Đồ án Thiết kế nguồn hàn hồ quang một chiều Thyristor 500A

hai lÇn. - Khi hå quang xoay chiÒu ch¸y ®­a ra dßng hoÆc ®iÖn ¸p hå quang vµo th× trªn mµn xuÊt hiÖn c¸c d¹ng sãng nh­ h×nh d­íi ®©y. H×nh II.4 II.1.3. C«ng nghÖ hµn hå quang. Hµn ®iÖn nãng ch¶y lµ mét trong nh÷ng ph­¬ng ph¸p nãng ch¶y, ®­îc dïng ®Ó nèi c¸c chi tiÕt kim lo¹i thµnh mét khèi kh«ng thÓ th¸o rêi ®­îc, b»ng c¸ch nung nãng kim lo¹i c¬ b¶n ë chç nèi vµ kim lo¹i phô ( que hµn, d©y hµn…) ®Õn tr¹ng th¸i ch¶y ®Ó hoµ tan vµo ë trong vòng hµn sau khi kÕt tinh sÏ t¹o thµnh mèi. V× hµn ®iÖn nãng ch¶y cã thÓ thùc hiÖn b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau nªn trong thùc tÕ cã rÊt nhiÒu lo¹i. Theo nguån nhiÓt hµn, ng­êi ta chia ra: hµn hå quang x× ®iÖn, hµn b»ng chïm tia ®iÖn tö, hµn b»ng tia. Trong c¸c nguån nhiÖt ®ã, hå quang lµ nguån nhiÖt tèt nhÊt. Theo møc ®é c¬ khÝ ho¸ qu¸ tr×nh hµn, hµn hå quang ®­îc chia ra: hµn hå quang tay, hµn hå quang tù ®éng . Tuú thuéc vµo viÖc sö dông c¸c chÊt b¶o vÖ mèi hµn trong qu¸ tr×nh hµn, hµn ®iÖn nãng ch¶y ®­îc chia ra: hµn hå quang tay b»ng que hµn cã thuèc bäc, hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng d­íi líp thuèc, hµn trong m«i tr­êng khÝ b¶o vÖ tù ®éng b»ng d©y hµn bét. Còng nh­ c¸c ph­¬ng ph¸p hµn kh¸c hµn nãng ch¶y cã nh÷ng ®Æc ®iÓm c¬ b¶n sau: a. TiÕt kiÖm kim lo¹i: So víi ph­¬ng ph¸p nèi b»ng ®inh t¸n, hµn tiÕt kiÖm ®­îc 10 ¸ 20% khèi l­îng kim lo¹i, do sö dông triÖt ®Ó ®iÖn lµm viÖc cña chi tiÕt, gi¶m ®­îc l­îng kim lo¹i do ®ét lç trªn c¸c chi tiÕt. So víi ®óc hµn tiÕt kiÖm tíi 50% khèi l­îng kim lo¹i do kh«ng cã hÖ thèng rãt h¬i, ®Ëu ngãt… Trong x©y dùng nÕu dïng hµn ®Ó chÕ xµ, kÌo nhµ… kh«ng nh÷ng tiÕt kiÖm ®­îc 15 ¸ 20% l­îng kim lo¹i so víi c¸c ph­¬ng ph¸p nèi kh¸c mµ cßn ®iÒu kiÖn cho viÖc s¶n xuÊt, l¾p r¸p dÔ dµng vµ nhÑ h¬n, ®ång thêi ®é cøng v÷ng cña kÕt cÊu còng tèt h¬n. b. §é bÒn cña mèi hµn cao, ®é kÝn cña mèi hµn tèt: Trong qu¸ tr×nh hµn, ®o ®­îc vËt liÖu hµn ( que hµn, d©y hµn, thuèc bäc, thuèc hµn…) hîp kim ho¸, nªn sau khi hµn kim lo¹i mèi hµn th­êng tèt h¬n kim lo¹i c¬ b¶n. V× vËy nã kh«ng nh÷ng ®¶m b¶o kÕt cÊu chÞu t¶i träng tÜnh tèt mµ cßn chÞu ®­îc c¶ t¶i träng vµ ¸p suÊt lín. ChÝnh v× thÕ mµ hiÖn nay hµn lµ ph­¬ng ph¸p chñ yÕu ®­îc sö dông ®Ó chÕ t¹o c¸c b×nh ch­a, nåi h¬i, èng dÉn … chÞu ¸p suÊt cao vµ yªu cÇu cã ®é kÝn tèt. c. ThiÕt bÞ hµn t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n: So víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c, thiÕt bÞ hµn nãi chung cã cÊu t¹o t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n vµ dÔ chÕ t¹o h¬n. VD: M¸y hµn xoay chiÒu thùc chÊt chØ lµ mét biÕn ¸p ®Ó h¹ ®iÖn ¸p tõ 110, 220 hay 230 V xuèng 70 ¸ 80 V ®Ó hµn . d. Cã kh¶ n¨ng hµn ®­îc c¸c kim lo¹i cã tÝnh chÊt kh¸c nhau víi nhau: Ngoµi viÖc hµn dÔ dµng c¸c kim lo¹i cã tÝnh chÊt gièng nhau ra, ng­êi ta cßn cã thÓ hµn ®­îc c¶ kim lo¹i cã thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt kh¸c nhau víi nhau n÷a. VÝ dô: Cã thÓ hµn dÔ dµng c¸c hîp kim ®en hay c¸c hîp kim mµu cã thµnh phÇn kh¸c nhau víi nhau, hîp kim ®en víi hîp kim mµu… Ngoµi c¸c ­u ®iÓm nªu trªn hµn hå quang còng cã nh÷ng nh­îc ®iÓm c¬ b¶n mµ ng­êi thiÕt kÕ hay ng­êi c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu hµn kh«ng thÓ kh«ng chó ý ®Õn ®Ó t×m c¸c biÖn ph¸p kh¾c phôc chóng. §ã lµ sau khi hµn trong vËt hµn cßn tån t¹i øng suÊt d­, tæ chøc kim lo¹i c¬ b¶n ë vïng gÇn mèi hµn (vïng ¶nh h­ëng nhiÖt) bÞ thay ®æi do t¸c dông cña nguån nhiÖt hµn. §©y lµ nh÷ng nguyªn nh©n chñ yÕu lµm gi¶m kh¶ n¨ng chÞu t¶i, ®Æc biÖt lµ biÕn ®éng, thËm chÝ cã thÓ bÞ ph¸ huû… khi chän vËt liÖu hµn, chÕ ®é hµn kh«ng ®óng còng dÔ g©y nªn c¸c khuyÕt tËt trong mèi hµn nh­: rç xØ, rç khÝ… Qua ®ã chóng ta thÊy r»ng, c¸c ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña hµn ®iÖn nãng ch¶y nªu ë trªn lµ nh÷ng vÊn ®Ò rÊt lín vµ phøc t¹p, nã ®ßi hái c¸c kü s­ c«ng nghÖ c¬ khÝ nãi chung, ®Æc biÖt c¸c kü s­ hµn nãi riªng cÇn ph¶i nghiªn cøu vµ n¾m ch¾c c«ng nghÖ hµn nãng ch¶y. §iÒu nµy kh«ng nh÷ng nh»m môc ®Ých b¶o ®¶m nhËn ®­îc kÕt cÊu hµn chÕ t¹o ra cã chÊt l­îng tèt mµ cßn nh»m môc ®Ých t×m c¸c biÖn ph¸p c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®Ó t¨ng n¨ng suÊt lao ®éng n©ng cao tÝnh kinh tÕ vµ kü thuËt cña s¶n phÈm. II .1.4. Ph©n lo¹i ph­¬ng ph¸p hµn hå quang. a. Hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng: d­íi líp thuèc. - Kh¸i niÖm: Hµn tù ®éng d­íi thuèc do ViÖn sÜ Liªn X« Pat«n ph¸t minh ph­¬ng ph¸p hµn nµy sau khi ra ®êi ®­îc sö dông ngay vµo thùc tÕ trong cuéc chiÕn tranh vÜ ®¹i chèng ph¸t xÝt. Ngµy nay hµn d­íi thuèc ®­îc sö dông réng r·i kh«ng chØ ë Liªn X« mµ rÊt nhiÒu n­íc kh¸c còng ®ang sö dông. Hµn d­íi líp thuèc ¸p dông cho ph­¬ng ph¸p hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng b»ng cùc ch¶y. - §Æc ®iÓm hµn d­íi thuèc: hµn d­íi thuèc cã thÓ hµn kim lo¹i víi chiÒu dßng kh¸ lín kh«ng cÇn ph¶i v¸t c¹nh. N¨ng suÊt trong ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc x¸c ®Þnh b»ng chiÒu s©u nãng ch¶y cña kim lo¹i c¬ b¶n. Hµn d­íi thuèc cã chÊt l­îng mèi hµn kh¸ cao, tiÕt kiÖm kim lo¹i thiÕt bÞ hµn ®¬n gi¶n, hµn ®­îc c¸c kim lo¹i cã tÝnh chÊt kh¸c nhau. + B¶o vÖ tèt kim lo¹i mèi hµn khái bÞ oxy ho¸ cña kh«ng khÝ xung quanh. + Kim lo¹i mèi hµn ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn ho¸ häc, líp thuèc vµ xØ míi hµn lµm mèi hµn nguéi chËm h¬n. + Mèi hµn cã h×nh d¹ng tèt, nh½n: kÝch th­íc ®Òu ®Æn, Ýt sinh ra khuyÕt tËt nh­ kh«ng ngÊu… + Qu¸ tr×nh hµn liªn tôc kh«ng ph¶i thay ®æi cùc hµn. b. Hµn hå quang b»ng tay. - Ph­¬ng ph¸p hµn nµy ®­îc sö dông réngr·i trong nha m¸y c«ng nghiÖp nhá, ®ång thêi nã thuËn tiÖn cho viÖc vËn chuyÓn còng nh­ tæn hao vª n¨ng l­îng ®iÖn. - C«ng dông: ph­¬ng ph¸p nµy mèi hµn bÒn ®Ñp theo ý muèn cña ng­êi cÇn hµn ®ång thêi kh«ng bÞ «xi ho¸ c¸c mèi hµn do kh«ng khÝ bªn ngoµi. II.2. C¸c lo¹i nguån hµn hå quang II.2.1. C¸c nguån hµn hå quang xoay chiÒu - Nguån hµn hå quang xoay chiÒu th­êng dïng biÕn ¸p hµn do nã cã nhiÒu ­u ®iÓm: + DÔ chÕ t¹o, gi¸ thµnh hîp lý + Nã cã thÓ t¹o ra dßng ®iÖn lín. - BiÕn ¸p hµn th­êng dïng biÕn ¸p hµn 1 pha hoÆc 3 pha. Th­êng th× m¸y biÕn ¸p ¸p ë 3 pha dïng cho nhiÒu ®Çu hµnv µ nã ®­îc chÕ t¹o theo 2 lo¹i: + BiÕn ¸p hµn víi tõ th«ng t¸n b×nh th­êng. + BiÕn ¸p hµn víi tõ th«ng t¶n t¨ng c­êng ®­îc chÕ t¹o theo c¸c kiÓu sau: Cã cuén thø cÊp di ®éng Cã s¬n tö §iÒu chØnh theo cÊp a. BiÕn ¸p hµn cã cuén kh¸ng ngoµi. BiÕn ¸p hµn lo¹i nµy ngoµi lâi thÐp chÝnh cña m¸y biÕn ¸p cßn cã mét c¬ cÊu phô gäi lµ cuén kh¸ng ngoµi. Khi thay ®æi khe hë trong m¹ch tõ cña cuén kh¸ng ngoµi cã thÓ nhËn ®­îc hä ®Æc tÝnh ngoµi cña m¸y biÕn ¸p hµn. Ta cã h×nh vÏ: H×nh II.5 Khi kh«ng t¶i: U0 = U2 U0: §iÖn ¸p kh«ng t¶i (V) U2 ®iÖn ¸p thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p (V) Khi cã t¶i: U2 = Uhq + Uck Trong ®ã: Uhq : ®iÖn ¸p hå quang Uck: ®iÖn ¸p r¬i trªn cuén kh¸ng Uck = I2 .rck+ J.I2.Xck » WLI2 Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc I2 ­ ® Uck ­ ® I2 = Inm (Inm dßng ®iÖn ng¾n m¹ch) Khi ®ã: I2 = Inm = H×nh II.6. Hä ®Æc tÝnh ngoµi cña MBA hµn cã cuén kh¸ng ngoµi b. M¸y biÕn ¸p hµn kiÓu hçn hîp Lo¹i m¸y biÕn ¸p nµy m¹ch tõ cña cuén kh¸ng cã quan hÖ trùc tiÕp víi m¹ch tõ chÝnh. Ta cã h×nh vÏ H×nh II.7 - Khi kh«ng t¶i: U0 = U2 = Uck Khi khe hë kh«ng khÝ thay ®æi (aN) Þ U0 còng thay ®æi (U0 = Var) - Khi cã t¶i: Ur = I2 (X2 + Xck) VËy ®iÖn ¸p hå quang: Uhq = U2 + Uck - Uv = U2+ Uck – I2 (X2 + Xck) Khi dßng I2 ­ ® I2 = Inm (Uhq = 0) Nh­ vËy nÕu thay ®æi khe hë (a) ta nhËn ®­îc hä ®Æc tÝnh ngoµi nh­ h×nh vÏ. H×nh II.8 II.2.2. C¸c nguån hµn hå quang 1 chiÒu Nguån hµn hå quang 1 chiÒu ®­îc sö dông trong hµn hå quang b»ng tay, hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng. Nguån hµn hå quang 1 chiÒu cã 2 lo¹i: + Bé biÕn ®æi quay (m¸y ph¸t hµn 1 chiÒu) + Bé biÕn ®æi tÜnh (bé chØnh l­u) a. M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu ®­îc chia ra lµm c¸c lo¹i nh­ sau: - Tuú thuéc vµo kÕt cÊu vµ cÊu t¹o cña m¸y ph¸t hµn 1 chiÒu sÏ cã hä ®Æc tÝnh ngoµi dèc cøng hoÆc hçn hîp. - M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu ®­îc sö dông réng r·i nhÊt lµ lo¹i m¸y hµn mét chiÒu cã ®­êng ®Æc tÝnh ngoµi dèc ®­îc chÕ t¹o theo 3 kiÓu chÝnh sau: + M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã cuén khö tõ nèi tiÕp. + M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu kÝch tõ song song cã cuén khö tõ nèi tiÕp. + M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu cã cùc tõ sÏ. a1: M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc cã cuén khö tõ nèi tiÕp. M¸y ph¸t hµn lo¹i nµy cã cuén kÝch tõ W1 ®­îc cÊp nguån 1 chiÒu ®éc lËp cã ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch tõ b»ng chiÕt ¸p VR vµ cuén khö tr÷ W2 ®Êu nèi phÇn øng cña m¸y ph¸t. Cuén W1 sinh ra f1 Cuén W2 Sinh ra f2 Trong ®ã tõ th«ng f1 ng­îc chiÒu tõ th«ng f2 - Khi kh«ng t¶i f2 = 0 E0 = Ke.f.W Trong ®ã: K2 lµ hÖ sè cÊu t¹o cña m¸y ph¸t W lµ tèc ®é quay cña phÇn cøng - Khi cã t¶i: Uhq = E – IRF = k2 (f1 - f2) W - IRF Trong ®ã : RF lµ ®iÖn trë trong cña m¸y ph¸t. - §iÒu chØnh dßng hµn vµ t¹o ra ®Æc tÝnh ngoµi cã 2 c¸ch: + §iÒu chØnh th« b»ng chuyÓn m¹ch CM ®Ó thay ®æi sè vßng d©y cña cuén w2. H×nh II.9 + §iÒu chØnh tinh b»ng chiÕt ¸p VR ®Ó thay ®æi dßng khi tõ IKT cña m¸y ph¸t. H×nh II.10 M¸y ph¸t hµn cã mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã cuén khö tõ nèi tiÕp H×nh II.11 H×nh II.12 a2: m¸y ph¸t hµn 1 chiÒu kÝch tõ song song cã cuén khö tõ nèi tiÕp H×nh II .13 M¸y ph¸t hµn cã hai cuén d©y: cuén kÝch tõ song song w1 vµ cuén khö w2. Hä ®Æc tÝnh ngoµi vµ ®iÒu chØnh dßng ®iÖn hµn t­¬ng tù nh­ ë m¸y ph¸t hµn t­¬ng tù nh­ ë m¸y ph¸t hµn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp cã cuén khö tõ nèi tiÕp. a3: M¸y ph¸t hµn 1 chiÒu cã cùc tõ rÏ H×nh II.14 - M¸y ph¸t hµn cã 1 chiÒu cã cùc tõ rÏ t¹o ra ®­êng ®Æc tÝnh ngoµi dèc do t¸c dông khö tõ cña tõ th«ng sinh ra trong cuén d©y phÇn øng cña m¸y ph¸t hµn (MFH). - MFH cã 2 cuén d©y kÝch tõ, cuén kÝch tõ chÝnh w1 vµ cuén kÝch tõ phô w2. - M¸y ph¸t cã 4 cùc tõ N1, N2; d1, d2 vµ 3 nhãm chæi than A, C,Z lo¹i m¸y ph¸t kiÓu nµy kh¸c 2 lo¹i m¸y ph¸t kiÓu trªn lµ cùc tõ, cïng cùc tÝnh s¾p xÕp vÒ 1 phÝa. Trªn ®­êng trung tÝnh AC lÊy ®iÖn ¸p ra. UAC = Uhq - §iÖn ¸p ra Ucz = lÊy ra trªn hai chæi than C vµ Z lµ hai chæi than phô míi ®«i cÆp cùc cïng cùc tÝnh ®­îc coi nh­ 1 cùc tõ . - Khi kh«ng t¶i: Do t¸c dông t­¬ng hç cña tõ th«ng däc Dd vµ tõ th«ng ngang fN trªn c¸c chæi than xuÊt hiÖn ®iÖn ¸p: UAZ = Cd. fd UCZ = Cnfn - Søc ®iÖn ®éng tæng cña m¸y ph¸t b»ng EAC = UAZ+ UCZ = Cdfd + Cnfn - Khi cã t¶i: cã dßng ®iÖn phô ch¶y trong phÇn øng cña m¸y ph¸t. Tõ th«ng do dßng ®iÖn phô ch¶y trong phÇn øng sinh ra cã chiÒu cïng chiÒu víi tõ th«ng ngang fn vµ ng­îc chiÒu víi tõ th«ng däc fd. C¸c thanh dÉn cña phÇn øng trong c¸c phÇn tö AOZ , DOC ® sinh ra tõ th«ng bï thªm cho fw1 vµ c¸c thanh dÉn cña phÇn øng trong c¸c gãc phÇn tö ZOC vµ AOD t¹o ra tõ th«ng ng­îc chiÒu víi tõ th«ng trong cuén kÝch tõ phô w2. - Khi cã t¶i do t¸c dông khö tõ cña tõ th«ng däc fd vµ do ph¶n øng phÇn øng nªn ®iÖn ¸p UAZ sÏ gi¶m xuèng. UAZ = Cd (fd - fp­) Trong ®ã: fp­ lµ tõ th«ng do phÇn øng sinh ra. MÆt kh¸c UZC = Cn fn » const cã nghÜa lµ ®iÖn ¸p kÝch tõ lÊy tõ trªn 2 chæi than C, Z kh«ng phô thuéc vµo sù biÕn ®éng cña phô t¶i, cßn ®iÖn ¸p lÊy trªn 2 chæi than A, C thay ®æi theo phô t¶i Þ UAC = UAZ + UZC = Cd (fd - fp­) + UZC – I.R­ = Cd (fd - fp­) + UZC - I.R­ Khi dßng hµn t¨ng ph¶n øng phÇn øng t¨ng lµm cho ®iÖn ¸p UAC gi¶m xuèng. Khi ng¾n m¹ch tõ th«ng fp­ t¨ng nhanh vµ lín h¬n tõ th«ng däc fd, ®iÖn ¸p UAZ ng­îc chiÒu víi ®iÖn ¸p UZC vµ ®iÖn ¸p UAC = 0. UAC = Cn (fn - fp­) = Cd fd – I.R­ 0 b. Nguån hµn hå quang dïng bé chØnh l­u. - Sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt b¸n dÉn c«ng suÊt lín ®· ®­a ra nhiÒu øng dông cña nã trong nguån hµn hå quang 1 chiÒu nguån hµn 1 chiÒu dïng bé chØnh l­u cã nh÷ng ®iÓm ­u viÖt h¬n so víi m¸y ph¸t hµn 1 chiÒu. - ChØ tiªu n¨ng l­îng cao - Kh«ng cã phÇn quay - HiÖu suÊt cao, chi phÝ vËn hµnh, b¶o d­ìng vµ söa ch÷a thÊp. - Nguån hµn hå quang mét chiÒu dïng bé chØnh l­u gåm 2 bé phËn chÝnh: + M¸y biÕn ¸p hµn + Bé chØnh l­u - Nguån hµn hå quang mét chiÒu dïng bé chØnh l­u ®­îc chÕ t¹o thµnh c¸c lo¹i nh­ sau: ChØnh l­u hµn CÇu 1 pha CÇu 3 pha Dïng xªlen Dïng §ièt Kh«ng ®iÒu khiÓn Cã ®iÒu khiÓn II.2.3. C¸c yªu cÇu chung ®èi víi c¸c nguån hµn hå quang a. §iÖn ¸p kh«ng t¶i ®Ó måi ®­îc hå quang - Khi nguån hµn 1 chiÒu cã ®iÖn cùc lµ + Kim lo¹i: Uomin = (30 ¸ 40)V + §iÖn cùc than: Uomin = (44 ¸ 55) V - Khi nguån hµn lµ xoay chiÒu: + Uomin = ( 50¸ 60)V b. §¶m b¶o an toµn lóc lµm viÖc ë chÕ ®é lµm viÖc còng nh­ chÕ ®é ng¾n m¹ch: aI = aI: lµ béi sè dßng ®iÖn ng¾n m¹ch Inm: dßng ®iÖn ng¾n m¹ch (A) I®m: dßng ®iÖn hµn ®Þnh møc (A) c. Nguån hµn ph¶i cã c«ng suÊt ®ñ lín. d. Nguån hµn ph¶i cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh ®­îc dßng hµn v× ta ®· biÕt dßng ®iÖn hµn phô thuéc vµo ®­êng kÝnh que hµn. Ih = (40 ¸ 60)d Ih: dßng ®iÖn hµn (A) d: ®­êng kÝnh que hµn (mm) e. §Æc tÝnh Volt – Ampe - Nguån hµn dïng cho ph­¬ng ph¸p hµn hå quangb»ng tay ph¶i cã ®Æc tÝnh dèc. - Nguån hµn dïng cho ph­¬ng ph¸p hµn hå quang tù ®éng vµ b¸n tù ®éng ph¶i cã ®­êng ®Æc tÝnh ngoµi cøng. II.3. Nguån hµn hå quang 1 chiÒu chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn. II.3.1. §Æc tÝnh nguån hµn: * Hå quang hµn do nguån ®iÖn cña m¸y chØnh l­u t¹o nªn. ChÕ ®é hµn cña hå quang ®­îc ®Æc tr­ng bëi c­êng ®é dßng ®iÖn Ihµn, ®iÖn ¸p hå quang (Uhq) vµ chiÒu dµi hå quang (lhq). * Sù æn ®Þnh cña hå quang vµ chÕ ®é hµn phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn phãng ®iÖn cña hå quang, tÝnh chÊt vµ th«ng sè cña nguån ®iÖn hµn vµ c­êng ®é dßng ®iÖn ®­îc gäi lµ c¸c ®Æc tÝnh ngoµi cña nguån ®iÖn hµn. * Ng­êi ta ph©n biÖt mét sè ®Æc tÝnh ngoµi sau ®©y : H×nh II. 15 : §Æc tÝnh ngoµi cña hå quang : 1. §Æc tÝnh dèc 2. §Æc tÝnh tho¶i 3. §Æc tÝnh cøng 4. §Æc tÝnh t¨ng Tuú thuéc vµo ph­¬ng ph¸p lµm kh¸c nhau mµ ta chon c¸cnguån cã ®Æc tÝnh ngoµi kh¸c nhau. Khi hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng, d©y hµn xuèng vïng hµn víi tèc ®é b»ng tèc ®é nãng ch¶y cña d©y. Khi ®ét ngét gi¶m tèc ®é cña hå quang, dßng ®iÖn hµn sÏ t¨ng vµ d©y hµn sÏ nãng ch¶y nhanh h¬n. KÕt qu¶ lµ chiÒu dµi hå quang sÏ t¨ng vµ trë vÒ víi chiÒu dµi ban ®Çu. Qu¸ tr×nh t­¬ng tù s¶y ra khi t¨ng chiÒu dµi cña hå quang. HiÖn t­îng nµy gäi lµ hiÖn t­îng ®iÒu chØnh cña hå quang ®èi víi hÖ tù ®iÒu chØnh ng­êi ta sö dông nguån cã ®Æc tÝnh tho¶i. Ch¼ng h¹n khi hµn hå quang b»ng tay ng­êi ta sö dông nguån hµn cã ®Æc tÝnh dèc (1), ®iÒu nµy cho phÐp thî hµn thay ®æi hå quang mµ kh«ng sî hå quang t¾t hoÆc t¨ng qu¸ møc dßng ®iÖn hµn, cßn khi hµn tù ®éng ®­êng ®Æc tÝnh lµ ®­êng (3), hµn b¸n tù ®éng lµ ®­êng (2). MÊy n¨m gÇn ®©y nhiÒu n­íc th­êng chÕ t¹o nguån hµn hå quang 1 chiÒu v¹n n¨ng ®ã lµ nguån hµn 1 chiÒu dïng bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn ®Ó chÕ t¹o ra häc ®Æc tÝnh ngoµi phï hîp víi c¶ 3 chÕ ®é lµm viÖc cña hµn hå quang: b»ng tay, tù ®éng vµ b¸n tù ®éng. §Ó t¹o ra häc ®Æc tÝnh ngoµi dèc dïng cho chÕ ®é hµn tay trong m¹ch ®iÒu khiÓn khèi chØnh l­u cã m¹ch ph¶n håi ©m dßng ®iÖn. Cßn cho chÕ ®é hµn bå quang tù ®éng cã m¹ch ph¶n håi ©m ®iÖn ¸p. Ch­¬ng III ThiÕt kÕ m¹ch ®éng lùc III.1. Chän ph­¬ng ¸n + ChØnh l­u 1 pha th­êng ®­îc chän khi nguån cÊp lµ l­íi ®iÖn 1 pha, hoÆc c«ng suÊt kh«ng qu¸ lín so víi c«ng suÊt l­íi ( lµm mÊt ®èi xøng ®iÖn ¸p l­íi) vµ t¶i kh«ng cã yªu cÇu cao vÒ chÊt l­îng ®iÖn ¸p mét chiÒu. + trong khi ®Ò tµi nµy l¹i cã nguån cÊp lµ l­íi ®iÖn 3 pha c«ng nghiÖp. ChÝnh v× vËy ta chØ cã thÓ chän ph­¬ng ¸n dïng chØnh l­u ba pha. ChØnh l­u tia 3 pha ChØnh l­u cÇu 3 pha ChØnh l­u tia 3 pha dïng ®i èt ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn ChØnh l­u cÇu 3 pha dïng ®i èt ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓnkh«ng ®èi xøng ChØnh l­u 3 pha gåm cã ChØnh l­u tia 3 pha cã ®iÒu khiÓn ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng + MÆt kh¸c yªu cÇu cña ®å ¸n lµ nguån hµn hå quang 1 chiÒu 500A thyristor v× vËy ta kh«ng xÐt ®Õn chØnh l­u 3 pha cã ®iÒu khiÓn dïng ®i èt. Ta xÐt 2 ph­¬ng ¸n. III.1.1. ChØnh l­u tia 3 pha cã ®iÒu khiÓn H×nh III.1. ChØnh l­u tia 3 pha cã ®iÒu khiÓn 1. XÐt t¶i thuÇn trë: + Trong c¸c s¬ ®å nhiÒu pha gãc ®iÒu khiÓn a ®­îc tÝnh tõ c¸c ®iÓm chuyn m¹ch tù nhiªn, ®ã lµ c¸c ®iÓm mµ ®iÖn ¸p nguån c¾t nhau q1, q2, q3, q4 …. + trong kho¶ng q1 ¸ q2 Uad­¬ng nhÊt . NÕu Thyristor V1 nhËn ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t¹i thêi ®iÓm q1 + a, V1 sÏ më th«ng, nèi t¶i víi ®iÖn ¸p pha a, Ud = Ua. + T¹i thêi ®iÓm q2 + a, V2 nhËn ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, V2 më th«ng nèi t¶i víi ®iÖn ¸p pha b, Ud = Ub khi V2 më sÏ ®Æt ®iÖn ¸p ng­îc lªn V1 ®Ó kho¸ l¹i V1 l¹i v× lóc ®ã Uab < 0. + Víi t¶i thuÇn trë dßng trªn t¶i sÏ lÆp l¹i nh­ d¹ng ®iÖn ¸p. Do ®ã víi gãc ®iÒu khiÓn a £ 300 dßng trªn t¶i cã d¹ng liªn tôc. Víi a > 300 dßng t¶i sÏ b»ng 0 t¹i q ³ 1800 vµ s¬ ®å lµm viÖc ë chÕ ®é dßng gi¸n ®o¹n. + ta cã c«ng thøc tÝnh gi¸ trÞ ®iÖn ¸p chØnh l­u trung b×nh Ud nh­ sau: + Víi a £ 300 Uda = Nh­ vËy khi dßng t¶i lµ liªn tôc, Uda ®­îc biÓu diÔn bëi biÓu thøc chung lµ Uda = Ud0 cosa. + Víi a ³ 300 Uda = Khi a = hay a = 1500 ta cã Uda= 0 VËy víi t¶i thuÇn trë nÕu gãc a thay ®æi tõ 0 ¸ 1500 th× Uda thay ®æi tõ Ud0 ®Õn 0. H×nh III.2. §å thÞ d¹ng dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i thuÇn trë 2. XÐt t¶i trë c¶m L1 = ¥ + Khi ®iÖn c¶m t¶i coi lµ v« cïng lín dßng t¶i lµ liªn tôc vµ ®­îc lµ ph¼ng hoµn toµn. V× vËy c¸c thyristor sÏ tiÕp tôc dÉn dßng khi ®iÖn ¸p pha ®· ®æi cùc tÝnh t¹i p. Víi gãc ®iÒu khiÓn a > 300 trªn ®­êng ®iÖn ¸p Ud sÏ xuÊt hiÖn phÇn ©m. Mçi van trªn s¬ ®å sÏ d©n dßng cã gi¸ trÞ Id trong kho¶ng l = . + §iÖn ¸p chØnh l­u trung b×nh ®­îc biÓu diÔn bëi c«ng thøc chung Uda = Ud0 cosa H×nh III.3. §å thÞ d¹ng dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i trë c¶m III.1.2. ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn. H×nh III.4. ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn 1. XÐt t¶i thuÇn trë Víi t¶i thuÇn trë d¹ng dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p trªn c¸c phÇn tö ®­îc cho trªn III.5 gãc ®iÒu khiÓn a ë ®©y ®­îc cho vÝ dô b»ng 450. Trªn ®å thÞ ®iÖn ¸p c¸c pha ta biÓu diÔn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn c¸c van riªng rÏ cho c¸c thyristor nhãm catèt chung vµ nhãm anèt chung. + §­êng bao phÝa trªn cña c¸c ®­êng ®iÖn ¸p pha cho ta h×nh d¹ng thÕ cña ®iÓm ra t¶i P khi V1, V3, V5 ®­îc ®iÒu khiÓn víi gãc a so víi c¸c ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn. + §­êng bao phÝa d­íi cña c¸c ®­êng ®iÖn ¸p pha cho ta h×nh d¹ng thÕ cña ®iÓm ra t¶i Q khi V2, V4, V6 ®­îc ®iÒu khiÓn víi gãc a so víi c¸c ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn. + D¹ng thÕ cña P vµ Q so víi ®iÓm trung bÝnh cña nguån gièng víi d¹ng ®iÖn ¸p ra cña c¸c chØnh l­u 3 pha h×nh tia. NÕu ®o ®iÖn ¸p gi÷a P vµ Q ta cã ®­îc biÓu diÔn trªn hÖ thèng ®iÖn ¸p d©y Uab,Uac, Ubc…. + Víi t¶i thuÇn trë d¹ng dßng trªn t¶i lÆp l¹i gièng nh­ d¹ng ®iÖn ¸p Ud. V× vËy víi gãc ®iÒu khiÓn a £ 300 dßng trªn t¶i lµ liªn tôc ta cã: 0 £ a £ 300 ; Uda = Udocosa. a > 300 Þ id = 0 ë gãc p ®èi víi ®­êng ®iÖn ¸p d©y khi ®iÖn ¸p nµy b¾t ®Çu ®æi cùc tÝnh. Khi ®ã dßng ®iÖn sÏ gi¸n ®o¹n vµ sau khi tÝnh to¸n ta ®­îc: Uda = Uda = 0 khi a = Nh­ vËy víi t¶i thuÇn trë khi a = 0 ¸ H×nh III.5. §å thÞ dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i thuÇn trë 2. T¶i trë c¶m L1 = ¥ Víi t¶i trë c¶m d¹ng dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p trªn c¸c phÇn tö ®­îc cho trªn h×nh III.6 gãc ®iÒu khiÓn a ë ®©y ®­îc cho vÝ dô 750. Trªn ®å thÞ ®iÖn ¸p c¸c pha ta biÓu diÔn qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn c¸c van riªng rÏ cho c¸c thyristor nhãm catèt chung vµ nhãm an«t chung. + D¹ng thÕ cña P vµ Q so víi ®iÓm trung tÝnh cña nguån gièng víi d¹ng ®iÖn ¸p ra cña chØnh l­u 3 pha h×nh tia. NÕu ®o ®iÖn ¸p gi÷a P vµ Q ta cã ®­îc ®iÖn ¸p ra cña chØnh l­u cÇu 3 pha ®­îc biÓu diÔn trªn hÖ thèng ®iÖn ¸p d©y Ucb, Uac, Ubc, Uba, Uca, Ucb…. + Do dßng t¶i ®­îc coi lµ ph¼ng hoµn toµn nªn tr­íc khi mét thyristor nhan¹ ®­îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó më ra th× dßng vÉn ch¹y qua thyristor ®ang dÉn tr­íc ®ã. V× vËy cã thÓ xuÊt hiÖn phÇn ®iÖn ¸p ©m trªn ®­êng cong ®iÖn ¸p chØnh l­u Ud. + Víi dßng t¶i lµ liªn tôc ta lu«n cã: Uda = Ud0 cos a VËy víi t¶i trë c¶m th× ph¹m vi ®iÒu chØnh cña gãc a lµ tõ 00 ®Õn 900. H×nh III.6. §å thÞ d¹ng dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i trë c¶m III.1.3. ChØnh l­u cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng. H×nh III.7. S¬ ®å cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng ChØnh l­u cÇu 3 pha cã d¹ng kh«ng ®èi xøng trong ®ã cã mét nhãm van anèt chung hoÆc catèt chung ®­îc thay thÕ b»ng ®ièt. S¬ ®å ®­îc øng dông nhiÒu lµ nhãm van catèt chung dïng thyristor, cßn nhãm van anèt chung dïng ®i èt nh­ ®­îc chØ rra trªn h×nh III.7 s¬ ®å nµy cã ­u ®iÓm lµ cã thÓ ®iÒu khiÓn c¸c thyristor mét c¸ch trùc tiÕp mµ kh«ng cÇn c¸ch ly b»ng biÕn ¸p xung. §iÒu ®ã cã thÓ ¸p dông nÕu nh­ s¬ ®å lµm vÞªc víi ®iÖn ¸p thÊp, vÝ dô nh­ mét nguån hµn hå quang mét chiÒu. Víi s¬ ®å nµy cã ­u thÕ lµ dïng Ýt van tuy nhiªn nh­îc ®iÓm cña c¸c s¬ ®å nµy lµ sè lanµ dËp m¹ch cña ®iÖn ¸p chØnh l­u phô thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn a. * Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ta lùa chän ph­¬ng ¸n sö dông chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn. III.2. S¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha III.2.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng * S¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn H×nh III.8. ChØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn * Nguyªn lý ho¹t ®éng - §©y lµ chØnh l­u 3 pha h×nh cÇu hai nöa chu kú víi 2 nhãm T1, T3, T5 h×nh thµnh nhãm catèt nãi chung; cßn T2, T4, T6 lµ nhãm anèt chung. Theo d¹ng sãng ®iÖn ¸p cã gãc më nhá, ®iÖn ¸p tæng ®Ëp m¹ch bËc s¸u vµ trÞ sè ®Ønh cña nã b»ng ®iÖn ¸p d©y. Gãc më a ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cu¶ nöa h×nh sin. + Gi¶ thiÕt T5 vµ T6 ®ang dÉn nªn VF= Uc; VG = Ub + T¹i wt1 = p/6 + a cho xung ®iÒu khiÓn më T1 tiristo nµy sÏ më v× Ua > 0. + T1 më lµm cho T3 bÞ kho¸ 1 c¸ch tù nhiªn v× Ua > Uc. + T¹i T6 vµ T1 dÉn vµ ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ: UL = Ud = Ua – Ub. + T¹o wt2 = 3p/6 + a cho xung måi ®Ó më T2 Tiristo nµy sÏ më v× khi T6 dÉn cã ®iÖn ¸p Ub lªn anèt cña t2 mµ Ub > UC sù më cña T2 lµm cho T6 bÞ kho¸ l¹i 1 c¸ch tù nhiªn. * C¸c xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau p/3 lanµ l­ît ®­îc ®­a ®Õn c¸c cùc ®iÒu khiÓn theo b¶ng sau: Thêi ®iÓm Më Kho¸ p/6 + a T1 T5 3p/6 + a T2 T6 5p/6 + a T3 T1 7p/6 + a T4 T2 9p/6 + a T5 T3 11p/6 + a T6 T4 III.2.3. Mét sè biÓu thøc tÝnh to¸n c¬ b¶n. * Gi¸ trÞ trung b×nh cña®iÖn ¸p chØnh l­u cã thÓ ®­îc tÝnh theo c«ng tæng qu¸t cho chØnh l­u n pha nh­ sau: Ud = Trong ®ã U2.1m lµ gi¸ trÞ biªn ®é cña ®iÖn ¸p d©y. BiÓu diÔn Ud qua ®iÖn ¸p pha ta cã: Ud = * Víi t¶i thuÇn trë dßng ®iÖn cã d¹ng ®iÖn ¸p v× vËy. Id= * Dßng xoay chiÒu ®Çu vµo chØnh l­u cã d¹ng ®èi xøng nªn nh­ ®­îc biÓu diÔn gi¸ trÞ hiÖu dông I2 ®­îc tÝnh b»ng. I2 » 0,816 Id * Do dong thø cÊp MBA cã d¹ng ®èi xøng nªn Sba = S1 = S2 = 3U2I2 * Sö dông c¸c kÕt qu¶ ®· tÝnh ®iÖn ¸p Ud vµ dßng Id ta cã Sba = 1,05 Pd * Dßng trung b×nh qua van ID = * §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt trªn van Ungmax = Um2.1 hay Ungmax = U2 S¬ ®å m¹ch ®éng lùc H×nh III.9. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®éng lùc III.3.1. TÝnh ®iÖn ¸p chØnh l­u cÇu kh«ng t¶i Ud0 Ta ®· cã nguån ~ 3 x 380 VAC ex = 10%; er = - 15% f = 50(Hz) §iÖn ¸p sôt trªn van: DUv = 1,3 (V) * §Ó ®¶m b¶o ®­a ra t¶i ®iÖn ¸p 80 VDC víi dßng 500A ph¶i bï c¸c sôt ¸p do ®iÖn trë ®iÖn c¶m cña d©y quÊn m¸y biÕn ¸p trªn van b¸n dÉn, v× vËy ®iÖn ¸p Ud thùc tÕ cÇn cã lµ: Ud = Udt + DUl + DUx + DUv (1) * Sôt ¸p trªn ®iÖn trë d©y quÊn m¸y biÕn ¸p DUr = 2Id.rba (2) mµ ta cã ®iÖn trë d©y quÊn 1 pha cña m¸y biÕn ¸p x¸c ®Þnh th«ng qua sè er tõ biÓu thøc m¸y biÕn ¸p. rba = (3) TÝnh to¸n víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha ë trªn ta ®· cã: Ud = 2,34 U2 Vµ Sba = 1,05 Pd = 1,05 Udt .Id (4) Tõ biÓu thøc (1) (2) (3) (4) ta tÝnh ®­îc ®é sôt ¸p trªn ®iÖn trë d©y quÊn m¸y biÕn ¸p. DUr = 2Id. rba = 2Id . Þ DUr = 1,044 er.Ud (5) Do ®iÖn ¸p Ud g©y ra nhê ®iÖn ¸p hai pha cña nguån nªn ®iÖn trë g©y sôt ¸p lµ 2 ®iÖn trë pha v× vËy cã hÖ sè 2 trong biÓu thøc sè (2). D Ux = trong ®ã ®iÖn kh¸ng pha biÕn ¸p: xba = ® DUx = DUx = 0,497 ex .Ud (6) ThÕ biÓu thøc (5) (6) vµo (1) ta ®­îc. Ud = Udt + DUv+ 1,044. Ud .er+ 0,497 ex.Ud Û Ud - 1,044 .er.Ud – 0,497ex.Ud = Udt + D Uv Û (1 -1,044.er – 0,497ex) Ud = Udt + D Uv Þ Ud = Ud = 73,45 (V) Þ U2 = (V) Ta cã I2 = 0,816 Id = 0,816 .500 = 408 (A) III.3.2. Chän van: + TrÞ sè trung b×nh dßng qua van Iv = (A) + §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶i chÞu: Ungmax = U2 » 2,45U2 = 2,45 .31,39 = 76,91 (V) * §iÖn ¸p ng­îc: Unv = KdtU. Ungmax Þ Unv = 1,9 .75,91 = 146,129 (V) (trong ®ã chän K®tu = 1,9 tíi hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p lu«n > 1,6) + Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van: I®m = Ki. Ilv Ilv = Ihd = HÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn ta chän lµ 3,2. Þ I®m = 3,2.289 = 924,8 (A) Víi c¸c th«ng sè trªn ta chän ®­îc van: R190CH02CGO víi c¸c th«ng sè: - §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶i chÞu :Ungmax = 200V - Dßng ®iÖn ®Þnh møc qua van : I®m = 950 (A) - §Ønh xung dßng ®iÖn : Ipk = 8500 - Dßng ®iÖn cña xung ®iÒu khiÓn : I®k= 0,3 - §iÖn ¸p cña xung ®iÒu khiÓn : U®k = 3,0 - Dßng ®iÖn rß : Ir = 70 - Tèc ®é biªn thiªn lín nhÊt cña ®iÖn ¸p : = 20V/s - Thêi gian chuyÓn m¹ch : 35 ms - NhÞªt ®é lµm viÖc cùc ®¹i : 1250C III.3.3. TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ sau: 1. + Dïng ¸p t« m¸t t¸c ®éng nhanh ®Ó ®ãng ng¾t m¹ch ®éng lùc tù ®éng b¶o vÖ qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch thyristor. + Chän ¸p t« m¸t cã I®m = (1,1 ¸ 1,3) Id sao cho dßng b¶o vÖ cña ¸p t« m¸t kh«ng v­ît qu¸ dßng ng¾n m¹ch cña thø cÊp. Þ I®m = 1,2 .Ild = 1,2..I1 = 1,2. Þ I®m= (A) (v× ) Chän U®m = 220 V. + Dßng ng¾n m¹ch: Inm = 2,5Ild= 2,5. .I1 = 2,5. .33,7 = 145,9 (A) + Dßng qu¸ t¶i: Iqt = 1,5 Ild= 1,5. .I1 = 1,5. .33,7 = 87,56 (A) + Chän cÇu dao cã dßng ®Þnh møc: Iqt = 1,1. .I1 = 1,1. .33,7 = 64,2 (A) CÇu dao nµy sö dông ®Ó t¹o ®é an toµn khi söa ch÷a hÖ truyÒn ®éng. 2. Dïng d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch thyristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra bé chØnh l­u. + Nhãm mét cÇu ch× b¶o vÖ ng¾n m¹ch bªn ngoµi ®­îc chän theo gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p. I1cc = 1,1I2 = 1,1.408 = 448,8 (A) Chän I1cc= 448,8 (A) + Nhãm 2 cÇu ch×: I 2cc = 1,1.Ihd = 1,1.Ilv = 1,1.289 = 317,8 (A) Chän I2cc = 317,9 (A) + Nhãm 3 cÇu ch× b¶o vÖ ng¾n m¹ch phô t¶i: I3cc = 1,1.Id = 1,1. 500 = 550 (A) VËy ta cã thÓ chän cÇu ch× nhãm: 1cc lo¹i 448,8 (A) 2 cc lo¹i 317,9 (A) 3cc lo¹i 550 (A) 3. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®é cho c¸c van b¸n dÉn: §Ó van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn kh«ng bÞ chäc thñng v× nhiÖt ta ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lý. HiÖn nay ng­êi ta dïng phæ biÕn lµ hÖ thèng lµm m¸t c¸nh t¶n nhiÖt. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña c¸nh t¶n nhiÖt. + Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 tyristor DP = DUv.Ilv = 1,3.289 = 375,7 (W) + DiÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt Stn = Trong ®ã: t0 = Tlv – Tmt (®é chªnh lÖch so víi m«i tr­êng) - Chän nhiÖt ®é m«i tr­êng Tmt = 400C - NhiÖt ®é lµm viÖc Tlv = 800C - Ktn: hÖ sè xÐt tíi ®iÒu kiÖn t¶n nhiÖt víi ®iÒu kiÖn lµm m¸t tù nhiªn kh«ng qua c­ìng bøc th­êng chän Ktn = 6 ¸ 10 w/m2C. ë ®©y chän lµ 10w/m2C + Ta chän c¸nh t¶n nhiÖt cã 8 c¸nh mçi c¸nh cã kÝch th­íc lµ 10 x 10 (cm) 4. B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p + Qu¸ ®iÖn ¸p chuyÓn m¹ch xuÊt hiÖn khi van b¸n dÉn chuyÓn m¹ch tõ tr¹ng th¸i th«ng sang tr¹ng th¸i ng¾t. + §Ó ®¶m b¶o vÒ ®iÖn ¸p chuyÓn m¹ch ng­êi ta m¾c song song víi mçi van mét m¹ch R – C. + Khi cã m¹ch R – C m¾c song song víi Thyristor t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn Thyristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p trÞ sè ®iÖn trë vµ ®iÖn dung cña m¹ch tuú thuéc vµo tõng m¹ch van: H×nh III.10. M¹ch R – C b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do chuyÓn m¹ch + Theo kinh nghiÖm ta chän R1 = ( 5¸30) W; C1 = (0,25 ¸4) mF + theo tµi liÖu Spravochnic po proektirovaniu electron ta chän: R1 = 5,1 (W); C1 = 0,25 (mF) * B¶o vÖ xung ®iÖn ¸p tõ l­íi ®iÖn ta m¾c R – C nh­ sau: H×nh III.11. Nhê cã m¹ch läc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh­ n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®­êng … trÞ sè R – C chän theo tµi liÖu Spravochnic po proektirovaniu electron: R2 = 1,25 W; C2 = 4 mF * §Ó b¶o vÖ van do c¾t ®ét ngét khi m¸y biÕn ¸p vµ t¶i ng­êi ta th­êng m¾c m¹ch chØnh l­u cÇu 3 pha phô b»ng c¸c c«ng suÊt bÐ. H×nh III.12. Th«ng th­êng gi¸ trÞ R tù chän trong kho¶ng 10 ¸ 200mF theo tµi liÖu thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p cña nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt n¨m 2002 ta chän ®­îc R - C. R3 = 470 9W); C3 = 10 (mF); R4 = 1,4 (kW) III.3.4. ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p * Chän m¸y biÕn ¸p ba pha ba trô s¬ ®å ®Êu d©y d¹ng D/Y lµm m¸t tù nhiªn b»ng kh«ng khÝ. * C«ng suÊt biÓu kiÕn cña m¸y biÕn ¸p Sba = 1,05 Pd = 1,05.Ud.Id = 1,05.73,45.500 = 38561,3 Sba = 38561,3 (VA) * §iÖn ¸p pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p u1 = 380(V) * §iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p u2 = 31,39 (V) * Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp m¸y biÕn ¸p I2 = 408 (A) * HÖ sè m¸y biÕn ¸p Kba = * Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p I1 = (A) 1. TÝnh s¬ bé m¹ch tõ + TiÕt diÖn s¬ bé trô: QFe = KQ. Trong ®ã: KQ: lµ hÖ sè phô thuéc ph­¬ng thøc ( ©m m¸t chän KQ= 6) m: sè trô cña m¸y biÕn ¸p m = 3 f: tÇn sè nguån xoay chiÒu f = 50Hz ÞQFe = 6. + §­êng kÝnh trô d = ChuÈn bÞ ®­êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn: d = 12,8 (cm) + Chän s¬ bé mËt ®é tõ c¶m trong trôc: BT = 1T Chän thÐp 330, cã ®é dµy 0,5mm + Chän tû sè m = = 2,3 Þ h = 2,3.d = 2,3.12,8 » 30 (cm) Þ chän chiÒu cao cña trô lµ: 30 (cm) 2. TÝnh to¸n d©y quÊn + Sè vßng d©y quÊn mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: W1 = Þ LÊy W1= 178 vßng + Sè vßng d©y quÊn mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p : W2 = Þ lÊy W2 = 15 vßng + Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p: Víi d©y dÉn b»ng ®ång, m¸y biÕn ¸p kh« chän: J1 = J2 = 2,75 A/mm2 + TiÕt diÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: S1 = Chän d©y dÉn tiÕt diÖn ch÷ nhËt, c¸ch ®iÖn cÊp B chuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn. S1 = 13,301 (mm2) Þ KÝch th­íc d©y dÉn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn S1 = a1.b1 = 2,83 x 4,70 + TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén s¬ cÊp J1 = + TiÕt diÖn d©y dÉn thø c Êp m¸y biÕn ¸p: J2 = (®i kÐp d©y) Chän d©y dÉn ch÷ nhËt c¸ch ®iÖn cÊp B ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn S2 = 149,5 mm2 KÝch th­íc d©y cã kÓ c¸ch ®iÖn S2 = a2 x b2 = 19 x 7,85 (mm2) + TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp J2 = A/mm2 3. KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp. + TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp cña cuén s¬ cÊp W11 = Chän W11 = 35 vßng Trong ®ã: hÖ sè Ðp chÆt Kc = 0,95 ChiÒu cao trô h Kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp hg = 1,5 cm + TÝnh s¬ bé líp d©y ë cuén s¬ cÊp n11 = VËy ta chän lµ 5 líp 178 vßng chia lµm 5 líp 4 líp ®Çu ta quÊn 36 vßng líp cuèi cïng cã 34 vßng. + ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp h1 = (cm) Chän èng d©y quÊn lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dµy S01 = 0,1 (cm) + Kho¶ng c¸ch tõ trô ®Õn cuén s¬ cÊp a01 = 1 (cm) + §­êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn Dt1 = dFe + 2 a01- 2S01 = 12,8 + 2.1 – 2.0,1 = 14,6 (cm) + Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén s¬ cÊp Cd11 = 0,1 (mm) + BÒ dÇy cuén s¬ cÊp Bd1= (a1 + Cd11) n11 = (2,83 + 0,1) .5,08 = 14,88 (mm) = 1,488 (cm) + §­êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp Dn1 = Dt1 + 2Bd1 = 14,6 + 2.1,488 = 17,576 (cm) + §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp: Dtb1 = + ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp: l1 = W1 . p.Dtb1 = 178.3,14.9,518 = 5319,8 (cm) = 53,19 (m) + Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp lµ Cdq = 1 (cm) 4. KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp. + Chän s¬ bé chiÒu cao quËn thø cÊp h1 = h2 = 30 (cm) + TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mçi líp W12 = Chän W12 = 37 vßng. + TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp n12 = ta chän líp d©y quÊn thø cÊp lµ 1 líp + §­êng kÝnh trßng cña cuén thø cÊp Dt2 = Dn1 + 2a12 = 44,36 +2.1 = 46,36 (cm) + Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y cña cuén thø cÊp Cd22 = 0,1 mm + BÒ dÇy cuén thø cÊp Bd2= (a2+ cd22) n12 = (1,9 + 0,1).1 = 2 (cm) + §­êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp Dn2 = Dt2 + 2Bd2 = 46,36+ 2.2 = 50,36 + §­êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp Dtb2 = = 48,36 (cm) + ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp L2 = p.W2.Dtb2 = 3,14.15.48,36 = 2277,76 (cm) = 22,78 (m) + §­êng kÝnh trung b×nh cña c¸c quËn d©y D12 = Þ r12 = = 24,18 (cm) lµ b¸n kÝnh trung b×nh cña cuén d©y + Kho¶ng c¸ch gi÷a 2 cuén thø cÊp a22 = 2 (cm) 5. TÝnh kÝch m¹ch tõ - Víi ®­êng kÝnh trôc d = th× theo b¶ng s¸ch ta cã sè bËc lµ 6 trong nöa tiÕt diÖn trô. H×nh III.13. H×nh vÏ c¸c bËc thang ghÐp thµnh trô - Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô Qbt = 2 (1,6.10,5+1,1.9,6 + 0,7.8,5+0,6.7,5 + 0,4.6,5 +0,7.4) = 86,2 cm2 - TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô: QT = Khq .Qbt = 0,95 .86,2 = 81,89 cm2 - Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô dt = 2.(1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 cm - Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc BËc 1: n1 = = 64 l¸ BËc 2: n2 = = 44 l¸ BËc 3: n3 = = 28 l¸ BËc 4: n4 = = 24 l¸ BËc 5: n5 = = 16 l¸ BËc 6: n6 = = 28 l¸ §Ó ®¬n gi¶n trong chÕ t¹o g«ng tõ ta chän g«ng cã tiÕt diÖn ch÷ nhËt cã kÝch th­íc sau: + §é dµy cña g«ng b»ng ®é dµy cña trô b = d1 = 12,8 + ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng l¸ thÐp thø nhÊt cña a = 10,5 cm + TiÕt diÖn g«ng: Qbg = a x b =107,1 (cm2) + TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng: Qg Khq.Qbg 0,95 .107,1 = 101,7 (cm2) + Sè l¸ thÐp dïng trong 1 g«ng: + TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong tô BT = + MËt ®é tõ c¶m trong g«ng: Bg = BT + ChiÒu réng cöa sæ C = 2 (a01 + Bd1+ a12+Bd2) + a22 = 2 (1 + 1,488 +1 + 2) + 2 = 12,976 (cm) + Kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m trôc C’ = c+ d = 12,976 + 12,8 = 25,78 (cm) + ChiÒu réng m¹ch tõ: L = 2c + 3d = 2.12,976 + 3.12,8 = 64,352 + ChiÒu cao m¹ch tõ H = h + 2a = 30 + 2.10,5 = 51 (cm) 6. Khèi l­îng cña s¾t vµ ®ång + ThÓ tÝch cña trô VT = 3QT.h = 3.81,89 .30 = 7370,1 cm2 = 7,37 dm2 + ThÓ tÝch cña g«ng Vg = 2.Qbg.L = 2.107,1.64,352 = 13784,2 cm3 » 13,78 dm3 + Khèi l­îng cña trô MT = VT .mFe = 7,37 .7,85 = 57,85 (kg) + Khèi l­îng g«ng. Mg = Vg.mFe = 13,78 .7,85 = 108,2 Kg + Khèi l­îng cña s¾t MFe = MT + Mg = 57,85 + 108,2 = 166,05 (kg) + ThÓ tÝch cña ®ång MCu = 3.(S1l1 + S2l2) = = 3 (13,301 .10-4.53,19.10 +148,5.10-4 .22,78.10) = 12,35 (dm3) + Khèi l­îng cña ®ång VCu = Vcu,ncu = 12,35.8,9 = 109,92 (kg) 7. C¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p + §iÖn trë trong cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750 R1 = Trong ®ã = 0,02133 Wmm2/m + §iÖn trë cuén thø cÊp MBA ë 750C R2 = + §iÖn trë m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp RBA = R2 +R1 = 0,0385 (W) + Sôt ¸p trªn ®iÖn trë MBA DUr = RBA . Id = 0,00385.500=1,925 (V) + §iÖn kh¸ng m¸ybiÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp + §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp: XBA = 8p2 .(W2)2. = 8p2 .(15)2. = 8.3,142.225.0,806.368,22.10-7 = 0,53 (W) + §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p quy ®æi vÒ thø cÊp LBA = H) = 1,70 (mH) + Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p Rdt = + Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p + §iÖn ¸p trªn ®éng c¬ khi gãc më amin = 100 Ud = Ud0.cos amin – 2 DUv - DUBA Þ Ud0 = = Þ U = 594,29 cos a min – 2.1,3 - 253,18 = 326,63 (V) + Tæng trë ng¾n m¹ch quy ®æi vÒ thø cÊp ZBA = + Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p DPn = 3.RBA.I22 = 3.0,00385.408222222 2 = 1922,66 (W) DPn% = + Tæn hao kh«ng t¶i cã kÓ ®Õn tæn hao phô P0 = 1,3nf (MTB2T + Mg.B2g) = 1,3.1,15 (57,85.1,172 + 108,2.0,942) = 261,3 (W) DP%= + §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông Unr = + §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng Unx = + §iÖn ¸p ng¾n m¹ch % Un = + Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp I2nm = + Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi cùc ®¹i Imax = Trong ®ã Unv = Kdtu. Unmax víi hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p K®tu = 1,9 Þ Unv = 1,9.76,91 = 146,129 Þ Imax = + HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh l­u h = + KiÓm tra m¸y biÕn ¸p thiÕt kÕ cã ®ñ ®iÖn kh¸ng h¹n chÕ tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch. - Gi¶ sö chuyÓn m¹ch tõ T1 vµ T3 ta cã ph­¬ng tr×nh 2LBA.= U23-U2a= U2sin (q - a) VËy m¸y biÕn ¸p sö dông tèt. Ch­¬ng IV ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn IV.1. Nguyªn t¾c x©y dùng m¹ch ®iÒu khiÓn. IV.1.1. Nguyªn lý thiÕt kÕ. - M¹ch ®iÒu khiÓn lµ mét kh©u rÊt quan träng trong bé biÕn ®æi thyristor v× nã ®ãng vai trß quan träng trong viÖc quyÕt ®Þnh chÊt l­îng vµ ®é tin cËy. NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ t¹o xung vµo ë thêi ®iÓm mong muèn ®Ó më th«ng c¸c thyristor cña Bé chØnh l­u. Thyristor chØ më cho dßng ®iÖn ®i qua khi cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn anèt vµ xung ¸p d­¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn. Sau khi Thyristor më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cÇn t¸c dông, dßng ®iÖn ch¹y qua Thyristor do th«ng sè cña m¹ch quyÕt ®Þnh. - C¸c m¹ch ®iÒu khiÓn Thyristor ®Òu dùa theo nguyªn lý thay ®æi gãc më a ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ cña xung trong nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Thyristor vµ theo ®ã ta cã nguyªn lý th¼ng ®øng arccos vµ nguyªn lý th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. - Nguyªn lý th¼ng ®øng arccos lµ ph­¬ng ph¸p t¹o gãc a theo nguyªn t¾c sau: T¹o ®iÖn ¸p tùa lµ ®iÖn ¸p cosin v­ît tr­íc ®iÖn ¸p anèt cña Thyristor mét gãc a. Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ gãc a phô thuéc vµo d¹ng ¸p vµ tÇn sè l­íi, do ®ã ®é chÝnh x¸c cña gãc ®iÒu khiÓn kh«ng cao nªn Ýt ®­îc dïng. - Nguyªn lý th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh: theo nguyªn t¾c nµy ®iÖn ¸p tùa cã d¹ng r¨ng c­a (Urrc) ®ång bé víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn anèt – catèt Thyristor dïng ®iÖn ¸p mét chiÒu (U®k) so s¸nh víi ®iÖn ¸p tùa t¹i thêi ®iÓm ®iÖn ¸p tùa b»ng ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn trong vïng ®iÖn ¸p d­¬ng anèt th× ph¸t xung ®iÒu khiÓn Thyristor ®­îc më tõ thêi ®iÓm cã xung ®iÒu khiÓn ®Õn khi dßng b»ng kh«ng. Ph­¬ng ph¸p nµy dïng nhiÒu nhÊt v× ®é chÝnh x¸c cña nã cao vµ kho¶ng ®iÒu khiÓn réng. IV.1.2. Mét sè yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn. 1. §¶m b¶o ph¸t xung víi ®ñ c¸c yªu cÇu ®Ó më van: - §ñ biªn ®é Ux - §ñ ®é réng tx - S­ên xung ng¾n (ts =0,5 ¸ 1ms) H×nh IV.1. C¸c th«ng sè liªn quan ®Õn h×nh d¹ng xung 2. §¶m b¶o tÝnh ®èi xøng víi c¸c kªnh ®iÒu khiÓn. §èi víi s¬ ®å ®iÒu khiÓn c¸c Thyristor trong s¬ ®å chØnh l­u nhiÒu pha, ®é lÖch cho phÐp c¸c xung ®iÒu khiÓn ë c¸c kªnh kh¸c nhau ph¶i ë trong ph¹m vi tõ 10 ¸ 30 øng víi cïng mét gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. H×nh IV.2. §é lÖch pha cña tÝn hiÖu ®èi víi s¬ ®å chØnh l­u 3. §¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc: VÝ dô ®èi víi biÕn ¸p xung, th­êng ®­îc sö dông nh­ mét kh©u truyÒn xung cuèi cïng ë tÇng khuyÕch ®¹i xung, ®iÒn ¸p chÞu ®ùng gi÷a s¬ cÊp vµ thø cÊp ph¶i ®¹t ®­îc 1500 ¸ 200V khi s¬ ®å lµm viÖc víi ®iÖn ¸p l­íi 3.380VAC. H×nh IV.3. C¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn dïng biÕn ¸p xung 4. §¶m b¶o ®óng quy luËt thay ®æi vÒ pha cña xung ®iÒu khiÓn. §©y lµ yªu cÇu ®Ó ®¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh cña gãc ®iÒu khiÓn a. VÝ dô ®èi víi chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn hoÆc c¸c s¬ ®å biÕn ®æi xung ¸p xoay chiÒu. Th«ng th­êng ®èi víi chØnh l­u ®iÒu khiÓn gãc ®iÒu khiÓn a ph¶i thay ®æi ®­îc trong ph¹m vi 100 ¸1700. 5. Cã thÓ h¹n chÕ ®­îc ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc a, kh«ng phô thuéc sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p l­íi. 6. Kh«ng g©y nhiÔu ®èi víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®iÖn tö kh¸c ë xung quanh. 7. Cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ qu¸ ¸p, qu¸ dßng, mÊt pha…vµ b¸o hiÖu khi cã sù cè. IV.1.3. S¬ ®å cÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn. - HÖ thèng ®iÒu khiÓn c¸c bé chØnh l­u ph¶i t¹o ra c¸c xung ®iÒu khiÓn cÊp cho c¸c Thyristor trong m¹ch lùc. C¸c xung ®iÒu khiÓn ph¶i ®¶m b¶o ®­îc ph¹m vi ®iÒu chØnh cña gãc a. Th«ng th­êng gãc a thay ®æi trong ph¹m vi tõ 00 ®Õn 1800. NÕu tÝnh c¸c kh¶ n¨ng vÒ h¹n chÕ gãc a th× ph¹m vi thay ®æi lµ tõ amin ®Õn amax. Trong ®ã amin = 100 ¸ 150, amax = 1600 ¸ 1700. - Gãc a ®­îc tÝnh tõ ®iÓm chuyÓn m¹ch tù nhiªn. V× vËy trong s¬ ®å cÊu tróc chøc n¨ng ®Çu tiªn lµ kh©u ®ång pha víi nhiÖm vô t¹o ra ®iÖn ¸p tùa ®ång bé víi ®iÖn ¸p l­íi, nghÜa lµ cho phÐp x¸c ®Þnh gi¸ trÞ ®Çu cña gãc ®iÒu khiÓn a h«ng th­êng ®iÖn ¸p tùa cã d¹ng r¨ng c­a. H×nh IV.4. §iÖn ¸p tùa r¨ng c­a HoÆc mét phÇn cña dßng h×nh sin ®­îc dÞch pha ®i 900 gäi lµ d¹ng cosin. H×nh IV.5. §iÖn ¸p tùa cosin - TiÕp theo trong s¬ ®å cÊu tróc lµ kh©u so s¸nh, t¹i ®ã ®iÖn ¸p tùa so s¸nh víi ®iÖn ¸p U®k ®Ó x¸c ®Þnh gãc a. - Ta biÕt trong chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn th×: U®a = Udo . cosa VËy ®iÖn ¸p tùa r¨ng c­a ta cã: Uda = Udo cos[p(1 – U®k/Utùa max)] Hay nãi c¸ch kh¸c Uda phô thuéc kh«ng tuyÕn tÝnh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ®©y lµ mét ­u ®iÓm cña d¹ng ®iÖn ¸p tù nµy. Tuy nhiªn ®iÖn ¸p tùa d¹ng cosin cã nh­îc ®iÓm lµ phô thuéc vµo ®iÖn ¸p l­íi vµ dÔ bÞ nhiÔu theo ®­êng nguån do ®ã trong thùc tÕ ng­êi ta chØ sö dông ®iÖn ¸p tùa d¹ng r¨ng c­a lµ ®óng. Víi thêi ®iÓm x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn a tõ kh©u so s¸nh kh©u t¹o xung vµ kh©u khuyÕch ®¹i ®ñ c«ng suÊt ®Ó ®­a ®Õn ®iÒu khiÓn c¸c Thyristor trong m¹ch lùc. Xung ®iÒu khiÓn ®­îc truyÒn ®Õn cùc ®iÒu khiÓn cña Thyristor th«ng th­êng th«ng qua biÕn ¸p xung hoÆc c¸c phÇn tö photocaupler ®Ó c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc. H×nh IV.6. S¬ ®å cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn 1. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch ®iÒu khiÓn. H×nh (a) thÓ hiÖn hÖ thèng ®iÒu khiÓn bao gåm 3 kªnh mçi kªnh sÏ chÞu tr¸ch nhiÖm ®iÒu khiÓn 2 thyristor. §iÖn ¸p ®ång pha lÊy tõ thø cÊp m¸y biÕn ¸p qua mét m¹ch läc Rc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña K§TT U1A. U1A lµm viÖc trong chÕ ®é so s¸nh nªn ®Çu ra sÏ cho ra ®iÖn ¸p d¹ng xung ch÷ nhËt ®èi xøng. §iÖn ¸p d¹ng xung ch÷ nhËt ®­a ®Õn m¹ch vi ph©n gåm K2, C2 t¹o nªn d¹ng xung nhän víi biªn ®é b»ng 2 lÇn biªn ®é xung ch÷ nhËt. Xung vi ph©n ®­îc ®­a ®Õn K§TT U1B. §Çu vµo (-) cña U1B ®­îc ®Æt d­íi ®iÖn ¸p ©m do ph©n ¸p R6, R7 t¹o nªn. Nh­ vËy th× ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm C b»ng 0V ®ièt D1, D2 th«ng lµm ®Çu vµo (-) cña KDTT ©m h¬n ®Çu vµo (+) nªn ®Çu ra K§TT sÏ b·o hoµ ë gÇn d­¬ng nguån. Khi ®iÖn C cã xung nhän ©m, D1 bÞ kho¸, D2 th«ng dÉn ®Õn ®Çu vµo (+) sÏ bÞ ©m h¬n ®Çu vµo (-). KÕt qu¶ ®Çu ra còng bÞ lËt xuèng gÇn ©m nguån. Nh­ vËy ®Çu ra t¹i ®iÓm D cã d¹ng xung víi phÇn ©m r¸t hÑp. §©y lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cho m¹ch t¹o xung r¨ng c­a trªn K§TT U1C. M¹ch t¹o r¨ng c­a trªn U1C lµm viÖc theo nguyªn lý ®­îc m« t¶ ë cöa trªn U1C lµm viÖc theo nguyªn lý ®­îc m« t¶ ë phÇn c¸c phÇn tö c¬ b¶n ®­îc sö dông trong m¹ch ®iÒu khiÓn. Kh©u so s¸nh trªn U – D so s¸nh U®k víi ®iÖn ¸p r¨ng c­a x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn. TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn tõ ®Çu ra cña U1D ®­îc c¾t bá phÇn ©m nhê m¹ch cã ®iÖn trë h¹n chÕ vµ ®ièt D5 ®­îc ®­a ®Õn m¹ch chia xung dïng JK trig¬ U2A t¹o nªn xung ®iÒu khiÓn cã ®é réng 1800 cho mçi nöa chu kú. TiÕp theo xung cã ®é réng 1800 ®­îc b¨m nhá víi xung tÇn sè cao t¹o nªn bëi m¸y ph¸t xung vu«ng dïng m¹ch NAND. Smith D4A b¨ng hai JK trg¬ D3A, D3B. Xung ch×m ®­îc ®­a ®Õn m¹ch khuyÕch ®¹i xung dïng transitor T1, T2 vµ biÕn ¸p xung t¹o nªn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­a ®Õn cùc ®iÒu khiÓn cña thyristor. D¹ng c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­îc m« t¶ trªn ®©y ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh (b). §ång pha B §ång pha C §ång pha A - Do chØnh l­u lµ 3 pha nªn. M¸y biÕn ¸p ®ång pha bªn thø cÊp gåm 2 qu©n mét quËn ®ång pha vµ cuén t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. S¬ ®å nèi d©y nh­ h×nh vÏ. - Ta cÇn t¹o nguån ®iÖn ¸p 12V ®Ó cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é. - Ta chän m¹ch chØnh l­u cÇn 3 pha dïng ®ièt. - Hai vi m¹ch 7812 vµ 7912 dïng ®Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i. C¸c th«ng sè cña vi m¹ch nµy cã: UV = 7 ¸ 35V (®iÖn ¸p ®Çu vµo) Ura = 12 V víi IC 7812 Dßng ®iÖn = -12 víi IC 7912 Dßng ®iÖn ®Çu ra : Ir = 0 ¸ 1A - C¸c tô ®iÖn: C1, C2 dïng ®Ó läc thµnh phÇn sãng hai bËc cao, chän C1 = C2 = C3 = C4 = C5 = C6; U = 35 V - BiÕn ¸p ®ång pha ë quËn ®ång pha A, K, C chän = 6V ë quËn t¹o ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn chän 18V ®Ó cã ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn lµ + 24V. IV.2. C¸c kh©u trong m¹ch ®iÒu khiÓn. IV.2.1. Kh©u ®ång pha. NhiÖm vô cña kh©u ®ång pha lµ t¹o ®iÖn ¸p tùa cã d¹ng r¨ng c­a tuyÕn tÝnh ®ång pha víi ®iÖn ¸p anèt cña Thyristor. §Çu vµo lµ tÝn hiÖu xoay chiÒu biªn ®é nhá lÊy tõ biÕn ¸p ®Çu ra lµ tÝn hiÖu xung vu«ng ®ång pha víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p l­íi ®­a vµo kh©u t¹o ®iÖn ¸p tùa Ure. H×nh IV.7. S¬ ®å cÊu tróc kh©u ®ång pha H×nh IV.8. D¹ng xung §iÖn ¸p ®ång pha lÊy tõ thø cÊp m¸y biÕn ¸p qua m¹ch läc RC ®­a ®Õn ®Çu vµo cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) U1A . U1A lµm viÖc trong chÕ ®é so s¸nh nªn ®Çu ra sÏ cho ®iÖn ¸p d¹ng xung ch÷ nhËt ®èi xøng. IV.2.2. Kh©u t¹o xung r¨ng c­a. H×nh IV.9. S¬ ®å cÊu tróc kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng c­a Urc lµ ®iÖn ¸p ®Ó so s¸nh víi U®k, ®iÓm c©n b»ng lµ thêi ®iÓm ph¸t xung. H×nh d¹ng cña Urc phô thuéc vµo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn. ë ®©y ta chän nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. §iÖn ¸p Urc lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a ®ång pha víi ®iÖn ¸p l­íi. Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p ®Ó t¹o ra Urc + S¬ ®å dïng ®ièt vµ tô ®iÖn + S¬ ®å dïng Transitor + S¬ ®å dïng vi m¹ch ë ®©y ta dïng chän s¬ ®å dïng ®ièt vµ tô ®iÖn. IV.2.3. Kh©u so s¸nh. H×nh IV.10. S¬ ®å cÊu tróc kh©u so s¸nh H×nh IV. 11 D¹ng xung NhiÖm vô cña kh©u so s¸nh lµ nhËn tÝn hiÖu ®iÖn ¸p tùa vµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn so s¸nh gi÷a 2 ®iÖn ¸p nµy, t×m thêi ®iÓm 2 ®iÖn ¸p b»ng nhau th× t¹i thêi ®iÓm ®ã ph¸t xung ë ®Çu ra ®Ó göi sang tÇng khuÕch ®¹i. §Ó x¸c ®Þnh thêi ®iÓm më Thyristor ta ph¶i so s¸nh hai tÝn hiÖu Urc vµ U®k sö dông khuÕch ®¹i thuËt to¸n ë s¬ ®å v× vËy c¸c m¹ch so s¸nh dïng khuyÕch ®¹i thuËt to¸n sÏ t¨ng ®é nh¹y, ®Çu vµo cña thuËt to¸n ®Òu lµ c¸c tæ hîp transitor silic nÕu cã nh÷ng khëi ®éng bÐ, sù b«i ®iÓm kh«ng bÐ. H¬n n÷a khuyÕch ®¹i thuËt to¸n cã hÖ sè khuÕch ®¹i v« cïng lín nªn chØ cÇn 1 tÝn hiÖu cì nhá mV ë ®Çu vµo th× ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i. IV.2.4. Kh©u khuyÕch ®¹i xung. M¹ch khuyÕch ®¹i xung (K§X) lµ kh©u cuèi cïng, quan träng trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn. KH©u K§X cã nhiÖm vô khuyÕch ®¹i tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®­a ®Õn ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn c«ng suÊt ®¶m b¶o c¸c tham sè c¬ b¶n nh­ biªn ®é, ®é réng vµ c«ng suÊt. Mét trong nh÷ng nhiÖm vô c¬ b¶n cña K§X lµ c¸ch ly gi÷a hÔ thèng ®iÒu khiÓn vµ m¹ch ®éng lùc. Ta cã thÓ dïng biÕn ¸p xung (BAX) hoÆc c¸c phÇn tö photocanpher (FT) ®Ó truyÒn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Õn cùc ®iÒu khiÓn cña mét thyristor vµ ë m¹ch ®iÒu khiÓn nµy ta sö dông BAX. H×nh IV.12. - S¬ ®å gÇn mét transitor T ®­îc ®iÒu khiÓn bëi mét xung cã ®é réng tx khi T më b·o hoµ gÇn nh­ toµn bé ®iÖn ¸p nguån Un ®­îc ®Æt bªn cuén s¬ cÊp cña BAX. §iÖn ¸p c¶m øng bªn phÝa thø cÊp cã cùc tÝnh t­¬ng øng më ®ièt D7, ®­a dßng ®iÒu khiÓn vµ gi÷a cùc ®iÒu khiÓn vµ cotèt cña thyristor V. §ièt D8 cã t¸c dông lµm gi¶m ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn gi÷a catèt. Vµ cùc ®iÒu khiÓn cña thyritor V khi ®iÖn ¸p catèt d­¬ng h¬n ®iÖn ¸p anèt. §iÒu nµy ®¶m b¶o an toµn cho tiÕp gi¸p G – K cña thyristor V ë chÕ ®é kho¸. - §iÖn trë R m¾c nèi tiÕp gi÷a nguån vµ BAX cã t¸c dông h¹n chÕ dßng ion ho¸ BAX. §iÖn trë R ®­îc tÝnh ®Ó ®¶m b¶o dßng qua trasitor T kh«ng bao giê v­ît qu¸ dßng ccollector lín nhÊt cho phÐp. * Chän IC trong c¸c kh©u ®iÒu khiÓn - Mçi kªnh ®iÒu khiÓn dïng 4 khuÕch ®¹i thô©t to¸n do ®ã ta ph¶i chän 6IC lo¹i TL 804 do h·ng Texas. Instruments chÕ t¹o, c¸c IC nµy cã khuÕch ®¹i thô©t to¸n. - Th«ng sè cña TL 804 §iÖn ¸p nguån nu«i: Vcc = ± 18V, chän Vcc= ± 12V HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a 2 ®Çu vµo: ± 30V NhiÖt ®é lµm viÖc: T = = -25 ¸ 85 0C C«ng suÊt tiªu thô : P = 680mW = 0,68W Tæng trë ®Çu vµo : Ira = 30pA Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p cho phÐp : H×nh 28 S¬ ®å ch©n IC TL 804 - M¹ch t¹o chïm xung cã tÇn sè f = = 3 KHz hay chu kú cña xung chïm: T = = 334 ms Ta cã: T = 2R8.C2.Pn VËy R8.C2 = 151,8 ms Chän tô C2 = 0,1 ms cã ®iÖn ¸p U = 16V Þ R8 = 1,518 W - §Ó thuËn tiÖn cho viÖc ®iÒu chØnh khi l¾p m¹ch ta chän R8 lµ biÕn trë 2 KW. * C§ tÝnh to¸n IC CD 4027 - §iÖn ¸p nguån nu«i: 3 ¸ 18V - §iÖn ¸p ®Çu vµo: – 0,5 ¸ + 0,5V - Dßng ®iÖn ®Çu vµo : ± 10mA - C«ng suÊt : P = 100mW = 0,1 W - S¬ ®å * TÝnh chän th«ng sè IC CD 4093 - §iÖn ¸p nguån nu«i: 3 ¸ 15V - §iÖn ¸p ®Çu vµo: – 0,5 ¸ + 0,5V - NhiÖt ®é lµm viÖc TA = - 400C ¸ 850C - NhiÖt ®é lµm viÖc Ts = - 650C ¸ 1500C - Dßng ®iÖn ®Çu vµo : -1 ¸ 10mA IV.3. M¹ch ®iÒu chØnh dßng ®iÖn t¹o ®Æc tÝnh m¸y hµn. H×nh IV.13. §Æc tÝnh h¹n chÕ dßng ®iÖn Víi Ud2 = Udocosa - DUV – (R + K8 . Xn) Id Id®m = 500 A §Ó ®¶m b¶o dßng Id chØ trong giíi h¹n Id < Id ®m th× ta dïng m¹ch ®o dßng Id b»ng .h¹n chÕ dßng cã ng¾t b»ng m¹ch vßng dßng ®iÖn. H×nh IV.14. T¹o nguån dßng b»ng m¹ch vßng dßng ®iÖn. Dßng ®iÖn ra phô thuéc vµo phô t¶i, trong m¸y hµn cã thÓ x¶y ra chÕ ®é ng¾n m¹ch dµi h¹n nh­ khi måi hå quang, khi que hµn bÞ chËp ch¸y nªn ta sö dông bé t¹o nguån dßng ®Ó ®o dßng Id b»ng c¸ch ®­a dßng Id vµo. - Khi Id > Id®Æt th× R1 sÏ ®­a tÝn hiÖu ®Õn kh©u ®iÒu khiÓn. Tõ kh©u ®iÒu khiÓn sÏ nhËn tÝn hiÖu vµ lµm nhiÖm vô ®iÒu chØnh dßng cho æn ®Þnh. - NÕu ®o ®­îc Id®o > Id®Æt th× gãc ®iÒu khiÓn a sÏ t¨ng dÇn ®Õn Uda gi¶m lµm cho Id®0 gi¶m. - Cßn Id®o < Id®Æt th× kh«ng cÇn ph¶i ®iÒu chØnh Id - §Ó ®o ®­îc Id ta cã 2 c¸ch: + §o Id dïng ®iÖn trë Shunt + §o I® qua dßng xoay chiÒu dïng biÕn tÇn I2 » Id. a. §o dßng Id dïng ®iÖn trë Shunt (Rseh): H×nh IV.15. b. §o dßng Id qua dßng xoay chiÒu dïng biÕn dßng H×nh IV .16. - Do I2 » I1 nªn khi cho I2 qua bé biÕn dßng th× ta nhËn ®­îc ®iÖn ¸p t­¬ng øng ë c¸c ®iÓm a, b, c. - Trong s¬ ®å th× ta sö dông 2 s¬ ®å cÇu 3 pha ®Ó lµm chØnh l­u. - T¹i c¸c ®iÓm a, b, c lµ c¸c ®iÖn ¸p xoay chiÒu nªn ta dïng mét chØnh l­u ®Ó ®­a ®iÖn ¸p xoay chiÒu trë vÒ 1 chiÒu. - Tõ C cã nhiÖm vô lµm b»ng ph¼ng ®iÖn ¸p khi ®iÖn ¸p UId kh«ng b»ng ph¼ng. * Bé h¹n chÕ dßng H×nh IV.17. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch h¹n chÕ dßng - Khi ®iÖn ¸p vµo UId cã gi¸ trÞ tuyÖt ®èi nhá h¬n gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña UI®Æt th× ®Çu ra cña khuyÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) A1 cã xu h­íng ©m dÉn ®Õn ®ièt D1 th«ng vµ Uss bÞ cè ®Þnh ë møc 0. Lµm ®Çu vµo (-) cña bé K§TT A2 ©m h¬n ®Çu (+) nªn ®Çu ra K§TT A2 sÏ b·o hoµ ë gÇn d­¬ng nguån Þ U®k (+). - Khi ®iÖn ¸p vµo UId cã gi¸ trÞ tuyÖt ®èi lín h¬n gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña UI®Æt th× Uss cã xu h­íng d­¬ng lªn. NÕu R3 cã gi¸ trÞ ®ñ lín th× D2 th«ng vµ cè ®Þnh U=ss ë møc + Ub·o hoµ. Vµ ®iÖn ¸p Uss cã gi¸ trÞ b»ng hiÖu gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña UId vµ UI®Æt. §ång thêi ta t¨ng gi¸ trÞ R5 lªn gi¸ trÞ (-) lín nhÊt nh­ vËy vµo (-) cña K§TT vÉn ©m h¬n ®Çu vµo (+) nªn ta vÉn thu ®­îc U®k lµ d­¬ng.  PhÇn kÕt luËn Qua qu¸ tr×nh thùc tËp lµm ®Ò tµi thiÕt kÕ tèt nghiÖp “ThiÕt kÕ nguån hµn hå quang 1 chiÒu Thyristor 500A”. §· gióp em cñng cè ®­îc nhiÒu kiÕn thøc ®· häc trong nhµ tr­êng. §Æc biÖt lµ nhê sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o TrÇn Träng Minh vµ c¸c thÇy c« trong Bé m«n tù ®éng ho¸ cïng víi sù næ lùc cña b¶n th©n em ®· hoµn thµnh ®­îc b¶n thiÕt kÕ tèt nghiÖp nµy. Qua ®Ò tµi nµy ®· gióp em hiÓu râ h¬n c¸c kh¸i niÖm vµ kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn cho chØnh l­u Thyristor. Qua ®©y em còng thÊy râ h¬n vai trß quan träng cña lý thuyÕt vµ thùc tiÔn tíi ®Ò tµi mµ em ®· thùc hiÖn lµ vËn dông nh÷ng kiÕn thøc ®· häc ®Ó t×m hiÓu vµ ph©n tÝch hiÓu râ môc ®Ých yªu cÇu thùc tiÔn ®Ó c¶i tiÕn thiÕt kÕ phï hîp víi yªu cÇu c«ng nghÖ. Do thêi gian cã h¹n nªn ®å ¸n cßn nhiÒu thiÕu sãt, em rÊt mong thÇy c« trong héi ®ång cïng gãp ý chØ b¶o thªm ®Ó ®å ¸n cña em ®­îc hoµn thiÖn h¬n. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Hµ Néi, ngµy…th¸ng…n¨m Sinh viªn