a.Khâu tạo xung đồng bộvà điều biến độ rộng xung:
Hai khâu này bao gồm : một vi mạch IC 555 kết nối với hai tụ C1, C2và hai điện trở R1,R2. Khâu tạo xung này dùng IC 555 làm việc ở chế độ đa hài nó có tác dụng tạo ra dãy xung có tần số mong muốn.
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang Tảo xung
đồng bộ
Điều chế xung
Khuyếch
âải xung Van Vcc = 5 15
Ura Ra
0,1àF 3
2 6 7
8 4
5 1
C
Hỗnh IV-3 1
2 7 6
8 4 3
5 xRb
*.Nguyón lyù hoảt õọỹng cuớa mảch nhỉ đã nói ở phần xung điều khiển .
Tính chọn linh kiện cho mạch ngoài IC555 .Như đã tính ở phần trước ta có : T1 = 0,7C(Ra + x.Rb).
T2 = 0,7C((1-x)Rb).
Để đơn giản ta chọn C = 1àF.
Đây là khâu tạo ra dao động đa hài với tần số không đổi và được xác định
( a b)
b C R R
f = +
7 , 0
1 .
Nếu ta thay đổi tần số theo quy luật U/f = const = K
K = Uâm/fâm = 468,7/50 = 9,37
Ứng với fmin = 3Hz => Umin = K.fmin = 9,37.3 = 28 (V).
α = Umin/Ud = 28/468,7 = 0,06.
Txaí/T = 0,06 => Tnảp = 0,06.T
Nếu chọn fb = 150Hz thì T =1/f = 1/150 = 0,0067 (s).
Txaí = 0,06.0,0067 = 0,0004(s).
Mặt khác : Txả = 0,7.C.(Ra) => Ra = 0,0004/0,7.10-6 = 571,4 (Ω).
0,7.C.(Ra + 2Rb) = T = 0,0067 => Ra + 2Rb = 0,0067/0,7.10-6. Ra + 2Rb = 9524(Ω).
Rb = (9524 - 572)/2 = 4476(Ω).
(vì qua khâu điều biến xung thì xung ra bị đảo pha so với xung vào nên Txả = T1).
Nguyên lý điều biến độ rộng xung được thực hiện như sau:
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
ε = T T2
= ( )
) (
7 , 0
) 1
( 7 , 0
b a
b a
R R C
R x R
C
+
−
+ = ( )
) (
) 1
(
b a
b a
R R
R x R
+
− +
Bằng cách thay đổi tỷ số x ta thay đổi được ε từ đó thay đổi được điện áp đặt vào bộ nghịch lưu.Tỷ số x được thay đổi bằng cách xoay biến trở Rb.
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
CHặÅNG V
SỰ CỐ VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ I.Đặt vấn đề :
Các thiết bị và linh kiện bán dẫn ngày nay sử dụng rất nhiều lĩnh trong tất cả các lĩnh vực. Tuy vậy chúng có nhược điểm là rất nhạy cảm với chế độ làm việc bất thường có thể dẫn đến hư hỏng một phần hay toàn bộ thiết bị.
*Với bộ biến tần ta có thể phan chia làm hai loại sự cố :
+Sự cố diễn ra bên ngoài thiết bị như ngắn mạch đầu ra, ngắn mạch phụ tải,ngắn mạch sau nghịch lưu, đột nhiên mất điện, sấm sét...
+Sụ cố xảy ra bên trong như :một linh kiện nào đó của mạch bị hư hỏng do đó mạch không làm việc được, các linh kiện mất tác dụng hoặc hư hỏng theo.
Nếu các loại sự cố không được khắc phục kịp thời thì sẽ dẫn đến hư hại động cơ,thiết bị điều khiển và các thiệt hại đáng kể khác. Vì vậy việc bảo vệ cho các thiết bị làm việc an toàn là điều không thể thiếu được.
Việc lựa chọn các thiết bị cũng như phương pháp bảo vệ phải được tiến hành trên cơ sở chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Bởi vì cùng một mục đích bảo vệ có thể dùng các phương pháp khác nhau, thiết bị bảo vệ khác nhau. Các thiết bị có giá trị quan trọng về mặt kinh tế cũng như an toàn cần phải được bảo vệ bằng phương pháp bảo vệ có độ tin cậy cao. Các phần còn lại có thể sử dụng phương pháp và thiết bị bảo vệ đơn giản và rẽ tiền hơn.
Khi tiến hành chọn và thực hiện bảo vệ cho các thiết bị bán dẫn, ta cần chú ý đến các thông số giới hạn sử dụng của chúng.
+Điện áp ngược lớn nhất.
+Giá trị trung bình cho phép đối với dòng điện.
+Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện và điện áp :dtdi và dudt .
+Thời gian mở và khoá của linh kiện bán dẫn ton , toff việc lựa chọn các thông số của mạch bảo vệ,tuỳ thuộc vào các loại sự cố và dựa trên các loại sự cố.
II.Bảo vệ chống quá áp và tộc độ tăng áp.
Khi chọn giá trị điện áp cho các thiết bị bán dẫn ở mạch động lực ta thường chọn hệ số dự trữ KU = 1,5. Nhưng điện áp của các thiết bị phải chịu trong quá trình làm việc có thể lên đến hàng nghìn vôn (do quá trình quá độ hoặc sự cố) người ta gọi là hiện tượng quá áp.
*Hiện tượng quá áp xảy ra do các nguyên nhân sau.
-nguyên nhân nội tại : Đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn trong quá trình chuyển mạch. Khi khoá các linh kiện bán dẫn bằng điện áp ngược thì các điện tích này đổi ngược hành trình tạo dòng điện ngược chảy trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược chiều này gây nên sức điện Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm (luôn luôn có) trong mạch. Vì vậy giữa catốt và anốt của diod của tisitor hay các cực C và E của transistor xuất hiện điện ạp.
*nguyãn nhán bãn ngoaìi :
Những nguyên nhân này thông thường xảy ra ngẫu nhiên như : khi sấm sét, khi đóng ngắt các thiết bị không dứt khoác, cảm kháng bản thân của MBA và của điện dung của cuộn thứ cấp vào thời điểm đó có thể gay ra hiện tượng dao dộng điện áp với biên độ vược quá biên độ điện áp nguồn nhiều lần.
Để bảo vệ người ta thường dùng áptômát hay hay mạch RC mắc song song với thiết bị cần bảo vệ. Các đạo hàm dudt cao ở các cực của diod ,tiristor hay transistor tạo nên dòng điện i = C. dudt trong tụ mắc trên các cực của linh kiện đó. Điện cảm của mạch hạn chế biên độ dòng điện qua tụ điện. Người ta sử dụng mạch RC làm mạch trợ giúp lúc chuyển mạch.
Khi diod mở trên hình : tụ C phóng điện qua diod. Người ta có thể hạn chế đạo hàm dt
du bằng điện trở R. Để cải thiện bảo vệ chống lại dt
du người ta mắc thêm diod D song song với R. Tham số của mạch R,C được chọn vào khoảng ) 0,01ữ1àF từ 10 ÷100Ω.
III.Bảo vệ quá dòng và tốc độ tăng dòng .
Dòng điện là nguyên nhân trực tiếp gây nên các hư hỏng cho các thiết bị bán dẫn do tác dụng nhiệt của nó. Mọi mặt ghép của bán dẫn đều tồn tại giá trị điện trở R nào đó, khi dòng điện lớn,hiệu ứng nhiệt lớn, Q = I2.R sẽ tác động lên mặt ghép bán dẫn làm nóng chảy và phá huỷ mặt ghép
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
R D C
R D
D C
Hỗnh V-1
Nguyên nhân quá dòng điện có thể là do tác động từ bên ngoài như điện áp tăng cao tồn tại trong khoảng thời gian dài hoặc có thể là do nguyên nhân nội tại như ngắn mạch, quá tải khởi động động cơ ...
Tác hại của quá trình tăng dòng điện cũng có nguyên nhân tương tự như thiết bị chịu dòng quá cao. Khi có sự tăng nhanh dòng điện các hạt đa số được tăng tốc lên và đạt đến tốc độ có thể va chạm với các hạt khác gây nên một hiệu ứng rất lớn phá huỷ mặt ghép.
Tốc độ tăng trưởng dòng điện cho phép của Transistor có trong bộ nghịch lưu là:
on CMax
t I dt di =
ϕ = (A/m.s) =7/6 = 1,16(A/m.s).
Tuy nhiên đối với các Transistor thường ton rất lớn. Giả sử đối với hai Transistor trong cùng một pha theo công thức kinh nghiệm thì điện kháng L dược tính gần õuùng nhổ sau :
( .2π . ) .ϕ
1
max dt
I di f L
L U + ≤
(468,7 .2 50.1,125) 1,16.106
1 +L π ≤
L
L = 0,42 (mH).
ϕ dt.
di rất lớn nên trị số L là quá nhỏ do đó có thể bỏ qua không cần thiết.
Để bảo vệ cho thiết bị quá dòng điện và quá tải người ta thường dùng thiết bị là cầu chì, rơ le nhiệt aptomat.
1.Cầu chì.
Cầu chì làm việc dụa trên nguyên tắc dòng điện lớn chảy qua dây dẫn có nhiệt độ nóng chảy thấp dây chảy này chịu được một giá trị dòng điện nào đó, khi vược quá giá trị dòng điện này thì dây chảy đứt ra làm hở mạch và bảo vệ thiết bị nằm phía sau nó.
*. Ưu điểm :
- Giá thành rẽ, đơn giản, dể thực hiện.
- Không nhạy cảm với dòng điện khởi động của động cơ.
*. Nhược điểm :
- Khi bị đứt cần phải cách ly mạch điện để phục hồi.
*. Khi chọn dây chảy cần chú ý đến các đặt điểm sau : - Uđm của dây chảy ≥ Uđm cuả mạch bảo vệ.
- Dòng điện làm việc ở trạng thái bình thường không làm chảy dây chảy trong suốt quá trình làm việc.
- Dòng điện định mức cuả dây chảy > dòng khởi động của dộng cơ.
IV. bảo vệ ngắn mạch dùng dây chảy.
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
Để bảo vệ diod và Transistor tránh dòng điện phá hỏng tiếp giáp người ta dùng dây chảy tác động nhanh, các loại dây chảy làm bằng bạc lá đặt trong vỏ sứ có chứa cát thạch anh hoặc nước cất. Có nhiều cách đặt dây chảy để bảo vệ thiết bị bán dẫn.
1. Bảo vệ mạch chỉnh lưu :
Để đảm bảo cho mạch chỉnh lưu hoạt động với độ tin cậy cao có thể đặt cầu chì bảo vệ các vị trí như hình vẽ.
Câu chì CC1 dùng dùng để bảo vệ ngắn mạch bên ngoài trước MBA,được chọn theo giá trị hiệu dụng dòng điện sơ cấp MBA còn điện áp được chọn theo điện áp pha sơ cấp MBA.
Ta chọn CC1 có thông số dòng và áp thoả mản điều kiện sau : UâmCC1 > U1 =220 (V).
I1MBA ≤ Iâm.cc1 ≤ 1,3 I1MBA
I1MBA = 1.3.1,125. = 1,59 (A) = 2 (A).
) ( 34 , 100 0
3 2
2
mm
d = =
⇒ .
Vậy ta chọn cầu chì CC1 có đường kính d = 0.34mm.
Cầu chì CC2 dùng để bảo vệ ngắn mạch bên ngoài được chọn theo giá trị thứ cấp MBA.:
Ta chọn CC2 có các thông số sau : UâmCC1 ≥ U2f = 550 (V).
I2 ≤ IâmCC2 ≤ 1,3I2 . Với I2 = 0,45 (A).
0,45 ≤ IâmCC2 ≤ 0,585 (A).
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
Hỗnh V-2
CC1 CC2 CC3
CC4
mm
d 0,15
100 585 ,
3 0
2 =
=
⇒ .
Vậy ta chọn cầu chì CC2 có đường kính : d = 0,15(mm).
Cầu chì CC3 và CC4 dùng để bảo vệ cho từng diod chỉnh lưu được chọn theo giá trị điện áp chỉnh lưu Ud0 = 496 (V) cũng rất cao nên phải đặt tại phân xưỡng.
Tuy nhiên với cầu chì CC2 tác động nhanh sẽ đảm bảo được độ tin cậy cao. Do đó để đảm bảo về mặt kinh tế ta chọn phương án về mặt kinh tế ta chọn phương án không đặt cầu chì bảo vệ cho từng diod.
2. Dùng cầu chì bảo vệ trước động cơ :
Ta đặt cầu bảo vệ CC5 trước động cơ (sau bộ nghịch lưu) như hình (Hình V-3).
Cầu chì CC5 được chọn theo giá trị định mức của động cơ về áp và dòng như sau : UâmCC5 ≥ U2fâc =220.
I2fâc ≤ IâmCC5 ≤ 1,3I2fâc . Với I2fđc = 0,3 (A).
0,45 ≤ IâmCC2 ≤ 0,39 (A).
mm
d 0,115
100 39 ,
3 0
2 =
=
⇒ .
Vậy ta chọn cầu chì CC5 có đường kính d = 0,115 (mm).
3.Bảo vệ quá áp chobộ nghịch lưu.
Với bộ nghịch lưu dùng Transistor đã có tụ C và Diod mắc song song ngượclàm mạch trợ giỳp đúng mở cho nờn ta khụng cần đặt thờm thiờùt bị bảo vệ.
PHẦN THI CÔNG
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
Nghởch
lổu ÂK
CC5
Sau khi tính toán xong phần lý thuyết chúng em đã đi vào lắp ráp bộ biến tần với theo mô hình đã khảo sát với các công đoạn như sau :
- Lắp ráp bộ chỉnh lưu và quấn MBA lực.
- Lắp ráp mạch động lực kể cả phần bảo vệ thiết bị biến đổi.
- Lắp ráp mạch điều khiển nghịch lưu.
- Lắp ráp mạch điều khiển bộ điều chỉnh xung áp.
1.lắp ráp bộ chỉnh lưu và quấn MBA lực : với diod được chon như sau :
Điện áp ra của bộ chỉnh lưu Ud = 468,7 (V).
Như đã tính toán ở phần trước ta chọn diod loại : Chịu được áp ngược UDngmax = 1244 (V).
Và chịu được dòng ID = 0,18 (A).
Ký hiệu : Hỗnh dảng :
Hình dạng mạch từ MBA:
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
A K
k
A K
k
2.lắp ráp bộ điều khiển gồm các linh kiện sau :
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
IC OUT 555
Ground Trigger
Thershold 5
1 2 3 4
6 7 8
reset Ctrl Voltage
Dis Vcc
-
+
Q -
S R 1
2 3
4 5
6 7 8
+
IC 4013
1 2 43 5 6
7 8
9 10 1311 1314 Reset1
Q1 Q1 Clock1
Clock2 Reset2 Set2 Data1
Data2 Set1
Vcc
Vcc Q2 Q1
14 13 12 11 10 9 8
1 2 3 4 5 6 7
Lắp ráp mạch động lực :gồm các linh kiện sau.
Sinh viên thực NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Trang
1 àF 50 VV Tụ điện
K
A C
E
OCTOCOUPLER LED
E B C
E B C
E B C Kí hiệu
Kí hiệu Hình dáng Hình dáng Kí hiệu Hình dáng
BJT loải D1878 BJT loải C2229 BJT loải C828