CHƯƠNG 2 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT potx

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT
2.1.Cc mch chnh lưu
2.1.1.Mch chnh lưu h#nh tia ba pha
t
t
t
t
U
G
α α α α
G1 G2 G3 G1
U
d
U
I
T1
I
T2
I
T3
I
d
t
0 1
t
2
t
3
t
4
t

0 Π 2Π 3Π
t
t
t
Hình 2.1: Sơ đồ và dạng điện áp mạch chỉnh lưu hình tia ba pha
a.Nguyên lý hot động:
t
0
÷ t
1
: T
3
thông U
d
= U
c
, I
d
= I
T3
.
t
1
÷ t
2
: T
1
thông U
d
= U

a
, I
d
= I
T1
.
t
2
÷ t
3
: T
2
thông U
d
= U
b
, I
d
= I
T2
.
t
3
÷ t
4
: T
3
thông U
d
= U

c
, I
d
= I
T3
.
b.Cc công thức cơ bản:
- Điện p trên tải
U
d
=
π
2
1
)(
2
0
)(
td
dtU
∫
π
=
π
2
3
)(2
6
5
6

)sin( 2
t
dtU
∫
+
+
α
π
π
α
=
α
π
cos.3.
2
23
2
U
=
α
π
cos
2
63
2
U
1
- Dòng điện trên tải:
d
d

d
R
U
I
=
- Dồng điện qua van:
3
d
T
I
I
=
- Gi trị trung b#nh của điện p chn lưu:
20
17,1 UU
d
=
- Điện p ngược trên van:
2
45,2 UU
ng
=
- Dòng điện phía thứ cấp: I
2
= 0,58I
d
- Dòng điện phía sơ cấp:I
1
= 0,47I
d

.K
ba
- Công suất tải: P
d
= U
d0
.I
d
- Công suất my biến p: S
ba
= 1,35P
d
Nhận xét:
Mch chnh lưu có điều khiển tia 3F có cấu to phức tp, muốn mch hot động
được cần mắc biến p để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van ch làm việc trong
1/3 chu kỳ v# vậy dòng điện trung b#nh chy qua van nhỏ. Mch dùng nguồn 3F
nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe.
2.1.2.Mch chnh lưu có điều khiển cầu ba pha đối xứng
2

T
1
T
3
T
5
T
1
T
6

T
2
T
4
T
6
T
2
I
T1 T4
I
T1
I
T6
I
T3
I
T6
I
T2
I
T5
I
T2
II
T5
t
t
t
t

t
t
t
t
t
t
t
t
G
U
U
U
d
I
T2,T5
U
ng
T3,T6
I
T1,T4
I
I
d
t
G1
U
U
G2
U
G3

U
G4
U
G5
U
G6
Hình 2.2: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng
a.Nguyên lý hot động.
Mỗi Tiristor được pht 2 xung điều khiển.
- Xung thứ nhất xc địnhgóc mở .
- Xung thứ 2 đảm bảo thông mch tải.
b.Một số công thức cơ bản.
-Điện p trên tải: U = Ucosα = 2,34Ucosα .
-Dòng điện trên tải: I = .
-Dòng điện trung b#nh qua van: I = .
-Điện p ngược đặt lên van: U =2,45U
3
-Dòng điện phía thứ cấp: I = 0,816I .
-Dòng điện phía sơ cấp: I = 0,816I.K .
-Công suất my biến p: S = 1,05P .
-Công suất tải: P = UI .
Nhận xét:
Mch chnh lưu điều khiển đối xứng cầu
3F thường được sử dụng rộng rãi trong
thực tế, mch cho ra chất lượng điện p
bằng phảng, dòng điện chy qua tải liên
tục trong suốt qu tr#nh làm việc. Mch
chnh lưu này thường được p dụng với
những mch có công suất lớn v# dòng điện
chy qua mỗi van ch ch chy trong 1/3

chu kỳ.
2.1.3.Mch chnh lưu có điều khiển cầu ba
pha không đối xứng
-Một số công thức cơ bản:
-Điện p trên tải:
)cos1(
2
63
2
α
π
+=
U
U
d
.
-Dòng điện trên tải: I = .
-Dòng điện trung b#nh qua van: I = .
-Điện p ngược đặt lên van: U =2,45U
-Công suất my biến p: S = 1,05P .
-Công suất tải: P = UI
Nhận xét :
Tuy điện p chnh lưu chứa nhiều sóng hài nhưng chnh lưu cầu 3 pha không đối
xứng có qu tr#nh điều chnh đơn giản , kích thước gọn nhẹ hơn.
4
Hình 2.3: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
2.1.4.Mch chnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
5
H#nh 2.4: Sơ đồ và dng điện p chnh lưu cầu một pha không đối xứng
Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng nhau.

Góc dẫn của điốt là :
α+π=λ
D
Góc dẫn của Tiristor là :
α−π=λ
T
Gi trị trung b#nh của điện p tải:

∫
π
α
α+
π
=θθ
π
=
)cos1(
U2
dsinU2
1
U
2
2d

π
=
2
maxd
U22
U

Do đó :
V72
22
8,64.
22
U
U
maxd
2
=
π
=
π
=
Gi trị trung b#nh của dòng tải :

t
d
d
Z
U
I
=
6
Dòng qua Tiristor:

π
α−π
=θ
π

=
∫
π
α
2
IdI
2
1
I
ddT
Dòng qua Điốt:

∫
α+π
α
π
α+π
=θ
π
=
2
IdI
2
1
I
ddD
Gi trị hiệu dụng của dòng chy qua sơ cấp my biến p:

π
α

−=θ
π
=
∫
π
α
1IdI
1
I
d
2
d2
Nhận xét:
Sơ đồ chnh lưu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu to đơn giản, gọn nhẹ ,
dễ điều khiển , tiết kiệm van . Thích hợp cho cc my có công suất nhỏ và vừa.
2.2.Chọn mch ch#nh lưu phù hợp
- Cả hai phương n dùng sơ đồ chnh lưu đối xứng cầu ba pha và chnh lưu
không đối xứng cầu ba pha đều có nhiều kênh điều khiển, nhiều Tiristor nên gi
thành cao không kinh tế.
- Do yêu cầu của đầu bài, v# số kênh điều khiển ít nên ta chọn sơ đồ chnh lưu
điều khiển cầu 1 pha đông đối xứng. Chúng có một số ưu điểm:
Hiệu suất sử dụng my biến p cao hơn một số sơ đồ như cầu 1 pha đối
xứng.
Đơn giản hơn v# số lượng Tiristor giảm xuống ch còn 2 nên mch điều
khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn.
Cùng một dải điều chnh điện p một chiều th# cầu không đối xứng điều
khiển chính xc hơn.
2.3.Tính ton cc thông số với mch đã chọn
Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chnh lưu điều khiển cầu 1 pha không đối xứng
dùng cho mch lực mch np ắc qui tự động . Phương n này vừa đp ứng được

yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế.
7
Như đã phân tích ở trên: Ta chọn phương n thiết kế cho mch np ắc qui là sơ
đồ chnh lưu cầu 1 pha không đối xứng. Có sơ đồ nguyên lý mch lực như sau :
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch lực
 Số liệu cho trước:
Điện áp nguồn 3 pha : 220/380V ; f = 50 Hz
Yêu cầu đầu ra (Nguồn một chiều tự động nạp acquy ):
U = 16.2V
I = 80A
 Số liệu tính ton và chọn lựa van.
Từ yêu cầu của đề bài ta có:
- Điện p thứ cấp của biến p:
Từ công thức: U = .( 1 + cosα )
Điện p U đt max khi góc α = 0.
⇒ U = = ≈ 18V
- Dòng điện trung b#nh chảy qua van:
I = = = 40A
- Điện p ngược đặt lên van là:
U = .U = .18 ≈ 25.5V
Chọn van
8
Để đảm bảo cho cc van hot động tốt chúng ta chọn van phải có hệ số dự
trữ về điện p: k = 1,6 , hệ số dự trữ về dòng điện: k = 1,2.
Do vậy:
- Chúng ta chọn van chịu được điện p ngược
U = 25,5.1,6 = 40,8V
- Dòng điện trung b#nh chảy qua van là:
I = 40.1,2 = 48A
 Với cc thông số về dòng điện, điện p như trên ta tiến hành tra sổ tay

chọn được cc van như sau:
- Chọn Tiristor loi : TЧ-50 – Do Liên Xô (cũ) chế to: Sch “Điện tử công
suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.3, tr 28 có cc thông số như sau:
+ Dòng điện trung b#nh qua van: I=50A.
+ Điện p ngược cực đi đặt nên van: U=0,1÷1kV.
+ Tổn thất điện p: ∆U = 1,3V.
+ Thời gian khóa: t = 10,5µs.
+ Tốc độ tăng điện p: = 100V/µs
+ Tốc độ tăng dòng điện: = 100A/µs
+ Dòng điện điều khiển: I = 0,9A.
+ Điện p điều khiển: U = 3V
- Chọn Diot loi: B-50 – Do Liên Xô (cũ) chế to: Sch “Điện tử công suất” của
Nguyễn Bính, Bảng 1.1, tr 8 có cc thông số như sau:
+ Dòng điện trung b#nh qua van: I=50A.
+ Điện p ngược cực đi đặt nên van: U=0,1÷1kV.
+ Tổn thất điện p: ∆U = 0,7V.
2.4.Mch bảo vệ Tiristor.
Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện p qu lớn so với điện p định mức,
ta gọi là qu điện p, v# vậy cần mắc thêm mch bảo vệ qu điện p.
Người ta chia ra 2 loi nguyên nhân gây nên qu điện p:
-Nguyên nhân nội ti: đấy là sự tích tụ điện tích trong cc lớp bn dẫn.
9
Khi kho Tiristor bằng điện p ngược, cc điện tích nói trên đổi ngược hành
tr#nh, to ra dòng 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
cc điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn đến cc Tiristor. V# vậy
giữa cc anôt và catôt của Tiristor xuất hiện qu điện p.
-Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như
khi cắt đóng tải một my biến p trên đường dây, khi một cầu ch# bảo vệ chảy,
khi có sấm sét…

Để bảo vệ mch qu p người ta thường dùng mch L – C, (xem h#nh bên dưới):

Hình 2.6: Mạch bảo vệ Tiristor
Mch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ qu điện p do tích tụ điện
tích khi chuyển mch gây nên
Mch R – C đấu giữa cc pha thứ cấp của my biến p là bảo vệ qu điện p do
đóng cắt tải ( dòng điện từ hóa ) my biến p gây nên.
Thông số của R – C phụ thuộc ào mức độ qu điện p có thể xảy ra, tốc độ biến
thiên của dòng điện chuyển mch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ ho
my biến p .v.v…
 Theo kinh nghiệm đã có ta chọn:
C = 0.22 µF
10
R = 50 Ω
2.5.Tính ton my biến p
- Gi trị hiệu dụng điện p thứ cấp my biến p:
U = 1,11.U ≈ 18V
I = 1,11I ≈ 89A
- Công suất biểu kiến my biến p:
S = U.I = 18.89 = 1602VA.
-Chọn mch từ 3 trụ , tiết diện tính theo công thức:
Q = K .
Trong đó : C - Số trụ mch từ.
f - Tần số nguồn.
K = 5 ÷ 6
Q = 5. ≈ 13cm .
Đường kính trụ : d = = ≈ 4cm.
Chọn lõi thép có tiết diện 13 cm làm bằng vật liệu sắt từ dày 0,2mm, l thép dập
h#nh chũ E và chữ I ghép li.
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B = 1,1T

Chọn ch số m = = 2,3 ⇒ h = m.d = 2,3.4 = 9,2cm.
Chọn chiều cao trụ h = 9cm.
Tính ton dây quấn:
Số vòng dây mỗi pha sơ cấp my biến p:
W = = = 693 vòng
Số vòng dây mỗi pha thứ cấp my biến p:
W = W = 693 = 57 vòng.
Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong my biến p:
J = J = 2,75 A/mm
Dòng điện sơ cấp của my biến p là:
I = = =7.28A
Tiết diện dây dẫn sơ cấp my biến p:
11
S = = = 2.65mm
Tiết diện dây dẫn thứ cấp my biến p:
S = = = 32,36mm.
Đường kính dây quấn sơ cấp:
d = = = 1,84mm
Đường kính dây quấn thứ cấp:
d = = = 6,42mm
Theo sch điện tử công suất ta chọn dây tiết diện tròn như sau:
d = 1,81 mm ; 22,9 gam/m
d = 7 mm ; 220gam/m
12