Đồ án khởi động mềm dùng tiristo + diot

Thiết kế môn học

Điện tử công suất

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, rất
nhiều loại máy móc thiết bị mới ra đời, phục vụ trong công nghiệp và sinh hoạt.
Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực
cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, nguồn động lực cho các máy công cụ ở các
nhà máy công nghiệp nhẹ,…
Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió,trong nơng nghiệp
dùng làm máy bơm hay máy gia công sản phẩm,trong đời sống hàng ngày, máy
điện không đồng bộ cũng dần dần chiếm được một vị trí quan trọng: Quạt gió,
máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh,…Bởi nó có những ưu điểm nổi bật hơn so
với máy điện một chiều cũng như máy điện đồng bộ, đó là:Có kết cấu đơn giản,
dễ chế tạo,làm việc chắc chắn, vận hành tin cậy, chi phí vận hành, bảo trì sửa
chữa thấp, hiệu suất cao, giá thành hạ.
Tuy nhiên, máy điện không đồng bộ chủ yếu được sử dụng ở chế độ động
cơ và động cơ điện. Chúng có một số nhược điểm đó là dịng điện khởi động
động cơ khơng đồng bộ thường lớn(từ 4 đến 7 lần dịng điện định mức). Dịng
điện mở máy q lớn khơng những làm cho máy bị nóng mà cịn làm cho điện
áp lưới giảm sút nhiều, nhất là đối với những lưới điện cơng suất nhỏ.
Do đó vấn đề đặt ra là ta phải giảm được dòng điện mở máy của
động cơ không đồng bộ , đặc biệt là đối với động cơ khơng đồng bộ rơto lồng
sóc. Bởi vì việc tác động vào động cơ rơto lồng sóc khó khăn so với động cơ
không đồng bộ rôto dây quấn. Đối với động cơ đồng bộ mặc dù có cấu tạo phức
tạp, mở máy rất khó khăn nhưng lại có những đặc tính q giá như hệ số cơng
suất cosφ rất cao, không cần lấy công suất phản kháng từ lưới và khả năng tải
lớn hơn do mômen chỉ tỷ lệ bậc nhất với điện áp. Vì vậy người ta cố gắng khắc
phục những nhược điểm của động cơ đồng bộ. Trong đó việc tìm ra phương
pháp khởi động động cơ một cách hiệu quả nhất được quan tâm thường là khởi

động động cơ theo phương pháp không đồng bộ.
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

1


Thiết kế môn học

Điện tử công suất
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

1.1.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
1.1.1.ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO
Động cơ không đồng bộ gồm có 2 phần chính: phần tĩnh và phần quay

a. Phần tĩnh
Lõi thép stato : do nhiều lá thép kĩ thuật đã dập sẵn, ghép cách điện
với nhau chiều dày các lá thép thường từ 0.35mm đến 0.5mm phía trong có các
rãnh đặt dây quấn. Mỗi lá thép được sơn cách điện với nhau để giảm tổn hao do
dịng điện xốy gây nên. Nếu lá thép ngắn có thể ghép lại thành 1 khối. Nếu lá
thép quá dài thì xếp lại thành các thếp, mỗi thếp dài từ 6cm đến 8cm, cách nhau
1cm để thơng gió.

Sinh viên: Nguyễn Xn Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

2


Thiết kế môn học

Điện tử công suất

Dây quấn : Được đặt trong lõi các rãnh của lõi thép , xung quanh
dây quấn có bọc lớp cách điện để cách điện với lõi thép . Với động cơ không
đồng bộ ba pha các pha dây quấn đặt cách nhau 120 độ điện.
Vỏ máy : Để bảo vệ và giữ chặt lõi thép stato ,và không dùng để
dẫn từ. Vỏ máy làm bằng nhôm (máy nhỏ) hoặc bằng gang , thép đối với (máy
lớn). Vỏ máy có chân đế cố định máy trên bệ , hai đầu có nắp máy để đỡ trục
rôto và bảo vệ dây quấn.
b.

Phần quay

Lõi thép rôto: Cũng gồm các lá thép kĩ thuật điện ghép lại giống ở stato.
Lõi thép được ép trực tiếp lên trục ,bên ngồi có sẻ rãnh để đặt dây quấn .
Trục máy: Được làm bắng thép, có gắn lõi thép rơto .Trục được đỡ trên
nắp máy nhờ ổ lăn hay ổ trượt .
Dây quấn :Tuỳ theo động cơ không đồng bộ mà ta chia ra rơto dây quấn
hay rơto lồng sóc.


Rơto kiểu dây quấn : Rơto dây quấn có kiểu giống như dây quấn

stato và có số cực bằng số cực ở stato . Trong động cơ trung bình và lớn dây
quấn được quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối , kết cấu dây
quấn chặt chẽ . Trong động cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp .
Dây quấn ba pha của động cơ thường đấu hình sao , ba đầu ra của nó nối với ba
vòng trượt bằng đồng thau gắn trên trục của rơto .Ba vịng trượt này cách điện
với nhau và với trục ,tỳ trên ba vòng trượt là ba chổi than .Thơng qua chổi than
có thể đưa điện stato 6 trở phụ vào mạch rơto,có tác dụng cải thiện tính năng

mở máy , điều chỉnh tốc độ , hệ số công suất được thay đổi .


Rơto lồng sóc : Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn

là các thanh đồng hay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rôto . Hai đầu các
thanh dẫn nối với các vịng đồng hay nhơm gọi là vịng ngắn mạch . Như vậy
dây quấn rơto hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc.

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

3


Thiết kế mơn học

Điện tử cơng suất

Ngồi ra Giữa phần tĩnh và phần quay là khe hở khơng khí , khe hở rất ít
thường là 0,2 0 mm đến 1.mm, do rơto là khối trịn nên rơto rất đều . Mạch từ
động cơ khơng đồng bộ khép kín từ stato sang rơto qua khe hở khơng khí. Khe
hở khơng khí càng lớn thì dịng từ hố gây ra từ thơng cho máy càng lớn hệ số
công suất càng lớn.
Đặc điểm:
+ Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
+ Làm việc chắc chắn, vận hành tin cậy.
+ Chi phí vận hành và bảo trì sửa chữa thấp ,hiệu suất cao,giá thành
hạ.
+ Máy điện không đồng bộ sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều do
đó ta khơng cần phải tốn thêm chi phí cho các thiết bị biến đổi.

Tuy nhiên bên cạnh đó động cơ khơng đồng bộ vẫn cịn có nhiều
nhược điểm(cosj của máy thường khơng cao , đặc tính điều chỉnh của máy
thường không tốt...) . Nhưng nhược điểm lớn nhất của động cơ khơng đồng bộ là
dịng khởi động thường lớn ( từ 4 đến 7 lần dòng định mức). Dịng điện mở máy
q lớn khơng những làm cho bản thân máy bị nóng và chóng hỏng mà nó còn
làm cho điện áp lưới khi khởi động sụt giảm mạnh.
Do đó vấn đề mà ta cần giải quyết là phải giảm được dịng khởi
động trong q trình mở máy của động cơ không đồng bộ, đặc biệt là với động
cơ khơng đồng bộ rơto lồng sóc. Bởi vì việc tác động vào động cơ rơto lồng sóc
khó khăn hơn so với động cơ không đồng bộ roto dây quấn. Tuy nhiên, hiện nay
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

4


Thiết kế môn học

Điện tử công suất

cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử và việc áp dụng những ứng dụng
của điện tử công suất vào trong sản xuất thì vấn đề này đã trở nên dễ dàng hơn.
1.1.2 .ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
Ngày nay, các hệ thống điện được sử dụng rất rộng rãi trong các
thiết bị hoặc dây truyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong
các thiết bị điện dân dụng…Ước tính có khoảng 50% điện năng sản ra xuất được
tiêu thụ bơi các hệ thống truyền động điện.
Động cơ không đồng bộ là loại máy được sử dụng khá rộng rãi
trong mọi hoạt động sản xuất :
+Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm
nguồn

động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở

các nhà

máy công nghiệp nhẹ ....
+Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió.
+Trong nơng nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công sản

phẩm.
+Trong đời sống hàng ngày động cơ không đồng bộ cũng dần
dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa , động cơ trong tủ
lạnh....
1.2.CÁC BIỆN PHÁP KHỞI ĐỘNG
Khi bắt đầu mở máy thì roto đang đứng yên, hệ số trượt s=1 nên
trị số dòng điện mở máy tính theo mạch điện thay thế bằng :
Ik 

U1
(r1  C1r2) 2  ( x1  C1x 2)

Từ công thức trên ta thấy , dòng điện khởi động động cơ không
đồng bộ phụ thuộc vào bản thân cấu tạo của động cơ và phụ thuộc nhiều vào
điện áp lưới .
Trên thực tế , do mạch từ tản bão hòa rất nhanh, điện kháng
giảm xuống nên dòng điện mở máy còn lớn hơn so với trị số tính theo cơng thức
trên,ở điện áp định mức .thường dòng mở máy bằng 4 đến 7 lần dòng định
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

5

Thiết kế mơn học

Điện tử cơng suất

mức .Điều đó khơng những làm cho động cơ nhanh bị hỏng mà còn làm cho
điện áp lưới mỗi khi khi khởi động giảm nhiều .Do đó nhất thiết ta phải làm
giảm dịng điện mở máy .
1.2.1.u cầu khi khởi động
+ Phải có mơmen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính
cơ của tải .
+ Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt .
+ Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản , rẻ
tiền , chắc chắn
+ Tổn hao cơng suất trong q trình mở máy càng nhỏ càng
tốt
1.2.2. Các phương pháp khởi động
1.2.2.1.Khởi động trực tiếp
Đây là phương pháp đơn giản nhất, ta đóng trực tiếp động
cơ điện vào lưới điện .Khi đó điện áp U 1 đặt vào dây quấn stato bằng điện áp
lưới .Do đó dịng điện mở máy lớn , nếu quán tính của tải lớn thời gian mở máy
dài thì sẽ có thể làm cho máy sinh nhiệt và ảnh hưởng điện áp lưới.
1.2.2.2.Khởi động bằng hạ điện áp
Từ cơng thức của dịng điện mở máy ta thấy, nếu giảm điện
áp đặt vào stato khi mở máy thì sẽ giảm được dịng điện mở máy. Nhưng hạ điện
áp mở máy thì cũng sẽ làm cho mômen khởi động giảm xuống.
Mk 

m1pU12 r2

2 f1[(r1 +C1r2) 2  (x1  C1x 2) 2 ]

a. Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato
Đây là phương pháp sử dụng điện kháng mắc nối tiếp với
mạch điện stato. Sau khi mở máy xong thì bằng cách đóng cầu dao D 2 thì điện
kháng này bị nối ngắn mạch (như hình vẽ). Điều chỉnh trị số của điện kháng thì
có thể có đợc dịng điện mở máy cần thiết . Do có điện áp đặt lên điện kháng nên
điện áp mở máy sẽ nhỏ hơn điện áp lưới .
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

6


Thiết kế môn học

Điện tử công suất

Ưu điểm: Thiết bị khá đơn giản .
Nhược điểm : khi giảm dòng khởi động thì mơmen khởi
động của động cơ giảm xuống bình phương lần.
b.Dùng biến áp tự ngẫu
Dùng một biến áp tự ngẫu T, bên cao áp nối với lưới điện ,
bên hạ áp nối với động cơ điện .Sau khi mở máy xong thì cắt máy biến áp T ra
khỏi mạch điện
( bằng cách đóng cầu dao D2 vào và mở D3 ra ).

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

7

Thiết kế môn học

Điện tử công suất

Ưu điểm: Khi khởi động động cơ sẽ cho mômen khởi động lớn
hơn so với phương pháp nối điện kháng vào mạch stato.
c.Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y- D
Khi mở máy ta đấu hình Y, sau khi máy đã khởi động xong
thì đổi lại đấu hình

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

8


Thiết kế môn học

Điện tử công suất

Ưu điểm: Tương đối đơn giản, rẻ tiền được sử dụng rộng rãi
đối với động cơ điện khi làm việc đấu D .
Nhược điểm:Do tính chất của việc đổi nối Y - D nên có dịng
điện và mơmen khởi động bằng 1/3 dịng điện và mômen khi mở máy trực tiếp .
Khi mở máy thì ta đóng cầu dao D 1 cịn cầu dao D2 đóng về phía bên dưới ,máy
đấu theo hình Y . Khi máy khởi động xong thì đóng cầu dao D 2 về phía trên,
máy đấu theo hình D
d. Sử dụng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha
Ta sử dụng 3 cặp( thyristor +Diot ) đấu song song ngược
theo sơ đồ như hình vẽ:

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

9


Thiết kế mơn học

Điện tử cơng suất

Ưu điểm: Có thể hạn chế dòng dễ dàng bằng điều chỉnh
điện áp xoay chiều nhờ vào việc điều chỉnh góc a thích hợp của các xung điều
khiển đặt vào các thyristor.
Nhược điểm: Dòng điện và điện áp ra đều có dạng khơng
sin nhưng do thời gian mở máy rất ngắn (thường từ 1¸ 3 giây) .
Do đó ta chọn phương án sử dụng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều
để thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc.
1.3.U CẦU CƠNG NGHỆ
1.3.1. u cầu: Thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ không
đồng bộ 3 pha
1.3.2. Mục tiêu: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều
1.3.3. Thông số:

Điện áp:380V, Công suất:120KW

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

10

Thiết kế môn học

Điện tử công suất
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT

2.1.CHỌN MẠCH CÔNG SUẤT
Các cặp (Tiristor+ Diot) được đấu song song ngược với nhau trong
mạch.
2.1.1: Bộ điều áp xoay chiều 3 pha dùng Tiristo mắc vào tải,tải
đấu tam giác
Sơ đồ:

Ưu điểm: Do các bộ tiristo nối ngược nhau và nối tiếp với tải
mắc tam giác nên mỗi pha làm việc độc lập nhau mà không phụ thuộc vào pha
khác. Bởi vì khi có 1 triristor dẫn lập tức pha nối với nó được nạp điện áp
dây,dịng điện sẽ chạy qua tải.
Dạng điện áp ra giống như bộ điều áp xoay chiều 1
pha nhưng điện áp các pha lệch nhau 120 độ và đó là điện áp dây.
Giảm được lượng sóng hài bậc 3 và bội ba do nguồn
cấp đưa tới.
Nhược điểm: Sơ đồ đấu nối phức tạp,điện áp đặt lên các van
lớn vì điện áp các pha là điện áp dây.

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

11


Thiết kế môn học

Điện tử công suất

2.1.2:Bộ điều áp xoay chiều 3 pha có Tiristo nối tại trung tính hình
học
Sơ đồ:

Từ hình vẽ ta thấy khi khơng Thyristor nào dẫn điểm trung tính hở, khơng
pha nào dẫn điện. Khi có 1 Thyristor thơng thì chỉ có 2 pha nối với Thyristor
thông dẫn điện, điện áp đặt lên 2 pha này là điện áp dây. Điện áp đặt lên 1 pha sẽ
bằng điện áp dây chia đôi. Khi 2 hoặc 3 Thyristor dẫn điện thì điểm trung tính
được nối, cả 3 pha cùng dẫn điện, điện áp đặt lên các tải bây giờ là điện áp pha
của nguồn nạp. Như vậy điện áp trên tải gồm những đoạn điện áp dây và điện áp
pha của điện áp nạp. Những đoạn cả 3 pha cùng dẫn điện là đối xứng, còn đoạn
chỉ có 2 pha dẫn điện là khơng đối xứng.
Ưu điểm: Số van giảm đi một nửa nên tiết kiệm chi phí.
Phạm vi điều chỉnh góc điều khiển của sơ đồ này
lên tới 210 độ
Nhược điểm: Do được mắc như vậy nên dòng qua các van
lớn.

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

12


Thiết kế môn học

Điện tử công suất

2.1.3: Bộ điều áp xoay chiều 3 pha dùng (Tiristor+Diot) đấu nối sao

không dây trung tính
Sơ đồ:

+Hình dáng và giá tri hiệu dụng của điện áp tải ở mỗi pha
phụ thuộc vào thông số mạch tải và góc mở a.Các thyristor được điều khiển mở
theo trình tự 1,3,5,1,3,5…..
+Khi tải 3 pha đối xứng thì điện áp tải,dịng điện tải thì
điện áp tải,dịng điện tải ở các pha có dạng như nhau,lệch nhau 2/3.Do đó ta
xét dòng điện tải pha a.
Để vẽ điện áp ra tải ta thực hiện theo nguyên tắc:


Góc mở a phụ thuộc vào góc lệch pha j là góc lệch

giữa điện áp và dòng điện nguồn.


Khi 3 thyristor ở 3 pha cùng mở cho dịng điện chảy qua

thì điện áp tải bằng điện áp tương ứng của nguồn .


Khi chỉ có 2 thyristor ở 2 pha mở cho dòng chảy qua thì

điện áp pha tải đang xét bằng nửa điện áp giữa 2 pha.
Giả thiết điện áp nguồn 3 pha đối xứng:
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

13

Thiết kế môn học

Điện tử công suất

ua + ub + uc =0
ua =

2 Usin q

ub=

2 Usin (q - 2π/3)

uc =

2 Usin (q - 4π/3)

uab= ua - ub =
uab= ua - ub =

6 Usin (q +π/6)

6 Usin (q - π/6)

Tiristo T1 được mồi ở α = q ,còn T3 ở α = q +2π/3 và T5 ở α = q
+4π/3
Ba dòng điện ia , ib, ic giống nhau ở một phần ba chu kỳ, nhưng ở nửa chu
kỳ âm khác nửa chu kỳ dương,do vậy điện áp trên tải pha A, pha B, pha C và
của các Tiristo T1 ,T3, T5 là khac nhau vì có diot nên khơng có giá tri âm.

+Nếu tải thuần trở có ba chế độ làm việc liên tiếp sau đây khi α đi từ 0
đến 7π/6.
Khi 0 < α < π/2: ba hoặc hai van dẫn.

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

14


Thiết kế môn học

Điện tử công suất
Đồ thị với α = 45

Khi π/2 < α < 2π/3: ba ,hai hoặc khơng có van dẫn.

Đồ thị với α = 105
Khi 2π/3 < α < 7π/6 : Hai hoặc khơng có van dẫn.

Đồ thị với α = 135

Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

15


Thiết kế mơn học

Điện tử cơng suất
+Nếu tải R-L có modun Z và góc pha để làm thay đổi trị

hiệu dụng của dòng điện ia , ib, ic từ cực đại đến khơng thì góc mồi α phải tăng từ
j đến 7π/6.

Các cuộn dây stator của động cơ không đồng bộ 3 pha thuộc dạng
tải trở -cảm (R+L).

Ưu điểm:

Sơ đồ lắp giáp đơn giản,điện áp đạt lên các van nhỏ.
Tiết kiệm chi phí hơn so với sơ đồ mắc song song ngược 2

Tiristo.
Nhược điểm: Điện áp và dòng điện trên tải không đối xứng nên chỉ sử
dụng cho những máy cơng suất nhỏ vì ảnh hưởng quan trọng của các điều hòa
bậc cao.Điều hòa bậc hai sẽ tạo nên momen phản kháng lớn đối với máy điện
quay.
2.2/PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN
Từ những phân tích ưu,nhược điểm trên ta thấy bộ điều áp 3 pha nối sao
khơng dây trung tính có sơ đồ lắp giáp đơn giản,phù hợp với yêu cầu đồ án của
em đặt ra nên em chọn bộ điều áp này để thiết kế bộ khởi động mềm cho động
cơ khơng đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc.
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

16


Thiết kế mơn học

Điện tử cơng suất

2.3.TÍNH TỐN CHỌN VAN
Từ đồ thị điện áp của bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 3 pha ta sẽ tính
được điện áp ngược lớn nhất đặt lên Tiristor và Diot và dòng trung bình qua
chúng.
Việc tính chọn Tiristor và Diot sẽ dựa vào các thong số Ungmax và Itb.
Giả sử động cơ 3 pha mà ta cần điều khiển có các thong số sau:
P = 120 KW
Ud=380V

cos j = 0.82
n=1448v/ph
Hiệu suất: h = 0.95
Điện áp ngược lớn nhất đặt lên mỗi van là:
Ungmax = 2 Ud = 6 Up
Ungmax= 2 Ud= 2 .380 = 537,40(V)
Điện áp van cần có là:

Uv = ku.Ungmax = 1,6x537,40 = 859,84(V)
Ku - là hệ số dự trữ điện áp
Dòng điện tải là :

It = h

P
3U dm

120000
3.380.0,82

cos j = 0,95.

= 234,05(A)

Dịng trung bình qua mỗi van là ;

Itb =

It
234,05

117,03 (A)
2
2

Dòng điện làm việc của tiristor là 117,03 A là tương đối lớn, do đó tổn
hao năng lượng trên tiristor và điot cũng khá lớn vì vậy ta phải lựa chọn làm mát
cho phù hợp để đảm bảo cho tiristor và điot hoạt động bình thường và hết cơng
suất.
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

17


Thiết kế môn học

Điện tử công suất

Các phương pháp làm mát:
+Làm mát tự nhiên: Dùng cánh tản nhiệt và thông gió tự

nhiên , phương pháp này đạt hiệu suất 25%-30%.

+Làm mát bằng thơng gió cưỡng bức: Bằng cách lắp quạt
gió vào cánh tản nhiệt với tốc độ 15m/s,hiệu suất sử dụng 30% - 40%.
+ Làm mát bằng nước: Cho nước chảy hoàn toàn qua
van,hiệu suất đạt 90%.
Từ các phương pháp làm mát ta lựa chọn phương pháp làm mát bằng
cánh tản nhiệt có quạt gió cưỡng bức với tốc độ gió 12m/s với điều kiện làm mát
này tiristor và điot có thể làm việc với 35% dịng định mức.
Do đó dòng điện của van cần chọn là:

Iv =

117,03
334,37
35%

(A)

Tiristo và diot mắc vào lưới xoay chiều 50Hz nên thời gian chuyển
mạch của Tiristo và diot không ảnh hưởng lớn đến việc chọn van.
Từ các thông số trên ta lựa chọn loại tiristo và diot sau:
+Diot : Ta chọn van FD400DL200 có thơng số sau:
Dịng điện chỉnh lưu cực đại: Imax = 400 (A)
Điện áp ngược: Un = 1000 (V)
Dòng điện đỉnh:10000(A)
Điện áp rơi trên van :∆U =1,55 (V)
Dòng điện thử cựu đại: Ith =1200(A)
Dòng điện rò: 3mA
Nhiệt độ cho phép:125 C

+Tiristo: Ta chọn van TA449-10W có thơng số sau:
Dịng điện làm việc cựu đại : Imax = 400 (A)
Điện áp ngược lớn nhất : Ungmax = 1000 (V)
Dòng điện đỉnh cực đại: I= 4000 A
Dòng điện xung điều khiển: 400mA
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

18


Thiết kế môn học

Điện tử công suất
Điện áp xung điều khiển:5V
Dịng duy trì: 80mA
Dịng điện rị: 40mA
Sụt áp trên van: 2,2V
: 1000V/s
:1000A/s
Thời gian chuyển mạch: 100s
Nhiệt độ cho phép:125C

2.4.TÍNH TỐN BẢO VỆ VAN
2.4.1.Bảo vệ quá nhiệt cho van
Khi làm việc với dịng điện có dịng chạy qua trên van có sụt áp, do đó có
tổn hao cơng suất DP tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. mặt khác
van bán dẫn chỉ cho phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép T cp cho phép nào đó,
nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn dễ bị phá hủy. để van bán dẫn
làm việc an tồn khơng bị chọc thủng vì nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống
tản nhiệt hợp lí.

Tính tốn cánh tản nhiệt
Tổn hao công suất trên một tiristor: DP = DU.Ilv =2,2.117,03 =257,466
W
Tổn hao công suất trên một Diot: DP = DU.Ilv =1,55.117,03 =181,397
W
DP

Diện tích bề mặt tản nhiệt: Sm  K .
m
Trong đó: DP – tổn hao cơng suất
 - độ chênh lệch so với môi trường.
Chọn nhiệt độ môi trường là : Tmt = 400C,
Nhiệt độ làm việc cho phép của tiristor là Tcp = 1250C
Nhiệt độ làm việc cho phép của Diot là Tcp = 1250C
Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt Tlv = 800C
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

19


Thiết kế môn học

Điện tử công suất
 = Tlv – Tmt = 80 - 40 = 400C

km : hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. chọn km = 8 (w/m2 )
Vậy ta có diện tích của bề mặt tản nhiệt:
Tiristo:
Sm =

=8045 (cm )

Diot:
= 5668 (cm )
Tiristo:
Chọn loại cánh tản nhiệt có 40 cánh, kích thước mỗi cánh: a x b = 10
x 10 (cm x cm)
Vậy tổng diện tích tản nhiệt của cánh tản nhiệt: S = 40.2.10.10 =
8000(cm2)
Diot :
Chọn loại cánh tản nhiệt có 28 cánh, kích thước mỗi cánh: a x b = 10 x 10
(cm x cm)
Vậy tổng diện tích tản nhiệt của cánh tản nhiệt: S =28.2.10.10 =
5600(cm2)
2.4.2. Bảo vệ quá dòng cho van
Trong quá trình hoạt động và làm việc ta phải sửa chữa và bảo dưỡng
mạch động lực cũng như mạch điều khiển do vậy trong mạch cịn có thêm các
thiết bị bảo vệ đóng ngắt như: aptomat, cầu chì, cầu dao.
Như ta đã biết dòng điện tải: It =234.05 A
Ta chọn aptomat có thơng số và trị số như sau:
Itt =kmm.It= 6 x 234,05 = 1404,3 A
kmm = 5÷7
Ta có Itt của cầu chì là :
Itt =
kmm = 5÷7 ; C = 2.5
Itt = =561,72 (A)
Sinh viên: Nguyễn Xuân Tuấn - Lớp ĐTĐ49 -ĐH1

20