thiết kế bộ băm xung một chiều điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đồ án do các thành viên trong nhóm cùng
thực hiện. Những gì trình bày trong đồ án hoàn toàn là sự thật.
Thay mặt nhóm em xin chịu trách nhiệm về đồ án của nhóm mình.

Thành viên nhóm 12
Trần Ngọc Hiển
Nguyễn Hữu Hào
Đinh Đức Hậu
Nguyễn Công Huấn

Nhóm 12

1


ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

MỤC LỤC

Nhóm 12

2


Đồ án điện tử công suất

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện 1 chiều vẫn được coi là một loại

máy quan trọng, không thể thiếu.Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy
phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một
chiều giữ một vị trí nhất định như trong công nghiệp giao thông vận tải, và
ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như
trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Một động cơ điện
một chiều có giá thành đắt hơn các động cơ không đồng bộ hay các động
cơ xoay chiều khác do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản
cổ góp phức tạp hơn ... nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một
chiều vẫn đóng vai trò không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện
hay máy phát điện tuỳ theo những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu
điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng
quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được
hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ
biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều
chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản
hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao.
Động cơ điện một chiều có công suất nhỏ khoảng 75% ÷ 85%, động cơ
điện có công suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94%. Công suất lớn
nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 10000kw, điện áp vào khoảng
vài trăm cho đến 1000V. Hiện nay, hướng phát triển là cải tiến tính năng
của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy
có công suất lớn hơn. Với trình độ hiểu biết còn hạn chế, quyển đồ án môn
học này chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ băm xung một chiều để điều chỉnh

Nhóm 12

3

Đồ án điện tử công suất

tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh
cửu theo nguyên tắc không đối xứng.

Nhóm 12

4


Đồ án điện tử công suất

1.1

-

-

-

-

Cấu tạo của máy điện một chiều
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân tích thành 2 phần chính là
phần tĩnh và phần quay.
a. Phần tĩnh (stato)
Là bộ phận đứng yên của máy, là bộ phận sinh ra từ trường, gồm có
mạch từ và dây quấn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ
bằng nam châm điện), gồm các bộ phận chính sau:
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 cực từ làm bằng những lá
thép kỹ thuật điện hay thép cacbon ghép lại. Trong máy điện nhỏ, có thể
dùng thép khối. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng có bọc cách
điện.
Cực từ phụ: được đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực từ phụ thường được làm bằng thép khối. Dây quấn của cực từ
phụ giống như dây quấn của cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ
máy nhờ những bulông.
Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại.
Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ
dùng gang làm vỏ máy.
Các bộ phận khác: nắp máy, cơ cấu chổi than…
b. Phần động (roto)
Là phần sinh ra suất điện động, gồm có mạch từ được làm bằng vật
liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để
lồng dây quấn phần ứng (làm bằng dây điện từ).
Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật
nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được
nối với các phiến đồng gọi là phiến góp.
Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục
gọi là cổ góp hay vành góp.

Nhóm 12

5


Đồ án điện tử công suất

Tì trên cổ góp là cặp chổi than làm bằng than graphit và được góp sát
vào thành cổ góp nhờ lò xo.
Gồm có những bộ phận sau:
- Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thường dùng bằng những lá thép kỹ
thuật điện có phủ cách điện mỏng 2 mặt ghép lại để giảm tổn hao do dòng
điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì
đặt dây quấn vào.
- Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Dây
quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy
điện nhỏ, dây quấn phần ứng có tiết diện tròn còn trong máy điện cỡ trung
bình và lớn, dây quấn phần ứng có tiết diện hình chữ nhật. Để tránh khi
quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc
đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hoặc bakelit.
- Cổ góp: còn được gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều
dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có
được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp
thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép
chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành
góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các
phiến góp được dễ dàng.
- Các bộ phận khác gồm có: cánh quạt, trục máy…
1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Nhóm 12

6


Đồ án điện tử công suất

Động cơ điện một chiều hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ:
Khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây
dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một từ lực vào dòng điện (vào dây dẫn) và
làm cho dây dẫn chuyển động. Chiều của từ lực được xác định theo quy tắc
bàn tay trái.
Khi cho dòng điện kích thích vào cuộn dây kích thích ở Stato, trong
khe hở không khí sẽ sinh ra từ thông. Còn khi cho dòng điện phần ứng đi
vào cuộn dây phần ứng đặt trong roto, thì dưới tác dụng của từ trường này
trong dây quấn sẽ sinh ra momen điện từ trên trục máy kéo roto quay. Vì
vậy, chiều quay của máy trùng với chiều quay của momen điện từ. Theo
quy tắc bàn tay trái, momen điện từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh
dẫn có chiều từ phải sang trái và lực điện từ có giá trị f = B.l.i.
Phương trình cân bằng điện áp:
U = Eư + Rư. Iư + Iư.
Phân loại các động cơ điện một chiều
Tuỳ theo cách kích thích từ của động cơ, mà người ta phân các loại
động cơ điện một chiều theo các loại sau:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: là loại động cơ 1 chiều có
cuộn kích từ được cấp điện từ một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn
điện cấp cho roto. Thường là các động cơ có công suất lớn để điều chỉnh
dòng điện kích từ được thuận lợi và kinh tế hơn. Iư = I
Động cơ một chiều kích từ song song: cuộn kích từ và cuộn dây phần
ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn điện. I = Iư + It.
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với
cuộn dây phần ứng. Cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít,
chế tạo dễ dàng nên ta có I = I ư =It. Động cơ loại này được sử dụng rất
nhiều chủ yếu trong nghành kéo tải bằng điện.
1.3

-

-

-

Nhóm 12

7


Đồ án điện tử công suất

-

Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp: từ thông được tạo ra do tác dụng
đồng thời của 2 cuộn kích từ: một cuộn song song và một cuộn nối tiếp. I =
Iư +It.
Mỗi loại động cơ trên sẽ tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật
điều khiển và ứng dụng tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
1.4 Các đại lượng định mức
Chế độ làm việc định mức được đặc trưng bằng những đại lượng ghi
trên nhãn máy và gọi là những lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi
những đại lượng sau:
Công suất định mức Pđm (kW hay W): là công suất cơ đưa ra ở đầu trục
máy.
Điện áp định mức Uđm (V).
Dòng điện định mức Iđm (A).
Tốc độ định mức nđm(vòng/phút).
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và

các số liệu về điều kiện sử dụng…

Nhóm 12

8


Đồ án điện tử công suất

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
Nguồn cấp cho động cơ điện một chiều là nguồn một chiều. Vì vậy
chúng ta có thể sử dụng nguồn một chiều lấy trực tiếp từ máy phát điện
một chiều hoặc sử dụng mạch chỉnh lưu biến đổi từ nguồn xoay chiều về
nguồn một chiều. Trong thực thế, mạch chỉnh lưu biến đổi dòng xoay
chiều về dòng một chiều có thế dễ dàng thiết kế nhờ sử dụng các van bán
dẫn. Hơn nữa, các mạch chỉnh lưu sử dụng van điều khiển còn có thể dễ
dàng điều khiển dược theo yêu cầu của từng loại tải. Do các ưu điểm đó, ta
thiết kế nguồn một chiều thông qua các mạch chỉnh lưu điện áp xoay chiều
lấy từ lưới điện. Dưới đây là một sổ mạch chỉnh lưu cơ bản và hay được sử
dụng.
2.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng
Các van dẫn lần lượt theo từng cặp () và ( ).
Góc mở van α, góc dẫn van θ
-

0 - α: , dẫn
α – α + θ : dẫn , khóa

Nhóm 12

9


Đồ án điện tử công suất

Hình 2.1 Sơ đồ và đồ thị dạng xung của mạch
Công thức:
-

Điện áp trung bình qua tải:
= = 0.9

-

Dòng điện trung bình qua tải:
=

-

Dòng trung bình qua van:
=

-

Công suất biểu kiến của máy biến áp:
= 1,23

-

Điện áp ngược trên van:

Nhóm 12

10


Đồ án điện tử công suất

=
-

Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp
=1.1
Nhận xét :
Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp
điện tải lớn hơn 10v. Dòng tải có thể lên tới 100A. Ưu điểm của nó là
không nhất thiết phải có biến áp nguồn. Tuy nhiên do số lượng van gấp đôi
hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng từng gấp đôi. Do đó không phù
hợp với tải có dòng lớn nhưng điện áp nhỏ.
2.2 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển

R

T

1

T

2

T

3

L

Hình 2.2 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển

Nhóm 12

11


Đồ án điện tử công suất

Hình 2.3 Biểu đồ dòng điện và điện áp trên tải

Nhóm 12

12


Đồ án điện tử công suất

Dòng điện phẳng do rất lớn.
Hoạt động của mạch với góc điều khiển
: từ đến + : dẫn
: từ đến + : dẫn
: từ đến + : dẫn
Các thông số :

- Điện áp trung bình qua tải:
-

•

Ud = 1,17.U2.cosα
-

Dòng trung bình qua tải:
Id =

-

Dòng trung bình qua van:

-

Iv =
Công suất biểu kiến của máy biến áp:
Sba = 1,35.Pd

-

Điện áp ngược lớn nhất trên van:
Ungmax = .U2

•

Dòng thứ cấp của máy biến áp:

Nhận xét :
Chỉnh lưu tia 3 pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính tải.
Công suất máy biến áp này hơn công suất một chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt
áp trong mạch van nhỏ nên thích họp với phạm vi thấp. Vì sử dụng nguồn
ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm ampe), mặt
khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên
kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều.
2.3 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

Nhóm 12

13


Đồ án điện tử công suất

- Hoạt động của mạch : các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở
điểm katot chung , các van nhóm chắn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm
chung .

Hình 2.4 Sơ đồ và đồ thị dạng xung của mạch
Thông số:
- Điện áp trung bình qua tải:
= =
-

Dòng trung bình qua tải:
= =

-

Dòng trung bình qua van:
=

-

Điện áp ngược lớn nhất trên van:
=

-

Công suất biểu kiến của máy biến áp:

Nhóm 12

14


Đồ án điện tử công suất

=1,05
-

Dòng thứ cấp của máy biến áp:
= 0,816

•

Nhận xét :
Chỉnh lưu ba pha sơ đồ cầu là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong

thực tế.

-

•

Ưu điểm: nó cho phép có thể đấu thẳng vò lưới điện ba pha, độ dập mạch
nhỏ 5%. Nó có thể sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các
loại trên. Đồng thời công suất mạch chỉnh lưu này có thể lên tới vài trăm
KW.
Nhược điểm: Mạch này là sụt áp trên van gấp đôi sụt áp trong mạch sơ đồ
hình tia.
Tóm lại :
Theo đồ án thì =500 (v), =150 (A) ta có công suất của động cơ là
==500.150=75000(W)=75(KW)
Theo công suất của động cơ là 75 KW nên ta chọn phương pháp sử
dụng mạch cầu 3 pha đối xứng là thích hợp nhất. Mặt khác theo yêu cầu
của đề tài tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ.

Nhóm 12

15


Đồ án điện tử công suất

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH LỰC

-

-

→

3.1 Tính toán máy biến áp:
Từ các thông số đã cho:
Điện áp trung bình trên tải : =500 (v)
Dòng điện trung bình trên tải (A-DC): 150 (A)
Ta chọn MBA 3 pha ba trụ.
Điện áp sơ cấp vào MBA := 220 (v)
Ta có:= + 2 + +
Trong đó: = 500 (V)
: sụt áp trên van, chọn = 1(V).
: sụt áp trên R và C của MBA.
Chọn = 6% . = 6% . 500 = 30(V)
→ = 500 + 2 + 30 = 532 (v)
Mặt khác:
= .U2(1+cos)
Với =40
→ = 2 = 258 (v)
Vậy điện áp thứ cấp MBA là = 258 (V)
Dòng điện thứ cấp MBA :
= . = 150 = 123(A)
Dòng điện sơ cấp MBA :
= . = . = . 123 (A) = 144 (A)
Trong đó là hệ số MBA.
Công suất biểu kiến của MBA:
S = . = . = 1,05 . 500 . 150 = 78,750(KVA)

Nhóm 12

16


Đồ án điện tử công suất

•

3.2 Tính toán mạch từ:
Thiết diện trụ được tính theo công thức:
QFe = K Q .

S ba
m. f

Trong đó:
: hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, chọn = 6.
- m : hệ số trụ MBA, chon m = 3.
- f : tần số xoay chiều, chọn f =50 Hz.
Thay số vào ta được:
Q Fe = K Q .

S ba
m. f

= 6 . = 138 ()
Để đảm bảo cho kích thước MBA được phù hợp đảm bảo yêu cầu
công nghệ người ta chọn chiều dài a vào chiều dày b sao cho = 1,5.
QFe

→
•

•

→
→

Dựa vào tiết diện trụ = 138 ) = a . b
Chọn b =15(cm), a=10(cm)
Chọn những lá thép có bề dày 0,35mm.
Chiều cao của trụ:
Áp dụng công thức:
h = 2,5 . a =2,5 . 100 = 250 (mm)
Tính toán dây cuốn:
Số vòng/ v
=
Trong đó: : là cảm ứng điện từ chọn = 1,5
Hệ số k: phụ thuộc vào tần số và bản chất của lói sắt,chọn
k=50
Như vậy:
= = = 0,24 (Vòng/V)
Số vòng cuộn dây sơ cấp là:
= . = 220 . 0,24 = 53 (Vòng)
Số vòng cuộn dây thứ cấp là:
= . = 258 . 0,24 = 62 (Vòng)
Nhóm 12

17

Đồ án điện tử công suất

•

Tính tiết diện dây dẫn:
Chọn mật độ dây dẫn = = 2 (A/)
Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA: = = = 77(
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc cách điện là
.=4.16.2(
Kích thước kể cả cách điện là = 4,5.16,5.2(
Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA:
= = = 62(
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc cách điện là
.=4.11.2(
Kích thước dây kể cả cách điện = 4,5.11,5.2(
+ Tính số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp
W=
Trong đó : độ dày tấm fit cách điện giữa gông và dây cuốn, chọn =1,2
(cm)
: hệ số ép chặt, chọn = 0,95
h : chiều cao
= 0,95= 13 (vòng)
Số lớp trên cuộn dây sơ cấp:
= = = 4 (lớp)
Giữa hai lớp đặt một lớp cách điện dày = 0,1(mm)
Bề dày cuộn sơ cấp:
= (+ ). =(4,5+0,1)4=18,4(mm)
Số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp:
=.0,95=19 (vòng)

Số lớp dây trên cuộn thứ cấp:
= = = 3,3 (lớp)
Chọn n22 = 4(lớp), với 3 lớp đầu là 19 vòng, lớp thứ 4 có 63 – 19.3 = 6
vòng
Nhóm 12

18


Đồ án điện tử công suất

•
a.



-

-

Giữa 2 lớp đặt cách điện dày cd22 = 0,1 (mm2)
Bề dày cuộn dây sơ cấp
Bd22 = ( a22 + cd22 ).n22 = (4,5 +0,1).4=18,4(mm)
+ Kích thước lõi sắt:
Chọn khoảng cách giữa 2 trụ của MBA là :
C= 1,5.a= 1,5.100=150(mm)
Tổng chiều dài trụ là: l = 3.a + 2.c = 3.100 + 2 .165 = 630(mm)
+ Gông từ:
Chọn : Chiều dài bằng chiều dày của trụ bg=b=15(cm)
Chiều cao bằng chiều rộng của trụ ag=a=10(cm)

Tiết diện của gồn từ:Qg= ag.bg =10,5.15,5=162,75 (cm2)
Tổng chiều cao của MBA:
H = h +2.a = 25 + 2.10 = 45 (cm)
Tính chọn van và bảo vệ van
Tính toán chọn van
Chọn van theo điện áp trên van
Ta có Ungmax = 2= .258=632(v)
Điện áp ngược mà van chịu được:
UngV= kdtU.Ungmax
Trong đó kdtU: hệ số dự trữ điện áp chọn = 1,4
UngU=1,4.632=885(v)
Chọn dòng qua van
Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, nhiệt độ làm việc của van không
vượt quá trị số cho trước, vì vậy cần có phương thức làm mát cho van. Có
3 phương pháp làm mát là:
+ Làm mát bằng gió tự nhiên:
Khi van bán dẫn được làm mắc vào cánh toả nhiệt bằng đồng hay bằng
nhôm, nhiệt độ của van được toả ra môi trường xung quanh nhờ bề mặt của
cánh toả nhiệt. Sự toả nhiệt như trên là nhờ vào sự chênh lệch giữa cách tản
nhiệt với môi trường xung quanh khi cách tản nhiệt nóng lên, nhiệt độ
xung quanh cánh tản nhiệt tăng lên làm cho tốc độ ra không khí bị chậm lại
với những lí do vì hạn chế của tốc độ dẫn nhiệt khi van bán dẫn được làm

Nhóm 12

19


Đồ án điện tử công suất

-

-

•





mát bằng cánh toả nhiệt mà chỉ nên cho van làm việc với dòng điện I lv =
25% iđm
+ Làm mát bằng thông gió cưỡng bức
Khi có quạt đối lưu không khí thổi dọc theo khe của cánh tản nhiệt nhiệt độ
xung quanh cánh tản nhiệt thấp hơn tốc độ dẫn nhiệt ra môi trường tốt hơn,
hiệu suất cao hơn. Do đó cho van làm việc với dòng điện Ilv = 35%iđm
+ Làm mát bằng nước:
Khi làm mát bằng nước hiệu suất trao đổi nhiệt tốt hơn, cho phép làm việc
với dòng điện Ilv = 90% iđm. Quá trình làm mát bằng nước phải đảm bảo xử
lý nước không dẫn điện. Bằng cách khử ion trong nước hoặc giảm độ dẫn
điện của nước ( tăng điện trở nước) theo nguyên tắc chiều dài hay giảm tiết
diện đường cong ống dẫn nước ta có thể coi độ dẫn điện của nước không
đáng kể.
Ta chọn chế độ làm mát bằng thông gió tự nhiên. Trong chế độ này thì Ilv =
25% iđm
Itbv = = = 50 (A)
Chọn hệ số dự trữ dòng là K = 1,4
Ilv= K.Itbv = 1,4.50 = 70 (A)
Do đó IdmV = Ilv .4 = 70.4=280(A)
Từ thông số kỹ thuật trên ta chọn SCR LS431050

b. Tính toán bảo vệ van
Bảo vệ dòng điện cho van
Aptomat: dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải
và ngắn mạch
Chọn Aptomat:
Idm=1,1.I1=1,1.144=158,5(A)
Chỉ định dòng ngắn mạch
Inm = 2,5 . I1 = 2,5 . 144 = 360 (A)
Dòng quá tải:
Iqt= 1,5.I1 = 1,5.144 = 216 (A)
Bảo vệ điện cho van
Tiristor cũng rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định
mức, ta gọi là áp trên đường dây, khi có sấm sét.....
Nhóm 12

20


Đồ án điện tử công suất



-

Để bảo vệ van người ta dùng mạch R-C, mạch R-C đấu sống với
Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích di chuyển mạch gây
nên.
Mạch R-C đấu giữa các pha thứ cấp của MBA là bảo vệ quá điện áp
do cắt không tải gây nên.
Các bước tính toán

Xác định hệ số quá điện quá điện áp.
* Người ta chia làm 2 loại nguyên nhân gây ra quá điện áp:
Nguyên nhân nội tại: Đó là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn. Khi
khoá tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược lại hàng
trình tạo ra dòng điện 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. Do vậy giữa anot và catot của tiristor xuất hiện quá điện áp.
Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu
nhiên như khi cắt không tải một máy biến áp théo công thức:
k=
Xác định các thông số trung gian:
C*min(k),R*max(k), R*min(k)
Điện lượng tích tụ Q = f(di/dt)
Tính các thông sô trung gian
C = C*min
R*min<< R <Trong đó L là điện cảm của mạch RLC
Trong mạch bảo vệ quá điện áp ta chọn R=80Ω, C=0,25µF
3.3 Tính toán cuộn kháng lọc
Lấy công suất cuộn kháng lọc:
SL= 5%.Pd = 5% .500.150 = 3750(VA)
Tiết diện cực từ chính của cuôn kháng lọc :
QL=kQ= 6 = 36,74 (cm2)
Trong đó: kQ hệ số phục thuộc vào phương thức làm mát,chọn kQ=6
Để đạp ứng yêu cầu công nghệ người ta thương chọn sao cho
bL/aL = 1,2 1,4
Nhóm 12

21

Đồ án điện tử công suất

Do QL = bL.aL = 36,74(cm2)
Nên ta chọn aL=5 (cm) và bL= 7 (cm)
Chọn chiều cao hL= 2,5.aL = 2,5.5= 12,5 (cm)
Chọn khoảng cách 2 trục = 2aL=2.5=10(cm)
Tổng chiều dài mạch từ :
L= 2+ 2aL = 2.10 + 2.5 = 30(cm)
Tổng chiều cao trụ:
H = h + a = 12,5 + 5 = 17,5 (cm)

Nhóm 12

22


Đồ án điện tử công suất

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

4.1.

Yêu cầu chung đối với mạch điều khiển
Mạch điều khiển chỉnh lưu cần thực hiện các nhiệm vụ chính sau:
Phát xung điều khiển (xung để mở van) đến các van lực theo
đúng pha và với góc điều khiển α cần thiết.
Đảm bảo phạm vi góc điều chỉnh αmin ÷ αmax tương ứng với
phạm vi thay đổi điện áp tải của mạch lực.
Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ

khác nhau do tải yêu cầu như chế độ khởi động, chế độ nghịch
lưu, các chế độ dòng điện liên tục hay gián đoạn, chế độ hãm
hay đảo chiều điện áp,…
Có độ đối xứng xung điều khiển tốt, không vượt quá 1 ÷ 3, tức
là góc điều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị trên.
Đảm bảo mạch làm việc ổn định và tin cậy khi lưới điện dao
động cả về giá trị điện áp và tần số.
Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt
Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1 ms.
Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh lưu từ phía điều
khiển, nếu cần, như ngắt xung điều khiển khi sự cố, thông báo
các hiện tượng không bình thường với lưới và bản thân bộ
chỉnh lưu,…
Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở
chắc chắn van, có nghĩa là phải thỏa mãn các yêu cầu:
- Đủ công suất thể hiện ở điện áp và dòng điều khiển Uđk, Iđk.
- Có sườn xung dốc đứng để mở van chính xác vào thời điểm
quy định, thường tốc độ tăng áp điều khiển phải đạt 10
V/μs, tốc độ tăng dòng điều khiển 0,1 A/μs.
•

•

•

•

•

•

•
•

•

Nhóm 12

23


Đồ án điện tử công suất

-

-

Nhóm 12

Độ qua xung điều khiển đủ cho dòng qua van kịp vượt trị số
dòng điện duy trì Idt của nó, để khi ngắt xung van vẫn giữ
được trạng thái dẫn.
Có dạng phù hợp với sơ đồ chỉnh lưu và tính chất tải.

24


Đồ án điện tử công suất

Cấu trúc mạch điều khiển

4.2.

Ulực

ĐB

Uss

Urc

Uđb

Utựa

SS

Ugk

Udx

DX

KĐX

Uđk

Hình 4.1. Giản đồ cấu trúc mạch điều khiển
Mạch động lực được thiết kế ở chương 3 là mạch sáu thyristor đấu
song song ngược có tải thuần trở nên ta thiết kế mạch điều khiển
gồm các khâu sau:

- Khâu đồng pha dùng máy biến áp hai cuộn dây sơ cấp.
- Khâu tạo điện áp tựa dạng răng cưa một nửa chu kì kiểu tuyến
tính đi xuống dùng transistor và tụ điện.
- Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán OA kiểu hai cổng.
- Khâu tạo xung phát xung kép một nửa chu kì. Trong đó, để phát
xung chính theo góc điều khiển α sử dụng mạch vi phân R 8C2,
xung thứ hai lấy từ kênh tiếp sau theo nguyên tắc đấu vòng tròn
kín bằng cách ghép nhờ các điốt Đ2, Đ3.
- Khuếch đại xung dùng biến áp nhằm cách ly giữa mạch lực và
mạch điều khiển.
4.2.1. Khâu đồng pha
A

Hình 4.2. Sơ đồ khâu đồng pha


Chức năng:

Nhóm 12

25