đề tài thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu thyristor cầu 3 pha đối xứng cấp điện cho động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

Đồ án điện tử công suất
Thiết kế mạch điện tử công suất
Đề tài: Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu thyristor cầu 3 pha đối xứng cấp điện
cho động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Thông số động cơ: U
dm
= 600 (V); n
dm
= 980 (v/p); P = 7.2 (Kw);
η = 0.85; số đôi cực p = 2.
I. Phân tích chọn mạch chỉnh lưu:
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có công suất nhỏ (P = 7.2
kW) vì vậy sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng là phù hợp hơn cả. Ta có
sơ đồ thiết kế (hình 1.1):
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu thyristor
cầu 3 pha đối xứng.
- Tính toán các thống số còn lại của động cơ:
14,12
0,85.600
7,2.10
η.U
P
I
3
dm
udm
===
(A)
U
2a
; U

2b
; U
2c
Sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn.
E Sức điện động của động cơ.
R, L Điện trở và điện cảm trong mạch.
R = 2. R
ba
+ R
ư
+ R
k
+ R
dm
L = 2. L
ba
+ L
ư
+ L
k
R
ba
; L
ba
Điện trở và điện kháng của máy biến áp quy đổi về thứ
cấp.
















+=








+=
1
2
12ba
2
1
2
12ba
W
W

.LLL
W
W
.RRR
R
k
, L
k
Điện trở và điện kháng cuộn lọc.
R
ư
Điện trở mạch phần ứng của động cơ:
)(2,3
12,14
600
).85,01.(5,0
I
U
).1.(5,0R
dm
dm
u
Ω=−=η−=
L
ư
Điện cảm mạch phần ứng động cơ:
)H(1,0
12,14.980 2
60.600
.25,0

I.n.p 2
60.U
.R
dmdm
dm
u
=
π
=
π
γ=
Trong đó
25,0=γ
là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù.
II. Tính chọn thyristor:
Tính chọn thyristor theo các thông số cơ bản:
1. Điện áp ngược lớn nhất mà dòng phải chịu:
628
π
63
600
.6
K
U
.K.UKU
u
dm
nv2nvnm
====
(V)

Điện áp ngược cho thyristor cần chọn:
1130,41,8.628.UKU
nmdtUnv
===
(V)
Trong đó: K
dtU
là hệ số dự trữ điện áp. Chọn K
dtU
= 1,8.
2. Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng:
15,8
3
12,14
3
I
I.KII
udm
dhdhd1v
=====
(A)
26,087
3
14,12
3,2.
3
I
.KI
udm
idm

===
(A)
Trong đó: K
i
là hệ số dự trữ dòng điện. Chọn K
i
= 3,2.
3. Chọn Thyristor: Từ các thông số U
im
; I
T
ta chọn loại Thyristor
Điện áp ngược cưc đại của van: U
n
= ………
Dòng điện định mức của van: I
m
= ……… (A)
Đỉnh xung dòng điện I
pik
= …………. (A)
Dòng điện của xung điều khiển: I
dk
= ……… (A)
Điện áp của xung điều khiển: U
dk
= ………. (V)
Dòng điện dò: I
r
= ………. (mA)

Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là:
U∆
= … (V)
Tốc độ biến thiên điện áp:
=
dt
dU
…… (V/μs)
Tốc độ biến thiên dòng điện:
=
dt
dI
…… (A/ μs)
Thời gian chuyển mạch: t
cm
= …… μs
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: T
max
= ………ºC.
III. Tính toán máy biến áp:
Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát bằng
không khí tự nhiên.
Tính toán các thông số cơ bản của máy biến áp:
1. Công suất biểu kiến của máy biến áp:
12,8894
85,0
7200
.05,1
P
.KP.KS

sds
==
η
==
(VA)
2. Điện áp sơ cấp máy biến áp:
U
1
= 380 (V)
3. Điện áp pha thứ nhất của máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
badnvdmindo
UUU.2Ucos.U ∆+∆+∆+=α
Trong đó:
min
α
= 10º là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp.
∆U
v
= 1,6 V là sụt áp trên Thyristor.
∆U
dn
= 0 là sụt áp trên dây nối.
∆U
ba
= ∆U
r
+ ∆U
l
là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy

biến áp. Chọn sơ bộ : ∆U
ba
= 6%. U
dm
= 6%.600 = 36 (V)
Từ phương trình cân bằng ta có:
min
0
cos
.2
α
badnvd
d
UUUU
U
∆+∆+∆+
=
V06,649
10cos
3606,1.2600
=
°
+++
=
Điện áp thứ cấp máy biến áp:
38,277
34,2
06,649
K
U

U
u
0d
2
===
(V)
4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp:
53,1112,14.
3
2
I.
3
2
I
dm2
===
(A)
5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
4,853,11.
380
38,277
I.
U
U
I.KI
2
1
2
2ba1
====

(A)
IV. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực:
1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ:
Hình
2. Bảo vệ quá nhiệt 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. Mặt khác, van bán dẫn chỉ được phép hoạt động dưới nhiệt
độ cho phép (T
cp
), nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị
hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta
phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý.
Tản nhiệt cho Thyristor: Gắn thêm cánh tản nhiệt là các lá nhôm
mỏng, tiết diện phù hợp, đản bảo toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ tốt.
3. Bảo vệ dòng điện cho van: Ta sử dụng Aptomat để đóng cắt mạch
động lực, tự động ngắt mạch khi quá tải và ngắn mạch thyristor, ngắn
mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp bộ biến áp, ngắn mạch ở chế
độ nghịch lưu. Chọn aptomat có các thông số:
Dòng địên làm việc chạy qua actomat:
51,13
3.380
12,8894
3.380
S
I
v1
===
(A)
Dòng điện aptomat cần chọn là :

I
dm
= 1,1. I
1v
= 1,1 . 13,51 = 14,86 (A)
U
dm
= 380 (V)
Aptomat có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng ngắt bằng tay hoặc
đóng ngắt tự động bằng nam châm điện.
Từ các thông số trên ta chon aptomat phù hợp, đồng thới sử dụng
dây chảy tác dụng nhanh để bảo vệ ngắn mạch thyristor và ngắn mạch
đầu ra của bộ chỉnh lưu.
4. Bảo vệ điện áp cho van :
- Bảo vệ điện áp do 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 các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dọng điện
ngược trong khoảng thời gian rất ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của
dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện
cảm gây nên hiện tượng quá điện áp giữa anod và catod của thyristor. Khi
có mạch R-C mắc song song với thyristor sẽ tạo ra mạch vòng phóng điện
tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá điện áp.
Thông thường nên chọn :
R
1
= (5 ÷ 30) Ω ; C
1
= (0,25 ÷ 4) μF.
Ta chọn : R
1

= 5 Ω ; C
1
= 0,25 μF.
- Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch R-C như hình
Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện
trở đường dây.
Chọn trị số : R
2
= 12,5 Ω ; C
2
= 4 μF.