Đề Tài: THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN ...

Trang chủ Tìm kiếm Trang chủ Tìm kiếm Đề tài: THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU doc 45 1 MB 14 262 4 ( 3 lượt) Xem tài liệu Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu Tải về Đang chuẩn bị: 60 Bắt đầu tải xuống Để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên Chủ đề liên quan điện tử công suất hệ thống điệnn thiết kế đường dây nguồn năng lượng điện thiết kế mạng phân phối sơ đồ mạng điện

Nội dung

Đồ án môn học Điện tử công suất LỜI NÓI ĐẦU Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng. Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và điện tử công suất nói riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này. Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất. Cũng với lý do đó, trong học kỳ này em được nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU”. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Khương Công Minh và thầy Lê Tiến Dũng trong quá trình làm đồ án môn học với đề tài trên. Mặc dù đã dành nhiều cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót nhất định, em mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy, cô. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Trúc MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 1 Đồ án môn học Điện tử công suất Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp………………………...Trang 3 Chương 2: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha. Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều (hệ T - Đ) có đảo chiều……………………………………………………………………..Trang 11 Chương 3: Tính chọn các phần tử mạch động lực..........…………..Trang 19 Chương 4: Tính chọn các phần tử mạch điều khiển……………….Trang 32 Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận……………………………….Trang 41 Tài liệu tham khảo……………………………………………..…..Trang 44 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 2 Đồ án môn học Điện tử công suất CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP. Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt , vì vậy máy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải... I- Tổng quan về động cơ điện một chiều: 1/ Phân loại : Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộn kích từ :  Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.  Động cơ điện một chiều kích từ song song.  Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.  Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 2/ Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ. Có nhiều phương pháp hãm tốc độ. - Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khăn Giá thành đắt hơn các máy điện khác 3/ Sơ đồ và nguyên lý hoạt động Uæ Rf E CKT RKT IKT II- Đặc tính cơ của máy điện U một KT chiều: Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ.  = f(M) hoặc n = f(M). Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất. c= f(Mc) hoặc nc= f(Mc). SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 3 Đồ án môn học Điện tử công suất Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ:  = f(I) hoặc n = f(I). 1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-1) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uæ Uæ = Eæ + (Ræ +Ræ)Iæ Rf Trong đó:Uæ - điện áp phần ứng, (V) Eæ - sức điện động phần ứng,(V) E Ræ - điện trở của mạch phần ứng RKT Rf - điện trở phụ trong của mạch phần ứng CKT Với: Ræ = ræ + rcf + rb + rct IKT Trong đó: UKT1- 1 ræ - điện trở cuộn dây phần ứng. Hình rcf - điện trở cuộn cực từ phụ. rb- điện trở cuộn bù. rct- điện trở tiếp xúc chổi than. Sức điện động Eæ của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: pN Eæ = 2a  k Trong đó: p- số đôi cực từ chính. N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. a- số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng. - từ thông kích từ dưới một cực từ. - tốc độ góc,rad/s pN k = 2a - hệ số cấu tạo của động cơ. Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eæ = Ke.n 2n n  60 9.55 pN Eæ= 60a n pN = 60a là hệ số sức điện K = 9.55  0.105K Với:  = Vì vậy: Ke Ke động của động cơ . Từ các biểu thức trên, ta có:  U æ Ræ  R f  Iæ K K Là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác, mômen điện từ Mât của động cơ được xác định bởi: Mât= K Iæ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 4 Đồ án môn học Điện tử công suất Suy ra: Iæ = M ât K Thay giá trị Iæ vào phương trình đặc tính của động cơ ta được: U æ Ræ  R f  .M ât K ( K ) 2  Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mât= Me= M. Khi đó ta được:  U æ Ræ  R f  .M K ( K ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = Const, thì các phương trình đặc tính cơ điện và phương tình đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu điển trên hình (1-2) là những đường thẳng. Theo các đồ thị trên, khi Iæ= 0 hoặc M = 0 ta có:  Uæ  0 K 0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Còn khi  = 0 ta có: Iæ  U  I nm Ræ  R f Và M = KInm = Mnm Inm, 0 âm  0  âm I Iâm I Inm Mâm M nm a. Âàûc tênh cå âiãûn b. Âàûc tênh cå cuía cuía âäüng cå âiãûn âäüng cå âiãûn mäüt mäüt chiãöu kêch tæì chiãöu kêch tæì âäüc Hçnh 1-2 Inm,Mnm: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen âäüc láûp láûp ngắn mạch. Mặt khác từ phương trình đặc tính điện và phương trình đặc tính cơ cũng có thể được viết dưới dạng:  U æ RI   0   K K  Uæ R  .M K ( K ) 2 Uæ K RI   æ K 0  RM =  K  gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. 2/ Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 5 Đồ án môn học Điện tử công suất Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thông động cơ , điện áp phần ứng Uæ, và điện trở phần ứng động cơ.Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó: a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: Giả thiết rằng Uæ=Uâm= Const và  = âm= Const. 0 TN(Rn) Rf1 Rf2 Hçnh 1-3 Rf3 Rf4 Muốn thay đổiđiện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trởMphụ Rf vào c mạch phần ứng. Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: 0  U âm Const K âm Âộ cứng đặc tính cơ: 2  M  K âm   var  Ræ  R f Khi Rf càng lớn  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf=0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:  TN   K âm  2 Ræ TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện rơi Rf ta được một họ đặc tính biến trở như hình (1-5) ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông  = âm= const, điện trở phần ứng Ræ = const. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có: Tốc độ không tải: U  0x  K x Var âm Độ cứng đặc tính cơ: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2  0 01 02 03 04 Uâm Mc Hçnh 1-4 U1 U2 U Trang 63 M(I) U4 Đồ án môn học Điện tử công suất    K  2 Ræ Const Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song như trên (Hình 1-4). Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này củng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. c) Ảnh hưởng của từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uæ= Uâm= Const. Điện trở phần ứng Ræ = Const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này: Tốc độ không tải: U  Độ cứng đặc tính cơ: 0x    x Var K x K x 2 Var R æ Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì 0x tăng, còn  giảm ta có một họ đặc tính cơ với 0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông: Dòng điện ngắn mạch:  02  01 1 2 0 âm U âm Inm = R Const æ Mc 0 02 01 2 1 0 âm M Inm a. Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều b. Âàûc tênh cå cuía âäüng cå kích từ độc lập khi giảm từ thông âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì Hçnhâäüc 1-5 láûp khi giaím tæì thäng Mômen ngắn mạch: Mnm=KxInm=Var Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn ở hình (1-5)a. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở hình (1-5)b. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 7 Đồ án môn học Điện tử công suất III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp điện áp: Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc của các máy sản xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động của các bộ phận làm việc. Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyển động của bộ phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ. Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều ưu điểm hơn với các loại động cơ khác, không những có thể điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng. Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng điện áp: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng những bộ biến đổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây : +Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ)(được sử dụng đối với đồ án này ) Â CKT ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ) Thường sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển thyristor. Tốc độ động cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm thông van thyristor. T1 T2 T3 KH ÂK Hình 1-6 + Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 8 Đồ án môn học Điện tử công suất + Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện. Hệ số công suất cos  của hệ thống nói chung là thấp. Tính dẫn điện 1 chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay. a) Sơ đồ thay thế tính toán: Từ phương trình đặc tính động cơ tổng quát:  Uu Ru  .M    0   K ( K ) 2 Ta thấy sự thay đổi Uu thì  0 sẽ thay đổi, còn  const Vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau. Như vậy muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có bộ nguồn cung cấp điện một chiều thay đổi được điện áp ra. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 9 Đồ án môn học Điện tử công suất b) Bộ biến đổi T-Đ: Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn Ta xét hệ T-Đ : Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0 . cos  E d 0 . cos   K dm E . cos    d0  K dm  Ru  RCL ( K dm ) 2 Ru  RCL ( K dm ) 2 .I .M    0   Vậy khi ta thay đổi góc điều khiển  (0  ) thì Ed thay đổi từ Ed0 đến –Ed0 và ta sẽ được 1 hệ đặc tính cơ song song nằm ở mức bên phải của mặt phẳng toạ độ. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH TIA BA PHA. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) CÓ ĐẢO CHIỀU. I- Tổng quan về Tiristor : 1/ Cấu tạo: Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau và có 3 cực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G A Kí hiệu: + P1 + + J1 + + N + P2 + N2 + + 1 J3 Ei J2 Hçnh 21 K G 2/ Nguyên lý hoạt động: Khi tiristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt cực âm đặt vào catốt, thì tiếp giáp J1, J3 được phân cực thuận còn miền J2 phân cực ngược, gần như toàn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J2, điện trường SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 10 Đồ án môn học Điện tử công suất nội tại E1 của J2 có chiều từ N1 hướng tới P2. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp là vùng cách điện càng được mở rộng ra, không có dòng điện chạy qua tiristor mặc dù nó được đặt dưới 1 điện áp dương. a) Mở tiristor : Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K ) thì các electron tư N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 - J3 - K - G , còn phần lớn điện tử dưới sức hút cuả điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gẫy các liên kết giữa các nguyên tử Si, tạo nên các điện tử tự do mới. Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện càng nhiều điện tử chạy vào vùng N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng đẫn điện ào ạt làm cho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một diểm nào đó ở xung quanh cực rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ lan truyền khoảng 1m/100 s. Rt R1 T K +E - Mäüt trong nhæîng biãûn phaïp âån giaín nháút âãø måí Tiristor âæåüc trçnh baìy trãn hçnh veî. . Khi âäúng måí K, nãúu Ig > Igst thç T måí ( Ig  (1,1 1,2 ). Igst ) G R2 Hçnh 2- -E E (1,1  1,2) I gst Ig : Giaï trë doìng âiãöu khiãøn ghi trong säø tay tra cæïu tiristor R2 = 100 1000() Có thể hình dung 2a như sau : Khi dặt tiristor ở UAK > 0 thì tiristor ở tình trạng sẵn sàn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì tiristor mở. b) Khoá Tiristos: Một khi tiristor đã mở thì tín hiệu thì tín hiệu Ig không còn tác dụng nữa. Để khoá tiristor có 2 cách : . Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì Idt . Đặt một điện áp ngược lên tiristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận. Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính UAK < 0 đang có mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ Catốt về Anốt và về cực âm của nguồn điện áp ngoài. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 11 Đồ án môn học Điện tử công suất +E +E R Rt1 C T A T1 K Hçnh 22b C Rt2 B T2 Hçnh 22c - Lúc đầu quá trình từ t0 t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện. Còn một ít điện tử được giữ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển. - Thời gian khoá toff được tính từ khi bắt đầu xuất hiên dòng điện ngược bằng 0 (t2) đây là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên tiristor thì tiristor vẫn không mở, toff kéo dài khoảng vài chục s. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuận khi tiristor chưa bị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn. Trên sơ đồ hình (b), việc khoá tiristor bằng điện áp ngược được thực hiện bằng cách đóng khoá K. còn sơ đồ (c) cho phép khóa tiristor một cách tự động. Trong mạch hình (c) khi mở tiristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại. Giả thuyết cho một xung điện áp dương đặt vào G1T1 mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : +E - R1-T1 - -E, còn dòng thứ 2 chảy theo mạch +E - R2 -T1- -E. - Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm ở A. Bây giờ nếu cho một xung điện áp dương tác động vào G2T2 mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào catốt của T1. Như vậy là T1 bị đặt dưới điện áp Uc = -E và T1 bị khoá lại. -T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch: + E R1-C - T2 - -E. Còn dòng thứ hai chảy theo mạch: +E - R2 - T2 - -E. - Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi ta cho xung mở T1 c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch: - Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : Tụ điện C phải có giá trị bằng bao nhiêu thì có thể khoá được tiristor Như đã nói ở trên khi T1 mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E. Bản cực “+” ở phía điểm B. tại thời điểm cho xung mở T2 (cả 2 tiristor điều mở), ta có phương trình mạch điện. E i.R1  U c SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 với i C du c dt Trang 12 Đồ án môn học Điện tử công suất Nên E C.R1 du c Uc dt Viết dưới dạng toán tử Laplace: P C.R1  P.U c  p   U c  0   U c  p  E Vì U c  0  E nên U c  p  Q.E p p  a  với a 1 R1 .C Từ đó ta có: U c  t   E 1  2.e  U T 1 . Thời gian toff là khoảng thời gian kể từ khi mở T2 cho đến khi UT1 bắt đầu trở thành dương, vậy ta có:  at E 1  2.e  a.toff  0  t off 0,693.R1C hoặc C  R1  E I t off 0,693.R1 1,44.I .t off sẽ nhận được C  E toff : ; I : Ampe ; E : Volt ; C : F d) Đặt tính Volt - Ampe của tiristor : Ia III IH Ung I0 IV Ing II I U Uth Uch Hçnh 23 Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của tiristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua tiristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng điện. Tiristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2. Trong giai đoạn này mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn của điện áp đặt lên tiristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm. Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của tiristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn điện. Dòng chảy qua tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rải trên tiristor rất lớn khoảng 1V. Tiristor được giữ ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH. Đoạn 4 : Ứng với trạng thái tiristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đến Ung thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chóng, mặt ghép bị chọc thủng, tiristor bị hỏng. Bằng cách cho Ig lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt - Ampe với các Uch nhỏ dần đi. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 13 Đồ án môn học Điện tử công suất II- Chỉnh lưu hình tia 3 pha: 1/ Sơ đồ và dạng sóng: Hình 2-4 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 14 Đồ án môn học Điện tử công suất Hình 2-5 Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y 0, 3 pha tiristor nối với tải như hình vẽ. ■ Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. ■ Góc mở tự nhiên: +Góc mở  được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. +Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây.  : góc dẫn + 0         : góc chuyển mạch 2/ Nguyên lý hoạt động: Giả thiết tải : R, L,Eu , chuyển mạch tức thời. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 15 Đồ án môn học Điện tử công suất u1 U m sin  2 ) 3 4 u 3 U m sin(  ) 3 u 2 U m sin(  *Nhịp V1: khoảng thời gian từ  1    2 . Tại  1 điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, khi đó: u  u  u v 2 0 u v3 u v1 2 3   u1 u1  0  0 T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1 +Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0 Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2. *Nhịp V2: từ  2    3 Lúc này: T2 mở, T1, T3 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2 +Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0 Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3. *Nhịp V3: từ  3    4 Lúc này: T3 mở, T1, T2 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3 +Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0 Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1. Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn ,khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id . *Các giá trị trung bình: -Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: u  u u  v 2 v1 v3 u v 3  u v1 u  v 2 0 u 1 u 3 0 1 3 U d  u d .dt  T 0 2  2   6 3 U  6 U di 0  u 2 u 2 u1  u3 u 2  u3 T Đặt   3 6 U 2 m . sin  .d   3 6 U . cos  2 : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu điều khiển với  0 0 Suy ra U d U di 0 . cos  SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 16 Đồ án môn học Điện tử công suất *Hiện tượng trùng dẫn: +Vì trong thực tế điện cảm của nguồn và của tải đã kéo dài quá trình chuyển mạch, do vậy khi một tiristor này đang giảm dần dòng điện về 0 thì tiristor khác lại có dòng điện tăng lên với cùng tốc độ. Khoảng thời gian chuyển tiếp này có sự trùng dẫn. +Trong khoảng chuyển mạch được đặc trưng bằng góc chuyển mạch  . Lúc này dòng điện tải là tổng dòng điện 2 tiristor cùng dẫn. Điện áp trên tải là trung bình của điện áp 2 pha đang dẫn. Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp trung bình. III- Hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ có đảo chiều Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung: Trong bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung, xung kích được đưa tới cả hai bộ chỉnh lưu nhưng với góc kích khác nhau, sao cho tổng điện áp DC của hai bộ chỉnh lưu là zero để không có dòng DC chạy qua móc vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Do đó: V d 1  V d 2 0  V d 0 cos  1  V d 0 cos  2 0  cos  1  cos  2 0   1   2 180 0 (1) Công thức (1) cho thấy khi một bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, bộ còn lại hoạt động ở chế độ nghịch lưu. Do hai bộ chỉnh lưu hoạt động ở các chế độ khác nhau, điện áp tức thời ngõ ra của chúng khác nhau, dẫn đến có dòng cân bằng xoay chiều chạy vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Để giảm dòng cân bằng, cuộn kháng cân bằng L1 và L2 phải được thêm vào mạch chỉnh lưu như hình vẽ. Như vậy, mặc dù cả hai bộ chỉnh lưu đều hoạt động, khi động cơ đang làm việc theo một chiều nào đó thì chỉ có một bộ chỉnh lưu cung cấp dòng cho phần ứng động cơ, còn bộ chỉnh lưu kia chỉ tải dòng cân bằng. Quá trình đảo chiều động cơ diễn ra như sau: giả sử ban đầu động cơ hoạt động theo chiều thuận (góc phần tư thứ nhất) với bộ chỉnh lưu 1 ở chế độ chỉnh lưu. Khi đảo chiều, góc kích  1 sẽ được tăng lên và  2 giảm đi theo quan hệ (1). Sức điện động E của động cơ sẽ lớn hơn V và V , nên động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh ở góc phần tư thứ hai. Dòng phần ứng lúc này do bộ chỉnh lưu 2 cung cấp. Vì  2 được giảm dần nên động cơ giảm tố, sau đó tăng tốc theo chiều ngược lại cho đến khi đạt tốc độ ổn định. d1 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 d2 Trang 17 Đồ án môn học Điện tử công suất Hình 2-6 Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơn kiểu điều khiển riêng. Dòng điện phần ứng động cơ có thể đảo chiều một cách tự nhiên, nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ. Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh, tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất. Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do thời hằng phần ứng tăng thêm. CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC Sơ đồ mạch động lực: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 18 Đồ án môn học Điện tử công suất Hình 2-7 I-Tính chọn van động lực: 1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv .U2 Ud Với U2 = K = u Trong đó: 220 1,17 =188,03 (V) Ud : điện áp tải của van U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van Ku : hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, Ku = 1,17) Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, Knv = 6 ) Ulv = 6 .188.03 = 460.58 (V) Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc. Unv = Kdt u . Ulv = 1,6 . 460,58 = 736,93 (V) Trong đó: Kdt u : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,6 – 2) 2/ Dòng điện làm việc của van: Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd . Id =0,58 . 59,5 = 34,51 (A) Trong đó: Id : dòng điện tải SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 19 Đồ án môn học Điện tử công suất Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (Tra bảng 8.2, Khd = 0,58) Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v Idm v = ki . Ilv = 1.4 . 34,51 = 48.09 (A) Trong đó: Ki =1.4 : hệ số dự trữ dòng điện.(Ki =1,1-1,4) Vậy thông số van là: Unv = 736,93 (V) Idm v = 48.09 (A) Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại XT2116-801 với các thông số định mức: -Dòng điện định mức của van: Idm = 50(A) -Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 800 (V) -Độ sụt áp trên van: ∆U = 2 (V) -Dòng điện rò: Ir = 10 (mA) -Điện áp điều khiển: Udk = 3 (V) -Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A) II-Tính toán máy biến áp: 1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí. 2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V) 3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Ud0 cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA Trong đó: αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,5 (V) : sụt áp trên tiristor ∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp Sơ bộ ∆UBA = 5% . Ud = 0,05 . 220 = 11 (V) Suy ra Ud0 = 220  2.1,5  0  11 cos 10 0 = 237,61 (V) Công suất biểu kiến máy biến áp: SBA = kS . Pdmax= kS . Ud0 . Id = 1,34 . 237,61 . 59,5 = 18944,64 (W) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Ud0 237,61 U2 = k = 1,17 = 203,08 (V) u 4/ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 = 2 3 . Id = 2 3 . 59,5 = 48,58 (A) 5/ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: U2 I1 = kBA . I2 = U . I2 = 1 203,08 380 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 . 48,58 = 25,96 (A) Trang 20 Đồ án môn học Điện tử công suất ► Tính sơ bộ mạch từ : 6/ Tiết diện sơ bộ trụ: QFe = kQ S BA m. f Trong đó: kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m: số trụ máy biến áp 18944,64 3.50 Suy ra: QFe = 6. = 67,43 (cm3) 7/ Đường kính trụ: 4.Q Fe  d= 4.67,43 = = 9,27 (cm)  Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10 (cm) 8/ Chọn loại thép: Ta chọn loại thép 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm). Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 Tiristor 9/ Chọn tỷ số m = h d = 2,3 (m = 2 – 2,5) Suy ra h = 2,3 . d = 2,3 . 10 = 23 (cm) Suy ra chọn chiều cao trục là 23 (cm) ► Tính toán dây quấn: 10/ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: U1 4,44. f .BT .Q Fe W1 = = 380 4,44.50.1.67,43.10  4 = 146,96 (vòng) Chọn W1 = 147 (vòng) 11/ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: U2 203,08 W2 = U . W1 = 380 . 147 = 135,65 (vòng) 1 Chọn W2 = 136 (vòng) 12/ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) 13/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: I1 44,84 S1 = J = 2,75 = 16,3 (mm2) 1 Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 16,4 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 .b1 = 2,24 . 7,5 (mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I1 44,84 I2 48,58 J1 = S = 16,4 = 2,73 (A/mm2) 1 14/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: S2 = J = 2,75 = 17,6 (mm2) 2 Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 17,6 (mm2) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 21 Đồ án môn học Điện tử công suất Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 . b2 = 2,24 . 8(mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I2 48,58 J2 = S = 17,6 = 2,75 (A/mm2) 2 15/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: W1l = h  2h g b1 . kc = 23  2.1,5 0,75 . 0,92 = 24,5 (vòng) ≈ 25 (vòng) h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5 (cm) Kc - hệ số ép chặt Tra bảng 4 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,92 16/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: W1 147 n1l = W = 25 = 5,88 (lớp) 1l Chọn số lớp n1l = 6 lớp Như vậy 147 vòng chia thành 6 lớp, 5 lớp đầu có 25 vòng, lớp thứ 6 có 22 vòng. Kết cấu dây quấn sơ cấp:thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục 17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: h1 = b 1 .W1l kc = 0,75.25 0,92 = 20,38 (cm) 18/ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 (cm) 19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm) 20/ Đường kính trong của ống cách điện: D1 = dFe + 2 . a01 – 2. S01 = 10 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 11,8 (cm) 21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + 2 . S01 = 11,8 + 2 . 0,1 = 12 (cm) 22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm) 23/ Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11) . n1l = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) 24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2 . 1,404 = 14,81 (cm) 25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: Dtb1 = Dt1  Dn1 2 = 12  14,81 2 = 13,41 (cm) 26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp; l1 = W1 .  . Dtb1 =  . 147 . 13,41 = 6189,78 (cm) = 61,89 (m) 27/ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd01 = 9 (mm) ♦ Kết cấu dây quấn: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 22 Đồ án môn học Điện tử công suất 28/ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 20,38 (cm) 29/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: h2 20,38 W2l = b . kc = 0,8 . 0,92 = 23,44 (vòng) ≈ 24 (vòng) 2 30/ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: 136 W2 n2l = W = = 5,6 (lớp) 24 l2 31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 6 (lớp), 5 lớp đầu có 23 vòng, lớp thứ 6 có 21 vòng. 32/ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: Wl2 b 2 kc 23.0,8 0,92 h2 = = = 20 (cm) 33/ Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 14,81 + 2 . 0,9 = 16,61 (cm) 34/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 (mm) 35/ Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd22) . nl2 = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) 36/ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 . Bd2 = 16,61 + 2 . 1,404 = 19,42 (cm) 37/ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: Dtb2 = Dt 2  D n 2 2 = 16,61  19,42 2 = 18,02 (cm) 38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 =  . W2 . Dtb2 =  . 136 . 18,02 = 7695,26 (cm) = 76,95 (m) 39/ Đường kính trung bình các cuộn dây: Dn1  Dn 2 12  19,42 = = 15,71 (cm) 2 2 D 15,71 ra r12 = 12 = 2 = 7,85 (cm) 2 D12 = Suy 40/ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm) ♦ Tính kích thước mạch từ: 41/ Đường kính trụ d = 10 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 6 bậc. 42/ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Qbt = 2 . (1,6 . 9,5 + 1,1 . 8,5 + 0,7 . 7,5 + 0,6 . 6,5 + 0,4 . 5,5 + 0,7 . 3) = 76 (cm2) 43/ Tiết diện hiệu quả của trụ: QT = khq . Qbt = 0,95 . 76 = 72,2 (cm2) 44/ Tổng chiều dày các bậc thang của trụ: dt = 2 . (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 (cm) 45/ Số lá thép dùng trong các bậc: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 23 Đồ án môn học Điện tử công suất Bậc 3: n3 = 16 0,5 11 0,5 7 0,5 Bậc 4: n4 = 0,5 Bậc 1: n1 = Bậc 2: n2 = Bậc 5: n5 = Bậc 6: n6 = 6 4 0,5 7 0,5 . 2 = 64 (lá) . 2 = 44 (lá) . 2 = 28 (lá) . 2 = 24 (lá) . 2 = 16 (lá) . 2 = 28 (lá) Ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau: -Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = dt =10,2 (cm) -Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 9,5 (cm) Tiết diện gông: Qbg = a .b = 9,5 . 10,2 = 96,9 (cm2) 46/ Tiết diện hiệu quả của gông: Qg = khq . Qbg = 0,95 . 96,9 = 92,06 (cm2) 47/ Số lá thép dùng trong một gông: hg = b 0,5 = 10,2 0,5 = 204 (lá) 48/ Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: U1 220 BT = 4,44. f .W .Q = 4,44.50.147.72,2.10  4 = 0,93 (T) 1 T 49/ Mật độ từ cảm trong gông: Bg = BT . QT Qg = 0,93 . 72,2 92,06 = 0,73 (T) 50/ Chiều rộng cửa sổ: c = 2 . (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2 . (1 + 1,404 + 0,9 + 1,404) +2 = 11,42 (cm) 51/ Khoảng cách giữa 2 tâm trục: c’ = c + d = 11,42 + 10 = 21,42 (cm) 52/ Chiều rộng mạch từ: L = 2 . c + 3 . d = 2 . 11,42 + 3 . 10 = 52,84 (cm) 53/ Chiều cao mạch từ: H = h + 2 . a = 23 + 2 . 9,5 = 42 (cm) 54/ Thể tích của trụ: VT = 3 . QT . h = 3 . 72,2 . 23 = 4981,8 (cm3) = 4,98 (dm3) 55/ Thể tích của gông: Vg = 2 .Qg . L = 2 . 92,06 . 52,84 = 9728,9 (cm3) = 9,73 (dm3) 56/ Khối lượng trụ: MT = VT . mFe = 4,98 . 7,85 = 39,09 (kg) 57/ Khối lượng gông: Mg = Vg . mFe = 9,73 . 7,85 = 76,38 (kg) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 24 Đồ án môn học Điện tử công suất 58/ Khối lượng sắt: MFe = MT + Mg = 39,09 + 76,38 = 115,47 (kg) 59/ Thể tích của đồng: VCu = 3 . (S1 . l1 + S2 .l2 ) = 3 . (16,3 . 10-4 . 61,89 .10 + 17,6 . 10-4 . 76,95 . 10) = 7,09 (dm3) 60/ Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = 7,09 . 8,9 = 63,1 (kg) ♦Tính các thông số của máy biến áp: 61/ Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C: l 61,89 1 R1 =  S = 0,02133 . 16,3 = 0,081 (  ) 1 62/ Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C: l 76,95 2 R2 =  S = 0,02133 . 17,6 = 0,093 (  ) 2 63/ Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp: W2 136 RBA = R2 + R1 . ( W )2 = 0,093 + 0,081 . ( 147 )2 = 0,16 (  ) 1 64/ Sụt áp trên điện trở máy biến áp: ∆Ur = RBA . Id = 0,16 . 59,5 = 9,52 (V) 65/ Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp: r XBA = 8 . π2 . (W2)2 . ( h = 8 . π2 . 1362 . qd ) . (a12 + 8,305 ( 23 ) Bd1  Bd 2 3 . (0,009 + ) .  . 10-7 1,404  1,404 ) 3 . 314 . 10-7 = 0,304 (  ) 66/ Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp: LBA = X BA  = 0,304 314 = 0,00097 (H) = 0,97 (mH) 67/ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: 3 3 ∆Ux =  . XBA . Id =  . 0,304 . 59,5 = 17,28 (V) 3 3 Rdt =  . XBA =  . 0,304 = 0,29 (  ) 68/ Sụt áp trên máy biến áp: ∆UBA = U r2  U x2 = 9,52  17,28 = 19,73 (V) 69/ Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100 U = Ud0 . cosαmin - 2 . ∆Uv – ∆UBA = 237,61 . cos100 – 2 . 1,5 – 19,73 = 211,27 (V) 70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: 2 2  X BA ZBA = R BA = 0,16  0,304 = 0,34 (  ) 71/ Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: ∆Pn = 3 . RBA . I2 = 3 . 0,16 . 48,482 = 1132,8 (W) 2 2 ∆Pn% = Pn S . 100% = SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 1132,8 18944,64 2 2 . 100% = 5,98% Trang 25 Đồ án môn học Điện tử công suất 72/ Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ: P0 = 1,3 . nf . (MT . BT2 + Mg .Bg2) = 1,3 . 1,15 . (39,09 . 0,932 + 76,38 . 0,732) = 111,39 (W) ∆P0 % = P0 S 111,39 18944,64 . 100% = .100% = 0,59 % 73/ Điện áp ngắn mạch tác dụng: Unr = R BA .I 2 U2 0,16.48,58 203,08 . 100% = . 100% = 3,82 % 74/ Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = X BA .I 2 U2 0,304.48,58 203,08 . 100% = . 100% = 7,27 % 75/ Điện áp ngắn mạch phần trăm: Ur = U nr2  U nx2 = 3,82  7,27 = 8,21 76/ Dòng điện ngắn mạch xác lập: 2 U2 2 203,08 I2nm = Z = 0,34 = 597,29 (A) BA 77/ Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Imax = 2 = . I2nm . (1 + e 2   .U nr U nx . 597,29 . (1 + e )   .0 , 0382 0 , 0727 ) = 1006,93 (A) Imax = 1006,93 (A) < idinh = 1800 (A) 78/ Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình: di c = U23 – U2a = 6 . U2 . sin(    ) dt U . 6 203,08. 6 = 2 = 2.0,97.10  3 = 256413,59 (A/s) 2.L BA 2 . LBA . di c dt di c dt max max = 0,26 (A/  s) <  di    cp  dt  = 100 (A/  s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt. 79/ Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu:  = U d .I d = 220.59,5 = 0,69 18944,64 S III- Thiết kế cuộn kháng lọc: 1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100. Với góc mở αmin là dự trữ, ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. -Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin , điện áp trên tải lớn nhất Ud max = Ud0 . cosαmin = Ud dm và tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 26 Đồ án môn học Điện tử công suất -Khi góc mở lớn nhất α = αmax , điện áp trên tải nhỏ nhất Ud min = Ud0 . cosαmax và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin Ta có: U Trong đó Ud min  U  d min d min  = arcos U = arcos  d0  2,34.U 2  được xác định như sau:  max U ddm  I u .Ru  n max D= n = U d min  I u min .Ru  min Udmin = 1 . U d min   D  1.I udm .Ru. D Udmin = 1 . 2,34.U 2 . cos  min   D  1.I udm . Ru  R BA  R dt   D   1  3    Udmin = 20 . 2,34.U 2 . cos  min   20  1.I udm . Ru  RBA   . X BA      1  3   Udmin = 20 . 2,34.203,08. cos10   20  1.59,5. 0,187  0,16   .0,304      Udmin = 59,43 (V) Suy ra  U d min  U d0 a max arcos     U d min  = arcos   2,34.U 2  59,43     = arcos  2,34.203,08  = 82,810   2/ Xác định các thành phần sóng hài: Ud  3 6 cos    U kn sin  3  1  2 n 3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở U d  u E  Ru  I d  Rn  i  L   max . Ta có: di dt Cân bằng 2 vế: U   Ri  L Nên U  L di dt vì Ri  L di dt di dt Trong các thành phần xoay chiều bậc cao , thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có: U  U 1m sin  3  1  U 1 Nên i  L U  dt  p 21mfL cos 3  1   I m cos 3  1  U 0,1.I udm Vậy I m  3.21dm . f .L SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 27 Đồ án môn học Điện tử công suất U 1m Suy ra: L  3.2 . f .0,1I dm P=3 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điên áp lưới. U 1m 2. U d 0 cos  max 1  32 tg 2 max 2 3 1 U 1m 2. 2,34.203,08. cos 82,810 9 1 1  9tg 2 82,810 = 176.95 (V) L 176,95 3.2. .50.0,1.59,5 = 0,03 (H) = 30 (mH) Điện cảm mạch phần ứng đã có: Luc Lu  2.L BA Trong đó: Lu : điện cảm mạch phần ứng Lu . U dm .30 220.30 0,25.  . p.ndm .I dm  .3.1500.59,5 = 0,00196 ( H ) = 1,96 (mH) là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù. Luc = 1,96 + 0,97 . 2 = 3,9 (mH) Điện cảm cuộn kháng lọc: Lk = L – Luc = 30 – 3,9 = 26,1 (mH) 4/ Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: 1- Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé, ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng cuộn kháng:  0,25 Z k  X k 2. . f '.Lk 2. .3.50.26,1.10  3 24.6() 2- Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: U  Z k . I1m 59,5 24.6. 75,43(V ) 2 2 I 1n 10%.I dm 10%.59,5 5,95( A) 3- Công suất của cuộn kháng lọc: S U . I 1n 2 75,43. 5,95 2 317,35(VA ) 4- Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc: Q k Q . S 317,35 5. 5,14(cm 2 ) f' 6.50 Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn Chọn Q = 4,25 (cm2) 5- Với tiết diện trụ Q = 4,25 (cm2) Chọn loại thép 330A, là thép dày 0,35 (mm), a = 20 (mm), b = 25 (mm) 6- Chọn mật độ từ cảm trong trụ: BT = 0,8 T 7- Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong cuộn kháng sẽ xuất hiện một sức điện động EK: EK = 4,44 . W . f’ . BT . Q Gần đúng ta có thể viết: EK = ∆U = 75,43 (V) W U 75,43  166,55(vòng ) ' 4,44.f .BT .Q 4,44.6.50.0,8.4,25.10  4 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 28 Đồ án môn học Điện tử công suất Lấy W = 166 (vòng) 8- Dòng điện chạy qua cuộn kháng: i  t  I d  I 1m cos 6  1  Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: 2 2 I   5,95   59,65( A) I K  I d2   1m   59,5 2    2  2  9- Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm2) 10- Tiết diện dây quấn cuộn kháng: IK 59,65  21,7(mm 2 ) J 2,75 SK  Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chọn SK = 21,9 (mm2) Xem phụ lục 9, chọn kích thước dây aK . bK = 3,8 . 5,9 (mm) I 59,65 2 K Tính lại mật độ dòng điện J  S  21,9 2,72( A / mm ) K 11- Chọn hệ số lấp đầy: K ld  W.S K 0,7 Q CS 12- Diện tích cửa sổ: QCS  W.S K 166.21,7  51,46(cm 2 ) K ld 0,7 13- Tính kích thước mạch từ: QCS = c . h Chọn m c h 3 , a suy ra h = 3 . a = 3 . 20 = 60 (mm) QCS 51,46  8,57(cm) h 60 14- Chiều cao mạch từ: H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) 15- Chiều dài mạch từ: L = 2 . c + 2 . a = 2 . 8,57 + 2 . 20 = 211,4 (mm) 16- Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = 2 (mm) 17- Tính số vòng dây trên một lớp: W1  h  2.h g bK  60  2.2 9,49(vòng ) 10(vòng ) 5,9 18- Tính số lớp dây quấn: n1  W 166  16,6 W1 10 (lớp) 17 (lớp) Mỗi lớp 10 vòng. 19- Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: a01 = 3 (mm) Cách điện giữa các lớp: cd1 = 0,1 (mm) 20- Bề dày cuộn dây: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 29 Đồ án môn học Điện tử công suất Bd = (ak + cd1 ) . n1 = (3,8 + 0,1) . 17 = 66,3 (mm) 21- Tổng bề dày cuộn dây: Bd  B d  a 01 66,3  3 69,3(mm) 22- Chiều dài của vòng dây trong cùng: l1 2.( a  b)  2. .a 01 2.( 20  25)  2. .3 108,8(mm) 23- Chiều dài của vòng dây ngoài cùng: l1 2.(a  b)  2. .(a 01  B d ) 2.(20  25)  2. .(3  66,3) 525,20(mm) Chiều dài trung bình của 1 vòng dây: l tb  l1  l 2 108,8  525,2  317(mm) 2 2 24- Điện trở của dây quấn ở 750C: R  75 . l tb .W 317.10  3.166 0,02133. 0,052() Sk 21,7 Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng. 25- Thể tích sắt: VFe = 2 .a . b . h + a . b . L = a . b . (2 . h + L) = 20 . 25 . 10-4 . (2 . 60 + 211,4) . 10-2 = 0,16 (dm3) 26- Khối lượng sắt: MFe = VFe . mFe = 0,16 . 7,85 = 1,256 (kg) 27- Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = Sk . ltb . W . mCu = 21,7 . 317 . 166 . 8,9 . 10-6 = 10,16 (kg) CHƯƠNG 4 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 30 Đồ án môn học Điện tử công suất -Tiristor chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt trên anot và xung dòng dương đặt vào cực điều khiển G. Sau khi tiristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chảy qua tiristor do thông số của mạch động lực quyết định. -Mạch điều khiển có các chức năng sau: +Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anot – catot của tiristor. +Tạo ra được các xung đủ điều kiên mở được tiristor (xung điều khiển thường có biên độ từ 2 - 10 V, độ rộng xung tiristorx = 20 - 100  s đối với thiết bị chỉnh lưu). Độ rộng xung được tính theo biểu thức: tx  I dt di dt Trong đó:Idt : dòng duy trì của tiristor di dt : tốc độ tăng trưởng của dòng tải 1/ Thiết kế mạch điều khiển: -Cấu trúc mạch điều khiển của tiristor: ucm : điện áp điều khiển : điện áp một chiều ur : điện áp đồng bộ: điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp anot – catot của tiristor. +Khâu 1: Khâu so sánh,hiệu điện ucm-u được đưa vào khâu so sánh ,làm việc như một trigơ .Khi UCM – UC =0 thì trigơ lật trạng thái ở đầu ra ta nhận được 1 “sườn xuống” +Khâu 2: Đa hài 1 trạng thái ổn định,lấy tín hiệu sườn xuống”tạo ra một xung +Khâu 3: Khuếch đại xung +Khâu 4: Biến áp xung Bằng cách tác động vào Udk ta có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh được góc mở  -Mạch điều khiển thường được thiết kế theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. -Để tạo thành 1 mạch điều khiển thường sử dụng các linh kiện: biến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 (công tắc ngưỡng), tranzitor, máy biến áp xung, các diot và diot zener và một số linh kiện điện tử khác. *Tính toán mạch điều khiển: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 31 Đồ án môn học Điện tử công suất Để điều khiển được góc  1và 2 ta phải điều khiển Udk1 và Udk2 1   2  Tương ứng: Udk1 + Udk2 = UM Trong đó: UM: điện áp điều khiển cực đại của TCA: UM = 16 (V) Suy ra: Udk1 + Udk2 = 16 (V) (1) Để thoả mãn điều kiện (1), ta chọn bộ khuếch đại trừ như hình vẽ, nên ta có: Udk2 = K2 . UM – K1 . Udk1 (2) K1  R7 R4 và K2  R4  R7 R6 . R4 R5  R6 Khi đó, theo sơ đồ ta có: Từ (1) và (2) ta có: Udk2 = K2 . 16 – K1 . Udk1 Để đơn giản ta chọn K1 = K2  R4  R7 R6 R .  7 R4 R5  R6 R4 Chọn R4 = R5 = R6 = R7 suy ra K1 =K2 = 1 Suy ra Udk2 = 16 – Udk1 (V) 2/ Vi mạch TCA 780: a) Giới thiệu : Vi mạch TCA 780 còn được gọi là công tắc ngưỡng. -Được bán rộng rãi trên thị trường, vi mạch này do hãng Siemens chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều. -TCA 780 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: + ”Tề đầu” điện áp đồng bộ. + Tạo điện áp răng cưa đồng bộ + So sánh + Tạo xung ra SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 32 Đồ án môn học Điện tử công suất Hình 4-3 Pin Chân 1 2 3 4 Symbol Kí hiệu GND Q1 Ground Output 2 inverted Output U Output 1 inverted 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 VSYNC I QZ VREF R9 C10 V11 C12 L Q1 Q2 Vs Synchronous voltage Điện áp đồng bộ Inhibit Chân khoá Output Z Đầu ra Z Stabilized voltage Điện áp chuẩn Ramp resistance Điện trở tuyến tính Ramp capacitance Tụ tuyến tính Control voltage Điện áp điều khiển Pulse extension Mở rộng xung Long pulse Xung dài Output 1 Đầu ra số 1 Output 2 Đầu ra số 2 Supply voltage Điện áp nguồn nuôi Q2 QU Function (Chức năng) Nối đất Đầu ra số 2 đảo Đầu ra U Đầu ra số 1 đảo b) Sơ đồ vi mạch TCA 780: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 33 Đồ án môn học Điện tử công suất -Có thể điều chỉnh góc mở  từ 00 đến 1800 điện -Thông số chủ yếu của TCA 785: +Điện áp nuôi: Us = 18 V +Dòng điện tiêu thụ: IS = 10 mA +Dòng điện ra: I = 50 mA +Điện áp răng cưa: Ur max = (US – 2) V +Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20 k  - 500 k  +Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 – (Us – 2) V +Dòng điện đồng bộ: IS = 200  A SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 34 Đồ án môn học Điện tử công suất +Tụ điện: C10 = 0,5  F +Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz c ) Nguyên lý hoạt động : TCA 780 hoạt động theo nguyên tăc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Tụ C10: tham gia vào khâu tạo ra điện áp răng cưa, nó được nạp bằng dòng điện i từ chân số 10 và dòng i được điều chỉnh bằng R9 (thường R9 = 20 k  500 k  ). Dòng điện i được tính: U 3,3 i 8  R9 R9 U 10  i.t C10 (Thường chọn R9 = 200 k  ) (Thường chọn C10 = 0,5  F) +Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16 V) +Ur = Uc – Uv : khi Uc = Ur tức Uv =0 thì TCA làm nhiệm vụ so sánh và tạo xung ra. Bằng cách làm thay đổi Uc có thể điều chỉnh thời điểm xuất hiện xung ra tức điều chỉnh được góc mở  +Tại thời điểm t = t0, U10 = Uc = U11, xuất hiện xung dương ở chân 15 nên V(t)>0, xuất hiện xung ra ở chân 14 nếu V(t) 300 pF. +US : điện áp nguồn nuôi từ các chân 6, 13, 16 với điện áp 1 chiều (18 V) Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng 3 tiristor ta chỉ cần sử dụng xung ra lấy từ chân số 15. +Để có được xung điều khiển lần lượt cho cả 3 tiristor cần có 3 vi mạch TCA 780 đảm nhận. 3/ Khâu khuếch đại xung: -Xung ra trên vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để có thể mở tiristor, do đó cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để có thể mở tiristor động lực. -Khuếch đại tạo xung gồm các linh kiện: transistor, biến áp xung, diot và các điện trở phân cực cho tranzitor. a) Sơ đồ 1 pha của khâu khuếch đại xung: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 35 Đồ án môn học Điện tử công suất Hình 4-6 b) Chức năng của các linh kiện: - Dz1:diot ổn áp,ổn định điện áp đầu vào của khâu khuếch đại . - D3: hướng dòng cung cấp cho transistor. - D2, Dz2: hạn chế quá điện áp trên cực colector và emitor của transistor. - R1, R2: điện trở hạn chế dòng phân cực IB của transistor. - Rc:điện trở hạn chế dòng collector. - D4:ngăn chặn xung áp âm có thể có khi T bị khóa. - Rg: hạn chế dòng điều khiển - R3: điều khiển biên độ và sườn xung ra. c) Hoạt động của sơ đồ: Giả sử tín hiệu vào U c (là tín hiệu logic) được lấy từ chân 15 (và 14) của TCA 780. -Khi Uc = “1” (mức logic 1)thì tranzitor dẫn bão hoà Giả sử khi t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L của biến áp xung ngăn U S không cho I c  R ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ c t Uc ic  (1  e T ) Rc L 1 với T  R c -Khi Uc = “0” (mức logic 0) thì Dz1 bị chặn lại và tranzitor bị khoá. Khi t = t1 Uc = “0” ta có:  t1 US U i L (t1 ) i c (t1 )  .(1  e T ) I 0  S Rc Rc Tranzitor bị khoá  Ic = 0 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 36 Đồ án môn học Vậy nếu không có diot D2 thì năng lượng Điện tử công suất 1 W  L.I 02 2 sinh ra quá điện áp trên cực C và E, quá điện áp có thể vượt quá 100V nên có thể phá huỷ transistor. Khi có D2: UCE = UC – UE = 0,8 (V) thì D2 mở cho dòng chạy qua làm ngắn mạch 2 điểm C, F trên cuộn sơ cấp máy biến áp xung. Do đó: UCE = US + 0,8 (V) 4/ Khâu truyền hàm điều khiển: Khi có xung ở cuộn dây thứ cấp của máy biến áp xung, xung này truyền qua D4 đến điều khiển mở tiristor khi T được phân cực thuận. 5/ Tính chọn các thông số của các phần tử mạch điều khiển: a) Tính chọn các phần tử trong khâu khuếch đại xung: Chọn diot D4 dùng điều khiển của tiristor 91RC60: US = 7 V, Ig = 300 mA Chọn diot D4 loại S310 của Liên Xô với các thông số: UCE = 40 V, UBE = 3 V, Ic max = 300 mA,  = 13 – 25 Với IC = 150 mA, chọn  = 20  IB  I C 150  7,5mA  20 Điện trở Rc: U  U 1  U D 3 U S  U 1  U D 3 18  15,2  0,6 Rc  CE   14,667() Ic Ic 150.10  3  Rc 15() Tính chọn R1: R1  U BE 3.10 6  70,58() I c .I B 150.7,5.10  6 Chọn D2, D3 loại S310 có các thông số: I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆UD3 = 0,6 V Diot Dz là loại diot zener loại 1W3815 có các thông số: Imax = 264 mA, U0N = 16 V, Pmax = 2 W Tính chọn Dz1 và R2: Dòng điện ra từ chân 14 và 15 qua diot D1 là 50 mA Biên độ xung ra Ux = 16 V Chọn Dz1 là diot zener loại KU139A có các thông số U = 3,7 V; Imax = 70 mA; Imin = 30 mA Dòng điện ra trên chân 14 và 15 qua diot D1 là 50 mA Biên độ xung ra Ux = 16 V Điện trở R2 được tính như sau: U  U  U BE 16  3,7  3 R2  X  186() I 150 b) Chọn các phần tử bên ngoài TCA 780: Ta chọn R q 100(k) C10 0,5( F ) C12 0,5( F ) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 37 Đồ án môn học Điện tử công suất c) Tính toán máy biến áp đồng pha: Máy biến áp đồng pha là máy biến áp tạo nguồn cung cấp cho TCA 780. Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn 380/220 V, có sơ đồ nối dây ∆∕Ү để tạo ra độ lệch 300 một cách tự nhiên, đồng thời tạo ra sự đồng pha của máy biến áp thứ cấp. Độ dài xung răng cưa của cả độ dài của máy biến áp đồng pha với điện áp điều khiển cực đại là: U 2 max  U dk sin 170 0  UC sin 170 0  16 91,954(V ) 0,174 TCA có dòng vào đồng bộ khoảng I5 = 200 ( A) Vậy điện trở R5 được tính như sau: U 91,954 R5  2  0,46.10 6 () 460(k) I5 200 Tỉ số biến áp của máy biến áp đồng pha: n U1 380  4,133 U 2 91,954 Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là: I1  I2 200  48,397( A) n 4,133 Công suất của máy biến áp đồng pha: S = 3 . U1 . I 1 = 3 . 380 . 48,397 .106 = 55,77 . 103 (W) Công suất của máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ. d) Tính chọn biến áp xung: Tỉ số biến áp của biến áp xung được tính theo công thức: U m 1 UX (thường m = 2 -3 ) Chọn m = 2 Vậy điện áp sơ cấp của biến áp xung là: U1 = m . UX = 2 . (7 + 0,6) = 15,2 (V) Với UX = Uq + ∆Up = (7 + 0,6) (V) Dòng điện sơ cấp của biến áp xung: I1  Ig 2 150(mA) *Mạch từ: Chọn vật liệu sắt từ  330, lõi sắt từ có dạng hình chữ nhật, làm việc trên 1 phần đặc tính của từ hoá tuyến tính B S = 2,2 T, ∆B = 1,7 T làm việc ở f = 50 Hz, có khe ∆H = 50 A/m. Từ thẩm của lõi thép từ:  B 0,7  1,4.10 4  0 H 50.10  6 Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình. Sơ bộ ta chọn chiều dài trung bình của đường sức: L = 0,1 m; khe hở lkh = 10-5 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 38 Đồ án môn học L  tb  l kh L   Điện tử công suất 0,1  5,8.10  3 0 , 1 10  5  1,4.10  4 Thể tích lõi sắt từ: V 1   tb . 0 .t X .S .U S 2 .I 2 B 2  5,8.10  3.10  6 .5.10  4 .0,15.15,2.0,15 0,7 2 = 2,204 . 10-6 (m) = 2,204 (cm3) Chọn thể tích bằng 3 (cm3) Chọn các số liệu thiết kế: l = 2 (cm), a = 3 2 =1,5 (cm) Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung: W1  U 1 .tx1 15,2.5.10  4  95(vòng ) B. .K 0,7.1,5.0,76.10  4 Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: U 7,6.95 W2  2 .W1  47,5(vòng ) U1 15,2 CHƯƠNG 5 MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I-Mạch bảo vệ: 1/Giới thiệu : Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động hoá……... Tuy nhiên những phần tử bán dẫn công suất rất khó tính toán và cũng hay bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 39 Đồ án môn học Điện tử công suất Do đó cần phải bảo vệ các thyrisror, cần phải tôn trọng các tỉ số giới hạn sử dụng do nhà chế tạo đã định với từng phần tử. - Điện áp ngược lớn nhất - Giá trị trung bình lớn nhất đối với dòng điện - Nhiệt độ lớn nhất đối với thiết bị - Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện di dt - Thời gian khoá toff - Thời gian mở ton - Dòng điện kích thích - Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố bất ngờ xảy ra gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện. Các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi làm việc với nhiệt độ quá nhiệt độ cho phép dù thời gian rất ngắn cũng có thể phá huỷ thiết bị. Đối với bán dẫn Ge: TjM = 800 - 1000 Đối với bán dẫn Si: TjM = 1800 – 2000 Nếu phần tử bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ còn 30% - 50%. Để cho các thyrisror làm việc được tốt ta dùng quạt lám mát đối với các tiristor nhỏ. Đối với các thyrisror có công suất lớn thì dùng nước hoặc dầu biến thế để làm mát. Khi cho xung điều khiển vào van thì ban đầu chỉ có những điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi mới lan dần ra xuất hiện ở những vùng có điện trường lớn. Về dòng điện, nếu di dt lớn thì tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt ghép J2 có thể tạo những vùng nóng chảy, mặt ghép J 2 bị hỏng. Có thể giảm nhỏ được di dt bằng cách đặt một điện kháng bão hoà trong mạch anot của thyrisror. Đặc điểm của cuộn kháng, khi mach từ chưa bão hoà thì có một điện kháng lớn, khi mạch từ bão hoà thì có điện kháng nhỏ. 2/ Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn: 1- Tổn thất công suất trên 1 thyrisror: P U .I lv 1,5.34.51 51,77( W) 2- Diện tích bề mặt toả nhiệt: Sn  P 51,77  0,16( m 2 ) K n . 8.40 Trong đó:  : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường. Lấy Tmt = 400C Chọn Tlv trên cánh tản nhiệt là 800C Suy ra  = Tlv – Tmt = 400C Kn : hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn Kn = 8 W/m2.0C SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 40 Đồ án môn học Điện tử công suất Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh a.b=10.10 (cm) Tổng diện tích tản nhiệt của cánh: S = 12 . 2 . 10 . 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ quá dòng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch thyrisror, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. 1- Chọn 1 aptomat có: I dm 1,1.I ld 1,1. 3.44,84 85,43( A) 85( A) Udm = 220 (V) Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: I nm 2,5.I ld 2,5. 3.44,84 194,16( A) 194( A) Dòng quá tải: I qt 1,5.I ld 1,5. 3.44,84 116,49( A) 116( A) 2- Chọn cầu dao có dòng định mức: I qt 1,1.I ld 1,1. 3.44,84 85( A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ truyền động. 3- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyrisror ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC: I1CC = 1,1 . I2 = 1,1 . 48,58 = 53,44 (A) Nhóm 2CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 . Ihd = 1,1 . 34,51 = 37,96 (A) Nhóm 3CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 . Id = 1,1 . 59,5 = 65,45 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 60 (A), 2CC loại 40 (A), 3CC loại 70 (A) 4/ Bảo vệ quá điện áp cho van: - Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với tiristor. Chọn R1 = 5,1 (  ), C1 = 0,25 ( F ) Mạch RC bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 41 Đồ án môn học Điện tử công suất - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C như hình vẽ: Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới Chọn R2 = 12,5 (  ), C1 = 4 ( F ) II/Kết luận: Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: ”thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha – động cơ điện một chiều có đảo chiều”, đã giúp em hiểu rõ hơn về: động cơ điện một chiều, thyristo, bộ chỉnh lưu hình tia ba pha, các khâu điều khiển , vi mạch TCA785, mạch bảo vệ,…cũng như cách tính toán các thông số của các linh kiện trong mạch. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Điện tử công suất . Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh. 2- Điện tử công suất . Tác giả: Nguyễn Bính. 3- Máy điện 2 . Tác giả: Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 42 Đồ án môn học SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Điện tử công suất Trang 43 This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Tìm kiếm

Chủ đề

Trắc nghiệm Sinh 12 Atlat Địa lí Việt Nam Đề thi mẫu TOEIC Hóa học 11 Giải phẫu sinh lý Đồ án tốt nghiệp Bài tiểu luận mẫu Đơn xin việc Mẫu sơ yếu lý lịch Tài chính hành vi Thực hành Excel Lý thuyết Dow adblock ​ Bạn đang sử dụng trình chặn quảng cáo?

Nếu không có thu nhập từ quảng cáo, chúng tôi không thể tiếp tục tài trợ cho việc tạo nội dung cho bạn.

Tôi hiểu và đã tắt chặn quảng cáo cho trang web này