[123doc] - thiet-ke-nguon-cap-dien-cho-dong-co-mot-chieu-kich-tu-doc-lap-dam-bao-yeu-cau-toc-do-tron-on-dinh-chong-qua-tai-va-chong-mat-kich-tu

Lời nói đầu
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ
của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công
nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử
có công suất lớn đà đợc chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng
dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho
yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loạI thiết bị này hết sức cần
thiết đối với lạI kỹ s ngành điện
Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng
động cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. Việc
sử dụng động cơ điện một chiều với nhiều mục đích nh để bảo đảm
yêu cầu công nghệ của phụ tải
Để hiểu rõ đợc vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một
chiều thì trong bản đồ án môn học này đợc sự hớng dẫn của thầy Đỗ
Trọng Tín với nội dung :
Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập
đảm bảo yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống
mất kích từ
Bản đồ án của em gồm

Trong bản đồ án này mặc dù em đà cố gắng song với sự hiều biết và
những kiến thức đà học còn hạn chế nên bản đồ án của em không
tránh khỏi những thiếu sót.Em kính mong nhận đợc sự góp ý và chỉ
bảo tận tình của các thầy cô giáo và của các bạn để bản đồ án của
em đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên
Đào xu©n Hïng

1

.

Chơng I: Giới thiệu về động cơ một chiều
I-

Cấu tạo của động cơ một chiều
- những phần chính của máy ®iƯn mét chiỊu gåm stato víi
cùc tõ , roto víi dây quấn và cổ góp với chổi điện
a- stato: còn gọi là phần cảm gồm một lõi thép bằng
thép đúc vừa là mạch từ vừa là vỏ máy
+ cực từ chính : có dây quấn kích từ lồng vào lõi sắt cực từ , lõi thép
cực từ làm bằng thép kỹ thuật điện mỏng, các cuộn kích từ đợc quấn
bằng dây đồng bọc cách điện và đợc nối nối tiếp với nhau
+ cực từ phụ : đợc đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi
chiều , lâi thÐp cđa cùc tõ phơ thêng lµm b»ng thÐp khối, trên thân
cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống nh dây quấn cực từ
chính
b- roto: còn gọi là phần ứng gồm lõi thép và dây quấn
phần ứng
- lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật dày 0,5
mm, phủ sơn cách điện ghép lại và đợc dập lỗ thông gió
và rÃnh để đặt dây quấn phần ứng
- cổ góp gồm các phiến góp làm bằng đồng đợc cách điện
có dạng hình trụ gắn ở đầu trục roto
- chổi điện làm bằng than graphit, các chổi tỳ chặt lên cổ
góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn lên nắp máy
IINguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
- Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than A,B trong
dây quấn phần ứng sinh ra dòng điện I . Các thanh dẫn

ab , cd có dòng điện nằm trong từ trờng sẽ chịu lực Fđt tác
dụng làm cho roto quay , khi phần ứng quay nửa vòng vị
trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến
góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không
đổi đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi , khi động
cơ quay các thanh dẫn cắt từ trờng sẽ cảm ứng sức điện
động E chiều quay xác định theo qui tắc bàn tay trái
Phơng trình điện áp :
2


III-

U = E + R .I
Phân loại về động cơ một chiều
- Động cơ một chiều đợc dùng rất phổ biến trong công
nghiệp giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị
cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi
rộng ( máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy tiện.)
- cũng nh máy phát, động cơ điện một chiều đợc phân loại
theo kích thích từ thành các động cơ điện kích từ độc lập ,
kÝch thÝch song song, kÝch thÝch nèi tiÕp vµ kÝch thích hỗn
hợp
- Giới thiệu về động cơ kích từ độc lập
URf

E
I
UCKT

Rkt

Ikt
Ukt

Hình 1: sơ đồ nối dây của động cơ một chiỊu kÝch tõ ®éc lËp
- Khi ngn ®iƯn mét chiỊu có công suất không đủ lớn thì
mạch điện phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai
nguồn một chiều độc lập với nhau và lúc này động cơ đợc
gọi là động cơ kích từ độc lập
b- Phơng trình đặc tính cơ
phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ ®iƯn mét chiỊu kÝch
tõ ®éc lËp
ω=

U u Ru + R f

.I u
K
K

nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép của mômen cơ
trên trục động cơ bằng mômen ®iƯn tõ ta kÝ hiƯu lµ M, nghÜa

3


là Mđt = Mcơ = M thì ta có phơng trình đặc tính cơ của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập
=

-

Ru + R f
Uu

.M
K ( K ) 2

Giả thiết phản ứng phần ứng đợc bù đủ, = const thì các
phơng trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là tuyến tính
K=

p.N
2 a

Trong đó:
: tốc độ gãc , rad/s
φ : tõ th«ng kÝch tõ díi mét cực từ
U : điện áp phần ứng
R : điện trở phần ứng
Rf : điện trở phụ trong mạch phần ứng
I : dòng điện trong mạch phần ứng
Đồ thị mô tả phơng trình đặc tính cơ

0
đm

Mđm

M

IV- Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng
-Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông cơ điện một chiều cần có
thiết bị nguồn nh máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ
chỉnh lu điều khiển các thiết bị này có chức năng biến đổi lợng
xoay chiều thành một chiều có suất điện động Eb điều chỉnh đợc là
nhờ tín hiệu Uđk
LK

BBĐ

4


-Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống nh sau:
=

Eb
R + Rb
ud
.I u
K dm
K dm

vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng của đặc
tính cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tởng tuỳ
thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này là triệt để
- Để xác định dải điều chØnh tèc ®é ta thÊy r»ng tèc ®é lín nhÊt
cđa hệ thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với

điện áp định mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc
độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai
số tốc độ và mômen khởi động , khi mômen tải là định mức thì
giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của tốc độ là:
-

max = 0 max

M dm


min = 0 min

M dm



Để thoả mÃn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều
chỉnh phải có mômen ngắn mạch là:
Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm
Trong đó : KM: hệ số quá tải về mômen, do họ đặc tính cơ là những
đờng thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng
đặc tÝnh c¬ ta cã thĨ viÕt:

5


ω min = ( M nm min − M dm )

M

1
= dm ( K M − 1)
β
β

M dm
ω0 max β
−1
β
M dm
=
M
K M −1
− 1) dm
β

ω0 max −
D=

( KM

* Ph¹m vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào

omax
max
đk1

0min

đk2

min
Mnmmin

Mđm

Chơng II: Lựa chọn phơng án điều chỉnh
I-

Lựa chọn phơng án
- Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các
bộ chỉnh lu với mục đích biến đổi năng lợng điện xoay
chiều thành năng lợng điện một chiều. Các loại bộ biến
đổi này có thể là chỉnh lu không điều khiển và chỉnh lu có
điều khiển
1- Phơng án 1: chỉnh lu điều khiển hình tia 3 pha:

T1
T2
T3

R

L
6


Ud

t1

t2

t3

t4



Id



T1


T2


T3



Do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn ®iƯn cho ®Õn
thêi ®iĨm t2
- Khi ®a xung vµo më T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngợc
đặt vào T1 làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính
khoá cỡng bức

- Từ thời điểm t2 ữ t3 thì T2 dẫn điện , là khi chúng ta mở T3
dòng điện đợc san phẳng lúc này điện cảm sẽ thu toàn bộ
những thành phần sóng điều hoà bậc cao nên nó sẽ duy
trì cho dòng điện là không đổi
- Giá trị điện áp ra trên tải:
Ud = 1,17.U2.cos
Ungmax= 2,45. U2
K®m = 0,25
-

7


Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3

Uf

Pd
= 0,74
Sba



+ u và nhợc điểm của chỉnh lu tia 3 pha
*u điểm : so với chỉnh lu một pha thì chỉnh lu tia 3 pha có
chất lợng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập

mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc
điều khiển các van tơng đối đơn giản
*nhợc điểm : sơ đồ chỉnh lu tia 3 pha có chất lợng điện áp ra

tải cha thật tốt lắm, khi cần chất lợng điện áp ra tốt hơn thì
dùng sơ đồ nhiều pha hơn.
Id
2- phơng
án 2 : sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha ®èi xøng

T
Ud

T
T

T

4

T

6
1

T

2

1

θ

3

1
5

iT1

R

RL

θ

iT3
θ
iT5
θ
iT2

iT4

θ

θ
iT6

8
θ


Điện áp trung bình trên tải
Ud =

6
2

5
+
6



6

+

2 .U 2 . sin .d =

3 6
.U 2 . cos


Điện áp ngợc cực đại đặt lên van
Ungmax=2,45U2
Số lần đập mạch trong 1 chu ky là 6
+ u và nhợc điểm của chØnh lu cÇu 3 pha
9


*u điểm : chất lợng điện áp tốt nhất, hệ số đập mạch tháp, thành
phần sóng hài nhỏ, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất
ã nhợc điểm : cần phải mở đồng thời hi van theo đúng thứ tự pha

nên rất phức tạp, nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa

chữaUf
3- phơng án 3 : sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha không đối xứng


~

Ud

D
D
Id

D

T

4

T

6
1

T

2

1

3
1
5



R

LR

iT1

iT2

iT3

ID1

ID2




ID3

10

Hoạt động của sơ đồ :
+trong khoảng 0ữ1: T5 và D6 cho dòng tải id = id chảy qua D6 đặt
điện thế U2b lên anôt D2
+ khi > 3 điện thế catôt D2 là U2c bắt đầu < U2b. Điốt D2 mở dòng
tải id = Id chảy qua D2 vµ T5 , Ud = 0
11


*khi θ =θ2 cho xung ®iỊu khiĨn më T1
- trong khoảng 2ữ 3: T1 và D2 cho dòng id chảy qua , D2
đặt điện thế U2c lên anôt D4
- khi 3 điện thế catot D4 là U2a bắt đầu < U2c điot D4 mở
dòng tải chảy qua D4 và T1, Ud = 0
- góc mở về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 ữ . Điện
áp chỉnh lu có thể điều chỉnh từ giá trị lớn nhất đến 0
Điện áp trung bình trên tải
Ud=UdI-UdII
Trong đó
U dI =

3
2π

6π
−α
6

∫

π
6

U dII =

3
2π

2 .U 2 . sin θ .dθ =

−α

11π
6

∫π

3 6
.U 2 . cos α
2π

2 .U 2 . sin θ .dθ = −

7
6

3 6
.U 2 . cos α
2π

Thay vµo ta có
Ud =

3 6
.U 2 .(1 + cos )
2

Điện áp ngợc cực đại đặt lên van
Ungmax=2,45U2
Số lần đập mạch trong 1 chu ky là 6
-Ưu nhợc điểm của sơ đồ
+Ưu điểm:sơ đồ có ít kênh điều khiển hơn so với sơ đồ cầu 3 pha
nên điều khiển dễ dàng hơn,đầu t ít hơn
+nhợc điểm: điện áp ra không đợc tốt nh sơ đồ cầu 3 pha đối
xứng,dải điều chỉnh điện áp không lớn lắm

Chơng III : Tính chọn mạch lực
I-Tính toán máy biến áp
Từ các thông số cơ bản : Ud = 600 V; Id = 220 A ta chän MBA 3
pha 3trụ
1- điện áp pha sơ cấp MBA

12


U1 = 220 (V)
Ta cã : Udo = Ud + 2.∆Udv + ∆Udn + ∆Uba
Trong ®ã :
∆Ud = 600 V
∆Ud = 1 V : sụt áp trên van

MBA

Uba = UR + UX : sụt áp trên điện trở và điện kh¸ng

chän ∆Uba = 6%.Ud = 0,06.600 = 36 (V)
→ Udo = 600 + 2.1 + 0 + 36 = 638 ( V )
cã :

U do =

3 6 .U 2
(1+cos α )
2Π

víi α = 400 →

U2 =

2 Π.U do

3 6 ( 1+cos α )

=

2 Π.638

3 6 ( 1+cos 40 )

=309 ( V )

Vậy điệ áp thứ cấp MBA là : U2 = 309 (V)
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp I2:
I2 =

2
2
Id =
.220 = 180( A)
3
3

+ Dòng sơ cấp máy biÕn ¸p I1:
I1 = K ba .I 2 =

U2
309
.I 2 =
.180 = 253( A)
U1
220

+ Công suất biểu kiến máy biến ¸p:
S = Ks.Pd = 1,05.Ud.Id = 1,05.600.220 = 139
(KVA)
2- tÝnh toán mạch lực
- Thiết diện trụ đợc tính theo công thøc

13

QFe = K Q .

(

S ba
139.103
= 6.
= 183 cm 2
m. f
3.50

trong đó :

K Q = 5,6 ữ 6,4

ta chọn

)

KQ = 6

m = 3 : sè trơ cđa m¸y biÕn ¸p
f: tần số nguồn xoay chiều f = 50 Hz
Để đảm bảo cho kích thớc của máy biến áp đợc phù hợp đảm bảo yêu cầu
công nghệ
ngời ta thờng chọn chiều dµi a vµ chiỊu dµy b sao
cho

b
= 1,25

a

Q Fe = a.b = 183 ( cm2) ta

dùa vµo tiÕt diƯn trơ

chän
a =11 ( cm)
b = 17 ( cm )
+ chän lo¹i thép 310, các lá thép dày 0,35mm

170mm
110mm

Chọn sơ bộ chiều cao trô: h = 2,5.a = 2,5 .110 = 275 (mm)
chọn h = 280 (mm)
+ Số vôn/ vòng là:
V/vòng = 4,44.BT.f.QFe.10-4
= 4,44.1.50.183. 10-4
14


= 4(V/vòng)
số vòng cuộn sơ cấp là :

W1 =

220
= 55
4

(vòng)

số vôn/vòng của cuộn thứ cấp máy biến áp là 2
số vòng cuộn dây thứ cấp là: W2

=

309
= 78 (vòng)
4

+Tính tiết diện dây dẫn:
.

.

Chọn mật độ dòng điện: J 1 = J 2 = 2 A / mm 2
+TiÕt diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
S1 =

I1
.

=

J1

(

253
= 128 mm 2
2

)

chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc sỵi thủ tinh cã
kÝch thíc :
a1.b1 = 4.16.2 (mm2)
kÝnh thíc dây kể cả cách điện:
S1cđ = 4,5.16,5.2(mm2)
+Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
S2 =

I2
.

J2

=

(

180
= 90 mm 2
2

)

chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thuỷ tinh có

kích thớc :
a2.b2 = 4.11.2 (mm2)
kính thớc dây kể cả cách điện:
S2cđ = 4,5.11,5.2(mm 2)
Tính số vòng dây trên một líp cđa cn s¬ cÊp
15


W11 =

h 2.hg
b1

.kc

trong đó : hg: là độ dày của tấm fit cách điện giữa gông va
dây quấn
chọn hg = 1,2 (cm)
kc = 0,95 : hƯ sè Ðp chỈt
h: chiỊu cao trơ
VËy:
W11 =

h − 2.hg
b1

.k c =

28 − 2.1,2
.0,95 = 15 (vòng)

1,65

Tính số lớp ở cuộn dây sơ cấp:
n11 =

W1
55
=
= 3,7 (líp)
W11 15

chän sè líp n11 = 4 (líp)
Chän 3 lớp đầu 14 vòng, lớp thứ 4 có số vòng là :
55 3.14 = 13 ( vòng)
+ Giữa 2 lớp đặt một lớp giấy cách điện dày: cd 11 = 0,1 (mm)
+ Bề dày cuộn sơ cấp
Bd1 = (a1 + cd11).n11 = ( 4,5 + 0,1 ).4 = 18,4(mm
TÝnh số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp
W12 =

h 2.h g
b2

.k c

trong đó : hg: là độ dày của tấm fit cách điện giữa gông va
dây quấn
chọn hg = 1,2 (cm)
kc = 0,95 : hÖ sè Ðp chỈt
16

h: chiỊu cao trơ
VËy:
W12 =

h − 2.h g
b2

.k c =

28 2.1,2
.0,95 = 23 (vòng)
1,1

Tính số lớp ở cuộn dây s¬ cÊp:
n12 =

W2
78
=
= 3,4 (líp)
W12 23

chän sè líp n12 = 4 (lớp)
Chọn 3 lớp đầu 19 vòng, lớp thứ 4 có số vòng là :
78 3.19 = 21 ( vòng)
+ Giữa 2 lớp đặt một lớp giấy cách điện dày: cd 12 = 0,1 (mm)
+ Bề dày cuộn sơ cấp
Bd2 = (a2 + cd12).n12 = ( 4,5 + 0,1 ).4 = 18,4(mm)

ã Kích thớc lõi sắt
Chọn khoảng cách giữa 2 trơ cđa MBA lµ :
c = 1,5.a = 1,5.110 = 165(mm)
+ Tỉng chiỊu dµi trơ:
l = 3.a + 2.c = 3.110 + 2.165 = 660 (mm)
+ Chọn gông từ
Để đơn giản ta chọn gông có tiết diện hình chữ
nhật có các kích thớc sau:
+ Chiều dài của gông bằng chiều dÇy cđa trơ: bg = b =
170(mm)
+ ChiỊu cao cđa g«ng b»ng chiỊu réng cđa trơ: ag = a =
110(mm)
TiÕt diƯn g«ng: Qg = ag.bg = 11,5.17,5 = 201,25(cm 2)
Tỉng chiỊu cao cđa MBA:
H = h + 2.a = 28,0 + 2.11,0 = 50 (cm)

17


h

ag
a

c

b

h

ag
a

c

b

II Tính chọn van và bảo vệ van
1. Tính chọn van
Van là 1 thiết bị rất quan trọng trong mạch lực .Trong quá trình
làm việc,van rất nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ,điện áp và dòng
điện
2 thông số để chọn van là điện áp và dòng điện
Điện áp ngợc lớn nhất đặt trên van:
U ng max = 6 .U 2 = 6 .309 = 756,9(V )

Chän Ungmax = 757(V)
→ Điện áp ngợc mà van chịu đợc là:
Ungv = kdtU.Ungmax = 1,4.757 = 1000 (V)
kdtU : hƯ sè dù tr÷ điện áp chọn kdtU = 1,4
-Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, nhiệt độ làm việc
của van không vợt quá trị số cho trớc, vì vậy cần có phơng
thức làm mát cho van. Có 3 phơng pháp làm mát là:
+ làm mát bằng gió tự nhiên

18


Khi van bán dẫn đợc làm mắc vào cánh toả nhiệt
bằng đồng hay bằng nhôm, nhiệt độ của van đợc

toả ra môi trờng xung quanh nhờ bề mặt của cánh
toả nhiệt. Sự toả nhiệt nh trên là nhờ vào sự chênh
lệch giữa cách tản nhiệt với môi trờng 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 đợc làm mát bằng
cánh toả nhiệt mà chỉ nên cho van làm việc với
dòng điện Ilv = 25% iđm
+ Làm mát bằng thông gió cỡng bức
- - Khi có quạt đối lu 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 trờng tốt
hơn, hiệu suất cao hơn. Do đó cho van làm việc
với dòng điện
- Ilv = 35%i đm
+ Làm mát bằng nớc:
- - Khi làm mát bằng nớc hiệu suất trao đổi nhiệt tốt
hơn, cho phép làm việc với dòng điện Ilv = 90% iđm.
Quá trình làm mát bằng nớc phải đảm bảo xử lý nớc không dẫn điện. Bằng cách khử ion trong nớc
hoặc giảm độ dẫn điện của nớc ( tăng điện trở nớc) theo nguyên tắc chiều dài hay giảm tiết diện đờng cong ống dÉn níc ta cã thĨ coi ®é dÉn ®iƯn
cđa níc không đáng kể.
*Ta chọn chế độ làm mát bằng thông gió tự nhiên.
Trong chế độ này thì Ilv = 25% i®m
-

trong ®ã: I lv =

I d 220
=

= 73,33( A)
3
3

do ®ã Iđmv = Ilv.4 = 73,33.4 = 293,32 (A)
vì vậy ta phải chọn van chịu đợc dòng điện là:
Iđmv = kđtI.4 = 1,4.293,32 = 410,65 (A)
Từ các thông số tính toán ở trên ta chọn đợc 3 Tiristor
loại T 500-10 có các thông số
Umax = 1000 V
Iđm = 500 A

19


Igm = 400 mA
Ugm = 8 V
∆Uv =1V
dU/dt =100V/µs
di/dt = 20 A/às
Toff =120às
2. Tính bảo vệ van
ã Bảo vệ dòng điện cho van
+ Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ
khi quá tải và ngắt mạch Tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến
đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch đầu ra ở bộ
nghịch lu
+ Chän Aptomat cã:
I®m = 1,1.I1 = 1,1.253 = 278,3 (A)
+ Chỉnh định dòng ngắn mạch

Inm = 2,5.I1 = 2,5.253 = 632,5 (A)
+ Dòng quá tải:
Iqt = 1,5.I1 = 1,5.253 = 397,5 (A)
ã Bảo vệ quá điện áp cho van
Tiristor cũng rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp
định mức, ta gọi là quá điện áp
*Ngời 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 ngợc, các điện tích nói trên
đổi ngợc lại hàng trình tạo ra dòng điện trong khoảng thời gian
rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc 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 thờng xảy ra
ngẫu nhiên nh khi cắt không tải một máy biến áp trên đờng dây,
khi có sấm sét.....
Để bảo vệ quá điện áp , ngời ta thờng dùng mạch RC nh hình vẽ

20


Mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do
tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên.
Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp MBA là để bảo vệ quá điện áp
do cắt không tải MBA gây nên
* Các bớc tính toán
- Xác định hệ số quá điện áp theo công thức:
k=

U im. p

b.U im

- Xác định các thông số trung gian:
C*min(k) , R*max(k), R*min(k)
- Tính di/dt|max khi chuyển mạch
- Xác định điện lợng tích tụ Q= f(di/dt), sử dụng các đờng cong tra
trong sổ tay tra cứu
- Tính các thông số trung gian
2Q

C = C*min U
R*min

LU im
2Q

im

R R*max

LU im
2Q

Trong đó L là điện cảm của mạch RLC

21


Trong mạch bảo vệ quá điện áp ta chọn R=80

C=0,25àF

III/ Thiết kế cuộn kháng lọc
- Lấy công suất cuộn kháng läc SL= 5%Pd =0,05.600.200 =6600VA
- TiÕt diÖn cùc tõ chÝnh cđa cn kh¸ng läc:
SL
6600
=6
= 48,74(cm 2 )
'
2.50
f

QL=kQ
Chän QL = 48(cm2)
Trong đó kQ: hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát, chọn kQ = 6
Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngời ta thờng chọn sao cho
bL/aL=1,2ữ1,4
Do QL=bL.aL=48 cm2 nên ta chän aL=6cm, bL= 8cm
- Chän chiÒu cao hL = 2,5.aL = 2,5.6 = 15(cm)
- Chọn khoảng cách 2 trụ cL = 2aL = 2.6 = 12(cm)
- Tổng chiều dài mạch tõ
L = 2.cL+2.aL = 2.12+2.6 = 36(cm)
- Tỉng chiỊu cao trô
H = h+a = 15+6 = 21 (cm)

22


cL

h

aL/2

aL/2

Chơng IV
Thiết kế và tính toán mạch điều khiển

bL

I. Yêu cầu đối với mạch điều khiển
- Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong bộ biến đổi
tiristor vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định
chất lợng và độ tin cậy của bộ biến đổi . Yêu cầu của
mạch điều khiển có thể tóm tắt trong 6 điểm chính sau:
+ yêu cầu về độ rộng của xung
+ Yêu về độ lớn của xung
+ Yêu cầu về độ dốc sờn trớc của xung
+ Yêu cầu về sự đối xứng của xung
+ Yêu cầu về độ tin cậy
- Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ hơn để tiristor không tự
mở khi dòng rò tăng
- xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ , dao
động điện áp nguồn
- cần khử đợc nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm
+ Yêu cầu về lắp ráp vận hành
- Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh
Dễ lắp và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập
II. Nguyên lý chung của mạch điều khiển

1. Nhiệm vụ của mạch điều khiÓn:
23


Nhiệm vụ của mạch điều khiển là tạo ra các xung vào ở những thời
điểm mong muốn để mở các Tiristor của bộ chỉnh lu trong mạch động
lực.
Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dơng đặt
trên Anod và có xung áp dơng đặt vào cực ®iỊu khiĨn. Sau khi tiristor
®· më th× xung ®iỊu khiĨn không còn tác dụng gì nữa, dòng điện chảy
qua tiristor do thông số của mạch động lực quyết định
Mạch điều khiển có chức năng :
- Điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt trên Anod Catod của Tiristor
- Tạo ra đợc các xung đủ điều kiện mở tiristor
độ rộng xung tx > 10 às
Độ rộng xung đợc xác định theo biểu thức:
tx=

I dt
di / dt

Trong đó Idt: dòng duy trì của Tiristor
di/dt: tốc độ tăng trởng của dòng tải
Đối tợng cần điều khiển đợc đặc trng bởi góc
2. Cấu trúc của mạch điều khiển Tiristor

-

1

2

SS

1

3

4

T

Uđk

Hiệu điện áp uđk-urc đợc đa vào khâu so sánh 1, làm việc nh một trigơ
Khi uđk-urc = 0 thì trigơ lật trạng thái, ở đầu ra của nó ta nhận đợc một
chuỗi xung dạng sinus chữ nhật
Khâu 2 là đa hài 1 trạng thái ổn định
Khâu 3 là khâu khuyếch đại xung
Khâu 4 là biến áp xung
Bằng cách tác động vào uđk có thể điều chỉnh đợc vị trí xung điều
khiển, tức là điều chỉnh góc
24


3. Nguyên tắc điều khiển
Trong thực tế ngời ta thờng dùng 2 nguyên tắc điều khiển: thẳng
đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos để thực hiện việc điều chỉnh
vị trí xung trong nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt trên Tiristor
a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

UAK

0

t
Urc
t

0
Uđk + Urc







Uđk

Theo nguyên tắc này, ngời ta thờng dùng 2 điện áp:
- Điện áp điều khiển Uđk là điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh đợc
biên độ
- Điện áp đồng bộ Urc có dạng răng ca,đồng bộ với điện áp AnodCatod
Tổng đại số của Urc + Uđk đa đến đầu vào của một khâu so sánh.
Bằng cách làm biến ®ỉi U ®k ta cã thĨ ®iỊu chØnh ®ỵc thêi điểm xuất
hiện xung ra tức là điều chỉnh đợc góc α.
Khi U®k = 0 ta cã α = 0.
Khi U®k < 0 ta cã α > 0.
Quan hƯ gi÷a α và Uđk nh sau:
= .

U dk
U rc. max

b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

25