***** Đề tài Mơ hình mạch kích sử dụng Thyristor NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M MO HINH MACH KICH SU DUNG THURITOR NỘI DUNG Chương GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ THYRISTOR I - Cấu tạo – Nguyên lý làm việc Thyristor - Cấu tạo Thyristor gọi SCR (Sillcon – Controlled – Rectifier) loại linh kiện lớp P – N đặt xen kẽ Để tiện việc phân tích lớp bán dẫn người ta đặt P1, N1, P2, N2, lớp bán dẫn hình thành chuyển tiếp từ xuống J1, J2, J3 Sơ đồ cấu trúc, ký hiệu, sơ đồ tương đương cấu tạo thyristor trình bày H1 H.I.1a H.I.1b H.I.1c H.I.1d A : Anoát K : catoát G : Cực điều khiển J1, J3 : Mặt tiếp giáp phát điện tích J2 : Mặt tiếp giáp trung gian H.I.1a : Sơ đồ ký hiệu SCR H.I.1b : Sơ đồ cấu trúc bốn lớp SCR H.I.1c : Sơ đồ mô tả cấu tạo SCR H.I.1d : Sơ đồ tương đương SCR Nguyên lý làm việc thyristor: Có thể mô Thyristor hai transistor Q 1, Q2 H.I.1d Transistor Q1 ghép kiểu PNP, Q2 kiểu NPN Gọi α1, α2 hệ số truyền điện tích Q1và Q2 Khi đặt điện áp U lên hai đầu A &K Thyristor, mặt tiếp giáp J1 & J3 chuyển dịch thuận, mặt tiếp giáp J2 chuyển dịch ngược ( J2 mặt tiếp giáp chung Q1 & Q2 ) Do dòng chảy qua J2 IJ2 IJ2 = α1 Ie1 + α2Ie2 + Io I0 : Là dòng điện rò qua J2 NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Nhưng Q1 & Q2 ghép thành tổng thể ta có: Ie1 = Ie2 = IJ2 = I Do IJ2 = I = α1 I + α2 I + Io Suy => I = Io / [1-( α1 + α2 )] (1) Do J2 chuyển dịch ngược nên hạn chế dòng chảy qua nó, dẫn đến α1, α2 điều có giá trị nhỏ, I ≈ Io, hai transistor trạng thái ngắt Từ biểu thức (1) ta thấy dòng điện chảy qua Thyristor phụ thuộc vào hệ số truyền điện tích α1 & α2 Mối quan hệ α dòng emiter trình bày H.I.2 Như α1 + α2 tăng dần đến I tăng nhanh Theo sơ đồ tương đương SCR H.I.1d ta giải thích sau: - Dòng IC1 chảy vào cực B Q2 làm cho Q2 α dẫn IC2 tăng, tức IB1 tăng (IC2 = IB1) khiến Q1 dẫn mạnh -> IC1 tăng tiếp diễn Hiện tượng gọi hồi tiếp dương dòng, tạo điều kiện làm tăng trưởng nhanh dòng điện chảy qua Thyristor Ie - Dòng Ie1 tăng làm cho α1 tăng (H.I 2), tăng Ie2 làm cho α2 tăng H.I.2 Cuối thưcï điều kiện (α1 + α2) -> 1, hai transistor chuyển sang trạng thái mở, lúc nội trở A K SCR nhỏ Vậy muốn làm cho Q1, Q2 từ trạng thái ngắt chuyển sang trạng thái bão hoà (hay muốn mở Thyristor) cần làm tăng IB2 Để làm việc người ta thường cho dòng điều khiển Iđk chảy vào cực cổng Thyristor, theo chiều IB2 H.I.1d NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M II Đặc tuyến Volt - Ampere Thyristor: H.I.3 H.I.3 Đặc tuyến Volt - Ampere Thyristor Ith max : Giá trị cực đại dòng thuận Uth : Điện áp thuận Ung : Điện áp ngược Udt : Điện áp đánh thủng Ing : Dòng ngược Io : Dòng rò qua Thyristor Idt : Dòng trì ∆u: Điện áp rơi Thyristor Để giải thích ý nghóa vật lý đường đặc tuyến Volt - Ampere Thyristor, người ta chia làm bốn đoạn đánh số la mã H.I 3b - Đoạn ( I) ứng với trạng thái ngắt Thyristor Trong đoạn (α1 + α2 ) < 1, có dòng rò qua Thyristor I ≈ Io, việc tăng giá trị U có ảnh hưởng đến giá trị dòng I Khi U tăng đến giá trị Uch (điện áp chuyển mạch) bắt dầu trình tăng trưởng nhanh chóng dòng điện,Thyristor chuyển sang trang thái mở -Đoạn (II) ứng với giai đoạn chuyển dịch thuận mặt tiếp giáp J2 (Q1, Q2 chuyển sang trạng thái bão hoà) Ở giai đoạn này, lượng tăng nhỏ dòng điện ứng với lượng giảm lớn điện áp Đoạn gọi đoạn điện trở âm -Đoạn (III) ứng với trạng thái mở Thyristor Trong đoạn mặt tiếp giáp J1, J2, J3 điều chuyển dịch thuận, giá trị điện áp nhỏ tạo dòng điện lớn Lúc dòng điện thuận bị hạn chế điện trở mạch ngoài, điện áp rơi Thyristor nhỏ Thyristor giữ trạng thái mở chừng dòng Ith lớn dòng trì Idt NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M - Đoạn (IV) ứng với trạng thái Thyristor ta đặt điện áp ngược lên (cực dương lên catốt, cực âm lên Anod) Lúc J1, J3 chuyển dịch ngược, J2 chuyển dịch thuận, khả khoá J3 yếu nên nhánh ngược đặc tính Volt-Ampere chủ yếu định khả khoá mặt tiếp giáp J1, có dạng nhámh ngược đặc tính diod thường Dòng điện Ing có giá trị nhỏ Ing ≈ Io Khi tăng Ung đến giá trị t (điện áp đánh thủng) J1 bị chọc thủng Thyristor bị phá hỏng Vì để tránh hư hỏng cho Thyristor ta không nên đặt điện áp ngược có giá trị gần t lên Thyristor Nếu cho giá trị khác dòng điều khiển Iđk nhận họ đường đặc tính Volt-Ampere Thyristor (H.I.4) Đoạn (I) đường đặc tính VoltAmpere bị rút ngắn lại điện áp Uch nhỏ tăng dần giá trị k Khi dòng điều khiển tương đối lớn Iđk3 (H.I.4) đường đặc tính nắn gần thẳng giống nhánh thuận đặc tính Diod, nói với giá trị I đk (α1 + α2) mặt tiếp giáp J2 chuyển dịch thuận nhanh chóng III Các thông số chủ yếu Thyristor Điện áp thuận cực đại (Uth.max): Là giá trị điện áp lớn đặt lên Thyristor theo chiều thuận mà Thyristor trạng thái mở Nếu vượt giá trị làm hỏng Thyristor Điện áp ngược cực đại (Ung max): Là điện áp lớn dặt lên Thyristor theo chiều ngược mà Thyristor không hỏng Dưới tác động điện áp này, dòng điện ngược có giá trị Ing = (10 - 20)mmA Khi điện áp ngược đặt lên Thyristor lưu ý phải giảm dòng điều khiển (H I 5) Ung Ung.max (10-20)mA Iđk=0 Iđk1=100mA Điện áp định mức (m): Iđk < Iđk1 < Iđk2 H.I.5 Iñk2=1A Ing NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M giá trị điện áp cho phép đặc lên Thyristor theo chiều thuận ngược Thông thường U đm = 2/3 Uth max Điện áp rơi Thyristor: Là giá trị điện áp Thyristor Thyristor trạng thái mở Điện áp chuyển trạng thái (Uch): Ở giá trị điện áp này, không cần có Iđk, Thyristor chuyển sang trạng thái mở Dòng điện định mức (Iđm): Là dòng điện có giá trị trung bình lớn phép chảy qua Thyristor Điện áp dòng điện điều khiển (kmin, Iđkmin): Là giá trị nhỏ điện áp điều khiển đặt vào G - K dòng điện điều khiển đảm bảo mở Thyristor Thời gian mở Thyristor (Ton): Là khoảng thời gian tính từ sườn trước xung điều khiển đến thời điểm dòng điện tăng đến 0,9 Iđm Thời gian khoá Thyristor (Toff ): Là khoảng thời gian tính từ thời điểm I = đến thời điểm lại xuất điện áp thuận Anod mà Thyristor không chuyển sang trạng thái mở 10 Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép (du/ dt): Là giá trị lớn tốc độ tăng áp Anod mà Thyristor không chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái mở 11 Tốc độ tăng dòng thuận cho phép (di/ dt): iá trị lớn tốc độ tăng dòng trình mở Thyristor IV Mở Thyristor: + Các biện pháp mở Thyristor: a) Nhiệt độ: Nếu nhiệt độ Thyristor tăng cao, số lượng điện tử tự tăng lên, dẫn đến dòng điện rò Io tăng lên Sự tăng dòng làm cho hệ số truyền điện tích α1, α2 tăng Thyristor mở Mở Thyristor phương pháp không điều khiển chạy hỗn loạn dòng nhiệt nên thường loại bỏ b ) Điện cao: NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Nếu phân cực Thyristor điện lớn điện áp đánh thủng t Thyristor mở Tuy nhiên phương pháp làm cho Thyristor bị hỏng nên không áp dụng c ) Tốc độ tăng điện áp (du/dt): Nếu tốc độ tăng điện áp thuận đặt lên Anod Catot dòng điện tích tụ điện tiếp giáp có khả mở Thyristor Tuy nhiên dòng điện tích lớn phá hỏng Thyristor thiết bị bảo vệ Thông thường tốc độ tăng điện áp du/dt nhà sản xuất qui định d) Dòng điều khiển cực G Khi Thyristor phân cực thuận ta đưa dòng điều khiển dương đặt vào hai cực G & K Thyristor dẫn, dòng IG tăng t giảm V Khoá Thyristor: Khoá Thyristor tức trả trạng thái ban đầu trước mở với đầy đủ tính chất điều khiển Có hai phng pháp khoá Thyristor : - Giảm dòng điện thuận cắt nguồn cung cấp - Đặt điện áp ngược lên Thyristor A + Quá trình khoá Thyristor: Khi đặt điện áp ngược lên Thyristor (H.I.7a ) tiếp giáp J 1, J3 chuyển dịch ngược, J2 chuyển dịch thuận Do tác dụng điện trường ngoài, lỗ trống lớp P2 chạy qua J3 Catot lớp N1 lổ trống chạy qua J1 Anod tạo nên dòng điện ngược chạy qua tải, giai đoạn từ to -t1 ( H.I.7b ) Khi lỗ trống bị tiêu tán hết J1 & J3 (chủ yếu J1) ngăn cản không cho điện tích tiếp tục chảy qua, dòng ngược bắt đầu giảm xuống, từ t1 - t2 gọi thời gian khoá Thyristor Thời gian khoá thường dài gấp - 10 lần thời gian mở P1J1 N1 J2P2 J3 N2 Ith Ip _ H.I.7a In + U K tm R t0 H.I.7b t1 t2 t NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M VI Một số sơ đồ Thyristor: Sơ đồ chủ yếu dùng Thyristor mạch chiều Sau hiểu biết đặc tính Thyristor ta nghiên cưú số sơ đồ chủ yếu để kiểm chứng lại đặc tính phương diện thực hành H.I.9 H I.9 giới thiệu công tắc tơ chiều đơn giản dùng để điều khiển bóng đèn 12 Volt,100mmA Nếu cần thiết ta thay tải khác vào vị trí bóng đèn, trường hợp tải cảm kháng cần phải nối song song Diod D để tránh cho mạch khỏi cố sức điện động cảm ứng gây Khi đóng cắt mạch Thyristor dùng mạch chịu dòng điện Anod đến 2A đóng (thông mạch) dòng điện điều khiển bé cỡ vài trăm miliAmpere Dòng điện điều khiển cấp qua điện trở bảo vệ R1 nút ấn S1 Điện trở R2 nối cực khiển Catot dùng để nâng cao độ ổn định mạch điện Khi nhấn S1 mạch đóng điện, Thyristor mở nút S1 hở mạch trì trạng thái mở Muốn cho Thyristor ngưng dẫn ta nhanh chóng đưa dòng điện Anod trở không cách nhấn nút S2 H.I.10 giới thiệu phương pháp ngắt Thyristor Thực vậy, T trang thái mở, tụ C1 nạp từ nguồn qua điện trở R3 NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Khi ta ấn S2 lại, cực dương tụ nối mass áp tụ làm cho Anod T trở thành âm, điều gây đảo ngược phân cực T làm cho ngắt Tụ C phóng nhanh đủ để giữ cho anod âm vài phần triệu giây, đảm bảo cho T ngưng dẫn Cần ý S2 giữ trạng thái đóng sau dòng tải ngắt, tụ nạp ngược thông qua tải, cần chọn tụ không phân cực tụ Mylar tụ Polyester H.I.1 Một phương pháp khác khoá T tụ H.I.11 Ở đây, người ta dùng T2 phụ để thay cho nút ấn H.I.10 Thyristor T1 ngắt cách mở T2 khoảng thời gian ngắn nhờ xung điện điều khiển nhỏ chảy qua nút ấn S2 dòng Anod cấp qua R3 có giá trị nhỏ dòng trì H.I.12 giới thiệu sơ đồ Thyristor nối theo mạch dao động dùng để điều khiển hai bóng đèn riêng biệt LP1 & LP2 Giả sử T1 mở T2 ngắt tụ C1 (loại cực tính) nạp với cực tính dương phía LP2 Khi ấn S2, mạch chuyển trạng thái, T2 mở tác dụng cực điều khiển T1 bị T2 khoá lại tác dụng tụ C1 Đồng thời tụ nạp theo chiều ngược lại Khi tụ nạp đầy, trạng thái mạch thay đổi ta ấn nút S1 T2 ngắt nhờ tụ C1 Trạng thái dao đôäng lặp lặp lại H.I.1 Các mạch H.I.9,H.I.10, H.I.11,H.I.12 dùng cho tải cố định đơn giản thuộc loại mạch tự trì NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M H.I.1 a H.I.1 b H.I.13 giới thiệu hệ thống báo động đơn giản dùng điện chiều, với loại tải không liên tục chuông điện, rung còi Khi đóng nguồn, dòng điện chảy qua cuộn dây phần ứng bố trí mạch có hai tiếp điểm, dòng điện cảm ứng từ trường cuộn dây nên làm cho tiếp điểm mở Khi tiếp điểm mở dòng điện bị ngắt từ trường bị theo Kết tiếp điểm lại đóng lại dòng điện chảy qua cuộn dây, tượng lặp lặp lại Một tải xem công tắt tơ đóng mở theo chu kỳ với tốc độ nhanh Khi tải nối vào mạch H.I.13a tín hiệu báo động phát S1 đóng Do tải có điện cảm nên sử dụng với mạch Thyristor ta cần nối song song với diod D1 cản dịu Khi cần thiết ta lắp sơ đồ theo kiểu mạch trì cách nối song song với dụng cụ cảnh báo điện trở R3 = 470 ( H.I.13b ) Trong trường hợp này, hệ thống báo động tự ngắt rung dòng Anod Thyristor không bị triệt tiêu, mà giảm đến giá trị qui định điện trở R3 sức điện động nguồn Nếu giá trị lớn dòng trì Thyristor T tự trì Nhân điều kiện dòng Anod không giảm không tín hiệu báo động chuyển vào khoảng khe hở dòng điện hai lần rung, T bị ngắt Mạch tín hiệu báo động H.I.13 dùng nhiều dụng cụ có điện áp thấp (3 đến 12 volt) chuông điện, rung còi Đó dụng cụ điện tiêu thụ dòng 2A Bộ nguồn phải đảm bảo cấp đủ điện áp 1.5V so với điện áp cần thiết để dụng cụ cảnh báo hoạt động bình thường Phần điện áp dùng để bù vào điện áp bão hoà Thyristor thông Sơ đồ dùng Thyristor mạch xoay chiều: NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp nguồn lượng cho khối cách ly ngõ lấy từ lưới điện xoay chiều có tần số f = 50 Hz Khối cách ly ngõ vào ra: Hai khối làm nhiệm vụ cách ly mạch điều khiển Thyristor với phần công suất mạch chỉnh lưu không dòng từ phần công suất chảy vào phần điều khiển hay ngược lại Các khối thường sử dụng MBA để cách ly Khối đồng : Có nhiệm vụ tạo đồng tín hiệu, có hai cách đồng chính, là: Đồng Cosin Đồng cưa + Đồng Cosin: Điện áp đưa vào mạch tích phân, làm cho dạng sóng lệch góc 90o lấy điện áp so sánh với điện áp điều khiển Ta có sơ đồ dồng Cosin H.IV.1a đồ thị điện áp H.IV.1b H.IV a NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M H.IV 1b Tạo đồng Cosin khoảng từ đến 180o,k b đơn trị (chỉ cắt điểm) Yêu cầu ứng với giá trị t có giá trị U Phương pháp đơn giản có độ tin cậy không cao + Đồng cưa: Phương pháp đồng cưa dùng mạch chức tạo điện áp cưa để so sánh với điện áp điều chỉnh khối so sánh phía sau Phương pháp dùng rộng rải mạch điều khiển Thyristor Đồng dùng tụ Diod: Ta có sơ đồ nguyên lý H.IV.2a đồ thị thời gian H IV.2b H.IV.2a H.IV.2b UAC : điện áp xoay chiều đồng pha với điện áp A-K SCR UDC : Nguồn điện áp chiều UC = b : Điện áp đồng lấy - Khi UAC > D1, D2 phân cực ngược, tụ C nạp từ nguồn UAC qua R1 - Khi UC = UAC (tại t2) tụ C phóng điện qua D2 R2 - Khi UAC < 0: D1 dẫn, giá trị áp tụ C ∆UAC D1 khoá - Khi IAC - IDC = (tại t1) tụ C bắt đầu nạp lặp lại chu kỳ - Góc kích α nằm khoảng t1 đến t2 xác định α = arcsin( UAC(t1)/UACmax) ∗ Ưu điểm: Mạch đơn giản linh kiện, góc điều chỉnh α từ 10ến 150o NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M ∗ Nhược điểm: Dễ bị sai lệch khó chỉnh định số thời gian nạp tụ xác Cần phải có mạch xác định điểm ban đầu, tổn hao công suất lớn - Đồng dùng Tụ - Transistor: Ta có sơ đồ nguyên lý H.IV.3a đồ thị điện áp H.IV.3b sau: H.IV a H.IV 3b - Khi UAC > : Transistor T1 bị bảo hoà UC = ∆U (∆U sụt áp T1 ) - Khi UAC < T1 ngắt, tụ C nạp từ nguồn UDC qua R1 R3 - Ta có tnạp = (R1 + R2 ) CLn (1- UC / UDC) α = ( R1 + R3 ) ωCLn (1 - k / UDC) Chọn R1 >> R3 cho tnạp >> t xã k : Điện áp điều khiển ∗ Ưu nhược điểm: + Mạch đơn giản linh kiện, góc α thay đổi đủ rộng, tổn hao công suất không lớn + Phải chỉnh định số thời gian tụ kênh phức tạp có tượng trôi xung mở theo tần số Khối so sánh: Làm nhiệm vụ so sánh điện áp đồng (răng cưa) với điện áp điều khiển k Để so sánh khối dùng mạch khuếch đại thuật toán Transistor Trong trường hợp transistor điện áp cưa đưa vào cực khiển để so sánh với k cực phát Có linh kiện chuyên dùng vào chức Transistor tiếp giáp (UJT: the unijunction Transistor), hay transistor tiếp giáp lập trình (PUT) 5.Khối tạo dạng xung: Có nhiệm vụ sửa dạng xung đầu so sánh cho có độ rộng biên độ thích hợp với Thyristor cần kích Có thể chọn dòng kích lớn, điện áp kích nhỏ ngược lại phải đảm bảo công suất tiêu tán nhỏ công suất cho phép Độ rộng xung định thời gian dòng qua Thyristor đạt đến giá trị dòng cài (tra sổ tay nghiên cưú ứng với loại Thyristor sử dụng ) Trong thực tế mạch tạo xung thường sử dụng mạch vi phân tín hiệu xung vuông từ so sánh đưa qua vi phân R-C biến đổi thành gai vi phân có độ rộng cần thiết Sau qua diod chặn thành phần gai âm Ta có mạch tạo xung H.IV.4a giản đồ xung H.IV.4b NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M H.IV a H.IV 4b - Goïi tx độ rộng xung : tx = ι = C ( R1 // R2 ) - Choïn C = 0.47 - 0.1 MF - Chọn R1 R2 độ rộng xung tx thích hợp III Tính toán chọn MBA pha: 1.Xác định tiết diện thực lõi sắt ( So): So = ( 0.9 ÷ 0.93 ) S (mm2) Với S = a* b, chọn a = 3mm, b = 5mm Suy S = 5*3 = 15 mm2 Vaäy So = 0.9 * 15 = 13.5 ( mm2) Công suất dự tính Pdt kích thước mạch từ So Pdt = U2 I2 Chọn U1 = 220 V, f = 50 Hz U2 = 15 V, I2 = 1A Vaäy Pdt = 15 *1 = 15 (VA ) 2.Tính số vòng dây volt : W B K 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 64 56 50 45 41 Choïn B = 0.7 (Tesla), suy K = 64 Vaäy W = 64/13.5 = 4.7 vòng /Volt Chọn W = vòng/ Volt 1.2 37.5 1.3 34.5 1.4 32.4 Xác định số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp MBA: W1, W2 + Số vòng dây cuộn sơ cấp W1 = W* U1 = 5*220 =1100 vòng +Số vòng dây cuộn thứ caáp W2 = W (U2 + ∆u2) 1.5 30 NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M ∆u2 độ dự trù điện áp tra theo bảng sau: P(VA ) 10 200 300 500 750 J(A/mm ) 4.5 3.9 2.5 Chọn ∆u2 = 4.5% Vậy W2 = * (15 + 4.5%) = 75.225 vòng Chọn W2 = 100 voøng 100 2.5 120 2.5 150 2,5 Xác định tiết diện dây quấn: - Tiết diện dây quấn sơ cấp: S = P ( η u J mm 2 ) Chọn hiệu suất MBA: η = 0.85 ÷ 0.9 Mật độ dòng J chọn theo đây: P ( VA ) ÷ 50 50 ÷ 100 100 200 ÷ 200 250 2.5 ÷ 500÷ 1000 J ( A /mm2) 3.5 Choïn J = (A / mm ) Vaäy S1 = 15 / (0.9*220*4) = 0.019 mm2 ≅ 0.02 (mm2) + Tiết diện dây quấn thứ caáp: S2 = I2/J = 1/4 = 0.25 ( mm2) + Đường kính dây sơ cấp: d = 1.13 S1 = 1.13 0.02 = 0.16mm + Đường kính dây thứ cấp: d = 1.13 S = 1.13 0.25 Kiểm tra khoảng trống chứa dây: - Số vòng dây sơ cấp cho lớp dây: W1lớp Chọn loại dây đồng có tráng ê-may ecd = 0.03 ÷ 0.08 mm d1cd = d1 + ecd = 0.16 + 0.03 = 0.19 (mm) Choïn L = 50 mm W Vaäy = 1lop L d − 1= 11cd 50 − = 262,16(vong / lop ) 0.19 Chọn W1lơp = 260 vòng/lớp - Số lớp dây cuộnsơ cấp N 1lop = W W 1lop Chọn N1lớp = lớp = 1100 = 4.23lop 260 >1500 NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M - Bề dày cuộn sơ cấp: ε1 =( d1cd * Nlớp ) + ecd ( N1lớp - 1) ε1 = ( 0.19 * ) + 0.03 (4 - 1) = 0.85 (mm) - Soá vòng dây thứ cấp cho lớp dây: d2cd = d2 + ecd = 0.56 + 0.03 = 0.59 mm W2lớp = (L/d2cd) - = 50 / 0.59 - = 83.7 Vòng / lớp Chọn W2lớp = 85 vòng/lớp - Số lớp dây cuộn thứ cấp: N2lơp = W2 / W2lôp = 100 / 85 = 1,18 (lớp) Chọn N2lớp = lớp - Bề dày cuộn thứ cấp: ε2 = (d2cd * N2lớp) + ecd (N2lớp -1) ε2 = (0.59 * 2) +0.03 ( 2-1) = 1.21(mm) - Bề dày toàn cuộn dây quấn εT = (1.1 - 1.25) ( ek + ε1 + ε2 +ε12 +en ) choïn ek = 1, e12 = 0.3, en = 0.5 => εT = 1.1 ( + 0.85 +3 +0.3 + 1.21 + 0.5 ) = 4.25(mm) IV Tính chọn nguồn chỉnh lưu DC cung cấp cho mạch điều khiển Thyristor: H.IV a H.IV 7b Mạch chỉnh lưu toàn kỳ bốn Diod D1,D2,D3,D4,được cung cấp nguồn xoay chiều từ lưới điện 220V có tần số f = 50 Hz, hạ áp xuống phía thứ cấp U2 H.IV.7a + Nguyên lý hoạt động maïch: NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Giả sử bán kỳ đầu dương: Dòng điện từ A qua D1, qua phụ tải R, qua D3 trở B Vậy bán kỳ D1,D3 dẫn, D2 D4 ngắt Bán kỳ sau: Dòng điện từ B qua D2 qua R qua D4 trở A Dạng sóng chỉnh lưu H.IV.7b - Điện áp trung bình tải: u DC = 2π π ∫ u Sinω t = m - Điện áp hiệu dụng tải: V rms 2π = π 2 2 u m = π u = 0.9u π m ∫ u Sin ω tdω t = u m = u - Doøng điện trung bình tải: I = u R DC 2um = = 0.9u π RL RL - Choïn diod cho mạch chỉnh lưu với thông số sau: + Dòng đỉnh Ip >= Im + Dòng trung bình Iavg >= IDC / + Điện áp ngược đỉnh Ing.max >= Um Do ta chọn bốn Diode loại N4007 + Chọn tụ C = 470MF DC L V Tính chọn máy biến áp xung cho mạch điều khiển: Biến áp xung mạch có nhiệm vụ cách ly điện cao với cực điều khiển Trình tự tính toán sau: - Chọn vật liệu sắt từ ∃ 330 với lõi có dạng E,I làm việc phần đặc tính từ hoá: - Chọn ∆B = 0.7 T để tránh lõi biến áp xung bị bão hoà - Tra bảng chọn ∆H = 50 A/m (có khe hở ) - Từ thẩm lõi sắt từ ∆B 0.7 −4 µ = = = 1.4 *10 −7 ∆ Hµ 4π 10 50 - Chọn sơ : l = 0.1 m lkh = 0.01 mm = 10-5m (chiều dài khe hở ) -Từ thẩm trung bình sắt từ µ tb = l lkh + l 0.1 = −5 10 µ - Thể tích lõi sắt từ : V = Q *l = µ + = 5.8 *10 0.1 −4 1.4 *10 * µ * tx * S * E * I ' tb ∆ B NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Q : tieát diện lõi sắt tx = 500Ms : Độ rộng xung S = 12% : Độ sụt tốc độ E = 12v : Nguồn cung cấp I'2= 0.3 A : Dòng thứ cấp qui đổi sơ cấp ⇒ V = 5.8 *10 * * π → V = 13,32 cm −7 10 −6 * 50010 0.15 *12 * 0.3 0.7 Vậy tiết diện lõi sắt Q = V / L = 13.32 / 0.1 = 1.332 cm2 Dựa vào bảng 5.5 sách "Điện tử công suất lớn (Nguyễn Bính)" ta chọn lõi E,I (12 x 6) Q = 1.63 cm2 a = 1.2 cm c = 1.2 cm b = 1.35 cm h = cm H = 4.2 cm B = 1.6 cm C = 4.8 cm H.IV - Số vòng dây cuộn sơ caáp MBA Etx = W ∆ BKQ K = 0.76 : Hệ số lắp đầy −6 12 * 500 *10 Suyra W = −4 = 69 0.7 * 0.76 * 1.63 *10 Chọn tỉ lệ 1:1 nên W2 = W1 = 69 vòng - Đường kính dây quấn sơ cấp đường kính dây quấn thứ cấp d = d = 1.13 I ' J Chọn mật độ dòng điện J = 5A/ mm (do MBA làm việc ngắn hạn lặp lại) NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Suyra d = d = 1.13 = 0.27 mm Choïn d1 = d2 = 0.2 mm Với J mật độ dòng điện VI Sơ đồ nguyên lý tính toán linh kiện cho mạch điều khiển pha dùng Thyristor: Sơ đồ nguyên lý: Như chúng em giới thiệu chương II, mạch điều khiển Thyristor có nhiều loại, mạch có ưu nhược điểm khác Vậy em định chọn mạch điều khiển Thyristor điện áp để thi công vì: + Mạch đơn giản, gọn nhẹ cần thay đổi biến trở VR để thay đổi góc kích α + Mạch làm việc ổn định, nguy hiểm + Giá thành tương đối rẻ, có tính thực tế cao H.IV Kết nối mạch điều khiển với mạch chỉnh lưu sau: a) Kết nối mạch pha: H.IV.11 H.IV.12 H.IV.11 mạch chỉnh lưu pha chu kì, H.IV.12 mạch chỉnh lưu pha hai nửa chu kì NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M H.IV H.IV H.IV.13 sơ đồ chỉnh lưu cầu pha bất đối xứng, H.IV.14 sơ đồ chỉnh lưu cầu pha đối xứng, b) Kết nối mạch ba pha: NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M H.IV Các điểm ghi số 1, 2, 3, chữ G mạch điều khiển điểm nối vào điểm chữ số ghi sơ đồ chỉnh lưu tng ứng Với mạch điều khiển chỉnh lưu trên, thời gian, kiến thức kinh tế có hạn, nên em thi công ba modul mạch điều khiển ba sơ đồ chỉnh lưu sơ đồ chỉnh lưu pha chu kỳ, chỉnh lưu cầu pha không đối xứng chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng Tính toán linh kiện cho mạch điều khiển ( H.IV.10) Chọn D1, D2 diode loaïi N4007 D2 = 15 V , I2 = 500mA Chọn xung ngõ G có: UG = 10 V IG = 150 mA R7 = UG / IG = 20 / 150*10-3+ R7 = 66Ω Do Q3,Q4 laøm việc chế độ bão hoà nên áp A VA = UG = 10V Ta có Vcc = VA ( R4 + R5) / R4 Choïn R4 = R5 = 10 KΩ  Vcc = 10*2 =20 VDC Vậy điện áp thứ cấp MBA u = 20V ≈ 15VAC + Tính tầng khuếch đại Q1,Q2 Chọn điện cực E Q1 ,Q2 ( so với đất ) VE1 = 1V Giả sử Q1, Q2 có VBE = 0.6 V Do đó: VB1 = VE1 + VBE1 = + 0.6 = 1.6V Choïn VCE1 = VCE2 = V Tacoù VC1 = VCE1 + VE1 = +1 = V VE2 = VB2 - VBE2 = - 0.6 =4.4 V (VB2 = VC1) VC2 = VE2 + VCE2 = 4.4 + = 8.4 V Chọn dòng qua chân C Q1 laø: IC1 = 50 mA , β = 120 Suy R2 = ( Vcc -Vc1 ) / IC1 = (20 -5 )/50mA = 300 Ω Choïn : R2 = 330 Ω Chọn dòng qua chân C Q2 laø: IC2 = 100mA, β = 100 ⇒ R3 = Choïn : V cc − V c1 I = 20 − 8.4 = 136(Ω ) 100mA R3 = 220 Ω NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M + Công suấtcực đại rơi cực C Q1 Q2 là: PC1 = IC1 * VC1 = 50mA * 5V =250 mW PC2 = IC2 * VC2 = 100mA * 8.4V =840 mW Như ta chọn Q1,Q2 có thông số sau: Chọn Q1 2SC828 (loại NPN) có: Ic =50 mA β = 130 ÷ 520 mA IB = 50 /120 = 0.42 mA Pc = 400 mW VCBO = 30 V VEBO = V Tj =150 oC Chọn Q2 2SD468 Ic =1 mA β = 85 ÷ 240 mA IB = /100 = 10 mA Pc = 900 mW VCBO = 25 V VEBO = 5V Tj = 150 oC Theo sơ đồ tương đương UJT thay hai Transistor khác loại ta chọn: Q3 loại 2SA1015 (PNP) có: Ic = -150 mA β = 70 ÷ 240 mA Pc = 400 mW VCBO = -50 V VEBO = -5 V Tj =125oC Q4 loại 2SC1815 (NPN) có: Ic = 150 mA β = 70 ÷ 700 mA Pc = 400 mW VCBO = 50 V VEBO = V Tj =125oC Chọn điện trở giới hạn R1 = 4.7K Ω ,5W C = 0.1 µF,600V Chọn biến trở điều chỉnh VR = 10 K Ω + Tính chọn R6 Uñk = IB1*VR + VBE1 + IE1 R6 Xem IE1≈ IC1 = 50V Uñk = 5V NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Trường hợp biến trở VR giá trị Max tức VR = 10K : R6 = u −V dk BE1 I − I V B1 R1 C1 = 8.5 − 0.6 − 0.42mA *10kΩ = 74Ω 50mA Trường hợp biến trở VR vị trí tức VR =0 Ω R6 = u dk − V BE1 − I C1 I V B1 R1 = 8.5 − 0.6 − 0.42mA * 0kΩ = 158Ω 50mA Từ hai trường hợp chọn R6 = 220 Ω ,R9 = R10 = 15 Ω VR2 =10 K Ω Với giá trị tính toán mạch điều khiển vẽ lại sau: H.IV Thiết kế mạch in cho mạch điều khiển (H.IV.10) Sơ đồ mạch in chúng em thiết kế sau: Tiến hành lắp ráp mạch: Sau thực công tác cho mạch chạy thử Testboard, chuẩn bị linh kiện mạch in, công tác lắp ráp tiến hành sau: -Vẽ mạch in ngâm mạch vào hoá chất -Dùng Ohm kế để kiểm tra đường nối mạch in -Tiến hành ráp hàn chân linh kiện -Tiến hành hàn dây cấp nguồn thông qua MBA, hạ áp phía thứ cấp 15VDC - Thử mạch điều chỉnh cần thiết - Lắp ráp mạch vào vỏ hộp - Hoàn chỉnh phần lại VII.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ba pha hình tia hay ba pha bất đối xứng dùng Thyristor: NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M Cách tính chọn linh kiện cho mạch điều khiển loại tương tự mạch điều khiển pha, ta có sơ đồ nguyên lý (H.VII) Như để điều khiển mạch chỉnh lưu cầu pha bất đối xứng ta dùng môdul để điều khiển Còn mạch chỉnh lưu ba pha hình tia hay mạch chỉnh lưu cầu ba pha bất đối xứng ta phải sử dụng ba modul để điều khiển VIII Hướng phát triển đề tài: Vì lý thời gian kinh tế có hạn em giới hạn thi công ba modul sử dụng máy biến áp xung Để điều khiển mạch chỉnh lưu cầu pha ba pha đối xứng dùng Thyristor ta phải thi công tất sáu modul có sử dụng máy biến áp xung để cách ly điện áp ngõ vào ngõ mạch điều khiển NGU Y E N V A N B I E N T B D @ G M A I L C O M ... bé III Mạch chỉnh lưu cầu môt pha không đối xứng: Sơ đồ mạch nguyên lý hoạt động: Trong sơ đồ H.II.5a sử dụng hai Thyristor T1 T2, hai diod D''1 D''2 Việc thay Thyristor diod giảm giá thành mạch. .. xung định thời gian dòng qua Thyristor đạt đến giá trị dòng cài (tra sổ tay nghiên cưú ứng với loại Thyristor sử dụng ) Trong thực tế mạch tạo xung thường sử dụng mạch vi phân tín hiệu xung vuông... = UZ > 0) - Ưu nhược điểm mạch + Mạch làm việc hai nửa chu kỳ + Thay đổi ngõ chiết áp R + Mạch làm việc không tuyến tính Mạch điều khiển Thyristor điện áp: Tương tự mạch H.II.11a, ta thay transistor