Giới thiệu chung về nguồn ổn áp một chiều

Ch­¬ng I Giíi thiÖu chung vÒ nguån æn ¸p mét chiÒu HiÖn nay trong c«ng nghiÖp cã rÊt nhiÒu øng dông dïng ®iÖn ¸p mét chiÒu do nh÷ng ­u ®iÓm v­ît tréi cña nã. §iÖn ¸p mét chiÒu ®­îc sö dông trong c¸c m¸y vËn chuyÓn; trong truyÒn ®éng m¸y c¾t gät, trong giao th«ng ®­êng s¾t: «t« ch¹y ®iÖn, xe rïa bèc dì hµng, trong kü thuËt ®iÖn ho¸... §éng c¬ mét chiÒu cã m«men më m¸y lín, ®iÒu chØnh tr¬n ®­îc tèc ®é vµ rÊt ®a d¹ng trong viÖc lùa chän c«ng suÊt. Tuy nhiªn viÖc dïng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã mét sè h¹n chÕ lµ dßng ®iÖn mét chiÒu kh«ng sö dông réng r·i, chÕ t¹o phøc t¹p, cång kÒnh. Do ®ã ®Ó cã ®­îc dßng ®iÖn mét chiÒu ta ph¶i biÕn ®æi tõ dßng ®iÖn xoay chiÒu ®­îc dïng réng r·i nhê “Nguån æn ¸p mét chiÒu”. Nguån æn ¸p mét chiÒu lµ mét m¸y ®iÖn biÕn dßng ®iÖn xoay chiÒu tÇn sè 50Hz thµnh dßng ®iÖn mét chiÒu cã ®iÖn ¸p tuú ý dùa vµo yªu cÇu cña phô t¶i. §iÖn ¸p ®Çu ra cã thÓ gi÷a cè ®Þnh trong mét kho¶ng ®iÖn ¸p nµo ®ã nhê vµo tÝn hiÖu xung ®iÒu khiÓn Tranzitor. M¹ch æn ¸p gåm 4 phÇn chÝnh sau: + BiÕn ¸p: BiÕn ®æi ®iÖn ¸p tõ l­íi ®iÖn 220V tÇn sè 50Hz thµnh ®iÖn ¸p thÊp phï hîp víi ®Çu vµo cña bé chØnh l­u b¸n dÉn. + ChØnh l­u: Lµ bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoay chiÒu ë ®Çu vµo thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu ë ®Çu ra cã ®é nhÊp nh« phô thuéc vµo s¬ ®å chØnh l­u. + Bé läc: lµ bé ®Ó läc bít thµnh phÇn sãng hµi bËc cao cña ®iÖn ¸p chØnh l­u nh»m môc ®Ých san ph¼ng ®iÖn ¸p chØnh l­u + M¹ch æn ¸p: lµ m¹ch ®Ó duy tr× ®iÖn ¸p t¶i ë mét kho¶ng nhÊt ®Þnh khi phô t¶i thay ®æi ®ét ngét. Ch­¬ng 2 c¸c ph­¬ng ¸n m¹ch chØnh l­u §Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra ta cã thÓ sö dông c¸c ph­¬ng ¸n m¹ch nh­ sau : Víi yªu cÇu cña ®Ò tµi, m¹ch chØnh l­u cÇn ph¶i cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra rÊt tèt víi hÖ sè ®Ëp m¹ch rÊt nhá, v× vËy ë ®©y ta chØ xÐt ®Õn c¸c s¬ ®å cÇu : chØnh l­u ®iÒu khiÓn cÇu mét pha ®èi xøng, kh«ng ®èi xøng ; chØnh l­u ®iÒu kiÓn cÇu ba pha ®èi xøng , kh«ng ®èi xøng vµ chØnh l­u cÇu kh«ng ®iÒu khiÓn 1 pha , 3 pha kÕt hîp víi b¨m xung. 1. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn mét pha s¬ ®å cÇu : 1.1.S¬ ®å ®èi xøng : - ta cã s¬ ®å m¹ch lùc nh­ h×nh vÏ sau : s¬ ®å nguyªn lý ( h×nh 1.a) IT1 IT4 b. ®å thÞ dßng ¸p (h×nh 1.b) a P ud id i1 i4 i2 wt wt wt wt wt 2P Id Id Id Id - Id H×nh 1.b_®å thÞ dßng ¸p _s¬ ®å cÇu ®iÒu khiÓn mét pha ®èi xøng - ®iÖn ¸p vµo (V) w = 2pf , f = 50Hz Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh­ sau : trong nöa chu kú ®Çu u2 > 0 T1 cã kh¶ n¨ng më, t¹i thêi ®iÓm t1 ta ®­a xung më thysistor T1 vµ T3 , chóng më ngay vµ cho dßng ch¶y theo ®­êng T1 - T¶i - T3 - Nguån , ¸p ®Æt lªn t¶i ud = u2 vµ cã chiÒu nh­ h×nh vÏ .T­¬ng tù trong nöa chu kú sau , t¹i t = t2 ta ®­a xung vµo më thysistor T2 vµ T4, dßng sÏ ch¶y theo ®­êng T2 - T¶i - T4 - Nguån . C . Ho¹t ®éng cña s¬ ®å: (khi kh«ng xÐt ®Õn trïng dÉn) cÇu gåm 6 thyristor chia thµnh 2 nhãm nhãm Catèt chung :T1,, T3, T5; nhãm Anèt chung : T2, T4, T6; ®iÖn ¸p c¸c pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p lÇn l­ît lµ: Ua= ; Ub= ; Uc= ; Gãc më ®­îc tÝnh tõ ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn( giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin). Gi¶ thiÕt T5 , T6 ®ang dÉn cho dßng ch¶y qua VF = Vc ; VG= Vb; * Khi = 1 = + cho xung ®iÒu khiÓn më T1 .thyristor nµy ®­îc më v× Va>0 sù më cña T1 lµm cho T5 bÞ kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn v× Va> Vc . Lóc nµy T6 vµ T1 cho dßng ch¶y qua, vµ ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ: Ud=Uab=Va-Vb; Khi = 2 = 3+ cho xung ®iÒu khiÓn më T2 khi T2 më nã lµm cho T6 bÞ khãa l¹i t­¬ng tù trªn . Qu¸ tr×nh cø tiÕp tôc nh­ vËy, mçi van ®­îc ®­a xung vµo më sau T ; Ta cã biÓu thøc tÝnh to¸n sau: ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i : Ud= ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van: Unmax=; dßng ®iÖn ch¶y qua c¸c van lµ : IT = Id/ 3; 2. S¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 fa ®iÒu khiÓn : H×nh 2a_s¬ ®å chØnh ®iÒu khiÓn cÇu 3 fa IT4 IT1 I6 a. s¬ ®å:( H×nh 2a) b. §å thÞ dßng ¸p m¹ch chØnh l­u cÇu 3 fa §K( H×nh 2b ) uA uB uC t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 0 t uf Ud I1 I6 Id Ungmax t t t t t iT1 iT6 uT1 P 2P t ia 0 0 0 0 0 0 d . ho¹t ®éng cña s¬ ®å: (khi kh«ng xÐt ®Õn trïng dÉn) cÇu gåm 6 thyristor chia thµnh 2 nhãm nhãm Catèt chung :T1,, T3, T5; nhãm Anèt chung : T2, T4, T6; ®iÖn ¸p c¸c pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p lÇn l­ît lµ: Ua= ; Ub= ; Uc= ; Gãc më ®­îc tÝnh tõ ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn( giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin). Gi¶ thiÕt T5 , T6 ®ang dÉn cho dßng ch¶y qua VF = Vc ; VG= Vb; * Khi = 1 = + cho xung ®iÒu khiÓn më T1 .thyristor nµy ®­îc më v× Va>0 sù më cña T1 lµm cho T5 bÞ kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn v× Va> Vc . Lóc nµy T6 vµ T1 cho dßng ch¶y qua, vµ ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ: Ud=Uab=Va-Vb; Khi = 2 = 3+ cho xung ®iÒu khiÓn më T2 khi T2 më nã lµm cho T6 bÞ khãa l¹i t­¬ng tù trªn . Qu¸ tr×nh cø tiÕp tôc nh­ vËy, mçi van ®­îc ®­a xung vµo më sau T ; Ta cã biÓu thøc tÝnh to¸n sau: ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i : Ud= ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van: Unmax=; dßng ®iÖn ch¶y qua c¸c van lµ : IT = Id/ 3; nhËn xÐt: s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3fa ®iÒu khiÓn cã ­u ®iÓm lµ cã thÓ dÔ dµng ®iÒu khiÓn c¸c thyristor ®ãng më th«ng qua gãc më , vµ c«ng suÊt cña s¬ ®å lµ kh¸ lín . Nh­ng bªn c¹nh ®ã nã cã nh÷ng h¹n chÕ nhÊt ®Þnh nh­ : chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra xÊu phô thuéc vµo gãc më vµ hiÖn t­îng trïng dÉn. S¬ ®å nµy chØ nªn dïng víi yªu cÇu c«ng suÊt lín mµ kh«ng quan t©m ®Õn chÊt l­îng ¸p ra ! . 3. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu 1. Giíi thiÖu chung Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu dïng ®Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu E thµnh xung ®iÖn ¸p mét chiÒu cã trÞ sè trung b×nh Utb cã thÓ thay ®æi ®­îc. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p trÞ sè trung b×nh Utb cña c¸c xung ®iÖn ¸p ®Æt vµo phô t¶i cã thÓ ®iÒu chØnh tõ trÞ sè kh«ng ®Õn trÞ sè lín nhÊt b»ng ®iÖn ¸p mét chiÒu E cung cÊp cho bé b¨m: 0 < Utb £ E. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é t¨ng ¸p cã thÓ ®iÒu chØnh cho ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i Utb ®¹t ®Õn gi¸ trÞ lín h¬n ®iÖn ¸p E ®Æt cña nguån ®iÖn: E < Utb <µ. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu ®­îc coi nh­ lµ mét c«ng t¾c t¬ tÜnh ®ãng më liªn tôc mét c¸ch chu kú. Nã ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c m¸y vËn chuyÓn, trong truyÒn ®éng m¸y c¾t gät, trong giao th«ng ®­êng s¾t, «t« ch¹y ®iÖn, xe rïa bèc dì hµng, trong kü nghÖ ®iÖn ho¸... ThiÕt bÞ b¨m xung lµm viÖc víi hiÖu suÊt cao tæn hao n¨ng l­îng Ýt h¬n so víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p mét chiÒu liªn tôc, Ýt nh¹y c¶m víi m«i tr­êng v× tham sè ®iÒu chØnh lµ thêi gian ®ãng më ®Ó ®Æt hoÆc c¾t nguån trªn t¶i, kÝch th­íc nhá. Tuy nhiªn bé b¨m xung ¸p cã nh­îc ®iÓm lµ : ph¶i dïng cïng víi bé läc ®Çu ra do ®ã lµm t¨ng qu¸n tÝnh cña qóa tr×nh ®iÒu khiÓn khi sö dông c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn kÝn. NÕu tÇn sè ®ãng më lín sÏ ph¸t sinh ra nhiÔu v« tuyÕn. 2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé b¨m xung ¸p mét chiÒu lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu lµ mét kho¸ ®iÖn H lµm b»ng tranzito hay b»ng tiristo ®­îc ®iÒu khiÓn ®ãng më mét c¸ch chu kú. Khi lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p bé b¨m xung ¸p mét chiÒu H ®­îc ®Æt nèi tiÕp gi÷a nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu E vµ phô t¶i nh­ trªn h×nh vÏ. TrÞ sè trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Utb. Khi bé b¨m H ®ãng ®iÖn th× ®iÖn ¸p ®Æt lªn t¶i cã trÞ sè u = E. Cßn khi H ng¾t ®iÖn th× u = 0. S¬ ®å nguyªn lý: E U TrÞ sè trung b×nh cña ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Æt lªn phô t¶i lµ: víi T® lµ thêi gian ®ãng cña kho¸ H, hay ®é réng xung T lµ chu k× b¨m, hay chu k× xung a = lµ hÖ sè lÊp ®Çy xung ¸p cßn gäi lµ tØ sè chu k×: ta cã a £ 1. B»ng c¸ch biÕn ®æi trÞ sè cña hÖ sè a ta nhËn ®­îc c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña ®iÖn ¸p trung b×nh cña ®iÖn ¸p trung b×nh Utb trªn phô t¶i. Cã thÓ cho a biÕn ®æi b»ng hai c¸ch: 1 - Cè ®Þnh chu k× b¨m T, thay ®æi thêi gian ®ãng ®iÖn T® cña bé b¨m, ta cã bé b¨m tÇn sè cè ®Þnh. 2 - Cè ®Þnh thêi gian ®ãng ®iÖn T®, biÕn ®æi chu k× b¨m T, ta cã bé b¨m tÇn sè biÕn thiªn. NÕu T® = 0 th× a = 0 ta cã Utb = 0 lóc nµy bé b¨m th­êng xuyªn ng¾t m¹ch. Khi T® = T, ta cã a =1 vµ Utb = E, bé b¨m th­êng xuyªn ®ãng m¹ch ®iÖn. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu th­êng ®ãng ®iÖn vµ ng¾t ®iÖn liªn tôc víi tÇn sè cao (200 ¸ 500Hz) nªn th­êng lµ mét kho¸ b¸n dÉn. S¬ ®å thùc tÕ cña bé xung ¸p mét chiÒu dïng transistor Bé b¨m xung ¸p sö dông tranzito cã tÇn sè b¨m lín kho¶ng vµi kilohert. C¸c tranzito kh«ng cÇn m¹ch ®Ó kho¸ l¹i nh­ tiristo nªn rÊt ®¬n gi¶n vµ cã thÓ lµm viÖc víi tÇn sè t­¬ng ®èi lín. C¸c bé b¨m dïng tranzito c«ng suÊt cã thÓ ®¹t tíi tÇn sè b¨m tõ 10 ®Õn 100 kHz mét c¸ch dÔ dµng. Khi dïng bé b¨m xung ¸p cã thÓ kh«ng cÇn dïng cuén c¶m san b»ng hoÆc chØ cÇn cuén c¶m cã ®iÖn c¶m nhá nèi tiÕp víi t¶i còng ®ñ san b»ng dßng ®iÖn trªn t¶i thµnh dßng ®iÖn mét chiÒu cã trÞ sè kh«ng ®æi. Nh­îc ®iÓm cña bé b¨m ®iÖn b»ng Tranzito lµ cã c«ng suÊt nhá, chØ ®¹t cì vµi kil«o¸t ®Õn vµi chô kil«o¸t lµ cïng. S¬ ®å cña bé b¨m xung ¸p mét chiÒu dïng Tranzito. T¶i ChØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn L2 · · · · · · K D C1 S¬ ®å nguyªn lý cña bé b¨m xung ¸p mét chiÒu Trªn s¬ ®å th× bé b¨m xung ¸p lµm viÖc nh­ mét c«ng t¸c t¬ tÜnh (K) ®ãng më liªn tôc 1 c¸ch chu k× . Nhê vËy mµ biÕn ®æi ®­îc ®iÖn ¸p mét chiÒu kh«ng ®æi E thµnh c¸c xung ®iÖn ¸p mét chiÒu Utb cã trÞ sè cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc. §iÖn ¸p Utb nµy ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ sÏ lµm thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ « t«. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p th× 0<Utb<E. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é t¨ng ¸p th× E<Utb<0. Trong s¬ ®å trªn L,C lµ bé phËn läc ®Ó san b»ng vµ gi÷ cho ®iÖn ¸p t¶i thùc tÕ lµ kh«ng ®æi ,môc ®Ých lµ gi¶m hÖ sè ®Ëp m¹ch n©ng cao chÊt l­îng ®iÒu chØnh . §iÖn ¸p trªn t¶i thu ®­îc phô thuéc vµo tÇn sè ®ãng c¾t kho¸ K.Trong khi ®ã c¸c h¹n chÕ vÒ c«ng nghÖ vµ tæn hao cña bé biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu quyÕt ®Þnh giíi h¹n tÇn sè lµm viÖc cña bé biÕn ®æi .§Ó tr¸nh c¸c sãng kh«ng mong muèn vµ tõ ®Êy tr¸nh ®­îc Momen ®Ëp m¹ch th× tÇn sè ph¶i lín h¬n mét møc nµo ®ã .TÇn sè ®ãng c¾t cµng nhanh th× cµng gi¶m ®­îc kÝch th­íc cña bé läc ,nh­ng nÕu qu¸ lín sÏ sinh ra nhiÔu v« tuyÕn .V× vËy ph¶i c©n nh¾c ®Ó lùa chän ®­îc bé biÕn ®æi lµm viÖc ë d¶i tÇn thÝch hîp( d­íi 1KHz). Thùc tÕ th­êng dïng tÇn sè b¨m kho¶ng 400Hz ¸ 600Hz. Thùc tÕ kho¸ K trªn s¬ ®å nguyªn lý ®­îc thay b»ng kho¸ ®iÖn tö cô thÓ lµ Tiristor hoÆc Transistor(C«ng suÊt hoÆc MOS). Dïng Tiristor cã ­u ®iÓm lµ trÞ sè giíi h¹n cao ,lµm viÖc ch¾c ch¾n rÎ tiÒn,tæn hao khi dÉn nhá nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ më chËm nªn chØ sö dông réng r·i ë tÇn sè ®ãng më thÊp (d­íi 500Hz). Transistor MOS thÝch hîp víi d¶i tÇn sè chuyÓn m¹ch cao h¬n 100KHz. Transistor c«ng suÊt thÝch hîp víi d¶i tÇn tõ 10->100Khz,cã gi¸ thµnh rÎ h¬n,tæn hao Ýt h¬n MOS. Víi hÖ thèng dïng Transistor th× yªu cÇu lµm m¸t kh«ng cao b»ng Tiristor,nh­ng Tiristor l¹i cho phÐp dÔ b¶o vÖ chèng l¹i c¸c sù cè h¬n Transistor 4.So s¸nh c¸c ph­¬ng ¸n : tõ c¸c ph©n tÝch ë trªn ta thÊy khi dïng c¸c ph­¬ng ph¸p chØnh l­u 1 pha hay 3 pha ®iÒu khÓn kh«ng ®èi xøng th× hÖ sè ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p ra rÊt lín nªn ta sÏ kh«ng dïng c¸c ph­¬ng ph¸p nµy . víi ph­¬ng ph¸p dïng chØnh l­u ®iÒu khiÎn hoµn toµn ta thÊy vÊn ®Ò ®iÒu khiÓn c¸c van Thysistor t­¬ng ®èi phøc t¹p vµ bé ®iÒu khiÓn cång kÒnh ®ång thêi khi gãc më thay ®æi th× chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra còng thay ®æi nhiÒu .Víi bé b¨m xung kÕt hîp víi chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn do ta cã thÓ b¨m v¬i tÇn sè rÊt cao nªn ®Æc tÝnh läc sÏ tèt h¬n ®ång thêi viÖc ®iÒu khiÓn còng dÔ dµng h¬n. Do yªu cÇu cña bé æn ¸p mét chiÒu c«ng suÊt nhá nªn ta sÏ chän ph­¬ng ¸n dïng chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn kÕt hîp víi bé b¨m xung ¸p mét chiÒu .Ph­¬ng ph¸p nµy cã ­u ®iÓm lµ dïng c¸c van Diode rÎ tiÒn h¬n c¸c van Thysistor ®ång thêi viÖc ®iÒu khiÓn dÔ dµng h¬n do ta kh«ng cÇn bé ®ång pha , dÞch pha vµ ta chØ ®iÒu khiÓn mét van ®iÒu khiÓn hoµn toµn . Ch­¬ng 3 TÝnh to¸n m¹ch lùc Trong ch­¬ng tr­íc ta ®· chän ®­îc s¬ ®å m¹ch lùc cho bé æn ¸p nh­ sau : M¸y biÕn ¸p ChØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn Bé b¨m Bé läc UR = 24 VDC Bé ®iÒu chØnh dßng Ta cã s¬ ®å m¹ch lùc nh­ sau : 220 V MBA 60VDC - + C1 L 24VDC + - T1 D0 0 C2 T2 Trong m¹ch lùc nh­ trªn T1 lµm viÖc ë chÕ ®é b·o hoµ nh­ mét kho¸ ®ãng c¾t , T2 lµm viÖc ë chÕ ®é tuyÕn tÝnh ®Ó æn ®Þnh ¸p ra 1. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn vµ c«ng suÊt m¸y biÕn ¸p M¸y biÕn ¸p c«ng suÊt cì vµi kVA thuéc lo¹i MBA c«ng suÊt nhá, sôt ¸p trªn ®iÖn trë t­¬ng ®èi lín, kho¶ng 4% , sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng Ýt h¬n cì 1,5% . §iÖn ¸p sôt trªn hai Diode nèi tiÕp kho¶ng 2 V do ®ã ta cã ®iÖn ¸p chØnh l­u lóc kh«ng t¶i sÏ lµ : Ud0 = 60.1,055 + 2 = 65,3 V TrÞ sè hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha thø cÊp MBA : Tû sè biÕn ¸p : + Dßng ®iÖn c¸c cuén d©y: - Dßng ®iÖn cña cuén thø cÊp: I2 = - Dßng ®iÖn cña cuén s¬ cÊp: I1 = m.I2 =4,15 A C«ng suÊt cña MBA : S = 3.220.4,15 = 2740 W Ta tiÕn hµnh chän m¸y biÕn ¸p víi c¸c th«ng sè trªn. 2. TÝnh to¸n m¹ch tõ MBA Chän m¹ch tõ 3 trô tiÕt diÖn mçi trô ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Trong ®ã : k: HÖ sè kinh nghiÖm (th­êng lÊy K=5,8¸6,4).Víi MBA kh« lÊy K=6. c: Sè trô (c=3). f: tÇn sè (f=50 Hz). Sba: C«ng suÊt biÓu kiÕn MBA (VA). Thay sè vµo ta cã : Chän Q=78 (cm2) Ta chän m¹ch tõ : lµm b»ng t«n silic ' 310 cã bÒ dµy lµ 0,35 mm tû träng gb=75 kg/dm3 tæn hao p=1,3 w/kg. BÒ dµy l¸ t«n silic ' 310 : 0,35(mm) TÝnh to¸n chiÒu cao s¬ bé cña trô : Dùa vµo c«ng thøc kinh nghiÖm: Trong ®ã : +Thq :TiÕt diÖn hiÖu qu¶ Thq=Q. +b :lµ hÖ sè quan hÖ gi÷a chiÒu cao vµ chiÒu réng cña biÕn ¸p, th­êng b»ng 1,15¸1,35.Ta chän b=1,2. - Suy ra : b/ TÝnh träng l­îng cña trô: Gt=c´ST´gb´l Trong ®ã : +c: Sè trô (c=3). +ST: TiÕt diÖn trô: ST=Q=78 (cm3). +gb: Tû träng t«n silic (gb=7,5kg/dm3). VËy träng l­îng cña trô lµ : GT=3´0,78´7,5´2,6=45,6 (kg). c/ TÝnh g«ng: 2 2 2 lG a a l l a b Chän a=9,5 cm2. lG = 26x2 -9,5 = 42,5 (cm) TG=Q=78 (cm2). Träng l­îng g«ng: Gg=t´TG´gb´lG Trong ®ã: t: Sè g«ng (t=2) TG: TiÕt diÖn g«ng. gb:: Tû träng t«n silic. lG: ChiÒu dµi cña g«ng. Thay sè vµo ta cã : Gg= 2´0,78´7,5´4,35=50 (kg). Träng l­îng lâi thÐp MBA: G=GT+Gg=45,6+50=95,6 (kg). d/ Sè l¸ t«n: -Sè l¸ trô : (l¸) -Sè l¸ ch¾n ®Çu ng¾n: (l¸). -Sè l¸ ch¾n ®Çu dµi: (l¸). 3.TÝnh chän c¸c van c«ng suÊt cho s¬ ®å m¹ch lùc : chän transistor c«ng suÊt : ViÖc chän van b¸n dÉn m¹ch lùc ®­îc chän theo c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van. Hai th«ng sè c¬ b¶n ®Ó chän van lµ: + Gi¸ trÞ dßng trung b×nh lín nhÊt cña van (Itb max); ®©y lµ gi¸ trÞ dßng lín nhÊt mµ van cã thÓ chÞu ®­îc øng víi chÕ ®é lµm m¸t tèt nhÊt cho van (chÕ ®é lý t­ëng). Trong thùc tÕ, kh«ng ®¹t ®­îc ®iÒu kiÖn lµm m¸t lý t­ëng nªn viÖc sö dông van kh«ng ®­îc qu¸ gi¸ trÞ nµy. + Gi¸ trÞ biªn ®é ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt cho phÐp ®Æt lªn van (Ung­îc max ); nÕu v­ît qu¸ gi¸ trÞ nµy th× van bÞ chäc thñng. Nh­ ®· ®Ò cËp ë phÇn tr­íc, ta dïng c¸c van b¸n dÉn lµ c¸c tranzito c«ng suÊt; tøc lµ c¸c van ®iÒu kiÓn hoµn toµn. XuÊt ph¸t tõ ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ, ta chän ®iÒu kiÖn lµm m¸t lµ lµm m¸t c­ìng bøc b»ng qu¹t giã, víi c¸c c¬ cÊu: Van + c¸nh t¶n nhiÖt chuÈn + tèc ®é giã (12 m/s). V× vËy: Itb van thùc= (0,4 ¸ 0,5) Itb van max. Chän tranzito c«ng suÊt Tõ biÓu thøc dßng trung b×nh qua van x¸c ®Þnh ë trªn, ta cã: Þ Tõ biÓu ®å d¹ng sãng ®iÖn ¸p ®Æt trªn van, ta thÊy ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn van lµ US; tøc lµ : Ung van max = US = 48V. Tõ kÕt qu¶ hai th«ng sè tÝnh to¸n ®­îc ë trªn ta chän lo¹i tranzito c«ng suÊt lo¹i BUT 90 cã c¸c th«ng sè sau: M· hiÖu UCE ,V UCE0 , V UCE..sat , V IC, A IB , A toff, ms ton, ms ts, ms Pm, W BUT 90 200 125 1,2 50 7 0,4 1,2 1.5 250 Chän Diode (D0 ,..., D6) BiÓu thøc dßng trung b×nh qua c¸c ®i-èt D0 lµ: ID = Id.(1-e) Þ ID max thùc = Id max = 25A. Còng tõ ®å thÞ d¹ng sãng cña diode ta thÊy r»ng ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn c¸c diode D1 ,...,D6 lµ . TrÞ trung b×nh dßng ch¶y trong c¸c Diode : VËy ta chän lo¹i B50 do h·ng Liªn X« cò chÕ t¹o B50-1 cã c¸c th«ng sè: M· hiÖu Itb , A Umax , V B 50 50 100 4. ThiÕt kÕ m¹ch trî gióp cho Transistor. Thùc tÕ lµ tæn hao chuyÓn m¹ch cña tranzitor c«ng suÊt lín h¬n rÊt nhiÒu so víi tr­êng hîp nã lµm viÖc víi t¶i x¸c ®Þnh. MÆt kh¸c, so víi tiristor kh¶ n¨ng chÞu qu¸ t¶i cña tranzitor kÐm h¬n. Trong tr­êng hîp cô thÓ lµ tranzitor ph¶i lµm viÖc nh­ mét kho¸ ®iÖn tö ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn víi tÇn sè ®ãng c¾t lín, th× tæn thÊt n¨ng l­îng khi chuyÓn tr¹ng th¸i lµ ®¸ng kÓ, v× n¨ng l­îng tæn thÊt tØ lÖ víi tÇn sè ho¹t ®éng cña Tranzitor. V× vËy, ®Ó gi¶m nhá tæn thÊt khi chuyÓn m¹ch vµ tr¸nh cho tranzitor lµm viÖc qu¸ nÆng nÒ th× ng­êi ta sö dông thªm c¸c m¹ch ”trî gióp”. C¸c phÇn tö chñ yÕu cña m¹ch trî gióp lµ L2 vµ C2 . Chøc n¨ng cña L2 lµ h¹n chÕ sù t¨ng cña ic trong qu¸ tr×nh tranzitor ®ãng m¹ch, cßn tô ®iÖn C2 cã t¸c dông lµm chËm sù t¨ng cña VCC trong qu¸ tr×nh tranzitor c¾t m¹ch. S¬ ®å m¹ch trî gióp nh­ sau: R1 1k D2 DIODE D1 DIODE R2 1k L1 1uH Q1 NPN C1 1uF T¶i c¶m Khi biÓu diÔn m¹ch lùc trªn s¬ ®å nguyªn lý ta kh«ng ®­a thªm c¸c m¹ch trî gióp vµo nh»m ®¬n gi¶n ho¸ m¹ch nh­ng thùc tÕ mçi tranzitor sö dông ®Òu thiÕt kÕ m¹ch trî gióp ®i kÌm. 5.TÝnh läc : ¸p ra sau bé b¨m cã d¹ng nh­ sau : T1 T T1 U U (V) t (s) Ph©n tÝch theo chuçi Fourier ta cã: §Ó ®é ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p k®m £ 0,01 ta cã bé läc ph¶i tho¶ m·n nh÷ng yªu cÇu sau : ta dïng bé läc lo¹i k nh­ sau : s¬ ®å m¹ch : C/2 C/2 L Ta cã thÓ sö dông s¬ ®å trªn , tÇn sè c¾t cña bé läc nh­ sau : tõ (0 ¸ wC ) lµ gi¶i th«ng cßn tõ (wC ¸ µ) lµ gi¶i ch¾n ta gi¶ thiÕt ®èi víi sãng hµi tÇn sè thÊp mµ XL >> XC th× dßng xoay chiÒu ch¶y qua L vµ C sÏ quyÕt ®Þnh bëi XL vµ cã : ®iÖn ¸p nhÊp nh« : tû sè nhÊp nh« : ta lÊy A = vµ n = 1 víi tÇn sè 10 kHz . Tõ ®ã ta cã LC = Chän L =0,14 mH ta cã C = 100mF Ch­¬ng 4 M¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn ë ®©y lµ m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh ®Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra theo sù thay ®æi cña t¶i vµ ®iÖn ¸p vµo . M¹ch ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c lÊy sù thay ®æi cña dßng ®iÖn t¶i ph¶n håi vÒ vµ lÊy sù thay ®åi cña ¸p l­íi ®Ó thay ®æi ®é réng xung ®iÒu khiÓn ®Æt lªn Transistor . Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nh­ sau : khi dßng t¶i nhá ta ®iÒu chØnh tØ sè b¨m e ®Ó cho ¸p ra b»ng 24 V, khi t¶i t¨ng lªn kÐo theo sôt ¸p trªn van Transistor ®iÒu dßng gi¶m ®ång thêi sôt ¸p trªn MBA vµ c¸c van t¨ng lªn lµm cho ¸p ra thay ®æi do vËy ta ph¶i thay ®æi tØ sè b¨m ®Ó gi÷ cho ¸p ra kh«ng ®æi ) vµ khi ¸p vµo thay ®æi kÐo theo sù thay ®æi cña ¸p ra ta ph¶i thay ®æi tØ sè b¨m ®Ó gi÷ cho ¸p ra kh«ng ®æi . Trong m¹ch ®iÒu khiÓn cã nh÷ng khèi chÝnh sau : khèi t¹o dao ®éng lµm nhiÖm vô t¹o ra xung dao ®éng chuÈn . Khèi t¹o xung r¨ng c­a t¹o ra d¹ng xung r¨ng c­a chuÈn ®Ó t¹o ra xung ®iÒu khiÓn . Khèi lÊy ®iÖn ¸p sai lÖch cã nhiÖm vô ph¸t hiÖn sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p l­íi vµ lÊy sai lÖch so víi ®iÖn ¸p chuÈn . Khèi ph¶n håi ¸p lÊy sù sai lÖch cña ¸p r¬i trªn van ®iÒu dßng vÒ ®Ó thay ®æi ®é réng xung ®iÒu khiÓn nh»m môc ®Ých gi÷ ¸p ra kh«ng ®æi . Khèi so s¸nh lµm nhiÖm vô so s¸nh tÝn hiÖu chuÈn víi c¸c tÝn hiÖu ®Æt vµ tÝn hiÖu ph¶n håi ®Ó cã xung ®iÒu khiÓn . Khèi khuÕch ®¹i lµm nhiÖm vô khuÕch ®¹i xung ®iÒu khiÓn ®Ó cã xung cã ®é réng ®ñ lín . Cô thÓ phÇn ®iÒu khiÓn gåm cã c¸c khèi chÝnh sau : +12V 1 Gnd 2 Trg 3 Out 4 Rst 5 Ctl 6 Thr 7 Dis 8 Vcc 555 + CT + C1 R1 R2 R1 2k Bé t¹o dao ®éng Timer555 1. M¹ch t¹o dao ®éng: §Ó t¹o ®­îc xung vu«ng víi tÇn sè 10 kHz ta sö dông vi m¹ch t¹o dao ®éng Timer555 víi c¸c th«ng sè cho nh­ trªn: :Tr¹ng th¸i (møc logic)dÇu ra t¹i thêi ®iÓm t,lµ ®Çu ra ®¶o cña FF trong vi m¹ch Nguyªn lý ho¹t ®éng: Khi =1 th× Transistor dÉn b·o hoµ ,tô dÉn ®iÖn qua Transistor nªn ®iÖn ¸p trªn tô Uc gi¶m Khi tô Uc gi¶m tíi Uc= th× =0. U t1 t2 T t t BiÓu ®å d¹ng sãng cña Timer555 ë chÕ ®é ®a hµi phiÕm ®Þnh Khi Uc t¨ng tíi Uc= th× =1 Transistor l¹i dÉn b·o hoµ. Kho¶ng thêi gian t1 phô thuéc vµo tn¹p,víi tn¹p=(R1+R2)C Kho¶ng thêi gian t2 phô thuéc vµo tphãng ,víi tphãng=R2C Qua tÝnh to¸n ta ®­îc t1=(R1+R2)Cln2 Ta cã víi C = 0,04808 mF ta cã R2 = 100 W (thêi gian phãng cµng nhá cµng tèt) Tõ ®ã ta cã R1 = 3 kW Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a a/ Nguyªn lý ho¹t ®éng §iÖn ¸p cña bé ph¸t xung chñ ®¹o ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a. Do ®iÖn ¸p ra cña khuÕch ®¹i tuyÕn tÝnh phô thuéc vµo quan hÖ: Ura= K0 . (-UII + U+) Trong ®ã: U+ lµ ®iÖn ¸p ®Æt ë cöa kh«ng ®¶o; K0 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña b¶n th©n OP2 vµ K0 lµ rÊt lín. M¹ch t¹o xung r¨ng c­a Khi UII 0 Suy ra UIII > 0 vµ tô C1 ®­îc n¹p th«ng qua R5 vµ D3 vÒ OP1 víi dßng n¹p: IC= I¢2 - I2 Trong ®ã: IC , I¢2 , I2 , ®­îc kÝ hiÖu nh­ trªn h×nh vÏ. ; Víi: DUD3 lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn D3. Chän b»ng 0,5 V UdII= (E- 2)= 13 V §iÖn ¸p UIII chÝnh lµ ®iÖn ¸p trªn tô C1 Ur = UC = Ur = UC = - Diot æn ¸p DZ cã nhiÖm vô kh«ng cho ®iÖn ¸p trªn tô n¹p qu¸ UDZ. Chän lo¹i Diod cã UDZ = 15V NÕu gäi tn lµ thêi gian n¹p cña tô th× ta cã ph­¬ng tr×nh sau: UZ = Khi UII >0 ® D3 kho¸ ® Ura = 0 ® tô C sÏ phãng ®iÖn vÒ ©m nguån cña OP2 Víi dßng ®iÖn phãng Ip = §iÖn ¸p trªn tô gi¶m dÇn theo hµm : Ur = UZp = Gäi tp lµ thêi gian phãng cña tô ®iÖn ta cã : Ur = (2) víi UDZ =10V vµ tp=9,5ms nh­ ®· chän, tõ (2) ta cã: Û Þ (R4 + RX2)C1 = 14,25.10-3 (3) tõ (1) ta cã: thay (3) vµo (1) ta cã: Û Û R5C1 = 0,675.10-3 chän C7 = 0,47mF ® R5 = 1,43(KW) , chän R5 = 1,5(KW) tõ (3) chän R4 = 10(KW) ta cã: (10.103 + RX2) = 30,3(KW) ® RX2 = 20,3(KW) ® ®iÒu chØnh biÕn trë ®Ó cã RX2 = 20,3(KW) -Dßng qua Diod D3: I2’ = (mA) Chän linh kiÖn : OP2 : mA741 cã c¸c th«ng sè: Ung= ±3¸22V; UnF= ±15 V; UdF= ±30 V; Ko=5.106; P1=100 mW; [t]=55¸1250C; Ira=±25 mA; En=±15 V; Zra=60 W; Zvµo=300 KW; V. D3 : D-1001 cã c¸c th«ng sè : I = 1A ; Ung = 200V ; DU = 0,5V 3. Kh©u so s¸nh. -E +E ( IV ) R6 R7 RX3 +E ( III ) OP3 Upa2 Uref a/ Nguyªn lý ho¹t ®éng §iÖn ¸p r¨ng c­a ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña OP3. - Khi UD = (Udk2-UIII) > 0 th× UIV= (E-2) (V) - Khi UD=(Udk2-UIII) < 0 th× UIV= - (E - 2) V KÕt qu¶ lµ ë ®Çu ra cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n OP3 cã mét d·y xung vu«ng liªn tiÕp. Uphd lµ tÝn hiÖu lÊy tõ bé ph¶n håi d­¬ng dßng ®­îc chuyÓn thµnh tÝn hiÖu ¸p ®­a vÒ . Upha lµ tÝn hiÖu lÊy tõ sù thay ®æi cña ¸p l­íi qua bé ph©n ¸p ®­a ®Õn . ChØnh RX3 sao cho ¸p chuÈn Uref = 3 V U§K T T1 t U t 15 V Ura +E -E 4.Kh©u lÊy ¸p sai lÖch : §Ó lÊy sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p l­íi ta lµm nh­ sau: -E +E R1 R5 RX3 +E OP3 Bé ph©n ¸p R3 R2 Uref R4 ¸p tõ ®Çu vµo ®­a ®Õn Khi ¸p vµo chuÈn lµ 220VAC ta cã ¸p chØnh l­u ra chuÈn lµ 60 VDC vµ cã ¸p sai lÖch u = 0 V ; khi ¸p vµo thay ®æi ( biÕn ®éng 10% ) ta cã sai lÖch kh¸c 0 §Çu vµo cña bé ph©n ¸p ta nèi vµo m¹ch lùc . Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña kh©u nµy nh­ sau : khi ¸p vµo lµ 220V chuÈn th× kh©u nµy cho ¸p ra b»ng 0V khi ¸p vµo t¨ng lªn nã cho ¸p ra ©m ®ñ lín ®Ó bï l¹i ¸p ®iÒu khiÓn sao cho ¸p ra kh«ng ®æi . Ta chän c¸c th«ng sè : víi R1 vµ R2 ta chän sao cho khi ¸p vµo lµ 220V th× cã ¸p ra b»ng 6V , ta chän R1, R2 kh¸ lín ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn cô thÓ : chän R1 = 900k ; R2 = 100k ; con tr­ît trªn RX3 ®Æt ë vÞ trÝ sao cho Uref = 6 V (víi E = 15 V) Khi ¸p vµo lµ 220V+10% th× ¸p vµo bé b¨m lµ 66V do ®ã ®Ó ®¶m b¶o ¸p ra b»ng 24V ta ph¶i cã hÖ sè b¨m lóc nµy lµ : hay ¸p ®iÒu khiÓn lóc nµy lµ u®k = e.15 = 5,45 V T­¬ng tù ta cã lóc ¸p l­íi gi¶m 10% th× : VËy bé lÊy ¸p sai lÖch ph¶i tho¶ m·n : khi ¸p vµo t¨ng lªn 66V th× cã ¸p ra b»ng u = - (6 – 5,45 ) = - 0,55V vµ khi ¸p vµo b»ng 54 V th× : u = - (6 – 6,67) = 0,55V Tõ s¬ ®å bé ph©n ta cã : khi ¸p vµo b»ng 66V th× ¸p ra cña bé ph©n ¸p lµ : khi ®ã ¸p ra ph¶i b»ng – 0,55 V do ®ã ta cã tØ sè 0,83 chän R4 = 55 K ta cã R3 = 66 K . chän R5 = 10 K (®iÖn trë h¹n chÕ dßng ) . 5. Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn dßng ®iÖn ®­îc lÊy qua c¸c ®iÖn trë h¹n chÕ dßng sau ®ã ®­a vµo ®Çu vµo cña Transistor ®iÒu chØnh dßng. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña nã nh­ sau : khi dßng t¶i t¨ng lªn dßng ph¶n håi vÒ t¨ng ®­îc ®­a vµo cùc cæng cña Transistor dßng lµm cho T2 lµm cho nã më lín h¬n vµ cho dßng qua lín h¬n . kh©u nµy bao gåm c¸c ®iÖn trë ph©n dßng ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau : Uv IB2 Dßng t¶i R1 R2 T2 Rd D814 T0 IB0 C¸c ®iÖn trë ®­îc m¾c song song víi t¶i vµ ®­îc x¸c ®Þnh : Khi dßng t¶i nhá cì 2A th× dßng I2 ph¶i ®ñ lín ®Ó cho T2 lµm viÖc ë vïng tuyÕn tÝnh vµ khi dßng t¶i lín ( = 40A) th× dßng I2 ph¶i kh«ng lín h¬n gi¸ trÞ dßng b·o hoµ ®Ó T2 kh«ng r¬i vµo chÕ ®é b·o hoµ . Cô thÓ víi Transistor ®­îc chän ta cã dßng b·o hoµ Ibh = 5 A vµ cã hÖ sè khuÕch ®¹i dßng b2 = 10 Khi phôt¶i thay ®æi th× dßng ®iÖn t¶i thay ®æi do ®ã dßng IB2 thay ®æi C¸c ®iÖn trë ®­îc tÝnh : chän R1 = 8 W dßng ®iÖn lín nhÊt qua ®Ìn T0 lµ 6.Kh©u ph¶n håi ¸p : Khi dßng t¶i cµng lín lµm cho T2 cµng dÉn vµ sôt ¸p trªn van nµy cµng gi¶m do ®ã khi ¸p vµo kh«ng thay ®æi th× ¸p ra sÏ t¨ng lªn do vËy ta ph¶i thay ®æi gi¸ trÞ ¸p vµo ®Ó gi÷ cho ¸p ra kh«ng ®æi . R2 R1 URa =24VDC Uph Khi ¸p ra b»ng 24 ta chän Uph = 3V do ®ã ®iÖn trë R1 lÊy b»ng 23 K vµ R2 = 1K 7. Kh©u khuyÕch ®¹i : Sö dông khuyÕch thuËt to¸n kh«ng ®¶o TL084 víi s¬ ®å nh­ sau: +V 15V + TL084 +V -15V R1 R2 Uvµo Ura Bé khuÕch ®¹i Víi khuyÕch thuËt to¸n trªn ta dÔ dµng tÝnh ®­îc hÖ sè khuyÕch ®¹i cña m¹ch K= Thay ®æi c¸c th«ng sè R1 vµ R2 cña m¹ch ta sÏ cã t­¬ng øng víi 1 ®iÖn ¸p ®Çu vµo sÏ cã mét ®iÖn ¸p ®Çu ra cã ®é lín gÊp K (tuú ý)lÇn ®iÖn ¸p ®Çu vµo . 8. Khèi nguån ®iÖn ¸p chuÈn: u2 C1 C2 C3 - + 15V 3 2 1 LM78L15CH §iÖn ¸p u2 ®­îc lÊy tõ l­íi vµo qua biÕn ¸p phô (Cã thÓ ghÐp chung víi biÕn ¸p chÝnh ) sau ®ã qua bé chØnh l­u c«ng suÊt nhá vµ ®­a vµo ®Çu vµo cña vi m¹ch æn ¸p LM78L15CH víi c¸c tô läc nh­ sau : C1 = 1000mF C2 = 330nF C3 = 100nF u2 C1 C2 C3 - - 15V 2 3 1 LM78L15CH Ngoµi ®iÖn ¸p chuÈn +15 V ta cßn ph¶i t¹o ra ¸p chuÈn –15 V cung cÊp cho bé so s¸nh vµ bé khuÕch ®¹i. L R T¶i 220 V MBA 60VDC C L T1 24VDC D0 - + Ph©n ¸p R1 R2 C T2 R1 R2 T0 Rd R3 R4 D1 D3 D5 D6 D4 D2 R4 +15V 1 Gnd 2 Trg 3 Out 4 Rst 5 Ctl 6 Thr 7 Dis 8 Vcc 555 + CT + C1 R1 R2 R1 2k C1 DZ OP2 +E -E R4 R5 D3 RX2 R6 +E -E +E R6 R7 RX3 +E OP3 Upa2 Uref -E +E R5 RX3 OP3 R3 Uref Upa1