chỉnh lưu hình tia 3 pha.doc
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. —- —- A. TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA : 1. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha : Hình 1.1 : Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha R E L T3 T2 T1 A B C a b c
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha : Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1. 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. + Khi biến áp đấu hình sao ( Y ) trên mỗi pha A, B, C nối một van. 3 catod đấu chung cho điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm. Ba pha này dịch góc 120 o theo những đường cong điện áp pha, có điện áp của 1 pha dương hơn điện áp của 2 pha kia trong khoảng chừng thời hạn 1/3 chu kì. + Nếu có những Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời hạn cấp xung tiên phong. Góc mở tự nhiên : + Góc mở được xác lập từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 ( từ đóng sang khóa ) cho đến khi khởi đầu đặt xung điều khiển vào. + Điện áp gây nên quy trình chuyển mạch : điện áp dây. + 0 Trong đó : : góc dẫn : góc chuyển mạch 2. Nguyên lý hoạt động giải trí : a ). Xét khi góc mở = 0 : id E i2 E i3 E i1 E Va Vb Vc u 1 2 3 4
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG – Điện áp pha thứ cấp máy biến áp sin u 2 v 2 a 2 2 sin 2 / 3 b v u 2 2 sin 2 / 3 c v u – Qua hình trên ta thấy : Lúc 2 1 c b a v v v . a v có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2 ; T3 khóa R E v i a 1 Lúc 3 2 a c b v v v . b v có giá trị lớn nhất nên T2 mở cho dòng chạy qua T1 ; T3 khóa R E v i b 2 Lúc 1 3 . b a c v v v , T3 mở ; T1, T2 khóa ; R E v i c 3 Trong đó : R : điện trở của động cơ. E : suất điện động phản kháng của động cơ. R E u I d d Dòng trung bình : 5 6 1 2 3 6 1. 2 3 d d I I I I I d b ). Xét khi góc mở 0 : Giả thiết tải : R, L, Eu, chuyển mạch tức thời. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp : sin 1 m U u ) 3 2 sin ( 2 m U u 3 2 sin ( ) 3 m u U * Nhịp V1 : khoảng chừng thời hạn từ 1 2 . Tại 1 điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi : T1 mở, khi đó : 0 0 0 1 3 3 1 2 2 1 u u u u u u u v v v 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 mở màn âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, khởi đầu nhịp V2. * Nhịp V2 : từ 2 3
- Đồ án môn
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
—- —-
A. TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU 3 PHA HÌNH TIA:
1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha :
Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha
R E L
T3
T2
T1
A
B
C
a
b
c - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha:
Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Yo, 3 pha Thyristor nối với tải như hình 1.1.
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.
+Khi biến áp đấu hình sao (Y)trên mỗi pha A,B,C nối một van.3 catod đấu chung cho
điện áp dương của tải ,còn trung tính biến áp, sẽ là điện áp âm. Ba pha này dịch góc 120o theo
các đường cong điện áp pha ,có điện áp của 1 pha dương hơn điện áp của 2 pha kia trong
khoảng thời gian 1/3 chu kì .
+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.
+
0
Trong đó : : góc dẫn
: góc chuyển mạch
2.Nguyên lý hoạt động :
a). Xét khi góc mở = 0:
id
E
i2
E
i3
E
i1
E
Va Vb
Vc
u
1 2 3 4
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
– Điện áp pha thứ cấp máy biến áp
sin
u
2
v 2
a
2
2 sin 2 /3
b
v u
2
2 sin 2 /3
c
v u
– Qua hình trên ta thấy:
Lúc 2
1
c
b
a v
v
v
. a
v có giá trị lớn nhất nên T1 mở cho dòng chạy qua T2;
T3 khoá
R
E
v
i a
1
Lúc 3
2
a
c
b v
v
v
. b
v có giá trị lớn nhất nên T2 mở cho dòng chạy qua T1;
T3 khoá
R
E
v
i b
2
Lúc 1
3
. b
a
c v
v
v
, T3 mở; T1, T2 khoá;
R
E
v
i c
3
Trong đó: R: điện trở của động cơ.
E: suất điện động phản kháng của động cơ.
R
E
u
I d
d
Dòng trung bình:
5 6
1 2 3 6
1
.
2 3
d
d
I
I I I I d
b). Xét khi góc mở 0 :
Giả thiết tải : R, L,Eu, chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
sin
1 m
U
u
)
3
2
sin(
2
m
U
u
3
2
sin( )
3
m
u U
*Nhịp V1: khoảng thời gian từ 1 2
. Tại 1
điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích
khởi: T1 mở, khi đó:
0
0
0
1
3
3
1
2
2
1
u
u
u
u
u
u
u
v
v
v
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
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Lúc này :
2
3
3
2
1
1
2 0
u
u
u
u
u
u
u
v
v
v
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 :
3
1 1 3
2 2 3
0
v
v
v
u
u u u
u u u
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 .
Trị trung bình của điện áp tải:
5
6
2
2 2
6
3 6
2
2. .sin. .cos 1,17U cos .
3 2
d
U
U U d
Trong đó : : Góc mở Thyristor.
Trùng dẫn:
sin
.
.
2 2
U
ea
)
3
2
sin(
.
.
2 2
U
eb
2
2
2. .sin( )
3
c
e U
Giả sử T1 đang cho dòng chạy qua, iT1 = Id. Khi 2
cho xung điều khiển mở T2. Cả
2 Thyristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea và eb. Nếu chuyển gốc
toạ độ từ sang 2
ta có:
)
6
5
sin(
.
.
2 2
U
ea
)
6
sin(
.
.
2 2
U
eb - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
α
Điện áp ngắn mạch:
)
sin(
.
.
2 2
U
e
e
U a
b
c
Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình:
dt
di
X
U c
c .
.
2
)
sin(
.
.
6 2
Do đó:
)
cos(
cos
.
.
2
.
6 2
c
c
X
U
i
Nguyên tắc điều khiển các Thyristor : Khi anod của Thyristor nào dương hơn Thyristor
đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các
Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất .
Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn ,như vậy dòng điện qua tải liên tục, mỗi
t dẫn trong 1/3 chu kì.còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn của các Thyristor nhỏ
hơn .Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình của các Thyristor đều bằng 1/3 Id .trong
khoảng thời gian Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng điện
Thyristor khoá = 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện dây giữa pha có Thyristor khoá với
pha có Thyristor đang dẫn.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở
Thyristor .
+Nếu 30 Ud, Id liên tục.
+Nếu > 30 Ud, Id gián đoạn
t
I2
Ud
I1
I3
UT1
t
t
t
t
Id
t1 t2 t3 t4
Ud Id T2
0
Hình 1.3: Giản đồ đường cong khi = 30o tải thuần trở - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
α
Nhận xét : So với chỉnh lưu 1 pha:
+Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn.
+Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn.
+Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn .
+Việc điều khiển các van bán dẫn cũng tương đối đơn giản hơn.
Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều ,do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ thông lõi
thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn. Khi
chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đấu sao(Y) ,có dây trung tính phải lớn
hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải.
3. Tổng quan về Thyristor :
a) 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 .
Ud
t
t
t
t
t
Id
I1
I2
I3
UT1
Ud Id T2
0
Hình 1.4 :Giản đồ đường cong khi góc mở = 60o - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Kí hiệu :
b) Nguyên lý hoạt động :
Khi Thyristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt cực âm
đặt vào catốt, thì tiêp 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 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.
+Mở Thyristor : Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so
với K ) thì các electron từ 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 gảy 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 trường 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 sung quanh cực rồi
phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ lan truyền khoảng 1m/100s
Có thể hình dung như sau : Khi dặt Thyristor ở UAK > 0 thì Thyristor 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
Thyristor mở.
+Khoá Thyristor :
Một khi Thyristor đã mở thì tín hiệu Ig không còn tác dụng nữa. Để khoá Thyristor có 2
cách :
. Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì Idt
– Một trong những biện pháp đơn giản nhất để
mở Thyristor được trình bày trên hình vẽ.
. Khi đóng mở K, nếu Ig > Igst thì T mở ( Ig (1,1
1,2 ). Igst )
gst
I
E
G
)
2
,
1
1
,
1
(
Ig : Giá trị dòng điều khiển ghi trong sổ tay tra
cứu Thyristor
R2 = 100 1000()
-E
+E
K T
R2
Rt
R1
Hình 1-6a
A
P1 P2
N1
K
N2
G
J2 J3
Ei
J1
– +
– +
– +
– +
– +
– +
– +
– +
– +
Hình 1-5
A K
G - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
C
C
Rt2
Rt1
+E
T
R
+E
T2
T1
K
B
A
Hình 1-6b Hình 1-6c
. Đặt một điện áp ngược lên Thyristor 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. - 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 giủ 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 dong điện ngược bằng 0 (t2) đây là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên Thyristor thì Thyristor 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 Thyristor chưa bị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn. Trên sơ đồ hình (b), việc khoá Thyristor bằng điện áp ngược được thực hiện bằng cách đong khoá K. còn sơ đồ (c) cho phép khóa Thyristor một cách tự động. Trong mạch hình (c) khi mở Thyristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại. Giả thuyết cho một xung điện áp dương đặt vào G1T1 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 G2T2 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 Thyristor 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 Thyristor điều mở), ta có phương trình mạch điện. c U R i E 1 . với dt du C i c Nên c c U dt du R C E 1 . Viết dưới dạng toán tử Laplace : p U U p U P R C E P c c c 0 . . 1 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Vì E
Uc
0 nên
a
p
p
E
Q
p
Uc
.
với
C
R
a
.
1
1
Từ đó ta có : 1
.
2
1 T
at
c U
e
E
t
U
. Thời gian toff là khoảng thời gian kể từ
khi mở T2 cho đến khi UT1 bắt đầu trở thành dương, vậy ta có :
C
R
t
e
E off
toff
a
1
.
.
693
,
0
0
.
2
1
hoặc
1
.
693
,
0 R
t
C
off
I
E
R
1 sẽ nhận được
E
t
I
C
off
.
.
44
,
1
toff : ; I : Ampe ; E : Volt ; C : F
d) Đặt tính Volt – Ampe của Thyristor :
Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của Thyristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua Thyristor
khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh chống của
dòng điện. Thyristor 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 Thyristor, đoạn này gọi
là đoạn điện trở âm.
Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn
điện. Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rãi trên
Thyristor rất lớn khoảng 1V. Thyristor được giử ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn
dòng duy trì IH.
Đoạn 4 : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn,
khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đên Ung thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chống, mặt
ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng. Bằng cách cho Ig lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính
Volt – Ampe với các Uch nhỏ dần đi.
Ia
III
IV
II
I
IH
U
Ing
Ung I0
Uth Uch
Hình 1-7 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
B: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.
I. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU :
Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp,giao thông vận tải và
nói chung trong các thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng. Máy
điện một chiều có thể làm việc cả hai chế độ máy phát và động cơ. Khi máy làm việc ở chế độ
máy phát công suất đầu vào là công suất cơ còn công suất đầu ra là công suất điện. Động cơ
quay roto máy phát điện một chiều có thể là turbine gas, động cơ điesel hoặc là động cơ điện.
Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ, công suất đầu vào là công suất điện còn
công suất đầu ra là công suất cơ.
Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ trường và
có dòng điện chạy qua.
SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức:
Eư = kEn = kM
Mômen điện từ tính theo công thức
M = kMIư
Phương trình cân bằng điện áp của động cơ :
U = Eư + Rư * Iư
II. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU :
1.Phần tĩnh hay stato :
Đây là một phần đứng yên của máy .
Phần tĩnh gồm các bộ phận tĩnh sau:
a).Cực từ chính :
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng
ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cục từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày
0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể làm bằng thép khối. Cực từ được
gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông .Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cách điện
và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi
đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau.
b).Cực từ phụ :
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của
cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo
giống như dây quấn cực từ chính .Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông.
c).Gông từ :
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. trong máy
điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại, Trong máy điện lớn thường dùng
thép đúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy .
d).Các bộ phận khác :
Các bộ phận khác gồm có :
-Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay
an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác
dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
-Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài .
Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên
cổ góp .
Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá .
Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ .
Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại.
2.Phần quay rotor :
Phần quay gồm có những bộ phận sau : - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
a).Lõi sắt phần ứng :
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện (thép hợp
kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng
điện xoáy gây nên .Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
b).Dây quấn phần ứng :
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua .Dây quấn
phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công suất dưới
vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết
diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rảnh của lõi thép .
c. Cổ góp :
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay
chiều thành dòng điện một chiều .
d).Các bộ phận khác :
-Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy .
-Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt và ổ bi .
Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt .
3.Các trị số định mức:
Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều
kiện mà xưởng chế tạo đã quy định.Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên
nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng
sau :
Công suất định mức: Pđm (KW hay W);
Điện áp định mức: Uđm (V);
Dòng điện định mức: Iđm (A);
Tốc độ định mức: nđm (vg/ph).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về
điều kiện sử dụng .
III. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU :
Quan hệ giửa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ :
= f(M) hoặc n = f(M).
Quan hệ giửa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất:
c= f(Mc) hoặc nc= f(Mc).
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 giửa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ:
= f(I) hoặc n = f(I).
Trong phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập.
1. Phương trình đặc tính cơ:
Theo sơ đồ hình (1-5) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng
như sau:
Uư = Eư + (Rư +Rf)Iư ( 1-1)
Trong đó:Uư – điện áp phần ứng, (V)
Eư – sức điện động phần ứng,(V)
Rư – điện trở của mạch phần ứng, ()
Rf – điện trở phụ trong của mạch phần ứng, ()
Với: Rư = rư + rcf + rb + rct
Trong đó: rư – điện trở cuộn dây phần ứng.
rcf – điện trở cuộn cực từ phụ.
rb- điện trở cuộn bù.
rct- điện trở tiếp xúc chổi than.
RKT
CKT
Rf
Uư
IKT
E
UKT
Hình 1-5 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được
xác định theo biểu thức:
Eư =
k
a
pN
2
(1-2)
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.
k =
a
pN
2
– hệ số cấu tạo của động cơ.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:
Eư = Ke.n (1-3)
Với: =
2
60 9,55
n n
Vì vậy: Eư= n
a
pN
60
Ke =
a
pN
60
là hệ số sức điện động của động cơ .
Ke =
9,55
K
0.105K
Từ (1-1) và (1-2) ta có:
=
f
R R
U
I
K K
(1-4)
Biểu thức (1-4) là phương trình đặc tính cơ điện của đông cơ.
Mặt khác, mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:
Mđt= K Iư (1-5)
Suy ra: Iư =
K
Mdt
.
Thay giá trị Iư vào (1-4) ta được:
Eư = dt
f
M
K
R
R
K
U
2
)
(
–
–
(1- 6)
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 Mđt= Me= M. Khi đó ta được:
Eư = M
K
R
R
K
U f
2
)
(
–
–
(1-7)
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 cá phương trình đặc
tính cơ điện (1- 4) và phương tình đặc tính cơ (1-7) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu
điển trên hình (1-2) là những đường thẳng.
Theo các đồ thị trên, khi Iư= 0 hoặc M = 0 ta có:
Eư = o
U
K
–
(1-8)
0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Còn khi = 0 ta có: Iư = nm
f
I
R
R
U
–
(1-9)
Và M = KInm = Mnm Inm,
Inm,Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.
Mặt khác từ phương trình đặc tính (1-4) và (1-7) cũng có thể được viết dưới dạng:
Eư =
o
K
RI
U
K
–
(1-10)
Eư =
o
K
RM
U
2
)
(
K
–
Eư =
K
–
U
M
K
R
I
K
R
2
)
(
–
: gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M.
2.Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ
thông động cơ , điện áp phần ứng Uư, 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 Uư=Uđm= Const và = đm=const.
Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:
Eo = const
K
U
dm
dm
*
Độ cứng đặc tính cơ:
var
)
( 2
f
R
R
K
M
–
Khi Rf càng lớn càng nhở nghĩa là
đặc tính cơ càng dốc.
Ưng với Rf=0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:
–
R
K dm
TN
2
)
(
(1-11)
TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả cá đường đặc tính
có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện trở Rf ta được một họ đặc tính biến trở như hình
(2-5) ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng
b. Đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập
0
a. Đặc tính cơ điện của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập
0
đm đm
Iđm Inm
I I
Mđm Mnm
Hình 1-6
0
TN(Rn)
Hình 1-7
Rf1
Rf2
Rf3
Rf4
Mc
M - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
TN MC
điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch củng 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 = đm= const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi thay đổi điện áp
theo hướng giảm so với Uđm, ta có:
Tốc độ không tải:
var
dm
x
ox
K
U
Độ cứng đặc tính cơ:
const
R
K
–
2
)
(
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 2-4).
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 Uư= Uđm= const. Điện trở phần ứng Rư = const. Muốn thay
đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này:
Tốc độ không tải : Eox = var
x
dm
K
U
Độ cứng đặc tính cơ : = var
)
( 2
–
R
K x
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì0x 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 điên ngắn mạch: Inm = const
R
Udm
–
Mômen ngắn mạch: Mnm=KxInm=Var
b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập khi giảm tư thông
Hình 1-9
a. Đặc tính cơ điện của động cơ điên một
chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông
02
01
0
0
2
1
đm
02
01
2
đm
1
Mc
M
Inm
0
0
01
02
03
04
Uđm
U1
U2
U3
U4
Mc
Hình 1-8
M(I) - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn ở hình
(1-9)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 (1-9)b.
IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH
TỪ ĐỘC LẬP :
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên
mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không thay đổi. Để tránh những biến động lớn về
gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi
điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy
phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến đổi trên dùng để
biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động
của nó cho phù hợp theo yêu cầu.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Ta có tốc độ không tải lý tưởng: no = Uđm/KEđm.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động
cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiều trong máy cắt kim loại
và cho những tốc độ nhỏ hơn ncb.
* Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có thể điều chỉnh
tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng.
* Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn đầu tư cơ bản và
chi phí vận hành cao.
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:
Hình 1-10 : Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment điện từ
của động cơ M = KMIư và sức điện động quay của động cơ.
Eư = KEn. Thông thường, khi thay đổi từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên giá
trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người ta
thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thông do tổn hao công suất
nhỏ. Đối với các máy điện công suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt như: máy phát,
khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…
Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ
IKT sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dòng
kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này tốc độ tăng lên khi từ thông
giảm: n = U/KE.
–
+
+ –
CKĐ
RKĐ
Iư
U
DM
Đ
UKT
M
K
K
R
R
K
U
n
M
E
f
u
E
2
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều chỉnh tốc độ tùy
thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ không thể đổi chiều dòng điện và chịu
được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc độ cho phép.
Nhận xét: Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất
năng lượng ít, mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản.
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:
Trong phương pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ
theo sơ đồ nguyên lý như sau:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng được
giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 ta đóng thêm Rf vào
mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do
quán tính nên chưa kịp biến đổi. Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ
giảm xuống, sau đó làm việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < ncb. Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng điện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại. Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng. * Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép. * Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - - + + Iư Rf CK RK U E UKT - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
A
B
C
ĐM
T3
T2
T1
i1
i2
i3
c
b
a
id
LK
Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
CHƯƠNG II :TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC :
—- —-
A. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC:
B. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :
-Bộ biến đổi Thyristor có nhiệm vụ biến dòng điện xoay chiều của lưới thành dòng điện
một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ. Nó có thể điều khiển suất điện động bộ biến đổi
nên có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ.
-Trong bộ biến đổi Thyristor : máy Biến áp lực có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới cho phù
hợp với điện áp cung cấp cho động cơ, tạo điểm trung tính, tạo pha cho chỉnh lưu nhiều
pha,hạn chế biên độ dòng ngắn mạch,giảm di/dt < di/dt cp nhằm bảo vệ van…. -Hệ thống Thysitor : nắn dòng cho phù hợp với động cơ. -Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc ,do đó biến thiên Uö dẫn đến thay đổi -Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc cao sao cho K sb < K sb cp ,với K sb cp phụ thuộc yêu cầu của tải. C. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN MẠCH ĐỘNG LƯC : I. TÍNH CHỌN THYRISTOR: 1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv .U2 Với U2 = d u U k = 17 , 1 220 =188,03 (V) Trong đó: Ud : Điện áp tải của van U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: ku = 1,17) knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1:knv = 6 ) Ulv : Điện áp làm việc Unv: Điện áp ngược của van. 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 = 1,8 × 460,58 = 829,04 (V) Trong đó: kdt u : hệ số dự trữ ( kdt u =1,5÷ 1,8) 2/ Dòng điện làm việc của van: - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van
Ilv = Ihd
Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd. Id =0,58 × 59,5 = 34,51 (A)
Trong đó: khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.(khd =0,58)
Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van.
Id : Dòng điện tải.
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 = 48,314 (A)
Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện. ki=(1,1÷1,4)
Vậy thông số van là: Unv = 829,04 (V)
Idm v = 48,314 (A)
Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với các thông sô định mức: (Tra bảng p2)
-Dòng điện định mức của van: Idm = 60 (A)
-Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 1000 (V)
-Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400(A)
-Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 1,4 (V)
-Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 150 (mA)
-Dòng điện rò: Ir = 25 (mA)
-Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,8 (V)
-Tốc độ biến thiên điện áp
dt
du
= 1000 V/s
-Thời gian chuyển mạch : t cm= 180 µs
-Nhiệt độ làm việc cho phép : Tmax =125o
C
IV. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU:
Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiên bằng không khí.
THÔNG SỐ CƠ BẢN :
1/Điện áp các cuộn dây:
Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
U1 = 380 (V)
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có không tải:
Udo.cos α min = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆Uba
Trong đó: Ud : Điện áp chỉnh lưu.
αmin = 10° : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới
∆Uv = 1,8 (V) : sụt áp trên Thyristor
∆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 = 220×5% = 11 (V)
Suy ra Udo=
min
2. Uv
cos
d dn ba
U U U
=
220 2 1,8 0 11
cos10o
=238,22 (V)
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f =
do
u
U
K =
238,22
1,17
= 203,6(V)
2/Dòng điện các cuộn dây:
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:
I2 =
3
1
. Id =
3
2
× 59,5 = 48,58 (A)
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
I1 = kBA. I2 =
1
2
U
U
×I2 =
203,6
380
×48,58 = 26,03 (A)
TÍNH SƠ BỘ MẠCH TỪ :
3/Tiết diện sơ bộ trụ QFe :
QFe = kQ
.
ba
S
m f
Trong đó: Sba : Công suất biến áp.
kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 (biến áp khô)
m : Số pha máy biến áp (m=3)
f : tần số nguồn điện xoay chiều.(f = 50hz)
Công suất biến áp nguồn cấp được tính :
Sba = kS. Pdmax = kS×Udo×Id = 1,345 × 238,22 × 59,5 = 19064,15 (W)
Trong đó : ks : Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực(ks = 1,345)
Pdmax : Công suất cực đại của tải [W]
Suy ra: QFe = 6.
19064,15
3 50
= 67,64 (cm2)
4/Đường kính trụ :
Fe
d
=
Fe
Q
.
4
=9,28 (cm)
Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm)
5/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 B = 1 Tesla
6/Chọn tỷ số : m =
Fe
d
h
= 2,3 (m = 2 – 2,5)
h = 2,3×dFe = 2,3×9,28 = 21,3 (cm)
Suy ra : chọn chiều cao trụ là 21 (cm)
TÍNH TOÁN DÂY QUẤN :
7/Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:
W1 =
1
4,44.. . Fe
U
f B Q
= 4
380
4,44 50 1 67,64.10
= 253,06(vòng)
Trong đó : B: Từ cảm (B=1)
Chọn W1 = 253 (vòng)
8/Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
W2 =
1
2
U
U
×W1 =
203,6
380
× 253 = 135,55 (vòng)
Chọn W2 = 136 (vòng)
9/Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:
Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô : J = 2÷2,75[A/mm2]
Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)
10/Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
S1 =
1
1
J
I
=
26,03
2,75
= 9,46 (mm2) - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 9,51(mm2)
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B
Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1. b1 = 2,63. 3,80 (mm)
11/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
J1 =
1
1
S
I
=
26,03
9,51
= 2,74 (A/mm2)
12/Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:
S2 =
2
2
J
I
=
75
,
2
58
,
48
= 17,66 (mm2)
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 17,70 (mm2)
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B
Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2. b2 = 1,95 .9,30(mm)
13/Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
J2 =
2
2
S
I
=
34,51
17,7
= 2,74 (A/mm2)
KẾT CẤU DÂY DẪN SƠ CẤP :
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục.
14/Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp:
W1l =
1
2
b
h
h g
. kc =
21 2 1,5
0,38
. 0,95 = 45 (vòng)
Trong đó : h – chiều cao trụ
hg – khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp hg = 1,5 (cm)
Kc – hệ số ép chặt kc = 0,95
15/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
n1l =
1l
1
W
W
=
253
45
= 5,62 (lớp)
16/Chọn số lớp n1l =6 lớp
Như vậy 253 vòng chia thành 6 lớp,5 lớp đầu mỗi lớp có 42 vòng, lớp thứ 6 có 43 vòng
17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
h1 =
l1 1
c
W b
k
=
45 0,38
0,95
= 18 (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: cd01 = 1,0 (cm)
20/ Đường kính trong của ống cách điện:
D1 = dFe + 2×cd01 – 2×S01 = 9 + 2×1 – 2×0,1 = 10,8 (cm)
21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
Dt1 = D1 + 2 × S01 = 10,8 + 2 × 0,1 = 11 (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 = (0,263 + 0,1)×6= 1,638 (cm)
24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
Dn1 = Dt1 + 2×Bd1 = 11 + 2. 1,638 = 14,27 (cm)
25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp :
Dtb1 =
2
1
1 n
t D
D
=
11 14,27
2
= 12,64 (cm)
26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp :
l1 = W1. . Dtb1 = 253× × 12,64 = 10046,56 (cm) 100,46 (m) - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
27/ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd12 = 1,0 (cm)
KẾT CẤU DÂY QUẤN THỨ CẤP :
28/ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:
h1 = h2 = 18 (cm)
29/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:
W12 =
2
2
b
h
×kc =
18
0,93
× 0,95 ≈ 18 (vòng)
30/ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
n12 =
l2
2
W
W
=
136
18
= 7,5 (lớp)
31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp:
Như vậy 136 vòng chia thành 8 lớp :mỗi lớp có 17 vòng.
32/ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:
h2 =
c
2
l2
k
b
W
=
18 0,93
0,95
=17,62 (cm)
33/ Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
Dt2 = Dn1 + 2. cd12 = 14,27 + 2× 1,0 = 16,27 (cm)
34/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd21 = 0,01 (cm)
35/ Bề dày cuộn thứ cấp:
Bd2 = (a2 + cd21). nl2 = (0,195 + 0,01). 8 = 1,64 (cm)
36/ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
Dn2 = Dt2 + 2. Bd2 = 16,27 + 2 .1,64 = 19,55 (cm)
37/ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
Dtb2 =
2
2
2 n
t D
D
=
16,27 19,55
2
= 17,91 (cm)
38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp:
l2 = . W2. Dtb2 = . 135. 17,91 = 7652,169 (cm) = 76,52 (m)
39/ Đường kính trung bình các cuộn dây:
D12 =
1 2
2
t n
D D
=
11 19,55
2
= 15,27 (cm)
Suy ra : r12 =
2
12
D
=
15,27
2
= 7,6(cm)
40/ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: cd22 = 2 (cm)
hg
Cdn - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
TÍNH KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ :
41/ Đường kính trụ d = 9 (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. (1,6×8,5 + 1,1×7,5 + 0,7×6,5 + 0,6×5,5 + 0,4×4,5 + 0,7×2) = 65,8 (cm2)
43/ Tiết diện hiệu quả của trụ:
QT = khq. Qbt = 0,95×65,8 = 62,51 (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:
Bậc 1: n1 =
5
,
0
16
. 2 = 64 (lá)
Bậc 2: n2 =
5
,
0
11
. 2 = 44 (lá)
Bậc 3: n3 =
5
,
0
7
. 2 = 28 (lá)
Bậc 4: n4 =
5
,
0
6
. 2 = 24 (lá)
1
2
3
4
5
6
a01
hg
Bd1 Bd2
a12
Hình 2-3 :Sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kì - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Bậc 5: n5 =
5
,
0
4
. 2 = 16 (lá)
Bậc 6: n6 =
5
,
0
7
. 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 = 8,5 (cm)
Tiết diện gông: Qbg = a .b = 8,5. 10,2 = 86,7 (cm2)
46/ Tiết diện hiệu quả của gông:
Qg = khq. Qbg = 0,95. 86,7 = 82,365 (cm2)
47/ Số lá thép dùng trong một gông:
hg =
5
,
0
b
=
5
,
0
2
,
10
= 204 (lá)
48/ Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:
BT =
T
1
1
.Q
W
.
.
44
,
4 f
U
= 4
380
4,44 50 253 62,51.10
= 1,082 (T)
49/ Mật độ từ cảm trong gông:
Bg = BT .
g
T
Q
Q
= 1,082 .
62,51
82,365
= 0,82 (T)
50/ Chiều rộng cửa sổ:
c = 2. (cd01 + Bd1 + cd12 + Bd2) + cd22 = 2. (1 + 1,638 + 1 + 1,64) +2 = 12,56 (cm)
51/ Khoảng cách giữa 2 tâm trục:
c’ = c + d = 12,56+ 9 = 21,56 (cm)
52/ Chiều rộng mạch từ:
L = 2×c + 3×d = 2×12,56 + 3× 9 = 52,12 (cm)
53/ Chiều cao mạch từ:
H = h + 2×a = 21 + 2×8,5 = 38 (cm)
TÍNH KHỐI LƯỢNG CỦA SẮT VÀ ĐỒNG :
54/ Thể tích của trụ:
VT = 3. QT. h = 3 × 62,51× 21 = 3938,13 (cm3)
55/ Thể tích của gông:
Vg = 2 .Qg. L = 2×82,365×52,12 = 8585,73 (cm3)
56/ Khối lượng trụ:
MT = VT. mFe = 3,938×7,85 = 31 (kg)
57/ Khối lượng gông:
H h
L/2
a
a/2
b
c
Hình 2-4 :Sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp
L - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Hình 2-5 :Sơ đồ kết cấu máy biến áp
1
2
52,12
26,06
12,56
21
18
8,5
11
9
Mg = Vg. mFe = 8,586×7,85 = 67,4 (kg)
58/ Khối lượng sắt:
MFe = MT + Mg = 31 + 67,4 = 98,4 (kg)
59/ Thể tích của đồng:
VCu = 3.(S1.l1 + S2.l2 ) = 3.(9,51.10-4×100,46.10 + 17,7.10-4×76,52.10) = 6,93 (dm3)
60/ Khối lượng đồng:
MCu = VCu. mCu = 6,9×8,9 = 61,67 (kg)
TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP
61/ Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C:
R1 =
1
1
S
l
= 0,02133 .
100,46
9,51
= 0,225 ( )
Trong đó : 75 =0,02133()
62/ Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C:
R2 =
2
2
S
l
= 0,02133 .
76,52
17,7 = 0,092 ( )
63/ Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
RBA = R2 + R1 (
1
2
W
W
)2 = 0,092 + 0,225.
2
136
253
= 0,16 ( )
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:
38 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
XBA = 8. π2. (W2)2. (
qd
h
r
). (a12 +
3
2
1 d
d B
B
). . 10-7
= 8. π2. 1362 .
8,315
18
. [0,001 +
2
1,638 1,64 .10
3
]. 314. 10-7
= 0,253 ()
66/ Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
LBA =
BA
X
=
0,253
314
= 0,0008 (H) = 0,8 (mH)
67/ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:
∆Ux =
3
. XBA. Id =
3
. 0,253. 59,5 = 14,37 (V)
Rdt =
3
. XBA =
3
. 0,253 = 0,24 ( )
68/ Sụt áp trên máy biến áp:
∆UBA =
2
2
x
r U
U
=
2 2
9,52 14,37
= 17,24 (V)
69/ Điện áp trên động cơ khi có góc mở : αmin = 100
U = Udo. cosαmin – 2. ∆Uv – ∆UBA = 238,22. cos100 – 2×1,8 – 17,24 = 213,76 (V)
70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp:
ZBA =
2
2
BA
BA X
R =
2 2
0,16 0,253
= 0,3( )
71/ Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp:
∆Pn = 3. RBA. 2
2
I = 3. 0,16. 48,582 =1132,8 (W)
∆Pn% =
S
Pn
. 100% =
1132,8
19064,15
. 100% = 5,94%
72/ Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ:
Po = 1,3. nf. (MT. BT
2 + Mg .Bg
2)
= 1,3. 1,15. (31. 1,0822 + 67,4. 0,822) = 122,01(W)
∆Po % =
S
Po
. 100% =
122,01
19064,15
.100% = 0,64 %
73/ Điện áp ngắn mạch tác dụng:
Unr =
2
2
.
U
I
RBA
. 100% =
0,16 48,58
203,6
. 100% = 3,82 %
74/ Điện áp ngắn mạch phản kháng:
Unx =
2
2
.
U
I
X BA
. 100% =
0,253 48,58
203,6
. 100% = 6,04%
75/ Điện áp ngắn mạch phần trăm:
Un =
2
2
nx
nr U
U =
2 2
3,82 6,04
= 7,15(V)
76/ Dòng điện ngắn mạch xác lập:
I2nm =
BA
Z
U2
=
203,6
0,3
= 678,6 (A)
77/ Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Imax = 2. I2nm. (1 + nx
U
U
nr
e
)
= 2. 678,6. (1 + e
.0,0382
0,0604
) = 1091,27 (A)
Imax = 1091,27 (A) < Ipik = 1400 (A) Trong đó : Ipik : Đỉnh xung max của Thyristor. 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: 2. LBA . dt dic = U23 – U2a = 6. U2. sin( ) max dt dic = BA L U . 2 6 . 2 = 3 203,6. 6 2.0,8.10 = 311697,57 (A/s) max dt dic = 0,31 (A/ s) < cp dt di = 100 (A/ s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt. 79/ Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: = S I U d d . = 15 , 19064 5 , 59 . 220 = 68% V. THIẾT KẾ CUỘN KHÁNG LỌC: 1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: Chọn góc mở cực tiểu αmin = 10o. 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 = Udo. cosαmin = Ud dm và tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm -Khi góc mở lớn nhất α = αmax, điện áp trên tải nhỏ nhất Ud min = Udo. cosαmax và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin Ta có: max = arcos do d U U min = arcos 2 min . 34 , 2 U Ud Trong đó Ud min được xác định như sau: D = min max n n = u u d u u ddm R I U R I U . . min min Udmin = . . . 1 . 1 min Ru I D U D udm d Udmin = dt BA u udm R R R I D U D . . 1 cos . . 34 , 2 . 1 min 2 Udmin = BA BA u udm X R R I U . 3 . . 1 20 cos . . 34 , 2 . 20 1 min 2 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Udmin =
o
1 3
. 2,34.203,6.cos10 20 1 .59,5. 0,187 0,16 .0,253
20
Udmin = 56,73 (V)
Suy ra
max
a arcos
min
d
do
U
U
= arcos
2
min
.
34
,
2 U
Ud
= arcos
56,73
2,34 203,6
= 83,16o
2/ Xác định các thành phần sóng hài:
Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier, ta chuyển gốc toạ độ sang điểm 1
, khi đó
điện áp tức thời trên tải khi thyristor T1,T4 dẫn là:
Ud = Uab = 6 .U2. cos
6
Với t
.
Điện áp tức thời trên tải Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ :
2 2
6 3
p
Trong đó p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới.
Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud:
Ud =
0
1
2 2
.cos. .sin .
2
n n
k
a
a k b k
Hay :Ud =
1
0
.
6
sin
.
.
6
cos
.
2 k
n
n k
b
k
a
a
=
1
.
0
6
sin
2 k
m
n k
k
U
a
Trong đó: an =
0
2
cos6
d
U k d
= 2
0
6
6 cos cos6
6
U k d
=
cos
6
sin
.
2
.
1
6
2
6
3
2
2
k
U
=
cos
.
1
6
2
6
3
2
2
k
U
bn =
0
2
cos6
d
U k d
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
= 2
0
6
6 cos sin6
6
U k d
=
sin
6
sin
.
2
.
1
6
2
6
3
2
2
k
U
=
sin
.
1
6
2
6
3
2
2
k
U
Ta có:
cos
6
3
2
2
0
U
a
Vậy ta có biên độ điện áp:
2
2
n
n
kn b
a
U
2
2
2
2
2 sin
6
cos
1
6
1
6
3
k
k
U
Ukn
2
2
2
0
6
1
1
6
2 tg
k
k
D
U d
kn
n
kn
d U
U 1
6
sin
cos
6
3
3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc:
Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở max
.
Ta có:
d u d n
di
U u E R I R i L
dt
Cân bằng 2 vế:
di
U Ri L
dt
vì :
di
Ri L
dt
Nên :
di
U L
dt
Trong các thành phần xoay chiều bậc cao, thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần
đúng ta có:
1 1
sin 6
m
U U
Nên
1
1 1
1
cos 6 cos 6
2
m
m
U
i U dt I
L fL
Vậy : udm
dm
m I
L
f
U
I .
1
,
0
.
.
2
.
6
1
Suy ra: - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
dm
m
I
f
U
L
1
,
0
.
.
2
.
6
1
6
là số xung đập mạch trong một chu kỳ điên áp lưới.
2 2
max
1 max
2
cos
2. 1 6
6 1
do
m
U
U tg
o
2 o
1
2,34 203,6 cos83,16
2. 1 36 83,16
36 1
m
U tg
= 162,21 (V)
162,21
6 2 50 0,1 59,5
L
= 0,0145 (H) = 14,5 (mH)
Điện cảm mạch phản ứng đã có:
Lư c= Lư+ 2LBA
Trong đó: Lư : điện cảm mạch phần ứng
.60 220.60
. 0,25.
2.. .. 2. .2.1500.59,5
dm
dm dm
U
L
p n I
æ
= 0,00294 ( H
) = 2,94 (mH)
25
,
0
là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù.
Lưc = 2,94 + 2× 0,8= 4,704 (mH)
Điện cảm cuộn kháng lọc:
Lk = L – Lưc = 14,5 – 4,704 = 9,796 (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:
3
2.. .. 2. 6 50 9,796.10 18,46( )
k k k
Z X m f L
2.Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc:
1 5,95
. 18,46. 77,68(V)
2 2
m
k
I
U Z
Trong đó : 1 10%. 10%.59,5 5,95(A)
m dm
I I
3.Công suất của cuộn kháng lọc:
1 5,95
. 77,68. 326,85(VA)
2 2
m
I
S U
4.Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc:
2
326,85
. 5. 5,22( )
6.50
Q
S
Q k cm
mf
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)
H h
a
a/2
c - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
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 = 74,44 (V)
‘ 4
U 77,68
W 171,5
4,44.f. . 4,44.6.50.0,8.4,25.10
T
B Q
(vòng)
Lấy W = 172 (vòng)
8.Dòng điện chạy qua cuộn kháng:
1
1 6
cos
m
d I
I
t
i
Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng:
2 2
2 2
1 5,95
59,5 59,65(A)
2 2
m
K d
I
I I
9.Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm2)
Tiết diện dây quấn cuộn kháng:
)
(
7
,
21
75
,
2
65
,
59 2
mm
J
I
S K
K
Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chọn SK = 21,9 (mm2)
Chọn kích thước dây : aK. bK = 3,8×5,9 (mm)
Tính lại mật độ dòng điện )
/
(
72
,
2
9
,
21
65
,
59 2
mm
A
S
I
J
K
K
10.Chọn hệ số lấp đầy:
7
,
0
Q
W.S
CS
K
ld
K
11.Diện tích cửa sổ:
2 2
K
ld
W S 172 21,9
10 53,81( )
K 0,7
CS
Q cm
12.Tính kích thước mạch từ:
QCS = c. h
chọn 3
a
h
m, suy ra h = 3. a = 3. 20 = 60 (mm)
CS
Q 53,81
c= 8,97(cm)
h 6
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
13.Chiều cao mạch từ:
H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm)
14.Chiều dài mạch từ:
L = 2. c + 2. a = 2. 89,7 + 2. 20 = 21,94 (mm)
15.Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = 2 (mm)
16.Tính số vòng dây trên một lớp:
1
2. 60 2 2
W 9,49( ) 10( )
5,9
g
K
h h
vòng vòng
b
17.Tính số lớp dây quấn:
1
1
W 172
17,2
W 10
n (lớp) 17 (lớp)
Mỗi lớp 10 vòng.
18.Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: a01 = 3 (mm)
Cách điện giữa các lớp: cd1 = 0,1 (mm)
19.Bề dày cuộn dây:
Bd = (ak + cd1 ). n1 = (3,8 + 0,1). 17 = 66,3 (mm)
20.Tổng bề dày cuộn dây:
)
(
3
,
69
3
3
,
66
01 mm
a
B
B d
d
21.Chiều dài của vòng dây trong cùng:
)
(
8
,
108
3
.
.
2
)
25
20
.(
2
.
.
2
)
.(
2 01
1 mm
a
b
a
l
22.Chiều dài của vòng dây ngoài cùng:
2 01
2.( ) 2. .( ) 2.(20 25) 2. .(3 66,3) 525,20( )
d
l a b a B mm
23.Chiều dài trung bình của 1 vòng dây:
)
(
317
2
2
,
525
8
,
108
2
2
1
mm
l
l
ltb
24.Điện trở của dây quấn ở 750C:
3
75
.W 317.10 .172
. 0,02133. 0,03( )
21,9
tb
k
l
R
S
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 + 219,4). 10-2 = 0,17 (dm3)
26.Khối lượng sắt:
MFe = VFe. mFe = 0,17. 7,85 = 1,334 (kg)
27.Khối lượng đồng:
MCu = VCu. mCu = Sk. ltb. W. mCu
= 21,7. 317. 172. 8,9. 10-6 = 10,53 (kg)
VI:TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH BẢO VỆ
1.Giới thiệu : - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
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.
Do đó cần phải bảo vệ các Thyristor, 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
dt
di
– 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.
2.Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn :
Khi van bán dẫn làm việc, có dòng điện chạy qua ,trên van có sụt áp U, do đó có tổn hao
công suất p.Tổn hao này sinh nhiệt ,đốt nóng van bán dẫn. Mặc khác, van bán dẫn chỉ được
phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép (Tcp),nếu quá nhiệt độ cho phép các van sẽ bị phá hỏng.
Để van bán dẫn hoạt động an toàn ,không bị chọc thủng vì nhiệt, chọn và thiết kế hệ thống tỏa
nhiệt hợp lý .
Tính toán cánh tỏa nhiệt :
Thông số cần có :
+Tổn thất công suất trên Thyristor : p = U×Ilv = 1,8×34,51 = 62,12 (W)
+Diện tích bề mặt tỏa nhiệt : TN
m
p
S
K
Trong đó : p : Tổn hao công suất W
: Độ chênh nhiệt độ so với môi trường
Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = o
40 C
Nhiệt độ làm việc cho phép của Thyristor Tcp = o
125 C
Chọn nhiệt độ trên cánh tỏa nhiệt Tlv = o
80 C
= Tlv Tmt =
o
40 C
Km : Hệ số tỏa nhiệt đối lưu và bức xạ. Chọn
2o
m
K 8W/m C
Vậy STN = 0,194 m2
Chọn loại cánh tỏa nhiệt có 12 cánh ,kích thước mỗi cánh: a×b =10×10(cm×cm)
Tổng diện tích tỏa nhiệt của cánh STN = 12×2×10×10 = 2400 cm2
a
b
h h1
ho
Kích thước cơ bản :
a < 200mm b < 200mm h < 180mm ho= 5,15mm c = 2÷3mm - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
R1
C1
3. Bảo vệ quá dòng điện cho van :
– Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực ,tự động cắt mạch khi quá tải và ngắn mạch
Thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi ,ngắn mạch thứ cấp MBA ngắn mạch ở chế độ
nghịch lưu.
+ Chọn aptomat có :
Dòng điện làm việc chạy qua aptomat : Ilv =
3 380
ba
S
= 28,96A
Dòng điện aptomat cần chọn : Idm= 1,1×Ilv =1,1×28,96=31,86 A
Udm = 380V
Có 3 tiếp điểm chính ,có thể đóng cắt bằng tay hoặc nam châm điện .Chỉnh định dòng ngắn
mạch : Inm = 2,5×Ilv =72,41 A
Dòng quá tải : Iqt =1,5×Ilv = 43,45 A
Từ thông số trên chọn aptomat :…………
+Chọn cầu dao có : dòng định mức :Iqt =1,1Ilv =31,86 A
Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động và dùng để đóng cắt
nguồn chỉnh lưu khi khoảng cách từ nguồn cấp tới bộ chỉnh lưu đáng kể.
+ Dùng dây chảy: tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Thyristor,ngắn mạch đầu ra
của bộ chỉnh lưu.
Nhóm 1cc :dòng điện định mức dây chảy nhóm 1cc
I1cc = 1,1×I2=1,1×48,58 = 53,45 A Chọn 1cc loại 60 A
Nhóm 2cc :dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc
I2cc = 1,1×Ihd=1,1×34,51 = 37,96 A Chọn 2cc loại 40 A
Nhóm 3cc :dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc
I3cc = 1,1×Id=1,1 ×59,5 = 65,46 A Chọn 3cc loại 70 A
4.Bảo vệ quá điện áp cho van :
Bảo vệ quá điện áp cho quá trình đóng cắt Thyristor được thực hiện bằng cách mắc R-C
song song với Thyristor.Khi có sự chuyển mạch ,các điện tích tích tụ trong lớp bán dẫn phóng
ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiên nhanh chóng của
dòng điện ngược gây ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện
áp giữa Anot và Ktot của Thyristor.Khi có mạch mắc R-C song song vói Thyristor tạo ra
mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Thyristor không bị quá điện áp.
Thông thường : R1 =(5÷30) ; C1 = (0,25÷4)F
Theo tài liệu : R1 =5,1 ; C1 = 0,25F
Bảo vệ xung điều khiển từ lưới điện ta mắc mạch R-C (Hình 2.9) nhờ có mạch lọc này
mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây.
Trị số R-C chọn : R2 =12,5 ; C2 = 4F
a
1CC 1CC 1CC
b c - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
5.Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ :
Hình 2.10 :Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
CHƯƠNG III :TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
—- —-
1CC
a b c
R
ĐM
1CC 1CC
3CC
R
R
R R R
C C
C
C C C
2CC 2CC 2CC
Lk
A B C
Ap
CD
T3
T2
T1
Ukt - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
I.Xác định yêu cầu cơ bản :
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Thyristor.Các thông số cơ
bản để tính mạch điều khiển.
+Điện áp điều khiển Thyristor : Uđk = 1,4 V
+Dòng điện điều khiển Thyristor : Iđk=150 mA
+Thời gian mở Thyristor: tm=180 µs
+Độ rộng xung xung điều khiển tx=2tm =2.180 =360 µs.
+Tần số xung điều khiển : fx=3 kHz.
+Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U= ±18 V.
+Mức sụt biên độ xung: sx= 0,15
Góc thông tự nhiên của mạch chỉnh lưu tia ba pha dịch pha so với điện áp pha một góc là
300(nếu lệch mở Thyristor trước thời điểm góc thông tự nhiên này Thyristor không dẫn ,vì
Thyristor pha trước đó đang dẫn,điện áp còn đang dương hơn).Do đó,điện áp tựa làm nền đưa
300 cần nối biến áp đồng pha có sơ cấp nối tam giác. Khi đó điện áp thứ cấp mỗi pha biến áp
trùng pha với điện áp dây(điện áp dây dịch pha so với điện áp pha một góc là 300.UAC trên
hình.
Khi điều khiển chỉnh lưu tia ba pha ,các Thyristor được điều khiển giữa pha với trung
tính,do đó góc điều khiển van bán dẫn thường chỉ tính từ góc thông tự nhiên tới khi điện áp
đổi dấu, hay nói cách khác Thyristor chỉ điều khiển với khoảng dẫn λ=1500.Để làm được việc
này ,cần giới hạn giao điểm của điện áp tựa với điện áp điều khiển tại thời điểm điện áp pha
đổi dấu.
Dịch pha điện áp đồng pha một góc bằng góc thông tự nhiên(δ =300) còn có thể được
thực hiện bằng biểu thức lượng giác
sin
.
cos
cos
.
sin
)
sin( t
t
t
và
dt
t
t .
sin
cos
.
Hình 3.1 :Xác định góc thông tự nhiên và khoảng dẫn của Thyristor trong chỉnh lưu ba
pha
2
1
2
U
U
U
1
UAC
UA
t
t
t
Góc thông
tự nhiên
UB UC
30o - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
cos t
R2
R3
R0
sin t
sin t
sin( t
+ )
Hình 3.2:Sơ đồ mạch tạo góc dịch pha so với điện áp lưới
Sơ đồ để giải các biểu thức lượng giác trên hình.Các hệ số được tính:
2
0
3
0
sin
,
cos
R
R
R
R
1. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:
Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khiển thyristor .
2. Nguyên tắc điều khiển :
a).Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính :
Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp :
– Điện áp đồng bộ ( Us ), đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của Thyristor,
thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh .
– Điện áp điều khiển ( Udk ), là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ .
Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh .
Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính :
Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là : Ud = Udk – Us ;
Khi Us = Udk thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được sường xuống của điện áp đầu
ra của khâu so sánh. Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái bền ổn định tạo ra xung
điều khiển .
Như vậy bằng cách làm biến đổi Udk, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện
xung ra, tức là điều chỉnh góc α .
Us
-Usm
Ucm
ωt
Ucm
α
π 2π
α
Us
ĐIỆN ÁP TỰA
KĐ XUNG
ĐP
SS
Uc
T - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Giữa α và Udk có quan hệ sau : α =
max
. dk
s
U
U
;
Người ta lấy Udkmax = Usmax .
b).Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos :
Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp :
– Điện áp đồng bộ Us, vượt trước UAK = Um sinωt của Thyristor một góc
2
Us = Um cosωt .
– Điện áp điều khiển Udk là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai
chiều dương và âm .
Nếu đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì :
Khi Us = Ucm, ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu
này lật trạng thái .
Um cosα = Udk ; (3-1)
Do đó α = arcos( dk
m
U
U
) ; (3-2)
Khi Udk = Um thì α = 0 ;
Khi Udk = 0 thì α =
2
;
Khi Udk = – Um thì α = π ;
Hình 3-4 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss
Như vậy, khi điều chỉnh Udk từ trị Udk = +Um, đến trị Udk = -Um ta có thể điều chỉnh
được góc α từ 0 đến α .
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi
hỏi chất lượng cao .
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 tia 3 pha 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.
II .Lựa chọn và thiết kế mạch điều khiển :
1/.Vi mạch TCA 780:
Ucm
ωt
π
UAK
0
Us
α
UAK
Us
2π
Um
-Um - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Hình 3.4
a)Giới thiệu:
b)Sơ đồ vi mạch TCA 780:
Bảng chú thích :
Vi mạch TCA 780 còn được gọi là công tắc ngưỡng.
Pin
Chân
Symbol
Kí hiệu
Function (Chức năng)
1 GND Ground Nối đất
2
3
4
2
Q
Q U
1
Q
Output 2 inverted Đầu ra số 2 đảo
Output U Đầu ra U
Output 1 inverted Đầu ra số 1 đảo
5 VSYNC Synchronous voltage Điện áp đồng bộ
6
7
I
Q Z
Inhibit Chân khoá
Output Z Đầu ra Z
8 VREF Stabilized voltage Điện áp chuẩn
9
10
R9
C10
Ramp resistance Điện trở tuyến tính
Ramp capacitance Tụ tuyến tính
11 V11 Control voltage Điện áp điều khiển
12 C12 Pulse extension Mở rộng xung
13 L Long pulse Xung dài
14
15
Q 1
Q 2
Output 1 Đầu ra số 1
Output 2 Đầu ra số 2
16 Vs Supply voltage Điện áp nguồn nuôi - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
-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.
-Có thể điều chỉnh góc mở α từ 00 đến 1800 điện.
-Thông số chủ yếu của TCA 780:
+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
+Tụ điện: C10 = 0,5 F
+Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz
2/. Khâu khuếch đại xung:
-Xung ra trên vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để có thể mở Thyristor, do đó cần khuếch đại
xung có biên độ đủ lớn để có thể mở Thyristor 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:
Hình 3.5: Vi mạch TCA780 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
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 khuếch đại xung:
Giả sử tín hiệu vào Uc (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 không cho
c
S
c
R
U
I ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ .
)
1
( T
t
c
c
c e
R
U
i
với
c
R
L
T 1
-Khi Uc = “0” (mức logic 0) thì Dz1 bị chặn lại và tranzitor bị khoá.
Khi t = t1 Uc = “0” ta có:
c
S
T
t
c
S
c
L
R
U
I
e
R
U
t
i
t
i
0
1
1 )
1
.(
)
(
)
(
1
Tranzitor bị khoá Ic = 0 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Vậy nếu không có diot D2 thì năng lượng
2
0
.
2
1
W I
L
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)
d) 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 Thyristor khi T được phân cực thuận.
III. Phân tích hoạt động của mạch điều khiển :
11
Udf1
Uv
15
14
16 13 6
+18V
+18
Udk
8
5
12
10
9
1
TCA780
Hình 3.5: Sơ đồ 1 pha điều khiển Thyristor.
DZ1R2
R1
D2
Dz2
R3
Rg
D
R9
R5
C10 C12
Tr - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Hoạt động của sơ đồ :
-TCA 780 hoạt động theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .
+Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16 V)
+Us = Uc – Uv : khi Uc = Us tức Uv =0 thì TCA làm nhiệm vụ so sánh và tạo xung ra.
Bằng cách làm thay đổi Udk có thể điều chỉnh thời điểm xuất hiện xung ra tức điều chỉnh được
góc mở
+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:
9
9
8 3
,
3
R
R
U
i
(Thường chọn R9 = 200 k )
U
A
U5
U1
0
U15
U’15
Udk
U14
U14
Ud
k
Ur
t
t
t
t
t
t
t
t
t
t1 t2 t3 t4 t5
Hình 3.6 : Giản đồ đường cong mạch điều khiển. - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
10
10
.
C
t
i
U (Thường chọn C10 = 0,5 F)
+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)<0 8 10 9 10 10 0 . . . U U C R i U C t c Góc mở c c U K U U C R t . . . . 8 10 9 0 Vậy góc mở biên thiến từ (0 – 1800 điện)cũng có thể thay đổi bằng cách thay đổi Uc hoặc R9. +Tụ C12 có tác dụng khuếch đại độ rộng xung ra. C12 có thể chọn 0 – 100 pF. Muốn có độ rộng xung lớn có thể chọn C12 > 300 pF.
+US : điện áp nguồn nuôi từ các chân 6, 13, 16 với điện áp 1 chiều (18 V)
( Trong các khoảng t1 → t2, t4 → t5 ) ta sẽ có xung Udk làm mở thông các Tranzitor, kết
quả là ta nhận được chuổi xung nhọn Xdk trên biến áp xung, để đưa tới mở Thyristor T .
Điện áp Ud sẽ suất hiện trên tải từ thời điểm có xung điều khiển đầu tiên, tại các thời
điểm t2, t4 trong chuổi xung điều khiển, của mổi chu kỳ điện áp nguồn cấp, cho tới cuối bán
kỳ điện áp dương anôt.
Hiện nay đã có nhiều hãng chế tạo các vi xử lý chuyên dụng để điều khiển các thyristor
rất tiện lợi. Tuy nhiên những linh kiện loại này chưa được phổ biến trên thị trường .
Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng 3 Thyristor ta chỉ cần sử dụng
xung ra lấy từ chân số 15.
+Để có được xung điều khiển lần lượt cho cả 3 Thyristor cần có 3 vi mạch TCA 780
đảm nhận.
IV. Tính chọn các thông số của các phần tử mạch điều khiển:
1)Tính chọn các phần tử trong khâu khuếch đại xung:
Chọn diot D4 dùng điều khiển của Thyristor T60N1000VOF:
US = 18 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
mA
I
I C
B 5
,
7
20
150
Điện trở Rc:
)
(
667
,
14
10
.
150
6
,
0
2
,
15
18
3
3
1
3
1
c
D
S
c
D
CE
c
I
U
U
U
I
U
U
U
R
)
(
15
c
R
Tính chọn R1:
)
(
58
,
70
10
.
5
,
7
.
150
10
.
3
. 6
6
1
B
c
BE
I
I
U
R
Chọn D2, D3 loại S310 có các thông số:
I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆UD3 = 0,6 V
Diot Dz2 là loại diot zener loại 1W3815 có các thông số: - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
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:
)
(
186
150
3
7
,
3
16
2
I
U
U
U
R BE
X
Chọn Tranzitor công suất Tr loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số :
+Tranzitor loại n-p-n,vật liệu bán dẫn là Si.
+Điện áp giữa colecto và bazơ khi hở mạch emito:UCB0 =40 V.
+Điện áp giữa emito và bazơ khi hở mạch colecto: UEB0 =4 V.
+Dòng điện lớn nhất ở colecto có thể chịu đựng : Icmax=500 mA.
+Công suất tiêu tán ở colecto :PC=1,7 W.
+Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: T1 =1750C.
+Hệ số khuếch đại : =50.
+Dòng làm việc của colecto: IC3=I1= 50 mA.
+Dòng điện làm việc của bazơ: IB3=IC3/=50/50=1 mA.
Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé Udk=1,4 V,Idk=0,15 A
2)Chọn các phần tử bên ngoài TCA 780:
Ta chọn : 9 100( )
R k
; )
(
5
,
0
10 F
C
; )
(
5
,
0
12 F
C
3)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, 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:
)
(
954
,
91
174
,
0
16
170
sin
170
sin 0
0
max
2 V
U
U
U C
dk
TCA có dòng vào đồng bộ khoảng I5 = 200 )
( A
Vậy điện trở R5 được tính như sau:
)
(
460
)
(
10
.
46
,
0
200
954
,
91 6
5
2
5
k
I
U
R
Tỉ số biến áp của máy biến áp đồng pha:
1
2
220
2,39
91,954
U
n
U
Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là:
2
1
200
83,68( )
2,39
I
I A
n
Công suất của máy biến áp đồng pha:
S = 3. U1. I 1 = 3. 220. 83,68.10-6 = 55,22.10-3 (W)
Công suất của máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ.
4)Tính chọn biến áp xung: - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Tỉ số biến áp của biến áp xung được tính theo công thức:
X
U
U
m 1
(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: )
(
150
2
1 mA
I
I
g
*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 BS = 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:
4
7
0
1,7
2,7.10
50.4 10
B
H
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
3
5
4
0,1
7,3.10
0,1
10
2,7.10
tb
kh
L
L
l
Thể tích lõi sắt từ:
3 7 4
0 2 2
1 2 2
.. .. . 7,3.10 .4 10 .5.10 .0,15.15,2.0,15
0,7
tb X S
t S U I
V
B
= 1,02. 10-6 (m) = 1,02 (cm3)
Chọn thể tích bằng 3 (cm3)
Chọn các số liệu thiết kế: l = 1 (cm), a =
2
3
=1,5 (cm)
Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung:
)
(
95
10
.
76
,
0
.
5
,
1
.
7
,
0
10
.
5
.
2
,
15
.
.
.
W 4
4
1
1
1 vòng
K
B
tx
U
Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: )
(
5
,
47
2
,
15
95
.
6
,
7
W
.
W 1
1
2
2 vòng
U
U
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
C
2
C
2
C
2
R
2
R
2
R
2
C
1
C
1
C
1
BAX
BAX
BAX
3CC
2CC
2CC
2CC
R
1
R
1
R
1
1CC
1CC
1CC
C
1
2
C
10
R
9
R
9
C
10
C
1
2
C
1
2
C
10
R
9
R
3
R
g
D
4
R
3
R
g
D
4
R
1
D
2
D
3
Rc
R
1
Rc
D
3
D
2
R
2
D
z1
R
2
D
z1
CD
Ap
C
B
A
T
3
T
2
Dz
2
U
ÂK
8
16
13
6
11
15
5
1
9
10
12
14
8
16
13
6
11
15
5
1
9
10
12
14
5
1
9
10
12
14
8
16
13
6
11
15
R3
Rg
D4
D3
D
2
R5
R
5
CKT
M
L
b
c
a
T
1
b
c
TCA780
TCA780
R
5
+18V
D
z1
Rc
R
1
R
2
a
TCA780
Hình
3.7
:
Sơ
đồ
cả
hệ
thống
chỉnh
lưu
tia
3
pha.
Nguyên lý hoạt động cả sơ đồ:
Với sơ đồ nguyên lý như trên, các Thyristor được nối theo nhóm katốt chung nên các
phần tử chỉnh lưu có đặc điểm như sau:
– Thyristor dẫn điện là Thyristor có anốt được nối với điện áp cao nhất và phải được
kích xung đồng pha với điện áp của pha đó. - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
3
2
1 3
2
0
d
d
dtb
I
d
I
I
– Thyristor nào dẫn điện thì nó sẽ gánh trọn dòng điện tải.
– Khi có một Thyristor dẫn điện thì hai Thyristor còn lại sẽ không dẫn ( nếu ta xét bỏ
qua sự chuyển mạch ).
Để tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ, người ta thay đổi góc kích của Thyristor sẽ
thay đổi được điện áp chỉnh lưu, làm cho điện áp đặt lên phần ứng động cơ thay đổi. Xét hai
trường hợp:
* Khi = 0: Ta kích Thyristor tại thời điểm chuyển mạch tự nhiên làm cho điện áp ra
trung bình là cực đại: Udo = Udmax
Trong đó: – Udo: Điện áp chỉnh lưu tại thời điểm = 0.
– m: Số pha của chỉnh lưu ( m = 3 ).
– U2f: Điện áp pha thứ cấp máy biến áp.
* Khi 0: Ud = Udmaxcos
– Khi 0 < < 300: Dòng chỉnh lưu sẽ liên tục . Trong khoảng thời gian t1t2 điện áp ra Ua có giá trị lớn nhất, đồng thời tại thời điểm t1 kích xung cho T1. T1 nhận xung kích nên dẫn điện, mở cho dòng điện chạy qua còn hai van T2 và T3 bị khóa. Sau thời điểm t2 trở đi Ub có giá trị lớn nhất. Tại t2, kích xung cho T2 nên T2 dẫn. Lúc này ta có Ua < Ub nên anốt của T1 có điện thế thấp hơn so với katốt của nó, do đó T1 bị khóa. Tương tự, tại thời điểm t3, T3 dẫn còn T1 và T2 bị khóa. Như vậy mỗi Thyristor sẽ cho dòng chạy qua nó trong khoảng thời gian 1200 điện và giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Thyristor : Điện áp ngược đặt lên mỗi Thyristor là hiệu số điện thế giữa anốt và katốt của Thyristor đó: . Khi T2 dẫn: . Khi T3 dẫn: Điểm cực trị của điện áp ngược đặt lên T1 là: Dòng điện chỉnh lưu được san bằng có giá trị: Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi Thyristor là: - Khi 300 < < 900: Điện áp ra tức thời sẽ âm trong một số khoảng. ( 3. 7 ) ( 3. 2 ) cos sin 2 2 m U m U f d ( 3. 4 ) ) 3 cos( 6 2 1 U U U U a b ngT ( 3. 5 ) ) 3 2 cos( 6 2 1 U U U U a c ngT ( 3. 6 ) d d d d X R U I 3 4 6 2 1 khi U UngT 3 11 6 2 1 khi U UngT max 2 cos 2 sin do d f m U U U m ( 3. 1 ) cos 2 6 3 sin 2 2 3 2 3 2 6 6 2 U d U Ud ( 3. 3 ) - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
– Khi = 900: Điện áp ra trung bình Udtb = 0.
Ta nhận thấy: Trong khoảng 0 < < 900, bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu với điện áp Ud > 0. Và trong khoảng 900 < < 1800, bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu với Ud < 0. Mối quan hệ giữa Ud = f ( ) của bộ chỉnh lưu Thyristor được biểu diễn như sau: Hình 3. 8 Đặc tính điều chỉnh Ud = f ( ). CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN. Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động cơ điện một chiều kích từ độc lập", đã giúp em hiểu rõ hơn về: động cơ điện CL NL /2 Ud - Ud0 Ud0 0 - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
một chiều, Thyristor, bộ chỉnh lưu hình tia ba pha, các khâu điều khiển, vi mạch TCA780,
mạch bảo vệ,…cũng như cách tính toán các thông số của các linh kiện trong mạch.
Sau một quá trình học tập và nghiên cứu đồ án, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo Nguyễn Tấn Hòa và sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã hoàn thành các nhiệm vụ
được giao của bản đồ án: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động cơ điện một
chiều kích từ độc lập.
Trong nội dung nghiên cứu của bản đồ án này, em đã thực hiện được các nhiệm vụ sau:
Chương I :Tổng quan về chỉnh lưu tia 3 pha và động cơ điện một chiều .
– Tổng quan về hình tia 3 pha.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động, các đồ thị, các giá trị điện áp, dòng điện …
-Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Chương II :Thiết kế mạch động lực .
-Sơ đồ mạch động lực.
-Nguyên lý hoạt động.
-Thiết kế ,tính chọn các thiết bị của mạch động lực(bao gồm chọn van bán dẫn, tính
toán các thông số định mức cơ bản, tính toán máy biến áp hay cuộn kháng nếu có, tính chọn
các thiết bị đóng cắt và bảo vệ…)
Chương III : Thiết kế mạch động lực điều khiển .
-Xác định các yêu cầu cơ bản : Số kênh điều khiển, dải điều khiển góc mở, tính liên tục
trong điều khiển điện áp …
-Lựa chọn và thiết kế các khâu : Đồng pha, so sánh tạo xung, khuếch đại.
-Phân tích hoạt động của mạch,vẽ các đồ thị ,mô phỏng trên phần mềm matlab hoặc
Multisim.
-Hiệu chỉnh những chỗ chưa hợp lý.0
Chương IV: Kết luận .
Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân em không thể tránh khỏi những thiếu sót,
em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1- Điện tử công suất .
Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh. - Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
2- Điện tử công suất .
Tác giả: Nguyễn Bính.
3- Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất .
Tác giả : Trần Văn Thịnh.
- Đồ án môn
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG α Điện áp ngắn mạch : ) sin (. . 2 2 U e e U a b c Dòng điện ngắn mạch được xác lập bởi phương trình : dt di X U c c. . 2 ) sin (. . 6 2 Do đó : ) cos ( cos. . 2. 6 2 c c X U i Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển những Thyristor : Khi anod của Thyristor nào dương hơn Thyristor đó mới được kích mở. Thời điểm của 2 pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của những Thyristor. Các Thyristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất. Tại mỗi thời gian nào đó chỉ có 1 Thyristor dẫn, như vậy dòng điện qua tải liên tục, mỗi t dẫn trong 1/3 chu kì. còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời hạn dẫn của những Thyristor nhỏ hơn. Tuy nhiên, trong cả 2 TH dòng điện trung bình của những Thyristor đều bằng 1/3 Id. trong khoảng chừng thời hạn Thyristor dẫn dòng điện của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng điện Thyristor khóa = 0. Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện dây giữa pha có Thyristor khóa với pha có Thyristor đang dẫn. Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn nhờ vào vào góc mở Thyristor. + Nếu 30 Ud, Id liên tục. + Nếu > 30 Ud, Id gián đoạn t I2 Ud I1 I3 UT1 t t t t Id t1 t2 t3 t4 Ud Id T2 0 Hình 1.3 : Giản đồ đường cong khi = 30 o tải thuần trở
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG α Nhận xét : So với chỉnh lưu 1 pha : + Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện một chiều tốt hơn. + Biên độ điện áp đập mạch tốt hơn. + Thành phần sóng hài bậc cao bé hơn. + Việc tinh chỉnh và điều khiển những van bán dẫn cũng tương đối đơn thuần hơn. Dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng điện 1 chiều, do biến áp 3 pha 3 trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho hiệu suất biến áp phải lớn. Khi sản xuất biến áp động lực, những cuộn dây thứ cấp phải đấu sao ( Y ), có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng tải. 3. Tổng quan về Thyristor : a ) 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 và tinh chỉnh riêng G. Ud t t t t t Id I1 I2 I3 UT1 Ud Id T2 0 Hình 1.4 : Giản đồ đường cong khi góc mở = 60 o
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Kí hiệu : b ) Nguyên lý hoạt động giải trí : Khi Thyristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt cực âm đặt vào catốt, thì tiêp giáp J1, J3 được phân cực thuận còn miền J2 phân cực ngược, gần như hàng loạt điện áp được đặt lên mặt ghép J2, điện trường nội tại E1 của J2 có chiều từ N1 hướng tới P2. Điện trường ngoài ảnh hưởng tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp là vùng cách điện càng được lan rộng ra ra, không có dòng điện chạy qua tiristor mặc dầu nó được đặt dưới 1 điện áp dương. + Mở Thyristor : Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G ( dương so với K ) thì những electron từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng tinh chỉnh và điều khiển Ig chảy theo mạch G1 – J3 – K – G, còn hầu hết điện tử dưới sức hút của điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng cường do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gảy những link giữa những nguyên tử Si, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử này lại tham gia bắn phá những nguyên tử Si khác trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của những phản ứng dây chuyền này làm Open càng nhiều điện trường chạy vào vùng N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng kỳ lạ đẫn điện ào ạt làm cho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện mở màn từ một diểm nào đó ở sung quanh cực rồi tăng trưởng ra hàng loạt mặt ghép với vận tốc Viral khoảng chừng 1 m / 100 s Có thể tưởng tượng như sau : Khi dặt Thyristor ở UAK > 0 thì Thyristor ở thực trạng sẵn sàn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở cực tinh chỉnh và điều khiển, nếu Ig > Igst thì Thyristor mở. + Khóa Thyristor : Một khi Thyristor đã mở thì tín hiệu Ig không còn công dụng nữa. Để khóa Thyristor có 2 cách :. Giảm dòng điện thao tác I xuống giá trị dòng duy trì Idt – Một trong những giải pháp đơn thuần nhất để mở Thyristor được trình diễn trên hình vẽ. . Khi đóng mở K, nếu Ig > Igst thì T mở ( Ig ( 1,1 1,2 ). Igst ) gst I E G ) 2, 1 1, 1 ( Ig : Giá trị dòng tinh chỉnh và điều khiển ghi trong sổ tay tra cứu Thyristor R2 = 100 1000 ( ) – E + E K T R2 Rt R1 Hình 1-6 a A P1 P2 N1 K N2 G J2 J3 Ei J1 – + – + – + – + – + – + – + – + – + Hình 1-5 A K G
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG C C Rt2 Rt1 + E T R + E T2 T1 K B A Hình 1-6 b Hình 1-6 c. Đặt một điện áp ngược lên Thyristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận. Những điện tử trước thời gian hòn đảo cực tính UAK < 0 đang xuất hiện tại P1, N1, P2, giờ đây hòn đảo chiều hành trình dài, tạo nên dòng điện ngược chảy từ Catốt về Anốt và về cực âm của nguồn điện áp ngoài. - Lúc đầu quy trình từ t0 t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện. Còn một chút ít điện tử được giủ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng kỳ lạ khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại đặc thù của mặt ghép điều khiển và tinh chỉnh. - Thời gian khóa toff được tính từ khi mở màn xuất hiên dong điện ngược bằng 0 ( t2 ) đây là thời hạn mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên Thyristor thì Thyristor vẫn không mở, toff lê dài khoảng chừng vài chục s. Trong bất kể trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuận khi Thyristor chưa bị khóa nếu không sẽ có rủi ro tiềm ẩn gây ngắn mạch nguồn. Trên sơ đồ hình ( b ), việc khóa Thyristor bằng điện áp ngược được thực thi bằng cách đong khóa K. còn sơ đồ ( c ) được cho phép khóa Thyristor một cách tự động hóa. Trong mạch hình ( c ) khi mở Thyristor này thì tiristor kia sẽ khóa lại. Giả thuyết cho một xung điện áp dương đặt vào G1 T1 mở dẫn đến Open 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 ảnh hưởng 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 khóa lại. - T2 mở lại Open 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, sẵn sàng chuẩn bị khóa 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 hoàn toàn có thể khóa được Thyristor 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 gian cho xung mở T2 ( cả 2 Thyristor điều mở ), ta có phương trình mạch điện. c U R i E 1. với dt du C i c Nên c c U dt du R C E 1. Viết dưới dạng toán tử Laplace : p U U p U P R C E P c c c 0. . 1
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Vì E Uc 0 nên a p p E Q p Uc . với C R a. 1 1 Từ đó ta có : 1. 2 1 T at c U e E t U . Thời gian toff là khoảng chừng thời hạn kể từ khi mở T2 cho đến khi UT1 mở màn trở thành dương, vậy ta có : C R t e E off toff a 1. . 693, 0 0. 2 1 hoặc 1. 693, 0 R t C off I E R 1 sẽ nhận được E t I C off. . 44, 1 toff : ; I : Ampe ; E : Volt ; C : F d ) Đặt tính Volt – Ampe của Thyristor : Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khóa của Thyristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua Thyristor khi tăng U lên đến Uch ( điện áp chuyển trạng thái ), khởi đầu quy trình tăng nhanh chống của dòng điện. Thyristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2 : Ứng với quy trình tiến độ phân cực thuận của J2. Trong tiến trình này mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Thyristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm. Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn điện. Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rãi trên Thyristor rất lớn khoảng chừng 1V. Thyristor được giử ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH. Đoạn 4 : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn, khoảng chừng vài chục mA. Nếu tăng U đên Ung thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chống, mặt ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng. Bằng cách cho Ig lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt – Ampe với những Uch nhỏ dần đi. Ia III IV II I IH U Ing Ung I0 Uth Uch Hình 1-7
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG B : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP. I. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ cập trong công nghiệp, giao thông vận tải vận tải đường bộ và nói chung trong những thiết bị cần kiểm soát và điều chỉnh vận tốc quay liên tục trong một khoanh vùng phạm vi rộng. Máy điện một chiều hoàn toàn có thể thao tác cả hai chính sách máy phát và động cơ. Khi máy thao tác ở chính sách máy phát hiệu suất nguồn vào là hiệu suất cơ còn hiệu suất đầu ra là hiệu suất điện. Động cơ quay roto máy phát điện một chiều hoàn toàn có thể là turbine gas, động cơ điesel hoặc là động cơ điện. Khi máy điện một chiều thao tác ở chính sách động cơ, hiệu suất nguồn vào là hiệu suất điện còn hiệu suất đầu ra là hiệu suất cơ. Cả hai chính sách thao tác, dây quấn đông cơ điện một chiều đều quay trong từ trường và có dòng điện chạy qua. SĐĐ phần ứng động cơ điện một chiều tính theo công thức : Eư = kE n = kM Mômen điện từ tính theo công thức M = kM Iư Phương trình cân đối điện áp của động cơ : U = Eư + Rư * Iư II. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU : 1. Phần tĩnh hay stato : Đây là một phần đứng yên của máy. Phần tĩnh gồm những bộ phận tĩnh sau : a ). Cực từ chính : Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cục từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ hoàn toàn có thể làm bằng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ những bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên những cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên những cực từ này được nối tiếp nối đuôi nhau với nhau. b ). Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa những cực từ chính và dùng để cải tổ đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu trúc giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông. c ). Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối tiếp những cực từ, đồng thời làm vỏ máy. trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại, Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. d ). Các bộ phận khác : Các bộ phận khác gồm có : – Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay bảo đảm an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có công dụng làm giá đở ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. – Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định và thắt chặt trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than hoàn toàn có thể quay được để kiểm soát và điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chổ. Sau khi kiểm soát và điều chỉnh xong thì dùng vít cố định và thắt chặt chặt lại. 2. Phần quay rotor : Phần quay gồm có những bộ phận sau :
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG a ). Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỷ thuật điện ( thép hợp kim silic ) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng mảnh ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. b ). Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ ( hiệu suất dưới vài kW ) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn trọng với rảnh của lõi thép. c. Cổ góp : Cổ góp ( còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. d ). Các bộ phận khác : – Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy. – Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt. 3. Các trị số định mức : Chế độ thao tác định mức của máy điện một chiều là chính sách thao tác trong những điều kiện kèm theo mà xưởng sản xuất đã lao lý. Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau : Công suất định mức : Pđm ( KW hay W ) ; Điện áp định mức : Uđm ( V ) ; Dòng điện định mức : Iđm ( A ) ; Tốc độ định mức : nđm ( vg / ph ). Ngoài ra còn ghi kiểu máy, chiêu thức kích từ, dòng điện kích từ và những số liệu về điều kiện kèm theo sử dụng. III. PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Quan hệ giửa vận tốc và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ : = f ( M ) hoặc n = f ( M ). Quan hệ giửa vận tốc và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất : c = f ( Mc ) hoặc nc = f ( Mc ). Ngoài đặc tính cơ, so với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. đặc tính cơ điện màn biểu diễn quan hệ giửa vận tốc và dòng điện trong mạch động cơ : = f ( I ) hoặc n = f ( I ). Trong khoanh vùng phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 1. Phương trình đặc tính cơ : Theo sơ đồ hình ( 1/5 ) ta hoàn toàn có thể viết phương trình cân đối điện áp của mạch phần ứng như sau : Uư = Eư + ( Rư + Rf ) Iư ( 1-1 ) Trong đó : Uư – điện áp phần ứng, ( V ) Eư – sức điện động phần ứng, ( V ) Rư – điện trở của mạch phần ứng, ( ) Rf – điện trở phụ trong của mạch phần ứng, ( ) Với : Rư = rư + rcf + rb + rct Trong đó : rư – điện trở cuộn dây phần ứng. rcf – điện trở cuộn cực từ phụ. rb – điện trở cuộn bù. rct – điện trở tiếp xúc chổi than. RKT CKT Rf Uư IKT E UKT Hình 1-5
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác lập theo biểu thức : Eư = k a pN 2 ( 1-2 ) Trong đó : p – số đôi cực từ chính. N – số thanh dẫn tính năng 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. – vận tốc góc, rad / s. k = a pN 2 – thông số cấu trúc của động cơ. Nếu màn biểu diễn sức điện động theo vận tốc quay n ( vòng / phút ) thì : Eư = Ke. n ( 1-3 ) Với : = 2 60 9,55 n n Vì vậy : Eư = n a pN 60 Ke = a pN 60 là thông số sức điện động của động cơ. Ke = 9,55 K 0.105 K Từ ( 1-1 ) và ( 1-2 ) ta có : = f R R U I K K ( 1-4 ) Biểu thức ( 1-4 ) là phương trình đặc tính cơ điện của đông cơ. Mặt khác, mômen điện từ Mđt của động cơ được xác lập bởi : Mđt = K Iư ( 1/5 ) Suy ra : Iư = K Mdt. Thay giá trị Iư vào ( 1-4 ) ta được : Eư = dt f M K R R K U 2 ) ( – – ( 1 – 6 ) Nếu bỏ lỡ những 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 Mđt = Me = M. Khi đó ta được : Eư = M K R R K U f 2 ) ( – – ( 1-7 ) 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 cá phương trình đặc tính cơ điện ( 1 – 4 ) và phương tình đặc tính cơ ( 1-7 ) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu điển trên hình ( 1-2 ) là những đường thẳng. Theo những đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có : Eư = o U K – ( 1-8 ) 0 : gọi là vận tốc không tải lý tưởng của động cơ .
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Còn khi = 0 ta có : Iư = nm f I R R U – ( 1-9 ) Và M = K Inm = Mnm Inm, Inm, Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác từ phương trình đặc tính ( 1-4 ) và ( 1-7 ) cũng hoàn toàn có thể được viết dưới dạng : Eư = o K RI U K – ( 1-10 ) Eư = o K RM U 2 ) ( K – Eư = K – U M K R I K R 2 ) ( – : gọi là độ sụt vận tốc ứng với giá trị của M. 2. Xét những tác động ảnh hưởng những tham số đến đặc tính cơ : Từ phương trình đặc tính cơ ( 2-7 ) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng tác động đến đặc tính cơ : Từ thông động cơ , điện áp phần ứng Uư, và điện trở phần ứng động cơ. Ta lần lượt xét tác động ảnh hưởng của từng tham số đó : a ) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Giả thiết rằng Uư = Uđm = Const và = đm = const. Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Trong trường hợp này vận tốc không tải lý tưởng : Eo = const K U dm dm * Độ cứng đặc tính cơ : var ) ( 2 f R R K M – Khi Rf càng lớn càng nhở nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ưng với Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên : – R K dm TN 2 ) ( ( 1-11 ) TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn toàn bộ cá đường đặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi biến hóa điện trở Rf ta được một họ đặc tính biến trở như hình ( 2-5 ) ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì vận tốc cơ càng giảm, đồng thời dòng b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 0 a. Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 0 đm đm Iđm Inm I I Mđm Mnm Hình 1-6 0 TN ( Rn ) Hình 1-7 Rf1 Rf2 Rf3 Rf4 Mc M
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG TN MC điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch củng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng giải pháp này để hạn chế dòng điện và kiểm soát và điều chỉnh vận tốc động cơ phía dưới vận tốc cơ bản. b ). Ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Giả thiết từ thông = đm = const, điện trở phần ứng Rư = const. Khi biến hóa điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có : Tốc độ không tải : var dm x ox K U Độ cứng đặc tính cơ : const R K – 2 ) ( Như vậy khi đổi khác điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song như trên ( Hình 2-4 ). Ta thấy rằng khi biến hóa điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và vận tốc động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó giải pháp này củng được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh vận tốc động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. c ). Ảnh hưởng của từ thông : Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const. Điện trở phần ứng Rư = const. Muốn biến hóa từ thông ta đổi khác dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này : Tốc độ không tải : Eox = var x dm K U Độ cứng đặc tính cơ : = var ) ( 2 – R K x Do cấu trúc của động cơ điện, thực tiễn thường kiểm soát và điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì 0 x tăng, còn giảm ta có một họ đặc tính cơ với 0 x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi đổi khác từ thông : Dòng điên ngắn mạch : Inm = const R Udm – Mômen ngắn mạch : Mnm = K xInm = Var b. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm tư thông Hình 1-9 a. Đặc tính cơ điện của động cơ điên một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông 02 01 0 0 2 1 đm 02 01 2 đm 1 Mc M Inm 0 0 01 02 03 04 Uđm U1 U2 U3 U4 Mc Hình 1-8 M ( I )
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông được màn biểu diễn ở hình ( 1-9 ) a. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chính sách thao tác của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở hình ( 1-9 ) b. IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP : 1. Điều chỉnh vận tốc bằng cách biến hóa điện áp đặt vào phần ứng động cơ : Đối với những máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và kiểm soát và điều chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ không đổi khác. Để tránh những dịch chuyển lớn về tần suất và lực động trong hệ kiểm soát và điều chỉnh nên giải pháp kiểm soát và điều chỉnh vận tốc bằng cách biến hóa điện áp trên mạch phần ứng thường được vận dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập. Để kiểm soát và điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng những bộ nguồn điều áp như : máy phát điện một chiều, những bộ đổi khác van hoặc khuếch đại từ … Các bộ biến hóa trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và kiểm soát và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho tương thích theo nhu yếu. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Ta có vận tốc không tải lý tưởng : no = Uđm / KE đm. Nhận xét : Phương pháp kiểm soát và điều chỉnh vận tốc bằng cách biến hóa điện áp đặt vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên được dùng nhiều trong máy cắt sắt kẽm kim loại và cho những vận tốc nhỏ hơn ncb. * Ưu điểm : Đây là giải pháp kiểm soát và điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh vận tốc trong bất kể vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý tưởng. * Nhược điểm : Phải cần có bộ nguồn có điện áp biến hóa được nên vốn góp vốn đầu tư cơ bản và ngân sách quản lý và vận hành cao. 2. Điều chỉnh vận tốc bằng cách biến hóa từ thông : Hình 1-10 : Sơ đồ nguyên lý kiểm soát và điều chỉnh vận tốc bằng cách đổi khác từ thông. Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là kiểm soát và điều chỉnh moment điện từ của động cơ M = KM Iư và sức điện động quay của động cơ. Eư = KE n. Thông thường, khi biến hóa từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên giá trị định mức. Đối với những máy điện nhỏ và nhiều lúc cả những máy điện hiệu suất trung bình, người ta thường sử dụng những biến trở đặt trong mạch kích từ để đổi khác từ thông do tổn hao hiệu suất nhỏ. Đối với những máy điện hiệu suất lớn thì dùng những bộ biến hóa đặc biệt quan trọng như : máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến hóa van … Thực chất của chiêu thức này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thông thì dòng điện kích từ IKT sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để kiểm soát và điều chỉnh vận tốc chỉ hoàn toàn có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định mức. Ta thấy lúc này vận tốc tăng lên khi từ thông giảm : n = U / KE . – + + – CKĐ RKĐ Iư U DM Đ UKT M K K R R K U n M E f u E 2
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một vận tốc lớn nhất được cho phép. Khi kiểm soát và điều chỉnh vận tốc tùy thuộc vào điều kiện kèm theo cơ khí, điều kiện kèm theo cổ góp động cơ không hề đổi chiều dòng điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được thao tác quá vận tốc được cho phép. Nhận xét : Do quy trình kiểm soát và điều chỉnh vận tốc được triển khai trên mạch kích từ nên tổn thất nguồn năng lượng ít, mang tính kinh tế tài chính, thiết bị đơn thuần. 3. Điều chỉnh vận tốc bằng cách đổi khác điện trở phụ trên mạch phần ứng : Trong giải pháp này điện trở phụ được mắc tiếp nối đuôi nhau với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau : Nguyên lý kiểm soát và điều chỉnh vận tốc bằng cách biến hóa điện trở phụ trên mạch phần ứng được lý giải như sau : Giả sử động cơ đang thao tác xác lập với vận tốc n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dòng điện phần ứng Iư bất ngờ đột ngột giảm xuống, còn vận tốc động cơ do quán tính nên chưa kịp đổi khác. Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và vận tốc giảm xuống, sau đó thao tác xác lập tại vận tốc n2 với n2 > n1. Phương pháp kiểm soát và điều chỉnh vận tốc này chỉ hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh vận tốc n < ncb. Khi giá trị Rf càng lớn thì vận tốc động cơ càng giảm. Đồng thời dòng điện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, giải pháp này được dùng để hạn chế dòng điện và kiểm soát và điều chỉnh vận tốc dưới vận tốc cơ bản. Và tuyệt đối không được dùng cho những động cơ của máy cắt sắt kẽm kim loại. Hình 1-11 : Sơ đồ nguyên lý kiểm soát và điều chỉnh vận tốc động cơ bằng cách đổi khác điện trở phụ trên mạch phần ứng. * Ưu điểm : Thiết bị biến hóa rất đơn thuần, thường dùng cho những động cơ cho cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép. * Nhược điểm : Tốc độ kiểm soát và điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự không thay đổi vận tốc khi phụ tải biến hóa càng kém. Tổn hao phụ khi kiểm soát và điều chỉnh rất lớn, vận tốc càng thấp thì tổn hao phụ càng tăng. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - - + + Iư Rf CK RK U E UKT
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG A B C ĐM T3 T2 T1 i1 i2 i3 c b a id LK Hình 2-1 : Sơ đồ nguyên lý mạch động lực CHƯƠNG II : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC : —- —- A. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC : B. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : – Bộ biến hóa Thyristor có trách nhiệm biến dòng điện xoay chiều của lưới thành dòng điện một chiều phân phối cho phần ứng động cơ. Nó hoàn toàn có thể điều khiển suất điện động bộ biến hóa nên có năng lực kiểm soát và điều chỉnh vận tốc động cơ. – Trong bộ đổi khác Thyristor : máy Biến áp lực đè nén có trách nhiệm biến hóa điện áp lưới cho tương thích với điện áp phân phối cho động cơ, tạo điểm trung tính, tạo pha cho chỉnh lưu nhiều pha, hạn chế biên độ dòng ngắn mạch, giảm di / dt < di / dt cp nhằm mục đích bảo vệ van …. - Hệ thống Thys itor : nắn dòng cho tương thích với động cơ. - Bộ tinh chỉnh và điều khiển dùng làm biến thiên góc , do đó biến thiên Uö dẫn đến biến hóa - Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm mục đích lọc những thành phần sóng hài bậc cao sao cho K sb < K sb cp, với K sb cp nhờ vào nhu yếu của tải. C. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN MẠCH ĐỘNG LƯC : I. TÍNH CHỌN THYRISTOR : 1 / Điện áp ngược của van : Ulv = knv. U2 Với U2 = d u U k = 17, 1 220 = 188,03 ( V ) Trong đó : Ud : Điện áp tải của van U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van ku : Hệ số điện áp tải ( Tra bảng 1.1 : ku = 1,17 ) knv : Hệ số điện áp ngược ( Tra bảng 1.1 : knv = 6 ) Ulv : Điện áp thao tác Unv : Điện áp ngược của van. Ulv = 6 × 188,03 = 460,58 ( V ) Để chọn van theo điện áp hài hòa và hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp thao tác. Unv = kdt u. Ulv = 1,8 × 460,58 = 829,04 ( V ) Trong đó : kdt u : thông số dự trữ ( kdt u = 1,5 ÷ 1,8 ) 2 / Dòng điện thao tác của van :
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Dòng điện thao tác của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd. Id = 0,58 × 59,5 = 34,51 ( A ) Trong đó : khd : Hệ số xác lập dòng điện hiệu dụng. ( khd = 0,58 ) Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van. Id : Dòng điện tải. Với những thông số kỹ thuật thao tác ở trên, chọn điều kiện kèm theo thao tác của van là : có cánh tản nhiệt với đủ diện tích quy hoạnh mặt phẳng, được cho phép van thao tác tới 40 % Idm v. Idm v = ki. Ilv = 1,4 × 34,51 = 48,314 ( A ) Trong đó : Ki : thông số dự trữ dòng điện. ki = ( 1,1 ÷ 1,4 ) Vậy thông số kỹ thuật van là : Unv = 829,04 ( V ) Idm v = 48,314 ( A ) Chọn Thyristor loại T60N1000VOF với những thông sô định mức : ( Tra bảng p2 ) – Dòng điện định mức của van : Idm = 60 ( A ) – Điện áp ngược cực lớn của van : Unv = 1000 ( V ) – Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400 ( A ) – Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 1,4 ( V ) – Dòng điện của xung điều khiển : Iđk = 150 ( mA ) – Dòng điện rò : Ir = 25 ( mA ) – Độ sụt áp trên van : ∆ U = 1,8 ( V ) – Tốc độ biến thiên điện áp dt du = 1000 V / s – Thời gian chuyển mạch : t cm = 180 µs – Nhiệt độ thao tác được cho phép : Tmax = 125 o C IV. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU : Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆ ∕ Y, làm mát tự nhiên bằng không khí. THÔNG SỐ CƠ BẢN : 1 / Điện áp những cuộn dây : Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1 = 380 ( V ) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Phương trình cân đối điện áp khi có không tải : Udo. cos α min = Ud + 2 ∆ Uv + ∆ Udn + ∆ Uba Trong đó : Ud : Điện áp chỉnh lưu. αmin = 10 ° : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆ Uv = 1,8 ( V ) : sụt áp trên Thyristor ∆ 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 = 220 × 5 % = 11 ( V ) Suy ra Udo = min 2. Uv cos d dn ba U U U = 220 2 1,8 0 11 cos10o = 238,22 ( V ) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : U2f = do u U K = 238,22 1,17 = 203,6 ( V ) 2 / Dòng điện những cuộn dây : Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : I2 = 3 1. Id = 3 2 × 59,5 = 48,58 ( A ) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp :
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG I1 = kBA. I2 = 1 2 U U × I2 = 203,6 380 × 48,58 = 26,03 ( A ) TÍNH SƠ BỘ MẠCH TỪ : 3 / Tiết diện sơ bộ trụ QFe : QFe = kQ. ba S m f Trong đó : Sba : Công suất biến áp. kQ : Hệ số nhờ vào phương pháp làm mát, lấy kQ = 6 ( biến áp khô ) m : Số pha máy biến áp ( m = 3 ) f : tần số nguồn điện xoay chiều. ( f = 50 hz ) Công suất biến áp nguồn cấp được tính : Sba = kS. Pdmax = kS × Udo × Id = 1,345 × 238,22 × 59,5 = 19064,15 ( W ) Trong đó : ks : Hệ số hiệu suất theo sơ đồ mạch động lực ( ks = 1,345 ) Pdmax : Công suất cực lớn của tải [ W ] Suy ra : QFe = 6. 19064,15 3 50 = 67,64 ( cm2 ) 4 / Đường kính trụ : Fe d = Fe Q. 4 = 9,28 ( cm ) Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 ( cm ) 5 / Chọn loại thép : Ta chọn loại thép 330, những lá thép có độ dày 0,5 ( mm ). Chọn sơ bộ tỷ lệ từ cảm trong trụ B = 1 Tesla 6 / Chọn tỷ số : m = Fe d h = 2,3 ( m = 2 – 2,5 ) h = 2,3 × dFe = 2,3 × 9,28 = 21,3 ( cm ) Suy ra : chọn chiều cao trụ là 21 ( cm ) TÍNH TOÁN DÂY QUẤN : 7 / Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp : W1 = 1 4,44. .. Fe U f B Q. = 4 380 4,44 50 1 67,64. 10 = 253,06 ( vòng ) Trong đó : B : Từ cảm ( B = 1 ) Chọn W1 = 253 ( vòng ) 8 / Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp : W2 = 1 2 U U × W1 = 203,6 380 × 253 = 135,55 ( vòng ) Chọn W2 = 136 ( vòng ) 9 / Chọn sơ bộ tỷ lệ dòng điện trong máy biến áp : Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô : J = 2 ÷ 2,75 [ A / mm2 ] Chọn J1 = J2 = 2,75 ( A / mm2 ) 10 / Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp : S1 = 1 1 J I = 26,03 2,75 = 9,46 ( mm2 )
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 9,51 ( mm2 ) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Kích thước dây có kể cách điện : S1 cd = a1. b1 = 2,63. 3,80 ( mm ) 11 / Tính lại tỷ lệ dòng điện trong cuộn sơ cấp : J1 = 1 1 S I = 26,03 9,51 = 2,74 ( A / mm2 ) 12 / Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : S2 = 2 2 J I = 75, 2 58, 48 = 17,66 ( mm2 ) Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S2 = 17,70 ( mm2 ) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Kích thước dây có kể cách điện : S2 cd = a2. b2 = 1,95. 9,30 ( mm ) 13 / Tính lại tỷ lệ dòng điện trong cuộn sơ cấp : J2 = 2 2 S I = 34,51 17,7 = 2,74 ( A / mm2 ) KẾT CẤU DÂY DẪN SƠ CẤP : Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm sắp xếp theo chiều dọc trục. 14 / Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp : W1l = 1 2 b h h g . kc = 21 2 1,5 0,38 . 0,95 = 45 ( vòng ) Trong đó : h – chiều cao trụ hg – khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp hg = 1,5 ( cm ) Kc – thông số ép chặt kc = 0,95 15 / Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n1l = 1 l 1 W W = 253 45 = 5,62 ( lớp ) 16 / Chọn số lớp n1l = 6 lớp Như vậy 253 vòng chia thành 6 lớp, 5 lớp đầu mỗi lớp có 42 vòng, lớp thứ 6 có 43 vòng 17 / Chiều cao thực tiễn của cuộn sơ cấp : h1 = l1 1 c W b k = 45 0,38 0,95 = 18 ( cm ) 18 / Chọn ống quấn dây làm bằng vật tư cách điện có bề dày : S01 = 0,1 ( cm ) 19 / Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : cd01 = 1,0 ( cm ) 20 / Đường kính trong của ống cách điện : D1 = dFe + 2 × cd01 – 2 × S01 = 9 + 2 × 1 – 2 × 0,1 = 10,8 ( cm ) 21 / Đường kính trong của cuộn sơ cấp : Dt1 = D1 + 2 × S01 = 10,8 + 2 × 0,1 = 11 ( cm ) 22 / Chọn bề dày cách điện giữa những lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1 ( mm ) 23 / Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = ( a1 + cd11 ) × n1l = ( 0,263 + 0,1 ) × 6 = 1,638 ( cm ) 24 / Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp : Dn1 = Dt1 + 2 × Bd1 = 11 + 2. 1,638 = 14,27 ( cm ) 25 / Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = 2 1 1 n t D D = 11 14,27 2 = 12,64 ( cm ) 26 / Chiều dài dây quấn sơ cấp : l1 = W1. . Dtb1 = 253 × × 12,64 = 10046,56 ( cm ) 100,46 ( m )
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 27 / Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd12 = 1,0 ( cm ) KẾT CẤU DÂY QUẤN THỨ CẤP : 28 / Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp : h1 = h2 = 18 ( cm ) 29 / Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp : W12 = 2 2 b h × kc = 18 0,93 × 0,95 ≈ 18 ( vòng ) 30 / Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp : n12 = l2 2 W W = 136 18 = 7,5 ( lớp ) 31 / Chọn số lớp dây quấn thứ cấp : Như vậy 136 vòng chia thành 8 lớp : mỗi lớp có 17 vòng. 32 / Chiều cao thực tiễn của cuộn thứ cấp : h2 = c 2 l2 k b W = 18 0,93 0,95 = 17,62 ( cm ) 33 / Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2. cd12 = 14,27 + 2 × 1,0 = 16,27 ( cm ) 34 / Chọn bề dày cách điện giữa những lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd21 = 0,01 ( cm ) 35 / Bề dày cuộn thứ cấp : Bd2 = ( a2 + cd21 ). nl2 = ( 0,195 + 0,01 ). 8 = 1,64 ( cm ) 36 / Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp : Dn2 = Dt2 + 2. Bd2 = 16,27 + 2. 1,64 = 19,55 ( cm ) 37 / Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = 2 2 2 n t D D = 16,27 19,55 2 = 17,91 ( cm ) 38 / Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = . W2. Dtb2 = . 135. 17,91 = 7652,169 ( cm ) = 76,52 ( m ) 39 / Đường kính trung bình những cuộn dây : D12 = 1 2 2 t n D D = 11 19,55 2 = 15,27 ( cm ) Suy ra : r12 = 2 12 D = 15,27 2 = 7,6 ( cm ) 40 / Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp : cd22 = 2 ( cm ) hg Cdn
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG TÍNH KÍCH THƯỚC MẠCH TỪ : 41 / Đường kính trụ d = 9 ( 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 × 8,5 + 1,1 × 7,5 + 0,7 × 6,5 + 0,6 × 5,5 + 0,4 × 4,5 + 0,7 × 2 ) = 65,8 ( cm2 ) 43 / Tiết diện hiệu suất cao của trụ : QT = khq. Qbt = 0,95 × 65,8 = 62,51 ( cm2 ) 44 / Tổng chiều dày những 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 những bậc : Bậc 1 : n1 = 5, 0 16. 2 = 64 ( lá ) Bậc 2 : n2 = 5, 0 11. 2 = 44 ( lá ) Bậc 3 : n3 = 5, 0 7. 2 = 28 ( lá ) Bậc 4 : n4 = 5, 0 6. 2 = 24 ( lá ) 1 2 3 4 5 6 a01 hg Bd1 Bd2 a12 Hình 2-3 : Sơ đồ chỉnh lưu 50% chu kì
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Bậc 5 : n5 = 5, 0 4. 2 = 16 ( lá ) Bậc 6 : n6 = 5, 0 7. 2 = 28 ( lá ) Ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có những size 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 = 8,5 ( cm ) Tiết diện gông : Qbg = a. b = 8,5. 10,2 = 86,7 ( cm2 ) 46 / Tiết diện hiệu suất cao của gông : Qg = khq. Qbg = 0,95. 86,7 = 82,365 ( cm2 ) 47 / Số lá thép dùng trong một gông : hg = 5, 0 b = 5, 0 2, 10 = 204 ( lá ) 48 / Tính đúng chuẩn tỷ lệ từ cảm trong trụ : BT = T 1 1. Q W. . 44, 4 f U = 4 380 4,44 50 253 62,51. 10 = 1,082 ( T ) 49 / Mật độ từ cảm trong gông : Bg = BT. g T Q Q = 1,082. 62,51 82,365 = 0,82 ( T ) 50 / Chiều rộng hành lang cửa số : c = 2. ( cd01 + Bd1 + cd12 + Bd2 ) + cd22 = 2. ( 1 + 1,638 + 1 + 1,64 ) + 2 = 12,56 ( cm ) 51 / Khoảng cách giữa 2 tâm trục : c ’ = c + d = 12,56 + 9 = 21,56 ( cm ) 52 / Chiều rộng mạch từ : L = 2 × c + 3 × d = 2 × 12,56 + 3 × 9 = 52,12 ( cm ) 53 / Chiều cao mạch từ : H = h + 2 × a = 21 + 2 × 8,5 = 38 ( cm ) TÍNH KHỐI LƯỢNG CỦA SẮT VÀ ĐỒNG : 54 / Thể tích của trụ : VT = 3. QT. h = 3 × 62,51 × 21 = 3938,13 ( cm3 ) 55 / Thể tích của gông : Vg = 2. Qg. L = 2 × 82,365 × 52,12 = 8585,73 ( cm3 ) 56 / Khối lượng trụ : MT = VT. mFe = 3,938 × 7,85 = 31 ( kg ) 57 / Khối lượng gông : H h L / 2 a a / 2 b c Hình 2-4 : Sơ đồ cấu trúc lõi thép biến áp L
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Hình 2-5 : Sơ đồ cấu trúc máy biến áp 1 2 52,12 26,06 12,56 21 18 8,5 11 9 Mg = Vg. mFe = 8,586 × 7,85 = 67,4 ( kg ) 58 / Khối lượng sắt : MFe = MT + Mg = 31 + 67,4 = 98,4 ( kg ) 59 / Thể tích của đồng : VCu = 3. ( S1. l1 + S2. l2 ) = 3. ( 9,51. 10-4 × 100,46. 10 + 17,7. 10-4 × 76,52. 10 ) = 6,93 ( dm3 ) 60 / Khối lượng đồng : MCu = VCu. mCu = 6,9 × 8,9 = 61,67 ( kg ) TÍNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP 61 / Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C : R1 = 1 1 S l = 0,02133. 100,46 9,51 = 0,225 ( ) Trong đó : 75 = 0,02133 ( ) 62 / Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C : R2 = 2 2 S l = 0,02133. 76,52 17,7 = 0,092 ( ) 63 / Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp : RBA = R2 + R1 ( 1 2 W W ) 2 = 0,092 + 0,225. 2 136 253 = 0,16 ( ) 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 : 38
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG XBA = 8. π2. ( W2 ) 2. ( qd h r ). ( a12 + 3 2 1 d d B B ). . 10-7 = 8. π2. 1362. 8,315 18 . [ 0,001 + 2 1,638 1,64. 10 3 ]. 314. 10-7 = 0,253 ( ) 66 / Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp : LBA = BA X = 0,253 314 = 0,0008 ( H ) = 0,8 ( mH ) 67 / Sụt áp trên điện kháng máy biến áp : ∆ Ux = 3. XBA. Id = 3. 0,253. 59,5 = 14,37 ( V ) Rdt = 3. XBA = 3. 0,253 = 0,24 ( ) 68 / Sụt áp trên máy biến áp : ∆ UBA = 2 2 x r U U = 2 2 9,52 14,37 = 17,24 ( V ) 69 / Điện áp trên động cơ khi có góc mở : αmin = 100 U = Udo. cosαmin – 2. ∆ Uv – ∆ UBA = 238,22. cos100 – 2 × 1,8 – 17,24 = 213,76 ( V ) 70 / Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp : ZBA = 2 2 BA BA X R = 2 2 0,16 0,253 = 0,3 ( ) 71 / Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp : ∆ Pn = 3. RBA. 2 2 I = 3. 0,16. 48,582 = 1132,8 ( W ) ∆ Pn % = S Pn . 100 % = 1132,8 19064,15. 100 % = 5,94 % 72 / Tổn hao không tải có kể đến 15 % tổn hao phụ : Po = 1,3. nf. ( MT. BT 2 + Mg. Bg 2 ) = 1,3. 1,15. ( 31. 1,0822 + 67,4. 0,822 ) = 122,01 ( W ) ∆ Po % = S Po. 100 % = 122,01 19064,15. 100 % = 0,64 % 73 / Điện áp ngắn mạch tính năng : Unr = 2 2. U I RBA. 100 % = 0,16 48,58 203,6 . 100 % = 3,82 % 74 / Điện áp ngắn mạch phản kháng : Unx = 2 2. U I X BA. 100 % = 0,253 48,58 203,6 . 100 % = 6,04 % 75 / Điện áp ngắn mạch Xác Suất : Un = 2 2 nx nr U U = 2 2 3,82 6,04 = 7,15 ( V ) 76 / Dòng điện ngắn mạch xác lập : I2nm = BA Z U2 = 203,6 0,3 = 678,6 ( A ) 77 / Dòng điện ngắn mạch tức thời cực lớn :
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
Imax = 2. I2nm. (1 + nx
U
U
nr
e
)
= 2. 678,6. (1 + e
.0,0382
0,0604
) = 1091,27 (A)
Imax = 1091,27 (A) < Ipik = 1400 (A) Trong đó : Ipik : Đỉnh xung max của Thyristor. 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: 2. LBA . dt dic = U23 – U2a = 6. U2. sin( ) max dt dic = BA L U . 2 6 . 2 = 3 203,6. 6 2.0,8.10 = 311697,57 (A/s) max dt dic = 0,31 (A/ s) < cp dt di = 100 (A/ s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt. 79/ Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: = S I U d d . = 15 , 19064 5 , 59 . 220 = 68% V. THIẾT KẾ CUỘN KHÁNG LỌC: 1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: Chọn góc mở cực tiểu αmin = 10o. 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 = Udo. cosαmin = Ud dm và tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm -Khi góc mở lớn nhất α = αmax, điện áp trên tải nhỏ nhất Ud min = Udo. cosαmax và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin Ta có: max = arcos do d U U min = arcos 2 min . 34 , 2 U Ud Trong đó Ud min được xác định như sau: D = min max n n = u u d u u ddm R I U R I U . . min min Udmin = . . . 1 . 1 min Ru I D U D udm d Udmin = dt BA u udm R R R I D U D . . 1 cos . . 34 , 2 . 1 min 2 Udmin = BA BA u udm X R R I U . 3 . . 1 20 cos . . 34 , 2 . 20 1 min 2 - Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Udmin = o 1 3. 2,34. 203,6. cos10 20 1. 59,5. 0,187 0,16. 0,253 20 Udmin = 56,73 ( V ) Suy ra max a arcos min d do U U = arcos 2 min. 34, 2 U Ud = arcos 56,73 2,34 203,6 = 83,16 o 2 / Xác định những thành phần sóng hài : Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier, ta chuyển gốc tọa độ sang điểm 1 , khi đó điện áp tức thời trên tải khi thyristor T1, T4 dẫn là : Ud = Uab = 6. U2. cos 6 Với t. Điện áp tức thời trên tải Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ luân hồi : 2 2 6 3 p Trong đó p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ luân hồi điện áp lưới. Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud : Ud = 0 1 2 2. cos. . sin. 2 n n k a a k b k Hay : Ud = 1 0. 6 sin. . 6 cos. 2 k n n k b k a a = 1. 0 6 sin 2 k m n k k U a Trong đó : an = 0 2 cos6 d U k d = 2 0 6 6 cos cos6 6 U k d = cos 6 sin. 2. 1 6 2 6 3 2 2 k U = cos. 1 6 2 6 3 2 2 k U bn = 0 2 cos6 d U k d
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG = 2 0 6 6 cos sin6 6 U k d = sin 6 sin. 2. 1 6 2 6 3 2 2 k U = sin. 1 6 2 6 3 2 2 k U Ta có : cos 6 3 2 2 0 U a Vậy ta có biên độ điện áp : 2 2 n n kn b a U 2 2 2 2 2 sin 6 cos 1 6 1 6 3 k k U Ukn 2 2 2 0 6 1 1 6 2 tg k k D U d kn n kn d U U 1 6 sin cos 6 3 3 / Xác định điện cảm cuộn kháng lọc : Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở max . Ta có : d u d n di U u E R I R i L dt Cân bằng 2 vế : di U Ri L dt vì : di Ri L dt Nên : di U L dt Trong những thành phần xoay chiều bậc cao, thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có : 1 1 sin 6 m U U Nên 1 1 1 1 cos 6 cos 6 2 m m U i U dt I L fL Vậy : udm dm m I L f U I. 1, 0. . 2. 6 1 Suy ra :
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG dm m I f U L 1, 0. . 2. 6 1 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ luân hồi điên áp lưới. 2 2 max 1 max 2 cos 2. 1 6 6 1 do m U U tg o 2 o 1 2,34 203,6 cos83, 16 2. 1 36 83,16 36 1 m U tg = 162,21 ( V ) 162,21 6 2 50 0,1 59,5 L = 0,0145 ( H ) = 14,5 ( mH ) Điện cảm mạch phản ứng đã có : Lư c = Lư + 2LBA Trong đó : Lư : điện cảm mạch phần ứng. 60 220.60. 0,25. 2. .. . 2. . 2.1500.59,5 dm dm dm U L p n I æ = 0,00294 ( H ) = 2,94 ( mH ) 25, 0 là thông số lấy cho động cơ có cuộn bù. Lưc = 2,94 + 2 × 0,8 = 4,704 ( mH ) Điện cảm cuộn kháng lọc : Lk = L – Lưc = 14,5 – 4,704 = 9,796 ( mH ) 4 / Thiết kế cấu trúc cuộn kháng lọc : 1. Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé, ta hoàn toàn có thể coi tổng trở cuộn kháng xê dịch bằng điện kháng cuộn kháng : 3 2. .. . 2. 6 50 9,796. 10 18,46 ( ) k k k Z X m f L 2. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc : 1 5,95. 18,46. 77,68 ( V ) 2 2 m k I U Z Trong đó : 1 10 %. 10 %. 59,5 5,95 ( A ) m dm I I 3. Công suất của cuộn kháng lọc : 1 5,95. 77,68. 326,85 ( VA ) 2 2 m I S U 4. Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc : 2 326,85. 5. 5,22 ( ) 6.50 Q S Q k cm mf Chuẩn hóa tiết diện trụ theo size 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 ) H h a a / 2 c
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 6. Chọn tỷ lệ 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 Open một sức điện động EK : EK = 4,44. W. f ’. BT. Q. Gần đúng ta hoàn toàn có thể viết : EK = ∆ U = 74,44 ( V ) ‘ 4 U 77,68 W 171,5 4,44. f. . 4,44. 6.50.0, 8.4,25. 10 T B Q ( vòng ) Lấy W = 172 ( vòng ) 8. Dòng điện chạy qua cuộn kháng : 1 1 6 cos m d I I t i Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng : 2 2 2 2 1 5,95 59,5 59,65 ( A ) 2 2 m K d I I I 9. Chọn tỷ lệ dòng điện qua cuộn kháng : J = 2,75 ( A / mm2 ) Tiết diện dây quấn cuộn kháng : ) ( 7, 21 75, 2 65, 59 2 mm J I S K K Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chọn SK = 21,9 ( mm2 ) Chọn kích thước dây : aK. bK = 3,8 × 5,9 ( mm ) Tính lại tỷ lệ dòng điện ) / ( 72, 2 9, 21 65, 59 2 mm A S I J K K 10. Chọn thông số lấp đầy : 7, 0 Q W.S CS K ld K 11. Diện tích hành lang cửa số : 2 2 K ld W S 172 21,9 10 53,81 ( ) K 0,7 CS Q cm 12. Tính kích thước mạch từ : QCS = c. h chọn 3 a h m, suy ra h = 3. a = 3. 20 = 60 ( mm ) CS Q 53,81 c = 8,97 ( cm ) h 6
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 13. Chiều cao mạch từ : H = h + a = 60 + 20 = 80 ( mm ) 14. Chiều dài mạch từ : L = 2. c + 2. a = 2. 89,7 + 2. 20 = 21,94 ( mm ) 15. Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây : hg = 2 ( mm ) 16. Tính số vòng dây trên một lớp : 1 2. 60 2 2 W 9,49 ( ) 10 ( ) 5,9 g K h h vòng vòng b 17. Tính số lớp dây quấn : 1 1 W 172 17,2 W 10 n ( lớp ) 17 ( lớp ) Mỗi lớp 10 vòng. 18. Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ : a01 = 3 ( mm ) Cách điện giữa những lớp : cd1 = 0,1 ( mm ) 19. Bề dày cuộn dây : Bd = ( ak + cd1 ). n1 = ( 3,8 + 0,1 ). 17 = 66,3 ( mm ) 20. Tổng bề dày cuộn dây : ) ( 3, 69 3 3, 66 01 mm a B B d d 21. Chiều dài của vòng dây trong cùng : ) ( 8, 108 3. . 2 ) 25 20. ( 2. . 2 ). ( 2 01 1 mm a b a l 22. Chiều dài của vòng dây ngoài cùng : 2 01 2. ( ) 2. . ( ) 2. ( 20 25 ) 2. . ( 3 66,3 ) 525,20 ( ) d l a b a B mm 23. Chiều dài trung bình của 1 vòng dây : ) ( 317 2 2, 525 8, 108 2 2 1 mm l l ltb 24. Điện trở của dây quấn ở 750C : 3 75. W 317.10. 172. 0,02133. 0,03 ( ) 21,9 tb k l R S Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết bắt đầu bỏ lỡ 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 + 219,4 ). 10-2 = 0,17 ( dm3 ) 26. Khối lượng sắt : MFe = VFe. mFe = 0,17. 7,85 = 1,334 ( kg ) 27. Khối lượng đồng : MCu = VCu. mCu = Sk. ltb. W. mCu = 21,7. 317. 172. 8,9. 10-6 = 10,53 ( kg ) VI : TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH BẢO VỆ 1. Giới thiệu :
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Các thành phần bán dẫn hiệu suất được sử dụng ngày càng thoáng rộng, có nhiều ưu điểm như : gọn nhẹ, thao tác với độ đáng tin cậy cao, ảnh hưởng tác động nhanh, hiệu suất cao, thuận tiện tự động hóa hóa … … … Tuy nhiên những thành phần bán dẫn hiệu suất rất khó giám sát và cũng hay bị hư hỏng do nhiều nguyên do khác nhau. Do đó cần phải bảo vệ những Thyristor, cần phải tôn trọng những tỉ số số lượng giới hạn sử dụng do nhà chế tạo đã định với từng thành phần. – Điện áp ngược lớn nhất – Giá trị trung bình lớn nhất so với dòng điện – Nhiệt độ lớn nhất so với thiết bị – Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện dt di – Thời gian khóa toff – Thời gian mở ton – Dòng điện kích thích – Điện áp kích Các thành phần bán dẫn hiệu suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố giật mình xảy ra gây nhiễu loạn nguy hại như : ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện. 2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho những van bán dẫn : Khi van bán dẫn thao tác, có dòng điện chạy qua, trên van có sụt áp U, do đó có tổn hao hiệu suất p. Tổn hao này sinh nhiệt, đốt nóng van bán dẫn. Mặc khác, van bán dẫn chỉ được phép thao tác dưới nhiệt độ được cho phép ( Tcp ), nếu quá nhiệt độ được cho phép những van sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn hoạt động giải trí bảo đảm an toàn, không bị chọc thủng vì nhiệt, chọn và phong cách thiết kế mạng lưới hệ thống tỏa nhiệt hài hòa và hợp lý. Tính toán cánh tỏa nhiệt : Thông số cần có : + Tổn thất hiệu suất trên Thyristor : p = U × Ilv = 1,8 × 34,51 = 62,12 ( W ) + Diện tích mặt phẳng tỏa nhiệt : TN m p S K Trong đó : p : Tổn hao hiệu suất W : Độ chênh nhiệt độ so với môi trường tự nhiên Chọn nhiệt độ môi trường tự nhiên Tmt = o 40 C Nhiệt độ thao tác được cho phép của Thyristor Tcp = o 125 C Chọn nhiệt độ trên cánh tỏa nhiệt Tlv = o 80 C = Tlv Tmt = o 40 C Km : Hệ số tỏa nhiệt đối lưu và bức xạ. Chọn 2 o m K 8W / m C Vậy STN = 0,194 mét vuông Chọn loại cánh tỏa nhiệt có 12 cánh, size mỗi cánh : a × b = 10 × 10 ( cm × cm ) Tổng diện tích quy hoạnh tỏa nhiệt của cánh STN = 12 × 2 × 10 × 10 = 2400 cm2 a b h h1 ho Kích thước cơ bản : a < 200 mm b < 200 mm h < 180 mm ho = 5,15 mm c = 2 ÷ 3 mm
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG R1 C1 3. Bảo vệ quá dòng điện cho van : – Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động hóa cắt mạch khi quá tải và ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ đổi khác, ngắn mạch thứ cấp MBA ngắn mạch ở chính sách nghịch lưu. + Chọn aptomat có : Dòng điện thao tác chạy qua aptomat : Ilv = 3 380 ba S = 28,96 A Dòng điện aptomat cần chọn : Idm = 1,1 × Ilv = 1,1 × 28,96 = 31,86 A Udm = 380V Có 3 tiếp điểm chính, hoàn toàn có thể đóng cắt bằng tay hoặc nam châm điện. Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inm = 2,5 × Ilv = 72,41 A Dòng quá tải : Iqt = 1,5 × Ilv = 43,45 A Từ thông số kỹ thuật trên chọn aptomat : … … … … + Chọn cầu dao có : dòng định mức : Iqt = 1,1 Ilv = 31,86 A Cầu dao dùng để tạo khe hở bảo đảm an toàn khi thay thế sửa chữa mạng lưới hệ thống truyền động và dùng để đóng cắt nguồn chỉnh lưu khi khoảng cách từ nguồn cấp tới bộ chỉnh lưu đáng kể. + Dùng dây chảy : tác động ảnh hưởng nhanh để bảo vệ ngắn mạch những Thyristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu. Nhóm 1 cc : dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc I1cc = 1,1 × I2 = 1,1 × 48,58 = 53,45 A Chọn 1 cc loại 60 A Nhóm 2 cc : dòng điện định mức dây chảy nhóm 2 cc I2cc = 1,1 × Ihd = 1,1 × 34,51 = 37,96 A Chọn 2 cc loại 40 A Nhóm 3 cc : dòng điện định mức dây chảy nhóm 3 cc I3cc = 1,1 × Id = 1,1 × 59,5 = 65,46 A Chọn 3 cc loại 70 A 4. Bảo vệ quá điện áp cho van : Bảo vệ quá điện áp cho quy trình đóng cắt Thyristor được thực thi bằng cách mắc R-C song song với Thyristor. Khi có sự chuyển mạch, những điện tích tích tụ trong lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng chừng thời hạn ngắn, sự biến thiên nhanh gọn của dòng điện ngược gây ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong những điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anot và Ktot của Thyristor. Khi có mạch mắc R-C song song vói Thyristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quy trình chuyển mạch nên Thyristor không bị quá điện áp. Thông thường : R1 = ( 5 ÷ 30 ) ; C1 = ( 0,25 ÷ 4 ) F Theo tài liệu : R1 = 5,1 ; C1 = 0,25 F Bảo vệ xung điều khiển từ lưới điện ta mắc mạch R-C ( Hình 2.9 ) nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại trọn vẹn trên điện trở đường dây. Trị số R-C chọn : R2 = 12,5 ; C2 = 4 F a 1CC 1CC 1CC b c
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 5. Sơ đồ mạch động lực có những thiết bị bảo vệ : Hình 2.10 : Sơ đồ nguyên lý mạch động lực CHƯƠNG III : TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN —- —- 1CC a b c R ĐM 1CC 1CC 3CC R R R R R C C C C C C 2CC 2CC 2CC Lk A B C Ap CD T3 T2 T1 Ukt
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG I.Xác định nhu yếu cơ bản : Mạch tinh chỉnh và điều khiển được tính xuất phát từ nhu yếu về xung mở Thyristor. Các thông số kỹ thuật cơ bản để tính mạch tinh chỉnh và điều khiển. + Điện áp điều khiển và tinh chỉnh Thyristor : Uđk = 1,4 V + Dòng điện tinh chỉnh và điều khiển Thyristor : Iđk = 150 mA + Thời gian mở Thyristor : tm = 180 µs + Độ rộng xung xung tinh chỉnh và điều khiển tx = 2 tm = 2.180 = 360 µs. + Tần số xung điều khiển : fx = 3 kHz. + Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển và tinh chỉnh : U = ± 18 V. + Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 Góc thông tự nhiên của mạch chỉnh lưu tia ba pha dịch pha so với điện áp pha một góc là 300 ( nếu lệch mở Thyristor trước thời gian góc thông tự nhiên này Thyristor không dẫn, vì Thyristor pha trước đó đang dẫn, điện áp còn đang dương hơn ). Do đó, điện áp tựa làm nền đưa 300 cần nối biến áp đồng pha có sơ cấp nối tam giác. Khi đó điện áp thứ cấp mỗi pha biến áp trùng pha với điện áp dây ( điện áp dây dịch pha so với điện áp pha một góc là 300. UAC trên hình. Khi tinh chỉnh và điều khiển chỉnh lưu tia ba pha, những Thyristor được tinh chỉnh và điều khiển giữa pha với trung tính, do đó góc điều khiển và tinh chỉnh van bán dẫn thường chỉ tính từ góc thông tự nhiên tới khi điện áp đổi dấu, hay nói cách khác Thyristor chỉ điều khiển và tinh chỉnh với khoảng chừng dẫn λ = 1500. Để làm được việc này, cần số lượng giới hạn giao điểm của điện áp tựa với điện áp điều khiển và tinh chỉnh tại thời gian điện áp pha đổi dấu. Dịch pha điện áp đồng pha một góc bằng góc thông tự nhiên ( δ = 300 ) còn hoàn toàn có thể được thực thi bằng biểu thức lượng giác sin. cos cos. sin ) sin ( t t t và dt t t. sin cos . Hình 3.1 : Xác định góc thông tự nhiên và khoảng chừng dẫn của Thyristor trong chỉnh lưu ba pha 2 1 2 U U U 1 UAC UA t t t Góc thông tự nhiên UB UC 30 o
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG cos t R2 R3 R0 sin t sin t sin ( t + ) Hình 3.2 : Sơ đồ mạch tạo góc dịch pha so với điện áp lưới Sơ đồ để giải những biểu thức lượng giác trên hình. Các thông số được tính : 2 0 3 0 sin, cos R R R R 1. Sơ đồ nguyên lý mạch tinh chỉnh và điều khiển : Hình 3-2 : Sơ đồ khối điều khiển và tinh chỉnh thyristor. 2. Nguyên tắc điều khiển và tinh chỉnh : a ). Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp : – Điện áp đồng nhất ( Us ), đồng điệu với điện áp đặt trên anôt – catôt của Thyristor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh. – Điện áp tinh chỉnh và điều khiển ( Udk ), là điện áp một chiều, hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được biên độ. Thường đặt vào đầu không hòn đảo của khâu so sánh. Hình 3-3 : Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Do vậy hiệu điện thế nguồn vào của khâu so sánh là : Ud = Udk – Us ; Khi Us = Udk thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được sường xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh. Sườn xuống này trải qua đa hài một trạng thái bền không thay đổi tạo ra xung điều khiển. Như vậy bằng cách làm biến hóa Udk, ta hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được thời gian Open xung ra, tức là kiểm soát và điều chỉnh góc α. Us – Usm Ucm ωt Ucm α π 2 π α Us ĐIỆN ÁP TỰA KĐ XUNG ĐP SS Uc T
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Giữa α và Udk có quan hệ sau : α = max. dk s U U ; Người ta lấy Udkmax = Usmax. b ). Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển thẳng đứng arccos : Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp : – Điện áp đồng nhất Us, vượt trước UAK = Um sinωt của Thyristor một góc 2 Us = Um cosωt. – Điện áp tinh chỉnh và điều khiển Udk là điện áp một chiều, hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm. Nếu đặt Us vào cổng hòn đảo và Ucm vào cổng không hòn đảo của khâu so sánh thì : Khi Us = Ucm, ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái. Um cosα = Udk ; ( 3-1 ) Do đó α = arcos ( dk m U U ) ; ( 3-2 ) Khi Udk = Um thì α = 0 ; Khi Udk = 0 thì α = 2 ; Khi Udk = – Um thì α = π ; Hình 3-4 : Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển thẳng đứng arcoss Như vậy, khi kiểm soát và điều chỉnh Udk từ trị Udk = + Um, đến trị Udk = – Um ta hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được góc α từ 0 đến α. Nguyên tắc tinh chỉnh và điều khiển thẳng đứng “ arcos ” được sử dụng trong những thiết bị chỉnh lưu yên cầu chất lượng cao. Bằng cách ảnh hưởng tác động vào Udk ta hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh được vị trí xung điều khiển, cũng tức là kiểm soát và điều chỉnh được góc mở – Mạch tinh chỉnh và điều khiển tia 3 pha thường được phong cách thiết kế theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. – Để tạo thành 1 mạch điều khiển và tinh chỉnh thường sử dụng những linh phụ kiện : biến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 ( công tắc nguồn ngưỡng ), tranzitor, máy biến áp xung, những diot và diot zener và 1 số ít linh phụ kiện điện tử khác. II. Lựa chọn và phong cách thiết kế mạch tinh chỉnh và điều khiển : 1 /. Vi mạch TCA 780 : Ucm ωt π UAK 0 Us α UAK Us 2 π Um – Um
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Hình 3.4 a ) Giới thiệu : b ) Sơ đồ vi mạch TCA 780 : Bảng chú thích : Vi mạch TCA 780 còn được gọi là công tắc nguồn ngưỡng. Pin Chân Symbol Kí hiệu Function ( Chức năng ) 1 GND Ground Nối đất 2 3 4 2 Q. Q U 1 Q Output 2 inverted Đầu ra số 2 hòn đảo Output U Đầu ra U Output 1 inverted Đầu ra số 1 hòn đảo 5 VSYNC Synchronous voltage Điện áp đồng nhất 6 7 I Q Z Inhibit Chân khóa Output Z Đầu ra Z 8 VREF Stabilized voltage Điện áp chuẩn 9 10 R9 C10 Ramp resistance Điện trở tuyến tính Ramp capacitance Tụ tuyến tính 11 V11 Control voltage Điện áp tinh chỉnh và điều khiển 12 C12 Pulse extension Mở rộng xung 13 L Long pulse Xung dài 14 15 Q. 1 Q. 2 Output 1 Đầu ra số 1 Output 2 Đầu ra số 2 16 Vs Supply voltage Điện áp nguồn nuôi
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG – Được bán thoáng rộng trên thị trường, vi mạch này do hãng Siemens chế tạo, được sử dụng để tinh chỉnh và điều khiển những thiết bị chỉnh lưu, thiết bị kiểm soát và điều chỉnh dòng điện xoay chiều. – TCA 780 là vi mạch phức tạp thực thi 4 tính năng của một mạch tinh chỉnh và điều khiển : + ‛ ‛ Tề đầu ” điện áp đồng điệu. + Tạo điện áp răng cưa đồng điệu. + So sánh. + Tạo xung ra. – Có thể kiểm soát và điều chỉnh góc mở α từ 00 đến 1800 điện. – Thông số hầu hết của TCA 780 : + 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 tinh chỉnh và điều khiển : U11 = – 0,5 – ( Us – 2 ) V + Dòng điện đồng nhất : IS = 200 A + Tụ điện : C10 = 0,5 F + Tần số xung ra : f = 10 – 500 Hz 2 /. Khâu khuếch đại xung : – Xung ra trên vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để hoàn toàn có thể mở Thyristor, do đó cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để hoàn toàn có thể mở Thyristor động lực. – Khuếch đại tạo xung gồm những linh phụ kiện : transistor, biến áp xung, diot và những điện trở phân cực cho tranzitor. a ) Sơ đồ 1 pha của khâu khuếch đại xung : Hình 3.5 : Vi mạch TCA780
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG b ) Chức năng của những linh phụ kiện : – Dz1 : diot ổn áp, không thay đổi điện áp nguồn vào của khâu khuếch đại. – D3 : hướng dòng cung ứng 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 ngừa xung áp âm hoàn toàn có thể có khi T bị khóa. – Rg : hạn chế dòng tinh chỉnh và điều khiển – R3 : điều khiển và tinh chỉnh biên độ và sườn xung ra. c ) Hoạt động của sơ đồ khuếch đại xung : Giả sử tín hiệu vào Uc ( là tín hiệu logic ) được lấy từ chân 15 ( và 14 ) của TCA 780. – Khi Uc = “ 1 ” ( mức logic 1 ) thì tranzitor dẫn bão hòa Giả sử khi t = 0, Uc = “ 1 ”, tranzitor dẫn, điện cảm L của biến áp xung ngăn không cho c S c R U I ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ. ) 1 ( T t c c c e R U i với c R L T 1 – Khi Uc = “ 0 ” ( mức logic 0 ) thì Dz1 bị chặn lại và tranzitor bị khóa. Khi t = t1 Uc = “ 0 ” ta có : c S T t c S c L R U I e R U t i t i 0 1 1 ) 1. ( ) ( ) ( 1 Tranzitor bị khóa Ic = 0
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Vậy nếu không có diot D2 thì nguồn năng lượng 2 0. 2 1 W I L sinh ra quá điện áp trên cực C và E, quá điện áp hoàn toàn có thể vượt quá 100V nên hoàn toàn có thể phá hủy 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 ) d ) Khâu truyền hàm tinh chỉnh và điều khiển : Khi có xung ở cuộn dây thứ cấp của máy biến áp xung, xung này truyền qua D4 đến điều khiển và tinh chỉnh mở Thyristor khi T được phân cực thuận. III. Phân tích hoạt động giải trí của mạch điều khiển và tinh chỉnh : 11 Udf1 Uv 15 14 16 13 6 + 18V + 18 Udk 8 5 12 10 9 1 TCA780 Hình 3.5 : Sơ đồ 1 pha tinh chỉnh và điều khiển Thyristor. DZ1R2 R1 D2 Dz2 R3 Rg D R9 R5 C10 C12 Tr
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Hoạt động của sơ đồ : – TCA 780 hoạt động giải trí theo nguyên tắc điều khiển và tinh chỉnh thẳng đứng tuyến tính. + Uc : điện áp điều khiển và tinh chỉnh lấy từ chân 11 ( Khoảng 0,5 – 16 V ) + Us = Uc – Uv : khi Uc = Us tức Uv = 0 thì TCA làm trách nhiệm so sánh và tạo xung ra. Bằng cách làm biến hóa Udk hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh thời gian Open xung ra tức kiểm soát và điều chỉnh được góc mở + 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 kiểm soát và điều chỉnh bằng R9 ( thường R9 = 20 k – 500 k ). Dòng điện i được tính : 9 9 8 3, 3 R R U i ( Thường chọn R9 = 200 k ) U A U5 U1 0 U15 U ‘ 15 Udk U14 U14 Ud k Ur t t t t t t t t t t1 t2 t3 t4 t5 Hình 3.6 : Giản đồ đường cong mạch điều khiển và tinh chỉnh .
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 10 10. C t i U ( Thường chọn C10 = 0,5 F ) + Tại thời gian t = t0, U10 = Uc = U11, Open xung dương ở chân 15 nên V ( t ) > 0, Open xung ra ở chân 14 nếu V ( t ) < 0 8 10 9 10 10 0. .. U U C R i U C t c Góc mở c c U K U U C R t. .. . 8 10 9 0 Vậy góc mở biên thiến từ ( 0 – 1800 điện ) cũng hoàn toàn có thể biến hóa bằng cách biến hóa Uc hoặc R9. + Tụ C12 có công dụng khuếch đại độ rộng xung ra. C12 hoàn toàn có thể chọn 0 – 100 pF. Muốn có độ rộng xung lớn hoàn toàn có thể chọn C12 > 300 pF. + US : điện áp nguồn nuôi từ những chân 6, 13, 16 với điện áp 1 chiều ( 18 V ) ( Trong những khoảng chừng t1 → t2, t4 → t5 ) ta sẽ có xung Udk làm mở thông những Tranzitor, tác dụng là ta nhận được chuổi xung nhọn Xdk trên biến áp xung, để đưa tới mở Thyristor T. Điện áp Ud sẽ suất hiện trên tải từ thời gian có xung điều khiển tiên phong, tại những thời gian t2, t4 trong chuổi xung điều khiển, của mổi chu kỳ luân hồi điện áp nguồn cấp, cho tới cuối bán kỳ điện áp dương anôt. Hiện nay đã có nhiều hãng sản xuất những vi xử lý chuyên sử dụng để điều khiển và tinh chỉnh những thyristor rất tiện nghi. Tuy nhiên những linh phụ kiện loại này chưa được phổ cập trên thị trường. Lưu ý : + Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng 3 Thyristor ta chỉ cần sử dụng xung ra lấy từ chân số 15. + Để có được xung điều khiển lần lượt cho cả 3 Thyristor cần có 3 vi mạch TCA 780 đảm nhiệm. IV. Tính chọn những thông số kỹ thuật của những phần tử mạch điều khiển và tinh chỉnh : 1 ) Tính chọn những thành phần trong khâu khuếch đại xung : Chọn diot D4 dùng tinh chỉnh và điều khiển của Thyristor T60N1000VOF : US = 18 V, Ig = 300 mA Chọn diot D4 loại S310 của Liên Xô với những thông số kỹ thuật : UCE = 40 V, UBE = 3 V, Ic max = 300 mA, = 13 – 25 Với IC = 150 mA, chọn = 20 mA I I C B 5, 7 20 150 Điện trở Rc : ) ( 667, 14 10. 150 6, 0 2, 15 18 3 3 1 3 1 c D S c D CE c I U U U I U U U R ) ( 15 c R Tính chọn R1 : ) ( 58, 70 10. 5, 7. 150 10. 3. 6 6 1 B c BE I I U R Chọn D2, D3 loại S310 có những thông số kỹ thuật : I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆ UD3 = 0,6 V Diot Dz2 là loại diot zener loại 1W3815 có những thông số kỹ thuật :
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 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 những thông số kỹ thuật 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 : ) ( 186 150 3 7, 3 16 2 I U U U R BE X Chọn Tranzitor hiệu suất Tr loại 2SC9111 thao tác ở chính sách xung có những thông số kỹ thuật : + Tranzitor loại n-p-n, vật tư bán dẫn là Si. + Điện áp giữa colecto và bazơ khi hở mạch emito : UCB0 = 40 V. + Điện áp giữa emito và bazơ khi hở mạch colecto : UEB0 = 4 V. + Dòng điện lớn nhất ở colecto hoàn toàn có thể chịu đựng : Icmax = 500 mA. + Công suất tiêu tán ở colecto : PC = 1,7 W. + Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1 = 1750C. + Hệ số khuếch đại : = 50. + Dòng thao tác của colecto : IC3 = I1 = 50 mA. + Dòng điện thao tác của bazơ : IB3 = IC3 / = 50/50 = 1 mA. Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn có hiệu suất điều khiển và tinh chỉnh khá bé Udk = 1,4 V, Idk = 0,15 A 2 ) Chọn những thành phần bên ngoài TCA 780 : Ta chọn : 9 100 ( ) R k ; ) ( 5, 0 10 F C ; ) ( 5, 0 12 F C 3 ) Tính toán máy biến áp đồng pha : Máy biến áp đồng pha là máy biến áp tạo nguồn cung ứng cho TCA 780. Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn, 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 và tinh chỉnh cực lớn là : ) ( 954, 91 174, 0 16 170 sin 170 sin 0 0 max 2 V U U U C dk TCA có dòng vào đồng điệu khoảng chừng I5 = 200 ) ( A Vậy điện trở R5 được tính như sau : ) ( 460 ) ( 10. 46, 0 200 954, 91 6 5 2 5 k I U R Tỉ số biến áp của máy biến áp đồng pha : 1 2 220 2,39 91,954 U n U Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là : 2 1 200 83,68 ( ) 2,39 I I A n Công suất của máy biến áp đồng pha : S = 3. U1. I 1 = 3. 220. 83,68. 10-6 = 55,22. 10-3 ( W ) Công suất của máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ. 4 ) Tính chọn biến áp xung :
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG Tỉ số biến áp của biến áp xung được tính theo công thức : X U U m 1 ( 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 : ) ( 150 2 1 mA I I g * Mạch từ : Chọn vật tư sắt từ 330, lõi sắt từ có dạng hình chữ nhật, thao tác trên 1 phần đặc tính của từ hóa tuyến tính BS = 2,2 T, ∆ B = 1,7 T thao tác ở f = 50 Hz, có khe ∆ H = 50 A / m. Từ thẩm của lõi thép từ : 4 7 0 1,7 2,7. 10 50.4 10 B H 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 3 5 4 0,1 7,3. 10 0,1 10 2,7. 10 tb kh L L l Thể tích lõi sắt từ : 3 7 4 0 2 2 1 2 2. .. .. 7,3. 10. 4 10. 5.10. 0,15. 15,2. 0,15 0,7 tb X S t S U I V B = 1,02. 10-6 ( m ) = 1,02 ( cm3 ) Chọn thể tích bằng 3 ( cm3 ) Chọn những số liệu phong cách thiết kế : l = 1 ( cm ), a = 2 3 = 1,5 ( cm ) Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung : ) ( 95 10. 76, 0. 5, 1. 7, 0 10. 5. 2, 15. .. W 4 4 1 1 1 vòng K B tx U Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung : ) ( 5, 47 2, 15 95. 6, 7 W. W 1 1 2 2 vòng U U
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG C 2 C 2 C 2 R 2 R 2 R 2 C 1 C 1 C 1 BAX BAX BAX 3CC 2CC 2CC 2CC R 1 R 1 R 1 1CC 1CC 1CC C 1 2 C 10 R 9 R 9 C 10 C 1 2 C 1 2 C 10 R 9 R 3 R g D 4 R 3 R g D 4 R 1 D 2 D 3 Rc R 1 Rc D 3 D 2 R 2 D z1 R 2 D z1 CD Ap C B A T 3 T 2 Dz 2 U ÂK 8 16 13 6 11 15 5 1 9 10 12 14 8 16 13 6 11 15 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 8 16 13 6 11 15 R3 Rg D4 D3 D 2 R5 R 5 CKT M L b c a T 1 b c TCA780 TCA780 R 5 + 18V D z1 Rc R 1 R 2 a TCA780 Hình 3.7 : Sơ đồ cả mạng lưới hệ thống chỉnh lưu tia 3 pha. Nguyên lý hoạt động giải trí cả sơ đồ : Với sơ đồ nguyên lý như trên, những Thyristor được nối theo nhóm katốt chung nên những thành phần chỉnh lưu có đặc thù như sau : – Thyristor dẫn điện là Thyristor có anốt được nối với điện áp cao nhất và phải được kích xung đồng pha với điện áp của pha đó .
- Đồ án môn
học: Điện tử công suất GVHD:NGUYỄN TẤN HÒA
SVTH: THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG
3
2
1 3
2
0
d
d
dtb
I
d
I
I
– Thyristor nào dẫn điện thì nó sẽ gánh trọn dòng điện tải.
– Khi có một Thyristor dẫn điện thì hai Thyristor còn lại sẽ không dẫn ( nếu ta xét bỏ
qua sự chuyển mạch ).
Để tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ, người ta thay đổi góc kích của Thyristor sẽ
thay đổi được điện áp chỉnh lưu, làm cho điện áp đặt lên phần ứng động cơ thay đổi. Xét hai
trường hợp:
* Khi = 0: Ta kích Thyristor tại thời điểm chuyển mạch tự nhiên làm cho điện áp ra
trung bình là cực đại: Udo = Udmax
Trong đó: – Udo: Điện áp chỉnh lưu tại thời điểm = 0.
– m: Số pha của chỉnh lưu ( m = 3 ).
– U2f: Điện áp pha thứ cấp máy biến áp.
* Khi 0: Ud = Udmaxcos
– Khi 0 < < 300: Dòng chỉnh lưu sẽ liên tục . Trong khoảng thời gian t1t2 điện áp ra Ua có giá trị lớn nhất, đồng thời tại thời điểm t1 kích xung cho T1. T1 nhận xung kích nên dẫn điện, mở cho dòng điện chạy qua còn hai van T2 và T3 bị khóa. Sau thời điểm t2 trở đi Ub có giá trị lớn nhất. Tại t2, kích xung cho T2 nên T2 dẫn. Lúc này ta có Ua < Ub nên anốt của T1 có điện thế thấp hơn so với katốt của nó, do đó T1 bị khóa. Tương tự, tại thời điểm t3, T3 dẫn còn T1 và T2 bị khóa. Như vậy mỗi Thyristor sẽ cho dòng chạy qua nó trong khoảng thời gian 1200 điện và giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Thyristor : Điện áp ngược đặt lên mỗi Thyristor là hiệu số điện thế giữa anốt và katốt của Thyristor đó: . Khi T2 dẫn: . Khi T3 dẫn: Điểm cực trị của điện áp ngược đặt lên T1 là: Dòng điện chỉnh lưu được san bằng có giá trị: Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi Thyristor là: - Khi 300 < < 900: Điện áp ra tức thời sẽ âm trong một số khoảng. ( 3. 7 ) ( 3. 2 ) cos sin 2 2 m U m U f d ( 3. 4 ) ) 3 cos( 6 2 1 U U U U a b ngT ( 3. 5 ) ) 3 2 cos( 6 2 1 U U U U a c ngT ( 3. 6 ) d d d d X R U I 3 4 6 2 1 khi U UngT 3 11 6 2 1 khi U UngT max 2 cos 2 sin do d f m U U U m ( 3. 1 ) cos 2 6 3 sin 2 2 3 2 3 2 6 6 2 U d U Ud ( 3. 3 ) - Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG – Khi = 900 : Điện áp ra trung bình Udtb = 0. Ta nhận thấy : Trong khoảng chừng 0 < < 900, bộ đổi khác thao tác ở chính sách chỉnh lưu với điện áp Ud > 0. Và trong khoảng chừng 900 < < 1800, bộ biến hóa thao tác ở chính sách nghịch lưu với Ud < 0. Mối quan hệ giữa Ud = f ( ) của bộ chỉnh lưu Thyristor được màn biểu diễn như sau : Hình 3. 8 Đặc tính kiểm soát và điều chỉnh Ud = f ( ). CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN. Qua đồ án môn học Điện tử hiệu suất với đề tài : " Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển và tinh chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập ", đã giúp em hiểu rõ hơn về : động cơ điện CL NL / 2 Ud - Ud0 Ud0 0
- Đồ án môn
- Đồ án môn học : Điện tử hiệu suất GVHD : NGUYỄN TẤN HÒA SVTH : THIỀU QUANG THỊNH _ PHAN ĐỨC TOÀN _NGUYỄN XUÂN ĐÔNG 2 – Điện tử hiệu suất. Tác giả : Nguyễn Bính. 3 – Tính toán phong cách thiết kế thiết bị điện tử hiệu suất. Tác giả : Trần Văn Thịnh .
Source: https://suachuatulanh.org
Category : Tin Tổng Hợp
Có thể bạn quan tâm
- Cảm biến ngăn mát hỏng tủ lạnh Samsung lỗi F1-02 (20/05/2024)
- Quy trình xóa lỗi E2-03 tủ lạnh Samsung chuẩn từng bước (18/05/2024)
- Sử dụng App Ong Thợ để sửa tủ lạnh Samsung lỗi F1-85 (17/05/2024)
- Cách tự sửa lỗi E1-54 trên tủ lạnh Samsung Side By Side (16/05/2024)
- Lỗi ER-05 tủ lạnh Samsung sửa thế nào đúng và an toàn? (13/05/2024)
- Từng bước xóa lỗi ER-E1 trên tủ lạnh Samsung chuẩn từ A-Z (12/05/2024)
![Bảo Hành Tủ Lạnh Sharp Ủy Quyền Tại Hà Nội [0941 559 995]](https://suachuatulanh.org/wp-content/uploads/bao-hanh-tu-lanh-sharp-2-300x180.jpg)
