Đồ án điện tử công suất thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

LỜI MỞ ĐẦU
Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các
linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chố độ chuyển mạch và q trình biến đổi điện
năng.
Ngày này, khơng chỉ riêng gì các nước phát triển ngay cả ở nước ta các thiết bị
bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành cơng nghiệp và trong lĩnh vự sinh hoạt.
Các xí nghiệp, nhà máy như xi măng, thủy điện, giấy, dệt, sợi, đóng tàu…đang sử dụng
ngày càng nhiều những thành tựu của cơng nghiệp điện tử nói chung và điện tử cơng
suất nói riêng. Đó là mình chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này.
Với mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngày càng có nhiều xí
nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư
điện những kiến thức về điện tử công suất. Cũng với lỹ do đó, trong học kỳ này chúng
em được nhận đồ án môn học điện tử công suất với đề tài: “ Thiết kế bộ chỉnh lưu hình
tia ba pha”.
Với hướng dẫn của Cô giáo: Nguyễn Thị Điệp, chúng em đã tiến hành nghiên
cứu và thiết kế đồ án. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế
có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cơ đóng góp ý kiến để đồ án
của chúng em hoàn thiện hơn.
Chúng em xin trân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Khắc Việt

1


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

2

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

MỤC LỤC

3


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Đề tài: Thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha mắc trực tiếp vào lưới điện
3x380(V), 50Hz. Mạch cấp cho phụ tải thuần trở; yêu cầu Ud = (100 - 200)V;
Id = 210 A; kđm = 0,1.

Chương I: Giới thiệu chung về bộ chỉnh lưu
Phần 1: Các vấn đề chung của bộ chỉnh lưu
1.1: Cấu trúc
a) Định nghĩa:
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dịng điện xoay chiều thành năng
lượng dòng điện một chiều. Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng
rãi nhất trong thực tế.Sơ đồ cấu trúc thường gặp được của mạch chỉnh lưu như hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu
Trong sơ đồ máy biến áp làm 2 nhiệm vụ chính là:
- Chuyển từ điện áp của lưới điện xoay chiều U 1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu

của tải. Tùy theo tải mà máy biến áp có thể tăng áp hoặc giảm áp.
- Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van. Thông
thường số pha của lưới lớn nhất là 3. Song mạch van có thể cần số pha là 6, 12…
Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện và mạch van địi hỏi số pha
như lưới điện thì có thể bỏ máy biến áp.
- Mạch van ở đây là các van bán dẫn được mắc với nhau theo cách nào đó để có thể
tiến hành q trình chỉnh lưu.
- Mạch lọc nhằm đảm bảo biến áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải bằng phẳng
theo yêu cầu.

4


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

1.2: Phân loại
Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau đây:
a) Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: Một pha, hai pha, ba pha, sáu pha,
…
b) Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch
Hiện nay chủ yếu dùng hai loại van là điơt và thyristor, vì thế có ba loại mạch sau:
- Mạch van dùng tồn điôt được gọi là chỉnh lưu không điều khiển.
- Mạch van dùng toàn thyristor được gọi là chỉnh lưu điều khiển.
- Mạch chỉnh lưu dùng cả hai loại điôt và thyristor gọi là chỉnh lưu bán điều khiển.
c) Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau
Có hai kiểu mắc van:
- Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van.
Tất cả các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau hoặc catơt chung hoặc anơt

chung.
- Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đơi số pha nguồn cấp cho mạch van.
Trong đó một nửa số van mắc chung nhau catôt, nửa kia lại mắc chung nhau anôt. Như
vậy, khi gọi tên một mạch chỉnh lưu, người ta dùng ba dấu hiệu trên để chỉ cụ thể
mạch đó.
1.3: Luật dẫn van
Mạch van để thực hiện q trình chỉnh lưu có khá nhiều, tuy nhiên chúng đề
tuân theo hai kiểu mắc với nhau là mắc catơt chung và mắc anơt chung. Vì thế chỉ cần
nhận biết hai quy luật dẫn này, ta có thể phân tích tồn bộ các mạch van chỉnh lưu có
trong thực tế.

5


Đồ án Điện Tử Cơng Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

1.3.1: Nhóm van đấu catơt chung

Hình 1.2: Sơ đồ van đấu catơt chung
Luật dẫn được phát biểu như sau:
Van có khả năng dẫn là van có điện thế anơt của nó dương nhất trong nhóm, tuy
nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế anôt này dương hơn điện thế ở điểm catôt chung .
Ví dụ ở thời điểm hiện tại ta có:
>>…>
Và đồng thời > thì van sẽ dẫn. Nếu coi sụt áp trên van bằng 0 thì khi D 1 đã dẫn
ta thấy = . Điều nãy dẫn đến điện áp trên các van còn lại sẽ âm:
= - = -<0
………………………………….

= - = -<0
Như vậy các van còn lại sẽ phải khóa, khơng dẫn được.

6


Đồ án Điện Tử Cơng Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

1.3.2: Nhóm van đấu anơt chung

Hình 1.3: Sơ đồ van đấu anơt chung
Ở nhóm van đấu anơt chung có luật dẫn van: Van có khả năng dẫn là van có
điện thế catơt âm nhất trong nhóm, nhưng nó chỉ dẫn được nếu điện thế này âm hơn
điện thế điểm anôt chung .
1.4: Ý nghĩa các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu
Các tham số dùng để đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật trong phân tích hoặc thiết kế
mạch chỉnh lưu, gồm có ba nhóm tham số chính như dưới đây:
1.4.1: Về phía tải
Ud – Giá trị trung bình của điện áp nhận được ngay sau mạch van chỉnh lưu:
Ud =
Id – Giá trị trung bình của dịng điện tử mạch van cấp ra:
Id =
Pd = Ud.Id là công suất một chiều mà tải nhận được từ mạch chỉnh lưu.
1.4.2: Về phía van
Itbv – Giá trị trung bình của dịng điện chảy qua một van của mạch van.
Ung max – Điện áp ngược cực đại mà van phải chịu được khi làm việc.
1.4.3: Về phía nguồn
Thể hiện bằng cơng suất xoay chiều lấy từ lưới điện, thông thường sử dụng theo

công suất biểu kiến của biến áp:
Sba = = ksd.Pd
Trong đó:
S1 = U1.I1
7


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Ở đây các giá trị U1, I1, U2i, I2i là trị số hiệu dụng của biến áp và dòng điện pha
sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Do phía thứ cấp có thế có nhiều cuộn dây, nên phải
tổng cơng suất của tất cả m cuộn dây.
Để đánh giá khả năng biến đổi công suất xoay chiều thành một chiều, công suất
lấy từ lưới điện Sba được so sánh với công suất một chiều Pd mà tải nhận được qua hệ số
sơ đồ ksd. Hệ số này càng gần 1 càng chứng tỏ mạch có hiệu suất biến đổi tốt hơn.
Ngồi nhóm ba tham số trên cịn có một tham số dùng để đánh giá sự bằng
phẳng của điện áp một chiều nhận được, gọi là hệ só đập mạch k đm, được xác định theo
biểu thức:
kđm =
Trong đó U1m là biên độ sóng hài bậc 1 theo khai triển Fourier của điện áp chỉnh
lưu và U0 là thành phần cơ bản cũng theo khai triển này. U 0 cũng chính là giá trị trung
bình của điện áp chỉnh lưu, tức là U0 = Ud.

8


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Phần 2: Giới thiệu các loại van Thyristor
1.5: Cấu tạo và ký hiệu
Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ra ba lớp
tiếp giáp p-n: J1, J2, J3. Thyristor có ba cực: Anơt A, catơt K, cực điều khiển G như
được biểu diễn trên hình.

Hình 1.4: Cấu tạo và ký hiệu của Thyristor
1.6: Nguyên lý hoạt động
Khi Thyristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt
cực âm đặt vào catốt thì tiếp giáp J1, J3 được phân cực thuận cịn miền J2 phân cực
ngược, gần như tồn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J2, điện trường nội tại E1 của J2
có chiều từ N1 hướng tới P2. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng
chuyển tiếp là vùng cách điện càng được mở rộng ra, khơng có dịng điện chạy qua
thyristor mặc dù nó được đặt dưới 1 điện áp dương.
1.6.1: Mở thyristor
Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K) thì
các electron từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chạy về nguồn Ug và
hình thành dịng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 – J3 – K – G, còn phần lớn điện tử
dưới sức hút của điện trường tổng hợp có mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng
được tăng tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gãy các liên kết giữa các nguyên tử Si,
tạo nên các điện tử tự do mới. Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện
9


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

càng nhiều điện tử chạy vào vùng N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài,
gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt làm cho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ
một điểm nào đó ở xung quanh cực rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ lan
truyền khoảng 1m/100.
1.6.2: Khóa Thyristor
Để khóa thyristor có 2 cách:
- Giảm dịng điện làm việc I xuống giá trị dịng duy trì I dt. Đặt một điện áp ngược lên
thyristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược; J2 phân cực thuận. Những điện tử
trước thời điểm đảo cực tính U AK < 0 đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành
trình, tạo nên dịng điện ngược chạy từ catốt về anốt và về cực âm của nguồn điện áp
ngồi.

Hình 1.5a
Hình 1.5b
- Lúc đầu q trình từ t0 t1, dịng điện ngước khá lớn, sau đó J 1, J3 trở nên cách điện.
Cịn một ít điện tử được giữ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng
ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển.
- Thời gian khóa toff được tính từ khi bắt đầu xuất hiện dịng điện ngược bằng 0 (t 2) đây
là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên thyristor thì thyristor vẫn không mở,
toff kéo dài khoảng vài chục . Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt
thyristor dưới điện áp thuận khi thyristor chưa bị khóa nếu khơng sẽ có nguy cơ ngắn
mạch nguồn. Theo hình sơ đồ ( hình 1.5a), việc khóa thyristor bằng điện áp ngược
được thực hiện bằng cách đóng khóa K cịn sơ đồ (hình 1.5b) cho phéo thyristor một
cách tự động. Trong mạch hình 1.5b khi mở thyristor này thì thyristor kia sẽ khóa lại.
10


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Giả thiết cho một xung điện áp dương đặt vào G 1 T1 mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng
điện: Dòng thứ nhất chảy theo mạch: +E – R 1 – T1 – -E, cịn dóng thứ 2 chảy theo
mạch +E – R2 – T1 – -E.
- Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm ở A. Bây giờ nếu
cho một xung điện áp dương tác động vào G 2 T2 mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào
catot của T1. Như vậy là T1 bị đặt dưới điện áp Uc = - E và khi T1 bị khóa lại.
- T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện: dòng thứ nhất chảy theo mạch: +E – R 1 – T1 – -E.
Còn dòng thức hai chày theo mạch +E – R2 – T1 – -E.
- Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khóa T2 khi ta cho xung mở T1.
1.7: Đặc tính Vơn-ampe của Thyristor

Hình 1.6: Đặc tính Vơn-ampe của Thyristor
Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khố của Thyristor, chỉ có dịng điện rị chảy qua
Thyristor khi tăng U lên đến U ch (điện áp chuyển trạng thái), bắt đầu quá trình tăng
nhanh chống của dòng điện. Thyristor chuyển sang trạng thái mở.
Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J 2. Trong giai đoạn này mỗi
lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn của điện áp đặt lên
Thyristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm.
Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của Thyristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở
thàng đẫn điện. Dòng chảy qua Thyristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài.

11


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Điện áp rãi trên Thyristor rất lớn khoảng 1V. Thyristor được giử ở trạng thái mở chừng

nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH.
Đoạn 4 : Ứng với trạng thái Thyristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất
lớn, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đến U ng thì dòng điện ngược tăng lên nhanh
chống, mặt ghép bị chọc thủng, Thyristor bị hỏng. Bằng cách cho I g lớn hơn 0 sẽ nhận
được đặt tính Vơn-ampe với các Uch nhỏ dần đi.
1.8: Các thông số cơ bản
1.8.1: Giá trị dịng trung bình cho phép chạy qua thyristor Iv,tb
Đây là giá trị dịng trung bình cho phép chạy qua thyristor với điều kiện nhiệt
độ của cấu trúc tinh thể bán dẫn của thyristor không vượt quá một giá trị nhiệt độ cho
phép. Trong thực tế, dòng điện cho phép chạy qua thyristor còn phụ thuộc vào điều
kiện làm mát và mơi trường. Có thể làm mát tự nhiên nhưng hiệu suất khơng cao, vì
thế với u cầu cao hơn người ta làm mát cưỡng bức thyristor bằng quạt gió hoặc bằng
nước, tuy nhiên điều này có thể khiến kích thước thiết bị tăng đáng kể, dùng cho các
thiết bị có cơng suất lớn. Nói chung có thể lựa chọn dịng điện theo các điều kiện làm
mát như sau:
•
•

Làm mát tự nhiên: Dòng sử dụng cho phép tới một phần ba dòng cho phép I v,tb.
Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: Dịng sử dụng cho phép bằng hai phần ba dịng

•

cho phép Iv,tb.
Làm mát cưỡng bức bằng nước: Có thể sử dụng đến 100% dòng Iv,tb.

1.8.2: Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ung,max
Đây là giá trị điện áp ngược lớn nhất cho phép đặt lên thyristor. Trong các ứng
dụng phải đảm bảo rằng tại bất kỳ thời điểm nào điện áp giữa anôt-catôt U AK luôn nhỏ
hơn hoặc bằng Ung max. Ngoài ra phải đảm bảo một độ dự trữ nhất định về điện áp,

nghĩa là Ung max phải được chọn ít nhất là bằng 1,2 - 1,5 lần giá trị biên độ lớn nhất của
điện áp trên sơ đồ đó.

12


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

1.8.3: Thời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor τ(μs)
Đây là thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên giữa anơt-catơt của thyristor
sau khi dịng anơt-catơt đã về bằng khơng trước khi lại có thể có điện áp UAK dương
mà thyristor vẫn khóa. τ là một thơng số quan trọng của thyristor. Thông thường phải
đảm bảo thời gian dành cho q trình khóa phải bằng 1,5 - 2 lần τ.
1.8.4: Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs)
Thyristor là một phần tử bán dẫn có điều khiển, có nghĩa là dù được phân cực
thuận (UAK > 0) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển thì nó mới cho phép dòng chạy
qua. Khi thyristor phân cực thuận, phần lớn điện áp rơi trên lớp tiếp giáp J 2 như hình
vẽ.

Hình 1.7: Hiệu ứng dU/dt tác dụng như dịng điều khiển
Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dày của nó mở ra, tạo ra vùng khơng
gian nghèo điện tích, cản trở dịng điện chạy qua. Vùng khơng gian này có thể coi như
một tụ diện có điện dung Cj2. Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dịng điện của tụ
có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trị như dịng điều khiển. Kết quả là thyristor có thể
mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G.

13

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp với thyristor
tần số cao. Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 V/μs còn với các
thyristor tần số cao dU/dt có thể lên tới 500 đến 2000 V/μs.
1.8.5: Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs)
Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn
của nó đều dẫn dòng đồng đều. Dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ở một vài điểm, gần với
cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan tỏa dần sang các điểm khác trên tồn bộ tiết diện.
Nếu tốc độ tăng dịng điện q lớn có thể dẫn tới mật độ dịng điện ở các điểm dẫn ban
đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá nhanh dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng
toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn.
Tốc độ tăng dòng cho phép ở các thyristor tần số thấp vào khoảng 50 ÷
100A/μs, với các thyristor tần số cao dI/dt vào khoảng 500 ÷ 2000A/μs. Trong các bộ
biến đổi phải ln có các biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng dưới giá trị cho phép.
Điều này đạt được nhờ mắc nối tiếp các phần tử bán dẫn với các điện kháng nhỏ, lõi
khơng khí hoặc đơn giản hơn là các xuyến ferit lồng lên nhau. Các xuyến ferit rất phổ
biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến lồng lên
thanh dẫn. Xuyến ferit cịn có tính chất của cuộn cảm bão hòa, khi dòng qua thanh dẫn
còn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng. Khi dòng đã lớn ferit bị bão
hòa từ, điện cảm giảm gần như bằng khơng.
1.9: Đưa ra một số hình ảnh thực tế của van thyristor

14


Đồ án Điện Tử Cơng Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Hình 1.8: Hình dạng vài loại Thyristor thơng dụng
1.10: Ứng dụng trong thực tế
• Truyền động động cơ điện một chiều có điều khiển (cơng suất hàng MW).
• Nguồn cho mạch kích từ máy phát điện.
• Các hệ thống giao thơng dùng điện một chiều.
• Cơng nghệ luyện kim màu, cơng nghệ hóa học.
• Thiết bị hàn điện một chiều, mạ kim loại, nạp điện acquy.

Phần 3: Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha tải Rd, Ld, Ed

Hình 1.9: Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha tải Rd, Ld, Ed

Hình 1.10: Đồ thị điện áp dịng điện mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha tải Rd, Ld, Ed
15


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Giả thiết tải : Rd, Ld, Ed chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
•

u1 = U m sin θ
u 2 = U m sin(θ −

2π
)
3

u 3 = U m sin(θ −

4π
)
3

•
•

Nhịp V1: khoảng thời gian từ

θ1 − > θ 2

. Tại

θ1

điện áp đặt lên u1 > 0, có xung

kích khởi: T1 mở, khi đó:

u v1 = 0

u v 2 = u 2 − u1 < 0
u = u − u < 0
3

1
 v3
T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này:
+ Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1
+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1
+ Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0
Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 –
u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2.
Nhịp V2: từ

θ 2 − > θ3

u v 2 = 0

u v1 = u1 − u 2
u = u − u
3
2
 v3

Lúc này:
T2 mở, T1, T3 đóng.
+ Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2
+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2
+ Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0
Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi u V3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 –
u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3.

16

Đồ án Điện Tử Công Suất

Nhịp V3: từ

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

θ3 − > θ 4

u v3 = 0

u v1 = u1 − u 3
u = u − u
2
3
 v2
T3 mở, T1, T2 đóng.
+ Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3
+ Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3
+ Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0
Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 –
u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1.
Trong mạch ,dạng sóng của dịng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dịng điện
id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng
hơn ,khi Ld tiến tới vơ cùng dịng điện id sẽ không đổi, id = Id .
Các giá trị trung bình:
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
T

Ud =

1
3
u
.
dt
=
d
T ∫0
2π

π 2π
+ +α
6 3

∫ U m . sin θ .dθ =

π
+α
6

3 6
U . cos α
2π

Đặt : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu điều khiển với
suy ra .

17

α = 00


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Tải bản FULL (file word 38 trang): />Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực
Việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kỹ thuật việc
tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an tồn bấy
nhiêu.Hơn nữa việc chọn thiết bị chính xác còn nâng cao chất lượng, hiệu suất của hệ
thống.Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hiệu suất kém hoặc khơng làm việc được làm
tang chi phí cho nhà đầu tư.
Vì vậy, việc tính tốn thiết bị phải đáp ứng được yêu cầu sau đây:
+ Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thong số phù hợp với thiết
bị.
+Về mặt kinh tế, thiết bị được chọn trong khi thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật phải đảm
bảo có chi phí mua sắm hợp lý.

18


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Với các số liệu cho trước như sau:
•
•
•
•
•

Điện áp nguồn ba pha: 380 (V)
Ud = (V)
Id = 210 (A)
Kdm = 0,1
Tần số: 50 Hz

2.1: Thông số chọn van
2.1.1: Điện áp ngược của van
Ung max = knv .U2

Với U2 =
Trong đó:
•
•
•
•
•

Ud
ku

220
1,17

=

= 188,03 (V)

Ud : Điện áp tải của van
U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van
ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: ku = 1,17)
knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1: knv = )
Ung max : Điện áp ngược của van
Ung max = .188,03 = 460,58 (V)
Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn

hơn điện áp làm việc.
Uv = kdtU.Ung max = 1,8.460,58 = 829,04 (V)
Trong đó: kdtU là hệ số dự trữ về điện áp cho van (Thường lấy bằng 1,8)
2.1.2: Dòng điện làm việc của van
Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van
Ilv = Ihd = khd . Id =0,58.210 = 121,8 (A)
Trong đó:
• khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (khd = 0,58).
• Ihd : Dịng điện hiệu dụng của van.
• Id : Dòng điện tải.
Tải bản FULL (file word 38 trang): />
Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

Với các thơng số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh
tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Iv.
Iđm v = ki . Ilv = 1,4.121,8 = 170,52 (A)
Trong đó: ki là hệ số dự trữ dịng điện. ki = (1,1 ÷ 1,4)

Vậy thơng số van là: Unv = 829,04 (V)
19


Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Iđm lv = 170,52 (A)
Chọn Thyristor loại T14-200 với các thông số định mức (Tra bảng phụ lục 2):
Iđỉnh
Irò
Cấp
(A) (mA) điện áp
500
T14-200 3,5
200
200
25
3 - 16
2-6
0
Itb (A): Dịng điện trung bình tối đa cho phép chảy qua van.
Iđỉnh (A): Trị số biến dòng điện dạng sin.
Irò (mA): Dòng điện rò khi van ở trạng thái khóa.
Cấp du/dt: Tốc độ tăng điện áp.
tph: Phân cấp theo thời gian phục hồi tính chất khóa của van.
Cấp di/dt: Tốc độ tăng dòng.
(V): Sụt áp thuận trên van ở dòng định mức.
Uđk(V): Điện áp điều khiển.

Iđk(A): Dòng điều khiển.
Ký hiệu

•
•
•
•
•
•
•
•
•

Uđk
(V)

Iđk
(mA)

Itb
(A)

tph

(V)

1 - 4 2 - 6 1,75

2.2: Các phần tử bảo vệ mạch động lực
2.2.1: Bảo vệ quá nhiệt cho van

Làm mát bằng nước tuần hoàn với lưu lượng 10 (lít/phút) , nhiệt độ nước làm
mát khoảng 25.
2.2.2: Bảo vệ q dịng
Do cơng nghệ chế tạo Van bán dẫn nên phát triển nên khi chọn Van ta đã chọn
Van có dịng điện định mức lớn hơn nhiều so với dịng điện làm việc do đó có thể bỏ
qua sự q dịng điện lâu dài. Vì vậy chúng ta chỉ cần xem xét các biện pháp bảo vệ
quá dòng ngắn hạn cho van bán dẫn.
a) Dùng cầu chì bảo vệ
Ta dùng 2 nhóm cầu chì để bảo vệ Van dùng để chống lại sự cố ngắn mạch.
• Nhóm 1: Lắp đặt ở các pha từ nguồn ra:
I1cc = 1,2.Id = 1,2.210 = 252 (A)
Ta chọn loại cầu chì GSGB300 có các thơng số là:
Idm = 300A; Udm = 600V(AC), 350V(DC)
• Nhóm 2: Lắp nối tiếp với Thyristor :
I2cc = 1,2.Ilv = 1,2 . 70 = 84 (A)
Ta chọn cầu chì GSGB110 có các thơng số sau:
Idm = 110A; Udm = 600V(AC), 400V(DC)
20

2839858