I1 = 0,075 (A) . Căn cứ vào điện áp và dòng điện ta chọn Tranzitor T2 là loại D613 có các thông số sau : UCE = 85 (V) . IEC = 1,5 (A) . b =10 ¸ 60 . Chọn IC2 = 0,075A, bT2 = 20 . - Dòng điện cực Bazơ của Tranzitor T2 là : = 0,00375 (A) . - Ta có dòng điện Colector của T1là : I C1 IC1 = IB2 = 0,0075 (A) . Do đó ta chọn Tranzitor T1 là loại C828 với các thông số kỹ thuật sau : UCE = 30 (V) . ICT1 = 100 (mA) . b1 = 10 ¸ 40 . - Điốt D10 để ngăn quá điện áp đặt nên cuộn sơ cấp biến áp xung. - Điốt D11, D13 ngăn xung âm đặt vào cực G của thyristor, D12 và D14 bảo vệ lớp tiếp giáp K và G cho thyristor khi nó khoá . Các điốt D10,D11, D12, D13, D14 chọn loại 1N4007 . 3.3.3.7.Xây dựng cấu trúc mạch điều khiển . Hệ truyền động chỉnh lưu điều khiển Thyristor - Động cơ điện một chiều (T-Đ) thường có hai mạch vòng : Mạch vòng dòng điện Ri nằm trong và mạch vòng tốc độ Rw nằm ngoài . - Mạch vòng tốc độ để đảm bảo đáp ứng về tốc độ w . - Mạch vòng dòng điện đảm bảo đáp ứng về mômen M . 1.Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T-Đ . Sơ đồ điều khiển gồm có hai mạch vòng phản hồi : Mạch vòng phản hồi dòng điện và mạch vòng phản hồi tốc độ . Ta phải xác định các bộ điều chỉnh dòng điện Ri và bộ điều chỉnh tốc độ Rw . - Từ phương trình đặc tính cơ ta có mô hình toán học của động cơ một chiều như sau : - Phần ứng là :1/ Rư - Phần kích từ là : K0 . - Phần mô men quán tính là : 1/ pJ 2.Mạch vòng dòng điện . Trong đó : : Là hàm truyền của mạch phát xung có dạng khâu quán tính bậc một với Tđk = 0,01s là thời gian trễ của mạch phát xung điều khiển cầu một pha . Ri : Là bộ điều chỉnh dòng điện . : Là hàm truyền của cầu chỉnh lưu Thyristor . Với KCL = = » 20 TV0: Là hằng số chuyển mạch của cầu chỉnh lưu . : Là hàm truyền của mạch phần ứng động cơ một chiều. Tư là hằng số phần ứng . : Là hàm truyền của khâu đo dòng điện. Ti là hằng số thời gian khâu lọc . Vì nội dung đồ án là thiết kế bộ chỉnh lưu về công suất nên không xác định cụ thể động cơ do vậy ta không tính toán các khâu phản hồi . + Sơ đồ nguyên lý khâu đo dòng điện . KI = . Từ đó ta có cấu trúc rút gọn của mạch vòng dòng điện . Theo tiêu chuẩn ổn định tối ưu Modul ta có hàm truyền kín của hệ trên phải có dạng hàm chuẩn như sau : Từ đó ta xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện Ri là khâu PI có dạng : Ri = K.p i + . Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng điện thực hiện bằng mạch khuếch đại thuật toán như sau : Trong đó : Kpi = . R27 = R36 . TIi = R27.C12 . 3.Mạch vòng tốc độ . Sau khi tổng hợp bộ điều khiển mạch vòng dòng điện ta có cấu trúc mạch vòng tốc độ như sau : Trong đó TSI = Tđk + TV0 + Ti . Ta có cấu trúc rút gọn của mạch vòng tốc độ : Theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có hàm truyền kín của mạch vòng tốcđộ phải có dạng hàm chuẩn như sau : Từ đó ta xác định được hàm truyền bộ đIều chỉnh tốc độ Rw là khâu PI có dạng : Rw = K.pw + . Cấu trúc củabộ điều chỉnh tốc độ thực hiện bằng khuếch đại thuật toán như sau : Trong đó : Kpw = . R25 = R26 . TIw = R25.C11 . Sau khi tổng hợp được cấu trúc các mạch vòng điều chỉnh và hàm truyền của bộ điều chỉnh ta có sơ đồ tổng thể của mạch điều khiển như sau :