Đồ án Thiết kế ác quy một chiều

ChØnh l­u kh«ng ®èi xøng cÇu mét pha Nguyªn t¾c ho¹t ®éng: q = q1 cho xung më T1 trong kho¶ng q1q2 Tiristor T1 vµ D2 cho dßng ch¶y qua. Khi u2 b¾t ®Çu ®æi dÊu D1 më ngay do ®ã T1 tù nhiªn ®ãng l¹i dßng id = Id chuyÓn tõ T1 sang D2 cïng cho dßng ch¶y qua lóc nµy ud = 0. Khi q =q 3=P +a cho xung më T2 dßng qua t¶i id = Id ch¶y qua T2 vµ D1 vµ ®ièt D2 lóc nµy bÞ kho¸ l¹i. Trong s¬ ®å nµy, gãc dÉn dßng cña tiristor vµ cña ®i«t kh«ng b»ng nhau. Gãc dÉn dßng cña ®i«t lµ , cßn gãc dÉn dßng cña tiristor lµ . Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i, cña dßng t¶i, cña dßng qua tiristor cña dßng trong ®i«t ChØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng mét pha s¬ ®å cÇu XÐt khi t¶i thuÇn trë u2 = U2sinwt Khi q = q1 cho xung ®iÒu khiÓn më T1 vµ T3 lóc nµy ud = u2, Hai Tiristor nµy xÏ tù nhiªn khãa l¹i khi u2 = 0. Khi q = p + a cho xung ®iÒu khiÓn më T4 vµ T 2 : u = u2 . Dßng t¶i i­ lµ dßng gi¸n ®o¹n. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p cña ®iÖn ¸p t¶i, dßng t¶i, dßng tiristor XÐt khi t¶i lµ ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m Dßng t¶i id sÏ lµ dßng liªn tôc, id = Id Ph­¬ng tr×nh m¹ch t¶i : Gi¸ trÞ hiÖu dông dong thø cÊp m¸y biÕn ¸p: XÐt hiÖn t­îng trïng dÉn Gi¶ thiÕt T1 vµ T3 ®ang më cho dßng ch¶y qua, iT1,3 = Id. Khi q = q2 cho xung ®iÒu khiÓn më T2 vµ T4. V× sù cã mÆt cña Lc nªn dßng iT1,3 kh«ng thÓ ®ét ngét tõ Id xuèng 0, mµ dßng iT2,4 kh«ng thÓ ®ét ngét t¨ng tõ 0 ®Õn Id. Lóc nµy c¶ 4 Tiristor ®Òu më cho dßng ch¶y qua, phô t¶i bÞ ng¾n m¹ch, ud = 0, nguån e2 còng bÞ ng¾n m¹ch sinh ra dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ic. Ta cã ph­¬ng tr×nh chØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng s¬ ®å cÇu 3 pha XÐt bµi to¸n cã Xc, L ¹ ¥, R ¹0. Do ®ã dßng id kh¸ phøc t¹p vµ ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Khi T1 vµ T2 më ch­a kÓ ®Õn trïng dÉn th× ta cã ph­¬ng tr×nh: Ua - Uc = L + R Vµ khi cã trïng dÉn th× x¸c ®Þnh bëi ph­¬ng tr×nh sau: trong ®ã Uc lµ ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch cña pha a vµ pha c. V× vËy ta chØ xÐt tr­êng hîp pha L=¥ cho ®¬n gi¶n. Lóc nµy id = Id = const. Ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i: chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn cÇu ba pha, céng b¨m xung I. ChØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn cÇu ba pha Trong s¬ ®å nµy nÕu ta chän ®iÖn ¸p thø cÊp u1 lµm gèc pha, ta cã: U1 = Umsinwt U2 = Umsin(wt - 1200) U3 = Umsin(wt +1200) Trong ®ã Um lµ biªn ®é cña ®iÖn ¸p thø cÊp cña mét pha m¸y biÕn ¸p. §å thÞ biÕn thiªn cña ®iÖn ¸p nh­ h×nh sau: §Ó chØnh l­u c¸c ®iÖn ¸p ng­êi ta dïng 2 nhãm ®ièt: nhãm ®ièt atèt chung gåm 3 ®ièt D2, D4, D6 vµ nhãm ®ièt cã canèt chung D1, D2, D3. +. Trong kho¶ng 0 £ wt £ q1, u3 d­¬ng nhÊt vµ u2 ©m nhÊt, D5 vµ D6 më, dßng ®iÖn ®i tõ ®iÓm 3 qua ®ièt D5 tíi ®iÓm M qua phô t¶i ®Õn ®iÓm N qua D6 vÒ ®iÓm 2. §iÖn ¸p ®­a ra t¶i ud = u32 = u3 - u2, ®iÖn ¸p trªn ®ièt D1 lµ uD1 = u1 - u3. +. Trong kho¶ng q1 £ wt £ q2 u1 d­¬ng nhÊt vµ u2 ©m nhÊt, D1 vµ D6 më, dßng ®iÖn ®i tõ ®iÓm 1 qua ®ièt D1 ®Õn ®iÓm M qua phô t¶i ®Õn ®iÓm N qua D6 vÒ ®iÓm 2. §iÖn ¸p ®­a ra t¶i ud = u12 = u1 - u2, ®iÖn ¸p trªn ®ièt D1 lµ uD1 = 0. +. Trong kho¶ng q2 £ wt £ q3, u1 d­¬ng nhÊt u3 ©m nhÊt, D1 vµ D2 më, dßng ®iÖn ®i tõ ®iÓm 1 qua ®ièt D1 ®Õn ®iÓm M qua phô t¶i ®Õn ®iÓm N qua D2 vÒ ®iÓm 3. §iÖn ¸p ®­a ra t¶i ud = u13 = u1 - u3, ®iÖn ¸p trªn ®ièt D1 lµ uD1 = 0. +. Trong kho¶ng q3 £ wt £ q4, u2 d­¬ng nhÊt u3 ©m nhÊt do ®ã D3 vµ D2 më, dßng ®iÖn ®i tõ 2 qua D3 ®Õn ®iÓm M qua phô t¶i ®Õn ®iÓm N qua D2 vÒ 3. §iÖn ¸p ®­a ra t¶i ud = u23 = u2 - u3, ®iÖn ¸p trªn ®ièt D1 lµ uD1 = u1 - u2. +. Trong kho¶ng q4 £ wt £ q5, u2 d­¬ng nhÊt u1 ©m nhÊt do ®ã D3 vµ D4 më, dßng ®iÖn ®i tõ 2 qua D3 ®Õn ®iÓm M qua phô t¶i ®Õn ®iÓm N qua D4 vÒ 1. §iÖn ¸p ®­a ra t¶i ud = u21 = u1 - u2, ®iÖn ¸p trªn ®ièt D1 lµ uD1 = u1 - u2. +. Trong kho¶ng q5 £ wt £ q6, u3 d­¬ng nhÊt u1 ©m nhÊt do ®ã D5 vµ D4 më, dßng ®iÖn ®i tõ 3 qua D5 ®Õn ®iÓm M qua phô t¶i ®Õn ®iÓm N qua D4 vÒ 1. §iÖn ¸p ®­a ra t¶i ud = u31 = u3 - u1, ®iÖn ¸p trªn ®ièt D1 lµ uD1 = u1 - u3 +. Trong kho¶ng q6 £ wt £ q7, u3 d­¬ng nhÊt u2 ©m nhÊt do ®ã D5 vµ D6 më, dßng ®iÖn ®i tõ 3 qua D5 ®Õn ®iÓm M qua phô t¶i ®Õn ®iÓm N qua D6 vÒ 2. §iÖn ¸p ®­a ra t¶i ud = u32 = u3 - u2, ®iÖn ¸p trªn ®ièt D1 lµ uD1 = u1 - u3. Nh­ vËy ®å thÞ cña ®iÖn ¸p ud sÏ cã d¹ng ®­êng cong ®Ëm nÐt vµ ®å thÞ biÕn thiªn cña uD1 cã d¹ng nh­ ®­êng nÐt ®øt. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u: trong ®ã q1 = , q2 = , u1 - u2 = Umsinwt - Umsin(wt - 1200) = Umsin(wt - 600) ta cã Ud0 = Umsin(wt - 600)dwt = Um @ 1,65Um §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i trªn mçi ®ièt Ungmax Tõ ®­êng cong uD1 ta cã Ungmax = Um = Udo = 1,04Ud0. HÖ sè nhÊp nh« cña ®iÖn ¸p chØnh l­u K0 = Tõ ®­êng cong ®iÖn ¸p ud ta cã udmax = Um, udmin = 1,5Um nªn K0 = Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn t¶i Id = Gi¸ trÞ trung b×nh i0, gi¸ trÞ hiÖu dông I vµ gi¸ trÞ cùc ®¹i imax cña dßng ®iÖn qua mçi ®ièt Trong s¬ ®å nµy mçi ®ièt chØ dÉn ®iÖn trong 1/3 chu k× nªn I0 = Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn thø cÊp IS. Tõ ®å thÞ ta thÊy trong mçi chu kú trong kho¶ng q1£ wt £ q3 ®ièt D1 më, dßng ®iÖn thø cÊp iS = ID cßn trong kho¶ng q4 £ wt £ q6 ®ièt D4 dÉn iS = - ID nh­ vËy: IS = Khi thay q3 - q1 = q6 - q4 = Ta cã C«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p II. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu 1. Giíi thiÖu chung Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu dïng ®Ó biÕn ®æi ®iÖn ¸p mét chiÒu E thµnh xung ®iÖn ¸p mét chiÒu cã trÞ sè trung b×nh Utb cã thÓ thay ®æi ®­îc. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p trÞ sè trung b×nh Utb cña c¸c xung ®iÖn ¸p ®Æt vµo phô t¶i cã thÓ ®iÒu chØnh tõ trÞ sè kh«ng ®Õn trÞ sè lín nhÊt b»ng ®iÖn ¸p mét chiÒu E cung cÊp cho bé b¨m: 0 < Utb £ E. Khi bé b¨m xung ¸p lµm viÖc ë chÕ ®é t¨ng ¸p cã thÓ ®iÒu chØnh cho ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i Utb ®¹t ®Õn gi¸ trÞ lín h¬n ®iÖn ¸p E ®Æt cña nguån ®iÖn: E < Utb <µ. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu ®­îc coi nh­ lµ mét c«ng t¾c t¬ tÜnh ®ãng më liªn tôc mét c¸ch chu kú. Nã ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c m¸y vËn chuyÓn, trong truyÒn ®éng m¸y c¾t gät, trong giao th«ng ®­êng s¾t, «t« ch¹y ®iÖn, xe rïa bèc dì hµng, trong kü nghÖ ®iÖn ho¸... ThiÕt bÞ b¨m xung lµm viÖc víi hiÖu suÊt cao tæn hao n¨ng l­îng Ýt h¬n so víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p mét chiÒu liªn tôc, Ýt nh¹y c¶m víi m«i tr­êng v× tham sè ®iÒu chØnh lµ thêi gian ®ãng më ®Ó ®Æt hoÆc c¾t nguån trªn t¶i, kÝch th­íc nhá. Tuy nhiªn bé b¨m xung ¸p cã nh­îc ®iÓm lµ : ph¶i dïng cïng víi bé läc ®Çu ra do ®ã lµm t¨ng qu¸n tÝnh cña qóa tr×nh ®iÒu khiÓn khi sö dông c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn kÝn. NÕu tÇn sè ®ãng më lín sÏ ph¸t sinh ra nhiÔu v« tuyÕn. 2. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña bé b¨m xung ¸p mét chiÒu lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu lµ mét kho¸ ®iÖn H lµm b»ng tranzito hay b»ng tiristo ®­îc ®iÒu khiÓn ®ãng më mét c¸ch chu kú. Khi lµm viÖc ë chÕ ®é gi¶m ¸p bé b¨m xung ¸p mét chiÒu H ®­îc ®Æt nèi tiÕp gi÷a nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu E vµ phô t¶i nh­ trªn h×nh vÏ. TrÞ sè trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Utb. Khi bé b¨m H ®ãng ®iÖn th× ®iÖn ¸p ®Æt lªn t¶i cã trÞ sè u = E. Cßn khi H ng¾t ®iÖn th× u = 0. TrÞ sè trung b×nh cña ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Æt lªn phô t¶i lµ: víi T® lµ thêi gian ®ãng cña kho¸ H, hay ®é réng xung T lµ chu k× b¨m, hay chu k× xung a = lµ hÖ sè lÊp ®Çy xung ¸p cßn gäi lµ tØ sè chu k×: ta cã a £ 1. B»ng c¸ch biÕn ®æi trÞ sè cña hÖ sè a ta nhËn ®­îc c¸c trÞ sè kh¸c nhau cña ®iÖn ¸p trung b×nh cña ®iÖn ¸p trung b×nh Utb trªn phô t¶i. Cã thÓ cho a biÕn ®æi b»ng hai c¸ch: 1 - Cè ®Þnh chu k× b¨m T, thay ®æi thêi gian ®ãng ®iÖn T® cña bé b¨m, ta cã bé b¨m tÇn sè cè ®Þnh. 2 - Cè ®Þnh thêi gian ®ãng ®iÖn T®, biÕn ®æi chu k× b¨m T, ta cã bé b¨m tÇn sè biÕn thiªn. NÕu T® = 0 th× a = 0 ta cã Utb = 0 lóc nµy bé b¨m th­êng xuyªn ng¾t m¹ch. Khi T® = T, ta cã a =1 vµ Utb = E, bé b¨m th­êng xuyªn ®ãng m¹ch ®iÖn. Bé b¨m xung ¸p mét chiÒu th­êng ®ãng ®iÖn vµ ng¾t ®iÖn liªn tôc víi tÇn sè cao (200 ¸ 500Hz) nªn th­êng lµ mét kho¸ b¸n dÉn. S¬ ®å thùc tÕ cña bé xung ¸p mét chiÒu dïng tranzito Bé b¨m xung ¸p sö dông tranzito cã tÇn sè b¨m lín kho¶ng vµi kilohert. C¸c tranzito kh«ng cÇn m¹ch ®Ó kho¸ l¹i nh­ tiristo nªn rÊt ®¬n gi¶n vµ cã thÓ lµm viÖc víi tÇn sè t­¬ng ®èi lín. C¸c bé b¨m dïng tranzito c«ng suÊt cã thÓ ®¹t tíi tÇn sè b¨m tõ 1000 ®Õn 2000 Hz mét c¸ch dÔ dµng. Khi dïng bé b¨m xung ¸p cã thÓ kh«ng cÇn dïng cuén c¶m san b»ng hoÆc chØ cÇn cuén c¶m cã ®iÖn c¶m nhá nèi tiÕp víi t¶i còng ®ñ san b»ng dßng ®iÖn trªn t¶i thµnh dßng ®iÖn mét chiÒu cã trÞ sè kh«ng ®æi. Nh­îc ®iÓm cña bé b¨m ®iÖn b»ng Tranzito lµ cã c«ng suÊt nhá, chØ ®¹t cì vµi kil«o¸t ®Õn vµi chô kil«o¸t lµ cïng. S¬ ®å cña bé b¨m xung ¸p mét chiÒu dïng Tranzito. Ho¹t ®éng cña s¬ ®å khi kh«ng cã trïng dÉn: Ta cã ®iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p : ; Trong ®ã Um - biªn ®é cña ®iÖn ¸p thø cÊp cña mét pha m¸y biÕn ¸p. ®Ó chØnh l­u c¸c ®iÖn ¸p nµy ng­êi ta dïng hai nhãm ®i«t @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ xÐt t¹i thêi ®iÓm øng víi q1, thÊy ®iÖn thÕ t¹i c¸c ®iÓm A,B,C nh­ sau: vA>vB>vC. Dßng ®iÖn t¶i ®i tõ ®iÓm A ®Õn ®iÓm C. §i«t D1 më cho dßng ch¶y qua, vµ do ®ã vF = vA>vB>vC. C¸c ®i«t D3 vµ D5 bÞ kho¸ v× ®iÖn thÕ catèt cña chóng lín h¬n ®iÖn thÕ an«t cña chóng. §ièt D2 më cho dßng ch¶y qua vµ do ®ã vG=vC<vB<vA; C¸c ®i«t D4 vµ D6 bÞ kho¸ l¹i v× ®iÖn thÕ cat«t cña chóng ( lµ vA hoÆc vB) lín h¬n ®iÖn thÕ cña cat«t cña chóng (lµ vC). Ta cã b¶ng tãm t¾t ho¹t ®éng cña s¬ ®å Kho¶ng ChiÒu dßng ®iÖn Di«t §iÖn ¸p t¶i ud Tõ p/6 ®Õn 3p/6 3p/6-5p/6 5p/6-7p/6 7p/6-9p/6 9p/6-11p/6 11p/6-13p/6 Tõ A ®Õn B A ----- C B -------C B ------ A C ------- A C --------B 1 vµ 6 1 ---2 3--- 2 3----4 5----4 5------6 va - vb va ---vc vb---vc vb ---- va vc ----- va vc ----- vb NhËn xÐt: Dßng t¶i bao giêi còng xuÊt ph¸t tõ ®iÓm cã ®iÖn thÕ cao nhÊt ®Õn ®iÖn thÕ thÊp nhÊt. Mçi ®i«t cho dßng ch¶y qua trong mét phÇn ba chu kú. Mçi cuén d©y biÕn ¸p cho dßng ch¶y qua trong hai lÇn mét phÇn ba chu kú : 1/3 chu kú víi ®i«t trªn vµ mét phÇn ba chu kú víi ®i«t d­íi. Gi¸ trÞ tøc thêi cña ®iÖn ¸p t¶i ud b»ng hiÖu cña gi¸ trÞ tøc thêi ®iÖn ¸p cña hai pha ®ang cÊp dßng cho t¶i. Ud gåm 6 chám dßng sinus t¹o nªn. §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt c¸c ®i«t ph¶i chÞu lµ: Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l­u: Ho¹t ®éng cña bé chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn cÇu ba pha khi cã hiÖn t­îng trïng dÉn: Khi D1 vµ D3 trïng dÉn D3 ®Æt ®iÖn thÕ B ( lóc nµy Ub>0) vµo Catèt cña D4 khiÕn D4 bÞ ph©n cùc ng­îc do ®ã D2 kh«ng thÓ chuyÓn dßng ®iÖn t¶i sang D4 nh­ b×nh th­êng. D2 tiÕp tôc ®¬n dÉn thªm mét kho¶ng n÷a, cho ®Õn khi sù chuyÓn m¹ch tõ D1 sang D3 kÕt thóc. T×nh h×nh diÔn ra nh­ c¸c Tiristor cã gãc më a nµo ®ã. §Ó x¸c ®Þnh gãc më a, cã thÓ xem s¬ ®å ®ang xÐt lµ s¬ ®å chØnh l­u Tiristor cÇu ba pha cã gãc më a vµ gãc trïng dÉn lµ m. Ta cã c«ng thøc tÝnh lµ: @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@