Đồ - Tài Liệu Học Tậpdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file_goc_779234.pdfTính toán dây qu ... mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp

Đồ án

Đề Tài:

Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều

dòng mạ.

Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất

Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 1

Đề tài:

Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng mạ.

Các tham số:

Phương án 2: Điện áp ra : Ud = 6÷12 (V)



Dòng tải max : Id =100(A)

Thời gian thuận : 50÷200 (s)

Thời gian ngược : 5÷20 (s)

Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện mạ không đổi trong quá

trình mạ. Mạch phải có khâu bảo vệ chống chạm điện cực (bảo vệ ngắn mạch).

MỤC LỤC



Chương I ................................................................................................................ 5 CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ............................. 5

I.1. Tìm hiểu chung về công nghệ mạ ............................................................... 5 I.2. Các thành phần chính trong mạ điện phân .................................................. 5 I.3.Mạ có đảo chiều dòng mạ. ........................................................................... 8 I.4.Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lớp mạ ..................................................... 9

Chương II: ........................................................................................................... 11 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHÙ HỢP CHO NGUỒN MẠ MỘT CHIỀU ..... 11

II.1. Tổng quan chung ..................................................................................... 11 II.2. Chọn phương án ...................................................................................... 12

ChươngIII ............................................................................................................ 14 THIẾT KẾ MẠCH LỰC ..................................................................................... 14

III.1. Tính chọn van lực ................................................................................... 14 III.1.1. Đặc điểm chung ............................................................................... 14 III.1.2. Các thông số của Thyristor ............................................................. 14 III.1.3. Chọn Thyristor ................................................................................ 15

III.2. Tính toán máy biến áp (MBA) lực ......................................................... 15 III.2.1. Tính toán sơ bộ mạch từ MBA ........................................................ 16 III.2.2. Tính toán dây quấn .......................................................................... 17 III.2.3. Tiết diện cửa sổ MBA ...................................................................... 18 III.2.4. Kết cấu dây quấn MBA ................................................................... 19 III.2.5. Tính các thông số của MBA ............................................................ 21

III.3. Thiết kế cuộn kháng lọc ......................................................................... 23 III.3.1.Xác định góc mở cực tiểu và cực đại ............................................... 23 III.3.2.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc .................................................. 24 III.3.3.Thiết kế cuộn kháng lọc.................................................................... 25

III.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ ................................................................. 27 III.4.1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các Thyristor ........................................... 27 III.4.2.Bảo vệ quá dòng điện cho Thyristor ................................................ 28 III.4.3. Bảo vệ quá điện áp cho Thyristor ................................................... 29

III.4.4. Bảo vệ chống tăng dòng dtdi cho Thyristor ..................................... 30

III.5. Phương pháp đảo chiều .......................................................................... 30 III.5.1. Phương pháp điều khiển chung: ..................................................... 30 III.5.2.Phương pháp điều khiển riêng: ........................................................ 31

Chương IV ........................................................................................................... 32 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ...................................................................... 34

IV.1. Yêu cầu đối với mạch điều khiển .......................................................... 34 IV.2. Cấu trúc của mạch điều khiển Thyristor ................................................ 34 IV.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển ................................................... 35

IV.3.1. Khâu đồng pha ................................................................................ 35 IV.3.2. Khâu tạo điện áp răng cưa .............................................................. 38



IV.3.3. Khâu so sánh ................................................................................... 39 IV.3.4.Khâu dạng xung ................................................................................ 41 IV.3.5. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung .......................................... 41 IV.3.6.Khối nguồn ....................................................................................... 45 IV.3.7. Khâu phản hồi: ................................................................................ 47 IV.3.8. Chọn các linh kiện bán dẫn ............................................................. 48



Chương I

CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT

I.1. Tìm hiểu chung về công nghệ mạ Do sự phát triển của các ngành công nghiệp nói riêng và của nền kinh tế

nói chung nên ngày nay công nghệ mạ ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhất là

trong các ngành kỹ thuật điện, điện tử , công nghệ thông tin, làm đồ trang sức,…

để tăng độ chống ăn mòn, phục hồi kích thước, tăng độ cứng, dẫn điện, dẫn

nhiệt, phản quang, dễ hàn, làm bóng đồ trang sức… Về nguyên tắc, vật liệu nền

có thể là kim loại, hợp kim, đôi khi còn là chất dẻo gốm sứ hoặc composit. Lớp

mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra nó còn có thể là composit của kim

loại - chất dẻo hoặc kim loại – gốm…Tuy nhiên việc chọn vật liệu nền và mạ

còn tuỳ thuộc vào trình độ, năng lực công nghệ mạ, tính chất cần có ở lớp mạ và

giá thành chi tiết mạ.

Ngày nay thường sử dụng quá trình mạ điện bằng điện phân theo sơ đồ như

hình I.1

Hình I.1: Sơ đồ bình điện phân

I.2. Các thành phần chính trong mạ điện phân Mạ điện phân gồm các thành phần cơ bản sau:

I.2.1. Nguồn một chiều:

Bể điện phân

Hình I.1. Sơ đồ nguyên lý mạ điện phân



Thiết kế bộ nguồn cho tải mạ điện, thì sau khi tìm hiểu về công nghệ mạ,

ta biết rằng loại nguồn cơ bản cho mạ điện là điện một chiều.

Các loại nguồn một chiều có thể cấp điện cho bể mạ bao gồm pin, ắc quy,

máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi... Máy phát điện một chiều với nhược

điểm: cổ ghóp mau hỏng; thiết bị cồng kềnh; làm việc có tiếng ồn lớn.....hiện

nay không được dùng trong thực tế. Bộ biến đổi (BBĐ) có các ưu điểm: thiết bị

gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ tự động hoá, dễ điều khiển và ổn định dòng và áp...

được dùng nhiều để làm nguồn cấp cho tải mạ điện. Điện áp ra của BBĐ thấp:

3V, 6V, 12V, 24V,… Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà ta chọn BBĐ với điện áp ra

phù hợp.

I.2.2. Anot

Anot là điện cực nối với cực dương của nguồn một chiều. Trong quá trình

điện phân thì anot tan dần vào dung dịch điện phân theo phản ứng ôxi hoá ở điện

cực: M - ne = Mn+

Các cation kim loại (Mn+) tan vào dung dịch điện phân vàđi đến catot (chi tiết

cần mạ) và bám chặt lên trên bề mặt catot

*Yêu cầu kỹ thuật: để đảm bảo chất lượng mạ thì trước khi điện phân thì

anot cần phải được đánh sạch dầu mỡ, bụi, lớp rỉ,…

I.2.3. Catôt (chi tiết cần mạ)

Catôt là điện cực được nối với cực âm của nguồn một chiều.

Trên bề mặt catôt luôn diễn ra phản ứng khử các ion kim loại mạ:

Mn+ + ne = M ↓

Các nguyên tử kim loại mạ được sinh ra tạo thành lớp kim loại bám lên trên bề

mặt catôt gọi là lớp mạ.

*Yêu cầu kỹ thuật:

Để đảm bảo chất lượng của lớp mạ thì trước khi thực hiện quá trình mạ

điện cần phải quan tâm tới độ sạch và độ bóng của bề mặt chi tiết cần mạ.



-Độ sạch của bề mặt chi tiết cần mạ càng cao thì các nguyên tử kim loại

mạ càng có khả năng liên kết trực tiếp với mạng tinh thể kim loại của chi tiết để

đạt được độ gắn bám cao nhất giữa lớp mạ và chi tiết cần mạ.

-Độ nhẵn của bề mặt chi tiết cần mạ ảnh hưởng rất lớn đến độ nhẵn bóng

và vẻ đẹp của lớp mạ. Nếu bề mặt nền nhám, xước quá thì phân bố điện thế và

mật độ dòng điện sẽ không đều. Bề mặt chi tiết sau mạ có thể có chỗ lõm, chỗ

lồi, hoặc xuất hiện rãnh sâu...

Vậy để lớp mạ bám chặt vào bề mặt chi tiết và lớp mạ đều hơn, bóng hơn,

chất lượng lớp mạ cao,…thì catôt cần phải được gia công bề mặt nhẵn bóng,

sạch lớp bụi, lớp rỉ…trước khi đưa vào mạ.

Catôt sau khi được đánh bóng, sạch cần phải nhúng gập trong dung dịch

điện phân, không sát đáy bể điện phân.

Chỗ nối catốt với nguồn một chiều phải đảm bảo tiếp xúc tốt, không gây

hiện tượng phóng điện trong quá trình điện phân. Tuyệt đối không được để chạm

trực tiếp giữa catôt và anot khi đã nối mạch điện.

I.2.4. Dung dịch điện phân:

Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ mạ, chiều dày

tối đa, mặt hàng mạ…) và chất lượng mạ. Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp

khá phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất điện ly (dẫn điện) và các chất phụ gia

nhằm đảm bảo thu được lớp mạ có chất lượng và tính chất như mong muốn.

+ Dung dịch muối đơn: Còn gọi là dung dịch axit, cấu tạo chính là các

muối của các axit vô cơ hoà tan nhiều trong nước phân ly hoàn toàn thành các

ion tự do. Dung dịch đơn thường dùng để mạ với tốc độ mạ cao cho các vật có

hình thù đơn giản.

+ Dung dịch muối phức: Ion phức tạo thành ngay khi pha chế dung dịch.

Ion kim loại mạ là ion trung tâm trong nội cầu phức. Dung dịch phức thường

dùng trong trường hợp cần có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình dáng

phức tạp

+ Các phụ gia:



- Chất dẫn điện : Đóng vai trò dẫn dòng điện trong dung dịch .

- Chất bóng: Chất bóng thường được dùng làm cho lớp mạ nhẵn mịn

và bóng hơn.

- Chất san bằng: Các chất này cho lớp mạ nhẵn, phẳng.

- Chất thấm ướt: Trên Catot thường có phản ứng phụ sinh khí Hydro.

Chất này thúc đẩy bọt khí mau tách khỏi bể mạ, làm cho quá trình mạ nhanh

hơn.

*Yêu cầu kỹ thuật:

-Dung dich mạ phải có độ dẫn điện cao để giảm tổn thất điện trong quá

trình mạ đồng thời làm cho lớp mạ đòng đều hơn.

-Trong dung dịch mạ thì mật độ dòng điện là đại lượng gây ra sự phân cực

điện cực. Trong quá trình mạ, mật độ dòng điện là yếu tố quan trọng nhất có ảnh

hưởng đến chất lượng của lớp mạ. Mật độ dòng điện cao làm cho quá trình phân

cực nhanh làm cho lớp mạ mịn, sít chặt và đồng đều vì khi đó các nguyên tử kim

loại mạ được sinh ra rất nhanh.

Nhưng nếu mật độ dòng điện quá cao thì có thể lớp mạ sẽ bị cháy. Ngược

lại nếu mật độ dòng điện quá thấp thì tốc độ mạ sẽ chậm và kết tủa thô, không

đều làm lớp mạ kém chất lượng.

Vì vậy mỗi dung dịch mạ chỉ cho lớp mạ có chất lượng mạ cao trong một

khoảng mật độ dòng điện nhất định. Tuỳ theo yêu cầu và đặc thù của các chi tiết

cần mạ mà chọn dung dịch mạ có mật độ dòng điện phù hợp.

-Mỗi dung dịch mạ sẽ cho chất lượng lớp mạ tốt trong một khoảng nhiệt

độ và độ pH và nhất định.

I.2.5. Bể điện phân

Bể điện phân làm bằng vật liệu cách điện, bền về hoá học, nhiệt độ, và

không thấm nước.

I.3.Mạ có đảo chiều dòng mạ. Thông thường để thực hiện mạ ta dùng dòng điện không đảo chiều cấp vào

anôt và catôt. Nhưng trong một số trường hợp mạ đặc biệt, mạ đồ trang sức bằng



các kim loại quí như: vàng, bạch kim…hay các sản phẩm yêu cầu chất lượng

cao, nền mạ khó bám…thì người ta dùng dòng mạ có đảo chiều.

Nguyên tắc mạ đảo chiều như sau:

Trong thời gian tc vật mạ chịu phân cực catôt nên được mạ vào với cường

độ dòng thuận Ic, sau đó dòng điện đổi chiều và trong thời gian ta vật mạ chịu

phân cực anôt nên sẽ tan ra một phần.Sau đó lại bắt đầu một chu kì mới .Thời

gian mỗi chu kỳ bằng T= tc + ta .Nếu Ic .tc > Ia .ta thì vật vẫn được mạ. Khi lớp

mạ bị hòa tan bởi điện lượng Ia . ta , thì chính những đỉnh nhọn, gai, khuyết tật ...

là những chỗ hoạt động anôt mạnh nhất nên tan nhanh nhất, kết quả là thu được

lớp mạ nhẵn, hoàn hảo hơn. Tuỳ từng dung dịch mà chọn tỷ lệ tc: ta cho hợp lý

(5:1 đến10:1)và T thường từ 5:10s. Với yêu cầu cụ thể trong đồ án này thì tỷ lệ

tc: ta luôn không đổi là 10:1.

Phương pháp này có thể dùng được mật độ dòng điện lớn hơn khi dùng

dòng điện một chiều thông thường. Mạ đảo chiều làm tăng cường quá trình mạ

mà vẫn thu được lớp mạ tốt.

I.4.Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lớp mạ

Chất lượng mạ một chiều được qui định bởi các yếu tố sau: độ bám chặt, độ

bóng, độ dày lớp mạ... Chế độ dòng điện cũng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng

lớp mạ.

tc

0 Ia

t

I

Ic

ta



Tuỳ theo yêu cầu của sản phẩm như: cần độ bền cơ học cao hay thấp, mức

độ chống ôxi hoá mà độ dày lớp mạ có thể dày hay mỏng. Để dạt độ dày cần

thiết cần phải có thời gian mạ hợp lý.

I.4.1.Độ bám của lớp mạ

Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng, nó quyết định độ bền của sản phẩm, nếu

lớp mạ sau khi mạ lại có độ bám kém thì nó rất dễ bị bung ra khi đó bề mặt vật

cần mạ bị lộ ra rất xấu, dễ bị ôxi hoá có thể dẫn đến hỏng… không đáp ứng

được yêu cầu chất lượng của lớp mạ.

I.4.2.Độ bóng của bề mặt lớp mạ

Độ bóng của bề mặt lớp mạ cũng là một thông số quan trọng, nó tăng tính

thẩm mỹ cho sản phẩm đặc biệt là đồ trang sức. Đồng thời độ bóng lớp mạ cao

sẽ tăng độ bền cơ học cho chi tiết mạ. Để tăng độ bóng thì ta dùng mạ đảo chiều

vì khi mạ thì lớp mạ phủ trên bề mặt không đều có chỗ dày có chỗ mỏng nên cần

phải có đảo chiều để san đều lớp mạ.



Chương II:

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHÙ HỢP CHO NGUỒN MẠ MỘT CHIỀU

II.1. Tổng quan chung Trong công nghệ mạ điện thì nguồn mạ một chiều là yếu tố hết sức quan

trọng, có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình trình mạ và chất lượng lớp mạ thu

được.

Công nghệ chế tạo các linh kiện bán dẫn ngày càng chính xác, hoàn thiện,

độ tin cậy cao, kích thước nhỏ cùng với các ưu điểm vượt trội của các bộ biến

đổi (BBĐ): thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ điều khiển và ổn định

dòng…Do vậy nên các BBĐ được sử dụng làm nguồn mạ một chiều.

Để chọn BBĐ phù hợp với yêu cầu công nghệ đề ra ta xét một số đặc

điểm của các phương án sau:

1.1.Chỉnh lưu cầu một pha: được ứng dụng trong các mạch có công suất nhỏ

nhưng không phù hợp với điện áp tải nhỏ.

1.2.Chỉnh lưu hình tia hai pha: được sử dụng trong mạch có công suất nhỏ và

điện áp tải thấp, dòng điện tải lớn. Bởi vì, trong sơ đồ này tổn hao trên van bán

dẫn ít hơn, nên công suất tổn hao trên van so với công suất tải nhỏ hơn, hiệu suất

thiết bị cao hơn.

1.3.Chỉnh lưu hình tia ba pha: được ứng dụng trong mạch có công suất trung

bình và điện áp tải thấp.

1.4.Chỉnh lưu cầu ba pha: có bộ tham số tốt nhất, được ứng rộng rãi nhất trong

toàn bộ dải công suất từ nhỏ đến lớn nhưng không phù hợp với điện áp tải thấp.



II.2. Chọn phương án Theo yêu cầu công nghệ:

Nguồn mạ một chiều cần thiết kế là nguồn có:

Điện áp ra : Ud = 6÷12 (V)

Dòng tải max : Id =100(A)

Thời gian thuận : 50÷200 (s)

Thời gian ngược : 5÷20 (s)

Tức điện áp tải thấp, công suất trung bình và dòng lớn. Qua phân tích trên thì

nên chọn chỉnh lưu hình tia hai pha làm nguồn mạ một chiều.

Sơ đồ nguyên lý của chỉnh lưu tia hai pha có dạng như hình II.1:

Trong sơ đồ chỉnh lưu hình tia hai pha có:

+ Một máy biến áp hạ áp một pha hai cuộn thứ cấp có điểm trung tính.

-Sơ cấp biến áp có điện áp U1 là điện áp lưới xoay chiều 220V, với số vòng

dây là W1.

-Thứ cấp biến áp có điện áp U2: 12V- 0V- 12V, với số vòng dây W21 và

W22. Hai cuộn thứ cấp này phải có thông số giống hệt nhau.

+Hai Thyristor T1, T2 để chỉnh lưu dòng xoay chiều từ điện áp lưới thành

điện áp một chiều ra tải.

Nguyên lý làm việc:

T1

T2

Tải

Hình II.1. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu tia hai pha

U1

U21

U22

u21 u22 ud

θ

id

0

0 θ

Id



Nửa chu kỳ đầu giả sử điện áp u21 dương hơn u22 thì Thyristor T1 có khả

năng dẫn nhưng chưa dẫn ngay cho tới thời điểmθ = α thì đưa xung vào mở T1,

T1 bắt đầu dẫn. Khi đó điện áp của chỉnh lưu có dạng điện áp u21 như hình II.2.

Nhưng do tải có tính cảm lớn nên khi u21 =0 thì T1 vẫn dẫn cho tới khi T2 được

mở.

Nửa chu kỳ sau điện áp u22 dương hơn u21 thì Thyristor T2 có khả năng dẫn

nhưng chưa dẫn ngay cho tới thời điểmθ = γπ + +α thì đưa xung vào mở T2, T2

bắt đầu dẫn. Khi đó điện áp của chỉnh lưu có dạng điện áp u22 như hình II.2. Khi

u22 = 0 thì T2 vẫn dẫn cho tới khi T1 được mở trở lại.

Như vậy điện áp ra tải sau chỉnh lưu hình tia hai pha có dạng như hình II.2.

Điện áp tải có tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều (fđm = 2f1).

Khi dòng điện, điện áp tải liên tục: Ud = Udo.cosα Trong đó:

Udo- Điện áp chỉnh lưu khi không điều khiển và bằng Udo = 0,9.U2

α - Góc mở của các Thyristor.

Điện áp ngược cực đại qua van: ~nv U.2.2U =

Dòng điện trung bình qua van: Itb = 2Id

Trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua van: Ihd =2

Id



ChươngIII

THIẾT KẾ MẠCH LỰC

III.1. Tính chọn van lực III.1.1. Đặc điểm chung

Việc tính chọn van cho mạch lực dựa vào các thông số: điện áp làm việc,

dòng điện tải, dòng trung bình qua van hay dòng điện làm việc cực đại của van

trong sơ đồ đã chọn, điều kiện tản nhiệt.

• Loại van nào có sụt áp ΔU nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn.

• Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn.

• Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt tốt

hơn.

• Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất

điều khiển thấp hơn.

• Loại van nào có thời gian chuyển mạch bé hơn sẽ nhạy hơn. Tuy nhiên,

trong đa số các van bán dẫn thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ nghịch với tổn

hao công suất.

III.1.2. Các thông số của Thyristor

-Điện áp ngược đặt lên van: Ung =knv .U2 = knv. u

d

kU = π.12= 37,67(V)

(knv, ku – là hệ số điện áp ngược và điện áp tải: knv = 22 ; ku =π

22 )

Chọn hệ số dự trữ điện áp: kdt =1,6



Điện áp ngược của van cần chọn: Unmax = kdt . Ung = 1,6 . 37,67 = 60,3(V)

-Dòng trung bình qua Thyristor: Itb = )A(502

1002Id ==

-Dòng làm việccủa Thyristor: Ilv = )A(71,702

1002

Id ==

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả

nhiệt, không có quạt đối lưu không khí.

Khi đó chọn hệ số dự trữ dòng làm việc : kdtI = 1,8

Dòng điện làm việc cực đại của Thyristor: Ilvmax = 1,8.70,71=127,28(A)

III.1.3. Chọn Thyristor

Từ các thông số trên ta chọn Thyristor (theo dòng điện làm việc cực đại):

151RC có:

Điện áp ngược cực đại của van : Ungmax = 100(V)

Dòng điện định mức của van : Ilvmax= 150(A)

Dòng điện đỉnh cực đại : Ipic max = 4000(A)

Dòng điện của xung điều khiển : Ig max =150mA

Điện áp của xung điều khiển : Ug max = 2,5(V)

Dòng điện rò : Ir= 22mA

Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn: ΔU = 1,7(V)

Tốc độ biến thiên điện áp : )s/V(200dtdu

=

Tốc độ biến thiên dòng điện : sμ100A/dtdi=

Thời gian chuyển mạch : tcm = 60μs

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép : tcp =1250C

III.2. Tính toán máy biến áp (MBA) lực Chọn máy biến áp một pha thứ cấp có điểm trung tính, làm mát bằng

không khí tự nhiên.

+ Công suất biểu kiến của MBA: S =ks.Pd =1,48.1200=1776(VA)



(ks là hệ số công suất MBA, với mạch chỉnh lưu hình tia 2 pha: ks =1,48)

Ta có phương trình cân bằng điện áp không tải:

Ud0.cost minα = Ud + badnv UUU Δ+Δ+Δ

Trong đó: minα =100 – là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp

vUΔ =1,7 (V) - sụt áp trên Thyristor

)V(0Udn =Δ - là sụt áp trên dây nối

UxUU Rba Δ+Δ=Δ - sụt áp trên điện trở và điện kháng

baUΔ =(5 )10÷ % Ud

Chọn sơ bộ: baUΔ =5% Ud =5%.12 =0,6(V)

Suy ra Ud0 = )V(52,1410tcos

6,007,112tcos

UUUU

min

badnvd =+++

=α

Δ+Δ+Δ+

+ Điện áp sơ cấp MBA: U1 =220(V)

+ Điện áp thứ cấp MBA: U2 = )V(13,16.22

52,14.22

U 0d =π=π

+ Công suất MBA khi không tải: Pdo =Id.Ud0 = 100.16,13 = 1613(V)

+ Công suất biểu kiến của MBA khi không tải: S0 =ks.Pd0 =1,48.1613=2387(VA)

+ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA: I2 = )A(71,702

1002

Id ==

+ Dòng điện sơ cấp MBA: I1 = )A(18,571,70.220

13,16I.UU

21

2 ==

III.2.1. Tính toán sơ bộ mạch từ MBA

Tiết diện trụ được tính theo công thức kinh nghiệm: QFe =kQ. )cm(f.m

S 2ba

Trong đó: kQ là hệ số phụ thược phương thức làm mát

kQ = 54 ÷ với MBA dầu

kQ = 65 ÷ với MBA khô, Chọn kQ =6

m- Số trụ của MBA, m=1



→QFe =6. )cm(46,4150.1

2387 2=

Do Sba =2387VA<10kVA nên ta chọn trụ hình chữ nhật với chiều rộng trụ

là a(cm) chiều dày trụ là b(cm)→QFe =a.b =41,46(cm2).

Chọn MBA hình chữ E được ghép từ những lá tôn Silic loại 310 có

Bề dày tôn : 0,35mm

Tổn hao là : 1,7 W/kg

Tỷ trọng : d = 7,8kg/dm3

Tiết diện của trụ: QFe=a.b(cm2)

Theo kinh nghiệm thì tỉ lệ b/a=(0,5 ÷1,5) là tối ưu nhất.

→Chọn a=6(cm)

→b= 91,6646,41

aQFe == (cm) →Chọn b=7(cm)

Từ cảm trong trụ: B=1,1T

III.2.2. Tính toán dây quấn

- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:

3,2171,1.10.46,41.50.44,4

220B.Q.f.44,4

UW4

Fe1

11 ===

−(vòng)

Chọn W1 = 217(vòng)

- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA: 16217.220

13,16W.UUW 1

1

22 === (vòng)

Với các cuộn dây bằng đồng, MBA khô, chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong

MBA : J1 = J2 = 2,75(A/mm2)

-Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA: )mm(88,175,218,5

JIS 2

1

11 ===

-Đường kính dây dẫn: d= )mm(55,188,1.4S4 1 =π

=π

Chọn dây dẫn tiết diện hình tròn, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu

chuẩn: S1 = 1,9113(mm2 ).



-Kích thước dây có kể cách điện : Scđ1= 14,265,1.4

d.4

22cd =

π=

π (mm2).

Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: )mm/A(71,29113,1

18,5SIJ 2

1

11 ===

-Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA: )mm(70,2575,271,70

JIS 2

2

22 ===

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu

chuẩn: S2 = 25,70(mm2).

-Kích thước dây có kể cách điện: S2 = a2 . b2 = 3,8.6,9=26,22(mm2).

Tính lại mật độ độ dòng điện cuộn thứ cấp: )mm/A(75,270,2571,70

SIJ 2

2

22 ===

III.2.3. Tiết diện cửa sổ MBA

-Diện tích cửa sổ MBA: Qcs = Qcs1 + Qcs2

Qcs1 = klđ.W1.Scđ1

Qcs2 = klđ.W2.Scđ2

Trong đó: Qcs là diện tích cửa sổ (mm2)

Qcs1, Qcs2 là diện tích do cuộn sơ và thứ cấp chiếm chỗ (mm2)

W1, W2 là số vòng dây cuộn sơ và thứ cấp MBA

klđ là hệ số lấp đầy, thường kld = 2÷3, chọn klđ =2

Qcs1 = 2.217.2,14=928,76(mm2)

Qcs2 = 2.16.26,22=839,04(mm2)

Qcs = 928,76+839,04=1767,8(mm2)

Ta lại có: Qcs =h.c

Trong đó: h: là chiều cao cửa sổ(mm)

c: là chiều rộng của cửa sổ(mm)

Chọn: h/a =2, c/a =0,5 → 45,0

2ch

== →h=4.c

→ )mm(02,214

8,17674

Qc cs ===



Chọn: c=21(mm)

h= 4.21= 84(mm)

-Chiều rộng toàn mạch từ: C=2c+xa

-Chiều cao mạch từ: H=h+ za

Với MBA một pha thì x=2; z=1

⎩⎨⎧

=+==+=

→)(1446084

)(16260.221.2mmH

mmC

III.2.4. Kết cấu dây quấn MBA

Dây quấn được bố trí theo dọc trục. Cuộn thứ cấp (HA) quấn sát trụ, cuộn

sơ cấp (CA) quấn bên ngoài. Mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây, mỗi

lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với

nhau bằng các bìa cách điện.

• Kết cấu dây quấn thứ cấp

-Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp: (k.b

h.2hw c

n

g2l

−= vòng)

Trong đó: h- là chiều cao của sổ, h=84(mm)

hg – là khoảng cách cách điện với gông, chọn hg = 2(mm)

kc – là hệ số ép chặt, kc =0,95

01,1195,0.9,6

2.2842 =−=→ lW (vòng)

-Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp : 45,101,11

162

22 ===

ll w

wn (lớp)

→Chọn nl2 = 2 lớp.

Vậy cuộn thứ cấp có 16 vòng chia làm 2 lớp, mỗi lớp có 8 vòng.

-Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp : )mm(11,5895,0

9,6.8k

b.Whc

2122 ===

-Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = b+ 2.a02 =7+ 2.1=9 (cm)

(a02=1(cm) - là khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp)

Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm)



-Bề dầy cuộn thứ cấp : Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,38+0,01) .2 = 0,78(cm)

-Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:

Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 9 + 2 . 0,78 = 10,56(cm)

-Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp :

Dtb2 = 2DD 2n2t + =

256,109 + = 9,78(cm)

-Chiều dài dây quấn thứ cấp :

l2 = π . W2 . Dtb2 = π.16.9,78 = 491,6(cm)= 4,916(m)

Chọn l2 = 5(m)

• Kết cấu dây quấn sơ cấp :

-Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : cn

g11 k.

dh.h

W−

= (vòng)

Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt

h : chiều cao cửa sổ, h=84(mm)

hg : khoảng cách cách điện của cuộn dây sơ cấp với gông

Chọn sơ bộ khoảng cách hg=2.dn =2.1,65=3,3(mm)

→ 46,4695,0.65,1

3,384W1l =−

= (vòng)

-Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp: 67,446,46

217wwn

11

111 === (lớp)

Chọn lớp n11 = 5 lớp.

Như vậy cuộn sơ cấp có 217 vòng chia làm 5 lớp , chọn 4 lớp đầu 44 vòng , lớp

thứ 5 có 217 – 4.44 = 41 (vòng)→Wl1 =44(vòng)

-Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :

)mm(42,7695,0

65,1.44k

d.whc

n111 === =7,642(cm)

Chọn khoảng cách từ cuộn thứ cấp tới cuộn sơ cấp a21= 1,0(cm)

-Đường kính trong của cuộn sơ cấp:

Dt = Dn2 + 2 . a21 = 10,56 + 2.1 = 12,56(cm)



Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1(mm)

-Bề dày cuộn sơ cấp:

Bd1 = (dn + cd11) . n11 = (1,65+0,1).5 = 8,75(mm) = 0,875(cm)

-Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:

Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12,56 + 2.0,875 = 14,31(cm)

-Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:

Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (12,56 + 14,31 )/2 = 13,435 (cm)

-Chiều dày dây cuộn sơ cấp:

l1 = π. W1. Dtb = π.217.13,435 = 9159(cm) = 91,59(m)

-Đường kính trung bình các cuộn dây:

D12 = ( Dt2 + Dn1 ) / 2 = (9 + 14,31 ) /2 = 11,655(cm)

→ r12 = D12/2 =5,8275 (cm)

III.2.5. Tính các thông số của MBA

-Điện trở trong cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750 C :

)(913,014,259,91.02133,0

Sl.R

1

11 Ω==ρ= (với ρ = 0,02133 Ωmm2/m)

-Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 C:

R2 = )(00407,022,26

5.02133,0Sl

2

2 Ω==ρ

-Điện trở MBA quy đổi về thứ cấp:

)(10.03,9)21716.(913,000407,0)

ww.(RRR 322

1

212ba Ω=+=+= −

-Sụt áp trên điện trở máy biến áp : ΔUr = Rba . Id = 9,03.10-3 . 100 =0,903(V)

-Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp :

)(0077,010.14,3).

30078,000875,001,0.(

811,55,4.16..8X

10.).3

BdBda.(hr.)w.(.8X

722ba

72121

2t22

2ba

Ω=+

+π=

π+

+π=

−

−

Trong đó: rt2 là bán kính trong dây quấn thứ cấp (cm)



h- là chiều cao cửa sổ lõi thép (cm)

a21 là bề dày cách điện giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp (m)

Bd1, Bd2 là bề dày cuộn sơ cấp và thứ cấp (m)

-Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:

)mH(0245,0)H(10.45,2314

10.7,7w

XL 53

baba ==== −

−

-Sụt áp trên điện kháng MBA: )V(245,0100.0077,0.1I.X.1U dbax =π

=π

=Δ

-Sụt áp trên MBA: )V(936,0245,0903,0UUU 222x

2rba =+=Δ+Δ=Δ

-Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin =100

U = Udo.cosαmin - ΔUv - ΔUba = 14,52.cos100 - 1,7 - 0,936=11,663(V)

-Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp :

)(012,00077,000903,0XRZ 222ba

2baba Ω=+=+=

-Tổn hao ngắn mạch trong MBA:

%89,1100.

238715,45100.

SP%P

)W(15,4571,70.00903,0I.RP

nn

222ban

==Δ

=Δ

===Δ

-Điện áp ngắn mạch tác dụng: %96,3100.13,16

71,70.00903,0100.U

I.RU2

2banr ===

-Điện áp ngắn mạch phần kháng: Unx =Xba %38,3100.13,1671,70.0077,0100.

UI

2

2 ==

-Điện áp ngắn mạch phần trăm: %2,538,396,3UUU 222nx

2nrn =+=+=

-Dòng điện ngắn mạch xác lập: )A(17,1344012,013,16

ZUI

ba

2nm2 ===

-Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: )e1.(I.2I ln

nn

UU

.

m2max

π−

+=

)A(4000I)A(1949)e1.(17,1344.2I ik0338,00396,0.

max =<=+= ρ

π−



Kiểm tra MBA thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến trên của dòng

điện chuyển mạch .

Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T2:

)s/A(100)dtdi()s/A(862,1/

dtdi

)s/A(10.62,1810.45,2

13,16.22L

U.22)dtdi(

)sin(.U.22udtdi.L

CPmaxc

55

ba

2max

c

2cc

ba

μ=<μ=

===

α+θ==

−

Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt.

-Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: %68%100.1776

100.12. ===S

IU ddη

III.3. Thiết kế cuộn kháng lọc Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu cũng làm cho dòng điện tải cũng đập

mạch theo, làm xấu đi chất lượng dòng điện một chiều. Với công nghệ mạ điện

thì nó làm cho chất lượng của lớp mạ không cao: lớp mạ không đều, không,

không đạt được các tiêu chuẩn đã đưa ra: bền – bóng- đẹp…

Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối tiếp với tải một cuộn kháng

lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1.Iưdm. Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao,

cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn .

III.3.1.Xác định góc mở cực tiểu và cực đại

+ Chọn góc mở cực tiểu αmin=100. Với góc mở αmin là dữ trữ, ta có thể bù được

sự giảm điện áp lưới.

-Khi góc mở nhỏ nhất: α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất:

Udmax=Udo.cosαmin =0,9.U2.cos10=0,9.24.cos10=21,27(V)

-Khi góc mở lớn nhất: α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất:

Udmin=Udo.cosαmax

→ 0

2

mind

do

mindmax 87,73

24.9,06arccos)

U.9,0Uarccos(

UUarccos ====α



III.3.2.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc

Thông thường khi đánh giá ảnh hưởng của đập mạch dòng điện theo trị

hiệu dụng của sóng hài cơ bản, bởi vì sóng cơ bản chiếm một tỷ lệ vào khoảng

(2%÷5%) dòng điện định mức tải.

Mặt khác trong sơ đồ chỉnh lưu thì thành phần sóng cơ bản (k=1) có biên

độ lớn nhất. Biên độ sóng hài bậc càng cao thì càng giảm. Tác dụng của cuộn

kháng lọc với các thành phần sóng hài bậc càng cao thì càng hiệu quả. Do vậy

khi tính điện cảm của cuộn kháng lọc chỉ cần tính theo thành phàn sóng cơ bản

là đủ.

+ Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc để lọc thành phần dòng điện đập mạch:

dm*

1

maxbdL I%.I..m.k.2

100.ULω

=

Trong đó: Ubdmax là biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu (V).

k là bội số sóng hài, xét k=1.

m là số lần đập mạch trong một chu kỳ, m=2.

I1*% là trị số hiệu dụng của dòng điện sóng cơ bản (A)

Iđm là dòng điện định mức của chỉnh lưu(A)

I1*%<10%Iđm=10(A)

+ Khi tính Ubđmax thì thường tính cho trường hợp góc mở van lớn nhất αmax theo

công thức: α+−α

= 22222

max

0d

maxbd tg.m.k11m.k

cos.2U

U

)V(2887,73tg.2.1112.187,73cos.2.24.9,0U 222

22

0

maxbd =+−

=

)mH(15,3)H(10.46,31100.10.314.2.2.2

100.28L 4L ≈==→ −

Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc LCKL cần mắc thêm để lọc thành phần dòng

điện đập mạch: LCKL = LL- Ld -Lba (Coi điện cảm tải Ld =0)

→LCKL = 3,15 - 0,0245 = 3,1255 (mH)



III.3.3.Thiết kế cuộn kháng lọc

+ Các thông số ban đầu:

-Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: LCKL = 3,1255 mH

-Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Iđm = 100A

-Biên độ dòng điện xoay chiều bậc1: I1m = 10%. Idm = 10A.

Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé do đó ta có thể coi tổng trở

cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng lọc :

Zk = XKL =2.π.f’ .LCKL =2π.2.50. 3,1255.10-3 = 1,964(Ω)

-Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc:

13,89(V)2

10.964,12

I.ZΔU 1mk ===

-Công suất của cuộn kháng lọc:

98,2(VA)2

1013,89.2

IΔU.S 1m ===

-Tiết diện từ cực chính của cuộn kháng lọc:

)5(cm9,42.5098,25.

fSkQ 2

'Q === (kQ = 5)

Chọn trụ hình chữ nhật có tiết diện Q=5cm2 với chiều rộng trụ là a(cm), chiều

dày trụ là b(cm) sao cho 3,1ab= →b=1,3.a→1,3.a2 =5→ a= )cm(96,1

3,15

=

Chọn a=2(cm) →b= )cm(5,225=

Chọn loại thép tồn tại 330 A tấm thép dày 0,35mm có chiều rộng a= 20mm và

chiều dài b= 25mm.

Chọn mật độ từ cảm trong trụ Bt = 0,8(T)

Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng lọc thì trong điện

cuộn kháng lọc sẽ xuất hiện một sức điện động: Ek=4,44.w.f’.Bt.Q

Gần đúng coi Ek=ΔU = 13,89V.



870,8.5.104,44.2.50.

13,89.Q4,44.f'.B

ΔUw 4T

===−

(vòng)

-Dòng điện chạy qua cuộn kháng : ik = Id + I1m.cos(2.θ + ϕ1)

-Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng:

)A(25,100)2

10(100)2

I(II 222m12dk =+=+=

Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J=2,75(A/mm2)

-Tiết diện dây cuốn cuộn kháng: )mm(45,3675,225,100

JIS 2

k ===

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật cách điện cấp B có tiết diện dây: Sk=36,7(mm2)

Với kích thứơc dây: ak = 4,7mm, bk =8mm.

-Tính lại mật độ dòng điện: )2,73(A/mm36,7

100,25SIJ 2

k

k ===

Chọn hệ số lấp đầy : k=0,7

-Diện tích cửa sổ: )(cm89,04)(mm08940,7

78.36,7k

w.SQ 22

td

kcs ====

-Kích thứơc cửa sổ mạch từ: Qcs = c . h

Chọn m = h/a = 3 →h =3 .a = 3. 20 = 60(mm) = 6(cm)

→c = Qcs/h = 40,89/6 = 6,82 (cm)

-Chiều cao mạch từ: H = h + a = 6 +2 =8(cm)

-Chiều dài mạch từ: L =2c + 2a = 2.6 + 2.2 = 17,64(cm)

Chọn khoảng cách từ gông đến cuộn dây: hg = 2mm

-Tính số vòng dây trên một lớp: 78

2.260b2.hh

wk

g1 =

−=

−= (vòng)

-Tính số lớp dây quấn: 14,11778

WWn

11 ===

Chọn số lớp: n1 = 11(lớp)

Chọn khoảng cách điện giữa dây quấn với trụ: a01=3mm

Cách điện giữa các lớp cd1= 0,1mm



-Bề dày cuộn dây: Bd= (a1+ cd1) .n1 = (4,7 + 0,1).11 = 52,8(mm)

-Tổng bề dày cuộn dây: Bd2= Bd + a01 = 52,8 + 3 = 55,8(mm)

-Chiều dài của vòng dây trong cùng

l =2(a+b)+2π. a01 = 2 .(20 +25) + 2.3,14.3 = 108,85(mm)

-Chiều dài của vòng dây ngoài cùng

l2 =2.(a+b) + 2π.(a01+Bd) = 2.(20 +25) + 2.π.(3+52,8) = 440,60(mm)

-Chiều dài trung bình của vòng dây:

)mm(73,2742

6,44085,1082

lll 21tb =

+=

+=

-Điện trở của dây quấn ở 750 C:

)Ω0,0125(36,70

.78274,73.100,02133.S

w.l.ρR-3

k

tb750 ===

Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng.

III.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ III.4.1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các Thyristor

Khi làm việc, do luôn có sụt áp trên van nên luôn có tổn hao công suất Δp.

Tổn hao này sẽ sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn.

Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp

nào đó nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng.

Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải

chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý cho van.

+Tính toán cách toả nhiệt:

Tổn thất công suất trên 1 Thyristor: Δp=ΔU.Ilv =1,7.70,71=120,207(W)

Diện tích bề mặt toả nhiệt: τ

Δ=

.kPS

mtn

Trong đó: Δp : tổn hao công suất (W)

km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn km=8 (W/m2. 0C)

τ - Độ chênh nhiệt độ làm việc so với nhiệt độ môi trường (Tmt =

400C)



Nhiệt độ cho phép làm việc của Thyristor: Tcp=1250C

Chọn nhiệt độ làm việc: Tlv=800C

τ→ =Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C

→ )m(3756,040.8207,120S 2

tn == =3756(cm2)

Chọn loại cánh toả nhiệt có 20 cánh

Kích thước mỗi cánh: S= a.b=10.10(cm2)

Tổng diện tích toả nhiệt của cánh: Stn =20.2.10.10=4000(cm2)

III.4.2.Bảo vệ quá dòng điện cho Thyristor

Để bảo vệ quá dòng điện cho Thyristor thì thường sử dụng các thiết bị sau:

+Áptômát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và

ngắnmạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra độ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA

ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu.

Dòng điện làm việc chạy qua Aptômát: )A(63,3380.3

2387380.3

SI balv ===

Aptômát cần chọn có:

-Dòng điện định mức: Idm = 1,1 Ilv = 1,1.3,63 =3,993(A)

-Điện áp định mức: Udm =380 V

-Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện.

-Chỉnh định dòng ngắn mạch Inm =2,5 Ilv = 2,5.3,63=9,075 (A)

-Dòng quá tải Iqt =1,5. Ilv = 1,5.3,63=54,45(A)

Từ đó chọn Áptômát SA63B do hãng FuJi chế tạo, có: Iđm=60A, Uđm = 380 V.

Chọn cầu dao có dòng định mức Iqt = 1,1. Ilv = 1,1. 3,63=3,993 A

Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động và

dùng để đóng, cắt bộ nguồn chỉnh lưu khi khoảng cách từ nguồn cấp tới bộ

chỉnh

lưu đáng kể.

Dùng cầu chì dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Thyristor,

ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu.



Nhóm 1CC có dòng điện định mức dây chảy:

I1cc =1,1. I2 = 1,1 . 70,71= 77,78(A)

Chọn cầu chì nhóm 1CC là loại cầu chì ΠH – 2 – 100 do Liên Xô chế tạo với

các giá trị dòng điện định mức: I1cc =80(A) và điện áp định mức Udm =220V.

III.4.3. Bảo vệ quá điện áp cho Thyristor

Thyristor rất nhảy cảm với điện áp quá cao so với điện áp định mức, ta

gọi là quá điện áp.Nguyên nhân gây ra quá điện áp được chia làm hai loại :

+ Nguyên nhân nội tại: Trong quá trình chuyển mạchThyristor đang đóng

lại mở và ngược lại làm xuất hiện các xung điện áp trên mặt tiếp giáp p-n của

Thyristor với tốc độ biến thiên điện áp dtdu rất lớn có thể đánh thủng Thyristor.

+ Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu

nhiên như khi có sét đánh, khi đóng cắt máy biến áp nguồn. Cắt máy biến áp

nguồn tức là cắt dòng điện từ hóa máy biến áp, bấy giờ năng lượng từ trường

tích luỹ trong lõi sắt từ chuyển thành năng lượng điện chứa trong các tụ kí sinh,

rất nhỏ giữ các dây cuốn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Điện áp này có thể lớn

gấp 5 lần điện áp làm việc và đánh thủng Thyristor.

Để bảo vệ Thyristor tránh hiên tượng quá điện áp thường dùng mạch R-C

mắc song song với Thyristor. Khi đó mạch R- C song song với Thyristor tạo

thành mạch vòng phóng điện tích quá độ. R hạn chế dòng điện của tụ C khi

phóng điện (Thyristor chưa mở).

Mạch R- C rất khó tính toán nên theo kinh nghiệm chọn:

R=(10÷100)Ω

C=(0,1÷ 2)μF, tụ xoay chiều

Khi dòng điện càng lớn, điện trở R càng giảm và tụ C càng tăng.

Do dòng làm việc lớn nhất của Thyristor là: Ilvmax =150(A) nên chọn:

R=80(Ω) và C=0,3μF

T

C

R



III.4.4. Bảo vệ chống tăng dòng dtdi cho Thyristor

Khi đang khoá mà có xung điều khiển và điện áp dương đặt lên Thyristor

thì Thyristor mở ngay lập tức. Dòng qua Thyristor sẽ tăng lên với tốc độ lớn, có

thể phá hỏng Thyristor do đốt nóng cục bộ.

Để chống lại sự tăng dòng dtdi cho Thyristor thì ta mắc cuộn cảm L nối tiếp

với Thyristor.

+Tính toán cuộn cảm L:

Cuộn cảm L cần có giá trị điện cảm thoả mãn:

maxngUdtdi.L < )H(1)H(10

10.100100

dtdi

UL 6

6maxng μ===<→ −

Chọn L=1(μ H)

III.5. Phương pháp đảo chiều Do yêu cầu công nghệ là mạ điện có đảo chiều nên mạch lực phải sử dụng

BBĐ có đảo chiều. BBĐ này sử dụng hai bộ chỉnh lưu tia 2 pha, mỗi bộ CL

cung cấp dòng một chiều ra tải được mắc như hình vẽ:

Có hai phương pháp đảo chiều:

III.5.1. Phương pháp điều khiển chung:

Phương pháp điều khiển chung là phương pháp cả hai bộ điều khiểu đều

được phát xung điều khiển cùng một lúc, cùng hoạt động song hoạt động ở hai

chế độ khác nhau- một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, một bộ làm việc ở chế độ

nghịch lưu. Do vậy trong quá trình làm việc không cần có mạch lôgic, thời gian

điều khiển nhanh, không có thời gian chết. Để tránh dòng xuyên giữa 2 BBĐ

L

T

C

R

CL(+)

Tải

CL(-)



buộc phải đưa vào các cuộn kháng cân bằng. Các cuộn kháng này phải tồn tại ở

cả hai đầu của tải.

Như vậy trong phương pháp điều khiển chung thì làm tăng kích thước, giá

thành thiết bị nhưng cho phép đảo chiều nhanh, không có thời gian chết.

III.5.2.Phương pháp điều khiển riêng:

Phương pháp điều khiển riêng là phương pháp mà và mỗi chiều dòng điện

ra tải chỉ có một bộ được phát xung điều khiển để hoạt động còn bộ kia hoàn

toàn được nghỉ, không được phát xung điều khiển. Khi đảo chiều phải đảm bảo

bộ đang làm việc phải dừng làm việc hẳn thì mới phát xung để điều khiển mở

van của bộ còn lại tức phải đo dòng điện tải id để biết khi nào id =0(A). Khi phát

xung cho bộ còn lại làm việc thì lúc đầu phải làm việc ở chế độ nghịch lưu (đảm

bảo tiêu tán hết năng lượng trên Ld) rồi mới dần dần chuyển sang chế độ chỉnh

lưu, trong đó luôn khống chế không cho Id>Icp.

Trong phươmg pháp điểu khiển riêng cần có một mạch lôgic đảo chiều. Nó

làm cho bộ đảo chiều không nhanh, luôn có thời gian chết khi chuyển đổi hai

chiều.

Qua phân tích ở trên, để đảm bảo chất lượng mạ đảo chiều tốt nhất nên

chọn phương pháp điều khiển riêng. Vì với mạ đảo chiều thì để chất lượng mạ

tốt

nhất, nên cấp dòng theo hai chiều thuận và ngược với thời gian thuận, ngược

khác nhau.

Sơ đồ mạch lực có dạng như hình III.2:

Trong đó:

Mạch chỉnh lưu có T1 và T2 là chỉnh lưu làm việc với thời gian thuận.

Mạch chỉnh lưu có T3 và T4 là chỉnh lưu làm việc với thời gian nghịch.

220V

T1 T2 R

C

T3 T4



Hai bộ chỉnh lưu thuận và nghịch được điều khiển bởi bộ logic gồm hai Timer

định thì để điều chỉnh thời gian làm việc.

Sơ đồ nguyên lý của Timer có dạng như hình III.3:

Với thời gian làm việc của bộ Timer:

Thời gian làm việc của bộ thuận : tthuận =1,1.R.C

Thời gian làm việc của bộ nghịch : tnghịch =1,1.R2.C2

Thời gian nghỉ : tnghỉ = ln5.R1.C1

Theo điều kiện của đề tài thì : tthuận = 50÷200 (s)

tnghịch =5÷20 (s)

Từ đó ta có :

Hình III.3. Sơ đồ nguyên lý hai Timer điều khiển thời gian thuận và nghịch



1,1.R.C = 200

Chọn C=10μ F 190KΩΩ419.1031,1.10.10

200R ==−=→

1,1.R2.C2 =20

Chọn C2 = 10μ F ΩΩ 19K19.1031,1.10.10

202R 3 ==−=→



Chương IV

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

IV.1. Yêu cầu đối với mạch điều khiển + Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi (BBĐ)

Thyristor vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin

cậy của BBĐ.

+ Mạch điều khiển cho phép thay đổi góc điều khiển α trong phạm vi

đúng theo yêu cầu tải (α min ÷ α max ).

+ Mạch điều khiển phải phát xung với công suất đủ lớn để mở chắc chắn

Thyristor.

+ Mạch điều khiển phải đảm bảo độ đối xứng xung điều khiển (với mạch

nhiều Thyristor).

+ Mạch điều khiển phải có chức năng bảo vệ khi có sự cố.

+ Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh Thyristor mở nhầm.

+ Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh.

IV.2. Cấu trúc của mạch điều khiển Thyristor Ngày nay mạch điều khiển thường dùng được thiết kế theo kiểu thẳng đứng

(dọc) (điều khiển đồng bộ). Sơ đồ cấu trúc chung có dạng sau:

+ ĐF là khâu đồng pha để tạo điện áp đồng pha, có tính chất cách ly nên

dùng biến áp đồng pha.

+ RC là khâu tạo điện áp răng cưa.

+ SS là khâu so sánh điện áp răng cưa với điện áp điều khiển (Uđk - là điện

áp một chiều).

DX KĐX

uD

XĐF RC SS

uĐB

uR

C

uSS

Tải R

Uđk

T

Up

h

Uđ



+ DX là khâu tạo dạng xung.

+ KĐX là khâu khuếch đại xung để đưa đến điều khiển đóng mở

Thyristor. KĐX có tính chất cách ly nên dùng biến áp xung.

+ R là bộ hiệu chỉnh để tạo ra điện áp điều khiển thoả mãn yêu cầu công

nghệ.

Góc điều khiển α thay đổi là do điện áp điều khiển (Uđk) thay đổi. Khi

Uđk =0÷URCmax thì α =0÷180

IV.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển IV.3.1. Khâu đồng pha

1. Sơ đồ nguyên lý của khâu đồng pha có dạng như hình IV.3.1a

2.Nguyên lý hoạt động

~220V

D1

D2

u21

u22

VR1 R3

R1

R2

(1)

(2)

+E

+E

-E

0A1

Hình IV.3.1a- Sơ đồ nguyên lý của khâu đồng pha

Hình IV.3.1b - Đồ thị điện áp của khâu đồng pha

u21 u22 u1

θ

Uđ

θ

u2

0

0



Trong khâu đồng pha có sử dụng máy biến áp đồng pha hạ áp, thứ cấp có

điểm trung tính với điện áp ra 12V- 0V- 12V.

Khi điện áp lưới xoay chiều 220V được đưa vào sơ cấp của biến áp đồng pha,

thì ở phía thứ cấp của biến áp ta thu được điện áp nhỏ hơn điện áp lưới. Điện áp

này được đưa vào bộ chỉnh lưu điốt một pha hai nửa chu kỳ mắc theo sơ đồ K-

chung.

+ Giả sử nửa chu kỳ đầu θ =0÷π , u21 dương hơn u22 nên D1 thông và D2

khoá, khi đó điện áp ra sau chỉnh lưu u1 =u21.

+ Nửa chu kỳ sau θ= π÷2π, u22 dương hơn u21, D2 thông và D1 khoá, khi

đó u1 = u22.

Vậy điện áp ra tại điểm (1) (u1) là điện áp một chiều gồm nhiều nửa hình sin

ghép lại với nhau, có tần số đập mạch bằng hai lần tần số lưới (hình IV.3.1b).

Điện áp u1 được đưa vào cửa không đảo của khâu so sánh OA1, cửa đảo của OA1

là điện áp một chiều phẳng Ud có giá trị: Ud = 331

R.RVR

E+

(với E=12V)

Khi u1<Ud thì điện áp ra sau OA1 là u2 = -E

u1>Ud thì điện áp ra sau OA1 là u2 = +E

u1=Ud thì u2 lật trạng thái.

Như vậy OA1 có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của u1 với Ud trên

cửa đảo và điện áp ra u2 là một chuỗi xung hình chữ nhật âm - dương kế tiếp

(hình IV.3.1b).

3. Tính toán khối đồng pha

a, Tính BAĐF

Biến áp đồng pha (BAĐF) có điện áp ra: 12V- 0V -12V.

BAĐF được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện hình chữ E, dày cỡ 0,35mm. Lõi

thép có tiết diện QFe = 12(cm2)

Công suất biểu kiến của MBA: Sba = )VA(20050.1.)6

12(f.m.)kQ( 22

Q

Fe ==



Công suất của tải sau chỉnh lưu: Pdmax= )W(13548,1

200kS

s

ba ==

Số vòng dây của cuộn sơ cấp MBA:

W1 = 8261.10.12.50.44,4

220B.Q.f.44,4

U4

Fe

1 ==−

(vòng)

Số vòng dây của cuộn thứ cấp MBA:

W2 = 901.10.12.50.44,4

24B.Q.f.44,4

U4

Fe

2 ==−

(vòng)

Dòng điện chạy qua các cuộn dây sơ cấp:

I1 = )A(755,0220.1

135.23,1U.mP.k

U.mS

1

maxd1s

1

ba1 ===

(ks1 là hệ số phía sơ cấp, ks1 = 1,23)

Dòng điện chạy qua các cuộn dây thứ cấp:

I2 = )A(79,924.1135.74,1

U.mP.k

U.mS

2

maxd2s

2

ba2 ===

(ks2 là hệ số phía thứ cấp, ks2 = 1,74)

Chọn mật độ dòng điện qua các cuộn dây là J1=J2 =2,75(A/mm2)

→ Tiết diện dây dẫn sơ cấp: S1= )mm(275,075,2

755,0JI 2

1

1 ==

→ Đường kính dây dẫn sơ cấp: d1 = 592,0275,0.4S.4 1 =π

=π

(mm)

→ Tiết diện dây dẫn thứ cấp: S2= )mm(56,375,279,9

JI 2

2

2 ==

→ Đường kính dây dẫn thứ cấp: d2 = 13,256,3.4S.4 2 =π

=π

(mm)

b, Tính toán các linh kiện khác

Chọn E = 12V.

Ta có: Ud = Uđmax.sinθ0 với Uđf max = 12V và góc dự trữ điện áp:θ = 100

→Ud = 12.sinθ0 = 12.sin100 = 2,08(V)



I.R3 = 2,08V→ Chọn R3 = 1,5 (kΩ)

Mặt khác: Ud = 331

R.RVR

E+

→ (V)08,2.RRVR

E3

31

=+

→ 2,08.1,51,5VR

12

1

=+

→VR1=7,15 (kΩ)

Chọn VR1 = 10 (kΩ)

Thường chọn điện trở R1 và R2 sao cho dòng vào khuyếch thuật toán IV<1mA.

→R1 = R2 = U/I =9/10-3 = 9(kΩ) →Chọn R1 = R2 = 10kΩ.

IV.3.2. Khâu tạo điện áp răng cưa

1. Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo điện áp răng cưa có dạng như hình IV.3.2a

2. Nguyên lý hoạt động:

Hình IV.3.2a- Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo điện áp răng cưa

D3

Dz

VR2

R5

C1

R4 (2)

(3)

+E

+E

-E

OA2

Hình IV.3.2b- Đồ thị điện áp của khâu tạo điện áp răng cưa

u2

θ

θ

u3

0

0

θ 1 θ 2 θ 3



*Từ 0÷ 1θ thì u2 là điện áp âm nên D3 thông, tụ C1 được nạp điện theo đường từ

+E →R5→ VR2 →C1, và được nạp cho đến khi áp trên tụ bằng điện áp trên

điốt ổn áp Dz (uC1 =uDz).

*Từ 1θ ÷ 2θ thì u2 dương, D3 khoá, tụ C1 phóng điện cho tới khi uC1 =0V.

*Từ 2θ trở đi thì quá trình nạp và phóng liên tiếp của tụ được lặp đi lặp lại.

Cứ như vậy ta thu được điện áp ra của OA2 (u3) có dạng xung răng cưa

(hình IV.3.2b).

+Biến trở VR2 dùng để điều chỉnh độ rộng xung răng cưa.

+Điốt ổn áp Dz để hạn chế điện áp nạp trên tụ để răng cưa được tuyến tính.

3. Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa :

Để điện áp tựa có trong một nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng

số thời gian nạp của tụ: Tn = (R5 +VR2) .C1 = 0,005 (s)

Chọn tụ C1 = 0,1μF thì (R5 +VR2 )= 61

n

10.1,0005.0

CT

−= =50.103 )k(50)( Ω=Ω

Chọn điốt ổn áp có điện áp ngưỡng : UngD z = 9V →UC1 = UD z =9V

Chọn nguồn nạp : ± 12V.

Giá trị của dòng nạp: (A)0,24.1050.10

12RVR

EI 33

52n

−==+

= =0,24(mA)

Chọn: R5 = 10kΩ, VR2 = 50kΩ, R4 = 10kΩ

IV.3.3. Khâu so sánh

1. Sơ đồ nguyên lý của khâu so sánh có dạng như hình IV.3.3a

2. Nguyên lý hoạt động

Uđk

R6

R7

(3)

(4)

+E

-E

0A3

HìnhV.23.3a- Sơ đồ nguyên lý của khâu so sánh



Điện áp răng cưa u3 được đưa vào cửa đảo của OA3 để so sánh với điện áp

điều khiển (Uđk) ở cửa không đảo của OA3.

- Khi URC>Uđk, điện áp ở đầu ra của OA3 (u4) có dạng xung âm hình chữ nhật.

- Khi URC>Udk, u4 có dạng xung dương hình chữ nhật.

- Khi URC=Uđk thì u4 lật trạng thái.

Vậy điện áp ra của OA3 (u4) có chuỗi xung hình chữ nhật âm dương liên

tiếp (hình IV.3.3b).







tiếp (hình IV.3.3b).

Phần tử chính của khâu so sánh là IC thuật toán OA3 .

3. Tính chọn khâu so sánh :

Dòng điện vào được hạn chế sao cho Ilv <1(mA).

Do vậy: R6 =R7 > )k(12)(10.121012

IU 3

3v

v Ω=Ω==−

.

Chọn: R6 = R7 =15kΩ

Khi đó dòng làm việc: Ilv = )A(10.8,010.15

12 33

−= =0,8(mA)

θ

Hình IV.3.3b- Đồ thị điện áp của khâu so sánh

u4

θ

u3

0

0

Uđk



IV.3.4.Khâu dạng xung

1. Sơ đồ nguyên lý của khâu dạng xung có dạng như hình IV.3.4a:


Mạch C2 – R8 là mạch vi phân do vậy khi điện áp vào u4 là hằng số không đổi

thì điện áp ra u5 = 0dt

du 4 = . Chỉ còn tại điểm chuyển trạng thái thì u4 chuyển từ

âm sang dương và ngược lại nên u5 = dtdu 4 là khác không. Như vậy điện áp ra sau

mạch vi phân u5 là một chuỗi xung kim dương âm liên tiếp như hình IV.3.4b.

3. Tính chọn khâu tạo dạng xung:

Độ rộng chân xung:3τ =3.R8.C2 = 20ms

Chọn C2=0,47μ F→ R8= 610.47,0.3

310.20−

−=14,2.103 (Ω )

Chọn R=15(kΩ )

IV.3.5. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung

1. Sơ đồ nguyên lý có dạng như hình IV.3.5a.

C2

R8

(5)(4)Hình IV.3.4a- Sơ đồ nguyên lý của khâu dạng xung

θ

Hình IV.3.4b- Đồ thị điện áp của khâu tạo dạng xung

u5

θ

u4

0

0

R11

R12

C3

R9

(5)

C4

D7

+E

D4

D6

T1




Điện áp tại điểm (5) là chùm xung kim, qua R9 đưa vào bộ khuếch đại xung

gồm hai tranzistor T1- T2 mắc theo kiểu Darlinton.

Khi có xung dương đặt lên bazơ của tranzistor T1 làm T1 mở và đưa xung

dương đó đến bazơ của T2 để T2 mở, trên cuộn sơ cấp của biến áp xung được

dẫn dòng, trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung kích mở Thyristor (tại các

cực G và K).

Khi không có xung dương đặt lên bazơ của tranzistor T1, T1 khoá nên T2

cũng khoá. Điện áp của biến áp xung giảm đột ngột, trên cuộn sơ cấp của biến

áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng nên cần D4 mắc song song với nó để

khép kín vòng, triệt tiêu sức điện động đó, bảo vệ các Tranzistor.

Xung trước khi vào bộ khuếch đại Darlinton được lọc bỏ phần xung âm

nhờ D5. Sau khi qua khâu khuếch đại thì được khuếch đại với hệ số 21.ββ=β .

Các điốt D6, D7 có nhiệm vụ đảm bảo cho dòng điều khiển chảy đúng theo

một chiều từ dương sang âm.

Điện trở R10 có nhiệm vụ để T2 khoá nhanh khi không có xung dương cấp

vào cực bazơ.

Các điện trở R11, R12 và tụ C3, C4 để chống nhiễu ảnh hưởng đến việc điều

khiển Thyristor.

• Biến áp xung (BAX)

a)Đặc điểm và ứng dụng của biến áp xung

+BAX dễ truyền tín hiệu điều khiển.

+Tạo ra được biên độ xung theo yêu cầu.



+Cách ly về điện giữa mạch lực và mạch điều khiển

+Dễ thay đổi cực tính xung ra

+Dễ phân bố các xung đi các kênh điều khiển

b )Tính toán máy biến áp xung

Việc tính toán BAX được tính suất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor

.Các thông số cơ bản trong mạch điều khiển :

+ Điện áp điều khiển Tiristor : Ug = 2,5 (V)

+ Dòng điện điều khiển Tiristor : Ig = 0,15 (A)

+ Thời gian mở Thyristor : tcm = 60 μs

+ Độ vòng xung điều khiển : tx = 167 μs

+ Tần số xung điều khiển : ƒx = 3 (kHz)

+ Độ mất đối xứng cho phép : Δα = 40

+ Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = V12±

+ Mức sụt biên độ xung : Sx = 0,2

Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM, lõi có dạng hình xuyến , làm việc trên

một phần của đặc tính từ hoá có ΔB = 0,3T và ΔH = 30 (A/m) không có khẽ hở

không khí.

- Tỉ số biến áp xung : k = 2÷ 3, chọn k =3

- Điện áp thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Ug =2,5 (V)

- Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA : U1 = kU2 = 3.2,5 = 7,5 (V)

- Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Ig =0,15 (A)

- Dòng điện sơ cấp biến áp xung : I1 = mI2 =

315,0 = 0,05 (A)

- Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt:

μTB = 36

0

10.810.25,13,0

HB

==ΔμΔ

−(H/m)

Trong đó : μ0 = 4π .10-7 (H/m) là độ từ thẩm của không khí

-Thể tích của lõi thép cần có: 211xx0tb

BI.U.S.t..l.QV

Δμμ

==



Thay số: V =2

673

3,005,0.5,7.2,0.10.167.10..4.10.8 −−π = 1,4.10-6 (m3) = 1,4 (cm3)

Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 (cm3) . Với thể tích đó ta có các kích thước

mạch từ như sau : a = 4,5 mm = 0,45 cm

b = 6mm = 0,6 cm

Q = 0,27 cm2 = 27 mm2

d = 12mm, D = 21mm

l = 5,2 (cm) (Chiều dài trung bình mạch từ)

- Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung :

W1 = 15510.27.3,010.167.5,7

BQtxU

6

61 ==

Δ −

−

(vòng)

- Số vòng dây thứ cấp của BAX:

W2 = 523

155mW1 == (vòng)

-Tiết diện dây cuốn sơ cấp:

S1 = 0083,0610.05,0

JI 3

1

1 ==−

(mm2)

(Chọn mật độ dòng điện dây quấn sơ cấp là J1 = 6 (A/mm2))

- Đường kính dây cuốn sơ cấp: d1 = 103,00083,0.4S4 1 =π

=π

(mm)

Chọn d =0,11 (mm)

- Tiết diện dây cuốn thứ cấp: S2 = 0375,0415,0

JI

2

2 == (mm2)

(Chọn mật độ dòng điện dây quấn thứ cấp là J2 = 4(A/mm2))

- Đường kính dây cuốn thứ cấp: d2 = 219,000375,0.4S4 2 =π

=π

(mm)

Chọn dây có đường kính d2 = 0,23 (mm)

Kiểm tra lại hệ số lấp đầy:

d D

a

b

Hình 1.37 .Hình chiếu lõi biến áp



Klđ = 032,012

52.23,0155.11,0d

W.dW.d

)4d(

W.SW.S2

22

22

221

21

22211 =

+=

+=

π

+

Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết .

• Tính toán khâu khuếch đại

Chọn nguồn nuôi cho mạch: E =12V.

Chọn Tranzito công suất loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung với các thông số

sau:

Tranzito loại n-p-n, vật liệu bán dẫn là Si.

Điện áp giữa colecto và bazơ khi hở mạch Emitơ : UCB0 =40 (V) .

Điện áp giữa Emito và bazơ khi hở mạch Colecto : UEB0 =4 (V) .

Dòng điện lớn nhất mà colecto có thể chịu đựng : Imax = 500 (mA) .

Công suất tiêu tán ở colecto : Pc = 1,7 (W)

Nhiệt độ lớn nhất của mặt tiếp giáp : T1 = 1750C

Hệ số khuếch đại : β = 50

Dòng điện làm việc của colecto : Ic = I1= 0,05 (A) =50(mA)

Dòng điện làm việc của bazơ : Ib = 15050Ic ==

β(mA)

Để đảm bảo chức năng chống nhiễu của các cặp điện trở và tụ điện:

(R11- C3) và (R12 – C4) thì chọn: C3=C4 =0,1μ F và R11= R12 =150Ω

IV.3.6.Khối nguồn

Trong mạch điều khiển, nguồn nuôi cho các linh kiện điện tử là Ucc =÷12V

nên ta sử dụng mạch tạo nguồn nuôi sau:

1.Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo nguồn nuôi có dạng như hình IV.3.6

220V

220V

7812

+12V

C1 C2

CL1

7912 -12V

C3 C4

CL2

Hình IV 3 6 Sơ đồ nguyên lý của nguồn nuôi



Trong đó:

• Máy biến áp (MBA) được sử dụng có:

Điện áp sơ cấp MBA : U1 =220V

Điện áp thứ cấp MBA : U2 = 24V

Hiệu suất MBA là :η= 0.85.

Số vòng dây sơ cấp là W1, của cuộn thứ cấp là W21 và W22.

• Trong mạch có hai bộ chỉnh lưu cầu điốt để chỉnh lưu dòng điện xoay

chiều thứ cấp MBA thành dòng điện một chiều đưa vào hai IC ổn áp là IC7812

tạo điện áp ra là +12V, và IC 7912 tạo điện áp ra là -12V.

• Mạch sử dụng 4 tụ điện một chiều làm bộ lọc.

2.Tính toán MBA:

-Công suất toàn phần: S =2

PP 21 +

-P2 là công suất bên thứ cấp: P2 = U2.I2 =24.2=48(W)

-P1 là công suất bên sơ cấp: P1 = 47,5685,0

482 ==ηP (W)

Từ đó có dòng điện qua cuộn sơ cấp: I1 = )(26,0220

47,561

1 AUP ==

52,24256,4748S =+=→ (VA)

-Tiết diện cắt ngang của lõi thép: s=1,2 67,824,522,1 ==S (cm2)

-Số vòng/volt: W0 = 76,567,8

5050 ==s

(vòng/volt)

26,126876,5.220.220. 01 01====→ WWUW (vòng)

12,6976,5.12.12. 0022221 =====→ WWUWW (vòng)



Tiết diện dây dẫn: S=JI (mm2)

Chọn mật độ dòng điện qua dây dẫn: J=2A/mm2

Tiết điện dây cuộn sơ cấp: S1= 13,0226,01 ==

JI (mm2)

Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 =π

1S.4 = )(407,013,0.4 mm=π

Tiết điện dây cuộn thứ cấp: S21= S22 = 122

JI2 == (mm2)

Đường kính dây quấn thứ cấp: d21=d22 =π

21S.4 = )mm(273,11.4=

π

3. Chọn tụ lọc: C1= C3 =2200 Fμ , C2= C4 =470 Fμ

IV.3.7. Khâu phản hồi:

Để đảm bảo độ chính xác, liên tục của quá trình điều khiển tự động thì

trong mỗi mạch điều khiển cần có khâu phản hồi về từ tải để phân tích sai lệch

giữa trong quá trình điều khiển.

Sự biến thiên của các tín hiệu, tác động của nhiễu ở môi trường ngoài sẽ

gây ra những sai lệch không thể tránh được trong quá trình quá độ cũng như

trong quá trình xác lập.

Với quá trình mạ điện thì thường sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện từ

tải về mạch điều khiển.

1.Sơ đồ nguyên lý có dạng như hình IV.3.7a.

Trong đó: β là khâu chuyển dòng sang áp.

PI

Iđm

Uđk

Uph

Uđ

Hình IV.3.7a. Sơ đồ mạch khâu phản hồi

β



PI là khâu tích phân - tỷ lệ.


Dòng điện tải được đưa phản hồi trở lại qua khâu chuyển dòng thành áp β .

Dòng điện được đưa qua Rs, điện áp rơi trên Rs được đưa qua bộ khuếch đại đảo

rồi đưa vào bộ tích phân tỷ lệ PI để được giá trị điện áp điều khiển Uđkh để đưa

vào bộ so sánh trong mạch điều khiển.

Nhờ có khâu phản hồi mà giữ cho dòng điện mạ được ổn định. Thật vậy:

Giả sử vì một lý do nào đó mà dòng điện của nguồn mạ bị giảm, khi đó

điện áp trên điện trở Sun cũng giảm theo tức Uph giảm, mà Uđk=Uđ-Uph nên Uđk

tăng làm góc mở α giảm làm điện áp trên nguồn mạ tăng nên khiến cho dòng

điện lại được tăng lên.

Ngược lại, khi dòng điện mạ tăng thì điện trở trên Sun tăng khiến cho Uph

tăng, dẫn đến Uđk giảm làm tăng góc mở α ,khiến cho điện áp của nguồn mạ

giảm xuống,dòng điện lại được giảm đi. Như vậy dòng điện luôn được giữ ở

mức ổn định.

IV.3.8. Chọn các linh kiện bán dẫn

1. Chọn điốt

Tất cả các điốt trong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có tham số .

Dòng điện định mức : Iđm = 10 (mA)

Điện áp ngược lớn nhất : Un = 25 (V)

Điện áp để cho điốt thông: Um = 1(V)

2. Chọn IC:

Hình IV.3.7b. Sơ đồ nguyên lý khâu phản hồi dòng điện

R14

R13

Rs

R15

R16

R18

VR3-E

C5

R19

R17

Uđk

Id



Mỗi kênh điều khiển phải dùng sáu khuếch đại thuật toán. Do đó ta chọn

hai IC loại TL084 do hãng Texas Instrument chế tạo . Mỗi IC này có 4 khuyếch

thuật toán .

Sơ đồ chân có dạng như hình vẽ IV.8.1

Thông số của TL084:

Điện áp nguồn nuôi : Vcc =± 18V chọn Vcc =± 12V

Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: U= ± 30V.

Nhiệt độ làm việc : T = -25 ÷ 850C.

Công suất tiêu thụ : P = 0,68W.

Tổng trở đầu vào : Rin = 106M Ω.

Dòng điện đầu ra : Ira = 30pA.

Tốc độ biến thiên điện áp : )s13(V/μdtdu

=

3. Chọn cổng AND

Toàn bộ mạch điều khiển phải dùng hai cổng AND nên ta chọn một

IC4081 họ CMOS . Mỗi IC4081 có bốn thông số .

Nguồn nuôi 1C : Vcc = 12 (V) .

Nhiệt độ làm việc : 40 ÷ 800C

Điện áp ứng với mức logic “1” : 2÷ 4,5 (V) .

Dòng điện nhỏ hơn : 1mA .

Công suất tiêu thụ : P = 2,5 (nW/1 cổng) .

9 8

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10

Hình IV.8.1. Sơ đồ chân của IC TL084

TL084

Ucc



IV.3.9.Toàn bộ mạch điều khiển

Từ các tính toán ở trên ta có sơ đồ toàn mạch điều khiển như hình IV.3.9a.

Khi điện áp lưới xoay chiều 220V được đưa vào sơ cấp của biến áp đồng

pha, thì ở phía thứ cấp của biến áp ta thu được điện áp nhỏ hơn điện áp lưới.

Điện áp này được đưa vào bộ chỉnh lưu điốt một pha hai nửa chu kỳ mắc theo sơ

đồ K- chung. Thu được điện áp ra tại điểm (1) (u1) là điện áp một chiều gồm

nhiều nửa hình sin ghép lại với nhau, có tần số đập mạch bằng hai lần tần số

lưới. Điện áp u1 được đưa vào cửa không đảo của khâu so sánh OA1 để so sánh

với điện áp một chiều phẳng Ud. Sau OA1 thu được điện áp ra u2 là một chuỗi

xung hình chữ nhật âm - dương kế tiếp. Điện áp u2 được đưa tới khâu tạo xung

răng cưa để thu được điện áp răng cưa u3 sau OA2.

+Biến trở VR2 dùng để điều chỉnh độ rộng xung răng cưa.

+Điốt ổn áp Dz để hạn chế điện áp nạp trên tụ để răng cưa được tuyến tính.







tiếp. Điện áp thu được u4 được đưa vào mạch vi phân C2 – R8 do vậy khi điện áp

vào u4 là hằng số không đổi thì điện áp ra u5 = 0dt

du 4 = . Chỉ còn tại điểm chuyển

trạng thái thì u4 chuyển từ âm sang dương và ngược lại nên u5 = dtdu 4 là khác

không. Vậy điện áp ra sau mạch vi phân u5 là một chuỗi xung kim dương âm

liên tiếp. Điện áp tại điểm (5) là chùm xung kim, qua R9 đưa vào bộ khuếch đại

xung gồm hai tranzistor T1- T2 mắc theo kiểu Darlinton.

Khi có xung dương đặt lên bazơ của tranzistor T1 làm T1 mở và đưa xung

dương đó đến bazơ của T2 để T2 mở, trên cuộn sơ cấp của biến áp xung được



dẫn dòng, trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung kích mở Thyristor (tại các

cực G và K).

Khi không có xung dương đặt lên bazơ của tranzistor T1, T1 khoá nên T2

cũng khoá. Điện áp của biến áp xung giảm đột ngột, trên cuộn sơ cấp của biến

áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng nên cần D4 mắc song song với nó để

khép kín vòng, triệt tiêu sức điện động đó, bảo vệ các Tranzistor.

Xung trước khi vào bộ khuếch đại Darlinton được lọc bỏ phần xung âm

nhờ D5. Sau khi qua khâu khuếch đại thì được khuếch đại với hệ số 21.ββ=β .

Các điốt D6, D7 có nhiệm vụ đảm bảo cho dòng điều khiển chảy đúng theo

một chiều từ dương sang âm.

Điện trở R10 có nhiệm vụ để T2 khoá nhanh khi không có xung dương cấp

vào cực bazơ.

Các điện trở R11, R12 và tụ C3, C4 để chống nhiễu ảnh hưởng đến việc điều

khiển Thyristor.

Khi đó ta thu được đồ thị điện áp theo tính toán như hình IV.3.9b

u21 u22 u1

θ

Uđ

θ

u2

0

0

u2

θu4

θ

u3

0

0

Uđk

u5

θ0



IV.3.10. Mô phỏng trên máy tính

Từ tính toán trên ta có được sơ đồ mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm

MICROSIM của mạch điều khiển có dạng như hình IV.3.10a

Tống

Dạng

Thị Hiếu -

g điện áp th

TĐH2- K48

hu được tại

8

i các điểm

đo như sau

Đồ án môn

u:

n: Điện tử ccông suất

Tống

Mô p

Thị Hiếu -

phỏng bộ T

TĐH2- K48

Timer

8

Đồ án mônn: Điện tử ccông suất

Tống

1. Ng

Đi

2. Lê

Đi

3. Võ

Đi

4. Ph

Bà

Thị Hiếu -

guyễn Bính

iện tử công

ê Văn Doa

iện tử công

õ Minh Ch

iện tử công

hạm Quốc

ài tập điện

TĐH2- K48

h

g suất: NX

nh

g suất – Lý

hính, Phạm

g suất

Hải, Dươn

tử công su

8

TÀI L

XB Khoa H

ý thuyết - T

m Quốc Hải

ng Văn Ng

uất

IỆU THA

Học Kỹ Thu

Thiết kế – Ứ

i, Trần Trọ

hi

Đồ án môn

AM KHẢO

uật - Hà Nộ

Ứng dụng

ọng Minh

n: Điện tử c

O

ội 1996

công suất



LỜI KẾT

Trong suốt kỳ học vừa qua bên cạnh được nghe lý thuyết các thầy giảng

trên lớp thì để củng cố lý thuyết trên lớp chúng em được các thầy giao đồ án

môn học - ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT với đề tài: “Thiết kế nguồn mạ một chiều có

đảo chiều dòng mạ” dưới sự hướng dẫn của thầy PHẠM QUỐC HẢI. Nhờ sự cố

gắng học hỏi với sự hướng dẫn tận tình của thầy em đã hoàn thành đồ án của

mình.

Do kiến thức môn học còn chưa thực sự vững cùng với thời gian làm đồ án

có hạn nên quyển đồ án của em không thể tránh khỏi sai sót. Mong các thầy góp

ý bổ xung để quyển đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.



Em xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên : TỐNG THỊ HIẾU

Lớp : TĐH2- K48

Documents

Đồ - Tài Liệu Học Tậpdulieu.tailieuhoctap.vn/books/khoa-hoc-ky-thuat/dien-dien-tu/file_goc_779234.pdfTính toán dây qu ... mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp