Chỉnh lưu tia 3fa dung TCA 785

LỜI NÓI ĐẦU Sinh viên thực hiện Bùi Hữu Nghĩa MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp…………………………………………………Trang 3 Chương 2: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha. Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều (hệ T - Đ) có đảo chiều..……………..Trang 13 Chương 3: Tính chọn các phần tử mạch động lực...…………………………………………………..Trang 21 Chương 4: Tính chọn các phần tử mạch điều khiển………………………………………………….Trang 36 Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận…………….Trang 44 Tài liệu tham khảo…………………………..…..Trang 48 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP. Trong nãön saín xuáút hiãûn âaûi, maïy âiãûn mäüt chiãöu váùn âæåüc coi laì mäüt loaûi maïy quan troüng. Noï coï thãø duìng laìm âäüng cå âiãûn, maïy phaït âiãûn hay duìng nhæîng âiãöu kiãûn laìm viãûc khaïc. Âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu coï âàûc tênh âiãöu chènh täúc âäü ráút täút , vç váûy maïy âæåüc duìng nhiãöu trong nhæîng ngaình cäng nghiãûp coï yãu cáöu cao vãö âiãöu chènh täúc âäü nhæ caïn theïp, háöm moí hay giao thäng váûn taíi... I- Đặc tính cơ của máy điện một chiều : Quan hãû giữa täúc âäü vaì mämen âäüng cå goüi laì âàûc tênh cå cuía âäüng cå. w = f(M) hoàûc n = f(M). Quan hãû giæía täúc âäü vaì mämen cuía maïy saín xuáút goüi laì âàûc tênh cå cuía maïy saín xuáút. wc= f(Mc) hoàûc nc= f(Mc). Ngoaìi âàûc tênh cå, âäúi våïi âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu ngæåìi ta coìn sæí duûng âàûc tênh cå âiãûn. âàûc tênh cå âiãûn biãøu diãùn quan hãû giæía täúc âäü vaì doìng âiãûn trong maûch âäüng cå: w = f(I) hoàûc n = f(I). 1. Phæång trçnh âàûc tênh cå: RKT CKT Rf Uæ IKT E UKT Theo så âäö hçnh (1-1) ta coï thãø viãút phæång trçnh cán bàòng âiãûn aïp cuía maûch pháön æïng nhæ sau: Uæ = Eæ + (Ræ +Ræ)Iæ Trong âoï: Uæ - âiãûn aïp pháön æïng, (V) Eæ - sæïc âiãûn âäüng pháön æïng,(V) Ræ - âiãûn tråí cuía maûch pháön æïng Rf - âiãûn tråí phuû trong cuía maûch pháön æïng Våïi: Ræ = ræ + rcf + rb + rct Trong âoï: ræ - âiãûn tråí cuäün dáy pháön æïng. Hçnh 1-1 rcf - âiãûn tråí cuäün cæûc tæì phuû. rb- âiãûn tråí cuäün buì. rct- âiãûn tråí tiãúp xuïc chäøi than. Sæïc âiãûn âäüng Eæ cuía pháön æïng âäüng cå âæåüc xaïc âënh theo biãøu thæïc: Eæ = Trong âoï: p-säú âäi cæûc tæì chênh. N- säú thanh dáùn taïc duûng cuía cuäün dáy pháön æïng. a- säú âäi maûch nhaïnh song song cuía cuäün dáy pháön æïng. f-tæì thäng kêch tæì dæåïi mäüt cæûc tæì. w-täúc âäü goïc,rad/s. k = - hãû säú cáúu taûo cuía âäüng cå. Nãúu biãøu diãùn sæïc âiãûn âäüng theo täúc âäü quay n (voìng/phuït) thç: Eæ = Ke.fn Våïi: w = Vç váûy: Eæ= Ke = laì hãû säú sæïc âiãûn âäüng cuía âäüng cå . Ke = » 0.105K Tæì các biểu thức trên, ta coï: Laì phæång trçnh âàûc tênh cå âiãûn cuía âộng cå. Màût khaïc, mämen âiãûn tæì Mât cuía âäüng cå âæåüc xaïc âënh båíi: Mât= Kf Iæ Suy ra: Iæ = Thay giaï trë Iæ vaìo phương trình đặc tính của động cơ ta âæåüc: Nãúu boí qua caïc täøn tháút cå vaì täøn tháút theïp thç mämen cå trãn truûc âäüng cå bàòng mämen âiãûn tæì, ta kyï hiãûu laì M. Nghéa laì Mât= Me= M. Khi âoï ta âæåüc: Âáy laì phæång trçnh âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp. Giaí thiãút phaín æïng pháön æïng âæåüc buì âuí, tæì thäng f = Const, thç caïc phæång trçnh âàûc tênh cå âiãûn vaì phæång tçnh âàûc tênh cå laì tuyãún tênh. Âäö thë cuía chuïng âæåüc biãøu âiãøn trãn hçnh (1-2) laì nhæîng âæåìng thàóng. Theo caïc âäö thë trãn, khi Iæ= 0 hoàûc M = 0 ta coï: w0: goüi laì täúc âäü khäng taíi lyï tæåíng cuía âäüng cå. Coìn khi w = 0 ta coï: Vaì M = KfInm = Mnm Inm, b. Âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp w0 a. Âàûc tênh cå âiãûn cuía âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp w0 wâm wâm Iâm Inm I I w w Mâm Mnm Hçnh 1-2 Mnm âæåüc goüi laì doìng âiãûn ngàõn maûch vaì mämen ngàõn maûch. Màût khaïc tæì phæång trçnh âàûc tênh điện và phương trình đặc tính cơ cũng coï thãø âæåüc viãút dæåïi daûng: = goüi laì âäü suût täcú âäü æïng våïi giaï trë cuía M. 2. Xeït caïc aính hæåíng caïc tham säú âãún âàûc tênh cå: Tæì phæång trçnh âàûc tênh cå ta tháúy coï ba tham säú aính hæåíng âãún âàûc tênh cå: Tæì thäng âäüng cå f, âiãûn aïp pháön æïng Uæ, vaì âiãûn tråí pháön æïng âäüng cå.Ta láön læåüt xeït aính hæåíng cuía tæìng tham säú âoï: w0 TN(Rn) Hçnh 1-3 Rf1 Rf2 Rf3 Rf4 Mc a) Aính hæåíng cuía âiãûn tråí pháön æïng: Giaí thiãút ràòng Uæ=Uâm= Const và f = fâm= Const. Muäún thay âäíi âiãûn tråí maûch pháön æïng ta näúi thãm âiãûn tråí phuû Rf vaìo maûch pháön æïng. Trong træåìng håüp naìy täúc âäü khäng taíi lyï tæåíng: Âäü cæïng âàûc tênh cå: Khi Rf caìng låïn b caìng nhåí nghéa laì âàûc tênh cå caìng däúc. Æïng våïi Rf=0 ta coï âàûc tênh cå tæû nhiãn: bTN coï giaï trë låïn nháút nãn âàûc tênh cå tæû nhiãn coï âäü cæïng hån táút caí caï âæåìng âàûc tênh coï âiãûn tråí phuû. Nhæ váûy khi thay âäøi âiãûn tråí Rf ta âæåüc mäüt hoü âàûc tênh biãún tråí nhæ hçnh (1-5) æïng våïi mäøi phuû taíi Mc naìo âoï, nãúu Rf caìng låïn thç täúc âäü cå caìng giaím, âäöng thåìi doìng âiãûn ngàõn maûch vaì mämen ngàõn maûch cuíng giaím. Cho nãn ngæåìi ta thæåìng sæí duûng phæång phaïp naìy âãø haûn chãú doìng âiãûn vaì âiãöu chènh täúc âäü âäüng cå phêa dæåïi täúc âäü cå baín. b) Aính hæåíng cuía âiãûn aïp pháön æïng: Giaí thiãút tæì thäng f = fâm= const, âiãûn tråí pháön æïng Ræ = const. Khi thay âäøi âiãûn aïp theo hæåïng giaím so våïi Uâm, ta coï: w w0 w01 w02 w03 w04 Uâm U1 U2 U3 U4 Mc Hçnh 1-4 M(I) Täúc âäü khäng taíi: Âäü cæïng âàûc tênh cå: Nhæ váûy khi thay âäøi âiãûn aïp âàût vaìo pháön æïng âäüng cå ta âæåüc mäüt hoü âàûc tênh cå song song nhæ trãn (Hçnh 1-4). Ta tháúy ràòng khi thay âäøi âiãûn aïp (giaím aïp) thç mämen ngàõn maûch, doìng âiãûn ngàõn maûch cuía âäüng cå giaím vaì täúc âäü âäüng cå cuíng giaím æïng våïi mäüt phuû taíi nháút âënh. Do âoï phæång phaïp naìy cuíng âæåüc sæí duûng âãø âiãöu chènh täúc âäü âäüng cå vaì haûn chãú doìng âiãûn khi khåíi âäüng. c) Aính hæåíng cuía tæì thäng: Giaí thiãút âiãûn aïp pháön æïng Uæ= Uâm= Const. Âiãûn tråí pháön æïng Ræ = Const. Muäún thay âäøi tæì thäng ta thay âäøi doìng âiãûn kêch tæì Ikt âäüng cå. Trong træåìng håüp naìy: Täúc âäü khäng taíi: Âäü cæïng âàûc tênh cå: w b. Âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp khi giaím tæìthäng Hçnh 1-5 a. Âàûc tênh cå âiãûn cuía âäüng cå âiãn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp khi giaím tæì thäng w02 w01 w0 0 f2 f1 fâm w02  w01 f2 fâm f1 Mc M Inm 0 Do cáúu taûo cuía âäüng cå âiãûn, thæûc tãú thæåìng âiãöu chènh giaím tæì thäng. Nãn khi tæì thäng giaím thçw0x tàng, coìn b giaím ta coï mäüt hoü âàûc tênh cå våïi w0x tàng dáön vaì âäü cæïng cuía âàûc tênh giaím dáön khi giaím tæì thäng. Ta nháûn tháúy ràòng khi thay âäøi tæì thäng: Doìng âiãn ngàõn maûch: Inm = Mämen ngàõn maûch: Mnm=KfxInm=Var Caïc âàûc tênh cå âiãûn vaì âàûc tênh cuía âäüng cå khi giaím tæì thäng âæåüc biãøu diãùn åí hçnh (1-5)a. Våïi daûng mämen phuû taíi Mc thêch håüp våïi chãú âäü laìm viãûc cuía âäüng cå khi giaím tæì thäng täúc âäü âäüng cå tàng lãn, nhæ åí hçnh (1-5)b. II- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc của các máy sản xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động của các bộ phận làm việc. Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyển động của bộ phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ. Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều ưu điểm hơn với các loại động cơ khác, không những có thể điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng. Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng những bộ biến đổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây : +Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ) 1/ Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) Phần ứng của động cơ điện một chiều được cung cấp từ 1 máy phát điện. Máy phát có 1 động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha quay. Khi ta thay đổi IktF thì Uu thay đổi và làm thay đổi tốc độ động cơ điện một chiều. Khi đảo chiều ItkF thì động cơ điện một chiều cũng sẽ đảo chiều quay. +Ưu điểm của hệ này là điều chỉnh tốc độ rất linh hoạt. Động cơ có thể chuyển đổi qua các chế độ làm việc khi ta thay đổi tốc độ hoặc đảo chiều, khả năng điều chỉnh vận tốc tương đối rộng, khả năng chịu quá tải khá tốt. +Nhược điểm của hệ này là sử dụng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất phải có 2 máy điện một chiều nên gây ra tiếng ồn lớn, công suất lắp máy lớn so với động cơ chấp hành. Ngoài ra do máy điện một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá trở nên khó điều chỉnh tốc độ. 2/ Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ) Thường sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển thyristor. Tốc độ động cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm thông van thyristor. +Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống. +Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện. Hệ số công suất của hệ thống nói chung là thấp. Tính dẫn điện 1 chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay. 3/ Cơ sở lý thuyết của phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Sơ đồ thay thế tính toán: Từ phương trình đặc tính động cơ tổng quát: Ta thấy sự thay đổi Uu thì sẽ thay đổi, còn Vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau. Như vậy muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có bộ nguồn cung cấp điện một chiều thay đổi được điện áp ra. Bộ biến đổi F-Đ: Là bộ biến đổi máy điện mà nguyên lý vận hành được giới thiệu ở phần trước. Phương trình đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ dùng máy phát. Như vậy khi thay đổi UKF (hoặc iKF) ta sẽ được 1 họ đường đặc tính cơ song song nhau ở cả 4 góc phần tư. Bộ biến đổi T-Đ: Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn Ta xét hệ T-Đ không đảo chiều: Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0 . Vậy khi ta thay đổi góc điều khiển thì Ed thay đổi từ Ed0 đến –Ed0 và ta sẽ được 1 hệ đặc tính cơ song song nằm ở mức bên phải của mặt phẳng toạ độ. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH TIA BA PHA. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) CÓ ĐẢO CHIỀU. I/ Chỉnh lưu hình tia 3 pha: Sơ đồ và dạng sóng: Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha tiristor nối với tải như hình vẽ. Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Nếu có các tiristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. Góc mở tự nhiên: +Góc mở được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. +Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây. + : góc dẫn : góc chuyển mạch Nguyên lý hoạt động: Giả thiết tải : R, Eu , chuyển mạch tức thời. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: *Nhịp V1: khoảng thời gian từ . Tại điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, khi đó: 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 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 uV3 = 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. *Nhịp V3: từ Lúc này: 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 tải có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục, id = Id Góc mở được tính từ giao điểm của 2 điện áp pha. Trị trung bình của điện áp tải: Trùng dẫn: Giả sử T1 đang cho dòng chảy qua, iT1 = Id. Khi cho xung điều khiển mở T2. Cả 2 tiristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea và eb. Nếu chuyển gốc toạ độ từ sang ta có: Điện áp ngắn mạch: Dòng điện ngắn mạch được xác định bởi phương trình: Do đó: II- Tổng quan về Tiristor : 1/ Cáúu taûo: A P1 P2 N1 K N2 G J2 J3 Ei J1 + + + + + + + + + Hçnh 2-1 Laì duûng cuû baïn dáùn gäöm 4 låïp baïn âáùn loaûi P vaìN gheïp xen keî nhau vaì coï 3 cæûc anäút, catäút vaì cæûc âiãöu khiãøn riãng G Kí hiệu: 2/ Nguyãn lyï hoaût âäüng : Khi tiristor âæåüc näúi våïi nguäön mäüt chiãöu E > 0 tæc cæûc dæång âàût vaìo anäút cæûc ám âàût vaìo catäút, thç tiãp giaïp J1, J3 âæåüc phán cæûc thuáûn coìn miãön J2 phán cæûc ngæåüc, gáön nhæ toaìn bäü âiãûn aïp âæåüc âàût lãn màût gheïp J2, âiãûn træåìng näüi taûi E1 cuía J2 coï chiãöu tæì N1 hæåïng tåïi P2. Âiãûn træåìng ngoaìi taïc âäüng cuìng chiãöu våïi E1, vuìng chuyãøn tiãúp laì vuìng caïch âiãûn caìng âæåüc måí räüng ra, khäng coï doìng âiãûn chaûy qua tiristor màûc duì noï âæåüc âàût dæåïi 1 âiãûn aïp. Måí tiristor : Nãúu cho mäüt xung âiãûn aïp dæång Ug taïc âäüng vaìo cæûc G (dæång so våïi K ) thç caïc electron tæ N2 chaûy sang P2. Âãún âáy mäüt säú êt trong chuïng chaíy vãö nguäön Ug vaì hçnh thaình doìng âiãöu khiãøn Ig chaíy theo maûch G1 - J3 - K - G , coìn pháön låïn âiãûn tæí dæåïi sæïc huït cuaí âiãûn træåìng täøng håüp cuía màût J2 lao vaìo vuìng chuyãøn tiãúp naìy chuïng âæåüc tàng täúc do âoï coï âäüng nàng ráút låïn seî beí gaíy caïc liãn kãút giæîa caïc nguyãn tæí Si, taûo nãn caïc âiãûn tæí tæû do måïi. Säú âiãûn tæí naìy laûi tham gia bàõn phaï caïc nguyãn tæí Si khaïc trong vuìng chuyãøn tiãúp. Kãút quaí cuía caïc phaín æïng dáy chuyãön naìy laìm xuáút hiãûn caìng nhiãöu âiãûn twr chaûy vaìo vung N1 qua P1 vaì âãún cæûc dæång cuía nguäön âiãûn ngoaìi, gáy nãn hiãûn tæåüng âáùn âiãûn aìo aût laìm cho J2 tråí thaình màût gheïp dáùn âiãûn bàõt âáöu tæì mäüt diãøm naìo âoï åí sung quanh cæûc räöi phaït triãøn ra toaìn bäü màût gheïp våïi täúc âäü lan truyãön khoaíng 1m/100ms -E +E K T R2 Rt R1 Hçnh 2-2a - Mäüt trong nhæîng biãûn phaïp âån giaín nháút âãø måí Tiristor âæåüc trçnh baìy trãn hçnh veî. . Khi âäúng måí K, nãúu Ig > Igst thç T måí ( Ig » (1,1 ¸1,2 ). Igst ) Ig : Giaï trë doìng âiãöu khiãøn ghi trong säø tay tra cæïu tiristor R2 = 100¸ 1000(W) Coï thãø hçnh dung nhæ sau : Khi dàût tiristor åí UAK > 0 thç tiristor åí tçnh traûng sàôn saìn måí cho doìng chaíy qua, nhæng noï coìn âåüi tên hiãûu Ig åí cæûc âiãöu khiãøn, nãúu Ig > Igst thç tiristor måí. Khoaï Tiristos: Mäüt khi tiristor âaî måí thç tên hiãûu thç tên hiãûu Ig khäng coìn taïc duûng næîa. Âãø khoaï tiristor coï 2 caïch : . Giaím doìng âiãûn laìm viãûc I xuäúng giaï trë doìng duy trç Idt . Âàût mäüt âiãûn aïp ngæåüc lãn tiristor UAK < 0, hai màût J1, J3 phán cæûc ngæåüc, J2 phán cæûc thuáûn. Nhæîng âiãûn tæí træåïc thåìu âiãøn âaío cæûc tênh UAK < 0 âang coï màût taûi P1, N1, P2, báy giåì âaío chiãöu haình trçnh, taûo nãn doìng âiãûn ngæåüc chaíy tæì Catäút vãö Anäút vaì vãö cæûc ám cuía nguäön âiãûn aïp ngoaìi. C C Rt2 Rt1 +E T R +E T2 T1 K B A Hçnh 2-2b Hçnh 2-2c - Luïc âáöu quaï trçnh tæì t0® t1, doìng âiãûn ngæåüc khaï låïn, sau âoï J1, J3 tråí nãn caïch âiãûn. Coìn mäüt êt âiãûn tæí âæåüc giuí laûi giæîa hai màût gheïp, hiãûn tæåüng khuãúch taïn seî laìm chuïng êt dáön âi cho âãún hãút vaì J2 khäi phuûc laûi tênh cháút cuía màût gheïp âiãöu khiãøn. - Thåìi gian khoaï toff âæåüc tênh tæì khi bàõt âáöu xuáút hiãn dong âiãûn ngæåüc bàòng 0 (t2) âáy laì thåìi gian maì sau âoï nãúu âàût âiãûn aïp thuáûn lãn tiristor thç tiristor váùn khäng måí, toff keïo daìi khoaíng vaìi chuûc as. Trong báút kyì træåìng håüp naìo cuîng khäng âæåüc âàût tiristor dæåïi âiãûn aïp thuáûn khi tiristor chæa bë khoaï nãúu khäng seî coï nguy cå gáy ngàõn maûch nguäön. Trãn så âäö hçnh (b), viãûc khoaï tiristor bàòng âiãûn aïp ngæåüc âæåüc thæûc hiãûn bàòng caïch âoúng khoaï K. coìn så âäö (c) cho pheïp khoïa tiristor mäüt caïch tæû âäüng. Trong maûch hçnh (c) khi måí tiristor naìy thç tiristor kia seî khoaï laûi. Giaí thuyãút cho mäüt xung âiãûn aïp dæång âàût vaìo G1®T1 måí dáùn âãún xuáút hiãûn 2 doìng âiãûn : Doìng thæï nháút chaíy theo maûch : +E - R1-T1 - -E,coìn doìng thæï 2 chaíy theo maûch +E - R2 -T1- -E. - Tuû C âæåüc naûp âiãûn âãún giaï trë E, baín cæûc dæång åí B, baín cæûc ám åí A. Báy giåì nãúu cho mäüt xung âiãûn aïp dæång taïc âäüng vaìo G2®T2 måí noï seî âàût âiãûn thãú âiãøm B vaìo catäút cuía T1. Nhæ váûy laì T1 bë âàût dæåïi âiãûn aïp Uc = -E vaì T1 bë khoaï laûi. -T2 måí laûi xuáút hiãûn 2 doìng âiãûn : Doìng thæï nháút chaíy theo maûch : + E - R1-C - T2 - -E. Coìn doìng thæï hai chaíy theo maûch : +E - R2 - T2 - -E. - Tuû C âæåüc naûp ngæåüc laûi cho âãún giaï trë E, chuáøn bë khoaï T2 khi ta cho xung måí T1 c) Âiãûn dung cuíatuû âiãûn chuyãøn maûch : - Trong så âäö hçnh (b), (c) mäüt cáu hoíi âæåüc âàût ra laì : Tuû âiãûn C phaíi coï giaï trë bàòng bao nhiãu thç coï thãø khoaï âæåüc tiristor ? ® Nhæ âaî noïi åí trãn khi T1 måí cho doìng chaíy qua thç C âæåüc naûp âiãûn âãún giaï trë E. baín cæûc “+” åí phêa âiãøm B. taûi thåìi âiãøm cho xung måí T2 (caí 2 tiristor âiãöu måí), ta coï phæång trçnh maûch âiãûn. våïi Nãn Viãút dæåïi daûng toaïn tæí Laplace : Vç nãn våïi Tæì âoï ta coï : .  Thåìi gian toff laì khoaíng thåìi gian kãø tæì khi måí T2 cho âãún khi UT1 bàõt âáöu tråí thaình dæång, váûy ta coï : hoàûc seî nháûn âæåüc toff :m ; I : Ampe ; E : Volt ; C : mF Ia III IV II I IH U Ing Ung I0 Uth Uch Hçnh 2-3 4/ Âàût tênh Volt - Ampe cuía tiristor : Âoaûn 1 : ÆÏng våïi traûng thaïi khoaï cuía tiristor, chè coï doìng âiãûn roì chaíy qua tiristor khi tàng U lãn âãún Uch (âiãûn aïp chuyãøn traûng thaïi ), bàõt âáöu quaï trçnh tàng nhanh chäúng cuía doìng âiãûn. Tiristor chuyãøn sang traûng thaïi måí. Âoaûn 2 : ÆÏng våïi giai âoaûn phán cæûc thuáûn cuía J2. Trong giai âoaûn naìy mäùi læåüng tàng nhoí cuía doìng âiãûn æïng våïi moüt læåüng giaím låïn cuía âiãûn aïp âàût lãn tiristor, âoaûn naìy goüi laì âoaûn âiãûn tråí ám. Âoaûn 3 : ÆÏng våïi traûng thaïi måí cuía tiristor. Khi naìy caí 3 màût gheïp âaî tråí thaìng âáùn âiãûn. Doìng chaíy qua tiristor chè coìn bë haûn chãú båíi âiãûn tråí maûch ngoaìi. Âiãûn aïp raîi trãn tiristor ráút låïn khoaíng 1V. tiristor âæåüc giæí åí traûng thaïi måí chæìng naìo I coìn låïn hån doìng duy trç IH. Âoaûn 4 : ÆÏ ng våïi traûng thaïi tiristor bë âàût dæåïi âiãûn aïp ngæåüc. Doìng âiãûn ráút låïn, khoaíng vaìi chuûc mA. Nãúu tàng U âãn Ung thç doìng âiãûn ngæåüc tàng lãn nhanh chäúng, màût gheïp bë choüc thuíng, tiristor bë hoíng. Bàòng caïch cho Ig låïn hån 0 seî nháûn âæåüc âàût tênh Volt - Ampe våïi caïc Uch nhoí dáön âi. CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC Sơ đồ mạch động lực: I-Tính chọn van động lực: 1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv .U2 Với U2 = = =188,03 (V) Trong đó: Ud : điện áp tải của van U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van Ku : hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, Ku = 1,17) Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, Knv = ) Ulv = .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. Unv = Kdt u . Ulv = 1,6 . 460,58 = 736,93 (V) Trong đó: Kdt u : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,6 – 2) 2/ Dòng điện làm việc của van: Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd . Id =0,58 . 59,5 = 34,51 (A) Trong đó: Id : dòng điện tải Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (Tra bảng 8.2, Khd = 0,58) Với các thông 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% Idm v. Idm v = ki . Ilv = 2,5 . 34,51 = 86,27 (A) Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện. Vậy thông số van là: Unv = 736,93 (V) Idm v = 86,27 (A) Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại 91RC60 với các thông số định mức: -Dòng điện định mức của van: Idm = 90 (A) -Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 600 (V) -Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,5 (V) -Dòng điện rò: Ir = 5 (mA) -Điện áp điều khiển: Udk = 2 (V) -Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A) II-Tính toán máy biến áp: 1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí. 2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 220 (V) 3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Ud0 cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA Trong đó: αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,5 (V) : sụt áp trên tiristor ∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối ∆UBA = ∆Ur + ∆ Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp Sơ bộ ∆UBA = 5% . Ud = 0,05 . 220 = 11 (V) Suy ra Ud0 = = 237,61 (V) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 = = = 203,08 (V) 4/ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 = . Id = . 59,5 = 48,58 (A) 5/ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1 = kBA . I2 = . I2 = . 48,58 = 44,84 (A) 6/ Tiết diện sơ bộ trụ: QFe = kQ Trong đó: kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m: số trụ máy biến áp SBA = kS . Pd = kS . Ud0 . Id = 1,34 . 237,61 . 59,5 = 18944,64 (W) Suy ra: QFe = 6. = 67,43 (cm3) 7/ Đường kính trụ: d = = = 9,27 (cm) Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10 (cm) 8/ Chọn loại thép: Ta chọn loại thép 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm). Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 Tiristor 9/ Chọn tỷ số m = = 2,3 (m = 2 – 2,5) Suy ra h = 2,3 . d = 2,3 . 10 = 23 (cm) Suy ra chọn chiều cao trục là 23 (cm) 10/ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: W1 = = = 146,96 (vòng) Chọn W1 = 147 (vòng) 11/ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: W2 = . W1 = . 147 = 135,65 (vòng) Chọn W2 = 136 (vòng) 12/ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) 13/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: S1 = = = 16,3 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 16,4 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 .b1 = 2,24 . 7,5 (mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J1 = = = 2,73 (A/mm2) 14/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: S2 = = = 17,6 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 17,6 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 . b2 = 2,24 . 8(mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J2 = = = 2,75 (A/mm2) 15/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: W1l = . kc = . 0,92 = 24,5 (vòng) ≈ 25 (vòng) h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5 (cm) Kc - hệ số ép chặt Tra bảng 4 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,92 16/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: n1l = = = 5,88 (lớp) Chọn số lớp n1l = 6 lớp Như vậy 147 vòng chia thành 6 lớp, 5 lớp đầu có 25 vòng, lớp thứ 6 có 22 vòng. 17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: h1 = = = 20,38 (cm) 18/ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 (cm) 19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm) 20/ Đường kính trong của ống cách điện: D1 = dFe + 2 . a01 – 2. S01 = 10 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 11,8 (cm) 21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + 2 . S01 = 11,8 + 2 . 0,1 = 12 (cm) 22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm) 23/ Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11) . n1l = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) 24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2 . 1,404 = 14,81 (cm) 25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: Dtb1 = = = 13,41 (cm) 26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp; l1 = W1 . . Dtb1 = . 147 . 13,41 = 6189,78 (cm) = 61,89 (m) 27/ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd01 = 9 (mm) 28/ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 20,38 (cm) 29/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: W2l = . kc = . 0,92 = 23,44 (vòng) ≈ 24 (vòng) 30/ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: n2l = = = 5,6 (lớp) 31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 6 (lớp), 5 lớp đầu có 23 vòng, lớp thứ 6 có 21 vòng. 32/ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: h2 = = = 20 (cm) 33/ Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 14,81 + 2 . 0,9 = 16,61 (cm) 34/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 (mm) 35/ Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd22) . nl2 = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) 36/ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 . Bd2 = 16,61 + 2 . 1,404 = 19,42 (cm) 37/ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: Dtb2 = = = 18,02 (cm) 38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = . W2 . Dtb2 = . 136 . 18,02 = 7695,26 (cm) = 76,95 (m) 39/ Đường kính trung bình các cuộn dây: D12 = = = 15,71 (cm) Suy ra r12 = = = 7,85 (cm) 40/ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm) 41/ Đường kính trụ d = 10 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 6 bậc. 42/ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Qbt = 2 . (1,6 . 9,5 + 1,1 . 8,5 + 0,7 . 7,5 + 0,6 . 6,5 + 0,4 . 5,5 + 0,7 . 3) = 76 (cm2) 43/ Tiết diện hiệu quả của trụ: QT = khq . Qbt = 0,95 . 76 = 72,2 (cm2) 44/ Tổng chiều dày các bậc thang của trụ: dt = 2 . (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 (cm) 45/ Số lá thép dùng trong các bậc: Bậc 1: n1 = . 2 = 64 (lá) Bậc 2: n2 = . 2 = 44 (lá) Bậc 3: n3 = . 2 = 28 (lá) Bậc 4: n4 = . 2 = 24 (lá) Bậc 5: n5 = . 2 = 16 (lá) Bậc 6: n6 = . 2 = 28 (lá) Ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau: -Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = dt =10,2 (cm) -Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 9,5 (cm) Tiết diện gông: Qbg = a .b = 9,5 . 10,2 = 96,9 (cm2) 46/ Tiết diện hiệu quả của gông: Qg = khq . Qbg = 0,95 . 96,9 = 92,06 (cm2) 47/ Số lá thép dùng trong một gông: hg = = = 204 (lá) 48/ Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: BT = = = 0,93 (T) 49/ Mật độ từ cảm trong gông: Bg = BT . = 0,93 . = 0,73 (T) 50/ Chiều rộng cửa sổ: c = 2 . (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2 . (1 + 1,404 + 0,9 + 1,404) +2 = 11,42 (cm) 51/ Khoảng cách giữa 2 tâm trục: c’ = c + d = 11,42 + 10 = 21,42 (cm) 52/ Chiều rộng mạch từ: L = 2 . c + 3 . d = 2 . 11,42 + 3 . 10 = 52,84 (cm) 53/ Chiều cao mạch từ: H = h + 2 . a = 23 + 2 . 9,5 = 42 (cm) 54/ Thể tích của trụ: VT = 3 . QT . h = 3 . 72,2 . 23 = 4981,8 (cm3) = 4,98 (dm3) 55/ Thể tích của gông: Vg = 2 .Qg . L = 2 . 92,06 . 52,84 = 9728,9 (cm3) = 9,73 (dm3) 56/ Khối lượng trụ: MT = VT . mFe = 4,98 . 7,85 = 39,09 (kg) 57/ Khối lượng gông: Mg = Vg . mFe = 9,73 . 7,85 = 76,38 (kg) 58/ Khối lượng sắt: MFe = MT + Mg = 39,09 + 76,38 = 115,47 (kg) 59/ Thể tích của đồng: VCu = 3 . (S1 . l1 + S2 .l2 ) = 3 . (16,3 . 10-4 . 61,89 .10 + 17,6 . 10-4 . 76,95 . 10) = 7,09 (dm3) 60/ Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = 7,09 . 8,9 = 63,1 (kg) 61/ Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C: R1 = = 0,02133 . = 0,081 () 62/ Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C: R2 = = 0,02133 . = 0,093 () 63/ Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp: RBA = R2 + R1 . ()2 = 0,093 + 0,081 . ()2 = 0,16 () 64/ Sụt áp trên điện trở máy biến áp: ∆Ur = RBA . Id = 0,16 . 59,5 = 9,52 (V) 65/ Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp: XBA = 8 . π2 . (W2)2 . () . (a12 + ) . . 10-7 = 8 . π2 . 1362 . () . (0,009 + ) . 314 . 10-7 = 0,304 () 66/ Điện cảm máy biến áp quy dổi về thứ cấp: LBA = = = 0,00097 (H) = 0,97 (mH) 67/ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: ∆Ux = . XBA . Id = . 0,304 . 59,5 = 17,28 (V) Rdt = . XBA = . 0,304 = 0,29 () 68/ Sụt áp trên máy biến áp: ∆UBA = = = 19,73 (V) 69/ Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100 U = Ud0 . cosαmin - 2 . ∆Uv – ∆UBA = 237,61 . cos100 – 2 . 1,5 – 19,73 = 211,27 (V) 70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: ZBA = = = 0,34 () 71/ Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: ∆Pn = 3 . RBA . I2 = 3 . 0,16 . 48,482 = 1132,8 (W) ∆Pn% = . 100% = . 100% = 5,98% 72/ Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ: P0 = 1,3 . nf . (MT . BT2 + Mg .Bg2) = 1,3 . 1,15 . (39,09 . 0,932 + 76,38 . 0,732) = 111,39 (W) ∆P0 % = . 100% = .100% = 0,59 % 73/ Điện áp ngắn mạch tác dụng: Unr = . 100% = . 100% = 3,82 % 74/ Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = . 100% = . 100% = 7,27 % 75/ Điện áp ngắn mạch phần trăm: Ur = = = 8,21 76/ Dòng điện ngắn mạch xác lập: I2nm = = = 597,29 (A) 77/ Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Imax = . I2nm . (1 + e ) = . 597,29 . (1 + e ) = 1006,93 (A) Imax = 1006,93 (A) < idinh = 1800 (A) 78/ Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình: 2 . LBA . = U23 – U2a = . U2 . sin() = = = 256413,59 (A/s) = 0,26 (A/s) < = 100 (A/s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt. 79/ Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: = = = 85% III- Thiết kế cuộn kháng lọc: 1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100. Với góc mở αmin là dự trữ, ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. -Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin , điện áp trên tải lớn nhất Ud max = Ud0 . cosαmin = Ud dm và tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm -Khi góc mở lớn nhất α = αmax , điện áp trên tải nhỏ nhất Ud min = Ud0 . cosαmax và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin Ta có: = arcos = arcos Trong đó Ud min được xác định như sau: D = = Udmin = Udmin = Udmin = Udmin = Udmin = 59,43 (V) Suy ra arcos= arcos = arcos= 82,810 2/ Xác định các thành phần sóng hài: Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier, ta chuyển gốc toạ độ sang điểm , khi đó điện áp tức thời trên tải khi tiristor T1,T4 dẫn là: Ud = Uab = .U2 . cos với Điện áp tức thời trên tải Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ Trong đó p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới. Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud: Ud = Hay Ud = = Trong đó: an = = = = bn = = = = Ta có: Vậy ta có biên độ điện áp: 3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở . Ta có: Cân bằng 2 vế: vì Nên Trong các thành phần xoay chiều bậc cao, thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có: Nên Vậy Suy ra: là số xung đập mạch trong một chu kỳ điên áp lưới. = 161,68 (V) = 0,0144 (H) = 14,4 (mH) Điện cảm mạch phàn ứng đã có: Trong đó: Lu : điện cảm mạch phần ứng = 0,00294 () = 2,94 (mH) là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù. Luc = 2,94 + 0,97 . 2 = 4,88 (mH) Điện cảm cuộn kháng lọc: Lk = L – Luc = 14,4 – 4,88 = 9,52 (mH) 4/ Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé, ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng cuộn kháng: Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: Công suất của cuộn kháng lọc: Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc: Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn, chọn Q = 4,25 (cm2) 5- Với tiết diện trụ Q = 4,25 (cm2) Chọn loại thép 330A, là thép dày 0,35 (mm) a = 20 (mm), b = 25 (mm) 6- Chọn mật độ từ cảm trong trụ: BT = 0,8 T 7- Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong cuộn kháng sẽ xuất hiện một sức điện động EK: EK = 4,44 . W . f’ . BT . Q Gần đúng ta có thể viết: EK = ∆U = 75,43 (V) Lấy W = 166 (vòng) Dòng điện chạy qua cuộn kháng: Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm2) Tiết diện dây quấn cuộn kháng: Chọn dây J = ) ng cuônày 0,35 (mm) tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chọn SK = 21,9 (mm2) Xem phụ lục 9, chọn kích thước dây aK . bK = 3,8 . 5,9 (mm) Tính lại mật độ dòng điện Chọn hệ số lấp đầy: Diện tích cửa sổ: Tính kích thước mạch từ: QCS = c . h chọn , suy ra h = 3 . a = 3 . 20 = 60 (mm) Chiều cao mạch từ: H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) 15- Chiều dài mạch từ: L = 2 . c + 2 . a = 2 . 8,57 + 2 . 20 = 211,4 (mm) 16- Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = 2 (mm) 17- Tính số vòng dây trên một lớp: Tính số lớp dây quấn: (lớp) 17 (lớp) Mỗi lớp 10 vòng. Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: a01 = 3 (mm) Cách điện giữa các lớp: cd1 = 0,1 (mm) Bề dày cuộn dây: Bd = (ak + cd1 ) . n1 = (3,8 + 0,1) . 17 = 66,3 (mm) Tổng bề dày cuộn dây: Chiều dài của vòng dây trong cùng: Chiều dài của vòng dây ngoài cùng: Chiều dài trung bình của 1 vòng dây: Điện trở của dây quấn ở 750C: Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng. Thể tích sắt: VFe = 2 .a . b . h + a . b . L = a . b . (2 . h + L) = 20 . 25 . 10-4 . (2 . 60 + 211,4) . 10-2 = 0,16 (dm3) Khối lượng sắt: MFe = VFe . mFe = 0,16 . 7,85 = 1,256 (kg) Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = Sk . ltb . W . mCu = 21,7 . 317 . 166 . 8,9 . 10-6 = 10,16 (kg) CHƯƠNG 4 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN -Tiristor chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt trên anot và xung dòng dương đặt vào cực điều khiển G. Sau khi tiristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chảy qua tiristor do thông số của mạch động lực quyết định. -Mạch điều khiển có các chức năng sau: +Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anot – catot của tiristor. +Tạo ra được các xung đủ điều kiên mở được tiristor (xung điều khiển thường có biên độ từ 2 - 10 V, độ rộng xung tiristorx = 20 - 100s đối với thiết bị chỉnh lưu). Độ rộng xung được tính theo biểu thức: Trong đó: Idt : dòng duy trì của tiristor : tốc độ tăng trưởng của dòng tải 1/ Thiết kế mạch điều khiển: -Cấu trúc mạch điều khiển của tiristor: udk : điện áp điều khiển : điện áp một chiều udb : điện áp đồng bộ: điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp anot – catot của tiristor. +Khâu 1: Khâu so sánh, khi UCM – UC =0 thì trigơ lật trạng thái ở đầu ra có 1 chuỗi xung “sin chữ nhật” +Khâu 2: Đa hài 1 trạng thái ổn định +Khâu 3: Khuếch đại xung +Khâu 4: Biến áp xung *Các giá trị trung bình: -Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: Đặt : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu điều khiển với Suy ra -Hiện tượng trùng dẫn: +Vì trong thực tế điện cảm của nguồn và của tải đã kéo dài quá trình chuyển mạch, do vậy khi một tiristor này đang giảm dần dòng điện về 0 thì tiristor khác lại có dòng điện tăng lên với cùng tốc độ. Khoảng thời gian chuyển tiếp này có sự trùng dẫn. +Trong khoảng chuyển mạch được đặc trưng bằng góc chuyển mạch . Lúc này dòng điện tải là tổng dòng điện 2 tiristor cùng dẫn. Điện áp trên tải là trung bình của điện áp 2 pha đang dẫn. Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp trung bình Bắng cách tác động vào Udk ta có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh được góc mở -Mạch điều khiển thường được thiết kế theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. -Để tạo thành 1 mạch điều khiển thường sử dụng các linh kiện: biến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 (công tắc ngưỡng), tranzitor, máy biến áp xung, các diot và diot zener và một số linh kiện điện tử khác. 2/ Vi mạch TCA 780: Giới thiệu: Vi mạch TCA 780 còn được gọi là công tắc ngưỡng. -Được bán rộng rãi trên thị trường, vi mạch này do hãng Siemens chế tạo, được sử dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều. -TCA 780 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng của một mạch điều khiển: +”Tề đầu” điện áp đồng bộ. +Tạo điện áp răng cưa đồng bộ +So sánh +Tạo xung ra Sơ đồ vi mạch TCA 780: -Có thể điều chỉnh góc mở từ 00 đến 1800 điện -Thông số chủ yếu của TCA 780: +Điện áp nuôi: Us = 18 V +Dòng điện tiêu thụ: IS = 10 mA +Dòng điện ra: I = 50 mA +Điện áp răng cưa: Ur max = (US – 2) V +Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9 = 20 k - 500 k +Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 – (Us – 2) V +Dòng điện đồng bộ: IS = 200 A +Tụ điện: C10 = 0,5 F +Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz -TCA 780 hoạt động theo nguyên tăc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16 V) +Ur = Uc – Uv : khi Uc = Ur tức Uv =0 thì TCA làm nhiệm vụ so sánh và tạo xung ra. Bằng cách làm thay đổi Udk có thể điều chỉnh thời điểm xuất hiện xung ra tức điều chỉnh được góc mở +Tụ C10: tham gia vào khâu tạo ra điện áp răng cưa, nó được nạp bằng dòng điện i từ chân số 10 và dòng i được điều chỉnh bằng R9 (thường R9 = 20 k - 500 k). Dòng điện i được tính: (Thường chọn R9 = 200 k) (Thường chọn C10 = 0,5 F) +Tại thời điểm t = t0, U10 = Uc = U11, xuất hiện xung dương ở chân 15 nên V(t)>0, xuất hiện xung ra ở chân 14 nếu V(t)<0 Góc mở Vậy góc mở biên thiến từ (0 – 1800 điện)cũng có thể thay đổi bằng cách thay đổi Uc hoặc R9. +Tụ C12 có tác dụng khuếch đại độ rộng xung ra. C12 có thể chọn 0 – 100 pF. Muốn có độ rộng xung lớn có thể chọn C12 > 300 pF. +US : điện áp nguồn nuôi từ các chân 6, 13, 16 với điện áp 1 chiều (18 V) Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng 3 tiristor ta chỉ cần sử dụng xung ra lấy từ chân số 15. +Để có được xung điều khiển lần lượt cho cả 3 tiristor cần có 3 vi mạch TCA 780 đảm nhận. 3/ Khâu khuếch đại xung: -Xung ra trên vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để có thể mở tiristor, do đó cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để có thể mở tiristor động lực. -Khuếch đại tạo xung gồm các linh kiện: transistor, biến áp xung, diot và các biến trở phân cực cho tranzitor. a) Sơ đồ 1 pha của khâu khuếch đại xung: b) Chức năng của các linh kiện: -D3: hướng dòng cung cấp cho transistor. -D2, Dz2: hạn chế dòng quá điện áp trên cực colector và emitor của transistor. -R1, R2: điện trở hạn chế dòng phân cực IB của transistor c) Hoạt động của sơ đồ: Giả sử tín hiệu vào Uc (là tín hiệu logic) được lấy từ chân 15 (và 14) của TCA 780. -Khi Uc = “1” (mức logic 1)thì tranzitor dẫn bão hoà Giả sử khi t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L của biến áp xung ngăn không cho ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ với -Khi Uc = “0” (mức logic 0) thì Dz1 bị chặn lại và tranzitor bị khoá. Khi t = t1 Uc = “0” ta có: Tranzitor bị khoá à Ic = 0 Vậy nếu không có diot D2 thì năng lượng sinh ra quá điện áp trên cực C và E, quá điện áp có thể vượt quá 100V nên có thể phá huỷ transistor. Khi có D2: UCE = UC – UE = 0,8 (V) thì D2 mở cho dòng chạy qua làm ngắn mạch 2 điểm C, F trên cuộn sơ cấp máy biến áp xung. Do đó: UCE = US + 0,8 (V) 4/ Khâu truyền hàm điều khiển: Khi có xung ở cuộn dây thứ cấp của máy biến áp xung, xungnaỳ truyền qua D4 đến điều khiển mở tiristor. RG: hạn chế dòng điều khiển R: điều khiển độ rộng của xung. 5/ Tính chọn các thông số của các phần tử mạch điều khiển: Tính chọn các phần tử trong khâu khuếch đại xung: Chọn diot D4 dùng điều khiển của tiristor 91RC60: US = 7 V, Ig = 300 mA Chọn diot D4 loại S310 của Liên Xô với các thông số: UCE = 40 V, UBE = 3 V, Ic max = 300 mA, = 13 – 25 Với IC = 150 mA, chọn = 20 Điện trở Rc: Tính chọn R1: Chọn D2, D3 loại S310 có các thông số: I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆UD3 = 0,6 V Diot Dz là loại diot zener loại 1W3815 có các thông số: Imax = 264 mA, U0N = 16 V, Pmax = 2 W Tính chọn Dz1 và R2: Dòng điện ra từ chân 14 và 15 qua diot D1 là 50 mA Biên độ xung ra Ux = 16 V Chọn Dz1 là diot zener loại KU139A có các thông số U = 3,7 V; Imax = 70 mA; Imin = 30 mA Dòng điện ra trên chân 14 và 15 qua diot D1 là 50 mA Biên độ xung ra Ux = 16 V Điện trở R2 được tính như sau: Chọn các phần tử bên ngoài TCA 780: Ta chọn Tính toán máy biến áp đồng pha: Máy biến áp đồng pha là máy biến áp tạo nguồn cung cấp cho TCA 780. Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn 380/220 V, có sơ đồ nối dây ∆∕Ү để tạo ra độ lệch 300 một cách tự nhiên, đồng thời tạo ra sự đồng pha của máy biến áp thứ cấp. Độ dài xung răng cưa của cả độ dài của máy biến áp đồng pha với điện áp điều khiển cực đại là: TCA có dòng vào đồng bộ khoảng I5 = 200 Vậy điện trở R5 được tính như sau: Tỉ số biến áp của máy biến áp đồng pha: Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là: Công suất của máy biến áp đồng pha: S = 3 . U1 . I 1 = 3 . 380 . 48,397 .106 = 55,77 . 103 (W) Công suất của máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ. Tính chọn biến áp xung: Tỉ số biến áp của biến áp xung được tính theo công thức: (thường m = 2 -3 ) Chọn m = 2 Vậy điện áp sơ cấp của biến áp xung là: U1 = m . UX = 2 . (7 + 0,6) = 15,2 (V) Với UX = Uq + ∆Up = (7 + 0,6) (V) Dòng điện sơ cấp của biến áp xung: *Mạch từ: Chọn vật liệu sắt từ 330, lõi sắt từ có dạng hình chữ nhật, làm việc trên 1 phần đặc tính của từ hoá tuyến tính BS = 2,2 T, ∆B = 1,7 T làm việc ở f = 50 Hz, có khe ∆H = 50 A/m. Từ thẩm của lõi thép từ: Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình. Sơ bộ ta chọn chiều dài trung bình của đường sức: L = 0,1 m; khe hở lkh = 10-5 Thể tích lõi sắt từ: = 2,204 . 10-6 (m) = 2,204 (cm3) Chọn thể tích bằng 3 (cm3) Chọn các số liệu thiết kế: l = 2 (cm), a = =1,5 (cm) Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung: Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: CHƯƠNG 5 MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động hoá……... Tuy nhiên những phần tử bán dẫn công suất rất khó tính toán và cũng hay bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau. Do đó cần phải bảo vệ các tiristor, cần phải tôn trọng các tỉ số giới hạn sử dụng do nhà chế tạo đã định với từng phần tử. -Điện áp ngược lớn nhất -Giá trị trung bình lớn nhất đối với dòng điện -Nhiệt độ lớn nhất đối với thiết bị -Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện -Thời gian khoá toff -Thời gian mở ton -Dòng điện kích thích -Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố bất ngờ xảy ra gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện. Các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi làm việc với nhiệt độ quá nhiệt độ cho phép dù thời gian rất ngắn cũng có thể phá huỷ thiết bị. Đối với bán dẫn Ge: TjM = 800 - 1000 Đối với bán dẫn Si: TjM = 1800 – 2000 Nếu phần tử bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ còn 30% - 50%. Để cho các tiristor làm việc được tốt ta dùng quạt lám mát đối với các tiristor nhỏ. Đối với các tiristor có công suất lớn thì dùng nước hoặc dầu biến thế để làm mát. Khi cho xung điều khiển vào van thì ban đầu chỉ có những điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi mới lan dần ra xuất hiện ở những vùng có điện trường lớn. Về dòng điện, nếu lớn thì tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt ghép J2 có thể tạo những vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng. Có thể giảm nhỏ được bằng cách đặt một điện kháng bão hoà trong mạch anot của tiristor. Đặc điểm của cuộn kháng, khi mach từ chưa bão hoà thì có một điện kháng lớn, khi mạch từ bão hoà thì có điện kháng nhỏ. 1/ Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ: 2/ Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn: Tổn thất công suất trên 1 tiristor: Diện tích bề mặt toả nhiệt: Trong đó: : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường. Lấy Tmt = 400C Chọn Tlv trên cánh tản nhiệt là 800C Suy ra = Tlv – Tmt = 400C Kn : hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn Kn = 8 W/m2.0C Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh a.b=10.10 (cm) Tổng diện tích tản nhiệt của cánh: S = 12 . 2 . 10 . 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ quá dòng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. Chọn 1 aptomat có: Udm = 220 (V) Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: Dòng quá tải: Chọn cầu dao có dòng định mức: Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ truyền động. Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các tiristor ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC: I1CC = 1,1 . I2 = 1,1 . 48,58 = 53,44 (A) Nhóm 2CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 . Ihd = 1,1 . 34,51 = 37,96 (A) Nhóm 3CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 . Id = 1,1 . 59,5 = 65,45 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 60 (A), 2CC loại 40 (A), 3CC loại 70 (A) 4/ Bảo vệ quá điện áp cho van: Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với tiristor. Chọn R1 = 5,1 (), C1 = 0,25 () Mạch RC bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C như hình vẽ: Chọn R2 = 12,5 (), C1 = 4 () Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới Để bảo vệ van do cắt đột ngột khi máy biến áp non tải, người ta thường mắc mạch R-C ở đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha phụ bằng các diot công suất bé. Thông thường chọn giá trị tự chọn trong khoảng 10 – 200 () Chọn R3 = 470 (), C3 = 10 () Chọn giá trị điện trở: R4 = 1,4 (k) Mạch cầu 3 pha dùng diot tải RC bảo vệ do cắt máy biến áp non tải TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử công suất Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh Điện tử công suất Tác giả: Nguyễn Bính