Thiết kế mạch nạp ắc qui tự động

®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ phô thuéc cña søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p ¾c qui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian phãng khi dßng ®iÖn phãng kh«ng thay ®æi . - Tõ ®Æc tÝnh phãng cña ¾c qui nh­ trªn h×nh vÏ ta cã nhËn xÐt sau: +Trong kho¶ng thêi gian phãng tõ tp = 0 ®Õn tp = tgh, søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m dÇn, tuy nhiªn trong kho¶ng thêi gian nµy ®é dèc cña c¸c ®å thÞ kh«ng lín, ta gäi ®ã lµ giai ®o¹n phãng æn ®Þnh hay thêi gian phãng ®iÖn cho phÐp t­¬ng øng víi mçi chÕ ®é phãng ®iÖn cña ¾c qui ( dßng ®iÖn phãng ) cña ¾c qui. - Tõ thêi ®iÓm tgh trë ®i ®é dèc cña ®å thÞ thay ®æi ®ét ngét .NÕu ta tiÕp tôc cho ¾c qui phãng ®iÖn sau tgh th× søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p cña ¾c qui sÏ gi¶m rÊt nhanh. MÆt kh¸c c¸c tinh thÓ sun ph¸t ch× (PbSO4) t¹o thµnh trong ph¶n øng sÏ cã d¹ng th« r¾n rÊt khã hoµ tan ( biÕn ®æi ho¸ häc) trong qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn trë l¹i cho ¾c qui sau nµy. Thêi ®iÓm tgh gäi lµ giíi h¹n phãng ®iÖn cho phÐp cña ¾c qui, c¸c gi¸ trÞ Ep, Up, r t¹i tgh ®­îc gäi lµ c¸c gi¸ trÞ giíi h¹n phãng ®iÖn cña ¾c qui. ¾c qui kh«ng ®­îc phãng ®iÖn khi dung l­îng cßn kho¶ng 80%. - Sau khi ®· ng¾t m¹ch phãng mét kho¶ng thêi gian nµo, c¸c gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p cña ¾c qui, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n l¹i t¨ng lªn, ta gäi ®©y lµ thêi gian håi phôc hay kho¶ng nghØ cña ¾c qui. Thêi gian håi phôc nµy phô thuéc vµo chÕ ®é phãng ®iÖn cña ¾c qui (dßng ®iÖn phãng vµ thêi gian phãng ). I.4.2. §Æc tÝnh n¹p cña ¾c qui: §Æc tÝnh n¹p cña ¾c qui lµ ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ phô thuéc gi÷a søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n theo thêi gian n¹p khi trÞ sè dßng ®iÖn n¹p kh«ng thay ®æi. .Kho¶ng nghØ 1,95V C n = I n .t n Vïng n¹p chÝnh 5 10 0 10 1 ts 20 (2¸3) h Vïng n¹p no t I (A) U,E (V) 2,4V 2 2,7V Un B¾t ®Çu s«i 2,4V 2,1V Eaq Eo H×nh 1.4: §Æc tÝnh n¹p cña ¾c qui. - Tõ ®å thÞ ®Æc tÝnh n¹p ta cã c¸c nhËn xÐt sau : +Trong kho¶ng thêi gian tõ tn = 0 ®Õn tn = ts th× søc ®iÖn ®éng, ®iÖn ¸p, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n t¨ng dÇn. +Tíi thêi ®iÓm tn = ts trªn bÒ mÆt c¸c b¶n cùc ©m xuÊt hiÖn c¸c bät khÝ (cßn gäi lµ hiÖn t­îng s«i ) lóc nµy hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a c¸c b¶n cùc cña ¾c qui ®¬n t¨ng ®Õn 2,4 V . NÕu vÉn tiÕp tôc n¹p gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng tíi 2,7 V vµ gi÷ nguyªn. Thêi gian nµy gäi lµ thêi gian n¹p no, nã cã t¸c dông cho phÇn c¸c chÊt t¸c dông ë s©u trong lßng c¸c b¶n cùc ®­îc biÕn ®æi tuÇn hoµn, nhê ®ã sÏ lµm t¨ng thªm dung l­îng phãng ®iÖn cña ¾c qui. +Trong sö dông thêi gian n¹p no cho ¾c qui kÐo dµi tõ 2 ¸ 3 h trong suèt thêi gian ®ã hiÖu ®iÖn thÕ trªn c¸c b¶n cùc cña ¾c qui vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n kh«ng thay ®æi . Nh­ vËy dung l­îng thu ®­îc khi ¾c qui phãng ®iÖn lu«n nhá h¬n dung l­îng cÇn thiÕt ®Ó n¹p no ¾c qui. +Sau khi ng¾t m¹ch n¹p, ®iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui, nång ®é dung dÞch ®iÖn ph©n gi¶m xuèng vµ æn ®Þnh. Thêi gian nµy còng gäi lµ kho¶ng nghØ cña ¾c qui sau khi n¹p. +TrÞ sè dßng ®iÖn n¹p ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÊt l­îng vµ tuæi thä cña ¾c qui. Dßng ®iÖn n¹p ®Þnh møc ®èi víi ¾c qui lµ In = 0,1C20 . Nh÷ng dÊu hiÖu cho thÊy acquy ®· ®Çy ®iÖn : - HiÖn t­îng sñi bät rÊt m¹nh x¶y ra xung quanh cùc ©m vµ cùc d­¬ng. Tû träng ®¹t 1,12-1,22 ®èi víi acquy cè ®Þnh vµ 1,25-1,30 ®èi víi acquy di ®éng. HiÖu ®iÖn thÕ ®¹t 2,7-2,8V vµ æn ®Þnh trong suèt 3 h Dung l­îng n¹p vµo gÊp 1,2-1,3 lÇn dung l­îng ®Þnh møc. I.5.C¸c ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui tù ®éng. Cã ba ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui lµ: + Ph­¬ng ph¸p dßng ®iÖn. + Ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p. + Ph­¬ng ph¸p dßng ¸p. I.5.1. Ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi. _ H×nh 1.5: N¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi. A V _ + A . . . . . . . . A _ _ + + D DD R R Un + §©y lµ ph­¬ng ph¸p n¹p cho phÐp chän ®­îc dßng n¹p thÝch hîp víi mäi lo¹i ¾c qui, b¶o ®¶m cho ¾c qui ®­îc no. §©y lµ ph­¬ng ph¸p sö dông trong c¸c x­ëng b¶o d­ìng söa ch÷a ®Ó n¹p ®iÖn cho ¾c qui hoÆc n¹p sö ch÷a cho c¸c ¾c qui bÞ Sunfat ho¸. Víi ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui ®­îc m¾c nèi tiÕp nhau vµ ph¶i tho¶ m·n ®iÒu kiÖn : Un ³ 2,7.Naq Trong ®ã: Un - ®iÖn ¸p n¹p Naq - sè ng¨n ¾c qui ®¬n m¾c trong m¹ch Trong qu¸ tr×nh n¹p søc ®iÖn ®éng cña ¾c qui t¨ng dÇn lªn, ®Ó duy tr× dßng ®iÖn n¹p kh«ng ®æi ta ph¶i bè trÝ trong m¹ch n¹p biÕn trë R. TrÞ sè giíi h¹n cña biÕn trë ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ thêi gian n¹p kÐo dµi vµ yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­a vµo n¹p cã cïng dung l­îng ®Þnh møc. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm thêi gian n¹p kÐo dµi, ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn n¹p thay ®æi hai hay nhiÒu nÊc. Trong tr­êng hîp hai nÊc, dßng ®iÖn n¹p ë nÊc thø nhÊt chän b»ng ( 0,3 ¸ 0,5 )C20 tøc lµ n¹p c­ìng bøc vµ kÕt thóc ë nÊc mét khi ¾c qui b¾t ®Çu s«i. Dßng ®iÖn n¹p ë nÊc thø hai lµ 0,05C20. Un A V H×nh 1.6: N¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. I.5.2. Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. Ph­¬ng ph¸p nµy yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­îc m¾c song song víi nguån n¹p. HiÖu ®iÖn thÕ cña nguån n¹p kh«ng ®æi vµ ®­îc tÝnh b»ng (2,3V ¸ 2,5V) cho mçi ng¨n ®¬n. Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi cã thêi gian n¹p ng¾n, dßng n¹p tù ®éng gi¶m theo thêi gian. Tuy nhiªn dïng ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui kh«ng ®­îc n¹p no. V× vËy n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi chØ lµ ph­¬ng ph¸p n¹p bæ xung cho ¾c qui trong qu¸ tr×nh sö dông. I.5.3. Ph­¬ng ph¸p n¹p dßng ¸p. §©y lµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp cña hai ph­¬ng ph¸p trªn. Nã tËn dông ®­îc nh÷ng ­u ®iÓm cña mçi ph­¬ng ph¸p. §èi víi yªu cÇu cña ®Ò bµi lµ n¹p ¾c qui tù ®éng tøc lµ trong qu¸ tr×nh n¹p mäi qu¸ tr×nh biÕn ®æi vµ chuyÓn ho¸ ®­îc tù ®éng diÔn ra theo mét tr×nh tù ®· ®Æt s½n th× ta chän ph­¬ng ¸n n¹p ¾c qui lµ ph­¬ng ph¸p dßng ¸p. - §èi víi ¾c qui axit: §Ó b¶o ®¶m thêi gian n¹p còng nh­ hiÖu suÊt n¹p th× trong kho¶n thêi gian tn = 16h t­¬ng øng víi 75 ¸ 80 % dung l­îng ¾c qui ta n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ In = 0,1C20. V× theo ®Æc tÝnh n¹p cña ¾c qui trong ®o¹n n¹p chÝnh th× khi dßng ®iÖn kh«ng ®æi th× ®iÖn ¸p, søc ®iÖn ®éng t¶i Ýt thay ®æi, do ®ã b¶o ®¶m tÝnh ®ång ®Òu vÒ t¶i cho thiÕt bÞ n¹p. Sau thêi gian 16h ¾c qui b¾t ®Çu s«i lóc ®ã ta chuyÓn sang n¹p ë chÕ ®é æn ¸p. Khi thêi gian n¹p ®­îc 20h th× ¾c qui b¾t ®Çu no, ta n¹p bæ xung thªm 2 ¸ 3h. - §èi víi ¾c qui kiÒm : Tr×nh tù n¹p còng gièng nh­ ¾c qui axit nh­ng do kh¶ n¨ng qu¸ t¶i cña ¾c qui kiÒm lín nªn lóc æn dßng ta cã thÓ n¹p víi dßng n¹p In = 0,1C20 hoÆc n¹p c­ìng bøc ®Ó tiÕt kiÖm thêi gian víi dßng n¹p In = 0,25C20 . C¸c qu¸ tr×nh n¹p ¾c qui tù ®éng kÕt thóc khi bÞ c¾t nguån n¹p hoÆc khi n¹p æn ¸p víi ®iÖn ¸p b»ng ®iÖn ¸p trªn 2 cùc cña ¾c qui, lóc ®ã dßng n¹p sÏ tõ tõ gi¶m vÒ kh«ng. KÕt luËn: - V× ¾c qui lµ t¶i cã tÝnh chÊt dung kh¸ng kÌm theo søc ph¶n ®iÖn ®éng cho nªn khi ¾c qui ®ãi mµ ta n¹p theo ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p th× dßng ®iÖn trong ¾c qui sÏ tù ®éng d©ng nªn kh«ng kiÓm so¸t ®­îc sÏ lµm s«i ¾c qui dÉn ®Õn háng hãc nhanh chãng. V× vËy trong vïng n¹p chÝnh ta ph¶i t×m c¸ch æn ®Þnh dßng n¹p cho ¾c qui. - Khi dung l­îng cña ¾c qui d©ng lªn ®Õn 80% lóc ®ã nÕu ta cø tiÕp tôc gi÷ æn ®Þnh dßng n¹p th× ¾c qui sÏ s«i vµ lµm c¹n n­íc. Do ®ã ®Õn giai ®o¹n nµy ta l¹i ph¶i chuyÓn chÕ ®é n¹p ¾c qui sang chÕ ®é æn ¸p. ChÕ ®é æn ¸p ®­îc gi÷ cho ®Õn khi ¾c qui ®· thùc sù no. Khi ®iÖn ¸p trªn c¸c b¶n cùc cña ¾c qui b»ng víi ®iÖn ¸p n¹p th× lóc ®ã dßng n¹p sÏ tù ®éng gi¶m vÒ kh«ng, kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p. - Tuú theo lo¹i ¾c qui mµ ta n¹p víi c¸c dßng ®iÖn n¹p kh¸c nhau + ¾c qui axit : - Dßng n¹p æn ®Þnh In = 0,1C20 - Dßng n¹p c­ìng bøc In = ( 0,3 ¸ 0,5 )C20. + ¾c qui kiÒm :- Dßng n¹p æn ®Þnh In = 0,1C20 - Dßng n¹p c­ìng bøc In = 0,25C20 . * Tõ c¸c ph©n tÝch ë trªn ta tÝnh to¸n dßng n¹p vµ ®iÖn ¸p n¹p theo yªu cÇu ®Çu bµi chóng ta tiÕn hµnh n¹p ¾c qui víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi. + Dßng ®iÖn n¹p In = 0,1x40 = 4A Sè l­îng ¾c qui lµ 100 chiÕc, chóng ta cã thÓ cã 3 c¸ch m¾c ®Ó n¹p ®iÖn cho ¾c qui. + M¾c 100 ¾c qui nèi tiÕp víi nhau. Dßng ®iÖn n¹p nhá In=0,1x40=4A §iÖn ¸p n¹p l¹i rÊt lín Un=100x16,2=1620A + M¾c 100 ¾c qui song song víi nhau: Dßng ®iÖn n¹p nhá In=0,1x40x100=400A §iÖn ¸p n¹p nhá Un=16,2V + M¾c hçn hîp 100 ¾c qui thµnh 5 d·y song song, mçi d·y cã 20 ¾c qui nèi tiÕp víi nhau Dßng ®iÖn n¹p In=0,1x40x5=20A §iÖn ¸p n¹p Un=16,2x20=324V NhËn xÐt: Nh­ vËy chóng nÕu chóng ta dïng c¸ch m¾c 100 ¾c qui nèi tiÕp víi nhau th× dong ®iÖn n¹p trong qu¸ tr×nh æn dßng nhá In=2A cßn ®iÖn ¸p n¹p khi n¹p ë chÕ ®é æn ¸p sÏ rÊt lín Un=1620V.Ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng tho¶ m·n yªu cÇu cña c«ng nghÖ v× ®iÖn ¸p n¹p qu¸ lín. Cßn víi c¸ch m¾c 100 ¾c qui thµnh 100 chiÕc song song víi nhau th× dßng ®iÖn n¹p rÊt lín (In=200A) cßn ®iÖn ¸p n¹p nhá( Un=16,2V). Ph­¬ng ph¸p nµy tho¶ m·n yªu cÇu cña c«ng nghÖ nh­ng do dßng ®iÖn qu¸ lín nªn chóng ta ph¶i chän van chÞu ®­îc c«ng suÊt lín, do vËy sÏ kh«ng ®¹t ®­îc vÒ vÊn ®Ò kinh tÕ. Ph­¬ng ph¸p tèi ­u nhÊt võa ®¸p øng ®­îc yªu cÇu cña c«ng nghÖ võa ®¹t ®­îc hiÖu qu¶ kinh tÕ lµ ph­¬ng ph¸p m¾c hçn hîp. ` H×nh 1.7: Ph­¬ng ph¸p ®Êu nèi ¾c qui ®Ó n¹p ®iÖn D VR Un A _ _ + _ + _ A ..... + + ..... ..... Ch­¬ng II: c¸c ph­¬ng ¸n lùa chän m¹ch lùc. §Ó cÊp nguån cho t¶i mét chiÒu, chóng ta cÇn thiÕt kÕ c¸c bé chØnh l­u víi môc ®Ých biÕn ®æi n¨ng l­îng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu. C¸c lo¹i bé biÕn ®æi nµy cã thÓ lµ chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn vµ chØnh l­u cã ®iªu khiÓn. Víi môc ®Ých gi¶m c«ng suÊt v« c«ng, ng­êi ta th­êng m¾c song song ng­îc víi t¶i mét chiÒu mét diod (lo¹i s¬ ®å nµy ®­îc gäi lµ s¬ ®å cã diod ng­îc). Trong c¸c s¬ ®å chØnh l­u cã diod ng­îc, khi cã vµ kh«ng cã ®iÒu khiÓn, n¨ng l­îng ®­îc truyÒn tõ phÝa l­íi xoay chiÒu sang mét chiÒu, nghÜa lµ c¸c lo¹i chØnh l­u ®ã chØ cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u. C¸c bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn, kh«ng diod ng­îc cã thÓ trao ®æi n¨ng l­îng theo c¶ hai chiÒu. Khi n¨ng l­îng truyÒn tõ l­íi xoay chiÒu sang t¶i mét chiÒu, bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u, khi n¨ng l­îng truyÒn theo chiÒu ng­îc l¹i (nghÜa lµ tõ phÝa t¶i mét chiÒu vÒ l­íi xoay chiÒu) th× bé nguån lµm viÖc ë chÕ ®é nghÞch l­u tr¶ n¨ng l­îng vÒ l­íi. Theo d¹ng nguån cÊp xoay chiÒu, chóng ta cã thÓ chia chØnh l­u thµnh mét hay ba pha. C¸c th«ng sè quan träng cña s¬ ®å chØnh l­u lµ: dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i; dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y thø cÊp biÕn ¸p; sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú. Dßng ®iÖn ch¹y trong cuén d©y thø cÊp biÕn ¸p cã thÓ lµ mét chiÒu, hay xoay chiÒu, cã thÓ ph©n lo¹i thµnh s¬ ®å cã dßng ®iÖn biÕn ¸p mét chiÒu hay, xoay chiÒu. Sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú lµ quan hÖ cña tÇn sè sãng hµi thÊp nhÊt cña ®iÖn ¸p chØnh l­u víi tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu. Theo h×nh d¹ng c¸c s¬ ®å chØnh l­u, víi chuyÓn m¹ch tù nhiªn chóng ta cã thÓ ph©n lo¹i chØnh l­u thµnh c¸c lo¹i s¬ ®å sau. II.1: m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng cÇu 3pha II.1.1: S¬ ®å: Uc T1 H×nh 2.5: M¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng cÇu 3F. T4 T3 T6 T5 T2 Rd U B UA Uc U b Ua II.1.2: D¹ng ®iÖn ¸p: II.1.3: Nguyªn lý ho¹t ®éng. S¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng h×nh 1.11a cã thÓ coi nh­ hai s¬ ®å chØnh l­u tia ba pha m¾c ng­îc chiÒu nhau, ba Tiristor T1,T3,T5 t¹o thµnh mét chØnh l­u tia ba pha cho ®iÖn ¸p (+) t¹o thµnh nhãm anod, cßn T2,T4,T6 lµ mét chØnh l­u tia cho ta ®iÖn ¸p ©m t¹o thµnh nhãm catod, hai chØnh l­u nµy ghÐp l¹i thµnh cÇu ba pha. Theo ho¹t ®éng cña chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng, dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i lµ dßng ®iÖn ch¹y tõ pha nµy vÒ pha kia, do ®ã t¹i mçi thêi ®iÓm cÇn më Tiristor chóng ta cÇn cÊp hai xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi (mét xung ë nhãm anod (+), mét xung ë nhãm catod (-)). VÝ dô t¹i thêi ®iÓm t1 trªn h×nh 1.11b cÇn më Tiristor T1 cña pha A phÝa anod, chóng ta cÊp xung X1, ®ång thêi t¹i ®ã chóng ta cÊp thªm xung X4 cho Tiristor T4 cña pha B phÝa catod c¸c thêi ®iÓm tiÕp theo còng t­¬ng tù. CÇn chó ý r»ng thø tù cÊp xung ®iÒu khiÓn còng cÇn tu©n thñ theo ®óng thø tù pha. Khi chóng ta cÊp ®óng c¸c xung ®iÒu khiÓn, dßng ®iÖn sÏ ®­îc ch¹y tõ pha cã ®iÖn ¸p d­¬ng h¬n vÒ pha cã ®iÖn ¸p ©m h¬n. VÝ dô trong kho¶ng t1 ¸ t2 pha A cã ®iÖn ¸p d­¬ng h¬n, pha B cã ®iÖn ¸p ©m h¬n, víi viÖc më th«ng T1, T4 dßng ®iÖn d­îc ch¹y tõ A vÒ B. Khi gãc më van nhá hoÆc ®iÖn c¶m lín, trong mçi kho¶ng dÉn cña mét van cña nhãm nµy (anod hay catod) th× sÏ cã hai van cña nhãm kia ®æi chç cho nhau. §iÒu nµy cã thÓ thÊy râ trong kho¶ng t1 ¸ t3 nh­ trªn h×nh 1.11b Tiristor T1 nhãm anod dÉn, nh­ng trong nhãm catod T4 dÉn trong kho¶ng t1 ¸ t2 cßn T6 dÉn tiÕp trong kho¶ng t2 ¸ t3. §iÖn ¸p ng­îc c¸c van ph¶i chÞu ë chØnh l­u cÇu ba pha sÏ b»ng 0 khi van dÉn vµ b»ng ®iÖn ¸p d©y khi van kho¸. Ta cã thÓ lÊy vÝ dô cho van T1 (®­êng cong cuèi cïng cña h×nh 1.11b) trong kho¶ng t1 ¸ t3 van T1 dÉn ®iÖn ¸p b»ng 0, trong kho¶ng t3 ¸ t5 van T3 dÉn lóc nµy T1 chÞu ®iÖn ¸p ng­îc UBA, ®Õn kho¶ng t5 ¸ t7 van T5 dÉn T1 sÏ chÞu ®iÖn ¸p ng­îc UCA. Khi ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc, nh­ ®­êng cong Ud trªn h×nh 1.11b trÞ sè ®iÖn ¸p t¶i ®­îc tÝnh theo c«ng thøc .II.1.4 Khi gãc më c¸c Tiristor lín lªn tíi gãc a > 600 vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i qu¸ nhá, ®iÖn ¸p t¶i sÏ bÞ gi¸n ®o¹n nh­ c¸c ®­êng nÐt ®Ëm trªn h×nh 1.11d (khi gãc më c¸c Tiristor a =900 víi t¶i thuÇn trë). Trong c¸c tr­êng hîp nµy dßng ®iÖn ch¹y tõ pha nµy vÒ pha kia, lµ do c¸c van b¸n dÉn cã ph©n cùc thuËn theo ®iÖn ¸p d©y ®Æt lªn chóng (c¸c ®­êng nÐt m¶nh trªn gi¶n ®å Ud cña c¸c h×nh vÏ 1.11b, c, d), cho tíi khi ®iÖn ¸p d©y ®æi dÊu, c¸c van b¸n dÉn sÏ cã ph©n cùc ng­îc nªn chóng tù kho¸. II.1.4: Mét sè c«ng thøc c¬ b¶n. Dßng ®iÖn ¸p trªn t¶i: Ud = Udocos = 2,34U2cos. Dßng ®iÖn trªn t¶i: Id =. Dßng ®iÖn trung b×nh qua van: IT = . §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn van: Ung = 2,45U2. Dßng ®iÖn phÝa thøc cÊp: I2 = 0,816Id. Dßng ®iÖn phÝa s¬ cÊp: I1 = 0,816Id.Kba. C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: Sba =1,05Pd. C«ng suÊt t¶i: Pd = UdoId. NhËn xÐt. M¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng cÇu 3F th­êng ®­îc sö dông réng d·i trong thùc tÕ, m¹ch cho ra chÊt l­îng ®iÖn ¸p b»ng ph¼ng, dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i liªn tôc trong suèt qu¸ tr×nh lµm viÖc. M¹ch chØnh l­u nµy th­êng ®­îc ¸p dông víi nh÷ng m¹ch cã c«ng suÊt lín v× dßng ®iÖn ch¹y qua mçi van chØ ch¹y trong 1/3 chu kú. I.2: m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn h×nh tia 3pha II.2.1: S¬ ®å. `T1 T2 T3 A B C a b c Rd Ld H×nh2.6:M¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng tia 3F II.2.2: D¹ng ®iÖn ¸p. II.2.3: Nguyªn lý ho¹t ®éng. Khi biÕn ¸p cã ba pha ®Êu sao ( U ) trªn mçi pha A,B,C ta nèi mét van nh­ h×nh, ba catod ®Êu chung cho ta ®iÖn ¸p d­¬ng cña t¶i, cßn trung tÝnh biÕn ¸p sÏ lµ ®iÖn ¸p ©m. Ba pha ®iÖn ¸p A,B,C dÞch pha nhau mét gãc lµ 1200 theo c¸c ®­êng cong ®iÖn ¸p pha, chóng ta cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n ®iÖn ¸p cña hai pha kia trong kho¶ng thêi gian 1/3 chu kú ( 1200 ). Tõ ®ã thÊy r»ng, t¹i mçi thêi ®iÓm chØ cã ®iÖn ¸p cña mét pha d­¬ng h¬n hai pha kia. Nguyªn t¾c më th«ng vµ ®iÒu khiÓn c¸c van ë ®©y lµ khi anod cña van nµo d­¬ng h¬n van ®ã míi ®­îc kÝch më. Thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p cña hai pha giao nhau ®­îc coi lµ gãc th«ng tù nhiªn cña c¸c van b¸n dÉn. C¸c Tiristior chØ ®­îc më th«ng víi gãc më nhá nhÊt t¹i thêi ®iÓm gãc th«ng tù nhiªn (nh­ vËy trong chØnh l­u ba pha, gãc më nhá nhÊt a = 00 sÏ dÞch pha so víi ®iÖn ¸p pha mét gãc lµ 300). Theo h×nh t¹i mçi thêi ®iÓm nµo ®ã chØ cã mét van dÉn, nh­ vËy mçi van dÉn th«ng trong 1/3 chu kú nÕu ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc ( ®­êng cong I1,I1,I3 trªn h×nh), cßn nÕu ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n th× thêi gian dÉn th«ng cña c¸c van nhá h¬n. Tuy nhiªn trong c¶ hai tr­êng hîp dßng ®iÖn trung b×nh cña c¸c van ®Òu b»ng 1/3.Id. Trong kho¶ng thêi gian van dÉn dßng ®iÖn cña van b»ng dßng ®iÖn t¶i, trong kho¶ng van kho¸ dßng ®iÖn van b»ng 0. §iÖn ¸p cña van ph¶i chÞu b»ng ®iÖn d©y gi÷a pha cã van kho¸ víi pha cã van ®ang dÉn. VÝ dô trong kho¶ng t2 ¸ t3 van T1 kho¸ cßn T2 dÉn do ®ã van T1 ph¶i chÞu mét ®iÖn ¸p d©y UAB, ®Õn kho¶ng t3 ¸ t4 c¸c van T1, T2 kho¸, cßn T3 dÉn lóc nµy T1 chÞu ®iÖn ¸p d©y UAC. Khi t¶i thuÇn trë dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc hay gi¸n ®o¹n phô thuéc gãc më cña c¸c Tiristor. NÕu gãc më Tiristor nhá h¬n a £ 300, c¸c ®­êng cong Ud, Id liªn tôc, khi gãc më lín h¬n a > 300 ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i gi¸n ®o¹n . Khi t¶i ®iÖn c¶m (nhÊt lµ ®iÖn c¶m lín) dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i lµ c¸c ®­êng cong liªn tôc, nhê n¨ng l­îng dù tr÷ trong cuén d©y ®ñ lín ®Ó duy tr× dßng ®iÖn khi ®iÖn ¸p ®æi dÊu. II.2.4: C¸c c«ng thøc c¬ b¶n: - §iÖn ¸p trªn t¶i Ud = = = = - Dßng ®iÖn trªn t¶i: - Dång ®iÖn qua van: - Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u: - §iÖn ¸p ng­îc trªn van: - Dßng ®iÖn phÝa thø cÊp: I2 = 0,58Id - Dßng ®iÖn phÝa s¬ cÊp:I1 = 0,47Id.Kba - C«ng suÊt t¶i: Pd = Ud0.Id - C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: Sba = 1,35Pd NhËn xÐt: M¹ch chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn tia 3F cã cÊu t¹o phøc t¹p, muèn m¹ch ho¹t ®éng ®­îc cÇn m¾c biÕn ¸p ®Ó ®­a ®iÓm trung tÝnh ra t¶i, mçi van chØ lµm viÖc trong 1/3 chu kú v× vËy dßng ®iÖn trung b×nh ch¹y qua van nhá. M¹ch dïng nguån 3F nªn c«ng suÊt t¨ng lªn rÊt nhiÒu, dßng ®iÖn t¶i ®Õn vµi tr¨m ampe. So víi chØnh l­u mét pha, th× chØnh l­u tia ba pha cã chÊt l­îng ®iÖn mét chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n, viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn trong tr­êng hîp nµy còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Víi viÖc dßng ®iÖn mçi cuén d©y thø cÊp lµ dßng mét chiÒu, nhê cã biÕn ¸p ba pha ba trô mµ tõ th«ng lâi thÐp biÕn ¸p lµ tõ th«ng xoay chiÒu kh«ng ®èi xøng lµm cho c«ng suÊt biÕn ¸p ph¶i lín (xem hÖ sè c«ng suÊt b¶ng 2), nÕu ë ®©y biÕn ¸p ®­îc chÕ t¹o tõ ba biÕn ¸p mét pha th× c«ng suÊt c¸c biÕn ¸p cßn lín h¬n nhiÒu. Khi chÕ t¹o biÕn ¸p ®éng lùc c¸c cuén d©y thø cÊp ph¶i ®­îc ®Êu U víi d©y trung tÝnh ph¶i lín h¬n d©y pha v× theo s¬ ®å th× d©y trung tÝnh chÞu dßng ®iÖn t¶i. II.3: ChØnh l­u cÇu 3 pha b¸n ®iÒu khiÓn II.3.1: S¬ ®å nguyªn lÝ : Uc T1 H×nh 2.5: M¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cÇu 3F. D4 T3 D6 T5 D2 U B UA Uc U b Ua Rd Ld II.3.2: D¹ng ®iÖn ¸p: II.3.3: Nguyªn lÝ ho¹t ®éng: Lo¹i chØnh l­u nµy ®­îc cÊu t¹o tõ mét nhãm (anod hoÆc catod chung) ®iÒu khiÓn vµ mét nhãm kh«ng ®iÒu khiÓn nh­ m« t¶ trªn h×nh vÏ. Trªn h×nh m« t¶ gi¶n ®å nguyªn lý t¹o ®iÖn ¸p chØnh l­u (®­êng cong trªn cïng), sãng ®iÖn ¸p t¶i Ud (®­êng cong nÐt ®Ëm thø hai trªn h×nh), kho¶ng dÉn c¸c van b¸n dÉn T1,T3,T5,D2,D4,D6. C¸c Tiristor ®­îc dÉn th«ng tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi më Tiristor cña pha kÕ tiÕp. VÝ dô T1 më th«ng tõ t1 (thêi ®iÓm ph¸t xung më T1) tíi t3 (thêi ®iÓm ph¸t xung më T3). Trong tr­êng hîp ®iÖn ¸p t¶i gi¸n ®o¹n Tiristor ®­îc dÉn tõ thêi ®iÓm cã xung më cho ®Õn khi ®iÖn ¸p d©y ®æi dÊu. C¸c diode tù ®éng dÉn th«ng khi ®iÖn ¸p ®Æt lªn chóng thuËn chiÒu. VÝ dô D4 ph©n cùc thuËn trong kho¶ng t4 ¸ t6 vµ nã sÏ më cho dßng ®iÖn ch¹y tõ pha B vÒ pha A trong kho¶ng t4 ¸ t5 vµ tõ pha C vÒ pha A trong kho¶ng t5 ¸ t6. ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cã dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc khi gãc më c¸c van b¸n dÉn nhá h¬n 600, khi gãc më t¨ng lªn vµ thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña t¶i nhá, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p sÏ gi¸n ®o¹n. Theo d¹ng sãng ®iÖn ¸p t¶i ë trªn trÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i b»ng 0 khi gãc më ®¹t tíi 1800. Ng­êi ta cã thÓ coi ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i lµ kÕt qu¶ cña tæng hai ®iÖn ¸p chØnh l­u tia ba pha. II.3.4: C¸c c«ng thøc c¬ b¶n: Trong s¬ ®å sö dông 3 tiristor ë nhãm catot chung vµ 3 diode ë nhãm anot chung . Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i : Ud = Ud1 - Ud2 Trong ®ã Ud1 lµ ®iÖn ¸p do nhãm catot chung t¹o nªn Ud2 lµ ®iÖn ¸p do nhãm anot chung t¹o nªn VËy Dßng ®iÖn t¶i: . Dßng ®iÖn ch¹y qua Tiristor: . Dßng ®iÖn ch¹y qua Di«t: . Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ch¶y qua cuén thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng t¶i ch¹y trong tiristor vµ diode: §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : C«ng suÊt cña t¶i : C«ng suÊt biÕn ¸p: NhËn xÐt: ¦u ®iÓm c¬ b¶n cña c¸c s¬ ®å kh«ng ®èi xøng lµ dïng Ýt van ®iÒu khiÓn, hÖ sè c«ng suÊt lín h¬n, viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ®¬n gi¶n h¬n. Tuy nhiªn nh­îc ®iÓm cña c¸c s¬ ®å nµy lµ sè lÇn ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u phô thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn . Víi gãc ra nhá ®iÖn ¸p ra gÇn gièng nh­ chØnh l­u cÇu ®èi xøng, tuy nhiªn khi gãc t¨ng lªn ®iÖn ¸p ra chØ cßn ®Ëp m¹ch 3 lÇn trong mét chu k×. II.5: m¹ch chØnh l­u b¸n ®iÒu khiÓn cÇu 1pha II.5.1: S¬ ®å. Rd U1 T1 H×nh 2.7: M¹ch chØnh l­u cÇu1 pha b¸n ®iÒu khiÓn T2 D1 D2 U2 II.5.2: D¹ng ®iÖn ¸p: I.5.3: Nguyªn lý ho¹t ®éng: S¬ ®å cÇu cho phÐp sö dông mét nöa sè van lµ Tiristor, nöa cßn l¹i lµ Di«t, do ®ã lµm gi¶m ®­îc gi¸ thµnh thiÕt bÞ biÕn ®æi v× Di«t rÎ h¬n Tiristor. S¬ ®å ®iÒu khiÓn còng trë nªn ®¬n gi¶n h¬n. Khi t = ph¸t xung ®iÒu khiÓn më van T1. Trong kho¶ng thêi gian t = ¸ tiristor T1 vµ di«t D2 cho dßng ®iÖn ch¹y qua. Khi ®iÖn ¸p U2 b¾t ®Çu ®æi dÊu di«t D1 më ngay, T1 bÞ khãa l¹i , dßng id = Id chuyÓn tõ T1 sang D1. Lóc nµy di«t D1 vµ D2 cïng cho dßng ®iÖn ch¹y qua, Ud = 0. Khi t = + ph¸t xung më T2 dßng t¶i id = Id ch¹y qua di«t D1 vµ tiristor T2. Trong s¬ ®å nµy, gãc dÉn dßng cña tiristor vµ di«t kh«ng b»ng nhau Gãc dÉn dßng cña di«t D = + . Gãc dÉn dßng cña tiristor T = - . II.5.4: C¸c c«ng thøc c¬ b¶n: Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i. Ud = = . Dßng ®iÖn t¶i: . Dßng ®iÖn ch¹y qua Tiristor: . Dßng ®iÖn ch¹y qua Di«t: . Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ch¶y qua cuén thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p: §iÖn ¸p ng­îc trªn Tiristor vµ Di«t NhËn xÐt: S¬ ®å cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng ®¬n gi¶n, dÔ dµng ®Êu nèi. Do sö dông 2 ®i«t thay cho 2 tiristor nªn gi¸ thµnh m¹ch rÎ. M¹ch th­êng ®­îc sö dông trong nh÷ng m¹ch cã c«ng suÊt nhá vµ võa. Do sö dông 2 tiristor kÕt hîp víi 2 di«t nªn m¹ch sö dông Ýt kªnh ®iÒu khiÓn, chÝnh v× vËy viÖc thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn trë nªn dÔ dµng h¬n. KÕt luËn: Trong c¸c s¬ ®å chØnh l­u chóng ta thÊy dïng s¬ ®å chØnh l­u ®èi xøng vµ chØnh l­u kh«ng ®èi xøng cÇu ba pha cho chóng ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn tèt nh­ng m¹ch sö dông nhiÒu kªnh ®iÒu khiÓn do vËy viÖc thiÕt kÕ m¹ch phøc t¹p, m¹ch sö dông nhiÒu Tiristor nªn gi¸ thµnh cao kh«ng kinh tÕ. Do yªu cÇu cña c«ng nghÖ, m¹ch n¹p cã c«ng suÊt nhá In =20A, Un = 324V, nªn chóng ta chän s¬ ®å m¹ch chØnh l­u ®iÒu khiÓn 1 pha kh«ng ®èi xøng. M¹ch cã nh÷ng ­u ®iÓm sau: + HiÖu suÊt sö dông m¸y biÕn ¸p cao h¬n mét sè s¬ ®å nh­ cÇu 1 pha ®èi xøng. + §¬n gi¶n h¬n v× sè l­îng Tiristor gi¶m xuèng chØ cßn 2 nªn m¹ch ®iÒu khiÓn cã Ýt kªnh ®iÒu khiÓn h¬n, b¶o ®¶m kinh tÕ h¬n. + Cïng mét d¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p mét chiÒu th× cÇu kh«ng ®èi xøng ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c h¬n. Ch­¬ng iii: tÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch lùc III.1: S¬ ®å m¹ch lùc: H×nh 2.9: M¾c hçn hîp c¸c ¾c qui vµo nguån n¹p C U1 T1 T2 D1 D2 U2 A Rf + ..... RS + ..... RA M D K RA III.2: TÝnh chän c¸c phÇn tö trong s¬ ®å m¹ch lùc ®¹t max = 324 V. Idmax = 20A Chän ®iÒu chØnh = 300 ta cã U2 = 416 V ; I2 = 18,26 A ; Unmax = 588 V Ilv = ki.Id = Id. = 15,3A Unv = 1,6.Unmax = 941 V Idmv = 4.Ilv=61,2A nÕu chän lµm m¸t b»ng c¸nh t¶n nhiÖt. ->Chän c¸c phÇn tö trong s¬ ®å Diode chän lo¹i SKKE81/16 cã th«ng sè: Imax = 80A ; Un=1600V ; Ith = 200A ; Ipik = 2000A ; =1,55V ; Tcp =1250C Tiristor chän lo¹i T80F10BEM cã c¸c th«ng sè : Un = 1000V ; Idm = 80A ; Ih = 250mA ; Ir = 30mA ; =2,4V ; ; tcm=20; IG = 150mA ; UG = 2V ; Tmax = 1250C; Ipik=2500A . tÝnh to¸n m¹ch b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p. Tiristor vµ Di«t còng rÊt nhËy c¶m víi ®iÖn ¸p qu¸ lín so víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc, ta gäi lµ qu¸ ®iÖn ¸p, v× vËy cÇn m¾c thªm m¹ch b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p. Ng­êi ta chia ra 2 lo¹i nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ®iÖn ¸p: Nguyªn nh©n néi t¹i: ®Êy lµ sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c líp b¸n dÉn. Khi kho¸ Tiristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc, c¸c ®iÖn tÝch nãi trªn ®æi ng­îc hµnh tr×nh, t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m, lu«n lu«n cã, cña ®­êng d©y nguån dÉn ®Õn c¸c Tiristor. V× vËy gi÷a c¸c an«t vµ cat«t cña Tiristor xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. Nguyªn nh©n bªn ngoµi: nh÷ng nguyªn nh©n nµy th­êng x¶y ra ngÉu nhiªn nh­ khi c¾t ®ãng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®­êng d©y, khi mét cÇu ch× b¶o vÖ ch¶y, khi cã sÊm sÐt. t t H×nh2.11: D¹ng ®iÖn dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p UAC i §Ó b¶o vÖ m¹ch qu¸ ¸p ng­êi ta th­êng dïng m¹ch R – C, ( xem h×nh bªn d­íi)T R C H×nh2.10: M¹ch b¶o vÖ qu¸ ¸p M¹ch R – C ®Êu song song víi Tiristor nh»m b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn. Khi cã sù chuyÓn m¹ch, do phãng ®iÖn tõ van ra ngoµi t¹o nªn xung ®iÖn ¸p trªn bÒ mÆt tiÕp gi¸p P-N. M¹ch R-C m¾c song song víi van b¸n dÉn t¹o m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch qu¸ ®é trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹chvan. Cã thÓ tÝnh gÇn ®óng R=(5-30), C=(0,25-4) M¹ch R – C ®Êu gi÷a c¸c pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p lµ b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do ®ãng c¾t t¶i ( dßng ®iÖn tõ hãa ) m¸y biÕn ¸p g©y nªn. Th«ng sè cña R – C phô thuéc µo møc ®é qu¸ ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra, tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch, ®iÖn c¶m trªn ®­êng d©y, dßng ®iÖn tõ ho¸ m¸y biÕn ¸p .v.v Chän R=5,1 ; C=0,25F .tÝnh to¸n c¸nh t¶n nhiÖt : Stn = Víi Stn lµ diÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt . lµ tæn hao c«ng suÊt trªn tiristor lµ chªnh lÖch nhiÖt ®é so víi m«i tr­êng K = (6-10).10-4 Tæn thÊt c«ng suÊt trªn Tiristor lµ =.Ilv=1,8.15,3=27,54W Chän nhiÖt ®é m«i tr­êng lµ 40oC, nhiÖt ®é lµm viÖc lµ 80 oC th× =40 Chän K=8.10-4 diÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt lµ 0,086 m2 Chän 9 c¸nh t¶n nhiÖt kÝch th­íc: a x b = 10 x 10 cm §o¹n bÞ c¾t D = 5 cm ë 3 c¸nh C¸nh to¶ nhiÖt cña Tristor 100mm 100mm 50mm 7mm 100mm III.3: TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p lùc Ta cã Ud0=U2.0,9=374,4V Pdmax=Ud0.Id=7488W C«ng suÊt biÕn ¸p : Sba=1,23Pdmax=9210W TiÕt diÖn s¬ bé trô lµ : Qfe==96 cm2 Víi m lµ sè pha, tÇn sè f=50hz Sè vßng d©y cuén thø cÊp : W2=45=195 vßng Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp : W1=W2.kba=195.0,53=103 vßng Dßng ®iÖn phÝa thø cÊp : I2=18,26A Dßng ®iÖn phÝa s¬ cÊp : I1==34,5A ®­êng kÝnh trô : d==11 cm Chän theo tiªu chuÈn d=11cm Chän thÐp , l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5mm, Bt=1T. Chän =2,3 => m=2,3.d=25,3 cm Chän chiÒu cao trô lµ 25cm Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p lµ J1=J2=2,6 TiÕt diÖn s¬ cÊp : S1= =13,27 mm2 LÊy d©y dÉn ch÷ nhËt c«ng nghiÖp c¸ch ®iÖn cÊpB , chuÈn ho¸ : S1=a1.b1=1,81.7,4=13,3 mm2 tÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn : J1 = = 2,59 - TiÕt diÖn phÝa thø cÊp : S2= =7,023 mm2 LÊy d©y dÉn ch÷ nhËt c«ng nghiÖp c¸ch ®iÖn cÊp B , chuÈn ho¸ : S2=a2.b2=1,56.4,7=7,12 mm2 tÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp : J2 = = 2,56 .TÝnh to¸n d©y dÉn phÝa s¬ cÊp: Sè vßng d©y trªn mét líp : W11=.kc=.0,95=30 vßng Víi kc=0,95 lµ hÖ sè lÊp ®Çy h lµ chiÒu cao cña trô hg lµ kho¶ng c¸ch tõ g«ng tíi cu«n d©y s¬ cÊp chän s¬ bé b»ng 1,5cm sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp : n11===3,4 chän n11=4 líp , 3 líp ®Çu mçi líp 26 vßng , líp cuèi 25 vßng. Chän èng quÊn d©y c¸ch ®iÖn cã bÒ dµy S01=0,1cm Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp chän cd01=1cm §­êng kÝnh trong èng c¸ch ®iÖn : Dz=dFe+2cd01-2S01=12,8cm §­êng kÝnh trong cuén s¬ cÊp : Dt1=Dz+2S01=13cm BÒ dµy gi÷a 2 líp d©y cuén s¬ cÊp : cd11=0,1mm BÒ dµy s¬ cÊp : Bd1=(a1+cd11).n11=(1,81+0,1).4= 7,64 mm=0,764 cm §­êng kÝnh ngoµi cuén s¬ cÊp : Dn1=Dt1+2 Bd1=14,528 cm §­êng kÝnh trung b×nh cuén s¬ cÊp : DTB1==13,764 cm ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp : L1=W1..DTB1=44,51m Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp cd12=1cm . TÝnh to¸n d©y dÉn phÝa thø cÊp: - ChiÒu cao cuén thø cÊp : h1=h2=22cm Sè vßng d©y trªn mét líp : W12=.kc==45 vßng Sè líp d©y quÊn : n12==4,1 líp Chän n12=4 líp, 3 líp ®Çu quÊn 46 vßng , líp cuèi cïng cã 44 vßng chiÒu cao thùc tÕ cuén thø cÊp : h2=.b2=22,75 cm §­êng kÝnh trong cuén thø cÊp : Dt2=Dn1+2cd12=16,528cm BÒ dµy gi÷a 2 líp d©y cuén s¬ cÊp : cd2=0,1mm BÒ dµy thø cÊp : Bd2=(a2+cd2).n12=(0,156+0,1).4= 10,24 mm=1,024 cm §­êng kÝnh ngoµi cuén thø cÊp : Dn1=Dt2+2 Bd2=188,576 cm §­êng kÝnh trung b×nh cuén s¬ cÊp : DTB2==17,552 cm ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp : L2=W2..DTB2=100m §­êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y : D12==15,788 cm r12==8,344 cm H×nh d¸ng kÕt cÊu lâi thÐp biÕn ¸p Cdn Cd11 Cd2 hg Bd1 Bd2 Bè trÝ cuén d©y biÕn ¸p *TÝnh to¸n kiÓm nghiÖm A/TÝnh tæng sôt ¸p bªn trong biÕn ¸p. §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë: Trong ®ã: R1, R2 - ®iÖn trë thuÇn cña c¸c cuén d©y s¬ vµ thø cÊp : R = r.l/S Víi: r = 0. 02133 W mm2/m - ®iÖn trë suÊt cña ®ång ë 75°C; l, S - chiÒu dµi vµ tiÕt diÖn cña d©y dÉn [mm]; Id - dßng ®iÖn t¶i mét chiÒu [A]. R=r .(W). R2=r .(W). R1=r .(W). §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn kh¸ng 1. 0,1.20/3,14=0,63 (v) Trong ®ã: mf - sè pha biÕn ¸p Trong ®ã: W2 - Sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p. Rbk - B¸n kÝnh trong cuén d©y thø cÊp. h - ChiÒu cao cöa sæ lâi thÐp [m]. cd - BÒ dÇy c¸c c¸ch ®iÖn c¸c cuén d©y víi nhau Bd1, Bd2 - BÒ dÇy cuén d©y s¬ vµ thø cÊp [m]. w = 314 rad. Tæng sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p: B/ TÝnh gi¸ trÞ cùc ®¹i vµ kiÓm tra tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn §iÖn trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p · Tæng trë ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p: §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông: §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng: §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m vµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp cña m¸y biÕn ¸p: · Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi cùc ®¹i: Dßng nhá h¬n dßng ®Ønh xung mµ c¸c van chÞu ®­îc lµ 2500 A víi Tiristor vµ 2000A víi Diode ®· chän. · KiÓm tra m¸y biÕn ¸p ®· chän cã kh¶ n¨ng h¹n chÕ tèc ®é biÕn thiªn cña dßng chuyÓn m¹ch. Gi¶ sö chuyÓn m¹ch tõ T1 sang T3 ta cã ph­¬ng tr×nh Ta thÊy gi¸ trÞ nµy nhá h¬n gi¸ trÞ cho phÐp lµ 100A/ms do ®ã m¸y biÕn ¸p thiÕt kÕ sö dông tèt. Ch­¬ng 4:ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn IV.1. Môc ®Ých vµ yªu cÇu: - Muèn ®æi Tiristor më cho dßng ®iÖn ch¹y qua th× ph¶i cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn an«t vµ cã xung ¸p d­¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn. Sau khi Tiristor më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông, lóc nµy dßng ®iÖn ch¹y qua Tiristor do th«ng sè m¹ch ®éng lùc quyÕt ®Þnh. Chøc n¨ng cña m¹ch ®iÒu khiÓn: §iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn an«t-cat«t cña Tiristor. T¹o ra ®­îc c¸c xung ®ñ ®iÒu kiÖn më ®­îc Tiristor, xung ®iÒu khiÓn th­êng cã biªn ®é tõ 2 ®Õn 10V, ®é réng xung tx = 20 ÷ 100µs ®èi víi thiÕt bÞ chØnh l­u, tx ≤ 10µs ®èi víi thiÕt bÞ biÕn ®æi tÇn sè cao. §é réng xung x¸c ®Þnh theo biÓu thøc Trong ®ã : dßng duy tr× cña tiristor. : tèc ®é t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i. Mèi quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p chØnh l­u víi viÖc thay ®æi gãc më α Trong ®ã - U0: ®iÖn ¸p chØnh l­u lín nhÊt khi gãc më - Ucl: ®iÖn ¸p sau chØnh l­u C¸c yªu cÇu víi xung ®iÒu khiÓn: Ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c, ®óng thêi ®iÓm do ng­êi thiÕt kÕ tÝnh to¸n. C¸c xung ®iÒu khiÓn ph¶i ®ñ lín vÒ biªn ®é vµ ®é réng ®Ó cã thÓ më ®­îc c¸c van. C¸c xung ®iÒu khiÓn ph¶i cã tÝnh ®èi xøng cao, ®¶m b¶o ®­îc ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc më. Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu, t¸c ®éng nhanh. ®¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ tin cËy khi l­íi ®iÖn dao ®éng c¶ vÒ biªn ®é vµ tÇn sè. Ngoµi ra hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i cã nhiÖn vô æn ®Þnh dßng ®iÖn t¶i vµ b¶o vÖ hÖ thèng khi x¶y ra sù cè qu¸ t¶i hay ng¾n m¹ch. IV.2. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn SS >1 1 2 3 4 Ur Uc _ T H×nh4.1: S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn uc lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ®iÖn ¸p mét chiÒu. ur lµ ®iÖn ¸p ®ång bé, ®iÖn ¸p xoay chiÒu hoÆc biÕn thÓ cña nã, ®ång bé víi ®iÖn ¸p an«t – cat«t cña tiristor. HiÖu ®iÖn ¸p uc – ur ®­îc ®­a vµo kh©u so s¸nh 1, lµm viÖc nh­ mét trig¬. Khi uc – ur = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i, ë ®Çu ra cña nã nhËn ®­îc mét chuçi xung d¹ng “sinus ch÷ nhËt”. Kh©u 2 lµ kh©u ®a hµi mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh. Kh©u 3 lµ kh©u khuyÕch ®¹i xung. Kh©u 4 lµ kh©u biÕn ¸p xung. B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo uc, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn, còng tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc në α. IV.3. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. Ng­êi ta th­êng dïng 2 nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn ®Ó thay ®æi gãc më α cña c¸c tiristor nguyªn t¾c ®iÒu chØnh th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh vµ nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arccos. IV.3.1. Nguyªn t¾c ®iÒu chØnh th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta dïng hai ®iÖn ¸p: - §iÖn ¸p ®ång bé, kÝ hiÖu lµ Ur, cã d¹ng r¨ng c­a, ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn an«t – cat«t cña tiristor. - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, kÝ hiÖu lµ Uc, lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu, cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é. Ur Uc t Uc α п 2п 3п 0 α α Ur Uc+Ur H×nh 4.2: Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh Tæng ®¹i sè cña Ur + Uc ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh. B»ng c¸ch lµm biÕn ®æi Uc ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra tøc, lµ thêi ®iÓm ®iÒu chØnh gãc a . Khi Uc = 0 ta cã a = 0 Uc 0 Quan hÖ gi÷a a vµ Uc ®­îc biÓu diÔn qua c«ng thøc sau : Ng­êi ta th­êng lÊy Ur max = Uc max IV.3.2. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng ARCCOS Theo nguyªn t¾c nµy ng­êi ta còng dïng hai ®iÖn ¸p: - §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Uc lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é theo hai h­íng ( d­¬ng vµ ©m ). - §iÖn ¸p ®ång bé Ur v­ît tr­íc ®iÖn ¸p an«t – cat«t cña tiristor mét gãc b»ng (nÕu uAK = Asinωt th× ur Bcosωt ). t Uc (Ur + Uc) Ur Ur Uc 0 α H×nh 4.3: Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng ARCCOS Trªn h×nh vÏ ®­êng nÐt ®øt lµ ®iÖn ¸p an«t – cat«t cña tirstor. Tö ®iÖn ¸p nµy ng­êi ta t¹o ra ur. Tæng ®¹i sè ur + uc ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh. Khi ur + uc = 0 ta nhËn ®­îc mét xung ®Çu r acña kh©u so s¸nh. uc + Bcosa = 0 Do Ng­êi ta lÊy B = UCmax Khi uc = 0 th× a = p/2 Khi uc = UCmax , a = p Khi uc = - UCmax , a = 0 Nh­ vËy khi uc biÕn thiªn tõ - UCmax ®Õn +UCmax th× a biÕn thiªn tõ 0 ®Õn p. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¾ng ®øng “arccos” ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái chÊt l­îng cao. C¸c linh kiÖn ®iÖn tö sö dông trong m¹ch. - Toµn bé m¹ch ®iÖn ph¶i dïng 4 cæng AND nªn ta chän hai IC 4081 hä CMOS. Mçi IC 4081 cã 4 cæng AND. H×nh4.4: S¬ ®åch©n IC4081. * C¸c th«ng sè: Nguån nu«i IC : Vcc = 3¸9 (V), ta chän: Vcc = 12 (V). NhiÖt ®é lµm viÖc : - 40o C ¸ 80o C §iÖn ¸p øng víi møc logic “1”: 2¸4,5 (V). Dßng ®iÖn nhá h¬n 1mA C«ng suÊt tiªu thô P=2,5 (nW/1 cæng). - M¹ch sö dông 11 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n (OA1÷OA11) do vËy chóng ta cÇn 4 con IC TL084. mçi con cã s¬ ®å bè trÝ ch©n nh­ h×nh bªn d­íi: H×nh4.5: S¬ ®åch©n ICTL084. *Th«ng sè cña TL084 : §iÖn ¸p nguån nu«i : Vcc = ± 18 (V) chän Vcc = ± 12 (V) HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo: ± 30 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc : T = -25¸ 850 C C«ng suÊt tiªu thô: P = 680 (mW) = 0,68 (W) Tæng trë ®Çu vµo : Rin= 106 ( MW) Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ira = 30 ( pA). Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp : du/dt = 13 (V/ms). - M¹ch sö dông mét phÇn tö ®¶o lÊy tõ IC7404 cã s¬ ®å bè trÝ ch©n nh­ h×nh vÏ: H×nh4.6: S¬ ®åch©n 7404. IV.4. C¸c khèi trong m¹ch ®iÒu khiÓn. IV.4. 1: Khèi t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha. H×nh 4.7: S¬ ®å khèi ®ång pha. TÝn hiÖu ®ång bé cã thÓ lÊy tõ biÕn ¸p lùc còng cã thÓ lÊy tõ mét biÕn ¸p kh¸c. Do trong m¹ch ®iÒu khiÓn cã nhiÒu kh©u sö dông nguån ®iÖn ¸p thÊp nªn chóng ta dïng mét biÕn ¸p cã quÊn nhiÒu cuén d©y thø cÊp, mçi cuén cã mét chøc n¨ng riªng biÖt, trong ®ã sö dông cuén cã ®iÖn ¸p 0V-12V-24V dïng cho kh©u ®ång bé. M¹ch t¹o xung ®ång bé ®­îc lÊy tõ ®iÖn ¸p l­íi U = 220V, f=50Hz, trïng pha víi ®iÖn ¸p ®Æt nªn cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p ®éng lùc. Hai ®i«t D2 vµ D3 lµm nhiÖm vô chØnh l­u t¹o ra tÝn hiÖu U1 lµm ng­ìng ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu mét chiÒu. Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p mét chiÒu sau chØnh l­u lµ: Ta chän 2 ®i«t D1 vµ D2 lµ ®i«t IN4009. IV.4.2: Khèi t¹o xung ®ång bé. +E 0 OA1 R4 R3 R5 _ + D4 1 U 0 U1 t t Urss Uo U H×nh4.8: Khèi t¹o xung ®ång bé. §iÖn ¸p U1 ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U0 ®Ó t¹o ra c¸c tÝn hiÖu t­¬ng øng víi thêi ®iÓm ®iÖn ¸p nguån ®i qua ®iÓm kh«ng. U0 cµng nhá th× xung U2 cµng hÑp vµ ph¹m vi ®iÒu chØnh cµng lín Nùa chän αmax = 1700 th× U0 = (4.1) Chøc n¨ng riªng biÖt, trong ®ã sö dông cuén cã ®iÖn ¸p 0V-12V-24V dïng cho kh©u ®ång bé. M¹ch t¹o xung ®ång bé ®­îc lÊy tõ ®iÖn ¸p l­íi U = 220V, f=50Hz, trïng pha víi ®iÖn ¸p ®Æt nªn cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p ®éng lùc. Hai ®i«t D2 vµ D3 lµm nhiÖm vô chØnh l­u t¹o ra tÝn hiÖu U1 lµm ng­ìng ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu mét chiÒu. Tõ ph­¬ng tr×nh 4.1 ta cã =. Ta cã §Ó tæn thÊt trªn ®iÖn trë nhá chóng ta chän R4 = 4,7KΩ, R3 = 15 KΩ, R5= 2,2KΩ. IV.4.3. Khèi t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a. OA2 R6 C1 T1 R7 -E + _ 1 2 t U3 U2 t H×nh4.9: Khèi t¹o xung r¨ng c­a Nguyªn lý c¬ b¶n cña kh©u nµy lµ dïng m¹ch tÝch ph©n vµ khãa ®iÖn tö T1, T1 lµ tranristor ng­îc C828. Khi U2 = 0, T1 khãa tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn bëi dßng ®iÖn T¹i thêi ®iÓm ®iÖn ¸p U2 chuyÓn tõ 1 → 0 tô C1 phãng hÕt ®iÖn ( UC1 = 0) vµ b¾t ®Çu ®­îc n¹p ®iÖn. Khi U2 = (0→1) tranristorT1 th«ng,tô C1 b¾t ®Çu phãng ®iÖn cho tíi khi ®iÖn ¸p U2 = (1→0). Tô C1 phãng ®iÖn trong suèt ®é réng cña xung. Khi U2 chuyÓn tr¹ng th¸i tõ (0→1) tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn trë l¹i. Th«ng sè cña m¹ch R-C ®­îc tÝnh theo: Trc=R6.C1 §Ó ®­êng r¨ng c­a cã thÓ nhän ë cuèi nöa chu k× , th× Trc nªn chän kho¶ng Trc=(0,005-0,01)s. Tõ trÞ sè Trc võa chän ta tiÕn hµnh tÝnh chän R6 vµ C1 Chän R6=1 k, C1=10 IV.4.4. Khèi so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p r¨ng c­a víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (2) OA3 R7 Urc Udk Khèi so s¸nh nµy sö dông khuyÕch ®¹i thuËt to¸n OA3, so s¸nh hai tÝn hiÖu cïng dÊu, Urc ®­îc lÊy tõ (2) ®i vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña K§TT, U®k ®­îc lÊy tõ kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn vµ ph¶n håi ®iÖn ¸p. Ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn Thyristor theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh, t¹i ®ã Urc=U®k . Ta cã mèi liªn hÖ gi÷a gãc më víi U®k : MÆt kh¸c ta cã Urc= ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt ë cuèi qu¸ tr×nh n¹p t¹i thêi ®iÓm =1700, hay víi -> t=9 ms VËy Urc max= Do ®ã Udk= Nh­ vËy ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn thu ®­îc sau bé ph¶n håi lµ 1,8 V IV.4.5. Khèi ph¶n håi dßng ®iÖn. R11 R14 R10 R13 R17 (6) OA5 OA6 (5) +E R15 R16 Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn nµy sö dông 2 khuyÕch ®¹i thuËt to¸n. KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n OA5 ®ãng vai trß khuyÕch ®¹i kh«ng ®¶o chiÒu ®iÖn ¸p bëi ®iÖn ¸p qua Rshunt lµ rÊt nhá . §iÖn ¸p sau khi khuyÕch ®¹i t¹i ®iÓm (5) sÏ cã gi¸ trÞ : U5=(1+)UphI OA6 ®ãng vai trß lµ mét bé trõ ®iÖn ¸p, ®iÖn ¸p ra t¹i ®iÓm (6) sÏ lµ : U6= NÕu th× ®iÖn ¸p ra t¹i ®iÓm (6) lµ : U6=(E-U5) Theo trªn ta cã ®iÖn ¸p ra cña kh©u ph¶n håi lµ 1,8 V. MÆt kh¸c ta cã: æn dßng víi gi¸ trÞ ®Þnh møc lµ 20 A, chän Rshunt lo¹i 150A/180 mV. Ta cã UphI= Chän U5=6V, th× , lÊy R11=250k, R12=1k. VËy , lÊy R13=R15=30k, R14=R16=10k IV.4.6. Khèi ph¶n håi ®iÖn ¸p. R25 R21 R22 OA8 +E R24 R23 (8) Còng nh­ ph¶n håi dßng th× OA8 ®ãng vai trß lµ bé trõ ®iÖn ¸p. Ta lÊy UphU= 10V øng víi møc ®iÖn ¸p n¹p lµ 324V, th× khi ®iÖn ¸p r¬i trªn Rf1 khi dung l­îng accu ®¹t 80 sÏ lµ 8V. Ta cã chän biÕn trë 330 §iÖn ¸p ra t¹i ®iÓm (8) lµ 1,8 V-> lÊy R22=R24=9k, R21=R23=20k. IV.4.7. Khèi chuyÓn m¹ch n¹p. (7) UphU D7 R20 OA7 +E R19 R18 Khi ®¹t 80 dung l­îng tøc U=Eaq=80.324=259 V th× chuyÓn tõ chÕ ®é n¹p dßng sang n¹p ¸p. §Ó thùc hiÖn ®iÒu ®ã ta sö dông K§TT OA8 víi chøc n¨ng so s¸nh. Khi UphU=U- U+= th× ®iÖn ¸p ra ë (7) lµ -12v, qua diode D7 øng víi møc logic “0” qua phÇn tö ®¶o sÏ lËt tr¹ng th¸i tõ møc logic “0” lªn “1” lµm chuyÓn m¹ch 2 th«ng, chuyÓn m¹ch 1 bÞ kho¸ , m¹ch lµm viÖc ë chÕ ®é æn ¸p. chän U+ ë ng­ìng 8V th× -> R19=2R18. ta chän R18=10k, vµ R19=20k. IV.4.8. Khèi c¾t nguån cÊp khi ®iÖn ¸p v­ît qu¸ 324 V +E K (9) UphU D8 R28 OA9 +E R27 R26 Khi ®iÖn ¸p v­ît qu¸ 324V øng víi UphU>10V th× ®iÖn ¸p ra t¹i ®iÓm (9) sÏ lµ +12V, kÝch më transistor cÊp ®iÖn cho r¬le K, tiÕp ®iÓm th­êng ®ãng K më ra, c¾t ®iÖn c«ng t¾c t¬ b¶o vÖ cùc tiÓu RA, tiÕp ®iÓm th­êng më RA më ra, c¾t ®iÖn m¹ch n¹p. Qu¸ tr×nh n¹p chØ ®­îc tiÕp diÔn khi ®ãng tiÕp ®iÓm RA vµ Ên nót M. §iÖn ¸p ë U- ®Æt ë ng­ìng 10V, do ®ã : -> R27=5R26 , chän R26=10k , R27=50k. IV.4.9. Khèi t¹o xung chïm. R31 + OA4 R32 R29 R30 D9 C2 4 _ H×nh4.13: Khèi t¹o xung chïm. Bé OA11 lµ mét da hµi dao ®éng t¹o ra c¸c xung vu«ng cã tÇn sè cao lÆp di lÆp l¹i theo chu kú, víi môc ®Ých lµm gi¶m kÝch th­íc cña m¸y biÕn ¸p xung. Tô ®iÖn C2 vµ ®iÖn trë R31 t¹o thµnh m¹ch vi ph©n. M¹ch R29 ,R30 lµ m¹ch ph¶n håi. Nguyªn lÝ lµm viÖc cña m¹ch nh­ sau: t¹i thêi ®iÓm Uc=0, ®iÖn ¸p ra cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i Ur = Urmax ≈ +E. Th«ng qua m¹ch ph¶n håi R29R30 ®Çu vµo “+” cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n sÏ cã tÝn hiÖu ph¶n håi duy tr× khuyÕch ®¹i thuËt to¸n n»m ë chÕ ®é b·o hoµ d­¬ng. Lóc nµy tô C2 ®­îc n¹p th«ng qua ®iÖn trë R31 Khi t=t1, ®iÖn ¸p UC ®¹t gi¸ tÞ U0, khuyÕch ®¹i thuËt to¸n lËt tr¹ng th¸i vµ Ur = -Urmax ≈ -E. §iÖn ¸p trªn tô C2 kh«ng thÓ thay ®æi ®ét ngét vµ lóc nµy tô C2 l¹i phãng ®iÖn qua R1. ë thêi ®iÓm t = t2, khi , khuyÕch ®¹i thuËt to¸n lËt tr¹ng th¸i Ur = Urmax ≈ +E vµ sau ®ã qu¸ tr×nh l¹i ®­îc lÆp l¹i. Thêi gian phãng cña tô C2 lµ: M¹ch t¹o chïm xung cã tÇn sè f= 1/2tx = 6,25 ( kHz) víi tx=4tcm hay chu kú cña xung chïm T= 1/f = 160 (ms) ta cã : T= 2. R31 C2. ln(1+2. R29/R30) Chän R29= R30=25kΩ . th× T= 2,2 R31. C2 = 160 (ms) vËy : R31. C2 = 72,72(ms) Chän tô C2 = 0,01mF cã ®iÖn ¸p U = 16 (V) ; R31= 7272 (W)=7,27kW §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p m¹ch th× ta chän R31 lµ biÕn trë 8kW. IV.4.10. Khèi khuyÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung. R33 D10 R34 T3 T2 BAX D11 +E 7400 R35 R36 T5 T4 D13 BAX D14 +E 7400 H×nh4.14: Khèi khuyÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung. TÝnh BAX Theo phÇn tÝnh to¸n ë m¹ch lùc ta chän van Tiristor lo¹i T80F10BEM. Van cã c¸c th«ng sè: Ug = 2 V Ig = 0,15A Gi¸ trÞ nµy lµ gi¸ trÞ dßng vµ ¸p ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän vËt liÖu s¾t tõ HM, lâi s¾t tõ cã d¹ng h×nh xuyÕn lµm trªn mét phÇn tö cña ®Æt tÝnh tõ ho¸ B = 0,3 Tesla, H = 30 A/m, kh«ng cã khe hë. + Chän tû sè cña m¸y biÕn ¸p: m = 3. + §iÖn ¸p cuén thø cÊp BAX U2 = U®k = 2V + §iÖn ¸p ®Æt lªn cuén s¬ cÊp BAX : U1 = m.U2 = 3.2 = 6V + Dßng ®iÖn thø cÊp BAX: I2 = I®k = 0,15 A + Dßng ®iÖn s¬ cÊp BAX: + §é tõ thÈm cña lâi s¾t tõ. mtb = = = 8.103 ThÓ tÝch lâi s¾t tõ: Trong ®ã : - mtb : ®é tõ thÈm trung b×nh cña lâi s¾t - m0 : ®é tõ thÈm cña kh«ng khÝ - tx : chiÒu dµi xung truyÒn qua BAX cã gi¸ trÞ tõ 10 ¸ 600 ms, ë ®©y chän tx = 4tcm =80 ms - Sx : ®é sôt biªn ®é xung lÊy Sx = 0,15 - U1 : ®iÖn ¸p s¬ cÊp - I1 : dßng ®iÖn s¬ cÊp Thay sè vµo ta ®­îc : - Chän m¹ch tõ OA_22/30.5 cã thÓ tÝch V =Q.l = 0,2.8,2 =1,64 cm3 víi thÓ tÝch ®ã ta cã c¸c kÝch th­íc m¹ch tõ: a = 4 mm b = 5 mm d = 22 mm D = 30 mm Q = 0,2 cm2 = 20 mm2 QCS=3,82cm2 ChiÒu dµi trung b×nh m¹ch tõ :l = 8,2 cm a D d b Sè vßng quÊn d©y s¬ cÊp BAX: - Theo luËt c¶m øng ®iÖn tõ : w1 = (víi k = 0,76 lµ hÖ sè chÊt ®Çy). vßng - Sè vßng d©y thø cÊp : W2 = = =35 vßng - TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp S1 = - Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1 = 6 A/mm2 §­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp : d1 = = Chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn trßn ( B¶ng II.3 - §TCS – NguyÔn BÝnh). TiÕt diÖn S1 =0,00785(mm), ®­êng kÝnh d1 = 0,1(mm), träng l­îng 0,0698gam/m, trë suÊt 2,291 ohm/m. TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp: S2 = = = 0,0375 mm2 Chän mËt ®é d® J2 = 4 A/mm2 - §­êng kÝnh d©y quÊn thø cÊp: d2 = = = 0,218 mm Chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn trßn ( B¶ng II.3 - §TCS – NguyÔn BÝnh). TiÕt diÖn S2 =0,04155(mm), ®­êng kÝnh d2 =0,23(mm), träng l­îng 0,369gam/m, trë suÊt 0,433 ohm/m. - KiÓm tra hÖ sè lÊp ®Çy: kl® = = = kl® =0,0057 < 1:nh­ vËy cöa sæ ®ñ diÖn tÝch cÇn thiÕt. TÝnh to¸n kh©u K§ cuèi cïng T2, T3, T4, T5: chän transistor c«ng suÊt lo¹i 2SC911 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè: + Transistor lo¹i npn, vËt liÖu b¸n dÉn lµ Si + §iÖn ¸p gi÷a collector vµ baz¬ lµ khi hë m¹ch Emito : UCB0 = 40 V + §iÖn ¸p gi÷a Emito vµ Baz¬ khi hë m¹ch Colecto : UEB0 = 4 V + Dßng ®iÖn lín nhÊt ë Colecto cã thÓ chÞu ®ùng ®­îc : ICmax = 500 mA + C«ng suÊt tiªu t¸n ë Colecto : PC = 1,7 W + NhiÖt ®é lín nhÊt ë mÆt tiÕp gi¸p T1 =1750 C. + HÖ sè khuyÕch ®¹i b = 50. + Dßng ®iÖn lµm viÖc cña colecto IC=I1=50 mA. +Dßng ®iÖn lµm viÖc cña Bazo IB = Ta thÊy r»ng lo¹i thyristor ®· chän cã ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k=2V; dßng ®iÒu khiÓn I®k= 0.15A, do vËy dßng colecto-baz¬ cña tranzito TR3 kh¸ bÐ, trong tr­êng hîp nµy kh«ng cÇn thiÕt cã TR2 mµ vÉn ®ñ c«ng suÊt ®iÒu khiÓn Tr3. Ng­êi ta th­êng chän bãng T3, T5 cã c«ng suÊt lín tho¶ m·n víi c«ng suÊt cña xung ra, cßn bãng T2, T4 lµm nhiÖm vô khuyÕch ®¹i dßng. §iÖn trë R31, R34 ®­îc chän ®Ó tho¶ m·n ®iÒu kiÖn c¸c bãng ë tr¹ng th¸i b·o hoµ khi më: Trong ®ã UV: ®iÖn ¸p ë ®Çu ra cña IC7400. K: th­êng chän trong kho¶ng 1,1÷1,2. Chän R31, R34 =10kΩ Chän nguån cÊp cho biÕn ¸p xung E=12V. Víi nguån E=12(V) ta ph¶i m¾c thªm ®iÖn trë R32, R35 nèi tiÕp víi c¸c cùc emito cña Tranzisto. R= TÊt c¶ c¸c ®i«t trong m¹ch ®iÒu khiÓn dïng lo¹i 1N4009 cã c¸c tham sè: Dßng ®iÖn ®Þnh møc : I®m = 10 (mA) §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt : Ung = 25 (V) §iÖn ¸p ®Ó cho Diot më th«ng : Um =1(V) IV.5. M¹ch ®iÒu khiÓn. Tõ yªu cÇu cña c«ng nghÖ chóng ta x©y dùng ®­îc m¹ch ®iÒu khiÓn cã s¬ ®å sau: R12 R14 (11) Rf (0) (12) (13) (3) (1) OA2 OA1 +E +E C1 D5 R8 -E R3 R4 +E R5 D4 D3 R2 D2 R6 R0 D1 R1 DZ1 D6 R9 DZ2 D10 R33 R34 R0 D12 D11 & D13 R35 R36 R0 D15 D14 & (2) OA3 R7 R31 (4) OA4 D9 C2 R29 R30 R32 (10) A1 R17 R11 +E (5) OA6 OA5 R13 R10 (6) R16 R15 D7 R20 OA7 +E R19 R18 A2 (7) R25 R21 R22 OA8 +E R24 R23 (8) +E K (9) UphU D8 R28 OA9 +E R27 R26 IV.5.1: S¬ ®å: ~ IV.5.2: D¹ng ®iÖn ¸p: U0 u0 t 0 U1 t 0 udk U2 t 0 U3 t 0 U10 0 t U11 0 t U4’ t 0 U4 0 t U12 U13 0 t 0 t IV.5.3: Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å: TÝn hiÖu xoay chiÒu ®­îc chØnh l­u bëi 2di«t D2, D3, sÏ ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p U0 ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu ®ång bé U1 trïng víi thêi ®iÓm ®iÖn ¸p l­íi ®i qua ®iÓm 0. TÝn hiÖu ®ång bé nµy sÏ më kho¸ bãng tranzito trong kho¶ng xung d­¬ng cña tÝn hiÖu ®ång bé , tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn trong kho¶ng xung ©m cña tÝn hiÖu ®ång bé theo c«ng thøc UC = E.t/R6C1 vµ ë ®Çu ra cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n OA2 sÏ cã tÝn hiÖu r¨ng c­a. Sau ®ã tÝn hiÖu nµy ®­îc so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn nhê bé so s¸nh b»ng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n OA3. Bé OA4 lµ mét ®a hµi dao ®éng xung cã tÇn sè cao U9 víi môc ®Ých gi¶m kÝch th­íc cña m¸y biÕn ¸p xung. TÝn hiÖu cao tÇn trén lÉn víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U3 cïng c¸c tÝn hiÖu ph©n phèi U10, U11 thµnh tÝn hiÖu U12, U13. Nh÷ng tÝn hiÖu nµy ®­îc khuyÕch ®¹i th«ng qua m¸y biÕn ¸p xung ®­a trùc tiÕp cùc ®iÒu khiÓn cña Tiristo. IV.6. Khèi nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn. BiÕn ¸p nguån nu«i vµ biÕn ¸p ®ång pha dïng chung cuén s¬ cÊp. Do ®ã ta sö dông mét m¸y biÕn ¸p víi mét cuén s¬ cÊp vµ nhiÒu cuén thø cÊp, mçi cuén thùc hiÖn mét chøc n¨ng riªng. Cuén 0V-12V-24V sö dông lµm cuén ®ång pha víi tÝn hiÖu nguån, cuén 0V-18V-36V sö dông lµm nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn. D1 7812 7912 D1 D1 D1 C2 C1 C3 C4 +12V -12V H×nh4.15: Khèi nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn. - C¸c linh kiÖn sö dông trong m¹ch: + ChØnh l­u cÇu 5A. + Tô läc nguån tr­íc vµ sau æn ¸p C1 = C2 = C3 = C4 =220μF/50V. + Vi m¹ch æn ¸p 78L12, 79L12 lµ lo¹i vi m¹ch æn ¸p cã c«ng suÊt nhá. Dßng ®iÖn t¶i kh«ng v­ît qu¸ 100mA. Chóng ®­îc bao gãi d­íi 2 d¹ng: vá s¾t lý hiÖu b»ng ch÷ H, vá b»ng chÊt dÎo ký hiÖu b»ng ch÷ Z. Tham sè cña IC lµ : Uod=12V (-12V), Imax=1A (khi cã t¶n nhiÖt tèt) §iÖn ¸p r¬i lín nhÊt vµ nhá nhÊt cho phÐp trªn IC æn ¸p , c«ng suÊt tiªu t¸n lín nhÊt cho phÐp TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p nguån: - Khèi nguån ±12 cÊp cho khuyÕch ®¹i thuËt to¸n, I1 = 500mA. C«ng suÊt cña nguån nu«i lµ: P1 =U1.I1 = 36.0,5 = 18W - Khèi nguån ®ång pha 0V – 12V – 24V, I2 = 500mA. C«ng suÊt cña nguån ®ång pha lµ: P2 =U2.I2 = 24.0,5 = 12W - C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p lµ: P = P1 + P2 =18 +12 = 30W - Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p lµ: - TiÕt diÖn lâi thÐp m¹ch tõ: Ta chän lâi thÐp cã tiÕt diÖn S = 0,92cm2, lµm b»ng thÐp kü thuËt ®iÖn dµy 0,2mm, gåm c¸c l¸ thÐp h×nh ch÷ Ш vµ ch÷ I ghÐp l¹i víi nhau: Theo c«ng thøc kinh nghiªm chóng ta tÝnh sè vßng/v«n: (víi k = 40÷60 lµ hÖ sè cña m¸y biÕn ¸p, lÊy k = 50) vßng/v«n. - Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp lµ: W1 = n0.U1 = 54.220 = 11880 vßng. - Sè vßng d©y cuén thø cÊp lµ: Cuén 12V: W21 = W22 = n0.U = 54.12 = 648 vßng. Cuén 18V: W23 = W24 = n0.U = 54.18 = 972 vßng. - Dßng ®iÖn trong c¸c cuén thø cÊp: - TiÕt diÖn d©y quÊn: + Cuén s¬ cÊp: (chän J = 5A/mm2) + Cuén 12V:(chän J = 5A/mm2) + Cuén 18V:(chän J = 5A/mm2) - §­êng kÝnh d©y thø cÊp lµ: + Cuén s¬ cÊp: + Cuén 12V:. + Cuén 18V: . - Tra sæ tay “th«ng sè d©y dÉn tiÕt diÖn trßn” (s¸ch “®iÖn tö c«ng suÊt ” – NXB Khoa häc kü thuËt – 1996, NguyÔn BÝnh), ta chän ®­îc d©y: + D©y s¬ cÊp: d1 = 0,59mm, S1 = 0,2734mm2, 0,21ohm/m. + D©y s¬ cÊp: d21 = d22 = 0,8mm, S1 = 0,5027mm2, 0,0342ohm/m. + D©y s¬ cÊp: d23 = d24 = 0,67mm, S1 = 0,3526mm2, 0,0488ohm/m. m« pháng trªn m¸y tÝnh Sö dông phÇn mÒm ELECTRONIC WORKBENCH MULTISIM V8 TRIAL m« pháng ho¹t ®éng cña s¬ ®å: §Ó ®o d¹ng ®iÖn ¸p t¹i c¸c ®iÓm chóng ta sö dông Oscilloscope ¶o trong phÇn mÒm ®Ó kiÓm tra d¹ng ®iÖn ¸p t¹i c¸c kh©u: §iÖn ¸p t¹i sau chØnh l­u t¹i ®iÓm 1: §iÖn ¸p so s¸nh ®iÖn ¸p sau chØnh l­u víi ®iÖn ¸p ®Æt U0: §iÖn ¸p ®ång bé víi ®iÖn ¸p nguån t¹i thêi ®iÓm ®i qua ®iÓm 0: §iÖn ¸p r¨ng c­a t¹i ®iÓm 2 : xung chïm t¹i ®iÓm 4 : Xung ra t¹i ®iÓm 10 : Xung ra t¹i ®iÓm 11 : Xung ra t¹i ®iÓm 13 Xung ra t¹i ®iÓm 12 : KÕt luËn. Víi nhiÖm vô thiÕt kÕ m¹ch n¹p ¾c qui tù ®éng. Qua thêi gian lµm ®å ¸n chóng em ®· hiÓu râ qui tr×nh c«ng nghÖ n¹p ¾c qui. Tõ yªu cÇu cña ®Ò tµi chóng em cñng cè nh÷ng kiÕn thøc ®· häc trong nhµ tr­êng, tõ ®ã tõng b­íc ®­a ra c¸c ph­¬ng ¸n lùa chän m¹ch lùc vµ x©y dùng ®­îc m¹ch ®iÒu khiÓn thùc hiÖn quy tr×nh c«ng nghÖ. Sau khi x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn chóng em ®· tiÕn hµnh cho cho m« pháng trªn m¸y tÝnh b»ng phÇn mÒm ELECTRONIC WORKBENCH MULTISIM V8 TRIAL. Khi m« pháng chóng ®o ®­îc d¹ng ®iÖn ¸p t¹i c¸c ®iÓm, tõ ®ã chóng ta m¾n v÷ng h¬n lý thuyÕt vµ cã sù hiÓu biÕt thªm vÒ thùc tÕ. Do néi dung cßn míi mÎ vµ tÇm hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n cña em kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÔu sãt. Em mong tiÕp tôc nhËn ®­îc sù gãp ý cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n ®Ó quyÓn ®å ¸n hoµn thiÖn h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Tµi liÖu tham kh¶o Vò Gia Hanh, TrÇn Kh¸nh Hµ, Phan Tö Thô, NguyÔn V¨n S¸u M¸y ®iÖn – Nhµ XuÊt B¶n Khoa Häc Kü ThuËt – 1998. NguyÔn BÝnh §iÖn tö c«ng suÊt - Nhµ XuÊt B¶n Khoa Häc Kü ThuËt – 1996. D­¬ng Minh TrÝ Sæ tay linh kiÖn - Nhµ XuÊt B¶n Khoa Häc Kü ThuËt – 1998. Vâ Minh ChÝnh, Ph¹m Quèc H¶i, TrÇn Träng Minh §iÖn tö c«ng suÊt - Nhµ XuÊt B¶n Khoa Häc Kü ThuËt. Ph¹m H÷u Nam Trang bÞ ®iÖn «t« hiÖn ®¹i - Nhµ XuÊt B¶n Giao Th«ng VËn T¶i.