Thiết Kế Mạch Chỉnh Lưu Thyristor Tia 3 Pha Có Do - Tài Liệu Text

Tải bản đầy đủ (.docx) (31 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Điện - Điện tử - Viễn thông

Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.04 MB, 31 trang )

1Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Doω1Mục Lục12Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoLỜI NÓI ĐẦUVài năm trở lại đây kĩ thuật điện tử và bán dẫn công suất phát triển mạnh mẽ.Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm: có khả năng điều khiển,có chỉtiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độ tin cậy và chính xác cao…Ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lượng là điều khiển điện áp và dòngđiện xoay chiều thành một chiều và ngược chiều ngày càng sâu rộng.Việc nghiên cứu một cách tỷ mỷ về lĩnh vực điện tử công suất là việc cầnthiết đối với sinh viên và cán bộ kỹ thuật điện. Khi chế tạo các thiết bị điện tửcông suất đòi hỏi những kiến thức không chỉ mạch động lực, mà những kiếnthức về mạch điều khiển và tính chọn các thiết bị thế nào cho hợp lý là rất cầnthiết.Đồ án này trình bày các hướng dẫn Thiết kế một thiết bị điện tử côngsuất( chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do). Thiết bị được hướng dẫn theo nguyêntắc thiết kế thành thiết bị hoàn chỉnh từ mạch động lực tới mạch điều khiển.Đồ án này gồm 4 chương:Chương 1: Thiết kế sơ đồ mạch động lực.Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển.Chương 3: Tính chọn thiết bị.Chương 4: Mô phỏngSau đây là đồ án môn học của em.223Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoCHƯƠNG 1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC1.1. Đặt vấn đềTrong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu biến đổi nguồn điện ápxoay chiều thành nguồn điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp một chiều đầura. Để thực hiện việc này người ta có nhiều cách khác nhau, ví dụ như dùng tổhợp động cơ - máy phát, dùng bộ chỉnh lưu... nhưng phổ biến nhất và có hiệusuất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bằng các phần tử bán dẫn. Các sơđồ chỉnh lưu (bộ biến đổi xoay chiều – một chiều) là các bộ biến đổi ứng dụngtính chất dẫn dòng một chiều của các phần tử điện tử bán dẫn để biến đổi điệnáp xoay chiều thành điện áp một chiều một cách trực tiếp.Hiện nay các phần tử điện tử hầu như không được dùng trong các sơ đồchỉnh lưu vì có kích thước lớn, hiệu suất thấp. Các phần tử chủ yếu được sửdụng hiện nay là các thyristor và các điôt bán dẫn. Các sơ đồ chỉnh lưu có nhiềudạng khác nhau và được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ như làđể điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, cung cấp điện áp một chiều cho cácthiết bị mạ điện, điện phân, cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị điềukhiển, các đèn phát trung tâm và cao tần…. Các sơ đồ chỉnh lưu cũng được dùngtừ công suất rất nhỏ đến công suất rất lớn.1.2. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha có diode đệm (D0).1.2.1. Sơ đồ nguyên lý.Đây là sơ đồ nguyên lý bộchỉnh lưu hình tia 3 pha khôngcó diode không.Trong sơ đồ này:- BA là máy biến áp 3 pha dùngđể cung cấp cho sơ đồ chỉnhlưu.- Các thyristor T1, T2, T3 dùngđể biến điện áp xoay chiều 3pha bên thứ cấp máy biến ápBA là ua, ub, uc thành điện áp một chiều trên tải ud .- Rd, Ld, Ed là các phần tử phụ tải của bộ chỉnh lưu.- iA, iB, iC dòng các pha cuộn dây sơ cấp của BA.- ia, ib, ic dòng các pha cuộn dây thứ cấp của BA334Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do- iT1, iT2, iT3 dòng các van chỉnh lưu.- id dòng điện chỉnh lưu.1.2.2. Giản đồ dòng điện, điện áp của các phần tử .Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha ứng với trường hợp tải Ld = ∞1.2.3. Các biểu thức tính toán cơ bản:445Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do1.3. Thiết kế sơ đồ mạch động lực.1.3.1. Giới thiệu sơ đồTrong sơ đồ này:- BA là máy biến áp cung cấp, với sơ đồ tia ba pha thì có thể dùng máy biếnáp ba pha.- Các van điều khiển T1, T2, T3 dùng để biến điện áp xoay chiều thành mộtchiều. Ba van này được mắc katôt chung.- Ed, Ld, Rd là các phần tử của phụ tải.- u1, u2 là điên áp trên cuộn dây sơ cấp (điện áp lưới) và điện áp cuộn thưcấp.- i1, i2 là dòng điên cuộn dây sơ cấp (dòng điện lưới) và dòng điện thứ cấp.- Mạch bảo vệ RC.- Cuộn kháng CK.1.3.2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ.Ta giả thiết sơ đồ có Ld = ∞, sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắtđầu xét. Với sơ đồ này, tuỳ thuộc vào giá trị góc điều khiển α mà có thể xẩy ra 2trường hợp:+ Khi 300 ≥ α ≥ 00 thì van D0 không làm việc nên hoạt động của sơ đồ hoàntoàn giống như khi không có D0, lúc đó các biểu thức tính toán giống như khikhông có D0: Ud = Udo.cosα+ Khi 1500 ≥ α >300 lúc này D0 sẽ làm việc, sự làm việc của sơ đồ được tómtắt như sau:− Từ ωt = 0 ÷ ωt = π/3 van T3 dẫn dòng, ta có:ud = uc; iT1 = 0; iT2 = 0; iT3 = id = Id; iDo = 0; uT1 = uac; uT2 = ubc; uT3 = 0;− Các khoảng: Từ ωt = π/3 ÷ ωt = ν1 = π/6 + α, từ ωt = π ÷ ωt = ν2, từ ωt =5π/3 ÷ ωt = ν3, từ ωt = 7π/3 ÷ ωt = ν4 van D0 dẫn dòng:556Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Doud = 0; iT1 = 0; iT2 = 0; iT3 = 0; iDo = id = Id; uT1 = ua; uT2 = ub; uT3 = uc;− Từ ωt = ν1 = π/6 + α ÷ ωt = π van T1 dẫn dòng:ud = ua; iT1 = id = Id; iT2 = 0; iT3 = 0; iDo = 0; uT1 = 0; uT2 = uba; uT3 = uca;− Từ ωt = ν2 ÷ ωt = 5π/3 van T2 dẫn dòng:ud = ub; iT1 = 0; iT2 = id = Id; iT3 = 0; iDo = 0; uT1 = uab; uT2 = 0; uT3 = ucb;− Từ ωt = ν3 ÷ ωt = 7π/3 van T3 dẫn dòng:ud = uc; iT1 = 0; iT2 = 0; iT3 = id = Id; iDo = 0; uT1 = uac; uT2 = ubc; uT3 = 0;− Từ ωt = ν4 thì van T1 lại dẫn dòng,sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giốngnhư từ ωt = ν1.1.3.3. Các biểu thức cơ bản667Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Dod. Giản đồ điện áp mạch động lực778Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do889Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoCHƯƠNG 2.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN2.1 Đặt vấn đềỞ chương trước chúng ta đã nghiên cứu sự hoạt động của sơ đồ mạch độnglực bộ biến đổi có điều khiển dùng các thyristor. Để các van của bộ chỉnh lưu cóthể mở tại các thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện hiện tại thời điểm đó tavẫn phải có điện áp thuận đặt lên A, K thì trên điện cực điều khiển (tín hiệu điềukhiển). Để có tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van đã nêu,người ta sử dụng một mạch điện tạo ra các tín hiệu đó được gọi là mạch điềukhiển hay hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu. Điện áp điều khiển của các thyristorphải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, cũng như thời gian tồn tại.Do đặc điểm của thyristor là khi van đã mở thì việc còn tín hiệu điều khiển haykhông điều khiển ảnh hưởng đến dòng qua van, vì vậy để hạn chế công suất củamạch phát tín hiệu người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển thyristor códạng các xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điềukhiển.Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện đang sử dụng có thểphân ra làm 2 nhóm:+ Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ+ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộNhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.Đây là nhóm các hệ thống điều khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trênđiện cực điều khiển các thyristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lạimang tính chất chu kỳ với chu kỳ thường bằng chu kỳ mạch xoay chiều cungcấp cho sơ đồ chỉnh lưu.Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường được sử dụng hiện nay bao gồm:+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điôt 2 cực gốc.2.2. Mạch điều khiển bộ chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang2.2.1. Nội dung phương pháp:Để tạo xung điều khiển cho các van chỉnh lưu trước trên người ta tạo ra cáctín hiệu điều khiển hình sin có tần số bằng tần số xung điều khiển các thyristortức là bằng tần số nguồn cung cấp xoay chiều và có biên độ không đổi. Có xung9910Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Dođiều khiển các van sẽ được tạo ra tại các thời điểm bằng không và bắt đầuchuyển sang dương của các điện áp điều khiển hình sin đã nêu. Việc thay đổi giátrị góc điều khiển được thực hiện bằng cách thay đổi góc pha của các điện ápđiều khiển hình sin.Như vậy đối với hệ thống điều khiển này thì việc trước tiên ta phải tạo rađược bộ điện áp điều khiển hình sin với biên độ không đổi và góc pha điềukhiển được. Để thực hiện nhiệm vụ này, hiện nay người ta sử dụng các sơ đồ cầudịch pha dùng điện trở, tụ điện (cầu R – C) hoặc điện trở, điện cảm (cầu R – L).Khi đã có dạng điện áp điều khiển hình sin như đã nêu thì việc tạo ra các xungđiều khiển cho các thyristor tại những thời điểm bằng không và bắt đầu chuyểnsang dương của các điện áp hình sin có thể thực hiện bằng nhiều sơ đồ khácnhau, đơn giản nhất là dùng các điôt, ngoài ra có thể sử dụng mạch biến đổitương tự, số bằng vi mạch. Sau khi đã có các xung xuất hiện đúng thời điểm cầnthiết thì tuỳ thuộc vào dạng và công suất xung đã có và xung yêu cầu cần có màta có thể sử dụng các mạch của xung và khuếch đại xung.Một hệ thống điều khiển theo pha ngang thường bao gồm 5 khối cơ bản sau:+ Khối 1: Khối đồng bộ hoá+ Khối 2: Khối tạo xung+ Khối 3: Khối so sánh+ Khối 4: Khối phải hồi2.2.2. Hệ thống điều khiển dùng điôt hai cực gốc (còn gọi là tranzitor mộttiếp giáp UJT).Nội dung của phương pháp điều khiển điôt hai cực gốcPhương pháp này tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưaxuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với việc điều chỉnh sự mở của điôt haicực gốc (tranzito một tiếp giáp UJT).Ưu nhược điểm của phương pháp:Phương pháp này có ưu điểm là: Mạch tương đối đơn giản, xung ra đủ để mởcác thyristor có công suất nhỏ.Nhược điểm của phương pháp này là: góc mở á có phạm vi điều chỉnh hẹp,vì ngưỡng mở của tranzitor một tiếp giáp UJT phụ thuộc vào điện áp lướimạch thường đưa ra những xung điều khiển gây tổn thất phụ trong mạch điềukhiển.101011Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoSơ đồ khối hệ điều khiển theo pha đứng:Khối 1u1Khối 2Khối 3SSĐBHuđKtTXUđkPHAKhối 4- Khối 1: Khối đồng bộ hoá.- Khối 2: Khối so sánh- Khối 3: Khối tạo xung- Khối 4: Khối phản hồi âm+ u1 – là điện áp lưới(nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.+ uđk – là điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoàivà để điều khiển giá trị góc á.+ uđKt – là điện áp điều khiển thyristor, là chuỗi các xung điều khiển lấy từđầu ra hệ điều khiển( cũng là đầu ra khối tạo xung), và được truyền đến điện cựcđiều khiển( G) và katot(K) của thyristor.Nguyên lý cơ bản của hệ điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng.Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lưu được đưa đếnmạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mạch đồng bộ ta có các điẹn ápthường có dạng hình sin với tần số bằng tần số điện áp nguồn cung cấp cho sơđồ chỉnh lưu và trùng pha hoặc lệch pha một góc pha xác định so với điện ápnguồn. Điện áp này được gọi là điện áp đồng bộ và được ký hiệu là: uđb.Các điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát điện áp răng cưa để khống chếsự làm việc của mạch điện này kết quả là trên đầu ra mạch phát điện áp răng cưata có một hệ thống các điện áp dạng hình răng cưa đồng bộ về tần số, về góc phacác điện áp đồng bộ. Được gọi là điện áp răng cưa u rc. Các điện áp răng cưađược đưa vào khối so sánh và ở đó còn một tín hiệu khác nữa là điện aps điềukhiển, điều chỉnh được và người ta đưa từ ngoài vào, hai tín hiệu này đợc mắc111112Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Dovào cực tính sao cho tác động của chúng lên mạch vào khối so sánh là ngợcchiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại nhữngthời điểm hai tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra của khối sosánh sẽ thay đổi trạng thái. Như vậy khối so sánh là một mạch điện hoạt độngtheo nguyên tắc biến đổi tương tự – số. Do tín hiệu ra của mạch so sánh là dạngtín hiệu số nên chỉ có hai giá trị có hoặc không. Tín hiệu trên đầu ra khối so sánhlà các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của u rc. Nếu thời điểm bắt đầu củamột xung nằm trong vùng sườn xung nào của u rc thì sườn xung ấy của urc đượcgọi là sườn sử dụng. Điều này có nghĩa rằng: tại thời điểmở phầnsườn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng cưa thì trên đầu ra khối so sánhsẽ bắt đầu xuất hiện một xung điện áp. Từ đó ta thấy: có thế thay đổi thời điểmxuất hiện của xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi giá trị của u đk khigiữa nguyên dạng urc. Trong một số trường hợp thì xung ra từ khối so sánh đượcđưa đến điện cực điều khiển của thyristor, nhưng trong đa số các trường hợp thìtín hiệu ra khối so sánh chưa đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiểnthyristor. Để có tín hiệu đủ yêu cầu người ta thực hiện việc khuếch đại, thay đổilại hình dạng của xung...v v. Các nhiệm vụ này được thực hiện bởi một mạchđiện gọi là mạch tạo xung( TX), cuối cùng trên đầu ra khối tạo xung ta có chuỗixung điều khiển (uđkT), có đủ các thông số yêu cầu về công suất, độ dài, độ dốcmặt đầu của xung …v v. Nhưng thời điểm bắt đầu xuất hiện của các xung thìhoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối so sánh. Vậy thờiđiểm xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển và katot củathyristor cũng chính là thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh, tức là khốiso sánh đóng vai trò xác định giá trị góc điều khiển á.Ưu nhược điểm của phương pháp:Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp song có những ưu điểm nổi bật:Khoảng điều chỉnh góc mở á là rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện ápnguồn, dễ tự động hoá. Mỗi chu kỳ điện áp anot của thyristor chỉ có một xungđưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển. Do đó phương pháp nàyđược sử dung rông rãi.Tóm lại: Từ các phân tích trên ta thấy rằng phương pháp điều khiển chỉnhlưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng là ưu điểm hơn cả. Vì vậy ở đây ta121213Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Dochọn phương pháp này để điều khiển chỉnh lưu. Để cấp xung điều khiển cho bộchỉnh lưu hình tia ba pha ta thiết mạch điều khiển gồm hai kênh tạo xung, haikênh tạo xung này giống hệt nhau chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lướiSau đây ta thiết kế cho một kênh tạo xung, kênh còn lại tương tự.2.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý cho các khối.2.3.1. Khối đồng bộ hóa.Để tạo ra điện áp đồng bộ đảm bảo yêu cầu đặt ra, người ta thường sửdụng hai kiểu mạch đơn giản là:Mạch phân áp bằng các điện trở hoặc bằng điện trở kết hợp với điện dunghay điện cảm.Kiểu mạch đồng bộ này ít được sử dụng vì có sự liên hệ trực tiếp về điệngiữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu.Khối Đồng Bộ HóaNgười ta sử dụng một máy biến áp có công suất nhỏ thường là biến áp hạáp để tạo ra điện áp đồng bộ. Điện áp lưới u1 được đặt vào cuộn sơ cấp cònbên thứ cấp ta lấy ra điện áp đồng bộ uđb. Trong thực tế người ta chủ yếu sửdụng mạch đồng bộ dùng máy biến áp cách ly về điện giữa mạch động lực vàmạch điều khiển.Kiểu mạch này có ưu điểm: an toàn mạch điều khiển, phối hợp với biênđộ đầu ra dễ, tổn hao ít, số lượng uđb tuỳ ý.2.3.2. Khối so sánh.Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện cùng chu kỳ với chu kỳ củađiên áp răng cưa và điều khiển được thời điểm xuất hiện của mỗi xung ta sử131314Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Dodụng các mạch so sánh .Có nhiều mạch so sánh khác nhau nhưng phổ biếnnhất hiện nay là các sơ đồ dùng tranzitor và KĐTT bằng vi điện tử. Trongcác sơ đồ so sánh thường coa 2 tín hiệu vào là điện áp răng cưa lầy từ đầu ramạch ĐBH- FSRC(urc) và điện áp điều khiển một chiều (u đk).Hai điệ áp nàyđược mắc sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào mạch so sánh là ngượcnhau.Có 2 cách nối các điện áp này trên đầu vào mạch so sánh là:+ Nối nối tiếp urc và uđk gọi là tổng hợp nối tiếp+ Nối song song qua các điện trở tổng hợp gọi là tổng hợp song song.Ta xét một số sơ đồ thường dùng sau:Khối So Sánh2.3.3. Khối tạo xung.Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở tisistor. Xung mở Tiristo có yêucầu : sườn trước dốc thẳng đứng ,để đảm bảo yêu cầu Tiristo mở tức thờikhi có xung điều khiển ( thường gặp loại xung là xungkim hoặc xungchữ nhật ,đủ độ rộng với độ rọng xung lớn hơn thời gian mở của Tisito , đủcông suất ,cách ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực )141415Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoKhối Tạo Xung2.3.4. Khối phản hồiĐể điều chỉnh và ổn định điện áp đầu ra cho tải ta cần phải thiết kế mạchkhuếch đại trung gian. Tín hiệu điều khiển được đưa tới khối so sánh. Tại đâytín hiệu này được so sánh với điện áp răng cưa và tạo xung điều khiển.151516Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do2.4 Mạch Điều KhiểnTừ những khối trên ta xâu dựng được một kênh điểu khiển:Kênh Điều Khiển ADo mạch chỉnh lưu có 3 thyristor nên ta kết hợp 3 kênh điều khiển thành 1mạch điều khiển hoàn chỉnh161617Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoCHƯƠNG 3. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ3.1 Ý nghĩa của việc tính chọn linh kiện – thiết bị.Trong kỹ thuật việc tính chọn thiết bị điện có ý nghĩa rất quan trọng nó quyếtđịnh có đưa hệ thống vào làm việc hay không. Nếu chọn thiết bị có công suấtlớn hơn yêu cầu sẽ gây lãng phí về thiết kế dẫn đến giá thành cao. Còn nếu chọnthiết bị có công suất nhỏ hơn yêu cầu thì dẫn đến hệ thống luôn làm việc trongtình trạng quá tải làm giảm tuổi thọ của hệ thống hoặc phá hỏng hệ thống. Việctính chọn thiết bị thiếu chính xác thì hệ thống có thể làm việc kém chất lượnghoặc không làm việc. Vì vậ tính chọn thiết bị phải đáp ứng các yêu cầu sau:Về mặt kỹ thuật: phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp vớithiết bị, đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định lâu dài đặc biệt là độ tin cậycao.Về mặt kinh tế: các thiết bị được chọn trong khoảng thoả mãn các yêu cầu kỹthuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý sao cho tiết kiệm.3.2. Tính chọn thiết bị mạch động lực.Thông số tải gồm Ud = 220 v, Id = 20 A qua hai thông số ta tiến hành tính chọnmạch động lực và mạch điều khiển3.2.1. Tính chọn các van chỉnh lưu.Điện áp ngược của van với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba phaĐiện áp là việc của van cần có làDòng điện làm việc mà van cần có là:Với :Trong đó: Ulv – điện áp cực đại khi làm việc (V);Ilv, Ihd – dòng điện làm việc và dòng điện hiệu dụng van (A) ;KU – hệ số điện áp của sơ đồ;Khd – hệ số dòng điện hiệu dụng;(các hệ số được tra trong bảng 8.1 và 8.2 của “Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiếtbị điện tử công suất của Trần Văn Thịnh)Với các thông số làm việc của van ở trên, ta chọn điều kiện làm việc của van làcó cánh tỏa nhiệt với đầy đủ diên tích tỏa nhiệt, không quạt đối lưu không khí.Thông số cần có của van động lực là:171718Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do)Vậy ta chọn Ti là thyristor 50RIA100 của Vishay có thông như sau:Ký hiệuUngmax (v)Imax (A)IpiKmax (A)(A)(V)(V)Ith (A)Ir (A)dU/dt (V/s)50RIA1001000501490100m2.51.6200m15m100Tmax (0C)1250CTrong đó:Ugmax - Điện áp ngược của DiodeImax- Dòng điện chỉnh lưu cực đạiIpiK- Đỉnh xung dòng điệnIg-Dòng điện điều khiểnUg-Điện áp điều khiển- Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của DiodeIth- Dòng điện tự giữIr- Dòng điện dòTmax - Nhiệt độ làm việc cực đạidU/dt - Đạo hàm điện áp3.2.2. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu.Máy biến áp để tạo ra điện áp phù hợp cho bộ biến đổi, do mạch động lực sửdụng sơ đồ tia ba pha nên ta dùng máy biến áp ba pha với điện áp định mức phíasơ cấp là: Up = 380 (V)Điện áp thứ cấp MBA:+ Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:18Trong đó:1819Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Dolà góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới.là sụt áp trên thyristor.là sụt áp trên dây nối.là sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA, chọn sơ bộTừ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:Điện áp pha thứ cấp của máy biến ápDòng điện thứ cấp của máy biến áp:Dòng điện sơ cấp của máy biến áp:Công suất tối đa của tải:Công suất cực đại của MBA:(Ks: là hệ số công suất, sơ đồ tia ba pha tra được )Vậy ta có:- Tính sơ bộ mạch từ :Tiết diện sơ bộ trụ:Trong đókQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6m: số trụ máy biến ápĐường kính trụ:Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 8 (cm)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 = 10-4 (T)Chọn tỷ số m = = 2,3(m = 2 – 2,5)Suy ra h = 2,3 . d = 2,3 . 8 = 18.4 (cm)Suy ra chọn chiều cao trục là 19 (cm)- Tính toán dây quấn:Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:191920Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoChọn W1 = 440 (vòng)Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:Chọn W2 = 240 (vòng)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)Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp BChuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 2,61 (mm2)Kích thước dây có kể cách điện:S1 cd = a1 .b1 = 0,4.6,5 (mm x mm)Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp BChuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn:S2 = 4,84 (mm2)Kích thước dây có kể cách điện:S2 cd = a2 . b2 = 1,4 . 3,45 (mm x mm)Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp:W1l =. kc =. 0,95= 47,5 (vòng) ≈ 48 (vòng)h - chiều cao trụhg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấpTra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5 (cm)Kc - hệ số ép chặtTra bảng 4 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,95Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:Chọn số lớp n1l = 10 lớpNhư vậy 480 vòng chia thành 10 lớp, mỗi lớp có 44 vòng.Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 (cm)Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm)Đường kính trong của ống cách điện:D1 = dFe + 2 . a01 – 2. S01 = 8 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 9,8 (cm)Đường kính trong của cuộn sơ cấp:Dt1 = D1 + 2 . S01 = 9,8 + 2 . 0,1 = 10 (cm)Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm)Bề dày cuộn sơ cấp:202021Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoBd1 = (a1 + cd11) . n1l = (6,5 + 0,1) . 10 = 66 (mm)Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 10 + 2 . 6,6 = 23,2 (cm)Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:Chiều dài dây quấn sơ cấp;l1 = W1 . . Dtb1 = . 440 . 16,6 = 22946,19 (cm) = 229,46 (m)Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp:cd01 = 9 (mm)- Kết cấu dây quấn:Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:h1 = h2 = 20,2 (cm)Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 18 (lớp), 17 lớp đầu có 14 vòng, lớpthứ 18 có 2 vòng.Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:Đường kính trong của cuộn thứ cấp:Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 23,2 + 2 . 1 = 25,2 (cm)Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp:cd22 = 0,1 (mm)Bề dày cuộn thứ cấp:Bd2 = (a2 + cd22) . nl2 = (3,45 + 0,1) . 18 = 63,9 (mm) = 6,3 (cm)Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:Dn2 = Dt2 + 2 . Bd2 = 25,2 + 2 . 6,3 = 37,8 (cm)Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:Chiều dài dây quấn thứ cấp:l2 = . W2 . Dtb2 = . 240 . 31.5 = 23750,44 (cm) = 237,5 (m)Đường kính trung bình các cuộn dây:Suy raChọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm)- Tính kích thước mạch từ:Đường kính trụ d = 8 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 6bậc.Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:Qbt = 2.(1,6.10,5 + 1,1.9,5 + 0,7.8,5 + 0,6.7,5 + 0,4.6,5 + 0,7.4) = 86,2 (cm2)Tiết diện hiệu quả của trụ:212122Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoQT = khq . Qbt = 0,95 . 86,2 = 81,89 (cm2)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)Số lá thép dùng trong các bậc:Bậc 1: n1 =. 2 = 64 (lá)Bậc 2: n2 =. 2 = 44 (lá)Bậc 3: n3 =. 2 = 28 (lá)Bậc 4: n4 =. 2 = 24 (lá)Bậc 5: n5 =. 2 = 16 (lá)Bậc 6: n6 =. 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 = 10,5 (cm)Tiết diện gông: Qbg = a .b =107,1(cm2)Tiết diện hiệu quả của gông:Qg = khq . Qbg = 0,95 . 107,1 = 101,7 (cm2)Số lá thép dùng trong một gông:Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:Mật độ từ cảm trong gông:Chiều rộng cửa sổ:c = 2 . (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22= 2 . (1 + 6,3 + 1 + 6,6) +2 = 31,8 (cm)Khoảng cách giữa 2 tâm trục:c’ = c + d = 31,8 + 8 = 39,8 (cm)Chiều rộng mạch từ:L = 2 . c + 3 . d = 2 . 31,8 + 3 . 8 = 87.6 (cm)Chiều cao mạch từ:H = h + 2 . a = 25 + 2 . 10,5 = 46 (cm)222223Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có DoThể tích của trụ:VT = 3 . QT . h = 3 . 81,89 . 25 = 6141,75 (cm3) = 6,14 (dm3)Thể tích của gông:Vg = 2 .Qg . L = 2 . 101,7 . 87,6 = 17817,84 (cm3) = 17,8 (dm3)Khối lượng trụ:MT = VT . mFe = 6,14 . 7,85 = 48,19 (kg)Khối lượng gông:Mg = Vg . mFe = 17,8 . 7,85 = 139,73 (kg)Khối lượng sắt:MFe = MT + Mg = 48,19+139,73 = 187,92 (kg)Thể tích của đồng:VCu = 3 . (S1 . l1 + S2 .l2 )= 3 . (6,3. 10-4 . 229,46 .10 +4,84 . 10-4 . 237,5 . 10) = 7,7 (dm3)Khối lượng đồng:MCu = VCu . mCu = 7,7 . 8,9 = 69,28 (kg)-Tính các thông số của máy biến áp:Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C:Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C:Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:Sụt áp trên điện trở máy biến áp:∆Ur = RBA . Id = 1,079 . 20 = 21,58 (V)Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp:XBA = 8 . π2 . (W2)2 . () . (a12 +).22-7= 8 . π . 240 . () . (0,01 + ) . 314 . 10= 0,0929 ( )Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:LBA == = 0,00029 (H) = 0,29 (mH)Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:∆Ux =. XBA . Id =. 0.29 . 20 = 5,538 (V)Rdt = . XBA = . 0.29 = 0.27 ( )Sụt áp trên máy biến áp:2323. 10-724Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do∆UBA == = 22,2 (V)Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100U = Ud0 . cosαmin - 2 . ∆Uv – ∆UBA= 240,04 . cos100 – 2 . 1.6 – 22,2 = 210,99 (V)Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp:ZBA == = 1,08 ( )Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp:∆Pn = 3 . RBA . I22 = 3 . 1,079. 13,32 = 572,59 (W)∆Pn% =. 100% = 8,8%Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ:P0 = 1,3 . nf . (MT . BT2 + Mg .Bg2)= 1,3 . 1,15 . (48,19 . 0,472+139,73 . 0,372)= 44,5 (W)∆P0 % =. 100% =Điện áp ngắn mạch tác dụng:.100% = 0,7 %Unr =. 100% =Điện áp ngắn mạch phản kháng:. 100% = 6,93 %Unx =. 100% =Điện áp ngắn mạch phần trăm:. 100% = 0,59 %Ur ==Dòng điện ngắn mạch xác lập:= 6,95%I2nm === 191,48 (A)Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:Imax =24. I2nm . (1 + e)2425Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do=. 191,48 . (1 + e) = 270,79 (A)Imax = 270,79 (A) < ipik = 1490 (A)Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên củadòng điện chuyển mạch:Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình:2 . LBA .= U23 – U2a ==. U2 . sin(=)= 873369,79 (A/s)= 0,87 (A/ s)