Đồ án Thiết kế mạch ổn định điện áp cho máy phát điện không máy phụ

ta nh»m môc ®Ých t¨ng c«ng suÊt kÝch tõ lín h¬n. Trong hÖ thèng ng­êi ta dïng mét m¸y ph¸t xoay chiÒu 3 pha quay cïng trôc víi m¸y ph¸t chÝnh lµm nguån cung cÊp. M¸y ph¸t kÝch tõ xoay chiÒu cã kÕt cÊu ®Æc biÖt, cuén kÝch tõ ®Æt ë stato, cßn cuén d©y ba pha ®Æt ë r«to. Dßng xoay chiÒu ba pha t¹o ra ë m¸y ph¸t kÝch ®uîc chØnh l­u thµnh mét chiÒu nhê bé chØnh l­u c«ng suÊt lín. Cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh nhËn trùc tiÕp dßng mét chiÒu qua chØnh l­u kh«ng qua vµnh tr­ît vµ chæi than. §Ó cung cÊp dßng mét chiÒu cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch ng­êi ta dïng mét bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn mµ nguån cung cÊp cña nã cã thÓ lÊy tõ mét m¸y ph¸t xoay chiÒu tÇn sè cao hoÆc tõ mét nguån cô thÓ kh¸c. Bé T§K t¸c ®éng trùc tiÕp vµo bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. T§K nhËn tÝn hiÖu ë ®Çu cùc m¸y ph¸t qua bé BI vµ BU lµm thay ®æi dßng kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch dÉn ®Õn lµm thay ®æi dßng ®iÖn kÝch tõ cña m¸y ph¸t chÝnh. + ¦u ®iÓm: M¸y ph¸t kÝch tõ cã c«ng suÊt lín, ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n lín, h»ng sè thêi gian ®iÒu chØnh kÝch tõ nhá. + Nh­îc ®iÓm: kÕt cÊu cña m¸y ph¸t ®iÖn chÝnh phøc t¹p dÉn ®Õn gi¸ thµnh cao. I.3.2.3. HÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn: §Ó cã ®iÖn ¸p kÝch tõ giíi h¹n lín th× tèc ®é t¨ng ®iÖn ¸p kÝch tõ cµng nhanh. Tøc lµ h»ng sè thêi gian cña hÖ thèng kÝch tõ nhá, h»ng sè nµy phô thuéc vµo tÝn hiÖu ra cña bé tù ®éng ®iÒu khiÓn kÝch tõ (T§K) vµ hÖ thèng kÝch tõ cô thÓ. V× vËy hÖ thèng kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn lµ hîp lý h¬n c¶, xung ®iÒu khiÓn nhê t¸c ®éng cña T§K, bé nµy nhËn tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t vµ t¸c ®éng trùc tiÕp vµo ®iÖn ¸p kÝch tõ cña m¸y ph¸t. T§K H×nh 1.21: S¬ ®å kÝch tõ dïng chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn Víi s¬ ®å nµy dßng mét chiÒu ®­îc cung cÊp cho cuén kÝch tõ ®­îc nhËn tõ mét nguån tõ m¸y ph¸t xoay chiÒu hoÆc lÊy ®iÖn ¸p ra ë ®Çu cùc m¸y ph¸t qua chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. ChØnh l­u nµy ®­îc dïng b»ng c¸c Tiristo hoÆc chØnh l­u thuû ng©n cã cùc ®iÒu khiÓn cã c«ng suÊt lín. Xung ®iÒu khiÓn ®­îc nhËn trùc tiÕp tõ bé T§K, bé nµy lÊy tÝn hiÖu tõ ®Çu ra cña m¸y ph¸t ®Ó lµm thay ®æi dßng, ¸p kÝch tõ cña m¸y ph¸t. + ¦u ®iÓm: hÖ thèng kÝch tõ ®¬n gi¶n, ®iÒu khiÓn rÊt nhanh, lµm viÖc tin cËy nªn ®­îc ¸p dông réng r·i trong c¸c m¸y cã c«ng suÊt lín. I.3.3. Mét sè s¬ ®å kÝch tõ cña m¸y ph¸t ®ång bé tù kÝch: T­¬ng tù nh­ m¸y ph¸t mét chiÒu, m¸y ph¸t ®ång bé còng cã thÓ tù kÝch. Tr­êng hîp nµy cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ®ång bé ®­îc n¹p ®iÖn tõ phÇn øng cña m¸y ph¸t qua chØnh l­u. §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh tù kÝch vµ æn ®Þnh ®iÖn ¸p ta dïng nguyªn t¾c khö hoÆc ho¹t ®éng theo nguyªn lý ®iÒu chØnh (gäi lµ bé ®iÒu chØnh phøc hîp pha). Khö ¶nh h­ëng cña t¶i lªn m¸y ph¸t b»ng c¸ch t¹o ra sù phô thuéc cña dßng kÝch tõ víi dßng t¶i c¶ vÒ gi¸ trÞ lÉn vÒ pha. Ta cã 2 ph­¬ng ph¸p t¹o ®iÖn ¸p n¹p cuén kÝch. I.3.3.H×nh 1.22: S¬ ®å d©y nèi m¸y ph¸t tù kÝch ë hÖ thèng khö dßng t¶i thùc hiÖn céng nèi tiÕp 1. Thùc hiÖn céng nèi tiÕp t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng råi qua chØnh l­u kh«ng ®iÒu khiÓn: I.3.3.H×nh 1.23: S¬ ®å d©y nèi m¸y ph¸t tù kÝch ë hÖ thèng khö dßng t¶i thùc hiÖn céng song song cã cuén c¶m 2. Thùc hiÖn céng song song t¸c dông cña m¹ch ¸p vµ dßng: Nh÷ng bé phËn chÝnh cña 2 s¬ ®å trªn D: cuén c¶m PP: bé biÕn dßng Cuén kh¸ng D ®Æt ë m¹ch ®iÖn ¸p cã nhiÖm vô lµ t¹o sù phô thuéc cña ®iÖn ¸p m¸y ph¸t víi gãc c«ng suÊt vµ sù gi¶m nhiÖt ®é cña cuén d©y lªn m¸y ph¸t. Tõ hai nguyªn lý tæng qu¸t trªn, ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh æn ®Þnh ®iÖn ¸p cho m¸y ph¸t ta cã thÓ sö dông mét sè hÖ thèng phøc hîp pha nh­ sau: a. HÖ thèng phøc hîp pha kh«ng ®iÒu chØnh: HÖ thèng nµy ®¬n gi¶n, tin cËy, thêi gian trë vÒ cña ®iÖn ¸p æn ®Þnh phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cña m¸y. Dßng æn ®Þnh cña hÖ thèng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tæng trë m¹ch ngoµi, ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch vµ c¸c th«ng sè cña m¹ch ®iÒu chØnh. b. HÖ thèng phøc hîp pha ®iÒu chØnh: HÖ thèng nµy t¨ng ®é chÝnh x¸c æn ®Þnh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t, hÖ thèng ®­îc kÕt hîp c¶ 2 ph­¬ng ph¸p lµ khö vµ ®iÒu chØnh. Kh¸c víi hÖ thèng phøc hîp pha kh«ng ®iÒu chØnh lµ ph¶n ¶nh lªn sù thay ®æi nhiÖt ®é vµ tèc ®é. TÝn hiÖu t¹o ra ë kh©u phô nµy tû lÖ víi sai sè vµ ®­îc dÉn tíi bé phËn phøc hîp cã ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo h­íng lµm gi¶m sai sè. §é chÝnh x¸c cña hÖ thèng phô thuéc vµo tõng lo¹i hÖ thèng phô. c. HÖ thèng cã ®iÒu chØnh (m¾c song song): HÖ thèng nµy chØ cã ph¶n håi ®iÖn ¸p cña phÇn øng. B»ng c¸ch gi¶i quyÕt nµy ta ®¬n gi¶n ®i rÊt nhiÒu nªn hÖ thèng cã kÝch th­íc vµ träng l­îng nhá h¬n nhiÒu so víi bé phøc hîp pha. I.3.4. §iÒu kiÖn tù kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé: §iÒu kiÖn tù kÝch cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé lµ : cã l­îng tõ d­ ®ñ lín trong c¸c cùc tõ ®Ó khi r«to quay t¹o ra søc ®iÖn ®éng Ed­ trong d©y quÊn phÇn øng. NÕu m¸y míi sö dông lÇn ®Çu hoÆc mÊt tõ d­ th× ph¶i dïng nguån ngoµi (¾c quy...) ®Ó kÝch tõ l¹i. Dßng kÝch tõ ph¶i t¹o ra tõ tr­êng cïng chiÒu víi tõ d­ trong m¸y. NÕu tõ tr­êng do dßng kÝch tõ t¹o ra ng­îc chiÒu víi tõ tr­êng do tõ d­ sinh ra th× sÏ bÞ khö tõ d­ vµ m¸y ph¸t sÏ kh«ng thÓ thµnh lËp ®­îc ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc. Cã ®iÖn trë m¹nh kÝch tõ nhá ®Ó ®¶m b¶o cho sù gia t¨ng cña dßng kÝch tõ. Lµm cho tõ tr­êng t¨ng lªn trong qu¸ tr×nh tù kÝch cho ®Õn khi ®¹t ®­îc ®iÖn ¸p ra æn ®Þnh. Nh»m c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn tù kÝch ng­êi ta dïng hai ph­¬ng ph¸p sau: a. Dïng miÕng ®Öm b»ng nam ch©m vÜnh cöu t¹i c¸c cùc tõ: b. T¨ng dßng kÝch tõ b»ng céng h­ëng, ta m¾c nèi tiÕp c¸c tô ®iÖn vµ c¸c cuén kh¸ng. §Ó ®¶m b¶o cho qu¸ tr×nh tù kÝch th×: Xc ³ XS vµ tÇn sè céng h­ëng ®­îc chän tõ 85% ®Õn 90% tÇn sè ®Þnh møc cña m¸y. Trong hÖ thèng phøc hîp pha cã ®iÒu chØnh th× kh«ng nªn dïng tô bëi v× lóc nµy tô ®iÖn cã ¶nh h­ëng ®Õn bé tù ®éng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p (T§K) cña hÖ thèng. Ngoµi nh÷ng biÖn ph¸p trªn, ®Ó cho qu¸ tr×nh tù kÝch ®­îc dÔ dµng ng­êi ta cßn sö dông: + Sö dông m¹ch phô n¹p tõ c¸c cùc cña m¸y ph¸t, m¹ch nµy sÏ tù ®éng ng¾t ra khi qu¸ tr×nh tù kÝch ®· kÕt thóc. + M¾c song song c¸c phÇn tö cã trong m¹ch ®iÖn ¸p mét ®iÖn trë nhá. + Dïng mét nguån ngoµi (¾c quy hoÆc m¸y ph¸t tèc) trong qu¸ tr×nh tù kÝch. CH¦¥NG II C¸C PH¦¥NG PH¸P æn ®Þnh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®iÖn §iÖn ¸p trªn ®Çu cùc m¸y ph¸t lu«n thay ®æi so víi gi¸ trÞ ®Þnh møc do nhiÒu nguyªn nh©n kh¸c nhau, nh­ c¾t mét ®­êng d©y t¶i lín, ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t sÏ t¨ng vät lªn, lóc x¶y ra ng¾n m¹ch ®iÖn ¸p ®Çu cùc bÞ gi¶m xuèng. Ngoµi ra mçi lÇn khëi ®éng trùc tiÕp ®éng c¬ c«ng suÊt lín, dßng ®iÖn t¨ng vät lµm cho m¸y ph¸t ®iÖn sôt ¸p g©y nhiÒu hËu qu¶ nghiªm träng: - §éng c¬ kh«ng khëi ®éng ®­îc. - C¸c ®éng c¬ kh¸c ®ang ho¹t ®éng quay chËm l¹i hoÆc ngõng h¼n. - C¸c khëi ®éng tõ, r¬le ®iÖn ¸p tù nh¶ ra lµm ¶nh h­ëng ®Õn sù vËn hµnh b×nh th­êng c¸c thiÕt bÞ. - HÖ thèng ¸nh s¸ng kh«ng æn ®Þnh. V× vËy vÊn ®Ò tù ®éng æn ®Þnh ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t lµ mét vÊn ®Ò cÇn thiÕt ®èi víi mäi tæ m¸y ph¸t ®iÖn. H×nh 2.1: Bé ®iÒu chØnh dïng biÕn trë than Qua nghiªn cøu ë phÇn trªn, ta ®· biÕt ®Ó gi÷ sù æn ®Þnh ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t ta ph¶i thay ®æi t­¬ng øng dßng kÝch tõ r«to. Sau ®©y lµ mét sè ph­¬ng ph¸p æn ®Þnh ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t. II.1. §iÒu chØnh b»ng ®iÖn trë than: Trong s¬ ®å nµy dïng hÖ thèng kÝch tõ lµ m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song. Nguyªn lý ho¹t ®éng nh­ sau: Khi ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t b»ng gi¸ trÞ Uf®m th× lùc hót nam ch©m ®iÖn c©n b»ng víi lùc kÐo lß xo ë mét vÞ trÝ nhÊt ®Þnh. NÕu v× lÝ do nµo ®ã ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t gi¶m th× qua biÕn ¸p BA ®iÖn ¸p ®Æt vµo bé chØnh l­u CL1 gi¶m, ®iÖn ¸p mét chiÒu sau chØnh l­u ®Æt vµo nam ch©m gi¶m, lùc hót ®iÖn tõ gi¶m. Trong khi ®ã Flx lµ kh«ng ®æi lµm cho chång ®Üa than bÞ Ðp m¹nh vµ R®c gi¶m, ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn trong cuén kÝch tõ t¨ng lªn. M¸y ph¸t kÝch tõ kÝch thÝch song song lªn Ukt ®Æt vµo roto, ®iÖn ¸p m¸y ph¸t kÝch tõ t¨ng tøc lµ Ikt t¨ng. §iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®iÖn t¨ng vÒ gi¸ trÞ ®Þnh møc. Khi ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y ph¸t t¨ng lªnlín h¬n trÞ sè ®Þnh møc UF > Uf®m th× qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh ng­îc l¹i. Trong s¬ ®å biÕn ®æi dßng BI vµ ®iÖn trë R1 lµm nhiÖm vô ph¶n håi dßng ®iÖn, biÕn ¸p BA ®Ó ph¶n håi ®iÖn ¸p. M¸y biÕn ¸p lµm nhiÖm vô ph¶n håi ©m ®Ó gi¶m hiÖn t­îng qu¸ ®iÒu chØnh, t¨ng tÝnh æn ®Þnh cho hÖ thèng. BI lµm viÖc nh­ sau: B×nh th­êng hai cuén d©y I vµ II cña BI cã dßng ®iÖn mét chiÒu ®i qua, hai dßng ®iÖn nµy kh«ng ¶nh h­ëng nhau. V× mét lý do nµo ®ã Ukt ®Æt vµo m¸y ph¸t t¨ng lªn ®ét ngét th× ®iÖn ¸p ®Æt vµo cuén II cña BI t¨ng vät lªn. Do hiÖn t­îng c¶m øng ®iÖn tõ trong cuén I sinh ra mét ®­êng søc ®iÖn ®éng ®ét biÕn vµ ng­êi ta bè trÝ chiÒu cña cña cuén I nh­ thÕ nµo ®ã ®Ó lóc ®ã cùc tÝnh cña nã cïng chiÒu víi cùc tÝnh cña CL1 nªn dßng ®iÖn trong cuén d©y ®iÒn khiÓn cña nam ch©m ®iÖn t¨ng, ®iÖn trë R®c t¨ng, dßng ®iÖn kÝch tõ cña m¸y kÝch tõ gi¶m lµm gi¶m bít Ukt ®Æt vµo roto m¸y ph¸t ®iÖn. Diod D1 lµm nhiÖm vô tiªu trõ n¨ng l­îng thõa khi m¹ch nèi víi R®c bÞ ®øt, b¶o vÖ c¸ch ®iÖn cho cuén d©y kÝch tõ cña m¸y ph¸t kÝch tõ khi m¹ch ®iÖn nèi víi R®c bÞ ®øt. Bé ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p kiÓu biÕn trë than dïng cho m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé c«ng suÊt kho¶ng 400kW. Tuy nhiªn bé nµy t¸c ®éng chËm, Ýt dïng. II.2 §iÒu khiÓn nguån chØnh l­u: S¬ ®å: H×nh 2.2: S¬ ®å nguyªn lý chØnh l­u ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p kÝch tõ ®Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®ång bé kh«ng m¸y phô. Kh©u so s¸nh: dïng ®Ó so s¸nh ®iÖn ¸p ®iªu khiÓn vµ ®iÖm ¸p ®Çu cùc ®Ó kh©u khuÕch ®¹i t¹o xung më thyristor. Ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p dïng ®Ó t¨ng tÝnh æn ®Þnh cña hÖ thèng ®ång thêi ®Ó lÊy tÝn hiÖu ph¶n håi ®iÒu khiÓn. Kh©u ®ång pha dïng ®Ó t¹o ®iÖn ¸p tùa ®ång pha víi ®iÖn ¸p Anèt cña thyristor, ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn cã xung ®iÒu khiÓn khi ®iÖn ¸p ®Æt lªn thyristor ®ang thuËn chiÒu. Trong ®iÒu khiÓn chØnh l­u ta chØ cÇn ®iÒu khiÓn thêi ®iÓm ph¸t xung ®Ó më thyristor vµ sau ®ã nã tù ng¾t. Víi s¬ ®å trªn ta cã thÓ ®iÒu khiÓn m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé cã dßng kÝch tõ rÊt lín, tèc ®é ®iÒu khiÓn rÊt nhanh. CH¦¥NG III chỌN PHƯƠNG ÁN Nguån kÝch tõ ta cã thÓ ®iÒu khiÓn b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau. Mét sè ph­¬ng ph¸p ®· cò, Ýt ®­îc ¸p dông.Trong thùc tÕ hiÖn nay, ®Ó cã thÓ æn ®Þnh ®­îc ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu ng­êi ta th­êng dïng bé chØnh l­u dïng thyristor vµ diod. Ta sÏ t×m hiÓu mét sè m¹ch chØnh l­u nh­ sau. III.1. ChØnh l­u mét n÷a chu k×: S¬ ®å: H×nh 3.1: ChØnh l­u mét nöa chu k× TrÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh lín nhÊt: Udo= 0,45.U2 ChÊt l­îng ®iÖn ¸p xÊu vµ còng cho hÖ sè sö dông biÕn ¸p xÊu: Sba= 0,39.Ud.Id §¸nh gi¸ chung vÒ lo¹i chØnh l­u nµy cã thÓ nhËn thÊy, ®©y lµ lo¹i chØnh l­u c¬ b¶n, s¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®¬n gi¶n. Tuy vËy, c¸c chÊt l­îng kü thuËt nh­: chÊt l­îng ®iÖn ¸p mét chiÒu, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p qu¸ xÊu. Do ®ã, lo¹i chØnh l­u nµy Ýt ®­îc sö dông trong thùc tÕ. III.2. ChØnh l­u cÇu mét pha: ChØnh l­­ cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn cã hai c¸ch m¾c s¬ ®å: ®èi xøng vµ kh«ng ®èi xøng. §èi xøng Kh«ng ®èi xøng H×nh 3.2: ChØnh l­u cÇu mét pha ®èi xøng vµ kh«ng ®èi xøng Nh×n chung, c¸c chØnh l­u cÇu mét pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p t­¬ng ®­¬ng nh­ chØnh l­u c¶ chu k× víi biÕn ¸p cã trung tÝnh. ChÊt l­îng ®iÖn mét chiÒu nh­ nhau, dßng ®iÖn lµm viÖc cña van b»ng nhau, nªn viÖc øng dông cña chóng còng t­¬ng ®­¬ng nhau. MÆc dï vËy, chØnh l­u cÇu mét pha cã ­u ®iÓm h¬n ë chç: ®iÖn ¸p ng­îc trªn van bÐ h¬n; biÕn ¸p dÔ chÕ t¹o vµ cã hiÖu suÊt cao h¬n. ThÕ nh­ng, chØnh l­u cÇu mét pha cã sè van cao h¬n nhiÒu gÊp hai lÇn, lµm gi¸ thµnh cao h¬n, sôt ¸p trªn van lín gÊp hai lÇn nªn ®èi víi t¶i ®iÖn ¸p thÊp hiÖu suÊt bé chØnh l­u thÊp, chØnh l­u cÇu ®iÒu khiÓn ®èi xøng phøc t¹p h¬n. C¸c s¬ ®å chØnh l­u mét pha cho ®iÖn ¸p víi chÊt l­¬ng ch­a cao, biªn ®é ®Ëp m¹ch qu¸ lín thµnh phÇn hµi bËt cao lín, ®iÒu nµy kh«ng ¸p dông ®­îc cho nhiÒu lo¹i t¶i. III.3. ChØnh l­u tia ba pha: H×nh 3.3: ChØnh l­u tia ba pha S¬ ®å: TrÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh: - T¶i liªn tôc: - T¶i gi¸n ®o¹n: Udo= 1,17.U2f : §iÖn ¸p chØnh l­u tia 3 pha khi van lµ ®iod. U2f : §iÖn ¸p pha thø cÊp biÕn ¸p. So víi chØnh l­u mét pha, chØnh l­u tia ba pha cã chÊt l­îng ®iÖn mét chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n, viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn trong tr­êng hîp nµy còng t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Dßng ®iÖn mçi cuén d©y thø cÊp lµ nguån mét chiÒu, do biÕn ¸p ba pha ba trô mµ tõ th«ng lâi thÐp biÕn ¸p lµ tõ th«ng xoay chiÒu kh«ng ®èi xøng lµm cho c«ng suÊt biÕn ¸p ph¶i lín. NÕu ë ®©y biÕn ¸p ®­îc chÕ t¹o tõ ba biÕn ¸p mét pha th× c«ng suÊt c¸c m¸y biÕn ¸p cßn lín h¬n nhiÒu. Khi chÕ t¹o biÕn ¸p ®éng lùc, c¸c cuén d©y thø cÊp ph¶i ®­îc ®Êu sao, cã d©y trung tÝnh ph¶i lín h¬n d©y pha v× d©y trung tÝnh chÞu dßng ®iÖn t¶i. III.4. ChØnh l­u tia s¸u pha: S¬ ®å: H×nh 3.4: ChØnh l­u tia s¸u pha Theo d¹ng sãng ®iÖn ¸p ra thÊy r»ng mçi van dÉn kho¶ng 1/6 chu k×. So víi c¸c s¬ ®å kh¸c, chØnh l­u tia s¸u pha cã dßng ®iÖn ch¹y qua van b¸n dÉn bÐ nhÊt. Do ®ã, s¬ ®å chØnh l­u tia s¸u pha cã ­u ®iÓm khi cã dßng t¶i rÊt lín. Tuy nhiªn, biÕn ¸p ba pha s¸u cuén d©y thø cÊp chÕ t¹o phøc t¹p h¬n. v× thÕ, s¬ ®å nµy Ýt ®­îc dïng trong thùc tÕ. III.5. ChØnh l­u cÇu ba pha: III.5.1 ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng: S¬ ®å: H×nh 3.5: ChØnh l­u cÇu ba pha ®èi xøng Theo ho¹t cña chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng, dßng ®iÖn ch¹y qua t¶i lµ dßng ch¹y tõ pha nµy sang pha kia, do ®ã t¹i mçi thêi ®iÓm cÇn më Tiristor ®ßi hái cÊp hai xung ®iÒu khiÓn ®ång thêi. CÇn chó ý r»ng thø tù cÊp xung ®iÒu khiÓn cÇn tu©n thñ theo ®óng thø tù pha. Khi cÊp ®óng c¸c xung ®iÒu khiÓn, dßng ®iÖn sÏ ch¹y tõ pha cã ®iÖn ¸p d­¬ng h¬n vÒ pha cã ®iÖn ¸p ©m h¬n. Khi gãc më van nhá hoÆc ®iÖn c¶m lín, trong mçi pha dÉn cña mét van nhãm nµyth× sÏ cã hai van nhãm kia ®æi chç cho nhau. §iÖn ¸p ng­îc víi c¸c van ph¶i chÞu ë chØnh l­u cÇu ba pha b»ng 0 khi van dÉn vµ b»ng ®iÖn ¸p d©y khi van kho¸. Sù phøc t¹p cña ph­¬ng phap chØnh l­u nµy g©y kh«ng Ýt khã kh¨n khi chÕ t¹o, vËn hµnh vµ s÷a ch÷a. §Ó ®¬n gi¶n h¬n ng­êi ta cã thÓ sö dông ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng. H×nh 3.6: S¬ ®å ®éng lùc III.5.2. ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng: s¬ ®å: Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong H×nh 3.7: Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong Lo¹i chØnh l­u nµy ®­îc cÊu t¹o tõ nhãm cã ®iÒu khiÓn vµ nhãm kh«ng ®iÒu khiÓn nh­ m« t¶ trªn s¬ ®å ®éng lùc. Trªn m« h×nh ®éng lùc m« t¶ gi¶n ®å ®iÖn ¸p chØnh l­u Uf sãng ®iÖn ¸p Ud, kho¶ng gi÷a c¸c van b¸n dÉn T1, T2, T3, D1, D2, D3. C¸c tiristor ®­îc dÉn tõ thêi ®iÓm cã xung më Tiristor cña pha kÕ tiÕp. ChØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng cã dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p t¶i liªn tôc khi gãc më c¸c tiristor nhá h¬n 600, khi gãc më t¨ng lªn vµ thµnh phÇn cña t¶i nhá, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p sÏ gi¸n ®o¹n. Theo d¹ng sãng ®iÖn ¸p t¶i, trÞ sè ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i b»ng 0 khi gãc më ®¹t tíi 1800. Ng­êi ta cã thÓ coi ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i lµ kÕt qu¶ cña tæng hai ®iÖn ¸p chØnh l­u tia ba pha. §iÒu kiÖn c¸c tiristor trong chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng dÔ dµng h¬n, nh­ng c¸c ®iÒu hoµ bËc cao cña t¶i vµ cña nguån lín h¬n. Kh¸c víi m¹ch ®èi xøng, trong s¬ ®å nµy viÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ®­îc thùc hiÖn ®¬n gi¶n h¬n. Ta cã thÓ coi m¹ch ®iÒu khiÓn cña bé chØnh l­u nµy nh­ ®iÒu khiÓn mét bé chØnh l­u tia ba pha. ChØnh l­u cÇu ba pha hiÖn nay lµ s¬ ®å cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p tèt nhÊt, hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p tèt nhÊt. Tuy vËy ®©y còng lµ s¬ ®å phøc t¹p nhÊt. CH¦¥NG iv THIÕT KÕ M¹CH §éng lùc H×nh 4.1: S¬ ®å m¹ch ®éng lùc Ta chän m¹ch ®éng lùc lµ s¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng. S¬ ®å nµy cÇu chØnh l­u ba pha kh«ng ®èi xøng cã thªm c¸c §iod D4, D5, D6, D7 vµ ®iÖn trë phô Rf. C¸c §iod D4, D5, D6 vµ Rf lµm nhiÖm vô tù kÝch ban ®Çu. §iod D7 cã nhiÖm vô ®¶m b¶o khãa tèt cho c¸c Tiristo khi ®· ng¾t xung ®iÒu khiÓn. §iÒu nµy cho phÐp chèng hiÖn t­îng mÊt ®iÒu khiÓn cña c¸c Tiristo. Nguyªn lý lµm viÖn nh­ sau: Khi khëi ®éng m¸y ph¸t quay roto ®Õn tè ®é nµo ®ã, nhê cã tõ d­ trªn cùc roto, tõ th«ng nµy quÐt qua d©y stato lµm c¶m øng ë ®Çu cùc m¸y ph¸t mét søc ®iÖn ®éng Ed­. V× tÊt c¶ c¸c nguån cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu lÊy trªn ®Çu m¸y ph¸t nªn khi Ed­ nhá, m¹ch ®iÒu khiÓn kh«ng lµm viÖc vµ T1, T3 kho¸. Lóc nµy nhê D4, D5, D6 cïng víi D1, D2, D3 t¹o thµnh mét m¹ch chØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®iÒu khiÓn lµm cho ®iÖn ¸p võa thµnh lËp ®­îc ë ®Çu cùc m¸y ph¸t, qua m¸y biÕn ¸p vµ bé chØnh l­u ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®­îc chØnh l­u thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu quay vÒ t¨ng c­êng kÝch tõ ( cuén kÝch tõ ®­îc ®Êu sao cho ikt t¹o ra cïng chiÒu ). §iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t t¨ng dÇn ®Õn Uf = ( 70 80 )%U®m th× m¹ch ®iÒu khiÓn dÉn th«ng, ®iÖn thÕ trªn hai ®Çu Rf ®¼ng thÕ kh«ng cã dßng ®iÖn chay qua Rf th× Tiristo dÉn vµ ba §iod D4, D5, D6 tù kho¸, s¬ ®å chØnh l­u lµm viÖc nh­ s¬ ®å ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng, c¸c van lµm viÖc lµ D1, D2, D3, T1, T2, T3. C¸c th«ng sè m¸y ph¸t: P= 75 kW U= 220/380 V f= 50 Hz Ukt = 150 V Ikt= 20 A IV.1. TÝnh chän van ®éng lùc: C¸c van ®éng lùc ®­îc lùa chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n lµ: Dßng t¶i Id, s¬ ®å ®· chän, ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt, ®iÖn ¸p lµm viÖc. Ta cã: Ud = Kqt . Ukt®m= 1,1 . 150 = 165 V Id = Kqt . Ikt®m = 1,1 . 20 = 22 A Víi : Kqt = 1,1 hÖ sè qu¸ t¶i cho phÐp. IV.1.1. S¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng: §iÖn ¸p ra trªn t¶i lóc van më hoµn toµn lµ: U =2,34.U2f Yªu cÇu lóc qu¸ t¶i van më hoµn toµn, ta cã: U = 1,1 . Ukt®m Suy ra: => = 350 IV.1.2. X¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ng­îc trªn van: §iÖn ¸p s¬ bé thø cÊp biÕn ¸p khi ch­a tÝnh ®Õn sôt ¸p ë ®Þnh møc: Víi chØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®èi xøng th× ®iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i trªn van lµ: §Ó chän van theo ®iÖn ¸p hîp lý th× ®iÖn ¸p ng­îc cña van cÇn ph¶I chän ®iÖn ¸p lµm viÖc th«ng qua mét hÖ sè dù tr÷ Kdtu = 2. §iÖn ¸p ng­îc trªn van: UNV = Kdtu.UN = 2 . 172,64 = 345,28V IV.1.3. Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van: Dßng ®iÖn lµm viÖc cña van ®­îc chän theo dßng ®iÖn hiÖu dông ch¹y qua van theo s¬ ®å ®· chän. ILV = IHD = KHD . Id = 0,58 . 22 = 12,76A Víi HÖ sè x¸c ®Þnh dßng ®iÖn hiÖu dông ( TL 3 ) §Ó van b¸n dÉn cã thÓ lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt, chóng ta chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng táa nhiÖt hîp lý. M¸y ®iÖn lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn m«i tr­êng kh¾c nghiÖt khã s÷a ch÷a, ta chän ph­¬ng ¸n to¶ nhiÖt cã c¸nh t¶n nhiÖt víi ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt vµ kh«ng cã qu¹t lµm m¸t c­ìng bøc. Theo lý thuyÕt th× lóc nµy I®m > 2,5ILV. Ta chän dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van lµ: I®mV = K1 . ILV = 2,5 . 12,76 = 31,9A Víi K1 = 2,5 - HÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn. C¸c th«ng sè tÝnh ®­îc, tra TL [3] chän ®­îc c¸c lo¹i ®iod va tiristo. 7 §iod lo¹i CR40-080. UN (V) I®m (A) Ipik (A) (V) Ir (A) Tcp() 800 40 800 1,1 100 200 3 tiristo chän lo¹i HT40/080J4 UN I®m Ipik Ig Ug Ir tcm Tcp 800A 40A 900A 110mA 3V 6mA 1,65A 150V 125 UN - §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i cña van. I®m – Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van. Ipik - §Ønh xung dßng ®iÖn. - tæn hao ®iÖn ¸p ë tr¹ng th¸i më cña van. Ir – Dßng ®iÖn rß. Tcm – Thêi gian chuyÓn m¹ch. Tcp – NhiÖt ®é cho phÐp cña van. IV.2. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p: C¸c ®¹i l­îng cÇn cã cho tÝnh to¸n mét biÕn ¸p chØnh l­u: IV.2.1. §iÖn ¸p hØnh l­u kh«ng t¶i: Trong ®ã: Ud = 165V - §iÖn ¸p chØnh l­u = - Sôt ¸p trªn c¸c van = 10%Ud =16,5V - Sôt ¸p bªn trong biÕn ¸p khi cã t¶i, bao gåm sót ¸p trªn ®iÖn trë vµ sôt ¸p trªn ®iÖn c¶m. chän s¬ bé kho¶ng (510)% = 5%Ud = 5%.165 = 8,25V- sôt ¸p trªn d©y nèi. VËy: Udo = 165 + 2,75 + 8,25 + 16,5 = 192,5V IV.2.2. C«ng suÊt tèi ®a cña t¶i: Pdmax = Udo . Id = 192,5 . 22 = 4235W IV.2.3. C«ng suÊt biÕn ¸p nguån cÊp: Sba = ks . Pdmax = 1,05 . 4235 = 4446,75W Trong ®ã: ks – hÖ sè c«ng suÊt theo s¬ ®å m¹ch ®éng lùc, tra TL-[3] Sba – c«ng suÊt biÓu kiÕn cña biÕn ¸p. IV.2.4. TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ: TiÕt diÖn trô QFe cña lâi thÐp biÕn ¸p ®­îc tÝnh: Trong ®ã: kQ – hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc lµm m¸t, chän kQ = 5,5. m – sè pha m¸y biÕn ¸p. f – tÇn sè nguån xoay chiÒu. Víi QFe = 29,96 cm2, chän trô m¸y biÕn ¸p cã c¸c kÝch th­íc nh­ sau: a = 5,5 cm; b = 5,5 cm. QFe = 5,5 . 5,5 = 30,25 cm2. IV.2.5. §iÖn ¸p c¸c cuén d©y: §iÖn ¸p cuén d©y thø cÊp: Trong ®ã: ku – hÖ sè ®iÖn ¸p chØnh l­u, tra TL [3] §iÖn ¸p cuén d©y s¬ cÊp: U1 = U = 220 (V) IV.2.6. Dßng ®iÖn c¸c cuén d©y: Dßng ®iÖn d©y thø cÊp: I2 = k2 . Id = 0,82 . 22 = 18,08 (A) Trong ®ã: K2 = 0,82 hÖ sè dßng ®iÖn, tra TL [3] Dßng ®iÖn d©y s¬ cÊp: Trong ®ã: hÖ sè biÕn ¸p. IV.2.7. Sè vßng d©y mçi cuén: S¬ cÊp: Thø cÊp: Trong ®ã: B = 1 (Tesla) – tõ c¶m lâi thÐp. IV.2.8. TiÕt diÖn d©y quÊn: S¬ cÊp: TiÕt diÖn tÝnh to¸n: Trong ®ã: J = 2,5 (A/mm2) – mËt ®é dßng ®iÖn. Chän d©y tiÕt diÖn trßn, theo TL 3: S1 (mm2) d (mm) Mcu(g/m) R/m (m) dn (mm) 2,776 1,88 24,7 0,00631 1,972 d - ®­êng kÝnh thùc lâi ®ång. mcu – träng l­îng riªng mét mÐt. R/m - ®iÖn trë trªn mét mÐt. dn - ®­êng kÝnh cña d©y kÓ c¶ c¸ch ®iÖn. TiÕt diÖn d©y kÓ c¶ c¸ch ®iÖn: Thø cÊp: TiÕt diÖn tÝnh to¸n: Chän d©y tiÕt diÖn ch÷ nhËt cã kÝch th­íc, theo TL 3: a = 1,35 (mm ), b = 5,5 (mm). TiÕt diÖn d©y thø cÊp kÎ c¶ c¸ch ®iÖn: S2 = ( a + 0,45 )( b + 0,45 ) = ( 1,35 + 0,45 )( 5,5 + 0.45 ) = 10,71 (mm2). IV.2.9. C¸c kÝch th­íc m¹ch tõ: H×nh d¸ng trô: Ta ®· cã: QFe = 30,25 (cm2). Chän l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn E330 cã bÒ dµy 0,5 (mm). Sè l¸ thÐp cÇn cã: . KÝch th­íc cöa sæ trô: Qcs = Qcs1 + Qca2 = 2k1®.W1.S1cu + 2k2®.W2.S1cu = 2 . 2 . 328 . 2,7 + 2 . 2 . 123 . 7,216 = 7092,67 (mm2) Trong ®ã: k1® = k2® = 2, lµ c¸c hÖ sè lÊp ®Çy. KÝch th­íc cöa sæ: §Ó cã thÓ ®Æt d©y quÊn vµo c¸c trô lâi thÐp biÕn ¸p, khi cã c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c cuén d©y trong mét pha, gi÷a c¸c cuén d©y gi÷a hai pha, ta ph¶i chän cöa sæ sao cho: c.h > Qcs Chän s¬ bé: c = 1,4a = 1,4 . 5,5 = 7,7 (cm). h = 4,4a = 4,4 . 5,5 = 24,2 (cm). c.h = 7,7 . 24,2 = 186,34 (cm2) = 18634(mm2) > Qcs Ta thÊy: c.h > Qcs ta cã thÓ chän kÝch th­íc nµy. KÝch th­íc m¹ch tõ nh­ hinh sau: C = 2c + 3a = 2 . 7,7 + 3 . 5,5 = 31,9 (cm) H = 2a + h = 2 . 5,5 + 24,2 = 35,2 (cm) H×nh 4.2: M« h×nh m¹ch tõ IV.2.10. KÕt cÊu d©y quÊn: a. S¬ cÊp: Sè vßng d©y trªn mçi líp: hg = 5 (mm) – c¸ch ®iÖn cuén d©y víi g«ng. kc = 0,95 - hÖ sè Ðp chÆt. Sè líp d©y s¬ cÊp: ChiÒu cao thËt cuén d©y: Líp c¸ch ®iÖn trong cïng mét cuén d©y s¬ cÊp: ao1 = 0,5 (cm) BÒ dµy cuén d©y s¬ cÊp: Bd1 = dn.n1 + Cd1(n1 – 1) = 2 . 3 + 0,5( 3 - 1 ) = 7 (mm). Víi Cd1 = 0,5 (mm) – c¸ch ®iÖn c¸c líp d©y s¬ cÊp. b. Thø cÊp: Sè vßng d©y trªn mçi líp: Víi bn = b + 0,45 = 5,5 + 0,45 = 5,95 (mm) – chiÒu réng d©y quÊn thø cÊp khi cã c¸ch ®iÖn. Sè líp d©y thø cÊp: ChiÒu cao thùc cña cuén d©y: Chän c¸ch ®iÖn gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp: a12 = 1(mm) BÒ dµy cuén thø cÊp: Bd2 = (a +0,45)n2 + Cd2(n2 – 1) =(1,35 + 0,45)3 + 0,5(3 – 1) = 6,4 (mm) Víi Cd2 = 0,5 (mm) - c¸ch ®iÖn c¸c líp thø cÊp. c. BÒ dµy c¸c cuén d©y: Bd = Bd1 + Bd2 + a01 + a02 + a12 = 7 + 6,4 + 5 + 3 +1 = 22,4 = 7 + 6,4 + 5 + 3 +1 = 22,4 (mm) = 2,24 (cm) Kho¶ng c¸ch cuén d©y hai pha: Cab = c – 2Bd = 7,7 – 2 . 2,24 = 3,22 (cm). IV.2.11. Khèi l­îng s¾t sö dông: §Ó tÝnh khèi l­îng s¾t ta cÊn tÝnh thÓ tÝch s¾t ®· dïng. M¸y biÕn ¸p ba pha ba trô ta cã: VFe = 3abh + 2Cab = 3.5,5.5,5.24,2 + 2.31,9.5,5.5,5 = 4126,1 (cm3) 4,13 (dm3). Khèi l­îng s¾t cÇn dïng: MFe = VFe.mFe = 4,13 . 7,85 = 32,42 (kg) Víi mFe = 7,85 (dm3/kg). IV.2.12. Khèi l­îng ®ång sö dông: §Ó tÝnh ®­îc khèi l­îng ®ång sö dông ta cÇn tÝnh ®­îc chiÒu dµi cña d©y quÊn may biÕn ¸p. KÝch th­íc trong cña d©y s¬ cÊp: a1t = a + 2a01 = 5,5 + 2.0,5 =6,5 (cm) b1t = b + 2a01 = 5,5 + 2.0,5 =6,5 (cm) KÝch th­íc ngoµi d©y s¬ cÊp: a1n = alt + 2Bd1 = 6,5 + 2.0,7 = 7,9 (cm) b1n = blt + 2Bd1 = 6,5 + 2.0,7 = 7,9 (cm) KÝch th­íc trung b×nh cuén s¬ cÊp: ChiÒu dµi d©y s¬ cÊp: KÝch th­íc trong cña d©y thø cÊp: a2t = aln + 2a12 = 7,9 + 2.0,1 = 8,1 (cm) b2t = bln + 2a12 = 7,9 + 2.0,1 = 8,1 (cm) KÝch th­íc ngoµi cña d©y thø cÊp: a2n = a2t + 2Bd2 = 8,1 + 2.0,64 = 9,38 (cm) b2n = b2t + 2Bd2 = 8,1 + 2.0,64 = 9,38 (cm) KÝch th­íc trung b×nh cuén thø cÊp: ChiÒu dµi cña d©y thø cÊp: ThÓ tÝch ®ång sö dông: Vcu = 3(l1.S1cu + l2.S2cu) =3(9446,4 . 0,027 + 4300,08 . 0,07216) = 1414,77 (cm3) 1,41 (dm3) Khèi l­îng ®ång sö dông: MCu = VCu.mCu = 1,41 . 8,9 = 12,549 (kg) Víi mcu = 8,9 (dm3/kg) IV.2.13. L­îng sôt ¸p bªn trong m¸y biÕn ¸p: §iÖn trë trªn trªn d©y s¬ cÊp biÕn ¸p ë 750C Trong ®ã: - §iÖn trë suÊt cña ®ång L1 – chiÒu dµi d©y s¬ cÊp. §iÖn trë trªn trªn d©y thø cÊp biÕn ¸p ë 750C Trong ®ã: L2 – chiÒu dµi d©y thø cÊp. §iÖn trë biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp. §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn trë. §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp. Trong ®ã: Cd – bÒ dµy c¸ch ®iÖn d©y quÊn. - 314 rad/s §iÖn ¸p r¬i trªn ®iÖn kh¸ng Trong ®ã: m =3 – sè pha m¸y biÕn ¸p Tæng sôt ¸p trong m¸y biÕn ¸p VËy, nh­ gi¶ thiÕt ban dÇu, ph­¬ng ¸n nµy ®¹t yªu cÇu. IV.2.14. X¸c ®Þnh gãc më ®Ó Ud = UKT®m = 150 ( V) Ta cã: Khi lµm viÖc ®Þnh møc ta cã: VËy, IV.2.15. Tæng trë ng¾n m¹ch quy ®æi vÒ thø cÊp: IV.2.16. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông phÇn tr¨m: IV.2.17. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng phÇn tr¨m: IV.2.18. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m: IV.2.19. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp d©y thø cÊp: IV.2.20. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi cùc ®¹i cña d©y thø cÊp: Ta thÊy, dßng I2nm lu«n nhá h¬n dßng ®iÖn ®Ønh xung cua ®iod vµ tiristo ®· chän. VËy, c¸c ®iod va tiristo lu«n lµm viÖc æn ®Þnh kÓ c¶ khi cã sù cè m¹ch phÝa sau thø cÊp biÕn ¸p. IV.3. TÝnh chän ®iÖn trë phô: Ta cã: IV.4. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ cho m¹ch ®éng lùc: IV.4.1. S¬ ®å m¹ch ®éng lùc khi cã thiÕt bÞ b¶o vÖ: H×nh 4.3: S¬ ®å ®éng lùc khi cã b¶o vÖ IV.4.2. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho c¸c van b¸n dÉn: Khi lµm viÖc, dßng ®iÖn ch¹y qua trªn c¸c van g©y sôt ¸p trªn van, do ®ã cã tæn hao c«ng suÊt , tæn hao nµy sinh ra nhiÖt ®èt nãng van b¸n dÉn. MÆt kh¸c c¸c van b¸n dÉn chØ ®­îc phep lµm viÖc tíi nhiÖt ®é cho phÐp Tcp nµo ®ã. NÕu qu¸ nhiÖt cho phÐp th× c¸c van sÏ bÞ ph¸ háng. §Ó c¸c van lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt ta ph¶i thiÕt kÕ hÖ thèng táa nhiÖt hîp lý. Ta ®· chän ph­¬ng ¸n lµm m¸t cã c¸nh t¶n nhiÖt, víi ®ñ diÖn tÝch bÒ mÆt vµ kh«ng cã qu¹t lµm m¸t c­ìng bøc. DiÖn tÝch bÒ mÆt táa nhiÖt ®­îc tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc: , Trong ®ã: - Tæn hao c«ng suÊt Km – HÖ sè táa nhiÖt b»ng ®èi l­u vµ bøc x¹. Km = 8.10-4 (W/cm2.0C) - §é chªnh lÖch nhiÖt ®é so víi m«i tr­êng = TLV – TMT Chän nhiÖt ®é m«i tr­êng: TMT = 400C. Chän nhiÖt ®é trªn c¸nh t¶n nhiÖt: TLV = 800C. NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp cña tiristo vµ ®iod: TcpT = 1250C Tcp§ = 2000C Ta cã: = TLV – TMT = 80 – 40 = 400C. Tæn thÊt c«ng suÊt trªn §iod: Tæn thÊt c«ng suÊt trªn Tiristo: Ta thÊy tæn thÊt c«ng suÊt trªn Tiristo lín h¬n trªn §iod vµ nhiÖt ®é cho phÐp cña §iod lín l¬n Tiristo, nªn ta chØ cÇn thiÕt kÕ c¸nh t¶n nhiÖt cho Tiristo vµ dïng cho c¶ §iod ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc chÕ t¹o. DiÖn tÝch bÒ mÆt t¶n nhiÖt: Chän c¸nh t¶n nhiÖt cã c¸c kÝch th­íc sau: a = 7 cm b = 7 cm D1 = 0,5 cm D2 = 1 cm D3 = 0,2 cm c = 7,4 cm. Víi 7 c¸nh t¶n nhiÖt ta cã: S1 = a . b = 7 . 7 = 49 (cm2) S2 = b(a – D1) = 7.(7 – 0,5) = 45,5 (cm2) S3 = b . D3 = 7 . 0,2 = 1,4 (cm2) S4 = D3(a – D1) = 0,2(7 – 0,5) = 1,3 (cm2) S5 = D1 . c = 0,5 . 7,4 = 3,7 (cm2) S6 = D2 . b = 1 . 7 = 7 (cm2) Tæng diÖn tÝch bÒ mÆt t¶n nhiÖt lµ: S = 2S1 + 12S2 + 7S3 + 14S4 + 2S5 + 6S6 = 2 . 49 + 12 . 45,5 + 7 . 1,4 + 14 . 1,3 + 2 . 3,7 + 6 . 7 = 721,4 (cm2). Ta thÊy: S > Sm nªn ph­¬ng ¸n nµy ®¶m b¶o chèng qu¸ t¶i nhiÖt cho c¸c van IV.4.3. B¶o vÖ qu¸ dßng cho van: Chän Aptomat: Dïng ®Ó ®ãng ng¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng b¶o vÖ khi qu¸ t¶i, khi ng¾n m¹ch Tiristo, ng¾n m¹ch ®Êu ra bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch m¸y biÕn ¸p: Chän Aptomat cã: Theo TL [6], chän Aptomat do Hµn Quèc chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè nh­ sau: I®m = 20 (A) U®m = 220 (V) IN = 5 (kA). Chän cÇu ch¶y Dïng ®Ó t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch c¸c Tiristo vµ §iod, ng¾n m¹ch ®Çu ra thiÕt bÞ chØnh l­u. Nhãm 1CC Dßng ®iÖn ®Þnh møc I1®mcc lµ: §iÖn ¸p ®Þnh møc: Nhãm 2CC Dßng ®iÖn ®Þnh møc I2®mcc lµ: §iÖn ¸p ®Þnh møc: Nhãm 3CC Dßng ®iÖn ®Þnh møc I3®mcc lµ: §iÖn ¸p ®Þnh møc: Theo TL 6, chän cÇu ch¶y kiÓu èng do Liªn X« chÕ t¹o: Lo¹i I®m (A) U®m (V) IN (A) 1CC 20 220 5500 2CC 20 20 5500 3CC 25 220 5500 IV.4.4. B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van: Khi ë tr¹ng th¸i dÉn, c¸c líp p – n trong van cã mËt ®é ®iÖn tö lín h¬n so víi mËt ®é chÝnh cña chóng. Khi kho¸ van ®ét ngét th× trong van cã mét l­îng ®iÖn tö d­, l­îng ®iÖn tö d­ Êy sÏ phãng ra ngoµi g©y ra c¸c xung ®iÖn ¸p côc bé. §Ó b¶o vÖ c¸c van kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p ta dïng m¹ch b¶o vÖ cho l­îng ®iÖn tö d­ ch¹y ra khái van, b»ng c¸ch m¾c mét m¹ch R - C song song. H×nh 4.4: M¹ch R – C b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van Khi cã xung ®iÖn ¸p côc bé trong van, ë chÕ ®é xung t¹i lóc ng¾n m¹ch nÕu R nhá th× dßng ®iÖn do xung ®iÖn ¸p g©y nªn sÏ ch¹y theo m¹ch R – C. Theo kinh nghiÖm chän , ë ®©y ta chän R2 = 5, C2 = 0,25. §Ó b¶o vÖ xung ¸p tõ l­íi ta m¾c song song víi t¶i ë ®Çu vµo mét m¹ch R1 – C1 gi÷a c¸c pha nh­ h×nh sau. Khi xuÊt hiÖn xung ®iÖn ¸p trªn ®­êng d©y nhê cã m¹ch nµy mµ ®Ønh xung ®iÖn ¸p gÇn nh­ n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®­êng d©y. H×nh 4.5: M¹ch B¶o vÖ xung ¸p tõ l­íi TrÞ sè R1 – C1 ®­îc chän theo kinh nghiÖm: R1 = 12,5, C1 = 4 Víi s¬ ®å ®éng lùc khi cã thiÕt bÞ b¶o vÖ ®· chän cïng víi b¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho van sÏ ®¶m b¶o cho m¹ch ®éng lùc lµm viÖc tin cËy. CH¦¥NG V ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn §iÒu khiÓn tiristo trong s¬ ®å chØnh l­u hiÖn nay cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau, nh­ng th­êng gÆp lµ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. V.1. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c th¼ng ®øng: V.1.1. Nguyªn lý ®iÒu khiÓn: Néi dung cña nguyªn t¾c nµy cã thÓ m« t¶ theo gi¶n ®å sau: H×nh 5.1: Nguyªn lý ®iÒu khiÓn chØnh l­u Khi cã ®iÖn ¸p xoay chiÒu h×nh sin ®Æt vµo An«t cña tiristo, ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc gãc më cña tiristo trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng An«t, ta cÇn t¹o ra mét ®iÖn ¸p tùa tam gi¸c (®iÕn ¸p r¨ng c­a) Urc. Nh­ vËy cÇn cã mét ®iÖn ¸p tùa trong vung ®iÖn ¸p d­¬ng An«t. Dïng mét ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k cã thÓ thay ®æi ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa Urc. T¹i thêi ®iÓm mµ trÞ sè cña urc = U®k trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng An«t th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn Tiristo ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Õn hÕt b¸n kú hoÆc ®Õn khi dßng ®iÖn qua Tiristo b»ng 0. §ång pha So s¸nh T¹o xung U®k H×nh 5.2: S¬ ®å chØnh l­u mét n÷a chu kú V.1.2. S¬ ®å khèi m¹ch ®iÒu khiÓn: NhiÖm vô c¸c kh©u trong s¬ ®å khèi: Kh©u ®ång pha: T¹o ®iÖn ¸p tùa Urc (th­êng gÆp lµ ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh) trïng pha víi ®iÖn ¸p An«t cña Tiristo. Kh©u so s¸nh: Lµm nhiÖm vô so s¸nh ®iÖn ¸p tùa Urc víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k, t×m thêi ®iÓm mµ trÞ sè cña Urc = U®k, t¹i thêi ®iÓm nµy th× ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi dang tÇng khuÕch ®¹i. Kh©u khuÕch ®¹i t¹o xung: Cã nhiÖm vô t¹o xung cã biªn ®é thÝch hîp ®Ó më Tiristo. Xung ®Ó më Tiristo cã yªu cÇu: s­ên dèc th¼ng ®øng, më tøc thêi khi cã xung ®iÒu khiÓn, ®ñ ®é réng, ®ñ c«ng suÊt, c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng l­c. V.2. Chän c¸c kh©u ®ång pha trong m¹ch ®iÒu khiÓn: V.2.1. Chän kh©u ®ång pha: C¸c ph­¬ng ¸n chän kh©u ®ång pha nh­ sau: H×nh 5.3 a, dïng tranzito. §iÖn ¸p tùa biÕn thiªn tuyÕn tÝnh phñ hÕt n÷a chu kú ®iÖn ¸p. Do vËy, khi ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p tõ 0 ®Õn cùc ®¹i lµ hoµn toµn ®¸p øng ®­îc. H×nh 5.3 b, dïng bé ghÐp quang. Nguyªn lý vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p cña ph­¬ng ¸n nµy t­¬ng ®èi gièng víi ph­¬ng ¸n dïng tranzito. ¦u ®iÓm cña ph­¬ng ¸n nµy lµ kh«ng cÇn dïng biÕn ¸p ®ång pha, do ®ã cã thÓ ®¬n gi¶n h¬n trong viÖc chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt. H×nh 5.3: Kh©u ®ång pha C¸c s¬ ®å trªn ®Òu cã chung nh­îc ®iÓm lµ viÖc më vµ kho¸ c¸c Tranzito trong vïng ®iÖn ¸p l©n cËn 0 lµ thiÕu chÝnh x¸c, lµm viÖc n¹p vµ x¶ tô trong vïng ®iÖn ap 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 ®iÖn ¸p tùa rÊt tèt. S¬ ®å hinh 5.3c m« t¶ s¬ ®å ®iÖn ¸p dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n. S¬ ®å nµy cã tÊt c¶ c¸c ­u ®iÓm võa nªu trªn. Ta thÊy ®iÖn ¸p tùa ë s¬ ®å h×nh 5.3c cã nhiÒu ­u ®iÓm nhÊt, cho ®iÖn ¸p tùa tèt, lµm viÖc tin cËy ch¾c ch¾n, nªn ta quyÕt ®Þnh chän s¬ ®å nµy lµm kh©u ®ång pha cho m¹ch ®iÒu khiÓn. V.2.2. Chän kh©u so s¸nh: §Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm cÇn më tiristo ta cÇn so s¸nh Urc vµ U®k. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ thùc hiÖn b»ng tranzito nh­ s¬ ®å 5.4a, t¹i thêi ®iÓm , ®Çu ra cña tranzito lËt tr¹ng th¸i, t¹i ®ã chóng ta ®¸nh dÊu ®­îc thêi ®iÓm cÇn më tiristo. H×nh 5.4: Kh©u so s¸nh Møc ®é b¶o hßa cña tranzito phô thuéc vµo tæng ®¹i sè , tæng ®¹i sè nµy cã mét vïng ®iÖn ¸p nhá hµng (mV), lµm cho tranzito kh«ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng c¾t nh­ mong muèn, do ®ã nhiÒu khi lµm thêi ®iÓm më tiristo bÞ lÖch so víi ®iÓm më t¹i U®k = Urc. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n cã hÖ sè khuÕch ®¹i v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì ) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, viÖc øng dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å so s¸nh dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ h×nh 5.4 b,c rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å 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. Th«ng th­êng c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh l­u tiristo th× ph¶i ®iÒu khiÓn nhiÒu tiristo, c¸c kªnh ®iÒu khiÓn cïng lÊy chung mét tÝn hiÖu U®k, riªng ®iÖn ¸p c­a Urc cña c¸c kªnh g©y nhiÔu lÉn nhau. Sö dông s¬ ®å hinh 5.4c kh¾c phôc ®­îc nh­îc ®iÓm nµy do ®iÖn trë vµo cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ v« cïng lín. V× vËy ta chän s¬ ®å h×nh 5.4c lµm kh©u so s¸nh cho m¹ch ®iÒu khiÓn. V.2.3. Chän kh©u khuÕch ®¹i t¹o xung: Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng tranzito c«ng suÊt, nh­ ®· m« t¶ trªn h×nh 5.5a. §Ó cã xung d¹ng kim göi tíi tiristo, ta dïng bé biÕn ¸p xung (BAX), ®Ó cã thÓ khuÕch ®¹i c«ng suÊt ta dïng tranzito, diod D, tranzito vµ cuén d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung khi tranzito khãa ®ét ngét. MÆc dï víi ­u ®iÓm ®¬n gi¶n, nh­ng s¬ ®å nµy ®­îc dïng kh«ng réng r·i, v× hÖ sè khuÕch ®¹i cña tranzito lo¹i nµy kh«ng ®ñ lín, ®Ó khuÕch ®¹i ®­îc tÝn hiÖu tõ kh©u so s¸nh ®­a sang. TÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ h×nh 5.5b th­êng ®­îc dïng trong thùc tÕ. S¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè c¸c tranzito. H×nh 5.5: Kh©u khuÕch ®¹i Trong thùc xung ®iÒu khiÓn chØ cÇn cã ®é réng xung bÐ (kho¶ng ), mµ thêi gian më c¸c tranzito c«ng suÊt dµi (tèi ®a tíi mét n÷a chu kú: 0,01s), lµm cho s«ng suÊt táa nhiÖt d­ cña tranzito qu¸ lín vµ kÝch thÝch d©y quÊn s¬ cÊp biÕn ¸p xung d­ lín. §Ó gi¶m nhá c«ng suÊt táa nhiÖt tranzito vµ kÝch th­íc d©y quÊn s¬ cÊp BAX cã thÓ thªm tô nèi tÇng nh­ h×nh 5.5c. Theo s¬ ®å nµy, tranzito 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. Nh­ ta thÊy s¬ ®å h×nh 5.5c lµ cã nhiÒu ­u ®iÓm h¬n c¶, nªn ta quyÕt ®Þnh chän s¬ ®å nµy lµm kh©u khuÕch ®¹i t¹o xung cho m¹ch ®iÒu khiÓn. V.2.4. Chän kh©u ph¶n håi: §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p trªn ®Çu cùc m¸y ph¸t, trong m¹ch ®iÒu khiÓn ta cÇn m¾c thªm kh©u ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p vµ d­¬ng dßng ®iÖn. Kh©u ph¶n håi dßng vµ ¸p ®­îc thùc hiÖn b»ng dông cô ®o ®o l­êng cïng víi bé chØnh l­u, tõ ®ã ta cã thÓ x©y dùng ®­îc s¬ ®å cÊu tróc nh­ h×nh 5.6 sau: Hinh 5.6: S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nµy nh­ sau: Khi ®iªn ¸p ra trªn c¸c cùc m¸y ph¸t ®iÖn UF gi¶m, ®iÖn ¸p ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p –Uphu t¨ng, nªn U®k ( U®k = Ud – Uphu + Uphi) t¨ng lµm cho gãc më cña tiristo gi¶m, do ®ã ®iÖn ¸p ra trªn ®Çu cùc m¸y ph¸t t¨ng dÇn vÒ trÞ sè ®Þnh møc. Khi ®iÖn ¸p UF t¨ng th× qu¸ tr×nh ng­îc l¹i. *Nh­ vËy ta ®· chän ®­îc ba kh©u c¬ b¶n cña m¹ch ®iÒu khiÓn kÕt hîp víi kh©u ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p vµ d­¬ng dßng ®iÖn ta cã m¹ch ®iÒu khiÓn cña mét kªnh nh­ h×nh 5.7. M¹ch ®éng lùc cña ta lµ s¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha kh«ng ®èi xøng, nªn toµn bé m¹ch ®iÒu khiÓn cã tÊt c¶ ba kªnh ®Òu gièng nhau, cïng lÊy chung mét tÝn hiÖu –U®k tõ c¸c kh©u ph¶ håi dßng vµ ¸p ®­a vÒ kh©u so s¸nh cña tõng kªnh ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa Ud nh­ h×nh 5.8. V.3. Ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn: Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng c¸c tiristo T1, T2, T3 cã thÓ dÉn th«ng tõ gãc th«ng tù nhiªn α = 00 ®Õn α = 1800. Do ®ã cã thÓ ®iÒu khiÓn gãc më cña tiristo trong toµn bé d·i ®iÒu chØnh α = 0180 ®é, th× ta cÇn ph¶i t¹o ra mét ®iÖn ¸p tùa dÞch pha /6 so víi ®iÖn ¸p d­¬ng An«t cña c¸c tiristo. §Ó lµm ®­îc ®iÒu nµy ta ®Êu s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ®ång pha theo s¬ ®å tam gi¸c vµ thø cÊp ®Êu h×nh sao nh­ hinh 5.8. ho¹t ®éng cña mét kªnh ®iÒu khiÓn h×nh 5.7 cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau: §iÖn ¸p t¹i ®iÓm A1(UA1) cã d¹ng h×nh sin sím pha /6 so víi ®iÖn ¸p An«t cña tiristo, qua khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) A1 cã hÖ sè khuÕch ®¹i lµ v« cïng vµ ®iÖn ¸p vµo lµ U b»ng sôt ¸p trªn Diod D1 sÏ cho ta ®iÖn ¸p ra UB cã d¹ng xung ch÷ nhËt ®èi xøng nh­ h×nh 5.8. TrÞ sè UB b»ng ®iÖn ¸p nguån nu«i (12V). PhÇn ®iÖn ¸p d­¬ng xung h×nh ch÷ nhËt UB qua D3 tíi K§TT A2, tÝch ph©n thµnh ®iÖn ¸p tùa Urc, víi h»ng sè thêi gian t = R2C. PhÇn ®iÖn ¸p ©m cña ®iÖn ¸p UB lµm më th«ng tranzito Tr1 vµ Urc = 0 (trong vïng UB ©m). Trªn ®Çu ra cña A2 chóng ta cã ®iÖn ¸p r¨ng c­a gi¸n ®o¹n víi trÞ sè Urc t¨ng dÇn. H×nh 5.9: Gi¶n ®å c¸c ®­êng cong m¹ch ®iÒu khiÓn Do yªu cÇu m¹ch ®iÒu khiÓn cã ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p vµ d­¬ng dßng ®iÖn nªn ta cÇn mét ®iÖn ¸p tùa cã chØ sè gi¶m dÇn ®Ó so s¸nh víi ®iÖn ¸p mét chiÒu –U®k. §Ó lµm ®­îc ®iÒu nµy ta dïng bé khÕch ®¹i thuËt to¸n A3 céng ®¶o hai tÝn hiÖu ®iÖn ¸p (-Urc1) vµ (+Udl) ta ®­îc mét ®iÖn ¸p Urc = UD ©m víi chØ sè gi¶m dÇn nh­ trªn h×nh 5.8. §iÖn ¸p r¨ng c­a cña UD (©m) ®­îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p mét chiÒu U®k (©m) nhê K§TT A4 nh­ trªn h×nh 5.6, víi Urc = UD ®­îc ®­a vµo cæng (-) vµ U®k ®­îc ®­a vµo cæng (+) cña A4. ViÖc so s¸nh ®­îc thùc hiÖn bªn trong A4. Víi hÖ sè khuÕch ®¹i lµ v« cïng nªn ®iÖn ¸p cña A4 lµ UE cã chØ sè b»ng ®iÖn ¸p nguån nu«i A4 vµ dÊu cña nã phô thuéc vµo chØ sè cña U®k vµ ®iÖn ¸p tùa UD. Khi chØ sè th× UE = UN > 0 Khi chØ sè th× UE = -UN < 0 Khi UE > 0 th× dßng iE cña tranzito Tr2 b»ng dßng tô n¹p C2, c¸c Tr2, Tr3 lÇn l­ît dÉn th«ng c¸c dßng ch¹y qua cuén s¬ cÊp vµ dßng i®k ch¹y qua cuén thø cÊp BAX, lµm më th«ng tiristo. §iÖn ¸p trªn t¶i Ud cã t¹i thêi ®iÓm më tiristo cho ®Õn cuèi b¸n kú d­¬ng hoÆc ®Õn khi dßng ®iÖn qua tiristo b»ng 0. TrÞ sè cña U®k cã thÓ thay ®æi ®­îc tõ 0 U®kmax (U®kmax = UDmax) khi lµm viÖc ®Þnh møc, ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t lµ UF = UF®m th× U®k= ®­îc tÝnh to¸n ®Ó U®k = U®k®m = Ud – UphU®m + Uphi®m vµ m¹ch ®iÒu khiÓn cho ta gãc më cña tiristo lµ ®m. khi UF t¨ng th× ®iÖn ¸p ph¶n håi lµ -Uphu gi¶m vµ +Uphi gi¶m nªn gi¶m ®Õn gãc më t¨ng lµm cho Uphi t¨ng vµ Uphu gi¶m nghÜa lµ +Uphi t¨ng vµ -Uphu t¨ng. Do ®ã t¨ng lµ cho gãc më gi¶m dÉn ®Õn ®iÖn ¸p kÝch thÝch m¸y ph¸t ®ång bé vµ ®iÖn ¸p trªn ®Çu cùc m¸y ph¸t t¨ng vÒ gi¸ trÞ ®Þnh møc. Nh­ vËy nhê cã hai kh©u ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p vµ ph¶n håi d­¬ng dßng ®iÖn mµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn lu«n ®­îc thay ®æi t­¬ng øng víi ®iÖn ¸p ra ®Çu cùc m¸y ph¸t vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn nµy ®iÒu khiÓn gãc më phï hîp, do ®ã ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t lu«n ®­îc duy tr× quanh trÞ sè ®Þnh møc. V.4. TÝnh to¸n th«ng sè m¹ch ®iÒu khiÓn: Ta chØ cÇn tÝnh th«ng sè cho mét kªnh ®iÒu khiÓn vµ c¸c kh©u ph¶n håi. ViÖc tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn th­êng ®­îc tiÕn hµnh tõ tÇng khuÕch ®¹i ng­îc trë lªn. M¹ch ®iÒu khiÓn ®­îc tÝnh xuÊt ph¸t tõ yªu cÇu vÒ xung më tiristo. C¸c th«ng sè c¬ b¶n ®Ó tÝnh xung më cña m¹ch ®iÒu khiÓn cÇn cã: §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tiristo: U®k = 3,0 (V). Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn tiristo: I®k = 0,11 (V). Thêi gian chuyÓn m¹ch më tiristo: Tcm = 150 . §é réng xung ®iÒu khiÓn: tx = 3tcm = 450 . Møc ®é biªn ®é xung: Sx = 0,4 (chän). §é mÊt ®èi xøng cho phÐp gi÷a c¸c kªnh: . §iÖn ¸p nguån nu«i m¹ch ®iÒu khiÓn: UN = V.4.1. TÝnh biÕn ¸p xung: Chän vËt liÖu s¾t tõ lo¹i Ferit NM, lâi cã d¹ng h×nh xuyÕn, kh«ng cã khe hë kh«ng khÝ, lµm viÖc trªn mét phÇn ®Æc tÝnh tõ hãa , . TØ sè biÕn ¸p xung chän s¬ bé m = kba = 3. §iÖn ¸p thø cÊp biÕn ap xung: U2 = U®k = 3 (V). §iÖn ¸p ®Æt lªn d©y quÊn s¬ cÊp: U1 = mU2 = 3.3 = 9 (V). Gi¸ trÞ trung b×nh cña hÖ sè tõ thÈm: Trong ®ã: . ThÓ tÝch cÇn cã cña lâi s¾t: Víi Kdti = 1,2 – HÖ sè d÷ tr÷ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn cña tiristo. Chän lâi thÐp m¹ch tõ cã d¹ng h×nh xuyÕn víi c¸c kÝch th­íc tra ë b¶ng 5.4 – TL 2 ta cã: H×nh 5.9: Lâi thÐp m¸y biÕn ¸p xung d = 18 mm, D = 23 mm , a = 2,5 mm. b = 4 mm, Q = 0,1 cm2, l = 6,45 cm, Qcs = 2,55 cm2, P = 5 g, V = 0,645 cm3. Sè vßng d©y s¬ cÊp biÕn ¸p xung: (vßng). Sè vßng d©y cuén thø cÊp biÕn ¸p xung: (vßng). Dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p xung: I2 = kdti.I®k = 1,2 . 0,11 = 0,132 (A). Dßng ®iÖn d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung: . TiÕt diÖn d©y quÊn s¬ cÊp: . §­êng kÝnh d©y s¬ cÊp: . TiÕt diÖn d©y thø cÊp: §­êng kÝnh d©y s¬ cÊp: . V× ®­êng kÝnh d©y quÊn s¬ cÊp vµ thø cÊp rÊt nhá vµ tæng sè d©y lµ kh«ng nhiÒu, gi¸ thµnh 2 lo¹i d©y kh«ng chªnh lÖch nhau nªn ta chän d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp cã tiÕt diÖn b»ng nhau. Tra b¶ng TL 3 ta chän: d1 = d2 = 0,25 (mm), dn = 0,3 (mm), R/m = 0,366 KiÓm tra l¹i hÖ sè lÊp ®Çy: Nh­ vËy cöa sæ m¹ch tõ ®ñ réng ®Ó ®Æt d©y quÊn nªn ph­¬ng ¸n trªn ®¹t yªu cÇu. V.4.2. TÝnh tÇng khuÕch ®¹i cuèi cïng: Chän tranzito Tr3 lo¹i 2SD613 lµm viÖc ë chÕ ®é xung cã c¸c th«ng sè sau: Lo¹i UCBO UEBO IC PC T1 Β Npn 100 V 6 V 6 A 40 mW 1500C 40 – 320 Dßng ®iÖn lµm viÖc IC (dßng Colector) cña Tr3: ICTr3 = 6 (A). β = 130 Dßng ®iÖn lµm viÖc IB (dßng baz¬) cña Tr3: Chän tranzitor Tr2 lo¹i 2SC828 lµm viÖc ë chÕ ®é xung, c¸c than sè: Lo¹i UCBO UEBO IC PC T1 Β Npn 30 V 7 V 50 mA 40 mW 1500C 130 - 520 Dßng ®iÖn lµm viÖc IC (dßng Colector) cña Tr2: ICTr2 = IB3 = 46 (mA). Dßng ®iÖn lµm viÖc IB (dßng baz¬) cña Tr2: TÝnh ®iÖn trë R11: Ta cã: UX = +18V - §iÖn ¸p nguån nu«i biÕn ¸p xung BAX. U1BAX = 9V - §iÖn ¸p s¬ cÊp BAX. TÝnh ®iÖn trë R10: Ta cã: UE = UN = 12V - §iÖn ¸p t¹i ®iÓm E. IBTr2 = 0,354 (mA). Chän R10 = 33 TÝnh C2: Chän s¬ bé h»ng sè thêi gian n¹p tô C2 lµ t2: t2 = 2tx = 2.450 = 900 () = 900.10-6 (S) Chän Diod: TÊt c¶ cac diod trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu dïng lo¹i Д913 cña Nga cã c¸c th«ng sè sau: I®m UN 20mA 30V 1V V.4.3. Chän khuÕch ®¹i thuËt to¸n: M¹ch ®iÒu khiÓn cã tÊt c¶ 3 kªnh ®iÒu khiÓn víi 15 khuÕch ®¹i thuËt to¸n, chän 4 IC lo¹i TL 084 do h·ng Texax Instruments chÕ t¹o, mçi IC cã 4 khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ cã c¸c th«ng sè sau: §iÖn ¸p nguån nu«i IC: UN = (5 18) V, chän UN = 12 V. §iÖn thÕ gi÷a hai ®Çu vµo: U = 30 V. NhiÖt ®é lµm viÖc: T = (-25 85)0C. C«ng suÊt tiªu thô: P = 680 mW. Tæng trë vµo: Rm = 106. Dßng ®iÖn ra: Ira = 30 pA. Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp: V.4.4. TÝnh chän kh©u so s¸nh: KhuÕch ®¹i thuËt to¸n A4 ®· chän lo¹i TL084. TÝnh R8, R9: Th­êng dßng ®iÖn vµo cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n kho¶ng 1 ®Õn 5mA, ë ®©y ta dïng R8, R9 ®Ó h¹n chÕ dßng vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®Ó IV1mA. Ta cã: Chän R8 = R9 = 33 , khi ®ã dßng ®iÖn vµo A4: V.4.5. Chän kh©u ®ång pha: Chän tranzito Tr1 lo¹i 2SA564 cã c¸c th«ng sè sau: Lo¹i UCBO UEBO IC PC T1 Β Npn -25 V -7 V 100 mA 400 mW 1500C 250 Dßng ®iÖn cùc ®¹i IB cña Tr1: Chän R3 sao cho: Ta cã ®iÖn ¸p ®ång pha U2®ph = 8 (V). §iÖn trë R1 ®­îc dïng ®Ó h¹n chÕ dßng vµo khuÕch ®¹i thuËtn to¸n A1, th­êng chän R1 sao cho dßng ®iÖn vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n IA1 1mA Chän R1 = 15 TÝnh biÕn trë R2: BiÕn trë R2 ®­îc ®Æt ®Ó h¹n chÕ dßng vµo khuÕch ®¹i A2 kh«ng v­ît qu¸ IB 1mA. Ta cã: §Ó tiÖn cho viÖ ®iÒu khiÓn khi l¾p r¸p m¹ch ®iÒu khiÓn ta chän biÕn trë R2 = 20 vµ ®Æt gi¸ trÞ Rd2 = 18. TÝnh tô C1: §iÖn ¸p tùa ®­îc h×nh thµnh do sù n¹p cña tô C1, mÆt kh¸c ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p l­íi lµ tuyÕn tÝnh th× h»ng sè thêi gian n¹p tô ph¶i n»m trong kho¶ng (0,003 0,005)s. Ta chän t1 = 0,004s t1 = R2.C1=0,004s Chän C1 = 0,22 . TÝnh R4, R5, R7: §Ó cã ®iÖn ¸p tùa nh­ h×nh 5.8 ta cã: NÕu chän R7 = R5 = R4 th× ta cã: UD = -(Ud1 + Urc1) Ta thÊy r»ng nÕu chän Ud1 = Urc1max sÏ ®­îc UD trªn h×nh 5.8. §iÖn trë R4, R5, R7 ®Ó h¹n chÕ dßng vµo A3, ta cã: VËy ta chän: R7 = R5 = R4 = 15 Chän R6 vµ tÝnh gi¸ trÞ ®Æt cña R6 ®Ó Ud1 = 11V Chän R6 = 12 Ta cã: V.4.6. tÝnh ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn lóc lµm viÖc ®Þnh møc: Ta ®· t¹o ®­îc ®iÖn ¸p r¨ng c­a trong kho¶ng (Л/6 7Л/6), t­¬ng øng víi gãc më 1 tranzito . Ta cÇn tÝnh trÞ sè cña U®k ®Ó tranzito lµm viÖc trong toµn bé d·i ®iÒu chØnh, tacã: H×nh 5.10 U®kmax = UDmax = UCmax = 11V U®kmin = 0 Trªn h×nh 5.10 xÐt tam gi¸c A’B’C’ ta cã: Suy ra: Trong ®ã: ®m = 51,240. V.4.7. TÝnh kh©u ph¶n håi ¸p vµ dßng: U®k = Ud – Uphu + Uphi Khi ®iÖn ¸p ë ®Çu cùc m¸y ph¸t UF cã trÞ sè n»m trong kho¶ng (0,95UF®m; 1,05UF®m), trong vïng nµy ®iÖn ¸p ra U1 cña bé ph¶n håi dßng ®iÖn coi nh­ b»ng 0, ta cã: U®k®m = Ud - Uphu®m = 7,87 V. TrÞ sè ®iÖn ¸p ®Æt: Ud = KCA(+UN) = KCA.12A Víi KCA<1 Khi t¶i cña m¸y ph¸t ®iÖn t¨ng do ®ã dßng ®iÖn ®Çu cùc m¸y ph¸t t¨ng th× cã thªm kh©u ph¶n håi dßng vµ ta cã: U®k = Ud – Uphu+Uphi V.4.7.1. TÝnh kh©u ph¶n håi dßng: C«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t: H×nh 5.11: Kh©u ph¶n håi dßng ®iÖn P®m = 3Uf®mIf®m (ta xem cosφ = 1) Chän m¸y biÕn dßng cã I1®m 1,1If®m. Ta chän m¸y biÕn dßng do Nga chÕ t¹o lo¹i TKM – 0,5 cã c¸c th«ng sè sau: I1®m I2®m U®m S®m RBd CÊp chÝnh x¸c 200A 5A 500V 20VA 0,8 1 Chän R12 = 0,75 < R2Bd = 0,8 §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u cÇu ph¶n håi dßng UCLi: UCLi = KphiIf®mKBdR12KCL = 1,2 . 113,64 . . 0,75 . 2,34 = 5,98V S¬ bé chän tØ sè: TÝnh ®iÖn trë R14, R15. §iÖn trë R14 dïng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn A5 sao cho: IVA5 HÖ sè qu¸ t¶i dßng ®iÖn ®Çu cùc m¸y ph¸t cho phÐp: Kphi max= Kqtcp = 2 UCLi max = Kphi max.If®m.KBd.R12.KCL =2.113,64. .0,75.2,34 = 9,97V Uphi max= Ura5max UN = 12V. Ura5max = UVA5max Suy ra: UVA5max = UClimax.KCAi max Chän KCai = 0,5 Suy ra: . VËy chän: R14 = 5,6, R15 = 15. TrÞ sè ®iÖn ¸p ph¶n håi dßng ®iÖn khi dßng ®iÖn ®Çu cùc m¸y ph¸t: IF= Kphi.If®m = 1,2If®m. TÝnh chiÕc ¸p R13: Chän s¬ bé, dßng ®iÖn ®Çu ra bé chØnh l­u ph¶n håi dßng lµ: Idi 1mA. Ta cã: Chän R13 = 10 Gi¸ trÞ ®Æt cña R13 lµ: R13 = R13.KCA = 9,97.0,48 = 4,8 Chän c¸c Diod D7 D12 Ta ®· chän c¸c ®iod lo¹i Д913 cã I®m = 20mA, UN = 30V. Dßng ®iÖn cùc ®¹i c¸c diod D7 D12 ph¶i dÉn lµ: Ih® = Kh®.I®I = 0,58.1 =0,58mA. TÝnh tô C3: H×nh 5.12: D¹ng ®iÖn ¸p ra trªn bé chØnh l­u ph¶n håi dßng Tụ C3 dïng ®Ó läc sang b»ng ®iÖn ¸p mét chiÒu sau bé chØnh l­u cÇu. TrÞ sè cña C3 bÞ h¹n chÕ bëi h»ng sè thêi gian n¹p vµ x¶ tô. Theo h×nh 5.12 ta cã: Ta cã: t3 = C3 . R13 Chän C3 = 0,33 V.4.7.2. TÝnh ®iÖn ¸p ®Æt: Theo c¸c ph­¬ng tr×nh môc 5.4.7, ta chän: Ud = KCA(+UN) = KCA.12A = 11V Ta l¹i cã: Uphu ®m = Ud – U®k®m = 10,5 – 7,87 = 2,63 (V). V.4.7.3. TÝnh ph¶n håi ®iÖn ¸p: H×nh 5.13: Kh©u ph¶n håi ®iÖn ¸p M¸y biÕn ¸p ph¶n håi ¸p BAU cã c«ng suÊt nhá nªn kh«ng cÇn thiÕt tÝnh to¸n cô thÓ. Chän: U1 = 220 (V), U2 = 4,5 (V). §iÖn ¸p ra cña bé chØnh l­u cÇn ph¶n håi lµ: UCLU UCLU = KCL.U2 = 2,34 . 4,5 = 10,53 (V). Chän s¬ bé: Theo h×nh 5.13 ta cã trÞ sè ®iÖn ¸p ph¶n håi ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: Theo môc b ta cã: Uphu ®m = 2,63 (V) = UCLu.KCAu. TÝnh R22, R24, ta cã: Trong ®ã: IVA7max = 1mA. UVLumax - §iÖn ¸p ra cùc ®¹i cã thÓ cã cña kh©u ph¶n håi ¸p Theo kinh nghiÖm thùc tÕ th× ®iÖn ¸p d©y ë ®Çu cùc may ph¸t lín nhÊt cã thÓ ®Õn 440V, tøc ®iÖn ¸p pha lín nhÊt lµ: Do ®ã ®iÖn ¸p ®Çu ra cña bé chØnh l­u sÏ lµ: Chän: R21 = 1, R23 = 100. TÝnh R22: Chän I®m = Idi = 0,3 (mA). Khi ®ã ta cã: Chän R22 = 47 T­¬ng tù nh­ tÝnh C3 ë trªn, ta cã: t4 = C4 . R22 = 0,0033s. Chän C4 = 68(pF) V.4.7.4. TÝnh R16, R17, R18, R19, R20, Dz.: Ta chän: R16 = R17 = R18 = R19 = R20, khi ®ã ta cã: U®k = Ud – Uphu + Uphi Diod æn ¸p Dz ®­îc dïng ®Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cùc ®¹i U®k ®Ó tr¸nh mÊt ®iÒu khiÓn khi tæng ®¹i sè: Ud – Uphu + Uphi 11V, Ta dïng Dz cã c¸c th«ng sè sau: Lo¹i 2C211Z; UD2 = 11V; I®m = 5mA. Ta cã: Chän: R16 = R17 = R18 = R19 = R20 = 33 (k). V.4.8. T¹o nguån nu«I IC: UN, nguån nu«i biÕn ¸p xung: +Ux vµ biÕn ¸p ®ång pha: Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p ®iÒu khiÓn dïng cho c¶ viÖc t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha U2®pha, ®iÖn ¸p nguån nu«i IC, UN vµ ®iÖn ¸p nguån nu«i biÕn ¸p xung: +Ux. Ta chän: U2®pha = 8V - §iÖn ¸p thø cÊp cuén d©y ®ång pha. UN = 12V - ®iÖn ¸p thø cÊp cuén d©y nguån IC. +UX = 18V - ®iÖn ¸p thø cÊp cuén d©y nguån nu«i biÕn ¸p xung. Dïng mét lâi thÐp nµo ®ã cã s½n vµ quÊn ®ñ sè vßng d©y ®Ó ®ñ ®iÖn ¸p ra lµ ®­îc. C¸c nguån nu«i lÊy ra tõ m¸y biÕn ¸p ®iÒu khiÓn ®­îc m« t¶ trªn h×nh 5.14. §Ó cã nguån nu«i IC ta dïng hai bé chØnh l­u h×nh tia ba pha m¾c song song ng­îc víi: . Ta chän: U2N = 12 (V). §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p nguån nu«i ta dïng hai vi m¹ch æn ¸p 7812 vµ 7912 cã c¸c th«ng sè vi m¹ch nh­ sau: Ta chän: U2N = 12 (V) §iÖn ¸p vµo: UV = 7 35 (V) §iÖn ¸p ®Çu ra: Ura = 12 (V), víi IC 7812. Ura = -12 (V) , víi IC 7912. H×nh 5.14: C¸c nguån lÊy ra tõ m¸y biÕn ¸p ®iÒu khiÓn Dßng ®iÖn ®Çu ra: I = 0 1 (A). V.5. KÕt luËn: Víi c¸c sè liÖu tÝnh to¸n ®­îc tõ phÇn tÝnh to¸n m¹ch ®éng lùc ®Õn viÖc tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn lµ hîp lÝ, ®¶m b¶o m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn lµm viÖc liªn tôc, tin cËy trong chÕ ®é lµm viÖc b×nh th­êng còng nh­ cã sùc cè x¶y ra. §¶m b¶o ®iÖn ¸p ®Çu ra ®­îc gi÷ æn ®Þnh trong kho¶ng 0,95U®m UF 1,05UF®m. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. §iÖn tö c«ng suÊt – NguyÔn BÝnh – 1996. [2]. Kü thuËt biÕn ®æi ®iÖn n¨ng – NguyÔn BÝnh – 1982. [3]. Tµi liÖu h­íng dÉn thiÕt kÕ, thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt – TrÇn V¨n ThÞnh – 2001. [4]. M¸y ®iÖn tËp 1, 2 – Vò Gia Hµnh – 1998. [5]. §iÖn tö c«ng suÊt vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ - Lª V¨n Doanh – 1993. [6]. HÖ thèng cung cÊp ®iÖn – NguyÔn C«ng HiÒn – 2001. [7]. M¸y ®iÖn tËp 2 – A.V.Ivannovsmlenski. [8]. ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p ®iÖn lùc – Phan Tö Thô – 2001. [9]. Tranzito NhËt B¶n. [10]. æn ®Þnh hÖ thèng ®iÖn – L· V¨n ót. [11]. Nhµ m¸y ®iÖn vµ tr¹m biÕn ¸p – TrÞnh Hïng Th¸m – 1996. [12]. Kü thuËt ®iÖn tö - §ç Xu©n Thô – 2001.