Thiết kế, chế tạo mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 3 PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 4 LỜI NÓI ĐẦU 5 LỜI CẢM ƠN 6 Chương 1 7 TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHỈNH LƯU, MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA 7 1.1 Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu 7 1.1.1 Khái niệm về chỉnh lưu 7 1.1.2 Phân loại mạch chỉnh lưu 7 1.1.3 Cấu trúc chung của mạch chỉnh lưu 8 1.1.4 Các thông số đặc trưng của mạch chỉnh lưu 9 1.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha 10 1.2.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển (tải thuần trở) 10 1.2.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển (tải R+L) 13 1.2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu một phha bán điều khiển 14 Chương 2 20 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN 20 2.1 Mạch công suất 20 2.2 Thiết kế và tính chọn các linh kiện cho mạch điều khiển 22 2.2.1 Giới thiệu về các phương pháp điều khiển 22 2.2.2 TCA 785 26 2.2.3 MOC 3020 32 2.2.4 Tính toán mạch nguồn 33 2.3 Thiết kế, chế tạo mạch 35 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 35 2.3.2 Sơ đồ board mạch 36 2.3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch 36 Chương 3 38 KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ 38 LỜI KẾT 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39   NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..................................................................................................................... .....................................................................................................................   PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN STT Nội dung nhận xét Điểm ĐG (tối đa 10) 1 Năng lực chung ( Ý thức thực hiện và khả năng làm việc nhóm) .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. 2 Năng lực chuyên môn( Kiến thức lí thuyết , Khả năng thự hành) .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. .............................................................................................................. Điểm kết luận:..................... Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023 Giảng viên hướng dẫn   LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, thế giới đang chứng kiến sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệp do việc áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học công nghệ. Cùng với sự thay đổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về tự động hoá cũng có những bước phát triển vượt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của thế giới. Khi mà tất cả mọi thứ đang dần trở nên tự động hóa, không còn cần quá nhiều vào công sức của con người thì việc học tập cũng như nghiên cứu về tự động hóa sẽ giúp ích được rất nhiều cho đời sống nhân dân. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, trong nội dung đồ án môn học 2 chúng em đã được giao thực hiện đề tài:” THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN”. Với sự hướng dẫn của thầy: Đào Minh Tuấn, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và hoàn thiện đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế còn hạn chế nên không thế tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm sinh viên thực hiện   LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn thầy Đào Minh Tuấn người đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ giải đáp những vướng mắc giúp chúng em có thể thực hiện tốt đồ án này. Nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy trong quá trình nghiên cứu đã giúp chúng em tích lũy được kiến thức, giúp chúng em hiểu rõ hơn, nắm bắt chắc hơn về những vấn đề cơ bản phục vụ cho quá trình học tập sau này cũng như trong tương lai.   Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHỈNH LƯU, MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA 1.1 Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu 1.1.1 Khái niệm về chỉnh lưu Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều 1.1.2 Phân loại mạch chỉnh lưu Tùy theo số pha của nguồn điện xoay chiều phía đầu vào mạch chỉnh lưu mà có thể chia ra thành mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha hay n pha: Nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa dây pha và dây trung tính, thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình tia. Còn nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa các dây pha thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình cầu.  Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu hình tia n pha: Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn xoay chiều. Các van có số điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều. Nếu điện cực nối chung là Katốt thì sơ đồ được gọi là Katốt chung, còn nếu điện cực nối chung là Anốt ta có sơ đồ nối Anốt chung. Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều n pha phải có điểm trung tính, trung tính nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu.  Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu cầu n pha: Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của nguồn xoay chiều, trong đó có n van có Katốt nối chung được gọi là nhóm van Katốt chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bởi chỉ số lẻ, n van còn lại có Anốt nối chung nên gọi là nhóm van Anốt chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bằng chỉ số chẵn. Mỗi pha nguồn xoay chiều nối với 2 van, một nhóm Anốt chung và một nhóm ở Katốt chung. Điểm nối chung của các van nối Katốt chung và nối Anốt chung là 2 điện cực của điện áp ra. Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng toàn diode thì gọi là sơ đồ không điều khiển. Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng toàn thyristor thì gọi là sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển hay điều khiển hoàn toàn. Còn sơ đồ chỉnh lưu dùng cả thyristor và diode thì gọi là sơ đồ bán điều khiển Kết hợp các phương pháp và đặc điểm phân loại như trên ta có sơ đồ phân loại như sau: Hình 1.1 Sơ đồ phân loại mạch chỉnh lưu. 1.1.3 Cấu trúc chung của mạch chỉnh lưu Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như tính năng. Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau: Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại. Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều. Mạch lọc nhằm lọc nhiễu, sóng hài và san phẳng dòng điện hay điện áp để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Khoa: Điện – Điện tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU HÌNHCẦU MỘT PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: LỚP:

Hưng Yên, năm 2023

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 3

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

LỜI CẢM ƠN 6

Chương 1 7

TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHỈNH LƯU, MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU MỘT PHA 7

1.1 Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu 7

1.1.1 Khái niệm về chỉnh lưu 7

1.1.2 Phân loại mạch chỉnh lưu 7

1.1.3 Cấu trúc chung của mạch chỉnh lưu 8

1.1.4 Các thông số đặc trưng của mạch chỉnh lưu 9

1.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha 10

1.2.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển (tải thuần trở) 10

1.2.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển (tải R+L) 13

1.2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu một phha bán điều khiển 14

Chương 2 20

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN 20

2.1 Mạch công suất 20

2.2 Thiết kế và tính chọn các linh kiện cho mạch điều khiển 22

2.2.1 Giới thiệu về các phương pháp điều khiển 22

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, thế giới đang chứng kiến sự thay đổi to lớn của nền sản xuất công nghiệp do việc áp dụng những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học công nghệ Cùng với sự thay đổi của nền sản xuất công nghiệp, ngành khoa học công nghệ về tự động hoá cũng có những bước phát triển vượt bậc và trở thành ngành mũi nhọn của thế giới.

Khi mà tất cả mọi thứ đang dần trở nên tự động hóa, không còn cần quá nhiều vào công sức của con người thì việc học tập cũng như nghiên cứu về tự động hóa sẽ giúp ích được rất nhiều cho đời sống nhân dân

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, trong nội dung đồ án môn học 2 chúng em đã được giao thực hiện đề tài:” THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯU HÌNHCẦU MỘT PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN”.

Với sự hướng dẫn của thầy: Đào Minh Tuấn, chúng em đã tiến hành nghiên

cứu và hoàn thiện đề tài.

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế còn hạn chế nên không thế tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng

dẫn thầy Đào Minh Tuấn người đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ giải đáp những vướng

mắc giúp chúng em có thể thực hiện tốt đồ án này.

Nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy trong quá trình nghiên cứu đã giúp chúng em tích lũy được kiến thức, giúp chúng em hiểu rõ hơn, nắm bắt chắc hơn về những vấn đề cơ bản phục vụ cho quá trình học tập sau này cũng như trong tương lai.

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHỈNH LƯU, MẠCH CHỈNH LƯUHÌNH CẦU MỘT PHA

1.1 Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu

1.1.1 Khái niệm về chỉnh lưu

Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều nhằm cung cấp cho phụ tải điện một chiều

1.1.2 Phân loại mạch chỉnh lưu

Tùy theo số pha của nguồn điện xoay chiều phía đầu vào mạch chỉnh lưu mà có thể chia ra thành mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha hay n pha:

Nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa dây pha và dây trung tính, thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình tia Còn nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa các dây pha thì mạch chỉnh lưu gọi là sơ đồ hình cầu.

 Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu hình tia n pha: - Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn xoay chiều.

- Các van có số điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều Nếu điện cực nối chung là Katốt thì sơ đồ được gọi là Katốt chung, còn nếu điện cực nối chung là Anốt ta có sơ đồ nối Anốt chung.

- Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều n pha phải có điểm trung tính, trung tính nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu.

 Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu cầu n pha:

- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của nguồn xoay chiều, trong đó có n

ta kí hiệu bởi chỉ số lẻ, n van còn lại có Anốt nối chung nên gọi là nhóm van Anốt chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bằng chỉ số chẵn.

- Mỗi pha nguồn xoay chiều nối với 2 van, một nhóm Anốt chung và một nhóm ở Katốt chung.

- Điểm nối chung của các van nối Katốt chung và nối Anốt chung là 2 điện cực của điện áp ra.

- Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng toàn diode thì gọi là sơ đồ không điều khiển Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng toàn thyristor thì gọi là sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển hay điều khiển hoàn toàn Còn sơ đồ chỉnh lưu dùng cả thyristor và diode thì gọi là sơ đồ bán điều khiển

- Kết hợp các phương pháp và đặc điểm phân loại như trên ta có sơ đồ phân loại như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại mạch chỉnh lưu.

1.1.3 Cấu trúc chung của mạch chỉnh lưu

Trong thực tế các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và khá đa dạng về hình dáng cũng như tính năng Tuy nhiên về cơ bản cấu trúc trong bộ biến đổi thường có các bộ phận sau:

- Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại - Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay

chiều thành nguồn một chiều.

- Mạch lọc nhằm lọc nhiễu, sóng hài và san phẳng dòng điện hay điện áp để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.

- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp, công suất.

- Mạch điều khiển là bộ phận rất quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, nó quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng bộ chỉnh lưu.

- Phụ tải mạch chỉnh lưu thường là phần ứng động cơ điện một chiều, kích từ máy điện một chiều, xoay chiều, cuộn hút nam châm điện, các tải có sức điện động E, đôi khi tải là các đèn chiếu sáng hay các điện trở tạo nhiệt…vv Dưới đây là sơ đồ khối minh họa sơ đồ cấu trúc của một bộ chỉnh lưu:

Hình 1.2 Cấu trúc chung mạch chỉnh lưu.

1.1.4 Các thông số đặc trưng của mạch chỉnh lưu

 Thông số tải

- Giá trị điện áp trung bình tren tải: Là thông số điện áp nhận được ngay sau mạch chỉnh lưu và được ký hiệu (Ud)

- Dòng điện trung bình qua tải: Là dòng điện sau chỉnh lưu cấp cho phụ tải được ký hiệu (Id)

- Công suất một chiều tải tiêu thụ: Là công suất phụ tải một chiều sau chỉnh lưu và được ký hiệu (Pd)

Pd = Ud× Id

 Thông số van bán dẫn

- Giá trị trung bình dòng điện chảy qua van: IVtb hoặc IVAV

- Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy qua van: IVhd hoặc IRMS

- Điện áp ngược cực đại mà van phải chịu khi làm việc: UVngmax

- Điện áp thuận cực đại mà van phải chịu khi làm việc: UVthmax

1.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha

1.2.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển (tải thuần trở)

 Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển tải R.

 Nguyên lý làm việc và dạng sóng

Hình 1.4 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển.

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện lý tưởng và điện

- áp phía thứ cấp u2 = √2U2sinωt(v).t(v).

- Trong nửa chu kỳ đầu 0¿t ¿ , điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 được phân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên bị khóa lại, khi đó ta có:

- uD1 = uD2 = 0; uD4 = uD3 = - u2  0; ud = u2  0; iD1 = iD2= id; iD4 = iD3 = 0.

- Trong nửa chu kỳ sau  << t < 2, điện áp – u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 bị phân cực ngược, nên bị khóa lại Còn cặp van D4 và D3

phân cực thuận nên dẫn điện cho dòng điện qua tải, khi đó ta có:

- uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2  0; ud = - u2  0; iD4 = iD3 = id; iD1 = iD2 = 0 - Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự.

 Các công thức tính toán trong mạch

1.2.2 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển (tải R+L)

 Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển tải R+L.

 Nguyên lý làm việc và dạng sóng

Hình 1.6 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển tải R+L.

- Giả sử Ld = , điện áp phía thứ cấp u2 = √2U2 sin t, góc điều khiển

 Xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập Khi van dẫn sụt áp

1.2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu một phha bán điều khiển

a, Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển đối xứng (tải R+L)

 Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển hai SCR mắc Kchung.

 Nguyên lý làm việc và dạng sóng

Hình 1.8 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển hai SCRmắc K chung.

Trên sơ đồ nguyên lý ta thấy nhóm mắc catot chung là các thyristor được mở vào thời điểm khi được kích xung điều khiển Nhóm anot chung là các van diode chúng được mở theo quy luật tự nhiên, phụ thuộc vào điện áp nguồn: D1 mở khi u2 bắt đầu âm; D2 mở khi u2 bắt đầu dương Do vậy quá trình làm việc của các van trong một chu kỳ điện lưới được mô tả như sau:

- Trong khoảng: α → π thì van T1 và D2 dẫn - Trong khoảng: π → π +α thì van T1 và D1 dẫn - Trong khoảng: π +α → 2 π thì van T2 và D1 dẫn - Trong khoảng: 2 π → 2 π +α thì van T2 và D2 dẫn Quá trình các chu kỳ sau được lặp lại tương tự.

Qua đây ta thấy khi mạch làm việc có hiện tượng dẫn thẳng hàng của hai van: T1 và D1; van T2 và D2. Do đó khoảng thời gian này hai đầu tải bị ngắn mạch ud = 0 (v) Các đoạn khác nguyên lý làm việc ud bám theo điện áp nguồn Qua đó ta thấy dòng điện qua tải id vẫn liên tục còn dòng điện qua máy biến áp nguồn thì gián đoạn Điều này có lợi về mặt năng lượng vì năng lượng không cần lấy từ nguồn mà vẫn duy trì được trong tải.

 Các biểu thức tính toán

b, Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển không đối xứng (tải R+L)

 Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển hai SCR mắc đối.

 Nguyên lý làm việc và dạng sóng

Hình 1.10 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển haiSCR mắc đối.

Phân tích tương tự theo nguyên lý chung của mạch chỉnh lưu theo như sơ đồ nguyên lý thì các diode được mở tự nhiên ở các nửa chu kỳ: D1 mở khi u2 âm, D2 mở khi u2 dương Các thyristor được mở theo góc kích xungα Còn các van được khóa

và ngược lại Như vậy trong một chu kỳ điện áp lưới các van được dẫn trong các

Chương 2

THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHỈNH LƯUCẦU 1 PHA BÁN ĐIỀU KHIỂN

Tính chọn Thyristor dựa và các yếu tố dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc Các thông số của van được tính như dưới đây:

Dòng trung bình qua van:

Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu là:

Ungmax= Knvan U2= Knvan.

Trong đó: Ud: điện áp tải

U2: điện áp thứ cấp máy biến áp

Chọn Thyristor loại BT151-650R có các thông số như sau : Ung max= 650V ; Iđm= 7,5A ; Ug = 1,5V : Ig max = 15mA

Tx= 100µs ; Sx = 0,1 Ton = 2ms ; Toff = 70ms

- Tính chọn diode công suất:

Tương tự như thông số của Thyristor

Uchọn=Ungc max.ku=311,13.1,7=528,9(V) Ichọn=kI.Klv=2,5.1,968=4,92(A) Chọn diode công suất 1N5406 :

Chịu Ungcmax =600v, URMS=400V, Imax=10A - Chọn cầu chì:

Dùng cầu chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu, dòng điện định mức của dây chảy nhóm 2CC là:

I2CC = 1,1.Id = 1,1.1,23 = 1,353 (A)

⇒ Chọn cầu chảy nhóm 2CC loại 2 (A)

2.2 Thiết kế và tính chọn các linh kiện cho mạch điều khiển

2.2.1 Giới thiệu về các phương pháp điều khiển

- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha thẳng

- Nhưng thực tế hiện nay người ta hay dùng nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng ARCCOS Sau đây ta nghiên cứu 2 loại.

a, Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

- Nguyên tắc được thể hiện như hình vẽ sau:

Hình 2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính.

Trong đó

Us: là điện áp răng cưa đồng bộ với điện áp UAK của thyristor và thường được đặt vào cổng đảo khâu so sánh

Uc: là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được và thường được đặt vào cổng không đảo khâu so sánh

Hai tín hiệu Us và Uc được đưa vào khâu so sánh, nên mỗi khi Us = Uc thì đầu ra so sánh lật trạng thái khi đó tạo ra được một xung điều khiển Như vậy bằng cách thay đổi Uc ta điều chỉnh được thời điểm phát xung hay chính là thay đổi được góc kích xung α Giữa α và Uc có mối quan hệ sau

Thường lấy Ucm = Usm

Từ biểu thức ta thấy khi thay đổi Uc từ Usm đến 0V thì góc α thay đổi từ α =  đến α = 0

b, Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”

- Theo nguyên tắc này được thể hiện hình vẽ sau:

Hình 2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” Trong đó

Us: là điện áp đồng bộ vượt trước điện áp UAK của thyristor một góc /2 và thường được đặt vào cổng đảo khâu so sánh

Uc: là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được và thường được đặt vào cổng không đảo khâu so sánh.

Hai tín hiệu Us và Uc được đưa vào khâu so sánh, nên mỗi khi Us = Uc thì đầu

thay đổi Uc ta điều chỉnh được thời điểm phát xung hay chính là thay đổi được góc kích xung α Giữa α và Uc có mối quan hệ sau:

Thường lấy Ucm = Usm

Từ biểu thức ta thấy khi thay đổi Uc từ -Usm đến Usm thì góc α thay đổi từ α =  đến α = 0

-Trong đồ án này chúng em sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính  Phương án 1: Sử dụng mạch gồm các khâu sau:

- Khâu khuếch đại và biến áp xung  Ưu điểm: Giá thành rẻ.

 Nhược điểm:

- Mạch phức tạp phải thông qua nhiều khâu - Chất lượng điều khiển không cao.

 Phương án 2: Dùng IC tích hợp TCA 785

Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu sử dụng IC tích hợp TCA 785.

Đối với việc điều khiển điện áp một chiều ta có thể sử dụng vi mạch tích hợp TCA 785 để đơn giản mạch điều khiển.

 Ưu điểm:

- Mạch đơn giản, ít khâu điều khiển - Tạo ra điện áp đối xứng.

- Chất lượng điện áp ra như mong muốn  Nhược điểm :Giá thành đắt.

 Kết luận: Từ việc so sánh ưu nhược điểm của 2 phương án trên chúng em chọn phương pháp 2 (Sử dụng mạch tích hợp TCA 785).

2.2.2 TCA 785

Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạo xung ra TCA 785 do hang Simen chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiêt bị điều chỉnh dòng xoay chiều.

 Đặc trưng:

- Dễ phát hiện việc chuyển qua điểm không.

- Phạm vi ứng dụng rộng rãi - Có thể hoạt động 3 pha (3 IC) - Dòng điện ra 250 mA.

- Mạch thiết kế đơn giản, thi công nhanh dễ điều khiển và hiệu chỉnh - Hoạt động tin cậy.

- Dải điều chỉnh và góc điều khiển rộng.

 Giới thiệu về cấu tạo nguyên lý của TCA 785 - Ký hiệu:

Hình 2.4 Sơ đồ chân TCA 785.

- Chức năng:

Bảng 2.1 Sơ đồ chân TCA 785.

4 Q1 Đầu ra 1 đảo

ngắn, xung rộng

Hình 2.5 Sơ đồ cấu tạo TCA 785.

Biên độ răng cưa Điện trở mạch nạp

Thời gian sườn ngăn của xung răng cưa

 Nguyên ký làm việc của vi mạch TCA 785

TCA 785 là một vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch

Nguồn nuôi qua chân 16 Tín hiệu đồng bộ được lấy qua chân số 5 và số 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11 Một bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp lấy vào chuyển trạng thái và sẽ chuyển tín hiệu này đến bộ phận đồng bộ Bộ phận đồng bộ này sẽ điều khiển tụ Cx2(chân 10) Tụ Cx2 sẽ được nạp đến điện áp không đổi Khi điện áp V10 đạt đến điện áp V11 thì một tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic Tuỳ thuộc vào biên độ điện áp điều khiển V11, góc mở α có thể thay đổi từ 0 đến 180o Với mỗi nửa chu kì song một xung dương xuất hiện ở Q1, Q2 Độ rộng trong khoảng 30-80μAs.

Độ rộng xung có thể kéo dài đến 180o thông qua tụ Cx3 (chân 12) Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180o Nguyên lí hoạt động của khâu tạo xung điều khiển:

Hình 2.7 Khâu tạo xung điều khiển.

Điện áp lưới đưa vào chân số 5 và chân số 1 qua điện trở R5 Tín hiệu điều khiển Vdk được đưa vào chân 11 so sánh với điện áp răng cưa tạo bởi tụ Cx2 (chân 10) cho ta xung điều khiển thyristor có góc mở α tăng dần ở đầu ra chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch chân 16 nhận được tín hiệu cấm, tại chân 14 và 15 không còn tín hiệu đầu ra.

Từ yêu cầu thực tiễn ta chọn IC TCA 785 do hãng SIMEN sản xuất cùng các linh kiện đi kèm sau: Cx3= 104, Cx3= 473, R9= 33kΩ ,R5= 1MΩ,VR1= VR2= 10kΩ.

TCA 785 do hãng SIEMEN chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị chỉnh dòng điện áp xoay chiều.