Đồ án môn học điện tử công suất

lêi nãi ®Çu Ngµy nay cïng víi viÖc ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c øng dông cña khoa häc kü thuËt trong c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lµ trong c«ng nghiÖp ®iÖn tö th× c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö cã c«ng suÊt lín còng ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu. Vµ ®Æc biÖt c¸c øng dông cña nã vµo c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n vµ ®êi sèng hµng ngµy ®· vµ ®ang ®­îc ph¸t triÓn hÕt søc m¹nh mÏ. Tuy nhiªn ®Ó ®¸p øng ®­îc nhu cÇu ngµy cµng nhiÒu vµ phøc t¹p cña c«ng nghiÖp th× ngµnh ®iÖn tö c«ng suÊt lu«n ph¶i nghiªn cøu ®Ó t×m ra gi¶i ph¸p tèi ­u nhÊt. §Æc biÖt víi chñ tr­¬ng c«ng nghiÖp ho¸ - hiÖn ®¹i ho¸ cña Nhµ n­íc, c¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp cÇn ph¶i thay ®æi, n©ng cao ®Ó ®­a c«ng nghÖ tù ®éng ®iÒu khiÓn vµo trong s¶n xuÊt. Do ®ã ®ßi hái ph¶i cã thiÕt bÞ vµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn an toµn, chÝnh x¸c. §ã lµ nhiÖm vô cña ngµnh ®iÖn tö c«ng suÊt cÇn ph¶i gi¶i quyÕt. §Ó gi¶i quyÕt ®­îc vÊn ®Ò nµy th× Nhµ n­íc ta cÇn ph¶i cã ®éi ngò thiÕt kÕ ®«ng ®¶o vµ tµi n¨ng. Sinh viªn ngµnh T§H t­¬ng lai kh«ng xa sÏ ®øng trong ®é ngò nµy, do ®ã mµ cÇn ph¶i tù trang bÞ cho m×nh cã mét tr×nh ®é vµ tÇm hiÓu biÕt s©u réng. ChÝnh v× vËy ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt lµ mét yªu cÇu cÊp thiÕt cho mçi sinh viªn T§H. Nã lµ bµi kiÓm tra kh¶o s¸t kiÕn thøc tæng hîp cña mçi sinh viªn, vµ còng lµ ®iÒu kiÖn ®Ó cho sinh viªn ngµnh T§H tù t×m hiÓu vµ nghiªn cøu kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt. MÆc dï vËy, víi sinh viªn n¨m thø ba cßn ®ang ngåi trong ghÕ nhµ tr­êng th× kinh nghiÖm thùc tÕ cßn ch­a cã nhiÒu, do ®ã cÇn ph¶i cã sù h­íng dÉn gióp ®ì cña thÇy gi¸o. Qua ®©y cho em ®­îc göi lêi c¶m ¬n tíi thÇy TrÇn Träng Minh ®· tËn t×nh chØ dÉn, gióp em hoµn thµnh tèt ®å ¸n m«n häc nµy. §å ¸n nµy hoµn thµnh kh«ng nh÷ng gióp em cã ®­îc thªm nhiÒu kiÕn thøc h¬n vÒ m«n häc mµ cßn gióp em d­îc tiÐp xóc víi mét ph­¬ng ph¸p lµm viÖc míi chñ ®éng h¬n,linh ho¹t h¬n vµ ®Æc biÖt lµ sù quan träng cña ph­¬ng ph¸p lµm viÖc theo nhãm.Qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®å ¸n lµ mét thêi gian thùc sù bæ Ých cho b¶n th©n em vÒ nhiÒu mÆt. Hµ néi , ngµy 15 th¸ng 5 n¨m 2004 Sinh viªn Nhãm 6 ®å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt ®Ò TµI 6: ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng läc bôi tÜnh ®iÖn. M¹ch ®¶m b¶o yªu cÇu sau: M¹ch tù ®éng t¨ng dÇn ®iÖn ¸p phÝa cao ¸p cho ®Õn khi x¶y ra phãng ®iÖn trong ng¨n t¸ch bôi th× tù ®éng chuyÓn sang chÕ ®é chèng ng¾n m¹ch ,sau ®ã l¹i dÇn phôc håi ®iÖn ¸p cao ¸p . §iÒu chØnh ®­îc tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p C¸c tham sè yªu cÇu : Ph­¬ng ¸n ®iÖn ¸p l­íi (V-AC) Cao ¸p läc (KV-DC) Dßng lµm viÖc (A-DC) 2 400 75 2 Yªu cÇu thiÕt kÕ ®å ¸n : Giíi thiÖu chung vÒ chñng lo¹i thiÕt bÞ ®­îc giao nhiÖm vô thiÕt kÕ §Ò xuÊt c¸c ph­¬ng ¸n tæng thÓ , ph©n tÝch ­u nh­îc ®iÓm cña tõng ph­¬ng ¸n , ®Ó ®i ®Õn ph­¬ng ¸n chän lùa phï hîp ®Ó thiÕt kÕ m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ThuyÕt minh sù ho¹t ®éng cña s¬ ®å kÌm theo h×nh vÏ minh ho¹ TÝnh to¸n m¹ch lùc TÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn KÕt luËn Tµi liÖu tham kh¶o ch­¬ng I giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ läc bôi I. Giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ läc bôi. NÒn kinh tÕ ngµy cµng ph¸t triÓn kh«ng ngõng dÇn ®¸p øng ®­îc nhu cÇu cña con ng­êi vÒ vËt chÊt vµ v¨n ho¸ nh­ng mÆt tr¸i cña nã lµ kÐo theo t×nh tr¹ng « nhiÔm m«i tr­êng ngµy cµng trÇm träng.ë ViÖt Nam t¹i nh÷ng vïng tËp trung nhiÒu c«ng nghiÖp t×nh tr¹ng khãi bôi ,khÝ ®éc h¹i th¶i ra m«i tr­êng g©y « nhiÔm lµ rÊt ®¸ng lo ng¹i.Do ®ã viÖc trang bÞ c¸c hÖ thèng xö lÝ bôi cho c¸c nhµ m¸y xÝ nghiÖp lµ thùc sù cÇn thiÕt vµ cã vai trß ngµy cµng quan träng. Khi thiÕt kÕ hÖ thèng läc bôi vÊn ®Ò ®Æt ra ®èi víi c¸c nhµ m¸y lµ chän hÖ thèng läc bôi nµo cho phï hîp víi nhµ m¸y cña m×nh trong sè rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p läc bôi hiÖn nay .C¸c ph­¬ng ph¸p läc bôi th­êng d­îc sö dông hiÖn nay lµ: 1.Läc bôi sö dông buång l¾ng bôi. 2.Läc bôi kiÓu li t©m-xiclon 3.Läc bôi kiÓu qu¸n tÝnh 4. Läc bôi b»ng l­íi läc v¶i,thÐp,giÊy,.. 5. Läc bôi tÜnh ®iÖn Trong ®ã ph­¬ng ph¸p läc tÜnh ®iÖn lµ ph­¬ng ph¸p t­¬ng ®èi hiÖu qu¶ ®èi víi c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp cã mét l­îng bôi lín nh­ nhµ m¸y xi m¨ng , nhµ m¸y ph©n bãn luyÖn kim,nghiÒn ®¸,c«ng nghiÖp gèm..v..v ..Nã cã c¸c ­u ®iÓm c¬ b¶n nh­ hiÖu suÊt thu bôi cao,chi phÝ n¨ng l­îng thÊp,cã thÓ lµm viÖc víi ¸p suÊt ch©n kh«ng hoÆc ¸p suÊt cao,vµ ®Æc biÖt lµ cã thÓ ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng ho¸ hoµn toµn. II. Ph©n tÝch nguyªn lý lµm viÖc vµ yªu cÇu c«ng nghÖ thiÕt bÞ läc bôi tÜnh ®iÖn: KhÝ th¶i cÇn läc bôi ®­îc thæi qua mét hÖ thèng hai ®iÖn cùc.Gi÷a hai ®iÖn cùc nµy ®­îc thiÕt lËp mét ®iÖn thÕ mét chiÒu t­¬ng ®èi cao nªn c­êng ®é ®iÖn tr­êng do chóng g©y ra cã gi¸ trÞ lín dÉn ®Õn c¸c h¹t bôi sÏ bÞ i«n ho¸ m·nh liÖt.D­íi t¸c dông cña lùc ®iÖn tr­êng gi÷a hai b¶n cùc, c¸c ion bÞ hót vÒ phÝa b¶n cùc tr¸i dÊu:ion ©m vÒ cùc d­¬ng, ion d­¬ng vÒ cùc ©m. Cùc d­¬ng cña thiÕt bÞ läc bôi th­êng ®­îc nèi ®Êt. C¸c h¹t bôi sau khi dÞch chuyÓn vÒ c¸c ®iÖn cùc sÏ l¾ng l¹i trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc. Theo møc ®é tÝch tô bôi trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc, ng­êi ta ®Þnh kú rung l¾c ®iÖn cùc, hoÆc xèi n­íc röa ®iÖn cùc ®Ó lo¹i bá bôi. ¸p dông nguyªn lý c¬ b¶n nµy ta sÏ thiÕt kÕ mét m¹ch ®iÒu khiÓn cho hai b¶n cùc ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®Æt ra. Víi c«ng nghÖ läc bôi nµy khi thiÕt kÕ ta gÆp ph¶i mét sè vÊn ®Ò sau: - Thø nhÊt lµ ®iÖn ¸p trªn cao ¸p läc rÊt cao, vµo cì 70KV ®Õn 100KV. Víi ®iÖn ¸p cao nµy ta sÏ rÊt khã chän van,cã thÓ ph¶i vµ gi¸ thµnh cña hÖ thèng sÏ cao. - Thø hai lµ trong qu¸ tr×nh läc do l­îng khÝ gi÷a hai b¶n cùc khi ion ho¸ t¹o thµnh dßng ®iÖn nªn hÖ thèng rÊt hay bÞ ng¾n m¹ch.V× vËy ta ph¶i thiÕt kÕ mét hÖ thèng chèng ng¾n m¹ch vµ tù ®éng ®ãng m¹ch vµo ®iÖn ¸p lµm viÖc sau khi kÕt thóc phãng ®iÖn. §iÖn ¸p cña thiÕt bÞ läc bôi ph¶i ®­îc t¨ng dÇn æn ®Þnh ®Ó ®¶m b¶o cho l­îng bôi ®­îc hót æn ®Þnh vµ ®Ó tr¸nh sù phãng ®iÖn kh«ng kiÓm so¸t ®­îc gi­· c¸c b¶n cùc. ch­¬ng II Lùa chän Ph­¬ng ¸n I. VÒ s¬ ®å chØnh l­u: Ta ph¶i lùa chän mét trong c¸c bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn sau :1 pha nöa chu kú,h×nh tia(1 pha vµ 3pha),h×nh cÇu(1 pha vµ 3 pha).Do chØnh l­u cÇu cã ­u ®iÓm h¬n c¸c m¹ch chØnh kh¸c vÒ hÖ sè sö dông m¸y biÕn ¸p vµ ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn van - rÊt phï hîp víi ®Æc ®iÓm cña t¶i lµ ®iÖn ¸p cao vµ dßng t¶i nhá nªn chØnh l­u cÇu ®­îc chän.ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ­u ®iÓm h¬n vÒ hÖ sè sö dông m¸y biÕn ¸p vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p 1 chiÒu ®Çu ra nh­ng ®Ó ®¬n gi¶n ho¸ vÊn ®Ò ®iÒu khiÓn vµ xÐt ®Õn gi¸ thµnh cña hÖ thèng ta chän s¬ ®å cÇu 1 pha cã ®iÒu khiÓn. Tuy nhiªn v× ®iÖn ¸p ®Çu ra rÊt cao nªn viÖc tho¶ m·n ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn van lµ mét vÊn ®Ò quan träng cÇn gi¶i quyÕt.Ta xem xÐt ®Õn hai ph­¬ng ¸n m¹ch lùc sau: - Ph­¬ng ¸n 1: Dïng mét bé chØnh l­u cÇu 1 pha kh«ng ®iÒu chØnh ®­îc ®ã lµ bé chØnh l­u dïng c¸c ®i«t sau m¸y biÕn ¸p vµ mét bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu tr­íc m¸y biÕn ¸p - Ph­¬ng ¸n 2: Dïng mét bé chØnh l­u cÇu 1 pha cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc gãc më dïng c¸c thyristor ®Æt sau m¸y biÕn ¸p. Ph­¬ng ¸n I : Sö dông m¹ch ®iÒu ¸p b»ng thyristor tr­íc m¸y biÕn ¸p : §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn mçi thyristor lµ: Ungmax =U1=400(V) Nh­ vËy lµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn mçi thyristor lµ t­¬ng ®èi nhá chÝnh v× vËy rÊt dÔ cho viÖc chän van vµ ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ van , kh«ng chØ vËy cßn gi¶m ®­îc vèn ®Çu t­ cho thiÕt kÕ hÖ thèng. Ta tÝnh dßng ch¶y qua mçi thyrisstor: Ta thiÕt kÕ hÖ thèng víi l­îng dù tr÷ 10% vÒ c«ng suÊt, tøc c«ng suÊt dù tr÷ lµ Pmax=167 KW vµ c«ng suÊt lµm viÖc lµ Pmax=150KW Ta chän ®iÖn ¸p tèi ®a trªn t¶i lµ Ud= 78kV vµ dßng ®iÖn sÏ lµ Id=2,1(A) Ta cã I2 = Id = 2,1(A) Gi¶ sö sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng lµ 5%, trªn ®ièt lµ 120V §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i lµ: Ud = 78.103.(1+5%)+120 = 82020 (V) = 82,02 (KV) §iÖn ¸p pha thø cÊp MBA: U2 = 1,11.82,02=91,04(KV) §iÖn ¸p pha s¬ cÊp MBA: U1= 400(V) TÝnh hÖ sè biÕn ¸p m==» 228 => I1=m.I2=228.2,1 = 478,8(A) Ta thÊy r»ng dßng ®iÖn ch¶y qua thyristor lµ rÊt lín vµ ®©y lµ nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy nh­ng kh«ng ph¶i lµ nh­îc ®iÓm lín, cã thÓ vÉn chän ®­îc van phï hîp. Ph­¬ng ¸n II: Sö dông m¹ch chØnh l­u b»ng thyristor sau m¸y biÕn ¸p: Dßng ®iÖn ch¶y qua c¸c thyristor lµ : Itb=Id/2= 2,1/2=1,05(A) dßng ®iÖn nµy lµ rÊt nhá nªn rÊt dÔ chän van theo ®iÒu kiÖn dßng ®iÖn.Vµ so víi ph­¬ng ¸n 1 th× sè l­îng van Ýt h¬n. ¦u ®iÓm thø hai cña ph­¬ng ¸n lµ chØ cã mét bé chØnh l­u mµ kh«ng dïng ®Õn hai bé §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn mçi thyristor lµ Ungmax = 1,41.U2 = 1,41.91040 = 128,366 (KV) ®©y lµ ®iÖn ¸p rÊt lín nªn rÊt khã chän van, ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ van . NÕu m¾c nèi tiÕp c¸c van th× g©y khã kh¨n cho viÖc ®iÒu khiÓn. Tõ nh÷ng ­u nh­îc ®iÓm cña hai ph­¬ng ¸n trªn ta thÊy ph­¬ng ¸n thø nhÊt lµ tèt vµ kh¶ quan h¬n c¶ . Nh­ vËy ta chän ph­¬ng ¸n thø nhÊt ®Ó thiÕt kÕ m¹ch lùc cho hÖ thèng. II. VÒ m¹ch ®iÒu khiÓn: M¹ch ®iÖn thiÕt kÕ ho¹t ®éng ë ®iÖn ¸p cao vµ c«ng suÊt lín nªn c¸c thiÕt bÞ trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i ho¹t ®éng tin cËy vµ cã c«ng suÊt tæn hao nhá.Tr­íc yªu cÇu ®ã viÖc sö dông c¸c IC tÝch hîp c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau víi kÕt cÊu nhá gän , tiªu hao c«ng suÊt bÐ lµ 1 lùa chon tèi ­u. ch­¬ng III ThuyÕt Minh Nguyªn Lý Ho¹t §éng I. M¹ch lùc: Víi s¬ ®å m¹ch lùc ®­îc thiÕt kÕ nh­ h×nh vÏ: Ho¹t ®éng: §iÖn ¸p l­íi cã U=400 V ®­îc ®­a vµo m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu mét pha dïng mét cÆp thyristor nèi song song ng­îc. §iÖn ¸p sau khi qua m¹ch ®iÒu ¸p xoay chiÒu m«ét pha th× cã ®iÖn ¸p kh«ng sin nh­ng vÉn ®èi xøng, sau ®ã ®­îc ®­a vµo m¸y biÕn ¸p ®Ó nÇng ®iÖn ¸p lªn hµng chôc kV. Sau MBA ®iÖn ¸p ®­îc ®­a vµo chØnh l­u cÇu ba pha, sau ®ã ®­a ra cao ¸p läc. Cô thÓ sù ho¹t ®éng cña c¸c kh©u nh­ sau: 1. Bé ®iÒu ¸p xoay chiÒu ba pha : a) S¬ ®å: b) NhiÖm vô: §iÒu khiÓn ®iÖn ¸p hiÖu dông ®Ó ®­a vµo së cÊp m¸y biÕn ¸p. Kho¶ng ®iÖn ¸p ®­a vµo s¬ cÊp cã thÓ ®iÒu chØnh n»m trong kho¶ng tõ 0V->440V. Nhê cã kh©u nµy mµ cã thÓ ®iÒu chØnh tù ®éng ®­îc hÖ thèng. c) Ho¹t ®éng: C¸c thyristor ®­îc ®iÒu khiÓn víi gãc ®iÒu khiÓn lµ α. §Ön ¸p ®­a vµo lµ ®iÖn ¸p h×nh sin cã U = 400(V). Sau khi qua bé XAAC sÏ ®­îc gi¶m xuèng møc cÇn thiÕt ®Ó ®iÒu chØnh æn ®Þnh ®iÖn ¸p lµm viÖc. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña bé ®iÒu ¸p phô thuéc vµo t¶i cña nã vµ gãc më thyristor. XÐt t¶i thuÇn trë: - Khi α < θ < π : T1 më, T2 kho¸ Ut = UXC - Khi π < θ < π + α : T1 ®ãng, T2 ch­a më ®­îc do ch­a nhËn ®­îc xung ®iÒu khiÓn nªn T2 vÉn kho¸. Ut = 0 - Khi π + α < θ < 2π : T1 kho¸, T2 më Ut = UXC §iÖn ¸p hiÖu dông trªn t¶i sÏ lµ: XÐt t¶i trë c¶m: Khi gãc ®iÒu khiÓn α ≤ φ dßng t¶i s lµ liªn tôc vµ kh«ng phô thuc gãc ®iÒu khiÓn α. §iÒu nµy ®óng nÕu xung ®iÒu khiÓn lµ xung réng. NÕu xung ®iÒu khiÓn lµ xung hÑp dßng ®iÖn trong mét nöa chu kú sÏ kÐo dµi qu¸ thêi ®iÓm π + α. Do ®ã khi V2 nhËn ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t¹i π + α th× V2 ch­a thÓ më ra ®­îc. §iÒu nµy dÉn ®Õn ®iÖn ¸p ra trªn t¶i chØ cã trong mét nöa chu kú vµ dßng cã d¹ng ®¹p m¹ch mét chiÒu. Víi gãc ®iÒu khiÓn α > φ dßng ti sÏ cã d¹ng gi¸n ®o¹n vµ lu«n b¾t ®Çu tõ 0 t¹i θ = α. Dßng t¶i sÏ tu©n theo quy luËt: §iÖn ¸p hiÖu dông trªn t¶i: víi λ ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh: Trong ®ã : 2. M¸y biÕn ¸p lùc: a) NhiÖm vô: N©ng ®iÖn ¸p l­íi UP=380V lªn ®iÖn ¸p hµng chôc kV ®Ó ®¸p øng yªu cÇu ®iÖn ¸p cao cña c«ng nghÖ cña läc bôi tÜnh ®iÖn . b) Ho¹t ®éng: Sau khi qua bé ®iÒu ¸p th× ®iÖn ¸p ®­a vµo biÕn ¸p th­êng kh«ng sin, nh­ng theo ph©n tÝch ë trªn th× ®iÖn ¸p lµ ®èi xøng, cã thÓ t¸ch thµnh c¸c thµnh phÇn bËc 1 vµ bËc cao, trong ®ã kh«ng cã thµnh phÇn mét chiÒu. Do vËy c¸c thµnh phÇn xoay chiÒu cña ®iÖn ¸p s¬ cÊp MBA (hay ®iÖn ¸p hiÖu dông s¬ cÊp) vÉn ®­îc khuÕch ®¹i qua MBA: U2=m.U1víi m lµ tØ sè biÕn ®æi cña MBA. 3. Bé chØnh l­u : a) S¬ ®å: b) NhiÖm vô: BiÕn ®iÖn ¸p xoay chiÒu sau MBA lùc thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu cã ®é nhÊp nh« thÊp ®Ó ®­a ra cao ¸p läc. Quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p sau chØnh l­u Ud ,dßng Id vµ ®iÖn ¸p thø cÊp U2 ,dßng thø cÊp I2 cña MBA lµ: U2 = 1,11Ud I2 = 0,58Id Do ®iÖn ¸p ®Æt lªn mçi ®ièt D lµ rÊt lín ,theo tÝnh to¸n Unmax= 75 KV.V× vËy cÇn nèi tiÕp c¸c ®i«t ®Ó sao cho ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸c ®ièt kh«ng v­ît qu¸ Unmax cña mçi ®i«t 4. Cao ¸p läc: T¶i nµy mang tÝnh chÊt lµ t¶i ®iÖn trë cã gi¸ trÞ phô thuéc vµo ®iÖn ¸p gi÷a hai cùc cña cao ¸p läc vµ dßng ®iÖn qua t¶i hay phô thuéc vµo l­îng khÝ bôi ch¶y qua cao ¸p läc vµ hiÖu qu¶ lµm viÖc cña hÖ thèng. II. M¹ch ®iÒu khiÓn 1. M¹ch t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn: a) NhiÖm vô: T¹o ra tÝn hiÖu U®k t¨ng dÇn ®Õn gi¸ trÞ E nµo ®ã (tèc ®é t¨ng cã thÓ thay ®æi ®­îc) ®Ó ®­a vµo ch©n sè 11 cña phÇn tö TCA785 so s¸nh víi xung r¨ng c­a t¹o ra xung ®iÒu khiÓn ë ch©n 14, 15 cña phÇn tö TCA785 víi gãc a thay ®æi nhá dÇn. b) S¬ ®å nguyªn lý: Khi tÝn hiÖu ph¶n håi logic ®­a vµo R11 lµ 0 (kh«ng cã tÝn hiÖu) th× transistor T1 kho¸ ë A cã ®iÖn ¸p UA b»ng ®iÖn ¸p æn ®Þnh ë trªn Zener Dz1. Tô C ®­îc n¹p ®iÖn. Ph­¬ng tr×nh n¹p ®iÖn cho tô: Do UA = const nªn tô C ®­îc n¹p tuyÕn tÝnh. Khi ®iÖn ¸p trªn tô ®¹t ®Õn -UA, chän R1 = R3 nªn ®iÖn ¸p ®ã ®­îc duy tr× ë -UA. Thêi gian tô C n¹p ®Õn -UA phô thuéc vµo VR, R2, C nªn cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc th«ng qua biÕn trë VR. §iÖn ¸p ra ë UB ©m qua A2 ®­îc ®¶o thµnh d­¬ng. VËy ta ph¶i chän R4 = R5 ®Ó gi¸ trÞ UD b»ng gi¸ trÞ UB nh­ng ng­îc chiÒu. 2. M¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn thyristor: a) NhiÖm vô: T¹o ra xung ®iÌu khiÓn më thyristor víi gãc më a gi¶m dÇn ®Ó t¨ng dÇn ®iÖn ¸p t¶i ®Õn ®iÖn ¸p phãng ®iÖn. b) S¬ ®å nguyªn lý: Sö dông vi m¹ch chuyªn dông TCA785: S¬ ®å ch©n: ChÊn sè Ký hiÖu Chøc n¨ng 1 OS Ch©n nèi ®Êt 2 Q2 §Çu ra 2 ®¶o 3 QU §Çu ra U 4 Q1 §Çu ra 1 ®¶o 5 VSYNC §iÖn ¸p ®ång bé 6 I TÝn hiÖu cÊm 7 QZ §Çu ra Z 8 VREF §iÖn ¸p chuÈn 9 RP §iÖn trë m¹ch r¨ng c­a 10 C10 Tô t¹o m¹ch r¨ng c­a 11 V11 §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn 12 C12 Tô t¹o ®é réng xung 13 L TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn xung ng¾n xung réng 14 Q1 §Çu ra 1 15 Q2 §Çu ra 2 16 VS §iÖn ¸p nguån nu«i S¬ ®å cÊu t¹o D¹ng ®å thÞ ®iÖn ¸p t¹i c¸c ch©n: Th«ng sè kü thuËt: Th«ng sè Gi¸ trÞ nhá nhÊt Gi¸ trÞ tiªu biÓu f=50HZ, Vs=15V Gi¸ trÞ lín nhÊt §¬n vÞ Dßng tiªu thô IS 4,5 6,5 10 mA §iÖn ¸p vµo ®iÒu khiÓn ch©n 11 Kho¶ng ®iÖn ¸p V11 Trë kh¸ng vµo 0,2 15 V10max V kW M¹ch t¹o r¨ng c­a Dßng n¹p tô I10 Biªn ®é cña r¨ng c­a V10 §iÖn trë m¹ch n¹p R9 Thêi gian s­ên ng¾n cña xung r¨ng c­a tp 10 3 80 1000 Vs-2 300 mA V kW mS TÝn hiÖu cÊm vµo ch©n 6 CÊm V6L Cho phÐp V6H 4 3,3 3,3 2,5 §é réng xung ra, ch©n 13 Xung hÑp V13H Xung réng V13L 3,5 2,5 2,5 2 Xung ra, ch©n 14, 15 §iÖn ¸p ra møc cao V14/15H -IQ = 250 mA §iÖn ¸p ra møc thÊp V14/15 IQ = 2mA §é réng xung hÑp tp §é r«ng xung réng tp Vs - 3 0,3 20 530 Vs - 2,5 0,8 30 620 Vs - 1,0 2 40 760 V V mS mS/nF §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p chuÈn Vref Gãc ®iÒu khiÓn øng víi ®iÖn ¸p chuÈn aref 2,8 3,1 2 x 10-4 3,4 5 x 10-4 V 1/K TÝnh to¸n c¸c phÇn tö bªn ngoµi Min Max Tô r¨ng c­a C10 500pF 1mF Thêi ®iÒm ph¸t xung Dßng n¹p tô §iÖn ¸p trªn tô Nguyªn lý ho¹t ®éng cña TCA 785: TCA785 lµ mét vi m¹ch phøc hîp thùc hiÖn 4 chøc n¨ng cña mét m¹ch ®iÒu khiÓn: “tÒ ®Çu” ®iÖn ¸p ®ång bé, t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®ång bé, so s¸nh vµ t¹o xung ra. Nguån nu«i qua ch©n 16. TÝn hiÖu ®ång bé ®­îc lÊy vµo qua ch©n sè 5 vµ sè 1. TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­a vµo ch©n 11. Mét bé nhËn biÕt ®iÖn ¸p 0 sÏ kiÓm tra ®iÖn ¸p lÊy vµo chuyÓn tr¹ng th¸i vµ sÏ chuyÓn tÝn hiÖu nµy ®Õn bé phËn ®ång bé. Bé phËn ®ång bé nµy sÏ ®iÒu khiÓn tô C10; tô C10 sÏ ®­îc n¹p ®Õn ®iÖn ¸p kh«ng ®æi (quyÕt ®Þnh bëi R9). Khi ®iÖn ¸p V10 ®¹t ®Õn ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn V11 th× 1 tÝn hiÖ sÏ ®­îc ®­a ®Õn kh©u logic. Tuú thuéc vµo biªn ®é ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn V11, gãc më a cã thÓ thay ®æi tõ 0 ®Õn 180o. Víi mçi nöa chu kú sãng 1 xung d­¬ng sÏ xuÊt hiÖn ë Q1 vµ Q2. §é réng kho¶ng 30ms ¸ 80ms. §é réng xung cã thÓ kÐo dµi ®Õn 180o th«ng qua tô C12. NÕu ch©n 12 nèi ®Êt th× sÏ cã xung trong kho¶ng a ®Õn 180o. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña kh©u t¹o xung ®iÒu khiÓn thyristor: §iÖn ¸p l­íi sau khi qua m¸y biÕn ¸p ®­îc h¹ xuèng 12VAC ®­a vµo ch©n sè 5 vµ ch©n sè 1 qua ®iÖn trë R. TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn V®k ®­îc ®­a vµ ch©n 11 so s¸nh víi ®iÖn ¸ r¨ng c­a t¹o bëi tô C10 cho ta xung ®iÒu khiÓn thyristor cã gãc më α t¨ng dÇn ë ®Çu ra t¹i ch©n 14 vµ ch©n 15. Khi x¶y ra ng¾n m¹ch, ë ch©n 6 nhËn ®­îc tÝn hiÖu cÊm, t¹i ch©n 14 vµ ch©n 15 kh«ng cßn tÝn hiÖu ®Çu ra. 3. BiÕn ¸p xung: a) NhiÖm vô: KhuyÕch ®¹i xung ®iÒu khiÓn ë c¸c ®Çu ra cña vi m¹ch TCA785 ®­a vµo cùc G cña thyristor ®Ó ®iÒu khiÓn gãc më T vµ gãc më α. b) S¬ ®å nguyªn lý: TÝn hiÖu vµo R6 lµ tÝn hiÖu logic (®Çu ra Q14 vµ Q15). Khi Q ë møc logic 1 th× T4 më. §iÖn c¶m L ng¨n kh«ng cho dßng colector chuyÓn ngay lªn møc b·o hoµ mµ t¨ng dÇn theo quy luËt. trong ®ã Sau vµi chu kú th× dßng colect¬ ®¹t tíi b·o hoµ Bªn thø cÊp biÕn ¸p xung cã ®iÖn ¸p c¶m øng lµm më D4 ®­a dßng ®iÒu khiÓn vµo gi÷a cùc G vµ K cña thyristor. §ièt D5 cã t¸c dông lµm gi¶m ®iÖn ¸o ng­îc ®Æt lªn gi÷a catèt vµ cùc ®iÒu khiÓn cña thyristor khi ®iÖn ¸p catot d­¬ng h¬n so víi anot, ®¶m b¶o an toµn cho tiÕp gi¸p GK khi thyristor ë chÕ ®é kho¸. Khi Q ë møc logic 0 th× T4 kho¸ l¹i. Dßng colect¬ - emit¬ vÒ b»ng 0. Tuy nhiªn dng qua cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung kh«ng thÓ vÒ 0 ngay ®­îc. Søc ®iÖn ®éng tù c¶m trªn cuén d©y cã xu h­íng duy tr× dßng IC. SuÊt ®iÖn ®éng nµy cã thÓ rÊt lín v× nã tû lÖ víi diC/dt. Nh­ng do cã D3 vµ DZ nªn dßng IC sÏ bÞ khÐp kÝn vµ gi¶m dÇn vÒ 0. Nhê ®ã ®iÖn ¸p trªn colect¬ ®­îc gi÷ ë møc E + ΔUDZ + UD. §iÖn trë R8 m¾c nèi tiÕp gi÷a nguån vµ biÕn ¸p xung cã t¸c dông h¹n chÕ dßng tõ ho¸ biÕn ¸p xung. R8 ®­îc tÝnh ®Ó ®¶m b¶o dßng qua T4 kh«ng bao giê v­ît qu¸ dßng collect¬ lín nhÊt cho phÐp. 4. Kh©u chèng ng¾n m¹ch lµm viÖc: a) NhiÖm vô: Khi x¶y ra hiÖn t­îng phãng ®iÖn th× kh©u t¹o ra tÝn hiÖu logic ®­a vµo ch©n 6 cña TCA785 ®Ó t¾t tÝn hiÖu ra Q14, Q15, ®ång thêi ®­a vÒ kh©u t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó ®­a ®iÖn ¸p U®k vÒ 0 trong kho¶ng thêi gian trÔ ttr nµo ®ã. Sau kho¶ng thêi gian trÔ nµy m¹ch l¹i tù ®éng phôc håi ®iÖn ¸p phÝa cao ¸p. b) S¬ ®å nguyªn lý: Trong kh©u chèng ng¾n m¹ch lµm viÖc cã sö dông 2 vi m¹ch chuyªn dông lµ Optocoupler PC81711NSZ vµ vi m¹ch MM74HC4538. - Vi m¹ch MM74HC4538: S¬ ®å ch©n: B¶ng ch©n lý §Çu vµo §Çu ra Xo¸ A B L X X X H X X X L H L ↓ H ↑ H Q Q L H L H L H Ký hiÖu : H - møc cao L - møc thÊp ↑ - chuyÓn tõ møc thÊp lªn møc cao ↓ - chuyÓn tõ møc cao xuèng møc thÊp - mét xung ë møc cao - mét xung ë møc thÊp S¬ ®å khèi: S¬ ®å logic: Nguyªn lý ho¹t ®éng: Khi xung vµo ë møc logic 0, tô CX ®­îc n¹p ®Õn VCC, ®Çu ra Q ë møc 0. Khi xung vµo chuyÓn tr¹ng th¸i logic tõ 0 -> 1 th× ®Çu ra Q chuyÓn tr¹ng th¸i lªn møc cao, tô CX phãng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trªn tô gi¶m nhanh vÒ ®iÖn ¸p chuÈn thÊp (Vref lower = 1/3 VCC). Tô CX sau ®ã l¹i ®­îc n¹p ®iÖn trë l¹i ®Õn møc ®iÖn ¸p chuÈn cao (Vref upper = 2/3 VCC). Khi CX ®­îc n¹p ®Õn møc chuÈn cao th× ®Çu ra Q sÏ chuyÓn tr¹ng th¸i xuèng thÊp. Nh­ vËy ë Q ta ®­îc mét xung logic víi ®é réng ®iÒu khiÓn ®­îc qua RX vµ CX theo c«ng thøc : T = 0,7 . CX . RX - Optocoupler PC81711NSZ: S¬ ®å ch©n: Th«ng sè kü thuËt: + C¸c gi¸ trÞ cùc ®¹i: Th«ng sè Ký hiÖu Gi¸ trÞ §¬n vÞ §Çu vµo Dßng vµo Dßng vµo cùc ®¹i §iÖn ¸p ng­îc Tæn thÊt IF IFM VR P 10 200 6 15 mA mA V mW §Çu ra §iÖn ¸p Colect¬ - Emit¬ §iÖn ¸p Emit¬ - Colect¬ Dßng Colect¬ Tæn thÊt trªn colect¬ VCEO VECO IC PC 70 6 50 150 V V mA mW Tæng n¨ng l­îng tæn thÊt NhiÖt ®é lµm viÖc Ptot Topr 170 -30 -> +100 oC oC + C¸c ®Æc tÝnh quang ®iÖn: Th«ng sè §iÒu kiÖn Nhá nhÊt Th«ng th­êng Lín nhÊt §¬n vÞ §Çu vµo §iÖn ¸p VF Dßng ng­îc IR §iÖn dung cùc Ct IF = 10mA VR = 4V V = 0, f = 1kHZ - - - 1,2 - 30 1,4 10 250 V μA pF §Çu ra Dßng colect¬ §iÖn ¸p ng¾t CE BVCEO §iÖn ¸p ng¾t EC BVECO VCE = 50V, IF = 0 IC = 0,1mA, IF = 0 IE = 10μA, IF = 0 - 70 6 - - - 100 - - nA V V §Æc tiÝnh truyÒn Dßng colect¬ IC §iÖn ¸p b·o hoµ CE VCE §iÖn trë c¸ch ly RISO §iÖn dung Ct Thêi gian lªn tr Thêi gian xuèng tf IF = 0,5mA, VCE = 5V IF = 10mA, IC = 1mA DC500V 40 -> 60% RH V = 0, f = 1MHZ VCE = 2V, IC = 2mA, RL=100Ω 0,5 - 5.1010 - - - - - 1011 0,6 4 3 0,3 0,2 - 1 18 18 mA V Ω pF μs μs Nguyªn lý ho¹t ®éng cña kh©u chèng ng¾n m¹ch lµm viÖc: Dßng ph¶n håi Id lÊy vÒ tõ t¶i lµm xuÊt hiÖn trªn RS ®iÖn ¸p US. §iÖn ¸p US nµy ®­îc so s¸nh víi Ung­ìng (®· ®­îc tÝnh to¸n khi cã ng¾n m¹ch x¶y ra). Khi x¶y ra ng¾n m¹ch th× Id = 2,1A th× US > Ung­ìng. Nh­ vËy ®Çu ra cña A3 ë tr¹ng th¸o b·o hoµ d­¬ng lµm D më t¹o xung lµm më T2. Khi T2 më sÏ lµm T3 më, ë emit¬ cña T3 xuÊt hiÖn tÝn hiÖu logic cã bÒ réng xung nhá. TÝn hiÖu nµy ®­îc ®­a vµo ch©n 4 cña vi m¹ch MM74HC4538 ®Ó t¹o ra ë ®Çu ra 6 cña vi m¹ch mét xung cã ®é réng lín h¬n. Ch­¬ng IV ThiÕt kÕ m¹ch lùc Víi c¸c th«ng sè yªu cÇu thiÕt kÕ : §iÖn ¸p ra t¶i lµ: Ud=75 kV DC Dßng ®iÖn lµm viÖc lµ:2 A BÊt k× mét hÖ thèng nµo khi lµm viÖc còng cã mét tæn hao nhÊt ®Þnh nµo ®ã v× vËy ta thiÕt kÕ hÖ thèng víi l­îng dù tr÷ lµ 10% vÒ c«ng suÊt do ®ã ta chän ®iÖn ¸p tèi ®a trªn t¶i lµ: Uo= 78KV vµ dßng ®iÖn sÏ lµ Id=2,1(A) c«ng suÊt cùc ®¹i sÏ lµ Pmax=165 KW trong ®ã c«ng suÊt lµm viÖc lµ Plv=150 KW I )TÝnh to¸n thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p lùc a. C¸c møc ®iÖn ¸p : *§iÖn ¸p lín nhÊt sau chØnh l­u : Udo = Ud + DU v + D Uba + DUdn Trong ®ã: Ud - ®iÖn ¸p chØnh l­u; DUv- sôt ¸p trªn c¸c van (trÞ sè nµy ®­îc lÊy tõ c¸c th«ng sè cña c¸c van ®· chän ë trªn) ; DUba = DU r + DUl - sôt ¸p bªn trong biÕn ¸p khi cã t¶i, bao gåm sôt ¸p trªn ®iÖn trë DUr vµ sôt ¸p trªn ®iÖn c¶m DUl nh÷ng ®¹i l­îng nµy phô thuéc vµo tõng lo¹i vËt liÖu cÊu t¹o m¸y biÕn ¸p khi chän s¬ bé vµo kho¶ng (5 ¸ 10)% ; DUdn - sôt ¸p trªn d©y nèi; DUdn = Rdn.Id =(r.l/S).Id . Ta chän s¬ bé ®iÖn ¸p sôt trªn diÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng lµ 5%, ®iÖn ¸p sôt ¸p trªn c¸c van lµ 120V do ®ã ta cã ®iÖn ¸p lóc kh«ng ®iÒu chØnh lµ Udo = Ud + D Uba = 78000.1,05 +120 = 82020 V VËy ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµ U2 = .Udo=1,11.82,02 = 91,04 kV VËy tØ sè biÕn ®æi m¸y biÕn ¸p lµ: m = = 228 VËy ®iÖn ¸p ng­îc max mµ c¸c ®ièt ph¶i chÞu lµ: Unm = .U2 = .91,04 = 128,7 (kV ) vµ dßng ®iÖn t¶i lµ :Id®m=Id=2,1 ( A.) Suy ra gi¸ trÞ Itb ch¶y qua mçi ®ièt lµ: ItbD= = 1,05 (A) *Dßng ®iÖn ch¶y trong cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµ: I2= Itb =2,1 (A) Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn ch¶y trong mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p lµ: I1= m.I2= 228.I2= 478,8(A) 2) TÝnh chän ®ièt: - Chän hÖ sè dù tr÷ vÒ ®iÖn ¸p: ku=1,6 - Chän hÖ sè dù tr÷ vÒ dßng: ki=1,2 CÇn chän ®ièt Ýt nhÊt chÞu ®­îc ®iÖn ¸p ng­îc: Ung­îc max = 1,6. Unm = 1,6 . 128,7 = 205,92 kV vµ dßng: Itbmax=1,2.1,05=1,26 A Tõ th«ng sè trªn ta chän §ièt lo¹i RA205420XX. Un=5400 V, DU=1,45 V Sè l­îng ®ièt cÇn dïng lµ: n==38 chiÕc. Sôt ¸p trªn 2 d·y ®ièt lµ: DUd =2.1,45.38 =110,2 V 3)TÝnh chän Thysistor: TÝnh chän thyristor ta ph¶i dùa vµo c¸c th«ng sè c¬ b¶n sau: - §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt cho phÐp trªn van : Unmax - gi¸ trÞ dßng trung b×nh cho phÐp ch¹y qua thyristor C¸c thong sè nµy phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van ,vµo møc ®é lµm m¸t . C¸c th«ng sè cã thÓ tÝnh nh­ sau: §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ Thysistor ph¶i chÞu: Unmax= UL= 400 V Suy ra ®iÖn ¸p cña van cÇn chän lµ: Unv=kdt.Unmax=1,6.400 = 640 V Dßng ®iÖn hiÖu dông cña van ®­îc tÝnh theo dßng hiÖu dông: Ilv= Ihd= 478,8(A) Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh táa nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch táa nhiÖt, kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ, víi ®iÒu kiÖn ®ã c­êng ®é dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van cÇn chän: Idm=ki.Ilv= 3.478,8=1436,4 (A) Tõ c¸c ®iÒu kiÖn trªn ta chän van cã c¸c ®Æc tÝnh sau N990CH10KOO Unm= 1000(V) I®mmax=5000(A Ipik=37000(A) Ig=0,3(A) Ugm=3(V) Ihmax=1(A) dßng gi÷ cho van cßn dÉn Irmax=0,18(A) dßng rß DUmax=1,28(V) Idmax = 1000(A) dU/dt= 750 (v/s) 4)B¶o vÖ van Tiristor rÊt nh¹y c¶m, víi ®iÖn ¸p qu¸ lín v­ît qu¸ ®iÖn ¸p ®Þnh møc, cã thÓ lµm háng van, v× vËy ta ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van. Nguyªn nh©n g©y ra qu¸ ®iÖn ¸p cã hai lo¹i: + Nguyªn nh©n néi t¹i: lµ sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c van b¸n dÉn, khi kho¸ tiristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc c¸c ®iÖn tÝch trªn ®åi ng­îc hµnh tr×nh t¹o nªn dßng ®iÖn ng­îc trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n. Sù biÕn thiªn ®ét ngét nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc t¹o ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m dÉn ®Õn c¸c tiristor xuÊt hiÖn qu¸ ¸p + Nguyªn nh©n bªn ngoµi: th­êng x¶y ra ngÉu nhiªn nh­ khi c¾t kh«ng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®­êng d©y, khi cÇu ch× b¶o vÖ nh¶y, khi cã sÊm sÐt RC b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch g©y nªn gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt lªn tiristor mét c¸ch chu kú cho trong sæ tay tra cøu gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt lªn ®i«t hoÆc tiristor mét c¸ch kh«ng chu kú, cho trong sæ tay gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p ng­îc thùc tÕ ®Æt lªn §i«t hoÆc Tiristor b- lµ hÖ sè dù tr÷ vÒ ®iÖn ¸p k- lµ hÖ sè qu¸ ®iÖn ¸p C¸c b­íc tÝnh to¸n - x¸c ®Þnh hÖ sè qu¸ ®iÖn ¸p theo c«ng thøc - x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian (h×nh vÏ) - tÝnh khi chuyÓn m¹ch - x¸c ®Þnh c¸c ®¹i l­îng tÝch tô sö dông c¸c ®­êng cong cho trong sæ tay tra cøu - tÝnh c¸c th«ng sè trung gian Trªn c¬ së tÝnh to¸n vµ qua kinh nghiÖm ta chän ®­îc c¸c th«ng sè cho m¹ch b¶o vÖ van RC nh­ sau: t UAC t i Sù biÕn thiªn cña dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p Do kh«ng cã van cã ®iÖn ¸p cao h¬n, chóng ta ph¶i tiÕn hµnh m¾c nèi tiÕp c¸c van. Khi m¾c nèi tiÕp c¸c van yªu cÇu cÇn thiÕt ph¶i chän c¸c van cã ®Æc tÝnh gièng nhau, nh»m ®¶m b¶o cho sù ph©n bè ®iÖn ¸p nh­ nhau trªn c¸c van. Tuy vËy, sù ph©n bè ®iÖn ¸p trªn c¸c van kh«ng b»ng nhau lµ th­êng gÆp. Do ®ã, cÇn cã c¸c biÖn ph¸p ph©n bè l¹i ®iÖn ¸p khi c¸c ®Æc tÝnh cña van kh«ng gièng nhau. BiÖn ph¸p Êy m« t¶ trªn h×nh . V 2 V 1 R R R R C C c. Chän R, C theo kinh nghiÖm 5) TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p: a) M¹ch tõ: +) ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dÇu : C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p lµ: S®m= U2.I2=91,04.2,1 =191,18 (kW ) -TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ TiÕt diÖn trô QFe cña lâi thÐp biÕn ¸p ®­îc tÝnh tõ c«ng thøc : Sba - c«ng suÊt biÕn ¸p tÝnh b»ng [W]; kQ - hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t; kQ= 4 ¸ 5 nÕu lµ biÕn ¸p dÇu; m - sè trô cña m¸y biÕn ¸p , mét pha cã m=1; f - tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu f=50 Hz. Víi m¸y biÕn ¸p dÇu ta chän Ko=5 Qfe=309,28cm2 => dFe=19,8(cm) ta chän dFe=20 (cm) Ta chän thÐp m· hiÖu $330 dµy 0,5 mm => B=1,1 (T) Chän tØ sè h/d =2,3 => h=2,3.dFe= 2,3.20 = 46 cm VËy chiÒu cao quÊn d©y lµ h = 46 cm b) TÝnh to¸n d©y quÊn m¸y biÕn ¸p Sè vßng d©y cña mçi cuén ®­îc tÝnh (8 - 11) Trong ®ã: W - sè vßng d©y cña cuén d©y cÇn tÝnh U - ®iÖn ¸p cña cuén d©y cÇn tÝnh [V]; B - tõ c¶m [T]. QFe - tiÕt diÖn lâi thÐp [cm2]. Sè vßng d©y cuén s¬ cÊp lµ : W1 = = = 53 (vßng ) Sè vßng d©y cuén thø cÊp lµ : W2 = = = 12062 (vßng ) §iÖn ¸p c¶m øng r¬i trªn mçi vßng d©y cuén s¬ cÊp: Uv1 = = 7,574 ( V/vßng) §iÖn ¸p c¶m øng r¬i trªn mçi vßng d©y cuén thø cÊp: Uv2 = = 7,55 (V/vßng) c)TÝnh diÖn tÝch tiÕt diÖn d©y ®ång lµm c¸c cuén d©y Chän mËt ®é dßng ®iÖn ch¹y trong c¸c d©y dÉn lµ J1= J2= J =3 A/mm2 - TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp lµ: Scu1=I1/J1=478,8/3 = 159,6 mm2 Do dßng lín nªn ta chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt sao cho tiÕt diÖn d©y lµ Scu1= a1.b1 = 159,6 mm2 Chän: a1=7,9 mm b1=20,25 mm, KÝch th­íc d©y cã thÓ c¸ch ®iÖn S1=163 mm2 TÝnh l¹i mËt ®é dßng diÖn lµ: J1=478,8/163 =2,94 (A/mm2 ) =>tho¶ m·n - TiÕt diÖn d©y quÊn thø cÊp lµ: Scu2=I2 / J2 = 2,1/ 3 = 0,7 mm2 chän d©y ®ång cã tiÕt diÖn trßn cã d= 0,96 mm, ®­êng kÝnh cã c¸ch ®iÖn lµ 1,02 mm TiÕt diÖn cã thÓ c¸ch ®iÖn lµ : Sc®iÖn = 0,724 mm2 d)TÝnh kÕt cÊu d©y quÊn : + KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp: Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®«ng t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc Sè vßng d©y trong mét líp lµ Trong ®ã: h - chiÒu cao cöa sæ, Kc-hÖ sè Ðp chÆt b»ng 0,95 hg - kho¶ng c¸ch Tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp chän hg=3cm =19 vßng Sè líp cña quËn s¬ cÊp lµ == 3 (líp) VËy cuén s¬ cÊp sÏ gåm 3 líp hai líp cã 19 . 2=38 vßng d©y líp cßn l¹i sÏ cã 53 - 38 =15 vßng -ChiÒu cao thùc tÕ cuén s¬ cÊp lµ: h1===40,5 cm Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dµy: S01= 0,1 cm. Chän kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén s¬ cÊp lµ: a01=1,0 cm VËy ®­êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn lµ Dt = dFe + 2a01 - 2.S01 =20 + 2.1 - 2.0,1=21,8 cm §­êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp: Dt1=Dt + 2.S01 = 21,89 +2.0,1 = 22cm Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp dµy ë cuén s¬ cÊp lµ: Cd 11 = 0,1 mm BÒ dµy cña cuén s¬ cÊp lµ : Bd1=(a1+ Cd 11).n11 = (7,9 + 0,1).3 = 24 mm =2,4 cm §­êng kÝnh ngoµi cuén d©y s¬ cÊp: Dn1=Dt1+2. Bd1=22 +2.2,4 =26,8 cm §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp: Dtb1= = = 35,4 cm ChiÒu dµi d©y cuèn s¬ cÊp: L1=.Dtb1.W1= 3.14.35,4.53 = 5891,27 cm = 58,91m Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp lµ Cd12=1 cm + KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp: Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®«ng t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp lµ: h2=h1=30,32 cm Sè vßng d©y trong mét líp lµ W12===428 vßng/líp TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp: N12 = = = 29 líp VËy cã 29 líp víi 28 líp trong, mçi líp cã 428 vßng, 1 líp ngoµi cã 78 vßng ChiÒu cao thùc tÕ cuén thø cÊp: h2= = = 46(cm) §­êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp Dt2= Dn1 + 2.Cd12 = 26,8 + 2.1=28,8 cm Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y cuén thø cÊp lµ: Cd22 = 0,1 mm BÒ dµy cña cuén thø cÊp lµ: Bd2= (a2 + 0,1).n12 =(0,102+0,1).29 =5,86 cm §­êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp: Dn2= Dt2+2.Bd2 = 40,52cm §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp . Dtb2= =34,66 (cm) ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp: L2 = W2.p.Dtb2=p. 12062.34,66 = 13127,364(m) §­êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y: Dtb= =31,26 (cm) R12=Dtb/2 =15,63 (cm) e)TÝnh kÝch th­íc m¹ch tõ - Víi ®­êng kÝnh trô dFe = 20 cm , ta chän sè bËc lµ 6 trong nöa tiÕt diÖn trô . Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô . Qbt= 2.(2,4.19 +2,2.18,5+ 2.16,5 +1,8.14,5+ 1,1.12,5+0,3.10,5) =324,6(cm2 ) - TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô . QT= khq.Qbt = 0,95.324,6 =308,37 (cm2) - Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô . dt = 2.(2,4+2,2+2+1,8+1,1+0,3) =19,6(cm) - Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc . BËc 1 n1 = = 96 l¸ BËc 2 n2 = = 88 l¸ BËc 3 n3 = = 80 l¸ BËc 4 n4 = = 72 l¸ BËc 5 n5 = = 44 l¸ BËc 6 n6 = = 12 l¸ §Ó ®¬n gi¶n trong viÖc chÕ t¹o g«ng tõ ,ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch th­íc sau . ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô : bg«ng = dt = 19,6cm ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng tËp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô : ag«ng = 19 cm - TiÕt diÖn g«ng Qbg= ag«ng x bg«ng = 19,6.19 = 372,4 cm2 - TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng . Qghq= khq.Qbg = 0,95 .372,4 = 353,78 cm2 - Sè l¸ thÐp dïng trong mét g«ng . hg = = = 392 (l¸) - TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô . BT = = = 1,102(T) - MËt ®é tõ c¶m trong g«ng . Bg = BT. = 1,102.= 0,96(T) - ChiÒu réng cöa sæ: C= 2.(a01+Bd1+Cd12+Bd2) = 2.(1+2,4 +1+5,86 ) = 20,52 (cm) - TÝnh kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m trôc . C’ = C + dFe = 20,52 + 20 =40,52 (cm) - ChiÒu réng m¹ch tõ . L = 2.C +3.dFe = 2.20,25 +3.20 = 101,04 (cm) - ChiÒu cao m¹ch tõ . H = h + 2.ag«ng = 46+ 2.19 = 84 (cm) f) TÝnh khèi l­îng cña s¾t vµ ®ång -ThÓ tÝch cña trô Vt=3.QT.h=3.308,37.46=42555,06 (cm3)=42,55 (dm3) -Khèi l­îng cña trô Mt = Vt.DFe = 42,55.7,85 =333,63 (kg) -ThÓ tÝch cña g«ng Vg=2.Qghq.L=2.353,78.101,04 = 71491,86 (cm3) = 71,491 (dm3) -Khèi l­îng cña g«ng Mg=Vg.DFe=71,491.7,85=561,20 (kg) -Khèi l­îng cña s¾t MFe = Mt+Mg = 333,63 + 561,20 = 894,83 (Kg) -ThÓ tÝch ®ång Vcu= S1.I1 + S2.I2 = (163.10-4.589,1 + 0,724.10-4.131273,6409) Vcu= 19,106 dm3 -Khèi l­îng ®ång Mcu= Vcu. MFe = 19,106 .8,9 =170,043 (Kg) g) TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p: - §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 0 C . R1 = r. = 0,02133. (W) = 0,007709 (W) Trong ®ã trë suÊt cña ®ång ë 750C lµ : r75 = 0,02133 (Wmm2/m) - §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750C . R2= r. = = 386,75 (W) - §iÖn trë cña m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ s¬ cÊp . RBA = R1 + R2 . K2 Víi K= lµ hÖ sè quy ®æi thø cÊp vÒ s¬ cÊp RBA = 0,007709 + 386,75.(1/228)2 = 0,01515 (W) Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p: DUR = 0,01515 .478,8 = 7,25 (V) - §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ s¬ cÊp . XBA = w.L = 2.p.f.L XBA = 2 .p2.0,4.f. .10-8 XBA = 2 .p2.0,4.50. .10-8 XBA = 0,046 (W) §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ phÝa s¬ cÊp: Lb a = Xba / w = 0,046/314 = 0,24(mH) Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p: DUx= = = 14,028 (V) Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p . DUBA= DUBA= = 15,79 (V) - Tæng trë ng¾n m¹ch qui ®æi vÒ thø cÊp . ZBAn = ZBAn = = 0,0484 (W) - Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p: DPn = Rba.I12= 0,01515 . 478,82 = 3473,13 (w) DPn% =.100% = 1,815 % - Tæn hao kh«ng t¶i cã kÓ ®Õn tæn hao phô DPo= 1,3.nf(Mt.Bt2+Mg.Bg2) DPo= 1,3.1,1.(333,63.1,1022 + Mg.0,962) =1318,98(w) DP0% =.100% = 0,69% - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông Unr % = .100% =.100% =1,813% - §iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng Unx % = .100% =.100% =5,506% - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m Un== 5,8% - Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp I2nm=U1/ ZBAn =400 / 0,0484 =8264,46 (A) - Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch cùc ®¹i Imax= I2nm. Imax= I2nm.=31504,9 (A) < Ipikmax=37000(A) - HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u h=Ud.Id/S = 85,62 % 6) B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cho van: +Aptomat dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng ®ãng m¹ch khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch tiristo, ng¾n m¹ch ®Çu ra ®é biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p ng¾n m¹ch ë chÕ ®é nghÞch l­u. + Chän 1 apomat cã: Idm = 1,1 Ild =1,1.478,8 = 526,68 ( A ) Udm = 400 (v ) cã 3 tiÕp ®iÓm chÝnh, cã thÓ ®ãng c¾t b»ng tay hoÆc b»ng nam ch©m ®iÖn. ChØnh ®Þnh dßng ng¾n m¹ch Inm =2,5 Ild = 1197 (A) Dßng qu¸ t¶i Iqt =1,6 Ild = 1,6.478,8= 766,08( A ) Chän cÇu dao cã dßng ®Þnh møc Iqt = 1,1. Idl =1,1. 478,8 =526,68 (A) cÇu dao dïng ®Ó t¹o khe hë an toµn khi söa ch÷a hÖ thèng truyÒn ®éng +Dïng d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch c¸c Tiristo, ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé chØnh l­u Nhãm 1cc: dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 1 cc I1cc =1,1. I2 = 1,1 .2,1=2,31 (A) Nhãm 2 cc: dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 2cc m¾c nèi tiÕp víi ®ièt I3cc =1,1. Iv = 1,1 .1,08= 1,18 (A) vËy chän cÇu nhÈy nhãm: 1cc lo¹i 2,2 A; 2cc lo¹i 1,2 A Ch­¬ng V tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn 1. M¸y biÕn ¸p xung Ta tÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p xung víi c¸c th«ng sè cña thyrisror: IGmax= 0,3A UGmax= 3V tx = 40s nguån E = 2 V DiÖn tÝch xung ®iÒu khiÓn : S®k = E.tx = 80 (V.s) Víi dßng ®iÒu khiÓn yªu cÇu lµ IGmax= 0,3A ta cã thÓ chän biÕn ¸p xung lo¹i IT258 do h·ng Schaffner chÕ t¹o . BiÕn ¸p xung nµy cã c¸c th«ng sè kü thuËt nh­ sau: DiÖn tÝch ®Æc tr­ng cho ®é réng xung: V0.T = 250Vμs Thêi gian t¹o s­ên tr­íc xung ®o ®­îc víi ®iÖn trë t¶i RL tíi 70% gi¸ trÞ biªn ®é xung : tr = 0,25s §iÖn trë t¶i phÝ thø cÊp: RL = 10 () §iÖn trë d©y cuèn s¬ cÊ: RP = 0,6 (Ω) §iÖn trë d©y cuèn thø cÊp: RS = 0,7 (Ω) §iÖn c¶m cuén s¬ cÊp t¹i 1 kHz : LP= 2,5 (mH) §iÖn c¶m t¶n phÝa s¬ cÊp t¹i 10kHz: Lstr = 3 (μH) Tô ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ cuén thø cÊp: CK = 80 (pF) Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p lín nhÊt cho phÐp: UEFF = 750 (V) §iÖn ¸p thö cho phÐp lín nhÊt: UP = 3,2 (KV) Tû sè biÕn ¸p : 1:1 Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p lín nhÊt cho phÐp (c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp ): 750V §iÖn ¸p thö cho phÐp lín nhÊt: Up= 3,2 kV C¸ch nèi d©y cña IT258: Dßng s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung : I1 = IG + I V× ®iÖn ¸p ®Æt lªn cuén d©y biÕn ¸p xung cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi nªn dßng ®iÖn tõ ho¸ I thay ®æi tuyÕn tÝnh theo thêi gian : iμ=( U1.t)/ Lp nh­ vËy ta cã : Iμmax = (U1.tx)/Lp Ta ph¶i cã : U1=UGK + Ud = 3 + 1 = 4V vËy Iμmax = 4.40.10-6/ 2,5.10-3 Iμmax = 0,064 A I1max = IG + Imax = 0,3 + 0,064 = 0,364 A §iÖn ¸p nguån nu«i : Un = 24 V Ta chän ®iÖn trë h¹n chÕ : R = ( 24 - U1)/I1max R = (24 - 4)/0,364 = 55 () Transistor T1 ph¶i chän lo¹i cã dßng Icmax > 0,364 A. Víi møc ®iÖn ¸p thÊp th× dßng ra Q t¹i ch©n 14 vµ 15 cña vi m¹ch TCA785 lµ IQ = 2mA. VËy hÖ sè khuÕch ®¹i dßng : 2. M¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn thyristor: §iÖn ¸p ®ång bé lÊy lµ 12V => Tû sè biÕn ®æi m¸y biÕn ¸p lµ: lÇn Víi vi m¹ch TCA785 ta sö dông nguån nu«i 15V ®­a vµo ch©n 16 V10,max = VS - 2 = 15 -2 =13(V) => V11 = V10,max = 13(V) §iÖn ¸p vµo ch©n 6 cña vi m¹ch TCA 785: V6 = 3,3V LÊy C10 = 0,5 μF; R9 = 100 kΩ; Vref = 3,1 (V); K = 15% Thêi ®iÓm ph¸t xung: s Dßng n¹p tô (μA) §iÖn ¸p trªn tô (V) 3. M¹ch t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U§K: §iÖn ¸p yªu cÇu vµo ch©n 11 cña vi m¹ch TCA785 lµ V11max = 13(V) Do ®ã chän ®Æc tÝnh U®k cã gi¸ trÞ lín nhÊt lµ 12(V). => UDmax = 12(V) Gi¶ sö thêi gian ®Ó UD ®¹t ®Õn 12 V lµ 100ms. Chän tô C = 1μF => Chän R2 = 50KΩ, VR = 100KΩ. VËy thêi gian tèi ®a ®Ó UD ®¹t ®Õn 12V lµ: thêi gian tèi thiÓu ®Ó UD ®¹t ®Õn 12V lµ: LÊy R1 = R3 = 100KΩ; R4 = R5 = 100KΩ; Chän ®ièt æn ¸p Zener DZ1 cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn ®Þnh 12V. 4. Kh©u chèng ng¾n m¹ch lµm viÖc: TÝn hiÖu logic yªu cÇu ®­a ®Õn ch©n 6 cña TCA785 cã U = 3.3V Chän thêi gian trÔ = 50ms §Æt Ung­ìng = 24(V) => . Chän RS = 8(Ω) - TÝnh to¸n vi m¹ch MM74HC4538: Chän VCC = +4(V) §é réng xung ra ch©n 6 cña vi m¹ch ®­îc tÝnh theo c«ng thøc T = 0,7 . RX . CX Chän Cx = 1μF => - TÝnh to¸n optocoupler Nguån nu«i IC A3 lµ ±12V, do ®ã ®iÖn ¸p ®Ønh tÝn hiÖu ra cña A3 lµ 12V Chän dßng vµo ch©n 1 cña optocoupler lµ 5mA => Ch­¬ngVII Tµi liÖu tham kh¶o Tµi liÖu tham kh¶o 1. TrÇn Träng Minh Gi¸o tr×nh ®iÖn tö c«ng suÊt. NXB Gi¸o dôc - 2003 2. NguyÔn BÝnh §iÖn tö c«ng suÊt . NXB khoa häc vµ kü thuËt - 2000 §iÖn tö c«ng suÊt lín vµ øng dông Thyristor. NXB §¹i häc vµ gi¸o dôc chuyªn nghiÖp. 3. Ph¹m Quèc H¶i, D­¬ng V¨n Nghi Ph©n tÝch vµ gi¶i m¹ch ®iÖn tö c«ng suÊt . NXB khoa häc vµ kü thuËt 4. Ph¹m Minh Hµ Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö . NXB khoa häc vµ kü thuËt - 1997 5. §ç Xu©n Thô ( Chñ biªn ) Kü thuËt ®iÖn tö . NXB Gi¸o dôc – 2000 6. D­¬ng §øc Hång, Ph¹m V¨n TrÝ Kü thuËt läc bôi trong c«ng nghiÖp. NXB Khoa häc kü thuËt 1989 7. Hoµng Kim C¬ Kü thuËt läc bôi vµ lµm s¹ch khÝ. NXB Gi¸o dôc 1999 8. Ph¹m V¨n B×nh, Lª V¨n Doanh ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p. NXB Khoa häc kü thuËt 2003 9. Internet : www.siemens.com www.fairchild.com www.icmaster.com www.datasheetarchive.com