Đồ án điện tử công suất cầu 1 pha (TĐ)

Đồ án môn học-Điện tử công suất
Lời nói đầu


Nh chúng ta đã biết trong tất cả các hệ thống máy móc, thiết bị điện dùng trong
sinh hoạt và sản xuất hiện nay chủ yếu sử dụng nguồn điện xoay chiều .Tuy nhiên
bên cạnh đó không ít những thiết bị điều khiển từ nguồn 1 chiều ,vì nhiều tính năng
đặc biệt của nó.
Nguồn điện 1 chiều có thể đợc sản xuất từ máy phát điện 1 chiều ,hoặc lấy từ
nguồn xoay chiều qua các thiết bị chỉnh lu ,lọc .Dòng điện 1 chiều sản sinh ra từ
MFĐ1C thờng có chất lợng coa hơn nhng do thiết bị phức tạp và ít kinh tế nên trong
kỷ thuật ngời ta thờng tạo dòng điện 1 chiều bằng cách chỉnh lu từ dòng xoay
chiều.Đó cũng chính là nội dung và ý nghĩa của tập thuyết minh này.
Nội dung tập thuyết minh này trình bày thiết kế bộ chỉnh lu cầu một pha có điều
khiển ,biến dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều để điều khiển tốc độ phần ứng của
động cơ diện 1 chiều kích từ độc lập.Nội dung gồm có 5 phần:
Phần 1:Tổng quan vềbộ chỉnh lu cầu 1 pha có diều khiển.
Phần 2:Tính chọn mạch động lựcvà cuộn kháng cân bằng.
Phần 3:Tính chọn mạch bảo vệ.
Phần 4:Thiết kế mạch bảo vệ theo nguyên lý ARCCOS.
Phần 5:Mô phỏng hệ htống trên Circuitmaker.
Và một bản vẽ đầy đủ trên giấy A
3
.
Với sự cố bắng nỗ lực của bản thân cùng với sự hớng dẫn giúp đỡ tận tình của
thầy giáo hớng dẫn Đoàn Quang Vinh,thầy giáo bộ môn Nguyễn Mạnh Hà và các
thầy cô khác trong khoa.Nhng do thời gian và năng lực còn hạn chế,kiến thức
chuyên ngành cha nhiều, nên chắc chắn trong quá trình thiết kế còn nhiều sai sót
,mong đợc các thầy cô chỉ dẫn thêm.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giào hớng dẫn Đoàn Quanh Vinh,
thầy giáo bộ môn Nguyễn Mạnh Hà cùng tất cả các thầy cô trong Khoa.

Chúc các thầy cô cùng gia quyến luôn mạnh khoẻ và hạnh phúc,chúc buổi bảo
vệ thành công tốt đẹp.
Sinh viên :
Hoàng Văn c
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 1
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Nhiệm vụ thiết kế và yêu cầu:
Nhiệm vụ thiết kế:
Thiết kế bộ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển cho phản ứng của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập có các thông số sau:
1. Điện áp phần ứng: U
đm
=110VCD
2. Dòng điện phần ứng:I
đm
=2.5A
3. Công suất động cơ: P
đm
=160W
Yêu cầu:
1. Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
2. Tổng quan về bộ chỉnh lu cầu một pha.
3. Tính chọn mạch động lực.
4. Tính chọn mạch bảo vệ và cuộn kháng san bằng.
5. Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý ARCCOS.
6. Mô phỏng.
7. Một bản vẽ đầy đủ về bộ chỉnh lu trên giấyA
3
.
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 2

Đồ án môn học-Điện tử công suất
Phần I : tổng quan về mạch chỉnh lu cầu một pha có điều khiển với phụ tải là
động cơ điện một chiều
I. Nguyên lý làm việc.
Phụ tải có thể thay thế bằng một sức phản điện E nối tiếp với mọt điện rở R và một điện
cảm L.
Sơ đồ:

Trong sơ đồ này có 4 Thyristor T
1
,T
2
,T
3
,T
4
. Các Thiristor này đợc điều khiển bằng các xung
dòng điện điều khiển tơng ứng :i
T1
,i
T2
,i
T3
,i
T4
.
Mạch chỉnh lu đợc cấp từ một nguồn điện xoay chiều qua MBA với điện áp thứ cấp
u
2
=U

2m
sint).
Các xung điều khiển này có chu kì với u
2
nhng xuất hiện không đồng thời với u
2
.Các xung i-
T1
, i
T3
xuất hiện sau u
2
một góc ,còn các xung i
T2
và i
T4
xuất hiện sua u
2
một góc
Ta chỉ xét mạch này khi điện cảm L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị trung bình của điện áp chỉnh
lu U
do
.trong trờng hợp đó mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục điện áp cho phụ tải và dòng
điện qua phụ tải hầu nh không đổi và bằng giá trị trung bình của nó I
d

Ngoài ra tuỳ theo góc mở chậm của Thyristor mà mạch này có thể làm việc ở 2 chế độ :
Chế độ nghịch lu phụ thuộc khi :và E<0
Chế độ chỉnh lu khi: và E>0
Ta chỉ xét trờng hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lu.

Trong nửa chu kỳ đầu của điện áp u
2
(0<=<=),u
2
>0 thì T
1
, T
3
, đợc phân cực thuận .Do đó
khi xung điều khiển i
T1
, i
T3
đến góc pha = các T
1
,T
3
mở theo chu trình ,dòng điện đi từ A qua
T
1
đến M qua tải đến N sau đó qua T
3
về B

.Điện áp chỉnh lu u
d
= u
2
=U
2m

sin
điện áp trên T
1
,T
3
bằng 0
dòng diện qua phụ tải đợc xác định theo phơng trình :
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 3
u
1
u
d
u
2
T2T3
N

M
A

B

L

R

E

T4 T1
i

d
Đồ án môn học-Điện tử công suất
L
dt
di
d
+R.i
d
+E=u
2
=U
2m
sin.
Lúc này = ,u
2
=0 nhng T
1
và T
3
vẫn cha khoá vì dòng điện i
d
qua chúng vẫn >0
Sang nữa chu kỳ sau của u
2
(<<2) ,u
2
<0 các thyristor T
2
và T
4

đợc phân cực thuận .Do đó
khi xung điều khiển i
T2
và i
T4
đến góc pha =+ thì T
2
và T
4
mở theo chu trình ,dòng điện đi từ
B qua T
2
đến M qua phụ tải đến N sau đó qua T
4
và về A
Điện áp chỉnh lu :u
d
= -u
2
=-U
2m
sin
Còn dòng điện chỉnh lu biến thiên nh nửa chu kỳ đầu.
Sự mở của T
2
và T
4
làm cho u
N
=u

A
và u
M
=u
B
,Do đó điện áp trên T
1
và T
3
tại thời điểm
=+ là: u
T1
=u
A
-u
M
=u
A
-u
B
=u
2
<0
u
T3
=u
N
-u
B
= u

A
-u
B
=u
2
<0
điều này làm cho T
1
và T
3
tắt hẳn một cách tự nhiên

II. Biểu thức xác định U
d
, I
d
.
Do có điện cảm L trong mạch tải nên thực tế dòng i
d
là dònh liên tục,i
d
=I
d

Gía trị trung bình của điện áp chỉnh lu
U
d
=

1

.cos
2
.sin
22





mm
UdU =

+
Khi T
1
và T
3
mở cho dòng chạy qua ta có phơng trình :
L
dt
di
d
+R.i
d
+E=u
2
=U
2m
sin.

+++
=++












dUdi
E
di
R
di
X
dd
I
I
d
d
d
.sin2
1
2
X=.L

Do </2 nên U
d
luôn dơng hay : U
d
=R.I
d
+E
-Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lu:
I
d
=(U
d
-E)/R
III. Dạng đờng cong điện áp và dòng điện chỉnh lu.
Với diện áp U
d
và dòng điện I
d
đợc xác đinh ta vẽ đợc đờng cong điện áp và dòng điện nh
sau:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 4
§å ¸n m«n häc-§iÖn tö c«ng suÊt
Khoa §iÖn-§¹i Häc B¸ch Khoa §µ N½ng 5
i
T2,4
i
T1,3
0
i
d

π
π
θ
π
2
u
d
θ
π
2
u
d
θ
θ
θθ
θ
θ
0
0
0
0
00
0
0
i
d
I
d
θ
i

T1,3
i
T2,4
i
2
I
d
I
d
I
d
I
d
I
d
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Chỉnh lu cầu điều khiển một pha ,tải R+L+E
IV. Hiện tợng trùng dẫn.
Sơ đồ trùng dẫn đợc trình bày nh hình vẽ.

Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 6
u
d
i
c2
i
c1
u
d
T4T3

N

M
A

B

L

R

E

T1 T2
i
d
e
2

i
d


2

i
d
i
T1
i

T2
à
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Giả thiết T
1
và T
3
đang mở cho dòng chạy qua, i
T1,3
=I
d
.
Khi =
2
cho xung điều khiển mở T
2
và T
4
.Vì sự có mặt của L
c
nên dòng i
T1,3
không thể
giảm đột ngột từ I
d
đến 0,mà dòng i
T2,4
cũng không tăng từ 0 đến I
d
.

Lúc này cả 4 Thyristor đều mở cho dòng chạy qua,phụ tải bị ngắn mạch ,u
d
=0, nguồn e
2
cũng
bị ngắn mạch sinh ra dòng I
c
.
Ta có phơng trình :
U
2m
sin=X
c
.

d
di
c
Nếu chuyển gốc toạ độ về
2
,ta có :
U
2m
sin(+)=X
c
.

d
di
c

i
c
=
]cos([cos
2

+
c
m
X
U
Đặt i
c
=i
c1
+i
c2
với i
c1
=i
c2
=i
c
/2.
i
c1
làm tăng dòng trong T
4
và giảm dòng trong T
3

i
c2
làm tăng dòng trong T
2
và giảm dòng trong T
1
i
T2,4
=
]cos([cos
2
2

+
c
m
X
U
i
T1,3
=I
d
-
]cos([cos
2
2

+
c
m

X
U
Khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn tức là khi =à,i
T1,3
=0, vậy phơng trình chuyển mạch có dạng :
cos-cos(à+)=
m
dc
U
IX
2
2
Xác định U
à
.
U
à
.
=
=+



à
dU
m
)sin(
1
0
2

)]cos([cos
2
à

+
m
U
suy ra : U
à
=
m
dc
U
IX
2
2
.
Khi L
c
0 trị trung bình của điện áp tải sẽ là:
U
d
=U
d
-

dc
IX2
.
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 7

Đồ án môn học-Điện tử công suất
VớiU
d
=


cos
2
2m
U
Phần II :tính chọn mạch động lực
Tính chọn mạch động lực với sơ đồ và thông số sau:
Công suất động cơ:P=160W
Điện áp động cơ:U=110VDC
Dòng điện I=2.5A
Hệ số dự trử điện áp:K
u
=1.6
Hệ số dự trử dòng điện :K=1.2
I.Tính chọn bộ biến đổi :
1.Xác đinh điện áp chỉnh lu không tải và điện áp ra của MBA:
a.Điện áp chỉnh lu không tải:
Bộ biến đổi chỉnh lu Thyristor cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp cho phần ứng của
động cơ điện một chiều .Theo tài liệu hớng dẫn ĐTCS-NBính:Điện áp chỉnh lu không tải đợc
tính nh sau:
U
d
=[C
u
* Ud+4%U

dmax
+1.5% U
dmax
+ U
dFmax
]/b(3)
Trong đó:
b= 0.95:hệ số dao động
C
u
=1.06 :là hệ số dự trữ sụt áp.
U
dmax
:điện áp chỉnh lu cực đại . U
dmax
=U
đm
=110V
4% U
dmax
:tổn thất điện trở của động cơ gây ra
1.5% U
dmax
: tổn thất điện cảm của động cơ gây ra
U
dFmax
=2:Điện áp sụt trên 2 Thyristor :
Thế các số vào (3) ta đợc :
U
d

=(1.06*110+0.04*110+0.015*110+2)/0.95=131V.
Vậy điện áp chỉnh lu không tải :U
d
=131V
b.Giá trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp MBA:
ta có :
U
d
=
.cos
2
2


m
U
,vớ =0
Suy ra: U
2
=
V
U
d
4.145
22
131*14.3
22
==

c. Tỷ số MBA:

Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 8
u
1
u
d
u
2
T4T3
N

M
A

B

L

R

E

T1 T2
i
d
Đồ án môn học-Điện tử công suất
m=
66.0
220
4.145
1

2
==
U
U
d.Điện áp ngợc lớn nhất mỗi Thyristor phải chịu :
KVUU
im
6.2054.145*22
2
===
2.Xác định dòng điện chỉnh lu ,dòng điện mỗi pha của MBA
a. Dòng điện chỉnh lu :
Dòng điện chỉnh lu cũng nchính là dòng điện chảy trong phần ứng của động cơ nên
I
d
=I=2.5A
b. Giá trị trung bình của dòng điện chảy trong mỗi Thyristor :
I
o
=I
d
/2=2.5/2=1.25A
c. Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong pha thứ cấp MBA:
I
2
=I
d
=2.5A
d. Giá trị hiệu dụng của dòng điện chảy trong pha sơ cấp MBA:
I

1
=mI
2
=0.66*2.5=1.65A
3.Chọn Thyristor :
Ta có:
Hệ số dự trử điện áp:K
u
=1.6
Hệ số dự trử dòng điện :K=1.2
Chon Thyristor chịu đợc:
-điện áp ngợc lớn nhất:U
ng
=K
u
*U
im
=1.6*205.6=329V
-dòng điện trung bình: I
tb
=K*I
o
=1.2*1.25=1.5A
Theo bảng I.4 trang 32 ĐTCS-NBính ta chọn Thyristor do Liên Xô (củ) chế tạo có các thông
số kỷ thuật sau:
I
tb
(A)
U
im

(KV)
U
(V)
t
off
(às)
i
g
(A)
U
g
(V)
di/dt
(A/às)
du/dt
(V/às)
2 0.35 2 35
0.2ữ0.35
4 100 100
4.Tính chọn MBA
a:Mạch từ
-Công suất biểu kiến MBA:
S
1
= U
1
*I
1
=220*1.65=363(W)
S

2
= U
2
*I
2
=138*2.5= 363(W)
S=(S
1
+S
2
)/2=363(W).
MBA 1 pha ,ta chọn mạch từ 1 trụ ,C=1àF,f=50Hz.
-Tiết diện tính tóan theo công thức kinh ngiệm :
Q= k*
Cf
S
MBA dầu nên chọn k=5
Suy ra : Q=5
47.13
50*1
363
=
cm
2
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 9
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Với công suất Q=13.47 cm
2
Theo trang 77 ĐTCS-NBính và tần số 50Hz , bề dày 0.35
mm.Ta chọn MBA có các thông số sau(chọn theo Q=13.6 cm

2
)
a
(mm)
h
(mm)
c
(mm)
C
(mm)
H
(mm)
B
(mm)
40 100 40 160 140 40
*Trụ :
Tiết diện thô = c*B=4*4=16cm
2
Tiết diện hiệu quả:=0.95*20=15.2cm
2
Trọng lợng trụ :=7.5*0.152*2=2.28Kg
*Quylat:
Tiết diện thô:=a*B=4*4=16Kg
Tiết diện hiệu quả:=0.95*16=1.52Kg
Trọng lợnh Quylat:=7.5*0.152*1.6*1=1.824Kg
*Từ cảm
Trong các trụ chọn:B
m
=1.1T
Trong các Quylat chọn:B

m
=1.1*
2.15
2.15
=1.1T
b.Dây quấn :
Số vòng dây mỗi fa:
Sơ cấp :n
1
=
593
10*1.1*2.15*50*44.4
220
44.4
4
1
==

m
fQB
U
vòng
Thứ cấp:n
2
=
391
10*1.1*2.15*50*44.4
4.145
44.4
4

2
==

m
fQB
U
vòng
Chọn mật độ dòng điện J
1
=J
2
=2.75A/mm
2
Đờng kính phái dây quân sơ cấp:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 10
h
a
a12
c
C
H
c
B
Tiết diện trụ
Đồ án môn học-Điện tử công suất
d
1
=
mm
J

IS
87.0
75.2*14.3
65.1*4
*
44
1
11
===

Đờng kính phái dây quân thứ cấp:
d
2
=
mm
J
IS
08.1
75.2*14.3
5.2*4
*
44
2
22
===

*Chọn dây quấn:
Theo bảng II.3 Thông số dây dẫn tiết diện tròn:với
.d
1

=0.87mm S=0.5809mm
2
5.16g/m,

1
=0.027/m
.d
2
=1.08mm S=0.9161mm
2
8.14g/m,

2
=0.0188/m
*ống dây quấn:
Bán kính ống dây quấn:
r
t
=
mm
Bc
28
4
4040
4
2222
=
+
=
+

Vậy ta lồng vào trụ một ống làm bằng vật liệu cách điện dày 1mm có bán kính trong 30mm
.Suy ra bán kính trong của dây quấn sơ cấp là:30mm.
*Dây quấn sơ cấp
Dây quấn sơ cấp gồm 593 vòng chia làm 6 lớp(5*100+93)
-Giữa 2 lớp đặt 1 lớp cách điện 0.1mm bằng bìa
-Bề dày dây quấn sơ cấp :
e
1
=d
1
*n+0.1*5=0.85*6+0.5=5.72 mm.
Bán kính trung bình dây quấn sơ cấp :
r
1tb
=r
t
+e
1
/2=30+5.72/2=32.86mm
Chiều dài dây quấn sơ cấp :
l
1
=2** r
1tb
*n
1
*10
-3
=2*3.14*32.86*593*10
-3

=122mm
Điện trở dây quấn sơ cấp ở 75
o
C la:
R
1
=
1
l
1
(1+0.004*75)=0.027*122*(1.3)=4.28
*Dây quấn thứ cấp:
Dây quấn thứ cũng cấp gồm 391 vòng chia làm 4 lớp(3*100+91)
-Giữa 2 lớ đặt 1 lớp cách điện 0.1mm bằng bìa
-Bề dày dây quấn sơ cấp :
e
2
=d
2
*n+0.1*3=1.08*4+0.3=4.62mm.
Bán kính trung bình dây quấn thứ cấp :
r
2
tb=r
t
+e
2
/2+e
1
+8=30+4.62/2+5.72+8=46mm

Chiều dài dây quấn thứ cấp :
l
2
=2** r
2tb
*n
2
*10
-3
=2*3.14*46*391*10
-3
=113 mm
Điện trở dây quấn thứ cấp ở 75
o
C la:
R
2
=
2
l
2
(1+0.004*75)=0.0188**(1.3)=2.76
*Điện áp rơi trên điện kháng:U
x
=XI
d
X :là điện kháng tren toàn bộ trụ đợc tính nh sau:
X=8
2
n

2
2
7
21
10)
3
(

+
+

ee
a
h
r
Trong đó:

=8 mm là khoảng cách giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 11
h
e
1
a e
2
r
truc
Mặt cắt dây quấn trên một trụ
Đồ án môn học-Điện tử công suất
r=
445.39

2
4686.32
2
21
=
+
=
+
tbtb
rr
Suy ra: X=8*3.14
2
*391
2
(39.445/100)*(0.008+(0.00572+0.00462)/3)*314*10
-7
X=1.71
Vâỵ U
x
=1.71*2.5=4.274 V
Điện áp rơi trên điện trở:
U
r
=[R
2
+R
1
*(n
2
/n

1
)
2
]I
d
=RI
d
U
r
=[2.76+4.28*0.66
2
]*2.5=11.56 V
*Điện áp chỉnh lu khi đầy tải:
U=U
do
-U
x
-U
r
-U
Fe
U=131-4.274-11.56-2=113.165V
*Tổn thất trong sắt từ có tính đến 15% tổn thất phụ :
P=1.15*1.3*(2.28*1.1+1.824*1.1)=6.75 W
*.Hiệu suất thiết bị chỉnh lu :
=
ddrdd
dd
IIUPIU
IU

5.1+++
=
4.87
5.2*25.2*56.1175.65.2*165.113
5.2*165.113
=
+++
%
*.Tổng trở ngắn mạch:
Z
n
=
22
RX +
Với R=R
1*m
2
+R
2
=2.76+4.28*0.66
2
=4.624
Suy ra Z
n
=
=+ 93.4624.471.1
22
`
*.Dòng điện ngắn mạch:
I

n
=
== 5.29
93.4
4.145
2
n
Z
U
5.Tính cuộn kháng cân bằng:L
cb
Mục đích của cuộn kháng cân bằng L
Mục đích của cuộn kháng cân bằng L
cb
cb
là nhằm hạn chế mức thấp nhất dòng điện tuần
là nhằm hạn chế mức thấp nhất dòng điện tuần
hoàn,cản trở sự đột biến của dòng điện để MBA và Thyristor làm việc tốt hơn không bị nặng nề
hoàn,cản trở sự đột biến của dòng điện để MBA và Thyristor làm việc tốt hơn không bị nặng nề
Giả sử góc mở
1
=
2
=0,để I
cc
đạt đến giá trị lớn nhất ,thì lúc đó nguồn U
2
bị ngắn mạch
sinh ra dòng điện ngắn mạch:
I

n
=I
cc
=36.66 A
Lúc đó ta có phơng trình cân bằng suất điện động :


sin2
2
12
U
d
di
X
c
o
=
Tích phân 2 vế ta đợc:

=
2
0
2120
sin2
1



dUIX
c

Vậy giá trị trung bình:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 12
Đồ án môn học-Điện tử công suất

12
2
212
2
2
1
c
o
o
c
I
U
XU
X
I ==
Với X
o
=L
o

I
c12
=2%I
d
=0.02*2.5=0.05 A
Suy ra X

o
=
=1310
14.3*05.0
4.145*2
=== 17.4
314
1310

o
o
X
L
Mà L
o
=2L
cb
+L
BA
Với L
BA
=X
BA
/=1.71/314=0.00545 H
Suy ra: L
cb
=(L
o
-L
BA

)/2=(4.17-0.00545)/2=2.08H
Vậy L
cb
=2.08H
II.Tính chọn bộ lọc LC:
Bộ lọc là một thiết bị nối giữa nguồn chỉnh lu và phụ tải điện một chiều.Chức năng của bộ
lọc là cho dòng điện có tấn số nào đó đi qua mà biên độ khong bị suy giảm ,đồng thời làm giảm
mạch dòng điện ở tần số khác . Đối với mạch chỉnh lu công suất lớn ta dùng bọ lọc LC gồm có
tụ điện C mắc song song với phụ tải và một điện cảm mắc nối tiếp với phụ tải;(hình vẽ)
Bộ lọc có chức năng làm giảm nhỏ thành phần xoay chiều của điện áp và dòng điện
chỉnh lu .Mà cụ thể trong mạch chỉnh lu một pha hai nữa chu kỳ ta thiết kế là bộ lọc có
nhiệm vụ chủ yếu là hạn chế thành phần sóng hài bậc cao và cho dòng điện một chiều đi
qua.
Điên áp đầu ra của các bộ chỉnh lu có thể đợc triển khai thành chuổi Fourier.
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 13
L
C Động cơ
u
d
Bộ lọc LC
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Nếu chỉ lấy 2 số hạng đầu thì theo khai triển Furier ,điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu 1 fa 2 nữa
chu kỳ có dạng nh sua:
u
d
=


2cos22cos2
3

422
222
UaUUU
nd
+=+
Trong đó:U
2
là giá trị hiệu dụng của điện áp thứ cấp MBA
425.0
3
4
==

n
a
Nếu chúng ta giả thiết đối với sóng hài tần số thấp mà X
L
>>X
C
thì dòng điện xoay chiều chảy
qua L và C sẽ quyết định bởi X
L
và có thể viết :
I
m
=
Ln
Ua
n

2
2
n=2 với chỉnh lu 1 fa 2 nữa chu kỳ
Điện áp nhấp nhô:
U=
LCn
Ua
Cn
I
nm
22
2
2


=
V
Tỷ số nhấp nhô:
k
CL
=
LCn
a
U
U
n
22
2
2

=

Vậy
LC
n
kn
a
LC
22

=
Với :k
Lc
=0.01
Syu ra :
6
22
10*7.107
01.0*314*2
425.0

==LC

Vậy nếu ta chọn: L=107.7mH
C=1000
F
à

Phần III :tính chọn mạch bảo vệ
Đối với chỉnh lu bán dẫn khi tính toán cũng nh khi vận hành ta phải đặc biệt lu ý đến vấn đề

bảo vệ quá dòng điện và quá điện áp .
Vì van bán dfẫn có kích thớc nhỏ ,nhiệt dung bé và nhiệt đọ dòng điện qua mặt tiếp giáp p_n
lớn nên nó rất nhạy với quá tải về dòng.Hằng số thời gian phát nóng của một bản Silic trong van
công suất lớn chỉ có vài phần trăm giây .Do đó khâu bảo vệ đòi hỏi phải có độ tác động nhanh
cao .
Mặt khác van bán dẫn cũng rất nhạy với quá điện áp .Chỉ cần tồn tại mọt điện áp ngợc lớn
hơn gia trị cho phép trong khoảng vài às,mặt tiếp giáp p_n đã có thể bị chọc thủng về điện .
1.Bảo vệ quá dòng điện :
Có 2 loại quá dòng điện là: ngắn mạch và quá tải:
a).Ngắn mạch:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 14
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Dùng để chỉ các trờng hợp sự cố tạo ra dòng điện quá lớn nh ngắn mạch trên tải ,trên thanh
dẫn thứ cấp của MBA (ngắn mạch ngoài),ngắn mạch các pha do chọc thủng van (ngắn mạch
trong ),do đột biến nghịch lu.
b).Quá tải :
Xuất hiện trong thời gian làm việc xác lập hay quá độ .Nó có giá trị không lớn lắm và cho
phép tồn tại lâu dài hơn .
Vì vậy để bảo vệ các Thyristor tránh dòng điện phá hoại ,ta dùng các dây chảy tác động
nhanh .Loại dây chảy này có thể làm bằng dây chì hoặc làm bằng bạc là đặt trong vỏ sứ có chứa
cát thạch anh .Hoạt động của dây chảy có thể chia làm 2 giai đoạn (hình vẽ)
-Giai đoạn 1 :giai đoạn chảy từ t=0 đến khi bắt đầu xuất hiệnhồ quang .
-Giai đoan 2 :là giai doạn hồ quang bắt đầu t=t
hq
đến kh cắt xong dòng điện sự cố t=t
c
;giai
đoan này ,điện áp hồ quang tăng dần và do đó dòng điện sự cố giảm dần về 0
Dòng điện khi chạy qua dây chảy sẽ sinh ra một nhiệt lợng Q=i
2

Rt
Để bảo vệ quá điện áp cho bộ biến đổi ta chọn đặt dây chảy tại 3 vị trí nh sau:
-Vị trí 1:Đặt tại ngỏ vào của MBA .
-Vị trí 2:Dặt tại ngỏ ra của MBA.
-Vị trí 3:Mắc nối tiếp với mỗi Thyristor một dây chảy.(hình vẽ)
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 15
0
i
t
c
t
hq
Khi dùng dây chảy
Khi không
dùng dây chảy
t
Hình X.9
1
23
Đồ án môn học-Điện tử công suất
2.Bảo vệ quá điện áp :
Thyristor cũng rất nhạy với điện áp quá lớn so với điện áp định mức ta gọi đó là quá điện áp .
Có 2 loại nguyên nhân gây ra quá điện áp :
a).Nguyên nhân nội tại :
Khi khoá Thyristor bằng điện áp ngợc ,các điện tích đổi ngợc hành trình tạo dòng điện ngợc
trong khoảng thời gian rất ngắn(khoảng10-100às).Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ng-
ợc sức điện động cảm ứng rất lớn ,trong các điện cảm luôn luôn có ,của đờng dây nguồn dẫn đến
các Thyristor .Quá điện áp này là tổng của điện áp làm việc và L
dt
di

nói trên .
b).Nguyên nhân bên ngoài :
Những nguyên nhân này thờng xảy ra ngẩu nhiên khi có sét đánh ,khi cầu chì nhảy ,khi
đóng ,cắt MBA nguồn ,Cắt MBA nguồn tức là cắt dòng điện từ hoá MBA,bấy giờ năng lợng từ
trờng tích luỹ trong lõi sắt từ,chuyển thành năng lợng điện trờng trong các tụ điện kí sinh ,rất
nhỏ giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA (1/2LI
2
=1/2CU
2
).Điện áp này có thể lớn gấp 5 lần
điện áp làm việc .
Để bảo vệ quá điện áp ngời ta dùng mạch RLC bảo vệ riêng từng Thyristor (hình vẽ)
Ngời ta thờng chọn điện áp đinh mức của Thyristor là U 1.2U
im
.Trị số này vẫn còn nhỏ hơn
nhiều so với các quá điện áp nói trên .Các quá điện áp có tốc độ tăng trởng
dt
du
lớn .Đạo hàm
điện áp sinh ra các dòng điện chảy qua tụ C,đấu giữa anôt và catôt của
Thyristor ,i=C
dt
du
.Điên cảm L hạn chế dòng điện chảy này.
Khi kích mở Thyristor ,tụ điện C sẽ phóng điện qua Thyristor ,điện trở R hạn chế dòng điện
này .
Các linh kiện bảo vệ có thể tính toán bằng công thức ,nhng thực tế ngời ta a dùng các trị số
thực nghiệm :
FC
à

101.0 ữ=
ữ= 100010R
ữ=
à
10050L
Ta cũng có thể dùng mạch RC để bảo vệ quá áp cho bộ biến đổi:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 16
C
D R
L
T
Dây chảy
C
R
T
C
R
u1 u2
Các mạch bảo vệ
Đồ án môn học-Điện tử công suất
-Mạch RC đấu song song với Thyristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tụ điện tích khi chuyển
mạch gây nên
-Mạch RC đấu giữa 2 pha thứ cấp của MBA để bảo vệ điện áp do cắt không tải MBA gây nên
.
Thông số RC phụ thuộc vào mức độ của điện áp có thể xảy ra ,tốc độ biến thiên của dòng
điện chuyển mạch ,điện cảm trên đờng dây ,dòng điện từ hoá MBA.
Việc tính toán các thông số R,C đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian .ít có tài liệu ,mà taqif liệu
cũng chỉ hớng dẫn phơng pháp xác định các thông số R,C bằng đồ thị giải tích .Nng do các
thông số của bài toán quá nhỏ nên việc xá định theo dồ thị khó chính xác .Do đó ta chọn mạch
RLC để bảo vệ ,voiws các thông số theo thực nghiệm đã tìm đợc .

Ta chọn loại Thyristor T130-800.Ta xác địng ác thông số R,Cbằng đồ thị giải tích ,sử dụng
những đờng cong đã chuẩn bị sẵn.
Phần IV:mạch điều khiển
I.khái niệm chung :
Hệ thống điều khiển bộ biến dổi chỉnh lu là tập hợp các linh kiện điện từ ,điện tử đóng vai
trò rất quan trọng trong các thiết bị biến đổi .Nó đợc dùng để tạo ra các xung điều khiển ,đóng
mở các van bán dẫn
*Đối với hệ thống điều khiển chỉnh lu cần phải có các yêu cầu sau:
+Tạo ra các xung có công suất và độ rộng xung đủ để mở Thyristor tuỳ theo yêu cầu của
Thyristor
+Phải dịch pha điều khiển so với điện áp nguồn do đó yêu cầu phải thay đổi điện áp ra
.Muốn dịch pha phải có đồng pha do Thyristor làm việc ở chế đọ AC
*Mạch điều khiển phải có các chức năng sau:
+Điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kì dơng của điện áp đặt trên
anôt-catôt của Thyristor
+Tạo ra các xung đủ để mở Thyristor
Độ rộng của xung đợc xác định theo biểu thức :
dt
di
I
I
dt
í
=
Trong đó:I
dt
là dòng điện duy trì của Thyristor
di/dt là tốc độ tăng trởng của dòng tải
Cấu trúc của mạch điều khiển đợc trình bày nh sau:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 17

u
r
SS

>1

u
c,m
1 2 3
4

Đồ án môn học-Điện tử công suất
u
cm
:điện áp điều khiển ,điện áp một chiều
u
r
:điện áp đồng bộ ,điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó ,đồng bộ với điện áp anôt-catôt
của Thyristor
Hiệu điện áp u
cm
-u
r
đợc da vào khâu so sánh 1 ,làm việc nh một trigơ.Khi u
cm
-u
r
=0 thì trigơ lật
trạng thái,ở đầu ra của nó ta nhận đợc chuổi xung hình chử nhật .
Khâu 2 là đa hài một trạng thái ổn định

Khâu 3 là khâu khuếch đại xung
Khâu 4 là biến áp xung
Bằng cách tác động vào u
cm
có thể điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển tức là điều chỉnh góc
.
Để điều chỉnh pha xung điều khiển có 3 nguyên tắc :
+Dịch chuyển theo chiều ngang
+Dịch chuyển theo chiều đứng tuyến tính
+Dịch chuyển theo chiều đứng phi tuyến(ARCCOS)
Với bộ chỉnh lu 1 pha 2 nữa chu kì này ta thực hiện theo nguyên tắc điều khiển dịch chuyển
theo chiều đứng arccos
Sơ đồ khối gồm:

Chức năng các khối:
-Đồng fa:tạo ra điên áp đồng fa với điên áp trên Thyristor
-So sánh :tạo ra thời điểm fat xung điều khiển khi có sự cân bằng giữa điên áp vào và điên áp
điều khiển một chiều
-Tạo xung :có nhiệm vụ chỉnh hình xung ,khuyếch đại xung đủ biên độ và độ rộng để mở
Thyristor cầu điều khiển
Theo nguyên tắc này ta có 2 điên áp :
-điên áp đồng bộ u
r
vợt trớc u
AK
một góc /2(nếu u
AK
=Asin thì u
r
=Acos)

-điên áp điều khiển u
c
là điên áp một chiều có thể điều chỉnh đợc biên độ theo 2 hớng (dơng
và âm )
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 18
Đồng pha So sánh Tạo xung
U
nguồn
U
đk

u
r
u
c
(u
r
+u
c)
u
c

u
r
0
Hình IX.28
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Trên hình vẽ ,đờng nét đứt là điên áp anôt catôt Thyristor .Từ điên áp này ngời ta tạo ra u
r
.

Tổng đại số u
r
+u
c
đợc đa đến đầu vào của khâu so sánh
Khi u
r
+u
c
=0 ta nhận đợc một xung ở đầu ra của khâu so sách
u
c
+Bcos =0
Do đó =arccos(-u
c
/B)
Ngời ta lấy:B=U
c.max
Khi u
c
=0 htì =/2
Khi u
c
=U
c.max
thì =
Khi u
c
=-U
c.max

thì =0
Nh vậy khi cho u
c
biến thiên từ - U
c.max
đến

U
c.max
thì biến thiên từ 0 đến .
*Trong sơ đồ chỉnh lu này ta chọn sơ đồ điều chỉnh một kênh kiểu ARCCOS.
Trong sơ đồ có sử dụng một khâu tíchnphân OA1 và một khâu so sánh OA2.
Tín hiệu đầu vào của OA1 la:
u
1
=U
m
sin
Tín hiệu ra của OA1 la:
u
2
=



cossin
1
CR
U
dt

R
U
C
mm
=

Các điện áp u
2
và u
c
(điện áp điều khiển )là hai đại lợng vào của khâu so sánh .
Chọn U
c.max
=
10=
CR
U
m

V.
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 19
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Khi u
c
=u
2
ta có : cos
max.c
c
U

U
=

ở đầu ra của khâu so sánh ta nhận đợc chuổi xung hình chữ nhật .
Nhờ mạch R,C và D ta có nhữnh xung dơng điều khiển ,chậm sau v(t) một góc

.
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 20
1K
7912
470
+
-12
470
+
U
0.47
2 7
3 6
4
330K
4.7K
12K
10K
0.1
2 7
3 6
4
U
4.7K

4.7K
U
100nF
+12
7812
0.1
22
47
22
1.2K
1.2K
OA1
OA2
v




0
0
0
0
u
2
u
3
u
GK
Đồ án môn học-Điện tử công suất
Phần V:mô phỏng mạch điện trên circuitmaker

Các sơ đồ dạng sóng của mạch điều khiển,xung điều khiển và áp ,dòng ra trên tải dợc
mô phỏng trên circuitmaker nh sau:
Khoa Điện-Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 21
§å ¸n m«n häc-§iÖn tö c«ng suÊt
Khoa §iÖn-§¹i Häc B¸ch Khoa §µ N½ng 22
§å ¸n m«n häc-§iÖn tö c«ng suÊt
Khoa §iÖn-§¹i Häc B¸ch Khoa §µ N½ng 23
§å ¸n m«n häc-§iÖn tö c«ng suÊt
Khoa §iÖn-§¹i Häc B¸ch Khoa §µ N½ng 24
§å ¸n m«n häc-§iÖn tö c«ng suÊt
Khoa §iÖn-§¹i Häc B¸ch Khoa §µ N½ng 25