Đồ án Thiết kế bộ nguồn liên tục UPS chỉnh lưu

Thiết kế bộ nguồn liên tục UPs ,phần chỉnh lưu với các tham số sau : - Điện áp nguồn : 220 VAC+10%,-10%, 50Hz. - Công suất : 15KVA. - Điện áp ra : 220 VAC+/-1%. - ¾c quy: axist loại kín , thời gian lưu điện 10 phút

doc35 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2136 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế bộ nguồn liên tục UPS chỉnh lưu, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
§Ò bµi: ThiÕt kÕ bé nguån cÊp ®iÖn liªn tôc UPS, phÇn chØnh l­u víi c¸c tham sè sau: §iÖn ¸p nguån: 220 VAC+10%,-10%, 50Hz. C«ng suÊt: 15KVA. §iÖn ¸p ra: 220 VAC+/-1%. ¾c quy: axist lo¹i kÝn, thêi gian l­u ®iÖn 10 phót. Ch­¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ UPS Cung cÊp n¨ng l­îng ®iÖn cho nh÷ng t¶i nh¹y c¶m Sù cè nguån n¨ng l­îng ®iÖn Sù cè trong c¸c nguån n¨ng l­îng ®iÖn cã thÓ xÈy ra trong qu¸ tr×nh l¾p ®Æt trang thiÕt bÞ hoÆc ë ®Çu vµo hÖ thèng (qu¸ t¶i, nhiÔu, mÊt c©n b»ng pha, sÊm sÐt, …). Nh÷ng sù cè nµy cã thÓ g©y ra nh÷ng hËu qu¶ kh¸c nhau. VÒ mÆt lý thuyÕt: HÖ thèng ph©n phèi n¨ng l­îng ®iÖn t¹o ra mét ®iÖn ¸p h×nh sin v¬i biªn ®é vµ tÇn sè thÝch hîp ®Ó cung cÊp cho thiÕt bÞ ®iÖn (400V-50Hz ch¼ng h¹n). Trong thùc tª, nh÷ng sãng h×nh sin ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cïng tÇn sè bÞ ¶nh h­ëng trong ph¹m vi kh¸c nhau bëi nh÷ng sù cè cã thÓ xuÊt hiÖn trong hÖ thèng. §èi víi hÖ thèng cung cÊp ®iÖn: Cã thÓ bÞ sù cè hoÆc gi¸n ®o¹n cung cÊp ®iÖn v×: HiÖn t­îng nhiÔm ®iÖn ë bÇu khÝ quyÓn (th­êng kh«ng tr¸nh khái). §iÒu nµy cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn ®­êng d©y ngoµi trêi hoÆc c¸p ch«n, ch¼ng h¹n: SÊm sÐt lµm ®iÖn ¸p t¨ng ®ét ngét trong hÖ thèng cung cÊp ®iÖn S­¬ng gi¸ cã thÓ lµm cho ®­êng d©y bÞ ®øt Nh÷ng hiÖn t­îng ngÉu nhiªn, ch¼ng h¹n: Cµnh c©y r¬i g©y g¾n m¹ch hoÆc ®øt d©y §øt c¸p do ®µo ®Êt Sù h­ háng trong hÖ thèng cung cÊp Nh÷ng thiÕt bÞ dïng ®iÖn cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn hÖ thèng cung cÊp L¨p ®Æt c«ng nghiÖp, ch¼ng h¹n: §éng c¬ g©y ra ®iÖn ¸p r¬i vµ nhiÔm RF trong qu¸ tr×nh khëi ®éng. Nh÷ng thiÕt bÞ g©y « nhiÔm: lß luyÖn kim, m¸y hµn, … g©y ra ®iÖn ¸p r¬i vµ nhiÔm RF Nh÷ng hÖ thèng ®iÖn tö c«ng suÊt cao Thang m¸y, ®Ìn huúnh quang Nh÷ng sù cè ¶nh h­ëng ®Õn viÖc cung cÊp n¨ng l­îng ®iÖn cho thiÕt bÞ cã thÓ ph©n thµnh c¸c lo¹i sau: LÖch ®iÖn ¸p Ngõng ho¹t ®éng T¨ng ®ét ngét ®iÖn ¸p Thay ®æi tÇn sè XuÊt hiÖn sãng hµi NhiÔu tÇn sè cao… Sù cè cã thÓ g©y ra nh÷ng hËu qu¶ nghiªm träng, ®Æc biÖt lµ lµm gi¸n ®o¹n viÖc cung cÊp ®iÖn, nhÊt lµ hÖ thèng d÷ liÖu cña m¸y tÝnh. Gi¶i ph¸p dïng UPS §iÒu cÇn chó ý tr­íc hÕt cña nh÷ng sù cè vµ hËu qu¶ cña nã vÒ ph­¬ng diÖn: An toµn cho con ng­êi An toµn cho thiÕt bÞ, nhµ x­ëng Môc tiªu vËn hµnh kinh tÕ Tõ ®ã ph¶i t×m c¸ch lo¹i chóng ra. Cã nhiÒu gi¶i ph¸p kü thuËt kh¸c nhau cho vÊn ®Ò nµy, nh÷ng gi¶i ph¸p nµy ®­îc so s¸nh trªn c¬ së cña hai tiªu chuÈn sau ®Ó ®¸nh gi¸: Liªn tôc cung cÊp ®iÖn ChÊt l­îng cung cÊp ®iÖn Nh÷ng chøc n¨ng cña UPS Ho¹t ®éng nh­ mét giao diÖn gi÷a hÖ thèng cung cÊp ®iÖn vµ nh÷ng t¶i nh¹y c¶m. UPS cung cÊp cho t¶i mét n¨ng l­îng ®iÖn liªn tôc, chÊt l­îng cao, kh«ng phô thuéc mäi t×nh tr¹ng cña hÖ thèng cung cÊp. UPS t¹o ra mét ®iÖn ¸p cung cÊp tin cËy Kh«ng bÞ ¶nh h­ëng cña nh÷ng sù cè cña hÖ thèng cung cÊp, ®Æc biÖt khi hÖ thèng cung cÊp ngõng ho¹t ®éng. Ph¹m vi sai sè cho phÐp tuú theo yªu cÇu cña nh÷ng thiÕt bÞ ®iÖn tõ nh¹y c¶m (ch¼ng h¹n: GALAXY-sai sè cho phÐp cña biªn ®é %, tÇn sè %) UPS cã thÓ cung cÊp ®iÖn ¸p tin cËy, ®éc lËp vµ liªn tôc th«ng qua c¸c kh©u trung gian: Acquy vµ chuyÓn m¹ch tÜnh. øng dông cña UPS trong thùc tÕ HiÖn nay nhu cÇu øng dông UPS trong c¸c lÜnh vùc tin häc, viÔn th«ng, ng©n hµng lµ rÊt lín. Sè l­îng UPS ®­îc sö dông gÇn b»ng 1/3 sè l­îng m¸y tÝnh ®ang ®­îc sö dông. Cã thÓ lÊy mét vµi vÝ dô vÒ c¸c thiÕt bÞ sö dông UPS, ®ã lµ nh÷ng m¸y tÝnh, viÖc truyÒn d÷ liÖu vµ toµn bé thiÕt bÞ ë mét tr¹ng th¸i nµo ®ã lµ rÊt quan träng vµ kh«ng cho phÐp ®­îc mÊt ®iÖn. UPS ®­îc sö dông trong ngµnh hµng kh«ng ®Ó ®¶m b¶o sù th¾p s¸ng liªu tôc cña ®­êng b¨ng s©n bay… Nãi tãm l¹i UPS lµ mét nguån ®iÖn dù phßng nã cã mÆt ë mäi chç mäi n¬i, nh÷ng n¬i ®ßi hái cao vÒ yªu cÇu cÊp ®iÖn liªn tôc. Ch­¬ng II: tÝnh to¸n vµ lùa chän bé ¾c quy cho nguån UPS Giíi thiÒu chung vÒ ¾c quy. TÝnh to¸n vµ lùa chän cho ¾c quy. C¨n cø vµo ®Çu ra cña bé chØnh l­u ®éc lËp nguån dßng ®iÖn, ta cã thÓ chän ®­îc ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®Æt lªn ¾cquy. D¹ng ®iÖn ¸p ra cña bé nghÞch l­u ®éc lËp nguån dßng ®iÖn cã d¹ng: Ta cã: U===0,47Ed Víi U=220V=> Ed=220/0,47=468V. NÕu sö dông mét nguån lín 468V cã mét ­u ®iÓm lµ dßng tiªu thô sÏ nhá nh­ng kÝch th­íc cña bé chØnh l­u sÏ lµ rÊt lín, cång kÒnh. §Ó kh¾c phôc ®iÒu nµy ta chØ sö dông mét nguån ¸p trung b×nh Ed=120VDC ®Ó cung cÊp cho ¨cquy vµ chØnh l­u. Sau khi qua bé chØnh l­u sÏ sö dông mét m¸y biÕn ¸p ®Ó n©ng ®iÖn ¸p lªn 220V xoay chiÒu phï hîp víi t¶i. ¾cquy ®­îc chän lµ lo¹i ¨cquy 12. Nh­ vËy ta cÇn m¾c 120/12=10 ¾c quy m¾c nèi tiÕp nhau. T×nh to¸n dung l­¬ng cña ¾c quy. Víi yªu cÇu vÒ c«ng suÊt cña UPS lµ 15KVA, U=220V ta cÇn sö dông m¸y biÕn ¸p. NÕu coi hiÖu suÊt cña m¸y biÕn ¸p lµ 95% th× hiÖu suÊt phÝa s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p nghÞch l­u lµ: SnghÞch l­u=(KVA) Do tæn hao cña c¸c van c«ng suÊt cña bé biÕn ®æi lµ kh«ng ®¸ng kÓ do ®ã ta cã thÓ coi c«ng suÊt ®Çu vµo vµ ®Çu ra cña bé nghÞch l­u lµ nh­ nhau. Dßng ®iÖn cÇn thiÕt ®Ó l¹p cho ¾c quy lµ: Id=(A) Th«ng th­êng khi chän ¨cquy ph¶i chän dung l­îng lín h¬n 2 lÇn dung l­îng ®Þnh møc. VËy ®Ó ®¶m b¶o cho ¨cquy kh«ng bÞ háng ta cÇn chän dung l­îng cña ¾cquy lµ 262A.h Do trong bé ¾c quy cã néi trë trong do ®ã ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u ®­îc tÝnh nh­ sau: Ucl=Ud+Ut Trong ®ã: Ucl: ®iÖn ¸p ®Çu ra bé chØnh l­u. Ud: ®iÖn ¸p ®Æt trªn hai ®Çu ¾c quy. Ud=120VDC Ut: ®iÖn ¸p tæn hao do néi trë cña ¾c quy. Víi lo¹i ¨cquy 12V ta tra ®­îc néi trë trong cña ¨cquy lµ r=0,09. VËy néi trë trong cña bé ¨cquy lµ R=0,09*12=1,08 §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u lµ: Ucl=120+131.1,08=262VDC. Ph­¬ng ph¸p n¹p ¨c quy vµ ph­¬ng thøc ®iÒu khiÓn n¹p. 1. Ph­¬ng ph¸p n¹p cho ¾c quy. Cã ba ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui lµ + Ph­¬ng ph¸p dßng ®iÖn. + Ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p. + Ph­¬ng ph¸p dßng ¸p. a) Ph­¬ng ph¸p n¹p ¾c qui víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi. §©y lµ ph­¬ng ph¸p n¹p cho phÐp chän ®­îc dßng n¹p thÝch hîp víi mçi lo¹i ¾c qui, b¶o ®¶m cho ¾c qui ®­îc no. §©y lµ ph­¬ng ph¸p sö dông trong c¸c x­ëng b¶o d­ìng söa ch÷a ®Ó n¹p ®iÖn cho ¾c qui hoÆc n¹p sö ch÷a cho c¸c ¾c qui bÞ Sunfat ho¸. Víi ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui ®­îc m¾c nèi tiÕp nhau Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi lµ thêi gian n¹p kÐo dµi vµ yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­a vµo n¹p cã cïng dung l­îng ®Þnh møc. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm thêi gian n¹p kÐo dµi, ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p n¹p víi dßng ®iÖn n¹p thay ®æi hai hay nhiÒu nÊc Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. Ph­¬ng ph¸p nµy yªu cÇu c¸c ¾c qui ®­îc m¾c song song víi nguån n¹p. HiÖu ®iÖn thÕ cña nguån n¹p kh«ng ®æi. Ph­¬ng ph¸p n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi cã thêi gian n¹p ng¾n, dßng n¹p tù ®éng gi¶m theo thêi gian.Tuy nhiªn dïng ph­¬ng ph¸p nµy ¾c qui kh«ng ®­îc n¹p no. V× vËy n¹p víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi chØ lµ ph­¬ng ph¸p n¹p bæ xung cho ¾c qui trong qu¸ tr×nh sö dông. Ph­¬ng ph¸p n¹p dßng ¸p. §©y lµ ph­¬ng ph¸p tæng hîp cña hai ph­¬ng ph¸p trªn. Nã tËn dông ®­îc nh÷ng ­u ®iÓm cña mçi ph­¬ng ph¸p. §èi víi ¾c qui axit: §Ó b¶o ®¶m thêi gian n¹p còng nh­ hiÖu suÊt n¹p th× ta tiÕn hµnh n¹p theo hai giai ®o¹n. Giai ®o¹n 1: n¹p víi dßng ®iÖn kh«ng ®æi cho tíi khi dung l­îng ¾cquy b»ng 95% dung l­îng ®Þnh møc. Giai ®o¹n 2: n¹p víi ¸p kh«ng ®æi cho tíi khi ¾cquy no th× dõng. KÕt luËn : V× ¾c qui lµ t¶i cã tÝnh chÊt dung kh¸ng kÌm theo søc ph¶n ®iÖn ®éng cho nªn khi ¾c qui ®ãi mµ ta n¹p theo ph­¬ng ph¸p ®iÖn ¸p th× dßng ®iÖn trong ¾c qui sÏ tù ®éng d©ng nªn kh«ng kiÓm so¸t ®­îc sÏ lµm s«i ¾c qui dÉn ®Õn háng hãc nhanh chãng. V× vËy trong vïng n¹p chÝnh ta ph¶i t×m c¸ch æn ®Þnh dßng n¹p cho ¾c qui. Khi dung l­îng cña ¾c qui d©ng lªn ®Õn 90% lóc ®ã nÕu ta cø tiÕp tôc gi÷ æn ®Þnh dßng n¹p th× ¾c qui sÏ s«i vµ lµm c¹n n­íc. Do ®ã ®Õn giai ®o¹n nµy ta l¹i ph¶i chuyÓn chÕ ®é n¹p ¾c qui sang chÕ ®é æn ¸p. ChÕ ®é æn ¸p ®­îc gi÷ cho ®Õn khi ¾c qui ®· thùc sù no. Khi ®iÖn ¸p trªn c¸c b¶n cùc cuÈ ¾c qui b»ng víi ®iÖn ¸p n¹p th× lóc ®ã dßng n¹p sÏ tù ®éng gi¶m vÒ kh«ng, kÕt thóc qu¸ tr×nh n¹p. 2. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn n¹p ¨cquy S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn n¹p ¨cquy theo hai giai ®o¹n Ch­¬ng III: tÝnh to¸n vµ lùa chän m¹ch chØnh l­u ChØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng s¬ ®å cÇu 3 pha S¬ ®å nguyªn lý S¬ ®å gåm 6 Tiristor ®­îc chia lµm hai nhãm: Nhãm Katot chung : T1, T3, T5 Nhãm Anot chung : T2, T4, T6 Gãc më a ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy khi , chän gãc pha ®Çu VËy (V) Nh­ vËy ta ph¶i sö dông m¸y biÕn ¸p ®Ó h¹ ®iÖn ¸p tõ 380V xuèng 76V. Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu C«ng suÊt biÕn ¸p NhËn xÐt : Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn th× ®iÖn ¸p ra Ud Ýt ®Ëp m¹ch ( trong mét chu k× ®Ëp m¹ch 6 lÇn ) do ®ã vÊn ®Ò läc rÊt ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p ng­îc lªn mçi van nhá, c«ng suÊt biÕn ¸p nhá nh­ng m¹ch phøc t¹p nhiÒu kªnh ®iÒu khiÓn. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn II. ChØnh l­u cÇu 3 pha b¸n ®iÒu khiÓn S¬ ®å nguyªn lý Trong s¬ ®å nµy sö dông 3 Tiristor ë nhãm Katot chung vµ 3 Diot ë nhãm Anot chung. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Trong ®ã : Ud1 lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p do nhãm Katot chung t¹o nªn Ud2 lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p do nhãm Anot chung t¹o nªn VËy Tõ c«ng thøc trªn ta thÊy khi , chän gãc pha ®Çu lµ VËy (V) Nh­ vËy ta còng ph¶i sö dông m¸y biÕn ¸p ®Ó h¹ ®iÖn ¸p l­íi tõ 380V xuèng 131V Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¶y trong Tiristor vµ §ièt C«ng suÊt biÕn ¸p NhËn xÐt : Tuy ®iÖn ¸p chØnh l­u chøa nhiÒu sãng hµi nh­ng chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng cã qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n , kÝch th­íc gän nhÑ h¬n. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn III. ChØnh l­u ®iÒu khiÓn cÇu mét pha kh«ng ®èi xøng 1. S¬ ®å nguyªn lý Trong s¬ ®å nµy, gãc dÉn dßng ch¶y cña Tiristor vµ cña ®ièt kh«ng b»ng nhau. Gãc dÉn cña ®ièt lµ : Gãc dÉn cña Tiristor lµ : Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i Do ®ã Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng t¶i Dßng qua Tiristor Dßng qua §ièt Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ch¹y qua s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p NhËn xÐt : S¬ ®å chØnh l­u ®iÒu khiÓn 1 pha kh«ng ®èi xøng cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, gän nhÑ , dÔ ®iÒu khiÓn , tiÕt kiÖm van . ThÝch hîp cho c¸c m¸y cã c«ng suÊt nhá vµ võa. 2. §­êng ®Æc tÝnh biÓu diÔn KÕt luËn : Qua ph©n tÝch 3 ph­¬ng ¸n trªn ta nhËn thÊy, ph­¬ng ph¸p chØnh l­u 1 pha cã ­u ®iÓm lµ gän nhÑ, tiÕt kiÖm ®­îc linh kiÖn, van tuy nhiªn chÊt l­îng ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng cao b»ng s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha. Do yªu cÇu cña ®Çu bµi lµ thiÕt kÕ nguån ®iÖn liªn tôc víi chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao do ®ã ta quyÕt ®Þnh chän s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha. Trong 2 ph­¬ng ¸n chØnh l­u cÇu 3 pha ta chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng víi nh÷ng ­u ®iÓm sau: Sö dông 3 van thyristor, 3 ®ièt, tiÕt kiÖm h¬n nªn gi¶m gi¸ thµnh cho bé biÕn ®æi. S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n. §Çu ra cña bé biÕn ®æi kh«ng cã yªu cÇu cao vÒ mÆt sãng hµi. Ch­¬ng 4 : nguyªn lý ®iÒu khiÓn vµ mét sè kh©u ®iÒu khiÓn Nguyªn lý thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. §iÒu khiÓn thyristor trong s¬ ®å chØnh l­u hiÖn nay th­êng gÆp lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. Néi dung cña nguyªn t¾c nµy cã thÓ m« t¶ theo gi¶n ®å h×nh d­íi ®©y: Khi ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo anod cña thyristor, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc gãc më cña thyristor trong vïng ®iÖn ¸p+anod, ta cÇn t¹o mét ®iÖn ¸p tùa d¹ng tam gi¸c, ta th­êng gäi lµ ®iÖn ¸p tùa hay ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc. Nh­ vËy ®iÖn ¸p tùa cÇn cã trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod. Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa. T¹i thêi ®iÓm (t1,t4) ®iÖn ¸p tùa b»n ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn (Urc=U®k), trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anod, th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn X®k. Thyristor ®­îc më t¹i thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn (t1,t4) cho tíi cuèi b¸n kú (hoÆc tíi khi dßng ®iÖn b»ng 0). S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn §Ó thùc hiÖn ®­îc ý ®å ®· nªu trong phÇn nguyªn lý ®iÒu khiÓn ë trªn, m¹ch ®iÒu khiÓn bao gåm ba kh©u c¬ b¶n trªn h×nh vÏ sau: NhiÖn vô cña c¸c kh©u trong s¬ ®å ®iÒu khiÓn. Kh©u ®ång pha cã nhiÖn vô t¹o ®iÖn ¸p tùa Urc (th­êng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p anod cña thyristor. Kh©u so s¸nh cã nhiÖn vô so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p tùa víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau (U®k=Urc). T¹i thêi ®iÓm hai ®iÖn ¸p nµy b»ng nhau, th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuyÕch ®¹i. Kh©u t¹o xung cã nhiÖn vô t¹o xung phï hîp ®Ó më thyristor. Xung ®Ó më Thyristor cã yªu cÇu: S­ên tr­íc dèc th¼ng ®øng §ñ ®é réng víi ®é réng xung lín h¬n thêi gian më cña thyristor §ñ c«ng suÊt C¸ch ly m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch lùc ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý. HiÖn nay m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u th­êng ®­îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh nh­ giíi thiÖu trªn. Theo nhiÖm vô cña c¸c kh©u nh­ ®· giíi thiÖu, tiÕn hµnh thiÕt kÕ, tÝnh chän c¸c kh©u c¬ b¶n cña ba khèi trªn. Kh©u ®ång pha t¹o ®iÖn ¸p tùa (1.a) (1.b) S¬ ®å h×nh (1.a) lµ s¬ ®å ®¬n gi¶n, dÔ thùc hiÖn, víi sè linh kiÖn Ýt nh­ng chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa kh«ng tèt. §é dµi cña phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh cña ®iÖn ¸p tùa kh«ng phñ hÕt 1800. Do vËy, gãc më van lín nhÊt bÞ giíi h¹n. Hay nãi c¸ch kh¸c, nÕu theo s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p t¶i kh«ng ®iÒu khiÓn ®­îc tõ 0 tíi cùc ®¹i mµ tõ mét trÞ sè nµo ®ã ®Õn cùc ®¹i. §Ó kh¾c phôc nh­îc ®iÓm vÒ d¶i ®iÒu chØnh ë s¬ ®å h×nh (1.a) ng­êi ta sö dông s¬ ®å tao ®iÖn ¸p tùa b»ng s¬ ®å h×nh (1.b). Theo s¬ ®å nµy, ®iÖn ¸p tùa cã phÇn biÕn thiªn tuyÕn tÝnh phñ hÕt nöa chu kú ®iÖn ¸p. Do vËy khi cÇn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 tíi cùc ®¹i lµ hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc. Ngµy nay víi sù ra ®êi cña c¸c linh kiÖn ghÐp quang, chóng ta cã thÓ sö dông s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa b»ng bé ghÐp quang nh­ h×nh (1.c) d­íi ®©y. Nguyªn lý vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa cña hai s¬ ®å h×nh (1.b) vµ (1.c) t­¬ng ®èi gièng nhau. ¦u ®iÓm cña s¬ ®å h×nh (1.c) ë chç kh«ng cÇn biÕn ¸p ®ång pha , do ®ã cã thÓ ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. GHEP QUANG C R2 R1 D Ura +E Uv (1.c) C¸c s¬ ®å trªn ®Òu cã chung nh­îc ®iÓm lµ viÖc më, kho¸ c¸c Tranzitor trong vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c lµm cho viÖc n¹p, x¶ tô trong vïng ®iÖn ¸p l­íi gÇn 0 kh«ng ®­îc nh­ ý muèn. Ngµy nay c¸c vi m¹ch ®­îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu, chÊt l­îng ngµy cµng cao, kÝch th­íc ngµy cµng gän, øng dông c¸c vi m¹ch vµo thiÕt kÕ m¹ch ®ång pha cã thÓ cho ta chÊt l­îng ®iÖn ¸p tùa tèt. Trªn s¬ ®å h×nh (1.d) m« t¶ s¬ ®å t¹o ®iÖn ¸p tùa dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT). (1.d) Kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng Tranzitor (Tr) nh­ trªn h×nh (2.a). T¹i thêi ®iÓm U®k = Urc, ®Çu vµo Tr lËt tr¹ng th¸i tõ kho¸ sang më (hay ng­îc l¹i tõ më sang kho¸), lµm cho ®iÖn ¸p ra còng bÞ lËt tr¹ng th¸i, t¹i ®ã chóng ta ®¸nh dÊu ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo. Víi møc ®é më b·o hoµ cña Tr phô thuéc vµo hiÖu U®k ± Urc = Ub, hiÖu nµy cã mét vïng ®iÖn ¸p nhá hµng mV, lµm cho Tr kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ ta mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më Tiristo bÞ lÖch kh¸ xa so víi ®iÓm cÇn më t¹i U®k = Urc. K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å so s¸nh dïng K§TT trªn h×nh (2.b) vµ 2.c) rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm h¬n h¼n cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc. Kh©u khuyÕch ®¹i xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng suÊt, nh­ m« t¶ trªn h×nh (3.a). §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi Tiristo, ta dïng biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng Tr, ®i«t D b¶o vÖ Tr vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi Tr kho¸ ®ét ngét. MÆc dï víi ­u ®iÓm ®¬n gi¶n, nh­ng s¬ ®å nµy kh«ng ®­îc dïng kh«ng réng r·i, bëi lÏ hÖ sè khuyÕch ®¹i cña tranzitor lo¹i nµy nhiÒu khi kh«ng ®ñ lín, ®Ó khuyÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang. R Uv Tr BAX +E D 3.a. TÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ trªn h×nh (3.b) th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuyÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c tranzitor. R Uv Tr BAX +E D Tr1 3.b. Trong thùc tÕ xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng (10 ¸ 200) ms), mµ thêi gian më th«ng c¸c tranzitor c«ng suÊt dµi (tèi ®a tíi mét nöa chu kú - 0.01s), lµm cho c«ng suÊt to¶ nhiÖt d­ cña Tr qu¸ lín vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p d­ lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt to¶ nhiÖt Tr vµ kÝch th­íc d©y s¬ cÊp BAX chóng ta cã thÓ thªm tô nèi tÇng nh­ h×nh (3.c). Theo s¬ ®å nµy, Tr chØ më cho dßng ®iÖn ch¹y qua trong kho¶ng thêi gian n¹p tô, nªn dßng hiÖu dông cña chóng bÐ h¬n nhiÒu lÇn. R Uv Tr BAX +E D Tr1 C D 3.c. §èi víi mét sè s¬ ®å m¹ch, ®Ó gi¶m c«ng suÊt cho tÇng khuyÕch ®¹i vµ t¨ng sè l­îng xung kÝch më, nh»m ®¶m b¶o Tiristo më mét c¸ch ch¾c ch¾n, ng­êi ta hay ph¸t xung chïm cho c¸c Tiristo. Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuyÕch ®¹i, ta ®­a chÌn thªm mét cæng vµ (&) víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ tõ bé ph¸t xung chïm nh­ h×nh vÏ. H×nh sÏ vÏ sau. Mét sè kh©u ph¸t xung chïm ®iÓn h×nh Vi m¹ch 555 t¹o xung ®ång hå cho ta chÊt l­îng xung kh¸ tèt vµ s¬ ®å còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. S¬ ®å nµy th­êng hay gÆp trong c¸c m¹ch t¹o chïm xung. 4 8 6 7 4 2 1 3 5 555 +U R1 R2 C1 C2 Ura Trong thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn, th­êng hay sö dông K§TT. Do ®ã ®Ó ®ång d¹ng vÒ linh kiÖn, kh©u t¹o chïm xung còng cã thÓ sö dông K§TT, nh­ c¸c s¬ ®å vÏ d­íi ®©y. A1 A2 C R2 R1 R3 R4 A R1 R2 C R3 Ch­¬ng V: Lùa chän, tÝnh to¸n m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn tèi ­u I. Lùa chän m¹ch lùc Qua ph©n tÝch c¸c m¹ch chØnh l­u mét pha mét nöa chu kú, 3 pha kh«ng ®èi xøng vµ m¹ch 3 pha ®èi xøng quyÕt ®Þnh chän m¹ch chØnh l­u 3 pha kh«ng ®èi xøng v× s¬ ®å nµy cã nhiÒu ­u ®iÓm vµ phï hîp víi yªu cÇu cña c«ng nghÖ. TÝnh to¸n chän van thyristor TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i, ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt,®iÖn ¸p lµm viÖc, c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®­îc tÝnh nh­ sau : +)§iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ Thyristor ph¶i chÞu : Unmax=Knv.U2 =Knv .=.262 = 1,05.262=275 (V). Trong ®ã : Knv = Ku= +)§iÖn ¸p ng­îc cña van cÇn chän : Unv = KdtU . Un max =1,8 . 275=495 Trong ®ã : KdtU - hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p ,chän KdtU =1,8 . +) Dßng lµm viÖc cña van ®­îc tÝnh theo dßng hiÖu dông : Ilv = Ihd = Khd .Id = ==43,66 (A) Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch to¶ nhiÖt ; Kh«ng cã qu¹t ®èi l­u kh«ng khÝ ,víi ®iÒu kiÖn ®ã dßng ®Þnh møc cña van cÇn chän : I®m =Ki . Ilv =3,2 . 43,66 = 140 (A) (Ki lµ hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn vµ chän Ki =3,2) tõ c¸c th«ng sè Unv ,I®mv ta chän 3 Thysistor lo¹i HTS150/06VG1 do Mü s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau : §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van : Un = 600 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =150 (A) §Ønh xung dßng ®iÖn : Ipik =2450 (A) Dßng ®iÖn cña xung ®iÒu khiÓn : I®k =0,15 (A) §iÖn ¸p cña xung ®iÒu khiÓn : U®k =1,4 (V) Dßng ®iÖn rß : Ir =25 (mA) Sôt ¸p lín nhÊt cña Thyristor ë tr¹ng th¸i dÉn lµ : DU = 2,0 (V) Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p : =200 (V/ms) Tèc ®é biÕn thiªn dßng ®iÖn :=180 (A/ms) Thêi gian chuyÓn m¹ch : tcm = 25 (ms) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=125 oC TÝnh to¸n chän thiÕt bÞ b¶o vÖ van thyristor c«ng suÊt Trong qu¸ tr×nh van ho¹t ®éng th× van ph¶i ®­îc lµm m¸t ®Ó van kh«ng bÞ ph¸ háng vÒ nhiÖt v× vËy ta ®· tÝnh to¸n chÕ ®é lµm m¸t cô thÓ cho van råi. Tuy nhiªn, van còng cã thÓ bÞ háng khi van ph¶i chÞu tèc ®é t¨ng dßng, t¨ng ¸p qu¸ lín.Nh­ng v× dßng chØ t¨ng khi qua thyistor trong thêi gian rÊt ng¾n 13s nªn van cã thÓ chÞu ®­îc. §Ó tr¸nh hiÖn t­îng qu¸ ¸p trªn van dÉn ®Õn háng van ta ph¶i cã nh÷ng biÖn ph¸p thÝch hîp ®Ó b¶o vÖ van. BiÖn ph¸p b¶p vÖ van th­êng dïng nhÊt lµ m¾c m¹ch R, C song song van ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ m¾c nèi tiÕp cuén kh¸ng ®Ó h¹n chÕ tèc ®é t¨ng dßng. T R C C¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn nãi chung còng nh­ Tiristor rÊt nh¹y c¶m víi ®iÖn ¸p vµ tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p ( ) ®Æt lªn nã . C¸c nguyªn nh©n g©y nªn qu¸ ¸p th× chia thµnh hai lo¹i : - Nguyªn nh©n bªn ngoµi : Do c¾t ®ét ngét m¹ch ®iÖn c¶m,do biÕn ®æi ®ét ngét cùc tÝnh cña nguån, khi cÇu ch¶y b¶o vÖ ®øt hoÆc khi cã sÊm sÐt. - Nguyªn nh©n bªn trong ( néi t¹i ) : Khi van chuyÓn tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i kho¸, do sù ph©n bè kh«ng ®Òu ®iÖn ¸p trong c¸c van m¾c nèi tiÕp. ë ®©y ta quan t©m ®Õn viÖc b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do c¸c nguyªn nh©n bªn trong g©y ra. i t Nguyªn nh©n qu¸ ®iÖn ¸p trªn van lµ do sù suÊt hiÖn dßng ®iÖn ng­îc ch¶y qua mçi van khi nã chuyªnr tõ tr¹ng th¸i më sang tr¹ng th¸i kho¸. Dßng ®iÖn ng­îc nµy suy gi¶m rÊt nhanh do vËy sÏ suÊt hiÖn sù qu¸ ®iÖn ¸p §Ó kh¾c phôc hiÖn t­îng qu¸ ®iÖn ¸p nµy ta dïng m¹ch R-L-C nh­ng do m¹ch ®· cã tÝnh chÊt ®iÖn c¶m nªn ta chØ cÇn dïng m¹ch R-C ®Êu song song nh­ h×nh vÏ. Khi van khãa dßng ®iÖn ng­îc sÏ chuyÓn tõ van sang m¹ch b¶o vÖ. TÝnh to¸n chän §ièt c«ng suÊt +) Dßng ®iÖn chØnh l­u cùc ®¹i ch¶y qua ®ièt lµ: +)§iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ §ièt ph¶i chÞu : Unmax=Knv.U2 =Knv .=.262 = 1,05.262=275 (V). Tõ c¸c th«ng sè trªn ta chän 3 §i«t lo¹i S5020PF do Mü s·n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p nguîc cña ®ièt : Un = 800 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =50 (A) §Ønh xung dßng ®iÖn : Ipik =800 (A) Dßng ®iÖn rß : Ir =2 (mA) Tæn hao ®iÖn ¸p ë tr¹ng th¸i më cña ®ièt : DU = 2,8 (V) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=200 oC ThiÕt kÕ lùa chän m¸y biÕn ¸p chØnh l­u +)Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu d©y D/Y lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn . +)TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n : 1-TÝnh c«ng suÊt biÓu kiÕn cña M¸y biÕn ¸p : 2-§iÖn ¸p pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : Up =380 (V) 3-§iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p (V) 4-Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p : I2 === 107 (A) 5-Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p : I1 = KbaI2 = .I2 = . 107 = 36,88 (A) II. Lùa chän m¹ch ®iÒu khiÓn Qua ph©n tÝch ë trªn ta quyÕt ®Þnh chän m¹ch ®iÒu khiÓn gåm c¸c kh©u sau Kh©u ®ång bé t¹o ®iÖn ¸p tùa r¨ng c­a Chän s¬ ®å Kh©u so sanh Chän s¬ ®å Kh©u khuyÕch ®¹i xung Kh©u ph¸t xung T¹o ra chïm xung cã tÇn sè rÊt cao (ë ®©y ta chän tÊn sè b»ng 10Khz). Chïm xung nµy ®­îc ®­a vµo cæng AND ®Ó t¹o ra xung ®iÒu khiÓn më c¸c thyristor. Víi c¸c thèn sè sau ®©y ®Ó cã thÓ t¹o ®­îc xung chïm cã tÇn sè kho¶n 10Khz TÇn sè xung ra xã thÓ ®­îc ®iÒu chØnh nhê thay ®æi gi¸ trÞ cña R,C b)S¬ ®å nèi cña CD4093: Vi m¹ch nµy bao gåm 4 Trig¬ Schmitt. Ta dïng nã ®Ó t¹o ra xung ch÷ nhËt cã tÇn sè 10kHZ.M¹ch t¹o xung ®ã nh­ sau: §å thÞ quan hÖ gi÷a VDD, VT+, VT-: Trong ®ã VT+, VT- lµ hai ng­ìng lËt cña trig¬. Theo ®ã tÇn sè xung sÏ quyÕt ®Þnh bëi tÝch R.C. Tra b¶ng c¸c th«ng sè cña CD4093 ta cã VDD=5V,VT+=3.3V,VT-=1.8V Ta sÏ ®Æt ®iÖn ¸p VDD vµo ®Çu ®iÒu khiÓn(CONTROL) cña trig¬. VËy f= ===10000Hz Tõ ®ã :R.C==8,08.10 Chän R=100 vµ C=0.808F. *Trong s¬ ®å ta chËp hai ®Çu control vµ ®Çu cßn l¹i nh­ h×nh vÏ ®Ó t¹o m¹ch dao ®éng.§Ó m¹ch nµy dao ®éng ®­îc th× ta ph¶i cÊp nguån cho m¹ch vµo ch©n VDD , VSS vµ nh­ vËy víi c¸c th«ng sè thÝch hîp ta sÏ cã m¹ch dao ®éng t¹o xung cã tÇn sè 10kHz. m¹ch ®iÒu khiÓn toµn hÖ thèng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • doctong hop.doc