Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha nối vào mạch roto động cơ không đồng bộ ba pha để điều chỉnh tốc độ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (568.41 KB, 85 trang )
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
Lời nói đầu
Trong q trình sản xuất, truyền động điện là một trong những khâu quan
trọng để tạo ra năng suất lao động lớn. Điều đó càng được thể hiện rõ nét trong
các dây truyền sản xuất, trong các cơng trình xây dựng hiện đại, truyền động
điện đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động và chất
lượng sản phẩm. Vì thế các hệ thống truyền động điện ln được quan tâm
nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm.
Khi nói đến truyền động điện thì người ta quan tâm nhất đó là động cơ điện
và việc điều khiển động cơ điện một cách chính xác và đạt kết quả như mong
muốn.
Do có nhiều ưu điểm cả về kinh tế lẫn kỹ thuật nên động cơ khơng động bộ
ngày càng được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân cũng như đời sống
hàng ngày. Vì vậy việc điều khiển động cơ khơng đồng bộ là một trong những
vấn đề quan trọng.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Võ Quang Lạp, em đã
hồn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài “Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba
pha nối vào mạch roto động cơ khơng đồng bộ ba pha để điều chỉnh tốc độ”.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-1-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
Mục Lục
Trang
Lời nói đầu............................................................................................ 03
PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
1. Phân tích và chọn mạch động lực.................................................05
1.1. Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor....................05
1.1.1. Sơ đồ nguyên lý................................................................05
1.1.2. Nguyên lý hoạt động ...................................................................06
1.1.3. Các công thức tính toán................................................................07
1.2. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor................08
1.2.1. Sơ đồ nguyên lý........................................................................... 08
1.2.2. Điều kiện làm việc của Thysistor................................................09
1.2.3. Tổng hợp điện áp ra ....................................................................09
2. Tính chọn thiết bò.......................................................................... 14
2.1. Ý nghóa của việc tính chọn thiết bò ..........................................14
2.2. Tính chọn thiết bò mạch động lực ............................................14
2.2.1. Tính chọn Thysistor..........................................................14
2.2.2. Tính chọn máy biến áp lực ..............................................16
2.3. Tính chọn thiết bò bảo vệ mạch động lực.................................17
2.3.1. Bảo vệ quá dòng điện .....................................................17
2.3.2. Bảo vệ quá áp trên Thysistor ..........................................18
2.3.3. Bảo vệ quá nhiệt..............................................................19
CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN
2.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển ..........21
2.2. Chọn phương án phát xung.......................................................21
2.3. Thiết kế mạch tạo xung............................................................23
2.3.1. Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa........................24
2.3.2. Khối so sánh ................................................................27
2.3.3. Khối tạo xung và phân chia xung ...................................28
2.3.4. Sơ đồ tổng hợp của một kênh điều khiển........................33
2.4. Thiết kế nguồn nuôi ................................................................35
2.5. Tính chọn mạch điều khiển .....................................................36
2.5.1. Tính chọn máy biến áp xung .........................................36
2.5.2. Tính chọn Tranzitor, Điod, KĐTT...................................38
2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch bộ nguồn .............................................40
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-2-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
PHẦN II : ỨNG DỤNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
VÀO MẠCH ROTOR ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ĐỂ
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
Chương III : KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ TĨNH HỆ HỞ
3.1. Sơ đồ mạch động lực hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay
chiều ba pha rotor dây quấn........................................................43
3.2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ hệ truyền động nối cấp ..............44
3.3. Đặc tính tónh của hệ.................................................................... 45
3.3.1. Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên............................................45
3.3.2. Đặc tính cơ......................................................................... 48
3.3.2.1. Xây dựng đặc tính tónh hệ truyền động nối cấp...............49
3.3.2.2. Đặc tính tónh của động cơ không đồng bộ ba pha rotor
dây quấn khi làm việc điều tốc nối cấp ..........................54
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT HỆ TRUYỀN ĐỘNG
NỐI CẤP ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ
4.1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ tự động ổn đònh tốc độ .............60
4.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống ........................
61
4.2.1. Thành lập hàm truyền của các khâu......................................61
4.2.2. Sơ đồ cấu trúc ........................................................................ 69
4.3. Tổng hợp mạch vòng dòng điện.....................................................70
4.4. Tổng hợp mạch vòng tốc độ...........................................................72
4.5. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều tốc nối cấp.....75
CHƯƠNG V: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
NỐI CẤP
5.1. Sơ đồ nguyên lý mạch của hệ thống truyền động nối cấp..........76
5.2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ và ổn đònh tốc độ..........................78
5.3. Tác dụng của mạch vòng dòng điện..........................................80
5.4. Khởi động động cơ gián tiếp thông qua điện trở phụ.................81
Kết Luận................................................................................................ 82
Tài liệu tham khảo................................................................................. 83
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-3-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
PHẦN I
THIẾT KẾ
BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA
CHƯƠNG I
PHÂN TÍCH VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-4-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
1. Phân tích và chọn mạch động lực
Trong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu phải biến đổi một nguồn
điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều và điều chỉnh được giá trò của
điện áp một chiều đầu ra. Để làm được điều đó người ta có nhiều cách khác
nhau ví dụ như: dùng tổ hợp động cơ máy phát, dùng bộ biến đổi một phần
u
ứng, dùng các bộ chỉnhualưu ... Nhưng
n nhất và
ub phổ ubiế
u có hiệu suất cao nhất
c
α
d
là sử dụng các sơ đồ chỉnh
n.
T1 lưu bằTn2g các dụTn3 g cụ bánTdẫ
ωt
1
a) 0
Do yêu cầu thiết kế mạch chỉnh lưu cung cấp dòng điện một chiều vào
π
2π
mạch ro to của động cơ điện không đồng bộ ba pha dây quấn, để điều chỉnh
i
tốc độ nên taT1đi phân tích và chọn các mạch động lực sau:
ωt
Id
b) 0
+ Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor.
iT2
ωt
+ Mạch
c) 0chỉnh lưu cầu ba pha đối xứngIddùng Thysistor.
1.1. Sơ đồ mạch
iT3 chỉnh lưu hình tia ba pha dùng Thysistor
I
ωt
0
1.1.1. Sơd)
đồ nguyê
n lý d
ia
e)
f)
ωt
0
ib
ωt
0
ic
1.1.2. Ngun
g) 0lý hoạt động được khái qt như hình vẽωtvới giả thiết tải có
điện cảm rất
u lớn
T1
h)
uth
uab
uac
ωt
Ungmax=
Hình 1.2 a. Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor.
b,c,d,e,f,g.
Dòng điện chạ-5y trên tải, cácLớ
Thysistor,
và Thuậ
cuận tsơ
SVTH: Nguyễ
n Văn Nam
p: Điện Kỹ
_K27
cấp máy biến áp .
h. Điện áp đặt lên Thysistor 1.
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
1.1.3. Các công thức tính toán
- Với: ua = 2U2 sin ωt
ub = 2U2 sin(ωt −
2π
)
3
uc = 2U2 sin(ωt −
4π
)
3
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải
3 6
α ≈
α
Ud = 2π U2 cos
1,17U2.cos
Trong đó U2 là giá trò hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp MBA
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-6-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
- Dòng điện trung bình qua Thysistor
ITtb =
Id
3
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thysistor phải chòu:
UTthmax =UTngmax = 6 U2
- Công suất tính toán:
Sttba =
π 6
( 2 + 3 ) UdId ≈ 1,355UdId
3
- Điều kiện chọn linh kiện Thyristor:
[UTthmax] > UTthmax = 6 U2
[UTngmax] > UTngmax = 6 U2
[IT] > ITtb =
Id
3
Nhận xét:
Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha dùng 3 Thysistor có:
Ưu điểm :
- Sơ đồ cấu tạo đơn giản, điều khiển dễ dàng.
- Có thể áp dụng khi cần cung cấp cho động cơ tải công suất lớn
- Do số lượng Thysistor ít nên việc điều khiển đóng mở dễ dàng.
Nhược điểm:
- Dòng qua các Thysistor không liên tục, điện áp đặt lên các Thysistor
lớn
- Chất lượng điện áp tải ra chưa tốt, hệ số công suất máy biến áp nhỏ,
khi chế tạo máy biến áp động lực loại này thứ cấp phải nối Y 0 có dây
trung tính lớn hơn dây pha vì chòu dòng điện tải.
1.2. Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor
1.2.1. Sơ đồ nguyên lý
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-7-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
1.2.2 Điều kiện làm việc của Thysistor
Vì điện áp đặt lên chân Anot và chân Katot của Thysistor là điện áp dây
nên điều kiện để Thysistor làm việc là:
+ UAK = Udây > 0.
+ Thời điểm xuất hiện xung ωt ≥ α
1.2.3. Tổng hợp điện áp ra
a. Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung ( α =600)
u
α
α
T1
α
α
T3
T1
T5
ωt
0
T2
T6
T4
α
α
T6
T4
α
α
Hình 1.4. Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung (=600)
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-8-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
* Điều kiện làm việc của cầu
Cầu làm việc theo nguyên tắc gửi xung: là xung gửi từ nhóm nọ sang
nhóm kia và ngược lại:
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-9-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
b. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng
với α = 600 , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ:
u
α
ua
T1
a) 0
T4
ud
ub
ucb uab
uc
T3
T6
T5
T2
T1
T4
ωt
T6
uac
b)
ωt
id
Id
c) 0
iT1
Id
d) 0
ωt
iT2
Id
e) 0
ωt
ωt
ia
f) 0
ωt
uT1
uth
g)
0
uab
uac
ωt
Ungmax=
Hình 1.6 a. Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor.
b. Tổng hợp điện áp đặt lên tải.
c,d,e,f. Dòng điện chạy trên tải, các Thysistor, và cuận sơ cấp
máy biến áp .
g. Điện áp đặt lên Thysistor 1.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-10-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
c. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với
α = 450 , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:
u
a)
=450
T1
0
T3 u
b
ua
T6
=45
ud
0
uca
ucb
T2
2π
uac
ubc
uca
T6
T4
0
uab
T1
ωt
π
T4
b)
T5 u
c
ucb
uab
uac
ωt
ud
c)
0
ωt
ud
d)
0
ωt
Hình 1.7 a. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha Thysistor ứng với =450.
b. Tổng hợp điện áp đặt lên tải.
c. Tổng hợp điện áp đặt lên tải có tính đến sự ảnh hưởng của hiện
tượng trùng dẫn.
d. Tổng hợp điện áp đặt lên tải khi không xét đến sự ảnh hưởng
của
hiện tượng trùng dẫn.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-11-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
d. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha đối xứng dùng Thysistor ứng với
α = 900 , tải điện cảm được thể hiện như hình vẽ sau:
=900
u
T1
0
a)
ub
ua
T4
T6
T3
uc
T2
T5
T4
T1
t
=900
ud
uca
b)
ucb
uab
uac
ωt
0
Hình 1.8 a. Nguyên lý hoạt động của cầu ba pha Thysistor ứng
với α =900.
b. Tổng hợp điện áp đặt lên tải.
d. Các biểu thức tính toán
- Với: ua = 2U2 sin ωt
ub = 2U2 sin(ωt −
2π
)
3
uc = 2U2 sin(ωt −
4π
)
3
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải
q π+α
Ud =
∫ U m sinωtd(ωt) = Uocosα
2π α
Với q = 6 là hệ số đập mạch trong một chu kỳ của điện áp sau khi chỉnh lưu.
Uo =
3 6
U 2 ≈ 2,34U2
π
(U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp)
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-12-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
- Dòng điện trung bình qua Thyristor:
ITtb =
Id
3
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
UTthmax = UTngmax = 6 U2
- Cơng suất tính tốn:
Sttba =
π
UdId = 1,05UdId
3
- Điều kiện chọn linh kiện Thyristor:
[UTthmax] > UTthmax = 6 U2
[UTngmax] > UTngmax = 6 U2
[IT] > ITtb =
Id
3
Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha giá trò điện áp lấy ra chất lượng tốt,
trong môt chu kỳ của điện áp xoay chiều có 6 xung đập mạch nên q=6, điện
áp chỉnh lưu do vậy ở sơ đồ này hệ số lặp rất cao, phạm vi điều chỉnh rộng.
Sơ đồ này có công suất lớn.
Kết luận
Vì yêu cầu đưa nguồn điện một chiều vào mạch roto của động cơ ba
pha rotor dây quấn để điều chỉnh tốc độ nên ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba
pha dùng 6 Thysistor để nghiên cứu.
Việc lựa chọn này có nhiều ưu điểm như:
+ Chất lượng điện áp ra rất cao (trong một chu kỳ của điện áp nguồn có 6
lần xung dập mạch của điện áp chỉnh lưu).
+ Mạch không có dây trung tính thuận tiện cho việc đấu vào mạch roto của
động cơ.
+ Mạch có thể làm việc được với chế độ nghòch lưu.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-13-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
2. Tính chọn thiết bò
2.1. Ý nghóa của việc tính chọn thiết bò
Việc tính chọn thiết bò có ý nghóa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kỹ
thuật. Việc tính chọn càng chính xác, tỷ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc
càng an toàn bấy nhiêu. Hơn nữa, việc tính chọn thiết bò chính xác còn nâng
cao chất lượng, hiệu suất của hệ thống. Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ
thống làm việc hiệu xuất kém hoặc không làm việc được, làm tăng chi phí
cho nhà đầu tư.
Vì vậy viêïc tính chọn thiết bò phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây:
+ Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số
phù hợp với thiết bò .
+ Về mặt kinh tế, thiết bò được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu kỹ
thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý.
2.2. Tính chọn thiết bò mạch động lực
Thông số cho :
Ud = 297 V
Id = 126 A
2.2.1. Tính chọn Thysistor
Thysistor là linh kiện bán dẫn dùng để biến đổi đại lượng xoay chiều
thành đại lượng một chiều có điều khiển. Việc biến các đại lượng xoay chiều
thành đại lượng một chiều dùng Thysistor có thể được thực hiện điều khiển
giá trò tín hiệu ra bằng góc điều khiển α .
Để Thysistor làm việc tin cậy và đảm bảo an toàn thì các Thysistor
được chọn sao cho nó có thể làm việc ở trạng thái nặng nề nhất .
Thysistor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau:
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-14-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
+ Điều kiện về dòng điện
[ ITtb ] ≥
ki .ITtb max
+ Điều kiện về điện áp
[ UTngmax ] ≥
6.ku .U 2
[ UTthmax ] ≥
6.ku .U 2
a. Chọn theo điều kiện về dòng điện
[ ITtb ] ≥ ki .ITtb max
Trong đó:
ki: là hệ số dự trữ dòng điện (ki = 1,5 ÷ 4) chọn ki = 2
ITtb max =
I d 126
=
= 42 A.
3
3
Vậy: [ ITtb ] ≥ ki .ITtb max = 2.42 = 84 A.
b. Chọn theo điều kiện điện áp
[ UTngmax ] ≥
6.ku .U 2
[ UTthmax ] ≥
6.ku .U 2
Trong đó :
ku : là hệ số dự trữ điện áp (ku = 1,5 ÷ 2,5) chọn ku = 2
Giá trò điện áp thuận và điện áp ngược đặt lên các van :
UTngmax = UTthmax =
mà Ud =
suy ra U2 =
6.U 2
3 6
.U 2
π
π
3 6
.Ud =
3,14.297
= 127 V
3 6
nên UTngmax = UTthmax =
6.U 2 =
π
3,14.297
. Ud =
= 310,86 V
3
3
Vậy [UTngmax] = [UTthmax ] ≥ ku. UTngmax = 2.310,86 = 621,72 V
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-15-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
Từ các thông số trên ta chọn Thysistor có các thông số sau:
∆U dU/dt tcm Tmax
Un
Idm
Ipik
Ig
Ug
Ih
Ir
Ký hiệu
max max max max max max max max
max
0
V
A
A
A
V
A
A
V
V/s
s
c
PO27RH10CH0 1000 100 350 100m 3 400m 10m 2,57
20 35μ 125
Trong đó :
Unmax : Điện áp ngược cực đại
Idmmax : Dòng điện làm việc cực đại
Ipikmax : Dòng điện đỉnh cực đại
I gmax : Dòng điện xung điều khiển cực đại
Ugmax : Điện áp xung điều khiển cực đại
Ihmax : Dòng điện tự giữ cực đại
Irmax : Dòng điện rò cực đại
∆ Umax: Sụt áp cực đại trên Thysistor ở trạng thái dẫn
dU/dt : Đạo hàm điện áp theo thời gian
tcm : Thời gian chuyển mạch (mở và khoá)
Tmax: Nhiệt độ làm việc cực đại
2.2.2. Tính chọn máy biến áp lực
Máy biến áp lực có tác dụng cách ly mạch động lực với lưới điện.
Cung cấp điện áp thứ cấp bằng điện áp yêu cầu của bộ chỉnh lưu.
Máy biến áp có tổ đấu dây Y Y với :
Điện áp của cuộn dây sơ cấp máy biến áp là:
U1d = 380 V.
Điện áp của cuộn dây thứ cấp máy biến áp là:
U2d = 127. 3 = 220 V
Tỷ số biến áp của máy biến áp là:
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-16-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
U1d
380
=
=1,73
U 2d
220
Giá trò dòng hiệu dụng của cuộn dây thứ cấp:
kBA =
I2 = Id.
2
2
=126.
=102,88 A.
3
3
Giá trò dòng hiệu dụng của cuộn dây sơ cấp:
I1 =
I 2 102,88
=
= 59,47 A.
k BA
1,73
Công suất phía sơ cấp máy biến áp:
S1=
3 .U1d.I1= 3 .380.59,47 = 39,142 kVA.
Công suất phía thứ cấp máy biến áp:
S2=
3 .U2d.I2=
3 .220.102,88 = 39,202 kVA.
Công suất máy biến áp:
S = (S1+ S2)/ 2 = (39,142 + 39,202)/ 2 = 39,172 kVA.
Vậy ta chọn máy biến áp có công suất SBA ≥ S = 39,172 kVA.
Sđm
(kVA)
40
U1đm
(V)
380
U2đm
( V)
220
I1đm
(A)
59,47
I2đm
(A)
102,88
KBA
1,73
2.3. Tính chọn thiết bò bảo vệ mạch động lực
2.3.1. Bảo vệ quá dòng điện
Ta sử dụng aptomat tác động nhanh
Điều kiện chọn :
UATM ≥ Ubv
IATM ≥ kqt.kdt. ksd.Idm
Trong đó:
kqt = 1,1 ÷ 1,2 là hệ số quá tải cho phép.
ki = 1,05 là hệ số dự trữ dòng điện tính đến khả năng sai khác.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-17-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
ksđ= 0,85 hệ số phụ thuộc vào sơ đồ.
Vậy:
IATM ≥ kqt.kdt. ksd.Idm = 1,2.1,05.0,85.59,47 = 63,69 A.
Căn cứ vào đó tra bảng 3-10 trang 110- sách sử dụng và sửa chữa khí
cụ điện hạ thế, chọn aptomat có các thông số sau:
Kiểu
m
(V)
Iđm
(A)
A3110
100
220
380
Số
cực
Dạng móc bảo
vệ dòng cực đại
Dòng đònh mức
của mốc bảo vệ
3
Tổng hợp
80
2.3.2. Bảo vệ quá áp trên Thysistor
Các Thysistor là phần tử rất nhạy cảm với sự biến đổi đột ngột của
điện áp và dòng điện do vậy ta phải dùng các mạch, thiết bò để bảo vệ
chúng.
Các nguyên nhân gây ra hiện tượng quá điện áp trên các Thysistor là:
+ Quá điện áp và gia tốc áp (
+ Quá gia tốc áp (
du
) do quá trình chuyển mạch.
dt
du
) do đóng cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải
dt
nhỏ.
- Để bảo vệ quá điện áp và gia tốc áp cho Thysistor ta dùng mạch R-C
mắc song song với Thysistor.
Giả thiết điện trở và điện dung được xác đònh theo công thức thực
nghiệm.
R
R=
C
10.Ung 10.621,72
=
= 74 Ω
ITdm
84
10.ITdm
10.84
C= U
=
≈ 1,35 μF
621,72
ng
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-18-
Ti
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
- Để bảo vệ an toàn cho các van trước sự quá gia tốc điện áp do đóng cắt
máy biến áp ta dùng các phần tử R- C mắc song song với cuộn dây thứ cấp
máy biến áp.
Theo tài liệu: Thiết kế Điện tử công suất – của tác giả Trần Văn Thònh
chọn R,C theo kinh nghiệm như sau: R= 15( Ω ) và C= 4( µ F).
2.3.3. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn
Khi van bán dẫn làm việc có dòng điện chạy qua, trên van có các sụt áp
∆U , do đó có tổn hao công suất ∆P , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van
bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ làm việc được ở nhiệt độ dưới nhiệt độ
cho phép. Nếu nhiệt độ quá vượt quá nhiệt độ cho phép sẽ làm cho linh kiện
không làm việc được như mong muốn hoặc phá huỷ linh kiện. Để van bán
dẫn làm việc an toàn, tin cậy và không bò phá huỷ vì nhiệt ta phải chọn và
thiết kế bộ phận toả nhiệt cho hợp lý.
Tính toán cánh tản nhiệt cho Thysistor:
- Tổn thất công suất trên mỗi Thysistor:
∆P = ∆U .Ilv = 2,57.84 =215,88 W
- Diện tích bề mặt toả nhiệt:
Stn =
∆P 215,88
=
= 0,21588 m2
km .τ
25.40
Với:
τ : là độ chênh lệch nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường.
Tmt = 350 : Nhiệt độ môi trường.
Chọn nhiệt trên cánh tản nhiệt là: Tlv = 800
τ = Tlv- Tmt = 800 - 350 = 450
Km : Hệ số tản nhiệt bằng đối lưu hay bức xạ. Chọn Km = 25 W/m2.oC
- Chọn cánh tản nhiệt có các kích thước:
a=10 cm; b=10 cm; c=0,3 cm; z=0,6 cm.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-19-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
- Số cánh tản nhiệt :
n=
Sm
2158,8
=
= 10,8 cánh
2.a.b 2.10.10
- Chọn số cánh tản nhiệt là: 11 cánh
- Vât liệu làm cánh tản nhiệt là nhôm.
- Dùng quạt đối lưu quạt gió dọc các khe của cánh tản nhiệt.
Hình 1.9. Cánh tản nhiệt của Thysistor
CHƯƠNG II
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-20-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN
2.1. Phân tích và chọn phương án thiết kế mạch điều khiển
Để các Thysistor làm việc thì ngoài điều kiện U AK > 0 còn phải có xung
điều khiển đặt vào cực điều khiển của Thysistor. Để có hệ thống các tín hiệu
điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta phải sử dụng mạch
điện tạo ra các tín hiệu đó. Mạch điện dùng để tạo ra các tín hiệu điều khiển
gọi là mạch điều khiển. Điện áp điều khiển các Thysistor phải đáp ứng được
các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như độ rộng xung.
Trong thực tế có một số dạng xung thường gặp:
1
2
3
(1)
Xung vuông
(2)
Xung nhọn hay xung kim
(3)
Xung hình thang
(4)
Xung tam giác
4
Các thông số đặc trưng của xung:
tx
Độ rộng xung
U
Biên độ xung
dU dt Độ dốc sườn xung trước.
2.2. Chọn phương án phát xung
Trong thực tế với hệ thống tự động cao các mạch điều khiển được thiết
kế theo ba nguyên tắc sau:
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha đứng: Hệ thống này
tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-21-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
răng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp
với góc pha của điện áp lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được.
Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó cũng có một ưu điểm
khá nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở α rộng, ít phụ thuộc vào sự thay
đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anod của
thysistor chỉ có xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều
khiển. Do đó hệ thống này được sử dụng rộng rãi.
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang:
Phương pháp này có ưu điểm là mạch phát xung điều khiển đơn giản, nhưng
có nhược điểm là phạm vi điều chỉnh góc không rộng. Rất nhạy cảm với sự
thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển.
+ Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điod hai cực gốc (UJT-tranzitor một
tiếp giáp):
Phương pháp này tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa
xuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương
pháp này mặc dù đơn giản nhưng nhược điểm là góc mở α có phạm vi điều
chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi. Mặt
khác, trong một chu kỳ điện áp điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung
điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển.
Kết luận:
Dựa vào những phân tích ở trên, để phát xung điều khiển cho các
Thysistor trong bộ chỉnh lưu ta dùng hệ thống điều khiển theo nguyên tắc
khống chế pha đứng.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-22-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
2.3. Thiết kế mạch tạo xung
Sơ đồ khối của mạch tạo xung theo nguyên tắc khống chế pha đứng:
uv
ĐBH
SS
XRC
TX
PCX
k
Hình 1.10. Sơ đồ khối của mạch tạo xung theo nguyên tắc
khống chế pha đứng
* ĐBH: khối đồng bộ hoá lấy trực tiếp hoặc gián tiếp đưa về mạch tạo
xung điều khiển đồng bộ với điện áp Anod, thông thường khối này thường
dùng máy biến áp.
Máy biến áp có những ưu điểm sau đây:
+ Cách li điện áp với mạch điện áp điều khiển để đảm bảo an toàn cho
người và thiết bò. Biến áp ở đây là biến áp đồng bộ hoá.
+ Điện áp ra dễ chỉnh đònh thoả mãn yêu cầu, phía thứ cấp đưa vào mạch
điều khiển từ 9 ÷ 12 V.
* XRC: Tín hiệu đồng bộ hoá này đưa sang khối 2 đưa ra điện áp tựa và
dưới dạng điện áp răng cưa. Điện áp răng cưa thoả mãn yêu cầu điều khiển:
+ Phạm vi góc điều khiển α phải thoả mãn.
+ Điện áp răng cưa phải tuyến tính
* Bộ SS: So sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển. Giao điểm của hai
điện áp này xác đònh góc mở α
* Khối tạo xung TX: khối này tạo xung theo yêu cầu
* Khối phân chia xung PCX: có nhiệm vụ dẫn xung đến các Thysistor,
thông thường dùng biến áp và biến áp này được gọi là biến áp xung.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-23-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
Ưu điểm của biến áp xung:
+ Cách li về điện áp giữa mạch động lực và mạch điều khiển.
+ Bên thứ cấp dùng nhiều cuộn dây, có thể nối đến các thysistor dễ
dàng không gây ra ngắn mạch và đảo cực tính cũng rất dễ dàng.
Trong thực tế khi thiết kế và lắp ráp mạch thì khối 1 và khối 2 đi kèm
nhau, khối 4 và khối 5 đi kèm nhau.
Từ 5 khối này ta gộp thành 3 khối sau:
u1
ĐBH
FXRC
SS
TX
kt
k
Hình 1.11. Sơ đồ khối mạch phát xung
1: khối đồng bộ hoá phát xung răng cưa.
2: khối so sánh.
3: khối tạo xung và phân chia xung.
2.3.1. Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa
Để thực hiện chức năng đồng bộ hóa, ta có thể sử dụng mạch phân áp
bằng điện trở hay kết hợp điện dung, điện cảm. Tuy nhiên, phương pháp này
có nhược điểm là không cách ly với điện áp cao của mạch động lực. Do vậy
phương pháp này ít dùng.
Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong
đó cuộn sơ cấp nối với lưới điên, cuộn thứ cấp cho điện áp đồng bộ. Góc lệch
pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ tính toán sao cho góc lệch pha của U db phù hợp
với thời điểm mở tự nhiên của các thysistor.
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-24-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
Đồ n Tốt Nghiệp
Trường Đại Học Quy Nhơn
Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo sóng răng cưa như:
• Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng Điốt, điện trở, tụ điện (R - C - D).
• Sơ đồ phát sóng răng cưa dùng D - R - C nạp điện cho tụ bằng nguồn
một chiều ổn đònh.
• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Tranzitor.
• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng D - R - C và Tranzitor nạp tụ
bởi dòng không đổi.
• Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán.
Trong các mạch đó thì sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch
khuếch đại thuật tốn tạo điện áp ra có dạng răng cưa, có dạng điện áp ra hầu
như không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa, sóng
răng cưa có độ tuyến tính cao, độ dốc sườn trước lớn...Vì những ưu điểm đó
ta chọn sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật tốn.
a. Sơ đồ nguyên lý mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa:
i1
ic
ivuv
iv+
1.12
SVTH: Nguyễn Văn Nam
-25-
Lớp: Điện Kỹ Thuật_K27
