đồ án điện tử công suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang

Đồ án: Điện Tử Công Suất
Đồ án môn
Môn: Điện tử công suất
Lớp: Đ5_CNTĐ
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Nam
Trần Văn Nam
Giáo viên hướng dẫn: thầy Chu Đức Toàn
Đề tài: Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
1
Đồ án: Điện Tử Công Suất

Mục lục
2
Lời nói đầu
3
Phần I: 

I. Lịch sử ra đời lò hồ quang điện

6
II. Công dụng

6
III. Phân loại

7
IV. Công nghệ luyện thép trong lò điện hồ quang

8

V. Đặc điểm cấu tạo chung của lò điện hồ quang

9
VI. Điều chỉnh công suất cho lò hồ quang

12
Phần II: 

I. Chọn động cơ truyền động
15
II. Lựa chọn phương án sơ đồ bộ biến đổi

16
III. Tính chọn van bán dẫn

27
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
2
Đồ án: Điện Tử Công Suất
IV. Tính toán bộ lọc

28
V. Tính toán bộ bảo vệ van

29
VI. Sơ đồ mô phỏng mạch lực

31
Phần III:


I. Nguyên tắc chung của mạch điều khiển

34
II. Yêu cầu mạch điều khiển chỉnh lưu

34
III. Thiết kế mạch điều khiển

35
Kết luận
48
Tài liệu tham khảo
49
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
3
Đồ án: Điện Tử Công Suất
 !"
rong nền công nghiệp hiện nay ngành cơ khí luyện kim đóng một vai trò rất quan
trọng, là ngành công nghiệp không thể thiếu và sản phẩm của ngành luôn có mặt ở tất cả
mọi lĩnh vực.
Hiện nay trong công nghiệp luyện kim, phương pháp nấu luyện thép bằng lò hồ
quang được dùng phổ biến với ưu điểm là đơn giản dễ tạo ra các loại thép có chất lượng
mong muốn.
Chất lượng thép là đại lượng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó phụ thuộc
phần lớn vào công suất cấp cho lò và sự phân bố nhiệt hay nhiệt đọ trong nồi lò.
Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra
của biến áp lò hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ
quang và như vậy sẽ thay được điện áp hồ quang, dòng điện hồ quang và công suất tác
dụng của hồ quang.
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp máy tính và thiết bị

thông minh các quá trình sản xuất ngày càng có sự tham gia của các thiết bị này để điều
khiển một cách chính xác tự động quá trình sản xuất.
Qua kỳ học tập vừa qua chúng em được giao đồ án môn học với nội dung “Thiết
kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang”.
Nội dung đồ án có những phần chính sau:
Phần I: Tìm hiểu về công nghệ lò điện hồ quang
Phần II: Thiết kế mạch lực
Phần III: Thiết kế mạch điều khiển
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
4
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn : Chu Đức Toàn đã giúp đỡ
nhiệt tình để chúng em hoàn thành đồ án này. Song do khả năng và thời gian có hạn nên
trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót.
Chúng em rất mong được sự chỉ bảo hướng dẫn của các thầy cô giáo và các bạn
đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội ngày … /… /2013
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Thanh Nam
Trần Văn Nam
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
5
Đồ án: Điện Tử Công Suất
#"$
Hình ảnh của lò hồ quang điện luyện thép
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
6
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Quy trình nấu luyện thép

I. %&'()*+, &/+01'234+56,.75
Chiếc lò hồ quang đầu tiên được phát triển bởi một người Pháp. Sau đó được xây dựng
theo qui mô công nghiệp hàng loạt ở Mỹ vào năm 1907. Vào lúc đó thép lò hồ quang vẫn
là một tên loại đặc biệt dùng làm dụng cụ cơ khí và lo xo. Lò hồ quang cũng dùng để sản
xuất đất đèn dùng cho đèn xì.Vào thế kỉ 19 có một vài người đi tiên phong xây dựng lò
hồ quang để nấu thép. Humphry Davy dẫn ra mô hình lò thực nghệm. Sau đó công nghệ
hàn được Pepys tìm ra năm 1815. Pinchon thử xây lò nhiệt điện vào năm 1853, và vào
những năm 1878-79 William Siemens sáng chế ra phần điện của lò hồ quang.
II. 8569:56
Lò hồ quang là một loại lò điện mà quá trình biến đổi điện năng thành nhiệt năng
thông qua ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa điện cực với kim loại để nấu
chảy kim loại.
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
7
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Lò điện hồ quang được sử dụng chủ yếu để nấu chảy kim loại, thường được sử dụng
để nấu thép hợp kim chất lượng cao.
III. #';50<=.
'><9156,.75()9:56
- Lò hồ quang một chiều
- Lò hồ quang xoay chiều
+ Lò hồ quang 1 pha
+ Lò hồ quang 3 pha
? '><&@&'A'@B(.5'CD94EB*F'234+56
- Lò nung gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa 2 cực grafif và than được dùng để
nấu chảy kim loại.
- Lò nung trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa điện cực và kim loại được dùng để
nấu chảy kim loại.
'><,G&,.HI&'JB0.74CD<01
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ

8
Đồ án: Điện Tử Công Suất
- Lò chất liệu bên sườn: Dùng phương pháp thủ công hay máy móc để đưa chất liệu vào
cửa lò.
- Lò chất liệu trên đỉnh: Đưa chất liệu xuống nhờ gầu chất liệu, loại lò này có cơ cấu nâng
vòm lò.
KL+CD<&856(4JBM.N5@ACD9456BO&'&'P+B'QA
- Lò điện hồ quang công suất thường: 400KVA/tấn.
- Lò điện hồ quang công suất cao: 600 800kVA/tấn.
- Lò điện hồ quang siêu công suất: 800kVA/tấn.
IV. RS#TU
Lò điện hồ quang sử dụng nguồn nhiệt là ngọn lửa hồ quang sinh ra giữa các điện cực
và kim loại nấu chảy với các giai đoạn:
- Giai đoạn nung nóng vật liệu và nấu chảy kim loại:
Trong giai đoạn này lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếm
khoảng 6080 % năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm 50 60% toàn bộ thời
gian chu trình.
Để đảm bảo công suất nấu chảy ngọn lửa hồ quang cần phải cháy ổn định khi cháy
điện cực bị ăn mòn dần, khoảng cách điện cực và kim loại tăng lên. Để duy trì hồ quang
điện cực phải được điều chỉnh vào gần kim loại và gây ra ngắn mạch làm việc. Ngắn
mạch làm việc cũng có thể xảy ra do sụt lở các thành của hố bao quanh đầu điện cực tạo
ra. Rồi sự nóng chảy của các mẫu liệu cũng có thể phá hủy ngọn lửa hồ quang do tăng
chiều dài ngọn lửa. Lúc đó phải tiến hành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuống cho chạm
kim loại rồi nâng lên tạo hồ quang. Trong giai đoạn này nhiệt tiêu tốn lớn, để nấu chảy
nhanh cần phải dùng công suất lò lớn, kết hợp thổi thêm oxy.
- Giai đoạn oxy hóa:
Trong giai đoạn này xảy ra các phản ứng oxy hóa các nguyên tố C, Si, Mn, P, S đồng
thời tiến hành khử khí và tạp chất phi kim. Do các phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt nên công
suất lò giai đoạn này không cần lớn (chỉ khoảng 50% Wmax). Trong giai đoạn này oxy
hóa cần đảm bảo đủ C, P và nhiệt độ đạt yêu cầu.

- Giai đoạn hoàn nguyên:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
9
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Giai đoạn hoàn nguyên chỉ duy nhất luyện trong lò điện hồ quang mới có còn trong các
lò khác không có. Mục đích của giai đoạn này là khử S nến cần, sau đó khử O và hợp kim
hóa, đồng thời nâng nhiệt độ thép lỏng. cuối giai đoạn hoàn nguyên cho Si và Mn vào để
đạt hàm lượng yêu cầu của mác thép. Sau khi ra thép chờ lắng 3 5 phút, đồng thời để tạp
chất nổi lên và tăng sự đồng đều thành phần mới tiến hành rót khuôn.
V. VWUX
YZ425601$buồng lò gồm ba phần: đáy lò, thân lò, nóc lò.
Đáy lò: làm nhiệm vụ chứa kim loại và xỉ. phần trên đáy lò có dạng hình côn, góc
nghiêng 45 độ, phần dưới có dạng chỏm cầu; chiều dày để xây đáy lò thường từ 650
700mm.
Tường lò: tạo không gian chứa liệu, đồng thời tạo lực tác dụng của nóc lò. Chiều
dày tường lò thường từ 350 700mm.
Nóc lò: có dạng hình chỏm cầu, xây bằng ghạch crom-mandehit hoặc bằng gạch
dinat, chiều dày khoảng 300mm. Ở nóc lò khi xây chừa 3 lỗ trống để đặt 3 điện cực. Các
kích thước cơ bản của buồng lò: thường khi thiết kế lò, số liệu ban đầu là công suất lò, từ
đó có thể tính được khối lượng của mẻ kim loại nấu, thể tích của kim loại và xỉ. Trên cơ
sở đó, xác định dung tích nồi lò và các kích thước cơ bản của buồng lò.
Y'.NBM%56'.[5601$
Đối với lò điện hồ quang ra thép bên máng hoặc bên hông, khi ra thép phải
nghiêng lò, để nghiêng lò ta có thể dùng cơ cấu khí hoặc thủy lực.
Y'.NBM%5;56'=,.75&L&$
Trong quá trình nấu luyện, mức kim loại dưới điện cực thay đổi, điện cực bị mòn
dần…để duy trì hồ quang cháy ổn định, ba điện cực của lò phải chuyển động lên xuống
phù hợp. Thiết bị nâng hạ điện cực làm nhiệm vụ điều chỉnh điện cực trong suốt quá trình
nấu luyện, đảm bảo khoảng cách giữa điện cực và kim loại hoặc xỉ duy trì đúng theo yêu
cầu.

SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
10
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Thiết bị nâng hạ điện cực
Thiết bị nâng hạ điện cực gồm:
1. Giá lắp điện cực
2. Trụ dẫn hướng
3. Hệ thống dẫn động
4. Kẹp điện cực
5. Đối trọng
Y'.NBM%,.75$
Để đảm bảo an toàn cho mạch điện của lò và người sử dụng người ta phải dùng hệ
thống cầu dao, đồng hồ đo, và rơle bảo vệ. Cuộn cảm của máy biến thế có khả năng tạo
ra sức điện động cảm ứng để biến hồ quang gián đoạn thành hồ quang liên tục, do đó hồ
quang và dòng điện ổn định.
Biến áp chủ yếu để đổi dòng điện hạ thế phù hợp với từng giai đoạn nấu luyện. Yêu
cầu của biến áp lò hồ quang là cách điện rất tốt, có khả năng quá tải lớn để chịu được
đoản mạch và quá tải thường xuyên.
Tùy theo từng giai đoạn nấu, ta sử dụng biện pháp thích hợp, thông thường:
Giai đoạn nấu chảy: 240 380 V.
Giai đoạn oxy hóa: 160 200 V.
Giai đoạn hoàn nguyên: 140 115 V.
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
11
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Sơ đồ thiết bị điện của lò điện hồ quang.
1. Đường dây cao thế
2. Cầu dao không khí
3. Cầu dao dầu chính
4. Bộ phận đo lường

5. Bộ phận đo áp máy biến áp
6. Đồng hồ đo và rơle bảo vệ
7. Cuộn cảm
8. Máy biến áp
9. Máy biến áp
10. Cầu dao đổi điện áp
11. Đồng hồ đo, thiết bị bảo vệ và tự động điều chỉnh điện cực
12. Điện cực
13. Kim loại
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
12
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Y.75&L&$
Cấu tạo điện cực
1. Than điện cực
2. Đầu nối
Điện cực làm nhiệm vụ gây hồ quang điện, có 3 loại:
1. Điện cực tự thiêu
2. Điện cực cacbon
3. Điện cực grafit.
Điện cực được chế tạo dạng hình trụ, đầu cuối có phần lắp đầu nối hình trụ hoặc hình
côn có ren.
VI. \]WU
- Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai đoạn, công suất tiêu
thụ khác nhau. Bởi vậy, điều chỉnh công suất lò hồ quang là một vấn đề quan trọng
đối với công nghệ nấu luyện kim loại trong lò hồ quang. Ngoài ra, điều chỉnh công
suất lò trong toàn chu trình nấu luyện hợp lý cho phép:
+ Giảm thời gian nấu thép
+ Nâng cao công suất của lò
+ Giảm chi phí điện năng

+ Nâng cao chất lượng thép
Điều chỉnh công suất lò bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc sự dịch
chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi được
điện áp hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang.
Có thể duy trì công suất lò theo dòng , điện áp hoặc = / .
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
13
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Bộ điều chỉnh duy trì dòng điện = const sẽ không mồi hồ quang tự động được.
Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ làm cho dòng 2 pha còn
lại thay đổi.
Bộ điều chỉnh duy trì điện áp = const có khó khăn trong việc đo thông số này.
Thực tế, cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của lò và thanh cái thứ cấp BAL. do
vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẽ ảnh
hưởng tới 2 pha còn lại như đã trình bày.
Bộ điều chỉnh duy trì = const là tối ưu thông qua hiệu số các tín hiệu dòng và áp:
a- b= b(- )
=> 1/b(-b) = - ) =
Trong đó: a, b là các hệ số phụ thuộc biến áp, biến dòng…
, là giá trị đặt và giá trị thực của tổng trở hồ quang.
Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá
trị đặt. Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất lò, ít chịu ảnh
hưởng của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha. Mỗi
giai đoạn làm việc của lò hồ quang đòi hỏi một công suất nhất định, mà công suất này
lại phụ thuộc chiều dài ngọn lửa hồ quang. Như vậy, điều chỉnh dịch điện cực tức là
điều chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang, do đó điều chỉnh được công suất lò hồ quang.
Đó là nhiệm vụ cơ bản của các bộ điều chỉnh tự động các lò hồ quang.
- Các yêu cầu chính để ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang là:
1) Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòng điện hồ quang
không tụt quá 4 5% trị số dòng điện làm việc. Vùng không nhạy của bộ điều

chỉnh không quá ()% trong khi nấu chảy và ()% trong các giai đoạn khác.
2) Tác động nhanh: đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian
1.5 3 s. Điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm cacbon
của kim loại… các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính
quá 2 lần trong giai đoạn nấu chảy, đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch cực
nhanh tới (2.5 3)m/ph trong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền động điện cơ)
và (5 6) m/ph (khi truyền động thủy lực). Dòng điện hồ quang càng lệch xa vị
trí đặt thì tốc độ dịch cực càng nhanh.
3) Thời gian điều chỉnh ngắn: hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như
khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn hay trong chế độ thay
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
14
Đồ án: Điện Tử Công Suất
đổi tính đối xứng. Yêu cầu này càng gần đối với lò 3 pha không có dây trung
tính. Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá hủy sẽ dẫn đến phá hủy chế
độ hồ quang của pha còn lại. Điện cực các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng
có thể bị dịch chuyển. Do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để sự làm
việc của nó không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của các pha khác.
4) Thay đổi công suất lò trơn trong giai đoạn 20 125% trị số định mức với sai số
không quá 5%. Có thể di chuyển nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế
độ điều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó (chẳng hạn như
nâng điện cực trước khi chất liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh về chế độ
điều khiển tự động.
5) Tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi đứt hồ quang. Khi
ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang.
6) Dùng mọi điện cực khi mất điện lưới.
Như vậy với nguồn cấp 3 pha 380V xoay chiều ta có thể thiết kế bộ biến đổi công
suất bằng:
1. Điều áp xoay chiều 3 pha, cũng có thể dùng điều áp xoay chiều 1 pha để đấu nối
tiếp với từng pha của phụ tải.

2. Mạch chỉnh lưu: cầu 3 pha điều khiển, bán điều khiển với các sơ đồ đấu nối khác
nhau.
3. Mạch nghịch lưu: Nghịch lưu độc lập.
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
15
Đồ án: Điện Tử Công Suất
#"$
Bảng thông số
Điện áp lưới Tần số Nhiệt độ lò Công suất lò Tổn thất công
suất
380V * 3 pha 50Hz 500-800 40kW 10kW
I. '^5,_56&`B*4Ea5,_56
Yêu cầu của động cơ truyền động dịch cực là phải có mô men khởi động lớn,
giải điều chỉnh rộng bằng phẳng, có khả năng đảo chiều nhanh. Từ những yêu cầu đó
ta xét 2 loại động cơ: động cơ một chiều và động cơ xoay chiều.
1. Động cơ xoay chiều
Trong các loại động cơ xoay chiều thì động cơ đồng bộ có cấu tạo phức tạp và
mở máy rất khó nên không dùng loại động cơ này.
Động cơ không dồng bộ rô to dây quấn có mô men mở máy khá lớn, có thể
điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi từ thông, thay đổi
tần số nguồn và điện trở rô to. Động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh tốc độ bằng
phương pháp trên làm cho độ cứng đặc tính cơ giảm, chỉ có phương pháp điều chỉnh
tần số là giữ nguyên độ cứng đặc tính nhưng lại rất đắt tiền. Động cơ không đồng bộ
có thể hãm và đảo chiều một cách khá dễ dàng. Tuy nhiên động cơ không đồng bộ
phải lấy công suất kích thích từ lưới lên hệ số cos φ thấp. Động cơ không đồng bộ rô
to lồng sóc có cấu tạo đơn giản nhưng mở máy khá phức tạp, hãm, đảo chiều khó
khăn.
2. Động cơ một chiều
Động cơ một chiều có cấu tạo phức tạp hơn động cơ không đồng bộ nhưng có
mô men mở máy lớn, mở máy dễ dàng, có thể điều chỉnh tốc độ bằng nhiều phương

pháp: Thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng, thay đổi từ
thông. Có điều chỉnh vô cấp giải điều chỉnh rộng, hãm và đảo chiều dễ dàng. Trong
động cơ một chiều thì động cơ một chiều kích từ độc lập có thể thay đổi dòng kích
từ để điều chỉnh tốc độ lên trên tốc độ định mức, không phụ thuộc vào điến áp phần
ứng.
3. Nhận xét:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
16
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Qua việc phân tích trên ta thấy rằng với yêu cầu động cơ dịch điện cực thì
động cơ một chiều hoàn toàn đáp ứng được và có nhiều ưu điểm hơn sơ với động cơ
xoay chiều do có:
- Mô men mở máy lớn hơn
- Mở máy dễ dàng
- Dải điều chỉnh rộng và có thể vô cấp dễ tự động hóa.
Do đó ta chọn ,_56&`I_B&'.a4bO&'Bc,_&0dA để truyền động cho điện cực
là hợp yêu cầu.
II. L+&'^5A'e`56@5(`,2M_M.N5,f.
Từ yêu cầu ta suy ra mạch chỉnh lưu phải là chỉnh lưu có điều khiển. Công suất của lò
hồ quang lớn, nguồn điện sử dụng là nguồn 3 pha nên chúng ta dùng chỉnh lưu điều khiển
3 pha (nếu dùng chỉnh lưu điều khiển 1 pha công suất tải lớn sẽ làm giảm chất lượng lưới
điện).
Ta có các phương án sau:
1. Chỉnh lưu hình tia 3 pha
2. Chỉnh lưu cầu 3 pha
3. Các mạch điều áp xoay chiều 3 pha: thường sử dụng điều áp xoay chiều dùng 6
Thyristor đấu song song ngược.
Chúng ta sẽ tìm hiểu từng phương án, rút ra nhận xét rồi đưa ra kết luận.
1. FI'.H4Ca(`,2&'g5'0e4'F5'B.+A'+
Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển

SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
17
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Dạng điện áp ra của sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha
• Nếu góc 30 có đoạn bằng không. Vì vậy, khi tải thuần trở dòng điện sẽ gián
đoạn (có đoạn bằng không) ta có điện áp chỉnh lưu:
= sin =
• Nếu góc 30 luôn lớn hơn 0. Như vậy với tải thuần trở dòng điện sẽ luôn tồn tại
chảy liên tục qua tải. Vì vậy dạng dòng điện này gọi là dòng liên tục.
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
18
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Mỗi van sẽ thay nhau dẫn trong một chu kỳ (2/3) do đó ta có:
= = cos = 1,17 cos
'd5hQB$
• i4,.HI$
+ Kết cấu mạch sơ đồ hình tia đơn giản.
+ Có số Van ít hơn 2 lần hình cầu.
+ Có sụt áp và tổn thất công suất chỉ trên một Van trong một pha.
+ Chỉ cần 3 kênh điều khiển và không cần mạch gửi xung.
• 'ej&,.HI$
+ Chất lượng điện áp thấp
+ Hệ số đập mạch nhỏ.
+ Hệ số cos của lưới điện sẽ bị ảnh hưởng xấu nếu công suất tải lớn. Khi đó làm
méo lưới điện và buộc phải dùng đến biến áp lực, và công suất máy biến áp này
lớn hơn 1,35 lần công suất 1 chiều.
+ Sụt áp trong mạch Van nhỏ nên chỉ thích hợp với điện áp thấp.
2. FI'.H4Ca(`,2&'g5'0e4'F5'&k4A'+
Sơ đồ nguyên lý:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ

19
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Sơ đồ nguyên lý của chỉnh lưu hình cầu 3 pha
Dạng điện áp tải, điện áp chỉnh lưu và dòng điện trên Van
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
20
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Góc điều khiển = = = = = = với = 30
+ Với góc 60 thì =2,34
+ Với góc 60 thì = sin =
+ Dòng điện trung bình trên Van: =
+ Điện áp ngược trên Van : = .
'd5hQB$
• i4,.HI
+ Chất lượng điện áp cao.
+ Dòng chỉnh lưu bằng phẳng hơn.
+ Thích hợp với điện áp lớn hơn.
+ Có khả năng chịu quá tải tốt.
• 'ej&,.HI
+ Số lượng Van cần nhiều hơn.
+ Điều khiển mở các Van cũng phức tạp hơn và cần đến 6 kênh điều khiển và cần
có mạch gửi xung.
2.1. 'g5'0e4&k4A'+M@5,.a4b'.H5
• Sơ đồ nguyên lý:
• Dạng điện áp và dòng điện:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
21
Đồ án: Điện Tử Công Suất
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
22

Đồ án: Điện Tử Công Suất
• Phân tích sơ đồ:
Sơ đồ cầu 3 pha bán điều khiển gồm 3 thyristor và 3 diode chia làm 2 nhóm:
- Nhóm katot chung: T1, T3, T5
- Nhóm anod chung: D2, D4, D6
Điện áp các pha:
=2 sin
=2 sin - 2/3)
=2 sin( – 4/3)
Khi làm việc các diode chuyển mạch tự nhiên còn các thyristor chuyển mạch ở các
thời điểm cấp xung điều khiển theo góc điều khiển . Khi < 60 thì điện áp U
d
luôn dương.
Nhưng khi > 60 sẽ xuất hiện các giai đoạn 2 van thẳng hàng cùng dẫn điện đồng thời T1-
D4; T3-D6; T5-D2; khi đó dòng điện Id = 0 chỉ chảy trong tải mà không chảy về nguồn
nên năng lượng được giữ ở tải không trả về nguồn.
Ta có thể coi sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển tương đương 2 mạch chỉnh
lưu hình tia:
+ Chỉnh lưu hình tia 3 pha điều khiển gồm T1, T3, T5 (chung katot) có:
=cos =1.17cos
+ Chỉnh lưu hình tia 3 pha không điều khiển gồm D2, D4, D6 (chung anot) có:
=cos =1.17
Điện áp trên mạch tải:
= + = 1.17( 1 + cos ) = 2.34 =
Chế độ hoạt động: chế độ chỉnh lưu với = 0 , = 0
Chức năng: ổn định điện áp và dòng ra tải bằng cách thay đổi .
• Thông số chọn Van:
+ Điện áp ngược lớn nhất đặt lên Van: =2.45
+ Dòng trung bình qua Van: I
tbv

= I
d
/3
• Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
- Ưu điểm: + Mạch điều khiển đơn giản.
+ Hệ số cos lớn.
- Nhược điểm: + Không hoàn trả năng lượng về nguồn được khi 2 van thẳng
hàng cùng dẫn điện.
+ Chất lượng điện áp thấp, hệ số đập mạch nhỏ (m= 3) nên yêu
cầu về bộ lọc.
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
23
Đồ án: Điện Tử Công Suất
+ Làm lệch pha lưới điện khi thay đổi góc điều khiển.
2.2. 'g5'0e4&k4A'+,.a4b'.H5'<D5B<D5
• Sơ đồ nguyên lý:
• Dạng điện áp và dòng điện
=2 sin
=2 sin - 2/3)
=2 sin( – 4/3)
• Hoạt động của sơ đồ:
Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua = ; =
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
24
Đồ án: Điện Tử Công Suất
- Khi = + cho xung điều khiển mở T1. Thyristor này mở vì > 0. Sự mở của T1
làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì > . Lúc này T6 và T1 cho dòng đi qua.
Lúc này điện áp ra trên tải = = - .
- Khi = + cho xung điều khiển mở T2. Thyristor này mở vì T6 dẫn dòng, nó đặt
lên katot T2 mà > . Sự mở của T2 làm cho T6 khóa lại một cách tự nhiên vì > .

Lúc này T2 và T1 cho dòng đi qua. Điện áp ra trên tải là
= = - .
Các xung điều khiển lệch pha nhau được lần lượt đưa đến các cực điều
khiển của các thyristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1….Trong mỗi nhóm, khi một
thyristor mở thì nó sẽ khóa ngay thyristor trước đó, như trong bảng sau:
Thời điểm Mở Khóa
= /6 + T1 T5
= /6 + T2 T6
= /6 + T3 T1
= /6 + T4 T2
= /6 + T5 T3
= /6 + T6 T4
Điện áp ra trên tải là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường bao:
Điện áp trên mạch tải:
= sin = cos = cos
• Chế độ và chức năng:
- Chế độ chỉnh lưu với = 0 /2 , = 0
- Chế độ nghịch lưu phụ thuộc với = /2 , = - 0
Chức năng: Ổn định điện áp và dòng ra tải bằng cách thay đổi .
• Thông số chọn Van:
Điện áp ngược lớn nhất đặt lên Van: =2,45
Dòng trung bình qua Van: I
tbv
= I
d
/3
• Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
- Ưu điểm:
+ Chất lượng điện áp tốt nên việc thiết kế bộ lọc đơn giản, tiết kiệm.
+ Có khả năng hoàn trả năng lượng về lưới tốt khi tải có tính chất cảm kháng.

+ Dòng điện máy biến áp đối xứng khi thay đổi góc điều khiển.
- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp nhưng có thể khắc phục được.
+ Dải điều chỉnh U
d
hẹp.
3. FI'.H4Ca&@&I=&',.a4@Ah<+E&'.a4lB.+mA'+n
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
25