Đồ án Điện tử công suất cầu 1 pha

Lêi nãi ®Çu c&d ˜ Nh­ chóng ta ®· biÕt trong tÊt c¶ c¸c hÖ thèng m¸y mãc, thiÕt bÞ ®iÖn dïng trong sinh ho¹t vµ s¶n xuÊt hiÖn nay chñ yÕu sö dông nguån ®iÖn xoay chiÒu .Tuy nhiªn bªn c¹nh ®ã kh«ng Ýt nh÷ng thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tõ nguån 1 chiÒu ,v× nhiÒu tÝnh n¨ng ®Æc biÖt cña nã. Nguån ®iÖn 1 chiÒu cã thÓ ®­îc s¶n xuÊt tõ m¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu ,hoÆc lÊy tõ nguån xoay chiÒu qua c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ,läc .. .Dßng ®iÖn 1 chiÒu s¶n sinh ra tõ MF§1C th­êng cã chÊt l­îng coa h¬n nh­ng do thiÕt bÞ phøc t¹p vµ Ýt kinh tÕ nªn trong kû thuËt ng­êi ta th­êng t¹o dßng ®iÖn 1 chiÒu b»ng c¸ch chØnh l­u tõ dßng xoay chiÒu.§ã còng chÝnh lµ néi dung vµ ý nghÜa cña tËp thuyÕt minh nµy. Néi dung tËp thuyÕt minh nµy tr×nh bµy thiÕt kÕ bé chØnh l­u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn ,biÕn dßng xoay chiÒu thµnh dßng 1 chiÒu ®Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é phÇn øng cña ®éng c¬ diÖn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp.Néi dung gåm cã 5 phÇn: PhÇn 1:Tæng quan vÒbé chØnh l­u cÇu 1 pha cã diÒu khiÓn. PhÇn 2:TÝnh chän m¹ch ®éng lùcvµ cuén kh¸ng c©n b»ng. PhÇn 3:TÝnh chän m¹ch b¶o vÖ. PhÇn 4:ThiÕt kÕ m¹ch b¶o vÖ theo nguyªn lý ARCCOS. PhÇn 5:M« pháng hÖ htèng trªn Circuitmaker. Vµ mét b¶n vÏ ®Çy ®ñ trªn giÊy A3. Víi sù cè b¾ng nç lùc cña b¶n th©n cïng víi sù h­íng dÉn gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy gi¸o h­íng dÉn §oµn Quang Vinh,thÇy gi¸o bé m«n NguyÔn M¹nh Hµ vµ c¸c thÇy c« kh¸c trong khoa.Nh­ng do thêi gian vµ n¨ng lùc cßn h¹n chÕ,kiÕn thøc chuyªn ngµnh ch­a nhiÒu, nªn ch¾c ch¾n trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ cßn nhiÒu sai sãt ,mong ®­îc c¸c thÇy c« chØ dÉn thªm. Cuèi cïng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy giµo h­íng dÉn §oµn Quanh Vinh, thÇy gi¸o bé m«n NguyÔn M¹nh Hµ cïng tÊt c¶ c¸c thÇy c« trong Khoa. Chóc c¸c thÇy c« cïng gia quyÕn lu«n m¹nh khoÎ vµ h¹nh phóc,chóc buæi b¶o vÖ thµnh c«ng tèt ®Ñp. Sinh viªn : Hoµng V¨n c NhiÖm vô thiÕt kÕ vµ yªu cÇu: NhiÖm vô thiÕt kÕ: ThiÕt kÕ bé chØnh l­u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn cho ph¶n øng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p phÇn øng: U­®m=110VCD Dßng ®iÖn phÇn øng:I­®m=2.5A C«ng suÊt ®éng c¬: P®m=160W Yªu cÇu: Tæng quan vÒ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp . Tæng quan vÒ bé chØnh l­u cÇu mét pha. TÝnh chän m¹ch ®éng lùc. TÝnh chän m¹ch b¶o vÖ vµ cuén kh¸ng san b»ng. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn theo nguyªn lý ARCCOS. M« pháng. Mét b¶n vÏ ®Çy ®ñ vÒ bé chØnh l­u trªn giÊyA3. PhÇn I : tæng quan vÒ m¹ch chØnh l­u cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn víi phô t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Nguyªn lý lµm viÖc. Phô t¶i cã thÓ thay thÕ b»ng mét søc ph¶n ®iÖn E nèi tiÕp víi mät ®iÖn rë R vµ mét ®iÖn c¶m L. u1 ud u2 T2 T3 N M A B L R E T4 T1 id S¬ ®å: Trong s¬ ®å nµy cã 4 Thyristor T1 ,T2 ,T3,T4. C¸c Thiristor nµy ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng c¸c xung dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn t­¬ng øng :iT1,iT2,iT3,iT4 . M¹ch chØnh l­u ®­îc cÊp tõ mét nguån ®iÖn xoay chiÒu qua MBA víi ®iÖn ¸p thø cÊp u2 =U2msinq (q=w.t). C¸c xung ®iÒu khiÓn nµy cã chu k× víi u 2 nh­ng xuÊt hiÖn kh«ng ®ång thêi víi u2 .C¸c xung iT1, iT3 xuÊt hiÖn sau u2 mét gãc a ,cßn c¸c xung iT2 vµ iT4 xuÊt hiÖn sua u2 mét gãc a+p Ta chØ xÐt m¹ch nµy khi ®iÖn c¶m L rÊt lín vµ E nhá h¬n gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u Udo.trong tr­êng hîp ®ã m¹ch lµm viÖc ë chÕ ®é cung cÊp liªn tôc ®iÖn ¸p cho phô t¶i vµ dßng ®iÖn qua phô t¶i hÇu nh­ kh«ng ®æi vµ b»ng gi¸ trÞ trung b×nh cña nã Id Ngoµi ra tuú theo gãc më chËm a cña Thyristor mµ m¹ch nµy cã thÓ lµm viÖc ë 2 chÕ ®é : ChÕ ®é nghÞch l­u phô thuéc khi :a > p/2 vµ E<0 ChÕ ®é chØnh l­u khi: a 0 Ta chØ xÐt tr­êng hîp m¹ch lµm viÖc ë chÕ ®é chØnh l­u. Trong nöa chu kú ®Çu cña ®iÖn ¸p u2 (00 th× T1, T3, ®­îc ph©n cùc thuËn .Do ®ã khi xung ®iÒu khiÓn iT1, iT3 ®Õn gãc pha q=a c¸c T1 ,T3 më theo chu tr×nh ,dßng ®iÖn ®i tõ A qua T1 ®Õn M qua t¶i ®Õn N sau ®ã qua T3 vÒ B .§iÖn ¸p chØnh l­u ud= u2 =U2msinq. ®iÖn ¸p trªn T1,T3 b»ng 0 dßng diÖn qua phô t¶i ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh : L +R.id +E=u2=U2msinq. Lóc nµy q=p ,u2=0 nh­ng T1 vµ T3 vÉn ch­a kho¸ v× dßng ®iÖn id qua chóng vÉn >0 Sang n÷a chu kú sau cña u2 (p<q<2p) ,u2 <0 c¸c thyristor T2 vµ T4 ®­îc ph©n cùc thuËn .Do ®ã khi xung ®iÒu khiÓn iT2 vµ iT4 ®Õn gãc pha q=a+p th× T2 vµ T4 më theo chu tr×nh ,dßng ®iÖn ®i tõ B qua T2 ®Õn M qua phô t¶i ®Õn N sau ®ã qua T4 vµ vÒ A §iÖn ¸p chØnh l­u :ud = -u2 =-U2msinq Cßn dßng ®iÖn chØnh l­u biÕn thiªn nh­ nöa chu kú ®Çu. Sù më cña T2 vµ T4 lµm cho uN =uA vµ uM=uB ,Do ®ã ®iÖn ¸p trªn T1 vµ T3 t¹i thêi ®iÓm q=a+p lµ: uT1=uA-uM=uA-uB=u2<0 uT3=uN-uB= uA-uB=u2<0 ®iÒu nµy lµm cho T1 vµ T3 t¾t h¼n mét c¸ch tù nhiªn BiÓu thøc x¸c ®Þnh Ud, Id. Do cã ®iÖn c¶m L trong m¹ch t¶i nªn thùc tÕ dßng id lµ dßnh liªn tôc,id =Id GÝa trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u Ud= Khi T1 vµ T3 më cho dßng ch¹y qua ta cã ph­¬ng tr×nh : L +R.id +E=u2=U2msinq. X=w.L Do a<p/2 nªn Ud lu«n d­¬ng hay : Ud =R.Id+E -Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn chØnh l­u: Id=(Ud-E)/R D¹ng ®­êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn chØnh l­u. Víi diÖn ¸p Ud vµ dßng ®iÖn Id ®­îc x¸c ®inh ta vÏ ®­îc ®­êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn nh­ sau: iT2,4 iT1,3 0 id ud ud 0 0 0 0 0 0 0 0 id Id iT1,3 iT2,4 i2 Id Id Id Id Id ChØnh l­u cÇu ®iÒu khiÓn mét pha ,t¶i R+L+E HiÖn t­îng trïng dÉn. S¬ ®å trïng dÉn ®­îc tr×nh bµy nh­ h×nh vÏ. ud ic2 ic1 ud T4 T3 N M A B L R E T1 T2 id e2 id id iT1 iT2 Gi¶ thiÕt T1 vµ T3 ®ang më cho dßng ch¹y qua, iT1,3=Id. Khi q=q2 cho xung ®iÒu khiÓn më T2 vµ T4 .V× sù cã mÆt cña Lc nªn dßng iT1,3kh«ng thÓ gi¶m ®ét ngét tõ Id ®Õn 0,mµ dßng iT2,4 còng kh«ng t¨ng tõ 0 ®Õn Id. Lóc nµy c¶ 4 Thyristor ®Òu më cho dßng ch¹y qua,phô t¶i bÞ ng¾n m¹ch ,ud=0, nguån e2 còng bÞ ng¾n m¹ch sinh ra dßng Ic. Ta cã ph­¬ng tr×nh : U2msinq=Xc. NÕu chuyÓn gèc to¹ ®é vÒ q2,ta cã : U2msin(q+a)=Xc. ic= §Æt ic=ic1+ic2 víi ic1=ic2=ic/2. ic1 lµm t¨ng dßng trong T4 vµ gi¶m dßng trong T3 ic2 lµm t¨ng dßng trong T2 vµ gi¶m dßng trong T1 iT2,4= iT1,3=Id- Khi kÕt thóc giai ®o¹n trïng dÉn tøc lµ khi q=m,iT1,3=0, vËy ph­¬ng tr×nh chuyÓn m¹ch cã d¹ng : cosa-cos(m+a)= X¸c ®Þnh DUm. DUm.= suy ra : DUm=. Khi Lc¹0 trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i sÏ lµ: U’d=Ud-. VíiUd= PhÇn II :tÝnh chän m¹ch ®éng lùc TÝnh chän m¹ch ®éng lùc víi s¬ ®å vµ th«ng sè sau: C«ng suÊt ®éng c¬:P=160W §iÖn ¸p ®éng c¬:U­=110VDC Dßng ®iÖn I­=2.5A HÖ sè dù trö ®iÖn ¸p:Ku=1.6 HÖ sè dù trö dßng ®iÖn :K=1.2 u1 ud u2 T4 T3 N M A B L R E T1 T2 id I.TÝnh chän bé biÕn ®æi : 1.X¸c ®inh ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i vµ ®iÖn ¸p ra cña MBA: a.§iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i: Bé biÕn ®æi chØnh l­u Thyristor cÇn cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p kh«ng t¶i ®¶m b¶o cÊp cho phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu .Theo tµi liÖu h­íng dÉn §TCS-NBÝnh:§iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i ®­îc tÝnh nh­ sau: Ud=[Cu* Ud+4%Udmax+1.5% Udmax+ UdFmax]/b(3) Trong ®ã: b= 0.95:hÖ sè dao ®éng Cu =1.06 :lµ hÖ sè dù tr÷ sôt ¸p. Udmax:®iÖn ¸p chØnh l­u cùc ®¹i . Udmax=U­®m=110V 4% Udmax:tæn thÊt ®iÖn trë cña ®éng c¬ g©y ra 1.5% Udmax: tæn thÊt ®iÖn c¶m cña ®éng c¬ g©y ra UdFmax=2:§iÖn ¸p sôt trªn 2 Thyristor : ThÕ c¸c sè vµo (3) ta ®­îc : Ud=(1.06*110+0.04*110+0.015*110+2)/0.95=131V. VËy ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i :Ud=131V b.Gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p pha thø cÊp MBA: ta cã : Ud= ,ví a=0 Suy ra: U2= c. Tû sè MBA: m= d.§iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mçi Thyristor ph¶i chÞu : 2.X¸c ®Þnh dßng ®iÖn chØnh l­u ,dßng ®iÖn mçi pha cña MBA Dßng ®iÖn chØnh l­u : Dßng ®iÖn chØnh l­u còng nchÝnh lµ dßng ®iÖn ch¶y trong phÇn øng cña ®éng c¬ nªn Id=I­=2.5A Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn ch¶y trong mçi Thyristor : Io=Id/2=2.5/2=1.25A Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn ch¶y trong pha thø cÊp MBA: I2=Id=2.5A Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn ch¶y trong pha s¬ cÊp MBA: I1=mI2=0.66*2.5=1.65A 3.Chän Thyristor : Ta cã: HÖ sè dù trö ®iÖn ¸p:Ku=1.6 HÖ sè dù trö dßng ®iÖn :K=1.2 Chon Thyristor chÞu ®­îc: -®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt:Ung=Ku*Uim=1.6*205.6=329V -dßng ®iÖn trung b×nh: Itb=K*Io=1.2*1.25=1.5A Theo b¶ng I.4 trang 32 §TCS-NBÝnh ta chän Thyristor do Liªn X« (cñ) chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè kû thuËt sau: Itb (A) Uim (KV) DU (V) toff (ms) ig (A) Ug (V) di/dt (A/ms) du/dt (V/ms) 2 0.35 2 35 0.2¸0.35 4 100 100 4.TÝnh chän MBA a:M¹ch tõ -C«ng suÊt biÓu kiÕn MBA: S1= U1*I1=220*1.65=363(W) S2= U2*I2=138*2.5= 363(W) S=(S1+S2)/2=363(W). MBA 1 pha ,ta chän m¹ch tõ 1 trô ,C=1mF,f=50Hz. -TiÕt diÖn tÝnh tãan theo c«ng thøc kinh ngiÖm : Q=k* MBA dÇu nªn chän k=5 Suy ra : Q=5 cm2 Víi c«ng suÊt Q=13.47 cm2 Theo trang 77 §TCS-NBÝnh vµ tÇn sè 50Hz , bÒ dµy 0.35 mm.Ta chän MBA cã c¸c th«ng sè sau(chän theo Q=13.6 cm2 ) a (mm) h (mm) c (mm) C (mm) H (mm) B (mm) 40 100 40 160 140 40 h a a12 c C H c B TiÕt diÖn trô *Trô : TiÕt diÖn th« = c*B=4*4=16cm2 TiÕt diÖn hiÖu qu¶:=0.95*20=15.2cm2 Träng l­îng trô :=7.5*0.152*2=2.28Kg *Quylat: TiÕt diÖn th«:=a*B=4*4=16Kg TiÕt diÖn hiÖu qu¶:=0.95*16=1.52Kg Träng l­înh Quylat:=7.5*0.152*1.6*1=1.824Kg *Tõ c¶m Trong c¸c trô chän:Bm=1.1T Trong c¸c Quylat chän:B’m=1.1*=1.1T b.D©y quÊn : Sè vßng d©y mçi fa: S¬ cÊp :n1=vßng Thø cÊp:n2=vßng Chän mËt ®é dßng ®iÖn J1=J2=2.75A/mm2 §­êng kÝnh ph¸i d©y qu©n s¬ cÊp: d1= §­êng kÝnh ph¸i d©y qu©n thø cÊp: d2= *Chän d©y quÊn: Theo b¶ng II.3 “Th«ng sè d©y dÉn tiÕt diÖn trßn”:víi .d1=0.87mm S=0.5809mm2 5.16g/m, 1=0.027W/m .d2=1.08mm S=0.9161mm2 8.14g/m, 2=0.0188W/m *èng d©y quÊn: B¸n kÝnh èng d©y quÊn: rt= VËy ta lång vµo trô mét èng lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn dµy 1mm cã b¸n kÝnh trong 30mm .Suy ra b¸n kÝnh trong cña d©y quÊn s¬ cÊp lµ:30mm. *D©y quÊn s¬ cÊp D©y quÊn s¬ cÊp gåm 593 vßng chia lµm 6 líp(5*100+93) -Gi÷a 2 líp ®Æt 1 líp c¸ch ®iÖn 0.1mm b»ng b×a -BÒ dµy d©y quÊn s¬ cÊp : e1=d1*n+0.1*5=0.85*6+0.5=5.72 mm. B¸n kÝnh trung b×nh d©y quÊn s¬ cÊp : r1tb=rt+e1/2=30+5.72/2=32.86mm ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp : l1=2*p* r1tb*n1*10-3=2*3.14*32.86*593*10-3=122mm §iÖn trë d©y quÊn s¬ cÊp ë 75oC la: h e1 a e2 r truc MÆt c¾t d©y quÊn trªn mét trô R1=r1l1(1+0.004*75)=0.027*122*(1.3)=4.28W *D©y quÊn thø cÊp: D©y quÊn thø còng cÊp gåm 391 vßng chia lµm 4 líp(3*100+91) -Gi÷a 2 lí ®Æt 1 líp c¸ch ®iÖn 0.1mm b»ng b×a -BÒ dµy d©y quÊn s¬ cÊp : e2=d2*n+0.1*3=1.08*4+0.3=4.62mm. B¸n kÝnh trung b×nh d©y quÊn thø cÊp : r2tb=rt+e2/2+e1+8=30+4.62/2+5.72+8=46mm ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp : l2=2*p* r2tb*n2*10-3=2*3.14*46*391*10-3=113 mm §iÖn trë d©y quÊn thø cÊp ë 75oC la: R2=r2l2(1+0.004*75)=0.0188**(1.3)=2.76 W *§iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn kh¸ng:DUx=XId X :lµ ®iÖn kh¸ng tren toµn bé trô ®­îc tÝnh nh­ sau: X=8p2n22 Trong ®ã: =8 mm lµ kho¶ng c¸ch gi÷a d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp: r= Suy ra: X=8*3.142*3912(39.445/100)*(0.008+(0.00572+0.00462)/3)*314*10-7 X=1.71 W V©þ DUx=1.71*2.5=4.274 V §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë: DUr=[R2+R1*(n2/n1)2]Id=RId DUr=[2.76+4.28*0.662]*2.5=11.56 V *§iÖn ¸p chØnh l­u khi ®Çy t¶i: U=Udo-DUx-DUr-DUFe U=131-4.274-11.56-2=113.165V *Tæn thÊt trong s¾t tõ cã tÝnh ®Õn 15% tæn thÊt phô : P=1.15*1.3*(2.28*1.1+1.824*1.1)=6.75 W *.HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u : h= h=% *.Tæng trë ng¾n m¹ch: Zn= Víi R=R1*m2+R2=2.76+4.28*0.662=4.624 W Suy ra Zn=` *.Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch: In= 5.TÝnh cuén kh¸ng c©n b»ng:Lcb Môc ®Ých cña cuén kh¸ng c©n b»ng Lcb lµ nh»m h¹n chÕ møc thÊp nhÊt dßng ®iÖn tuÇn hoµn,c¶n trë sù ®ét biÕn cña dßng ®iÖn ®Ó MBA vµ Thyristor lµm viÖc tèt h¬n kh«ng bÞ nÆng nÒ Gi¶ sö gãc më a1=a2=0,®Ó Icc ®¹t ®Õn gi¸ trÞ lín nhÊt ,th× lóc ®ã nguån U2 bÞ ng¾n m¹ch sinh ra dßng ®iÖn ng¾n m¹ch: In=Icc=36.66 A Lóc ®ã ta cã ph­¬ng tr×nh c©n b»ng suÊt ®iÖn ®éng : TÝch ph©n 2 vÕ ta ®­îc: VËy gi¸ trÞ trung b×nh: Víi Xo=Low Ic12=2%Id=0.02*2.5=0.05 A Suy ra Xo= Mµ Lo=2Lcb+LBA Víi LBA=XBA/w=1.71/314=0.00545 H Suy ra: Lcb=(Lo-LBA)/2=(4.17-0.00545)/2=2.08H VËy Lcb =2.08H II.TÝnh chän bé läc LC: Bé läc lµ mét thiÕt bÞ nèi gi÷a nguån chØnh l­u vµ phô t¶i ®iÖn mét chiÒu.Chøc n¨ng cña bé läc lµ cho dßng ®iÖn cã tÊn sè nµo ®ã ®i qua mµ biªn ®é khong bÞ suy gi¶m ,®ång thêi lµm gi¶m m¹ch dßng ®iÖn ë tÇn sè kh¸c . §èi víi m¹ch chØnh l­u c«ng suÊt lín ta dïng bä läc LC gåm cã tô ®iÖn C m¾c song song víi phô t¶i vµ mét ®iÖn c¶m m¾c nèi tiÕp víi phô t¶i;(h×nh vÏ) L C §éng c¬ ud Bé läc LC Bé läc cã chøc n¨ng lµm gi¶m nhá thµnh phÇn xoay chiÒu cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn chØnh l­u .Mµ cô thÓ trong m¹ch chØnh l­u mét pha hai n÷a chu kú ta thiÕt kÕ lµ bé läc cã nhiÖm vô chñ yÕu lµ h¹n chÕ thµnh phÇn sãng hµi bËc cao vµ cho dßng ®iÖn mét chiÒu ®i qua. §iªn ¸p ®Çu ra cña c¸c bé chØnh l­u cã thÓ ®­îc triÓn khai thµnh chuæi Fourier. NÕu chØ lÊy 2 sè h¹ng ®Çu th× theo khai triÓn Furier ,®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u 1 fa 2 n÷a chu kú cã d¹ng nh­ sua: ud= Trong ®ã:U2 lµ gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p thø cÊp MBA NÕu chóng ta gi¶ thiÕt ®èi víi sãng hµi tÇn sè thÊp mµ XL>>XC th× dßng ®iÖn xoay chiÒu ch¶y qua L vµ C sÏ quyÕt ®Þnh bëi XL vµ cã thÓ viÕt : Im= n=2 víi chØnh l­u 1 fa 2 n÷a chu kú §iÖn ¸p nhÊp nh«: DU=V Tû sè nhÊp nh«: kCL= VËy Víi :kLc=0.01 Syu ra : VËy nÕu ta chän: L=107.7mH C=1000 PhÇn III :tÝnh chän m¹ch b¶o vÖ §èi víi chØnh l­u b¸n dÉn khi tÝnh to¸n còng nh­ khi vËn hµnh ta ph¶i ®Æc biÖt l­u ý ®Õn vÊn ®Ò b¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn vµ qu¸ ®iÖn ¸p . V× van b¸n dfÉn cã kÝch th­íc nhá ,nhiÖt dung bÐ vµ nhiÖt ®ä dßng ®iÖn qua mÆt tiÕp gi¸p p_n lín nªn nã rÊt nh¹y víi qu¸ t¶i vÒ dßng.H»ng sè thêi gian ph¸t nãng cña mét b¶n Silic trong van c«ng suÊt lín chØ cã vµi phÇn tr¨m gi©y .Do ®ã kh©u b¶o vÖ ®ßi hái ph¶i cã ®é t¸c ®éng nhanh cao . MÆt kh¸c van b¸n dÉn còng rÊt nh¹y víi qu¸ ®iÖn ¸p .ChØ cÇn tån t¹i mät ®iÖn ¸p ng­îc lín h¬n gia trÞ cho phÐp trong kho¶ng vµi ms,mÆt tiÕp gi¸p p_n ®· cã thÓ bÞ chäc thñng vÒ ®iÖn . 1.B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn : Cã 2 lo¹i qu¸ dßng ®iÖn lµ: ng¾n m¹ch vµ qu¸ t¶i: a).Ng¾n m¹ch: Dïng ®Ó chØ c¸c tr­êng hîp sù cè t¹o ra dßng ®iÖn qu¸ lín nh­ ng¾n m¹ch trªn t¶i ,trªn thanh dÉn thø cÊp cña MBA (ng¾n m¹ch ngoµi),ng¾n m¹ch c¸c pha do chäc thñng van (ng¾n m¹ch trong ),do ®ét biÕn nghÞch l­u. b).Qu¸ t¶i : XuÊt hiÖn trong thêi gian lµm viÖc x¸c lËp hay qu¸ ®é .Nã cã gi¸ trÞ kh«ng lín l¾m vµ cho phÐp tån t¹i l©u dµi h¬n . V× vËy ®Ó b¶o vÖ c¸c Thyristor tr¸nh dßng ®iÖn ph¸ ho¹i ,ta dïng c¸c d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh .Lo¹i d©y ch¶y nµy cã thÓ lµm b»ng d©y ch× hoÆc lµm b»ng b¹c lµ ®Æt trong vá sø cã chøa c¸t th¹ch anh .Ho¹t ®éng cña d©y ch¶y cã thÓ chia lµm 2 giai ®o¹n (h×nh vÏ) -Giai ®o¹n 1 :giai ®o¹n ch¶y tõ t=0 ®Õn khi b¾t ®Çu xuÊt hiÖnhå quang . -Giai ®oan 2 :lµ giai do¹n hå quang b¾t ®Çu t=thq ®Õn kh c¾t xong dßng ®iÖn sù cè t=tc;giai ®oan nµy ,®iÖn ¸p hå quang t¨ng dÇn vµ do ®ã dßng ®iÖn sù cè gi¶m dÇn vÒ 0 0 i tc thq Khi dïng d©y ch¶y Khi kh«ng dïng d©y ch¶y t H×nh X.9 Dßng ®iÖn khi ch¹y qua d©y ch¶y sÏ sinh ra mét nhiÖt l­îng Q=i2Rt §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho bé biÕn ®æi ta chän ®Æt d©y ch¶y t¹i 3 vÞ trÝ nh­ sau: -VÞ trÝ 1:§Æt t¹i ngá vµo cña MBA . -VÞ trÝ 2:DÆt t¹i ngá ra cña MBA. -VÞ trÝ 3:M¾c nèi tiÕp víi mçi Thyristor mét d©y ch¶y.(h×nh vÏ) 1 2 3 2.B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p : Thyristor còng rÊt nh¹y víi ®iÖn ¸p qu¸ lín so víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc ta gäi ®ã lµ qu¸ ®iÖn ¸p . Cã 2 lo¹i nguyªn nh©n g©y ra qu¸ ®iÖn ¸p : a).Nguyªn nh©n néi t¹i : Khi kho¸ Thyristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc ,c¸c ®iÖn tÝch ®æi ng­îc hµnh tr×nh t¹o dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n(kho¶ng10-100ms).Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín ,trong c¸c ®iÖn c¶m lu«n lu«n cã ,cña ®­êng d©y nguån dÉn ®Õn c¸c Thyristor .Qu¸ ®iÖn ¸p nµy lµ tæng cña ®iÖn ¸p lµm viÖc vµ L nãi trªn . b).Nguyªn nh©n bªn ngoµi : Nh÷ng nguyªn nh©n nµy th­êng x¶y ra ngÈu nhiªn khi cã sÐt ®¸nh ,khi cÇu ch× nh¶y ,khi ®ãng ,c¾t MBA nguån ,C¾t MBA nguån tøc lµ c¾t dßng ®iÖn tõ ho¸ MBA,bÊy giê n¨ng l­îng tõ tr­êng tÝch luü trong lâi s¾t tõ,chuyÓn thµnh n¨ng l­îng ®iÖn tr­êng trong c¸c tô ®iÖn kÝ sinh ,rÊt nhá gi÷a d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp MBA (1/2LI2=1/2CU2).§iÖn ¸p nµy cã thÓ lín gÊp 5 lÇn ®iÖn ¸p lµm viÖc . §Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p ng­êi ta dïng m¹ch RLC b¶o vÖ riªng tõng Thyristor (h×nh vÏ) C D R L T D©y ch¶y Ng­êi ta th­êng chän ®iÖn ¸p ®inh møc cña Thyristor lµ U ³ 1.2Uim.TrÞ sè nµy vÉn cßn nhá h¬n nhiÒu so víi c¸c qu¸ ®iÖn ¸p nãi trªn .C¸c qu¸ ®iÖn ¸p cã tèc ®é t¨ng tr­ëng lín .§¹o hµm ®iÖn ¸p sinh ra c¸c dßng ®iÖn ch¶y qua tô C,®Êu gi÷a an«t vµ cat«t cña Thyristor ,i=C.§iªn c¶m L h¹n chÕ dßng ®iÖn ch¶y nµy. Khi kÝch më Thyristor ,tô ®iÖn C sÏ phãng ®iÖn qua Thyristor ,®iÖn trë R h¹n chÕ dßng ®iÖn nµy . C¸c linh kiÖn b¶o vÖ cã thÓ tÝnh to¸n b»ng c«ng thøc ,nh­ng thùc tÕ ng­êi ta ­a dïng c¸c trÞ sè thùc nghiÖm : Ta còng cã thÓ dïng m¹ch RC ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p cho bé biÕn ®æi: C R T C R u1 u2 C¸c m¹ch b¶o vÖ -M¹ch RC ®Êu song song víi Thyristor nh»m b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn -M¹ch RC ®Êu gi÷a 2 pha thø cÊp cña MBA ®Ó b¶o vÖ ®iÖn ¸p do c¾t kh«ng t¶i MBA g©y nªn . Th«ng sè RC phô thuéc vµo møc ®é cña ®iÖn ¸p cã thÓ x¶y ra ,tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch ,®iÖn c¶m trªn ®­êng d©y ,dßng ®iÖn tõ ho¸ MBA. ViÖc tÝnh to¸n c¸c th«ng sè R,C ®ßi hái ph¶i tèn nhiÒu thêi gian .Ýt cã tµi liÖu ,mµ taqif liÖu còng chØ h­íng dÉn ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè R,C b»ng ®å thÞ gi¶i tÝch .N­ng do c¸c th«ng sè cña bµi to¸n qu¸ nhá nªn viÖc x¸ ®Þnh theo då thÞ khã chÝnh x¸c .Do ®ã ta chän m¹ch RLC ®Ó b¶o vÖ ,voiws c¸c th«ng sè theo thùc nghiÖm ®· t×m ®­îc . Ta chän lo¹i Thyristor T130-800.Ta x¸c ®Þng ¸c th«ng sè R,Cb»ng ®å thÞ gi¶i tÝch ,sö dông nh÷ng ®­êng cong ®· chuÈn bÞ s½n. PhÇn IV:m¹ch ®iÒu khiÓn I.kh¸i niÖm chung : HÖ thèng ®iÒu khiÓn bé biÕn dæi chØnh l­u lµ tËp hîp c¸c linh kiÖn ®iÖn tõ ,®iÖn tö ®ãng vai trß rÊt quan träng trong c¸c thiÕt bÞ biÕn ®æi .Nã ®­îc dïng ®Ó t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn ,®ãng më c¸c van b¸n dÉn *§èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn chØnh l­u cÇn ph¶i cã c¸c yªu cÇu sau”: +T¹o ra c¸c xung cã c«ng suÊt vµ ®é réng xung ®ñ ®Ó më Thyristor tuú theo yªu cÇu cña Thyristor +Ph¶i dÞch pha ®iÒu khiÓn so víi ®iÖn ¸p nguån do ®ã yªu cÇu ph¶i thay ®æi ®iÖn ¸p ra .Muèn dÞch pha ph¶i cã ®ång pha do Thyristor lµm viÖc ë chÕ ®ä AC *M¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i cã c¸c chøc n¨ng sau: +§iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu k× d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn an«t-cat«t cña Thyristor +T¹o ra c¸c xung ®ñ ®Ó më Thyristor §é réng cña xung ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc : Trong ®ã:Idtlµ dßng ®iÖn duy tr× cña Thyristor di/dt lµ tèc ®é t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i CÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc tr×nh bµy nh­ sau: ur SS >1 uc,m 1 2 3 4 a ucm :®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ,®iÖn ¸p mét chiÒu ur :®iÖn ¸p ®ång bé ,®iÖn ¸p xoay chiÒu hoÆc biÕn thÓ cña nã ,®ång bé víi ®iÖn ¸p an«t-cat«t cña Thyristor HiÖu ®iÖn ¸p ucm-ur ®­îc d­a vµo kh©u so s¸nh 1 ,lµm viÖc nh­ mét trig¬.Khi ucm-ur=0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i,ë ®Çu ra cña nã ta nhËn ®­îc chuæi xung h×nh chö nhËt . Kh©u 2 lµ ®a hµi mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh Kh©u 3 lµ kh©u khuÕch ®¹i xung Kh©u 4 lµ biÕn ¸p xung B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo ucmcã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh gãc a. §Ó ®iÒu chØnh pha xung ®iÒu khiÓn cã 3 nguyªn t¾c : +DÞch chuyÓn theo chiÒu ngang +DÞch chuyÓn theo chiÒu ®øng tuyÕn tÝnh +DÞch chuyÓn theo chiÒu ®øng phi tuyÕn(ARCCOS) Víi bé chØnh l­u 1 pha 2 n÷a chu k× nµy ta thùc hiÖn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn dÞch chuyÓn theo chiÒu ®øng arccos S¬ ®å khèi gåm: §ång pha So s¸nh T¹o xung Unguån U®k a Chøc n¨ng c¸c khèi: -§ång fa:t¹o ra ®iªn ¸p ®ång fa víi ®iªn ¸p trªn Thyristor -So s¸nh :t¹o ra thêi ®iÓm fat xung ®iÒu khiÓn khi cã sù c©n b»ng gi÷a ®iªn ¸p vµo vµ ®iªn ¸p ®iÒu khiÓn mét chiÒu -T¹o xung :cã nhiÖm vô chØnh h×nh xung ,khuyÕch ®¹i xung ®ñ biªn ®é vµ ®é réng ®Ó më Thyristor cÇu ®iÒu khiÓn Theo nguyªn t¾c nµy ta cã 2 ®iªn ¸p : -®iªn ¸p ®ång bé ur v­ît tr­íc uAK mét gãc p/2(nÕu uAK =Asin q th× ur=Acosq) -®iªn ¸p ®iÒu khiÓn uc lµ ®iªn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é theo 2 h­íng (d­¬ng vµ ©m ) a ur uc (ur+uc) uc q ur 0 H×nh IX.28 Trªn h×nh vÏ ,®­êng nÐt ®øt lµ ®iªn ¸p an«t –cat«t Thyristor .Tõ ®iªn ¸p nµy ng­êi ta t¹o ra ur . Tæng ®¹i sè ur+uc ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh Khi ur+uc =0 ta nhËn ®­îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸ch uc +Bcosa =0 Do ®ã a=arccos(-uc/B) Ng­êi ta lÊy:B=Uc.max Khi uc=0 ht× a=p/2 Khi uc=Uc.maxth× a=p Khi uc=-Uc.max th× a=0 Nh­ vËy khi cho uc biÕn thiªn tõ - Uc.max ®Õn Uc.max th× a biÕn thiªn tõ 0 ®Õn p. *Trong s¬ ®å chØnh l­u nµy ta chän s¬ ®å ®iÒu chØnh mét kªnh kiÓu ARCCOS. Trong s¬ ®å cã sö dông mét kh©u tÝchnph©n OA1 vµ mét kh©u so s¸nh OA2. TÝn hiÖu ®Çu vµo cña OA1 la: u1=Umsinq TÝn hiÖu ra cña OA1 la: u2= C¸c ®iÖn ¸p u2vµ uc (®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn )lµ hai ®¹i l­îng vµo cña kh©u so s¸nh . Chän Uc.max=V. Khi uc=u2 ta cã : cos ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh ta nhËn ®­îc chuæi xung h×nh ch÷ nhËt . Nhê m¹ch R,C vµ D ta cã nh÷nh xung d­¬ng ®iÒu khiÓn ,chËm sau v(t) mét gãc . v 0 0 0 0 u2 u3 uGK PhÇn V:m« pháng m¹ch ®iÖn trªn circuitmaker C¸c s¬ ®å d¹ng sãng cña m¹ch ®iÒu khiÓn,xung ®iÒu khiÓn vµ ¸p ,dßng ra trªn t¶i d­îc m« pháng trªn circuitmaker nh­ sau: