Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án này trình bày các hướng dẫn Thiết kế một thiết bị điện tử công suất( chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do). Thiết bị được hướng dẫn theo nguyên tắc thiết kế thành thiết bị hoàn chỉnh từ mạch động lực tới mạch điều khiển. CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC3 1.1. Đặt vấn đề3 1.2. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha có diode đệm (D0).3 1.2.1. Sơ đồ nguyên lý.3 1.2.2. Giản đồ dòng điện, điện áp của các phần tử .4 1.2.3. Các biểu thức tính toán cơ bản:4 1.3. Thiết kế sơ đồ mạch động lực.5 1.3.1. Giới thiệu sơ đồ5 1.3.2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ.5 1.3.3. Các biểu thức cơ bản6 CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN9 2.1 Đặt vấn đề9 2.2. Mạch điều khiển bộ chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang9 2.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý cho các khối.13 2.3.1. Khối đồng bộ hóa.13 2.3.2. Khối so sánh.13 2.3.3. Khối tạo xung.14 2.3.4. Khối phản hồi15 2.4 Mạch Điều Khiển15 CHƯƠNG 3. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ17 3.1 Ý nghĩa của việc tính chọn linh kiện – thiết bị.17 3.2. Tính chọn thiết bị mạch động lực.17 3.2.1. Tính chọn các van chỉnh lưu.17 3.2.2. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu.19 3.2.4. Tính chọn thiết bị bảo vệ sự cố.26 1. Tính chọn aptômat.26 2. Tính chọn R – C bảo vệ quá áp cho thyristor trong mạch động lực.26 3.2.5. Tính chọn diode D027 3.3. Tính chọn các thiết bị cơ bản mạch điều khiển.28 3.3.1. Tính toán máy biến áp xung (BAX):28 3.3.2. Tính chọn tranzitor cho tầng khuếch đại cuối cùng.28 3.3.3. Tính chọn khuếch đại thuật toán.29 3.3.4. Chọn điôt dùng trong mạch điều khiển.29 3.3.5. Chọn tranzitor cho tầng khuếch đại trung gian.29 Chương 4 Mô Phỏng30 4.1. Sơ đồ mạch 1 kênh điều khiển30 4.2. Kết quả mô phỏng30 LỜI NÓI ĐẦU Vài năm trở lại đây kĩ thuật điện tử và bán dẫn công suất phát triển mạnh mẽ. Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm: có khả năng điều khiển,có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độ tin cậy và chính xác cao… Ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lượng là điều khiển điện áp và dòng điện xoay chiều thành một chiều và ngược chiều ngày càng sâu rộng. Việc nghiên cứu một cách tỷ mỷ về lĩnh vực điện tử công suất là việc cần thiết đối với sinh viên và cán bộ kỹ thuật điện. Khi chế tạo các thiết bị điện tử công suất đòi hỏi những kiến thức không chỉ mạch động lực, mà những kiến thức về mạch điều khiển và tính chọn các thiết bị thế nào cho hợp lý là rất cần thiết. Đồ án này trình bày các hướng dẫn Thiết kế một thiết bị điện tử công suất( chỉnh lưu thyristor tia 3 pha có Do). Thiết bị được hướng dẫn theo nguyên tắc thiết kế thành thiết bị hoàn chỉnh từ mạch động lực tới mạch điều khiển.
1 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do ω Mục Lục Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do LỜI NÓI ĐẦU Vài năm trở lại kĩ thuật điện tử bán dẫn công suất phát triển mạnh mẽ Các thiết bị điện tử cơng suất có nhiều ưu điểm: có khả điều khiển,có tiêu kinh tế cao, kích thước trọng lượng thấp, độ tin cậy xác cao… Ứng dụng chúng vào việc biến đổi lượng điều khiển điện áp dòng điện xoay chiều thành chiều ngược chiều ngày sâu rộng Việc nghiên cứu cách tỷ mỷ lĩnh vực điện tử công suất việc cần thiết sinh viên cán kỹ thuật điện Khi chế tạo thiết bị điện tử cơng suất địi hỏi kiến thức khơng mạch động lực, mà kiến thức mạch điều khiển tính chọn thiết bị cho hợp lý cần thiết Đồ án trình bày hướng dẫn Thiết kế thiết bị điện tử công suất( chỉnh lưu thyristor tia pha có Do) Thiết bị hướng dẫn theo nguyên tắc thiết kế thành thiết bị hoàn chỉnh từ mạch động lực tới mạch điều khiển Đồ án gồm chương: Chương 1: Thiết kế sơ đồ mạch động lực Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển Chương 3: Tính chọn thiết bị Chương 4: Mô Sau đồ án môn học em 2 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do CHƯƠNG THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 1.1 Đặt vấn đề Trong kỹ thuật điện nhiều trường hợp yêu cầu biến đổi nguồn điện áp xoay chiều thành nguồn điện áp chiều điều chỉnh điện áp chiều đầu Để thực việc người ta có nhiều cách khác nhau, ví dụ dùng tổ hợp động - máy phát, dùng chỉnh lưu phổ biến có hiệu suất cao sử dụng sơ đồ chỉnh lưu phần tử bán dẫn Các sơ đồ chỉnh lưu (bộ biến đổi xoay chiều – chiều) biến đổi ứng dụng tính chất dẫn dịng chiều phần tử điện tử bán dẫn để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều cách trực tiếp Hiện phần tử điện tử không dùng sơ đồ chỉnh lưu có kích thước lớn, hiệu suất thấp Các phần tử chủ yếu sử dụng thyristor điôt bán dẫn Các sơ đồ chỉnh lưu có nhiều dạng khác ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ để điều chỉnh tốc độ động chiều, cung cấp điện áp chiều cho thiết bị mạ điện, điện phân, cung cấp điện áp chiều cho thiết bị điều khiển, đèn phát trung tâm cao tần… Các sơ đồ chỉnh lưu dùng từ công suất nhỏ đến công suất lớn 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha có diode đệm (D0) 1.2.1 Sơ đồ nguyên lý Đây sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu hình tia pha khơng có diode khơng Trong sơ đồ này: - BA máy biến áp pha dùng để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu - Các thyristor T1, T2, T3 dùng để biến điện áp xoay chiều pha bên thứ cấp máy biến áp BA ua, ub, uc thành điện áp chiều tải ud - Rd, Ld, Ed phần tử phụ tải chỉnh lưu - iA, iB, iC dòng pha cuộn dây sơ cấp BA - ia, ib, ic dòng pha cuộn dây thứ cấp BA 3 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do - iT1, iT2, iT3 dịng van chỉnh lưu - id dòng điện chỉnh lưu 1.2.2 Giản đồ dòng điện, điện áp phần tử Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha ứng với trường hợp tải Ld = ∞ 1.2.3 Các biểu thức tính tốn bản: 4 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do 1.3 Thiết kế sơ đồ mạch động lực 1.3.1 Giới thiệu sơ đồ Trong sơ đồ này: - BA máy biến áp cung cấp, với sơ đồ tia ba pha dùng máy biến áp ba pha - Các van điều khiển T1, T2, T3 dùng để biến điện áp xoay chiều thành chiều Ba van mắc katôt chung - Ed, Ld, Rd phần tử phụ tải - u1, u2 điên áp cuộn dây sơ cấp (điện áp lưới) điện áp cuộn thư cấp - i1, i2 dòng điên cuộn dây sơ cấp (dòng điện lưới) dòng điện thứ cấp - Mạch bảo vệ RC - Cuộn kháng CK 1.3.2 Nguyên lý làm việc sơ đồ Ta giả thiết sơ đồ có Ld = ∞, sơ đồ làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét Với sơ đồ này, tuỳ thuộc vào giá trị góc điều khiển α mà xẩy trường hợp: + Khi 300 ≥ α ≥ 00 van D0 khơng làm việc nên hoạt động sơ đồ hoàn toàn giống khơng có D0, lúc biểu thức tính tốn giống khơng có D0: Ud = Udo.cosα + Khi 1500 ≥ α >300 lúc D0 làm việc, làm việc sơ đồ tóm tắt sau: − Từ ωt = ÷ ωt = π/3 van T3 dẫn dịng, ta có: ud = uc; iT1 = 0; iT2 = 0; iT3 = id = Id; iDo = 0; uT1 = uac; uT2 = ubc; uT3 = 0; − Các khoảng: Từ ωt = π/3 ÷ ωt = ν1 = π/6 + α, từ ωt = π ÷ ωt = ν2, từ ωt = 5π/3 ÷ ωt = ν3, từ ωt = 7π/3 ÷ ωt = ν4 van D0 dẫn dịng: 5 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do ud = 0; iT1 = 0; iT2 = 0; iT3 = 0; iDo = id = Id; uT1 = ua; uT2 = ub; uT3 = uc; − Từ ωt = ν1 = π/6 + α ÷ ωt = π van T1 dẫn dòng: ud = ua; iT1 = id = Id; iT2 = 0; iT3 = 0; iDo = 0; uT1 = 0; uT2 = uba; uT3 = uca; − Từ ωt = ν2 ÷ ωt = 5π/3 van T2 dẫn dòng: ud = ub; iT1 = 0; iT2 = id = Id; iT3 = 0; iDo = 0; uT1 = uab; uT2 = 0; uT3 = ucb; − Từ ωt = ν3 ÷ ωt = 7π/3 van T3 dẫn dịng: ud = uc; iT1 = 0; iT2 = 0; iT3 = id = Id; iDo = 0; uT1 = uac; uT2 = ubc; uT3 = 0; − Từ ωt = ν4 van T1 lại dẫn dịng,sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống từ ωt = ν1 1.3.3 Các biểu thức 6 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do d Giản đồ điện áp mạch động lực 7 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do 8 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Đặt vấn đề Ở chương trước nghiên cứu hoạt động sơ đồ mạch động lực biến đổi có điều khiển dùng thyristor Để van chỉnh lưu mở thời điểm mong muốn ngồi điều kiện thời điểm ta phải có điện áp thuận đặt lên A, K điện cực điều khiển (tín hiệu điều khiển) Để có tín hiệu điều khiển xuất theo yêu cầu mở van nêu, người ta sử dụng mạch điện tạo tín hiệu gọi mạch điều khiển hay hệ thống điều khiển chỉnh lưu Điện áp điều khiển thyristor phải đáp ứng yêu cầu cần thiết công suất, thời gian tồn Do đặc điểm thyristor van mở việc cịn tín hiệu điều khiển hay khơng điều khiển ảnh hưởng đến dịng qua van, để hạn chế cơng suất mạch phát tín hiệu người ta thường tạo tín hiệu điều khiển thyristor có dạng xung, mạch điều khiển gọi mạch phát xung điều khiển Các hệ thống phát xung điều khiển chỉnh lưu sử dụng phân làm nhóm: + Nhóm hệ thống điều khiển đồng + Nhóm hệ thống điều khiển khơng đồng Nhóm hệ thống điều khiển đồng sử dụng phổ biến Đây nhóm hệ thống điều khiển mà xung điều khiển xuất điện cực điều khiển thyristor thời điểm cần mở van lặp lặp lại mang tính chất chu kỳ với chu kỳ thường chu kỳ mạch xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu Các hệ thống điều khiển đồng thường sử dụng bao gồm: + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang + Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điôt cực gốc 2.2 Mạch điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang 2.2.1 Nội dung phương pháp: Để tạo xung điều khiển cho van chỉnh lưu trước người ta tạo tín hiệu điều khiển hình sin có tần số tần số xung điều khiển thyristor tức tần số nguồn cung cấp xoay chiều có biên độ khơng đổi Có xung 9 10 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do điều khiển van tạo thời điểm không bắt đầu chuyển sang dương điện áp điều khiển hình sin nêu Việc thay đổi giá trị góc điều khiển thực cách thay đổi góc pha điện áp điều khiển hình sin Như hệ thống điều khiển việc trước tiên ta phải tạo điện áp điều khiển hình sin với biên độ khơng đổi góc pha điều khiển Để thực nhiệm vụ này, người ta sử dụng sơ đồ cầu dịch pha dùng điện trở, tụ điện (cầu R – C) điện trở, điện cảm (cầu R – L) Khi có dạng điện áp điều khiển hình sin nêu việc tạo xung điều khiển cho thyristor thời điểm không bắt đầu chuyển sang dương điện áp hình sin thực nhiều sơ đồ khác nhau, đơn giản dùng điơt, ngồi sử dụng mạch biến đổi tương tự, số vi mạch Sau có xung xuất thời điểm cần thiết tuỳ thuộc vào dạng cơng suất xung có xung yêu cầu cần có mà ta sử dụng mạch xung khuếch đại xung Một hệ thống điều khiển theo pha ngang thường bao gồm khối sau: + Khối 1: Khối đồng hoá + Khối 2: Khối tạo xung + Khối 3: Khối so sánh + Khối 4: Khối phải hồi 2.2.2 Hệ thống điều khiển dùng điơt hai cực gốc (cịn gọi tranzitor tiếp giáp UJT) Nội dung phương pháp điều khiển điôt hai cực gốc Phương pháp tạo xung nhờ việc so sánh điện áp cưa xuất theo chu kỳ nguồn xoay chiều với việc điều chỉnh mở điôt hai cực gốc (tranzito tiếp giáp UJT) Ưu nhược điểm phương pháp: Phương pháp có ưu điểm là: Mạch tương đối đơn giản, xung đủ để mở thyristor có công suất nhỏ Nhược điểm phương pháp là: góc mở có phạm vi điều chỉnh hẹp, ngưỡng mở tranzitor tiếp giáp UJT phụ thuộc vào điện áp lưới mạch thường đưa xung điều khiển gây tổn thất phụ mạch điều khiển 10 10 17 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do CHƯƠNG TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Ý nghĩa việc tính chọn linh kiện – thiết bị Trong kỹ thuật việc tính chọn thiết bị điện có ý nghĩa quan trọng định có đưa hệ thống vào làm việc hay khơng Nếu chọn thiết bị có cơng suất lớn u cầu gây lãng phí thiết kế dẫn đến giá thành cao Còn chọn thiết bị có cơng suất nhỏ u cầu dẫn đến hệ thống ln làm việc tình trạng tải làm giảm tuổi thọ hệ thống phá hỏng hệ thống Việc tính chọn thiết bị thiếu xác hệ thống làm việc chất lượng khơng làm việc Vì vậ tính chọn thiết bị phải đáp ứng yêu cầu sau: Về mặt kỹ thuật: phải đảm bảo yêu cầu công nghệ thông số phù hợp với thiết bị, đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định lâu dài đặc biệt độ tin cậy cao Về mặt kinh tế: thiết bị chọn khoảng thoả mãn yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý cho tiết kiệm 3.2 Tính chọn thiết bị mạch động lực Thơng số tải gồm Ud = 220 v, Id = 20 A qua hai thơng số ta tiến hành tính chọn mạch động lực mạch điều khiển 3.2.1 Tính chọn van chỉnh lưu Điện áp ngược van với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha Điện áp việc van cần có Dịng điện làm việc mà van cần có là: Với : Trong đó: Ulv – điện áp cực đại làm việc (V); Ilv, Ihd – dòng điện làm việc dòng điện hiệu dụng van (A) ; KU – hệ số điện áp sơ đồ; Khd – hệ số dòng điện hiệu dụng; (các hệ số tra bảng 8.1 8.2 “Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất Trần Văn Thịnh) Với thông số làm việc van trên, ta chọn điều kiện làm việc van có cánh tỏa nhiệt với đầy đủ diên tích tỏa nhiệt, khơng quạt đối lưu khơng khí Thơng số cần có van động lực là: 17 17 18 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do ) Vậy ta chọn Ti thyristor 50RIA100 Vishay có thơng sau: Ký hiệu Ungmax (v) Imax (A) IpiKmax (A) (A) (V) (V) Ith (A) Ir (A) dU/dt (V/s) 50RIA100 1000 50 1490 100m 2.5 1.6 200m 15m 100 Tmax (0C) 1250C Trong đó: Ugmax - Điện áp ngược Diode Imax - Dòng điện chỉnh lưu cực đại IpiK - Đỉnh xung dòng điện Ig -Dòng điện điều khiển Ug -Điện áp điều khiển - Tổn hao điện áp trạng thái mở Diode Ith - Dòng điện tự giữ Ir - Dòng điện dò Tmax - Nhiệt độ làm việc cực đại dU/dt - Đạo hàm điện áp 3.2.2 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu Máy biến áp để tạo điện áp phù hợp cho biến đổi, mạch động lực sử dụng sơ đồ tia ba pha nên ta dùng máy biến áp ba pha với điện áp định mức phía sơ cấp là: Up = 380 (V) Điện áp thứ cấp MBA: + Phương trình cân điện áp có tải: 18 Trong đó: 18 19 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do góc dự trữ có suy giảm điện lưới sụt áp thyristor sụt áp dây nối sụt áp điện trở điện kháng MBA, chọn sơ Từ phương trình cân điện áp có tải ta có: Điện áp pha thứ cấp máy biến áp Dòng điện thứ cấp máy biến áp: Dịng điện sơ cấp máy biến áp: Cơng suất tối đa tải: Công suất cực đại MBA: (Ks: hệ số công suất, sơ đồ tia ba pha tra ) Vậy ta có: - Tính sơ mạch từ : Tiết diện sơ trụ: Trong kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = m: số trụ máy biến áp Đường kính trụ: Chuẩn hố đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = (cm) Chọn loại thép: Ta chọn loại thép 330, thép có độ dày 0,5 (mm) Chọn sơ mật độ từ cảm trụ BT = 10-4 (T) Chọn tỷ số m = = 2,3 (m = – 2,5) Suy h = 2,3 d = 2,3 = 18.4 (cm) Suy chọn chiều cao trục 19 (cm) - Tính tốn dây quấn: Số vịng dây pha sơ cấp máy biến áp: 19 19 20 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do Chọn W1 = 440 (vòng) Số vòng dây pha thứ cấp máy biến áp: Chọn W2 = 240 (vòng) Chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp: Đối với dây dẫn đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 2,61 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 b1 = 0,4.6,5 (mm x mm) Tính lại mật độ dịng điện cuộn sơ cấp: Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 4,84 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 b2 = 1,4 3,45 (mm x mm) Tính lại mật độ dịng điện cuộn sơ cấp: Tính sơ số vịng dây lớp cuộn sơ cấp: W1l = kc = 0,95 = 47,5 (vòng) ≈ 48 (vòng) h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5 (cm) Kc - hệ số ép chặt Tra bảng – Tài liệu 2, chọn kc = 0,95 Tính sơ số lớp dây cuộn sơ cấp: Chọn số lớp n1l = 10 lớp Như 480 vòng chia thành 10 lớp, lớp có 44 vịng Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp: Chọn ống quấn dây làm vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 (cm) Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm) Đường kính ống cách điện: D1 = dFe + a01 – S01 = + – 0,1 = 9,8 (cm) Đường kính cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + S01 = 9,8 + 0,1 = 10 (cm) Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm) Bề dày cuộn sơ cấp: 20 20 21 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do Bd1 = (a1 + cd11) n1l = (6,5 + 0,1) 10 = 66 (mm) Đường kính ngồi cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + Bd1 = 10 + 6,6 = 23,2 (cm) Đường kính trung bình cuộn sơ cấp: Chiều dài dây quấn sơ cấp; l1 = W1 Dtb1 = 440 16,6 = 22946,19 (cm) = 229,46 (m) Chọn bề dày cách điện cuộn sơ cấp thứ cấp: cd01 = (mm) - Kết cấu dây quấn: Chọn sơ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 20,2 (cm) Tính sơ số vịng dây lớp: Tính sơ số lớp dây quấn thứ cấp: Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 18 (lớp), 17 lớp đầu có 14 vịng, lớp thứ 18 có vòng Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp: Đường kính cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + a12 = 23,2 + = 25,2 (cm) Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 (mm) Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd22) nl2 = (3,45 + 0,1) 18 = 63,9 (mm) = 6,3 (cm) Đường kính ngồi cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + Bd2 = 25,2 + 6,3 = 37,8 (cm) Đường kính trung bình cuộn thứ cấp: Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = W2 Dtb2 = 240 31.5 = 23750,44 (cm) = 237,5 (m) Đường kính trung bình cuộn dây: Suy Chọn khoảng cách cuộn thứ cấp: a22 = (cm) - Tính kích thước mạch từ: Đường kính trụ d = (cm), tra theo bảng – Tài liệu 2, chọn số bậc bậc Toàn tiết diện bậc thang trụ: Qbt = 2.(1,6.10,5 + 1,1.9,5 + 0,7.8,5 + 0,6.7,5 + 0,4.6,5 + 0,7.4) = 86,2 (cm2) Tiết diện hiệu trụ: 21 21 22 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do QT = khq Qbt = 0,95 86,2 = 81,89 (cm2) Tổng chiều dày bậc thang trụ: dt = (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 (cm) Số thép dùng bậc: Bậc 1: n1 = = 64 (lá) Bậc 2: n2 = = 44 (lá) Bậc 3: n3 = = 28 (lá) Bậc 4: n4 = = 24 (lá) Bậc 5: n5 = = 16 (lá) Bậc 6: n6 = = 28 (lá) Ta chọn gơng có tiết diện hình chữ nhật có kích thước sau: Chiều dày gông chiều dày trụ: b = dt =10,2 (cm) Chiều cao gông chiều rộng tập thép thứ trụ: a = 10,5 (cm) Tiết diện gông: Qbg = a b =107,1(cm2) Tiết diện hiệu gông: Qg = khq Qbg = 0,95 107,1 = 101,7 (cm2) Số thép dùng gơng: Tính xác mật độ từ cảm trụ: Mật độ từ cảm gông: Chiều rộng cửa sổ: c = (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = (1 + 6,3 + + 6,6) +2 = 31,8 (cm) Khoảng cách tâm trục: c’ = c + d = 31,8 + = 39,8 (cm) Chiều rộng mạch từ: L = c + d = 31,8 + = 87.6 (cm) Chiều cao mạch từ: H = h + a = 25 + 10,5 = 46 (cm) 22 22 23 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do Thể tích trụ: VT = QT h = 81,89 25 = 6141,75 (cm3) = 6,14 (dm3) Thể tích gơng: Vg = Qg L = 101,7 87,6 = 17817,84 (cm3) = 17,8 (dm3) Khối lượng trụ: MT = VT mFe = 6,14 7,85 = 48,19 (kg) Khối lượng gông: Mg = Vg mFe = 17,8 7,85 = 139,73 (kg) Khối lượng sắt: MFe = MT + Mg = 48,19+139,73 = 187,92 (kg) Thể tích đồng: VCu = (S1 l1 + S2 l2 ) = (6,3 10-4 229,46 10 +4,84 10-4 237,5 10) = 7,7 (dm3) Khối lượng đồng: MCu = VCu mCu = 7,7 8,9 = 69,28 (kg) -Tính thông số máy biến áp: Điện trở cuộn sơ cấp máy biến áp 750C: Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp 750C: Điện trở máy biến áp quy đổi thứ cấp: Sụt áp điện trở máy biến áp: ∆Ur = RBA Id = 1,079 20 = 21,58 (V) Điện kháng máy biến áp quy đổi thứ cấp: XBA = π2 (W2)2 ( ) (a12 + ) 2 -7 = π 240 () (0,01 + ) 314 10 = 0,0929 ( ) Điện cảm máy biến áp quy đổi thứ cấp: LBA = = = 0,00029 (H) = 0,29 (mH) Sụt áp điện kháng máy biến áp: ∆Ux = XBA Id = 0.29 20 = 5,538 (V) Rdt = XBA = 0.29 = 0.27 ( ) Sụt áp máy biến áp: 23 23 10-7 24 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do ∆UBA = = = 22,2 (V) Điện áp động có góc mở αmin = 100 U = Ud0 cosαmin - ∆Uv – ∆UBA = 240,04 cos100 – 1.6 – 22,2 = 210,99 (V) Tổng trở ngắn mạch quy đổi thứ cấp: ZBA = = = 1,08 ( ) Tổn hao ngắn mạch máy biến áp: ∆Pn = RBA I22 = 1,079 13,32 = 572,59 (W) ∆Pn% = 100% = 8,8% Tổn hao khơng tải có kể đến 15% tổn hao phụ: P0 = 1,3 nf (MT BT2 + Mg Bg2) = 1,3 1,15 (48,19 0,472+139,73 0,372) = 44,5 (W) ∆P0 % = 100% = Điện áp ngắn mạch tác dụng: 100% = 0,7 % Unr = 100% = Điện áp ngắn mạch phản kháng: 100% = 6,93 % Unx = 100% = Điện áp ngắn mạch phần trăm: 100% = 0,59 % Ur = = Dòng điện ngắn mạch xác lập: = 6,95% I2nm = = = 191,48 (A) Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Imax = 24 I2nm (1 + e ) 24 25 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do = 191,48 (1 + e ) = 270,79 (A) Imax = 270,79 (A) < ipik = 1490 (A) Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình: LBA = U23 – U2a = = U2 sin( = ) = 873369,79 (A/s) = 0,87 (A/ s) < = 100 (A/ s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: = = = 1,02 3.2.4 Tính chọn thiết bị bảo vệ cố Tính chọn aptơmat Aptơmat sử dụng để bảo vệ cố ngắn mạch tải, cịn sử dụng thiết bị đóng cắt nguồn cho hệ thống Điều kiện chọn aptômat: uđm A uđm mạng Iđm A Ilv van Imax IXK Ta chọn aptơmat có thơng số sau: Kiểu MCCB SKM100/S3063 MITSUBISHI 25 25 26 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do Dòng điện định mức: 63 A Điện áp định mức: 380 v Số lượng cực: Khả cắt nhanh Tính chọn R – C bảo vệ áp cho thyristor mạch động lực Có loại nguyên nhân gây điện áp: Nguyên nhân nội tại: (xảy trình chuyển đổi van) Đây tích tụ điện tích lớp bán dẫn Nguyên nhân bên ngoài: thường xảy nhiều đóng cắt khơng tải máy biến áp đường dây, có sét đánh Mạch R – C mắc song song với van tránh tượng khơng mong muốn nói bảo vệ áp nhiều nguyên nhân gây Theo luật đóng mở điện áp đột biến tăng biến thiên liên lục thời điểm xảy q độ qua tụ C Vì mà có tốc độ tăng trưởng điện áp lớn giữ điện áp anôt thyristor không bị tăng đột ngột so với katôt Các thông số R – C trường hợp tối ưu hoá, máy tính điện tử người ta lập số quan hệ cho phép ta xác định giá trị tối ưu R C uP = udo = 240,04 (v) Vậy ta có: = = 2,21 Trong đó: ua – Biên độ áp uP – Biên độ điện áp nguồn Gần ta xác định được: F = 0,6 G = 0,48 H = 0,78 Và C = 10 (μF) R = 1,4 (k ) 26 26 27 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do 3.2.5 Tính chọn diode D0 Chọn điơt loại mã hiệu NTE5990 có tham số: Ký hiệu NTE5990 Un (v) 400 Imax (A) 40 IpiK (A) 500 (v) 1.2 Tcp (°C) 185 Trong đó: ugmax - Điện áp ngược Diode Imax - Dòng điện chỉnh lưu cực đại IpiK - Đỉnh xung dòng điện - Tổn hao điện áp trạng thái mở Diode Ir - Dòng điện dò nhiệt độ 250C Tcp - Nhiệt độ cho phép 3.3 Tính chọn thiết bị mạch điều khiển 3.3.1 Tính tốn máy biến áp xung (BAX): Chọn vật liệu làm lõi sắt: ferít HM lõi có dạng hình xuyến làm việc phần đặc tính từ hố có: khơng có khe hở khơng khí Tỷ số biến áp xung: thường m = ÷ 3, chọn m = Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung:(BAX) u2 = uđk = 2,5 (v) Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp BAX: u1 = mu2 = 2,5 = 4,5 (v) Dòng điện thứ cấp BAX: 27 27 28 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do I2 = Iđk = 0,1 (A) Dịng điện sơ cấp BAX: I1 = = = 0,033 (A) Chọn thời gian mở Tcm = 120 ((́s) độ rộng xung điều khiển Tx = 2.Tcm = 2.120 = 240 ((́s) 3.3.2 Tính chọn tranzitor cho tầng khuếch đại cuối Hai tranzitor Tr3 Tr4 hai tranzitor ngược (N-P-N) Ta chọn tranzitor công suất loại mã hiệu 25C 9111 làm việc chế độ xung có thơng số: Tranzitor loại N –P – N vật liệu bán dẫn silie Điện áp colectơ bazơ hở mạch Emitơ là: uCBO = 40 (V) Điện áp Emitơ bazơ hở mạch colectơ là: uEBO = (V) Dịng điện lớn colectơ chịu đựng là: ICmax = 500 (mA) Công suất tiêu tán colectơ là: Pc = 1,7 (W) Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: J1 = 1700C Hệ số khuếch đại: = 50 Dòng làm việc colectơ: IC3 = I1 = 40 (mA) Dòng làm việc bazơ: IB3 = = 0,8(mA) 3.3.3 Tính chọn khuếch đại thuật toán Khuếch đại thuật toán chọn loại: TL 084 Trong nguồn ni: ucc = 15v Điện áp vào khuếch đại thuật toán IC2 là: uVIC2 = 15v Dòng điện vào hạn chế để Ilv < mA Chọn R4 = R5 = 15 (k ) dịng vào IC2 là: IVIC2max = 28 = 10-3 (A) 28 29 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do 3.3.4 Chọn điôt dùng mạch điều khiển Chọn điôt loại mã hiệu 1N4009 có tham số: Dịng điện định mức: Iđm = 10 (A) Điện áp ngược lớn nhất: uN = 25 (v) Điện áp điôt mở thông: um = (v) 3.3.5 Chọn tranzitor cho tầng khuếch đại trung gian Tranzitor Tr5 làm việc chế độ khuếch đại, Tr5 loại tranzitor thuận Chọn tranzitor Tr5 có thơng số kỹ thuật sau: ên BF259 Loại N-P-N Tcmax (A) 0,1 PCmax (W) UCEOmax (V) 300 UCBOmax (V) 300 Hfe 25 Ft(MHz) 90 29 29 30 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do Chương Mô Phỏng 4.1 Sơ đồ mạch kênh điều khiển 4.2 Kết mô +) Điện áp nguồn +) Điện áp đầu vào +) Điện áp cưa +) Điện áp so sánh (V3) 30 30 31 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do +) Điện áp đầu (VP14) 31 31 ... 6 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do d Giản đồ điện áp mạch động lực 7 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do 8 Đồ án Điện. .. mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do +) Điện áp đầu (VP14) 31 31 32 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do Tài liệu tham khảo Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử. .. 13 13 14 Đồ án Điện Tử Công Suất: Thiết kế mạch chỉnh lưu thyristor tia pha có Do dụng mạch so sánh Có nhiều mạch so sánh khác phổ biến sơ đồ dùng tranzitor KĐTT vi điện tử Trong sơ đồ so sánh