Đồ án Thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn cho lũ tụi thộp

Lời nói đầu Hiện nay các thiết bị điện tử công suất chiếm hơn 30% trong số các thiết bị của một xí nghiệp công nghiệp hiện đại. Điện tử công suất góp phần giải quyết những bài toán phức tạp trong lĩnh vực tự động hóa cũng như trong đời sống hàng ngày. Môn học Điện tử công suất là một trong những môn chủ yếu để đào tạo sinh viên ngành tự động hóa nói riêng và sinh viên ngành kỹ thuật nói chung. Với sự giảng dạy nhiệt tỡnh của cỏc thầy cụ trong khoa em đó từng bước tiếp cận mụn học. Để cú thể nắm vững phần lý thuyết và ỏp dụng kiến thức đú vào trong thực tế, ở học kỳ này em được cỏc thầy giao cho đồ ỏn mụn học với đề tài : “ Thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn cho lũ tụi thộp “ Đõy là một đề tài cú quy mụ và ứng dụng thực tế rất lớn. Cỏc bộ chỉnh lưu và nghịch lưu đó được một số nhà muỏy luyện kim, nhà mỏy xi măng… ở nước ta đưa vào sử dụng, lắp đặt và đó chiếm được ưu thế. Với sự cố gắng của bản thõn, cựng với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tỡnh của cỏc thầy cụ trong mụn học. đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của thầy “Trần Trọng Minh” đó giỳp em hoàn thành đồ ỏn mụn học này. Do lần đầu tiờn làm đồ ỏn mụn học Điện Tử Cụng Suất kinh nghiệm chưa cú nờn em khụng trỏnh khỏi mắc sai sút, mong cỏc thầy giỳp đỡ. Em xin chõn thành cảm ơn ! Hà nội tháng 6 năm 2006 Sinh viên thực hiện Đặng Duy Phú Mục lục Trang Lời núi đầu 2 Chương I Tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu của công nghệ lò tôi thép 4 Chương II Đề xuất và lựa chọn phương án 7 Chương III Tớnh toỏn mạch lực 10 Chương IV Thiết kế và tớnh toỏn mạch điều khiển 18 Chương V Nguyờn lý hoạt động của toàn bộ hệ thống 32 Kết luận 33 Tài liệu tham khảo Phần I TèM HIỂU VỀ CễNG NGHỆ VÀ YấU CẦU KỸ THUẬT CỦA Lề TễI THẫP. I.Giới thiệu về lò cảm ứng. 1.1 Khái quát chung: Hiện nay trong công nghiệp luyện kim, luyện thép trong lò điện là một khâu quan trọng. Các loại lò điện thường dùng là Lò điện trở Lò hồ quang Lò cảm ứng Trong đó lò cảm ứng được ứng dụng rất rộng rãi, đăc biệt là các lò tôi tần số .Trong những lò này, nguyên liệu được nung nóng nhờ dòng điện xoay chiều với tần số cao nhờ vào hiệu ứng dòng Fucô. 1.2 Lò tôi cao tần: -Tụi thộp là sự nung núng thộp đến nhiệt độ cao hơn cỏc biến đổi pha, hóm ở nhiệt độ đú và làm nguội nhanh với tốc độ lớn hơn tốc độ tới hạn. -Mục đích của quá trình tôi thép: + Nõng cao độ cứng (HRC) bề mặt, độ bền và tớnh mài mũn của thộp. + Đạt được sự phối hợp tốt cỏc tớnh chất cơ khớ khỏc. Tụi tần số cao (tụi cảm ứng) là phương phỏp tụi cụng nghệ tiờn tiến, chủ yếu dựng để tụi bề mặt, nú cho phộp bề mặt đạt độ cứng và tớnh mài mũn cao hơn cỏc phương phỏp tụi thụng thường, cũn phần lừi vẫn đạt độ dẻo 1.2.1Nguyên lý làm việc: Khi cho dòng điện có tần số cao chạy qua vòng dây dẫn( vòng cảm ứng ) sẽ tạo ra một từ trường thay đổi mãnh liệt bên trong vòng dây.Vật cần tôi được đặt trong từ trường xoay chiều đó. Sự bố trí cuộn dây cảm ứng và chi tiết cần tôi có thể coi như một máy biến áp. Vòng cảm ứng là cuộn sơ cấp nơi dòng điện đi vào còn chi tiết cần tôi là cuộn thứ cấp ngắn mạch.Chính điều này gây ra dòng điện rất lớn chảy qua chi tiết tôi gọi là dòng điện xoáy ( dòng Fucô). Nhờ vào hiệu ứng bề mặt mà dòng điện xoáy sẽ chỉ chảy ở lớp bề mặt mỏng của chi tiết tôi, cũng chính nhờ hiệu ứng bề mặt mà tác dụng nung nóng của dòng xoay chiều chảy trong chi tiết tăng lên rất nhiều. Nhờ vậy, bề mặt chi tiết được nung nóng đến nhiệt độ quy định trong thời gian ngắn. Sau đó bằng các phương pháp làm nguội nhanh để có được độ cứng bề mặt cần thiết. Sự phân bố dòng điện trong chi tiết tôi tuân theo quy luật:  Một cách gần đúng có thể coi δ là chiều sâu của lớp có dòng điện chạy qua, cũng chính là chiều sâu lớp tôi và được tính theo công thức: (cm) trong đú: ρ : điện trở suất (Ω.cm) μ : độ từ thẩm f : tần số dũng điện (Hz) Năng lượng chuyển thành nhiệt trong khối liệu W W = I2.n2.2.л.(d/h).-9 ) I : Cường độ dũng trong cuộn cảm n : Số vũng cảm ứng d : Đường kớnh nồi lũ (cm) h : Chiều cao kim loại trong lũ (cm) μ : Độ từ thẩm ; ρ : Điện trở suất mẻ liệu (Ωcm) Như vậy, để tăng nhiệt lượng nung nóng chi tiết, ta có thể tăng cường độ dòng điện hoặc tăng tần số dòng điện. Thực tế, tăng dòng điện quá lớn có thể gây hỏng vòng dây cảm ứng gây ra ngắn mạch nên ta thường chọn phương án tăng tần số để tăng công suất tôi. 1.2.2 Ưu điểm của lò tôi tần số: • Cú thể truyền năng lượng cho vật cần gia cụng nhanh chúng và trực tiếp, khụng cần phải qua một khõu trung gian nào nờn cú thể tiến hành tự động hoỏ ở mức độ cao. Cú thể gia nhiệt ở mụi trường trung tớnh, chõn khụng một cỏch dễ dàng. • Trong cụng nghệ tụi thộp, người ta cần nung đỏ bề mặt chi tiết lờn nhanh chúng, sau đú làm nguội lạnh đi cũng rất nhanh để bề mặt chi tiết cú độ cứng cần thiết mà bờn trong chi tiết vẫn giữ được độ mềm dẻo của thộp. Khi gia nhiệt bằng dũng điện cao tần, nhờ hiệu ứng bề mặt bề mặt của chi tiết dược nung đỏ lờn một cỏch nhanh chúng do đó chất lượng tôi cao. • Vật tôi ít biến dạng do lớp tôi rất mỏng • Cú thể tụi cỏc chi tiết cú hỡnh dỏng và bề mặt bất kỳ. • Là phương pháp tôi không tiếp xúc nên chi tiết tôi được giữ sạch. • Dựng phương phỏp gia nhiệt cao tần cho ta đạt được năng suất lao động cao, giảm được những lao động cực nhọc trong cỏc phõn xưởng rốn dập ở cỏc nhà mỏy chế tạo cơ khớ. 1.2.3 Đặc điểm của công nghệ tôi tần số: Trong quá trình tôi thép bằng lò tôi cao tần, độ từ thẩm và điện trở suất của thép sẽ thay đổi do nhiệt độ thay đổi. Tuy nhiên nhiệt độ tôi chỉ đạt đến nhiệt độ Quire ( thép chưa chảy ) nên điện trở suất và độ từ thẩm thay đổi không đáng kể. Mặt khác tần số dòng điện rất lớn nên khi tôi, chiều sâu lớp tôi thay đổi không đáng kể vì (cm). Hơn nữa chiều sâu lớp tôi rất nhỏ so với đường kính vật tôi. Do đó trong quá trình tôi, vật tôi( tải) thay đổi không đáng kể và có tính chất cảm. Phần II : Đề xuất các phương án và lựa chọn phương án Do đặc thù của lò tôi cảm ứng, nên ta chọn nghịch lưu một pha cho phần nghịch lưu của bộ nguồn lò tôi thép. Ta sét lần lượt các sơ đồ sau: 1. Sơ đồ nghịch lưu áp một pha: Đặc điểm: nguồn đầu vào là nguồn áp, nên có tụ C (C->) mắc song song với điện trở nguồn. Do vậy nguồn trở thành nguồn hai chiều: phát năng lượng cho tải đồng thời tiếp nhận năng lượng của tải trả ngược về, được tích luỹ trong tụ C, thông qua các diode mắc song song ngược với các van động lực chính. Xét đồ thị hoạt động của mạch: - Điện áp nghịch lưu có dạng xung vuông chữ nhật, có tần số fN tạo ra nhờ đóng mở các cặp van T1,T2 và T3,T4 một cách có chu kỳ: fN=fđk Do đó khi thay đổi tần số điều khiển fđk có thể thay đổi tần số nghịch lưu fN tuỳ ý. Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: Điều chỉnh được tần số fN Các van chủ đạo sử dụng là các van điều khiển hoàn toàn do đó dễ điều khiển đóng mở các van. + Nhược điểm: Số lượng van sử dụng khá nhiều Công suất bộ biến đổi (BBĐ) phụ thuộc vào công suất của van nên bị hạn chế. UN có dạng xung chữ nhật nên khị phân tích Furie sẽ xuất hiện nhiều thành phần sóng điều hoà bấc cao do đó làm giảm hiệu suất của BBĐ 2. Sơ đồ nghịch lưu dòng một pha: - Đặc điểm: Nguồn đầu vào là nguồn dòng, do đó nguồn được nối nối tiếp với Ld (Ld -> ) nhằm san phẳng dòng đầu vào: Td = const. - Dòng điện nghịch lưu có dạng xung chữ nhật, có tần số fN tạo ra nhờ đóng mở các cặp van T1,T2 và T3,T4 một cách có chu kỳ. Do đó có thể thay đổi fN theo tần số điều khiển fđk. Xét đồ thị hoạt động của mạch: Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: Điều chỉnh đựơc tần số fN Van sử dụng là van Tiristor nên có công suất lớn hơn rất nhiều so với sơ đồ trên (sử dụng van điều khiển hoàn toàn) Chỉ cần quan tâm đến vấn đề mở van, vì khi mở van cặp van này sẽ làm cặp van kia đóng lại + Nhược điểm: Không làm việc được ở chế độ không tải Dòng nghịch lưu có dạng xung chữ nhật nên chứa nhiều thành phần sóng điều hoà bậc cao làm giảm hiệu suất BBĐ. Dạng điện áp và góc khoá góc khoá nghịch lưu thay đổi khi giá trị của điện cảm đầu vào Ld thay đổi. Cụ thể: Ld= => id = Id= const, dòng nghịch lưu có dạng xung chữ nhật. Và có ut biến thiên hàm mũ và góc khoá là max. Ld< nhưng vẫn đảm bảo id liên tục. Lúc này iN có dạng nhấp nhô do vẫn chứa các sóng điều hoà bậc cao. Dạng điện áp gần sine hơn nhưng góc khoá giảm đi. Ld< dòng bị gián đoạn. Khi đó trong mạch có thể xảy ra cộng hưởng L,C điện áp sẽ trở nên sine nhưng góc khoá là min. 3. Nghịch lưu cộng hưởng: * ở nghịch lưu dòng (hoặc áp) thì dạng dòng điên iN (hoặc điện áp uN) đều có chứa thành phần sóng điều hoà bậc cao. Vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của BBĐ. Để tăng hiệu suất của BBĐ ta xét nghịch lưu cộng hưởng. * Do tải có tính cảm kháng vì vậy ta phải đấu với tải tụ C để bù lại tính cảm kháng nhằm tạo ra cộng hưởng trong mạch. Nhưng do tải thay đổi liên tục trong quá trình tôi, nên ta không thể thực hiện bù đủ được, do vậy mà mạch chỉ tiệm cận tới dao động cộng hưởng. Sau đây ta xét các mạch dao động cộng hưởng cơ bản: a, Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp: - Do điện cảm tải tạo nên nguồn dòng, bộ nghịch lưu phải là nghịch lưu nguồn áp. Ta xét sơ đồ cầu: • Sơ đồ này sử dụng cộng hưởng nguồn áp nên có thể làm việc được ở chế độ không tải. • Và do cộng hưởng nối tiếp nên sơ đồ này có thể làm việc được với tải biến thiên rộng và trong thực tế sơ đồ này được sử dụng rộng rãi. • Mạch sử dụng IGBT và có tốc độ tăng dòng cũng như tăng áp nhỏ do đó cú thể làm việc với tần số rất cao • Cú phụ tải là một mạch dao động với dũng và ỏp cú dạng hỡnh sin, tải thiết kế cú tớnh chất điện dung do đú cỏc thyristor trờn sơ đồ sẽ chuyển mạch tự nhiờn • Cú thể tạo dũng điện, điện ỏp gần sin nên ít chứa thành phần sóng hài bậc cao • Dũng điện cảm ứng trong cỏc vật liệu sắt từ cung cấp năng lượng làm tăng nhiệt độ của vật, khụng cần đến sự tiếp xỳc giữa nguồn nhiệt với vật bị nung Vì vậy ta chọn sơ đồ này để thiết kế phần nghịch lưu cho bộ nguồn lò tôi thép *Xét hoạt động của mạch: - Điện áp nghịch lưu dạng xung chữ nhật, dòng điện trên tải gần sine và dòng điện vượt trước điện áp ( do thực hiện mồi chậm để chắc chắn cặp van được khoá mới mở cặp van khác). - Tại thời điểm = 0 cho xung mở van T1,T2: dòng đi từ A-> B, tụ C được nạp. Khi tụ C được nạp đầy dòng qua van T1,T2 giảm về 0. Nhưng do tải mang tính cảm nên dòng vẫn giữ nguyên chiều cũ nên khép mạch qua D3,D4 và C0. Khi đó điện áp uc đặt lên T1,T2 làm chúng bị khoá chắc chắn. - Tại thời điểm phát xung mở T3,T4 dòng đi từ B->A và tụ C được nạp theo chiều ngược lại. Khi tụ C nạp đầy dòng qua T3,T4 giảm về 0, dòng lại khép mạch qua D1,D2 và C0. Sau đó quá trình diễn ra lặp lại tương tự như trên. b, Sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng song song: - Sử dụng nguồn dòng vì phụ tải gồm tụ điện, điện cảm và điện trở nối song song ở đầu ra tạo nên tải nguồn áp. - Sơ đồ sử dụng van Tiristor nên công suất cuả BBĐ lớn. Ld có giá trị hữu hạn sao cho kết hợp với Lt , C tạo thành mạch cộng hưởng dao động với tần số riêng: Xét đồ thị hoạt động của mạch: - Do hiện tượng cộng hưởng nên uN, iN có dạng gần sine chứa ít thành phần sóng điều hoà bậc cao do đó mà nâng cao được hiệu suất của BBĐ. - Các đại lượng du/dt, di/dt có giá trị nhỏ nên phù hợp để sử dụng cho thiết bị làm việc với tần số cao, mà không đòi hỏi nhiều về mạch bảo vệ van tránh hiện tượng xung. - Nghịch lưu cộng hưởng có dự trữ góc lớn để nghịch lưu làm việc ổn định và tần số f0<fN _ tần số nghịch lưu, để đảm bảo các van được khoá chắc chắn - Ngịch lưu cộng hưởng song song sử dụng nguồn dòng nên không thể làm việc được ở chế độ không tải. Về vấn đề khởi động : Nghịch lưu cộng hưởng song song được khởi động bằng mạch khởi động khụng phự hợp với cỏc tải hay cú sự thay đổi trong quỏ trỡnh làm việc, cũn nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp được khởi động bằng cỏch tăng dần tần số và mạch sẽ được sử dụng hiệu quả nhất về mặt phỏt huy cụng suất trờn tả khi tần số làm việc ở trong một khoảng nhất định cú thể xỏc định trước.Mặt khác nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp có thẻ làm việc ở chế độ giới hạn f=f0, chế độ này đảm bảo dòng tải là hình sin * Qua những phân tích trên ta đi đến kết luận: sử dụng sơ đồ cầu cộng hưởng nối tiếp (cộng hưởng nguồn áp) để thiết kế phần nghịch lưu cho bộ nguồn lò tôi thép. . Sơ đồ khái quát như hình vẽ Phần III: Tính toán mạch lực 1.Tính toán các thông số lò tôi: Số liệu cho trước: P = 30kW fra = 80kHz Chọn số vòng cảm ứng bằng 3, đường kính dây Ф = 8 c, Chi tiết tôi là lõi thép hình trụ Ф20, điện trở suất ρ = 180.10-9Ωm2/m. Ф20 Ф8 5 cm Khoảng cách giữa vòng cảm ứng và chi tiết tôi là 5 cm. Như vậy chiều cao của chi tiết: h = 3.8 = 24 cm đường kính trong vòng cảm ứng: D = 20+5.2 = 30 cm. Dòng điện từ bề mặt vào tâm giảm dần theo công thức: i = i.e δ: Khoảng cách từ bề mạt dây dẫn theo hướng tâm đến nơi có mật độ dòng diện giảm e = 2.71 lần so với mật độ dòng bề mặt.Khoảng cách này gọi là chiều sâu thẩm thấu. δ = 5030 δ: Ωcm2/cm. Với không khí μ=1. δ = 5030 = 5030 = 0.075 cm 1.1.Tính điện trở của lớp dẫn điện bề mặt chi tiết tôi: R = ρ = ρ Nếu lấy theo đơn vị thực tế (ρ : Ωm2/m). R = Với d’ = d – δ = 20 - 0.075 = 19.925 cm. Thay số: R = = 85.5x10-4 1.2.Tính cảm kháng của cuộn dây: Điện cảm của vòng dây được tính theo công thức: L = x10-9 Với n: số vòng dây. D: đường kính trong vòng cảm ứng. h: chiều cao cuộn dây. Thay số: L = x10-9 = 332.76x10-9 (H) 1.3.Biến đổi sơ đồ: Theo phân tích ở trên, hệ thống coi như 1 máy biến áp lý tưởng, với tỉ số máy biến áp k = 3:1. Sơ đồ thay thế I2 I1 L R Quy đổi máy biến áp: L R’ R’ = k2 x R = 9R = 559.08x10-4 (Ω) Biến đổi: L’ R’’ Ta có: R’’ + jωL’ = Thay số ta được: R’’ + jωL’ = = 0.0726 + 0.016j Như vậy: R’’ = 0.0726(Ω) L’ = = 0.032x10-6 (H) 1.4.Đề xuất phương án: Theo đề yêu cầu Ptôt = 30kW Ptôi = I22R nên: I2 = = = 1529 (A) I1 = = 509.81 (A) Ta thấy công suất tôi của lò lớn, dòng tải lớn nên ta dùng sơ đồ nghịch lưu cộng hưởng nối tiếp với máy biến áp cách ly phối hợp dòng. R’’ L’ C In I1 V3 V2 V4 V1 E Sơ đồ mạch lực 1.5.Tính toán chọn van: Chỉnh lưu cầu 3 pha tạo ra nguồn một chiều có trị số: E = 2.34 x 220 = 515 (V) Đồ thị vector làm việc ở chế độ tới hạn f = f0 : Ura Uc UL UR URLC = UR = I1 x R’’ = 509.81x0.0726= 37 (V) Tỉ số máy biến áp: K = Dòng nghịch lưu: In = K x I1 = 509.1 x = 35.6 (A) Dòng cực đại qua van: Imax = 35.6 = 50.4(A) Chọn hệ số dự trữ Ki = 2 thì dòng định mức của van là: Ivan = Ki x Imax = 2x50.4 = 100.8 (A) Điện áp ngược cực đại van phải chịu: Ungmax = E =515 (V) Chọn hệ số dự trữ Ku = 2 thì: Uvan = Ku x Ungmax = 2x515 = 1030 (V) Từ các thông số trên ta chọn IGBT GA125TS120U module của hãng IR có: VCES = 1200V ICmax = 125A 1.6.Bảo vệ van: Ta dùng các mạch dập RC mắc song song với IGBT để chống quá áp: R2 C2 Theo kinh nghiệm thường lấy C = 0.1 đến 2 μF R = 10 đến 100 Ω. Van có dòng càng lớn thì C càng lớn và R càng nhỏ. Ta lấy C2 = 10Ω R2 = 0.25 μF. Phần IV: Thiết kế mạch điều khiển Cấu trúc mạch điều khiển Chức năng các khâu trong mạch điều khiển: Khâu khởi động : khâu này có chức năng tạo ra xung điều khiển lúc khởi động và được tách ra khi đã có xung phản hồi từ mạch lực, lúc mạch đã hoạt động. Khâu chia xung: khâu này có tác dụng tạo ra xung có tần số phù hợp với yêu cầu của mạch lực bộ nguồn. Đồng thời khâu này có chức năng phân xung điều khiển vào từng kênh cho các nhóm van trong mạch lực. Khâu phản hồi có tác dụng tạo ra xung phản hồi điều khiển mạch (sau khi mạch đã hoạt động). Đồng thời khâu này còn phải thực hiện chặn xung điều khiển từ khâu phát xung khởi động. PLL : là khâu tổng hợp tần số, có chức năng đảm bảo cho tần số nghịch lưu bám theo tần số cộng hưởng( do trong quá trình làm việc, tan số cộng hưởng thay đổi) IGBT driver : tạo ra xung điều khiển phù hợp với IGBT Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển Đầu tiên, khâu phát xung điều khiển khởi động phát ra xung có tần số fđk, xung này được đưa vào khâu chia xung để tạo ra xung có tần số bằng tần số của nghịch lưu fN. Sau đó xung được phân làm 2 kênh để đi vào các IGBT Driver và cho ra xung điều khiển quá trình đóng cắt các van. Sau khi van làm việc, tải bắt đầu hoạt động, dòng điện tải có dạng hình sin. Dong nghịch lưu qua khâu phản hồi để tạo tín hiệu phản hồi điện áp. Tín hiêu. phản hồi làm 2 nhiêm vụ + Dùng làm tín hiệu chặn xung điều khiển của khâu khởi động + Dùng làm tín hiệu so sánh cho bọ dò pha của hệ thống PLL Như vậy sau khi được khởi động, mạch sẽ hoạt động với tín hiệu hồi tiếp từ mạch lực về. Tính toán thiết kế mạch điều khiển Tính toán khâu phát xung điều khiển khởi động: Ta cần tạo ra mạch phát xung điều khiển có tần số fđk=2.fN (vì khi sau khi đi qua khâu chia xung, phân kênh là T-Flip-Flop thì tần số sẽ bị giảm đi một nửa) ở đây ta sử dụng mạch tạo dao động dùng Op-Amp là phổ biến hiện nay: Sơ đồ mạch: Tần số dao động của mạch phù hợp với tần số xung mở Tristor là: fđk= 2fN= 2.150000 = 300000(Hz) Ta có chu kỳ xung của mạch là: T = 2.RC.ln Vì ở đây các điện trở không tham gia vào việc hạn chế dòng điện nên có thể chọn sao cho: T= 2.RC Do đó ta chọn: R1= 1 k và R2= 0,86 k Khi đó: T= 2.RC = 1/ fđk  = Chọn R=1 k => C = Chọn khuếch đại thuật toán: do yêu cầu tạo ra xung có tần số điều khiển fđk=16000 Hz nên ta cần phải chọn một IC có tốc độ nhanh. Do đó ta chọn IC LM318. IC này chỉ gồm một con trên một vỏ nên rất thích hợp với việc làm mạch tạo dao động: Tính toán khâu chia xung và phân kênh Ta sử dụng T-Flip-Flop làm mạch chia xung ( chia 2) và phân kênh. T Flip-Flop được tạo ra từ D-Flip-Flop bằng cách nối đầu ra với đầu vào D. Xung điều khiển được đưa vào đầu vào xung nhịp C của D Flip-Flop. Chọn D Flip-Flop là IC 4013 Chọn IGBT driver Với các thông số tính toán trong mạch lực, ta chọn driver tích hợp trong IC VLA513-01R với các thông số: VCC= 15V VEE = -8V Điện áp tín hiệu vào: -1 - +7V VOH = 14V VOL = -8V  Tín hiệu xung ra có dạng như hình vẽ dưới đây Sơ đồ nối Tính toán khâu phản hồi: a, Biến đổi tín hiệu bằng biến dòng: Ta sử dụng biến dòng để tạo ra tín hiệu áp phản hồi điều khiển mạch. Chọn biến dòng loại - Tín hiệu ra khỏi biến dòng là tín hiệu áp hình sin, đi vào hệ thống PLL để tổng hợp tần số. b, Tạo tín hiệu chặn xung điều khiển: - Để tạo tín hiệu chặn xung điều khiển ta thực hiện như sau: + Khi có tín hiệu điện áp (dạng sin) phản hồi thì nó được chỉnh lưu qua mạch cầu Diode và được lọc bằng tụ. Nó tạo thành dòng chảy qua cực gốc phát của Trazitor làm cho Tranzitor dẫn ở trạng thái bão hòa, do đó tín hiệu Q sẽ ở mức thấp “0” logic ( VQ= 0,6 V). Ngược lại khi không có tín hiệu phản hồi thì tín hiệu Q sẽ ở mức cao ( VQ= 5 V). + Tiếp đó tín hiệu phản hồi được đưa vào mạch có thêm phần tử NOT và AND như hình vẽ: nếu không có tín hiệu phản hồi tương ứng với Q = “1” thì nó sẽ cho tín hiệu xung điều khiển đi qua còn khi có tín hiệu điều khiển tương ứng với Q= “0” thì nó sẽ không cho tín hiệu xung điều khiển đi qua và như vậy tín hiệu điều khiển sẽ bị chặn lại. + Tính toán, lựa chọn cho khâu phản hồi như sau: Chọn cầu Diode chỉnh lưu loại 2KBP005 có các thông số như sau: Ung_D= 50 (V) ID = 2 (A) Tranzitor loại ZTX300 và Diode loại 1N4448 có các thông số đã cho ở trên. Các điện trở R1 = R2 = 1 k và tụ bù C = 100 Hệ thống điều khiển PLL Sơ đồ khối: Phase Detector Lọc thông thấp VCO PLL là một hệ thống hồi tiếp gồm có khâu dò pha, khâu lọc thông thấp và bộ biến đổi áp -> tần ( VCO) -Khối dò pha ( Phase Detector) Bộ này có nhiêm vụ cho ra một tín hiệu áp phụ thuộc vào hiệu số pha( hiệu tần số) của hai tín hiệu vào. -Bộ lọc thông thấp: dùng để lấy tín hiệu tần số thấp, lấy ra điện thế DC. Trong hệ thống này người ta thường dùng các bộ lọc qua bậc một để đảm bảo tính ổn định của hệ thống. -Mạch VCO : có nhiệm vụ phát ra tần số tỉ lệ với điện áp ngõ vào. Đây là khối quan trọng nhất của hệ thông PLL vì nó quýet định tính ổn định của tần số. Ta chọn IC CD4046B để thực hiện hệ thống này theo sơ đồ Lọc thông thấp Phase detector VCO Khi VCOin = 0 thì VCO hoạt động ở tần số tự nhiên f = 1/(R1(C1+32pF)) Chọn R1= 50k => C1 = 101pF 6.Tính toán thiết kế bộ nguồn cho mạch điều khiển: - Thiết kế nguồn một chiều có điện áp ra là 15V Ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu và vi mạch ổn áp LM7815C KếT LUậN Sau một học kỳ thực hiện đồ án với sự h−ớng dẫn tận tình của thầy giáo h−ớng dẫn Trần Trọng Minh vμ các thầy giáo trong bộ môn Tự Động Hoá Xí Nghiệp Công Nghiệp, em đã hoμn thμnh đồ án môn học Điện Tử Công Suất với đề tμi “ Thiết kế phần nghịch l−u cho bộ nguồn của lò tôi thép “ vμ đạt đ−ợc một số kết quả sau : • Hiểu đ−ợc về công nghệ luyện kim nói chung vμ công nghệ tôi thép bằng lò cảm ứng(tôi cao tần) nói riêng. • Hiểu đ−ợc nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh l−u vμ bộ biến tần vμ cách vận dụng vμo trong thực tế sản xuất công nghiệp. • Biết cánh thiết kế vμ tính toán mạch lực. • Biết cách thiết kế vμ tính toán mạch điều khiển. Trong quá trình lμm đồ án do không đ−ợc tiếp xúc với các mạch điện thật. Tuy nhiên, đây lμ đồ án đầu tiên mμ em thực hiện nên ch−a có kinh nghiệm nên đồ án nμy không tránh khỏi những thiếu sót. Em kính mong các thầy giáo góp ý vμ sửa chữa bổ sung để hoμn thiện đề tμi nμy. Em xin chân thμnh cảm ơn sự h−ớng dẫn tận tình của thầy giáo Trần Trọng Minh vμ các thầy giáo trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ em hoμn thμnh tốt đồ án nμy. Tài liệu tham khảo : • Điện tử cụng suất - Nguyễn Bớnh • Giỏo trỡnh điện tử cụng suất - Trần Trọng Minh • Phõn tớch và giải mạch điện tử cụng suất - Phạm Quốc Hải Dương Văn Nghi • Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử cụng suất - Phạm Quốc Hải