Đang tải... (xem toàn văn)
qua tìm hiểu một số sơ đồ mạch chỉnh lưu trên yêu cầu đồ án với số liệu: Pđm=15kw, Udm=220kv, nuy đm= 0,85, nđm=1650vp, Rư=0,114 ôm, Wkt=1650 vòng, J=0,64kgm2, Kn= 1,5 1,8; kd= 1,1 1,4. =>Idm= Pđm Udm.nuy đm=80,2 A Ta thấy Pđm= 15kw công suất nhỏ và Udm nhỏ, Idm=80,2 A lớn nên dùng sơ đồ hình tia. vậy để phù hợp với yêu cầu đề đồ án đưa ra ta chọn sơ đồ hình tia ba pha thyristor
Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG Mục lục CHƯƠNG Ι: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU……………… II CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU………… 03 03 1.Phần tĩnh hay stato…………………………………………… 03 2.Phần quay rotor ………………………………………………… 04 3.Các trị số định mức……………………………………………… 04 III PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU……… 05 1.Phương trình đặc tính 05 2.Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính 07 IV CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP …………………………………………………………………… 1.Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ……………………………………………… Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thong………………… 3.Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng…………………………… ………………… CHƯƠNG ΙΙ: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU I CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA THYRISTOR……………………………… Nguyên lý hoạt động…………………………………………… II MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA DIODE………………………………… 23 Xét trường hợp tải R+L với giả thiết dòng tải phẳng 24 liên tục …………………………………………………………… 09 09 10 10 12 12 15 15 III MẠCH CHỈNH LƯU HÌNH CẦU KHƠNG ĐIỀU KHIỂN………………………… Xét với tải R+L+E………………………………………………… IV KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 17 17 20 CHƯƠNG ΙΙΙ:TÍNH TỐN MẠCH ĐỘNG LỰC Ι TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC……………………………………… 22 Tính chọn van động lực…………………………………………… 22 ΙΙ TÍNH TỐN CHỌN MÁY BIẾN ÁP……………………………………………… 23 1.Thơng số bản………………………………………………… 24 Kết cấu dây dẫn sơ cấp……………………………………… 25 Kết cấu dây quấn thứ cấp……………………………………… 26 Kích thước mạch từ……………………………………………… 27 Khối lượng sắt đồng ………………………………… 29 Các thông số máy biến áp ……………………………… 29 ΙΙΙ THIẾT KẾ CUỘN KHÁNG LỌC …………………………………………… 33 1.Xác định góc mở cực tiểu cực đại………………………… 32 Xác định thành phần sóng hài 32 3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc…………………………… 34 4.Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc…………………………… 35 CHƯƠNG ΙV: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ HỆ THỐNG BẢO VỆ Ι TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ……………………………………… 40 Sơ lược cấu tạo điều khiển……………………………… 2.Nguyên lý điều khiển……………………………………… SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 40 40 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG 3.Thiết kế mạch nguyên lý………………………………………… 4.Bộ tạo xung chùm…………………………………………… 5.Tầng khuyếch đại xung………………………………………… 6.Nguồn nuôi mạch điều khiển…………………………………… 40 42 43 43 ΙΙ TÍNH TỐN CHỌN LINH KIỆN………………………………………………… 44 1.Đối tượng yêu cầu điều khiển……………………………… 44 2.Tổng quan linh kiện mạch điều khiển…………… 44 ΙΙΙ TÍNH TỐN THIẾT KẾ…………………………………………………………… 45 1.Máy biến áp xung………………………………………………… 45 2.Tính tầng khuyếch đại cuối cùng…………………………… 46 3.Chọn tụ C điện trở R………………………………………… 46 4.Tính chọn tạo hàm cos…………………………………… 46 5.Tính chọn khâu so sánh……………………………………… 46 6.Tính chọn khâu đồng pha……………………………………… 47 7.Tính tốn máy biến áp đồng pha……………………………… 47 8.Tính tốn nguồn ni……………………………………… 47 IV MẠCH BẢO VỆ…………………………………………………………… 48 1.Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn…………………… 48 2.Bảo vệ dòng điện cho van………………………………… 48 3.Bảo vệ điện áp cho van…………………………………… 49 CHƯƠNG V : KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………… SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 50 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG CHƯƠNG Ι: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP -I GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Động điện chiều dùng phổ biến công nghiệp,giao thông vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng Máy điện chiều làm việc hai chế độ máy phát động Khi máy làm việc chế độ máy phát công suất đầu vào cơng suất cơng suất đầu công suất điện Động quay roto máy phát điện chiều turbine gas, động điesel động điện Khi máy điện chiều làm việc chế độ động cơ, công suất đầu vào cơng suất điện cơng suất đầu công suất Cả hai chế độ làm việc, dây quấn đông điện chiều quay từ trường có dòng điện chạy qua SĐĐ phần ứng động điện chiều tính theo công thức: Φ Eư = kE n = kM Mômen điện từ tính theo cơng thức Φω Φ M = kM Iư Phương trình cân điện áp động : U = Eư + Rư * Iư II CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU : 1.Phần tĩnh hay stato : Đây phần đứng yên máy Phần tĩnh gồm phận tĩnh sau: a) Cực từ : Cực từ phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt cục từ làm thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0.5 đến 1mm ép lại tán chặt Trong máy điện nhỏ làm thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối nối tiếp với b) Cực từ phụ : Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ nhờ bulông c) Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền cực từ , đồng thời làm vỏ máy máy điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại , Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d) Các phận khác : Các phận khác gồm có : -Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện nhỏ vừa , nắp máy có tác dụng làm giá đở ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang -Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chổ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại 2.Phần quay rotor : Phần quay gồm có phận sau : a) Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỷ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm hao tổn dòng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào b) Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng phần sinh sức điện động có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (cơng suất vài kW) thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rảnh lõi thép c) Cổ góp : Cổ góp (còn gọi vành góp hay vành đổi chiều ) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều d) Các phận khác : -Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy -Trục máy : Trên đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 3.Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức máy điện chiều chế độ làm việc điều kiện mà xưởng chế tạo quy định.Chế độ đươc đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi đại lượng sau : SVTH: LÊ THANH TỊNG KTĐ K7 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG Cơng suất định mức: Pđm (KW hay W); Điện áp định mức: Uđm (V); Dòng điện định mức: Iđm (A); Tốc độ định mức: nđm (vg/ph) Ngồi ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng điện kích từ số liệu điều kiện sử dụng III PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU : Quan hệ giửa tốc độ mômen động gọi đặc tính động : ω = f(M) n = f(M) Quan hệ giửa tốc độ mơmen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất: ωc= f(Mc) nc= f(Mc) Ngồi đặc tính cơ, động điện chiều người ta sử dụng đặc tính điện đặc tính điện biểu diễn quan hệ giửa tốc độ dòng điện mạch động cơ: ω = f(I) n = f(I) Trong phạm vi đề tài xét đến đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Phương trình đặc tính cơ: Ở án ta xét động điện chiều kích từ độc lập dạng đặc biệt động điện chiều, mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp điện với mạch kích từ Nếu máy có cơng suất nhỏ, cực từ thường làm năm châm vĩnh cửu, máy có cơng suất lớn cần có nguồn kích từ riêng để điều chỉnh tốc độ phạm vi rộng Theo sơ đồ hình (1-5) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Uư = Eư + (Rư +Rf)Iư ( 1-1) Trong đó:Uư - điện áp phần ứng, (V) Eư - sức điện động phần ứng,(V) Rư - điện trở mạch phần ứng, (Ω) Rf - điện trở phụ mạch phần ứng, (Ω) Với: Rư = rư + rcf + rb + rct Trong đó: rư - điện trở cuộn dây phần ứng rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb- điện trở cuộn bù rct- điện trở tiếp xúc chổi than Uư Rf E CKT RKT IKT UKT Hình 1-5 Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức: pN φ ω = kφ ω 2πa Eư = Trong đó: p - số đơi cực từ SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG N - số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng A - số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng φ - từ thơng kích từ cực từ ω - tốc độ góc,rad/s pN 2πa k= - hệ số cấu tạo động Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eư = Ke.φn (1-3) Với:ω = Vì vậy: Ke = 2π n n = 60 9, 55 E ư= pN 60a pN φn 60a hệ số sức điện động động K 9,55 Ke = ≈ 0.105K Từ (1-1) (1-2) ta có: R + Rf U − I KΦ KΦ = (1-4) Biểu thức (1-4) phương trình đặc tính điện đơng Mặt khác, mômen điện từ Mđt động xác định bởi: Mđt= Kφ Iư (1-5) M dt KΦ Suy ra: Iư = Thay giá trị Iư vào (1-4) ta được: R + R f U − M dt KΦ ( K Φ ) Eư = (1- 6) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơmen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa M đt= Me= M Khi ta được: R + R f U − M K Φ ( KΦ ) Eư = (1-7) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, từ thơng φ = const, cá phương trình đặc tính điện (1- 4) phương tình đặc tính (1-7) tuyến tính Đồ thị chúng biểu điển hình (1-2) đường thẳng Theo đồ thị trên, Iư= M = ta có: U = ωo KΦ Eư = (1-8) ω0: gọi tốc độ không tải lý tưởng động Còn ω = ta có: Iư = Và M = KφInm = Mnm Inm, U = I nm R + R f (1-9) 0 đm đm I Iđm I Mđm Mnm Inm Đặc a Đặc tính điện động điện chiều b kích từ tính độc lập động điện chiều kích từ độc lập Hình 1-6 Inm,Mnm gọi dòng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch Mặt khác từ phương trình đặc tính (1-4) (1-7) viết dạng: Eư = Eư = Eư = ∆ω = U RI − = ω o − ∆ω K Φ KΦ (1-10) U RM − = ω o − ∆ω K Φ ( KΦ ) U KΦ R R I = M KΦ ( KΦ ) : gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M 2.Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính (2-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thơng động φ, điện áp phần ứng Uư, điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số đó: a) Ảnh hưởng điện trở phần ứng: SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG Giả thiết Uư=Uđm= Const φ = φđm=const Muốn thay đôi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: U dm TN(Rn) = const KΦ *dm Rf1 Rf2 Eo = Độ cứng đặc tính cơ: β= ∆M ( KΦ ) =− = var ∆ω R + R f Khi Rf lớn β nhở nghĩa đặc tính dốc Ưng với Rf=0 ta có đặc tính tự nhiên: β TN McRf3 M Rf4 Hình 1-7 ( KΦ dm ) =− R (1-11) βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất cá đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện trở R f ta họ đặc tính biến trở hình (2-5) ứng với mổi phụ tải M c đó, Rf lớn tốc độ giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch củng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ b).Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φđm= const, điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có: Tốc độ không tải: 01 Uđm Ux ω ox = = var 02 KΦ dm U1 03 U2 04 U3 Độ cứng đặc tính cơ: M(I) ( KΦ ) U4 Mc β =− = const R Hình 1-8 Như thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song (Hình 2-4) Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động củng giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp củng sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động c).Ảnh hưởng từ thông : SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG Giả thiết điện áp phần ứng Uư= Uđm= const Điện trở phần ứng Rư = const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I kt động Trong trường hợp này: Tốc độ không tải : Eox = U dm = var KΦ x ( KΦ x ) − = var R Độ cứng đặc tính : β = Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên từ thơng giảm thìω0x tăng, β giảm ta có họ đặc tính với ω0x tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thông Ta nhận thấy thay đổi từ thông: 02 01 TN đm 02 01 MC Mc đm M Inm b Đặctính a Đặc tính điện động điên mộtcủa động điện chiều kích từ độc lập giảm tư thơng chiều kích từ độc lập giảm từ thơng Hình 1-9 U dm = const R Dòng điên ngắn mạch: Inm = Mơmen ngắn mạch: Mnm=KφxInm=Var Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thơng biểu diễn hình (1-9)a Với dạng mơmen phụ tải M c thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thông tốc độ động tăng lên, hình (1-9)b IV CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP : Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ: Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dòng điện, moment không thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 Đồ án: Điện tử cơng suất UKT GVHD: TS NGƠ XN CƯỜNG Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều, biến đổi van khuếch đại từ… Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo u cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: n= Ru + R f U − M KEΦ KE KM Φ2 Ta có tốc độ khơng tải lý tưởng: no = Uđm/KEΦđm Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động giữ nguyên độ cứng đường đặc tính nên dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ ncb *Ưu điểm: Đây phương pháp điều chỉnh triệt để, vơ cấp có nghĩa điều chỉnh tốc độ vùng tải kể không tải lý tưởng *Nhược điểm: Phải cần có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng: Hình 1-10 : Sơ đồ ngun lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = K MφIư sức điện động quay U động Eư = KEφn Thông thường, thay đổi từ thơng điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 10 + Sơ đồ cấu tạo mạch điều khiển Khâu đồng pha: tạo điện áp tựa đưa vào khâu so sánh, điện áp tựa pha với điện áp đặt vào Thyristor nên gọi khâu đồng pha - Khâu so sánh: nhận điện áp tựa so sánh với điện áp điều khiển tìm thời điểm thời điểm gửi xung qua khâu khuyếch đại - Khâu khuyếch đại: nhận điện áp từ khâu so sánh tạo xung phù hợp để kích mở Thyristor Ngun lý điều khiển: Có hai phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính thẳng đứng arcos Mạch nguyên lý hai phương pháp khác khâu đồng pha a).Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Theo nguyên tắc người ta thường dùng hai điện áp : - Điện áp đồng ( Us ) , đồng với điện áp đặt anôt – catôt Thyristor, thường đặt vào đầu đảo khâu so sánh - Điện áp điều khiển ( Udk ) , điện áp chiều , điều chỉnh biên độ Thường đặt vào đầu không đảo khâu so sánh Us Ucm -Usm Us Ucm - ωt α π 2π α Hình 3-3 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Do hiệu điện đầu vào khâu so sánh : Ud = Udk – Us ; Khi Us = Udk khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận sường xuống điện áp đầu khâu so sánh Sườn xuống thông qua đa hài trạng thái bền ổn định tạo xung điều khiển Như cách làm biến đổi Udk , ta điều chỉnh thời điểm xuất xung , tức điều chỉnh góc α π U dk U s max Giữa α Udk có quan hệ sau : α = Người ta lấy Udkmax = Usmax b).Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos : ; Theo nguyên tắc người ta dùng hai điện áp : - Điện áp đồng Us , vượt trước UAK = Um sinωt Thyristor góc π Us = Um cosωt - Điện áp điều khiển Udk điện áp chiều , điều chỉnh biên độ theo hai chiều dương âm Nếu đặt Us vào cổng đảo Ucm vào cổng không đảo khâu so sánh : Khi Us = Ucm , ta nhận xung mảnh đầu khâu so sánh khâu lật trạng thái Um cosα = Udk ; (3-1) U dk Um Do α = arcos( ) ; Khi Udk = Um α = ; π Khi Udk = α = ; Khi Udk = - Um α = π ; Us UAK Us UAK Um Ucm ωt π α -Um 2π Hình 3-4 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss Như , điều chỉnh Udk từ trị Udk = +Um , đến trị Udk = -Um ta điều chỉnh góc α từ đến α Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” sử dụng thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao Bằng cách tác động vào Udk ta điều chỉnh vị trí xung α điều khiển, tức điều chỉnh góc mở Phương pháp điều khiển thẳng đứng arcos thường sử dụng cho hệ chỉnh lưu cần chất lượng điều khiển cao Vậy nên ta chọn phương pháp điều khiển thẳng đứng arcos Thiết kế mạch nguyên lý: a Máy biến áp đồng pha - Tạo điện áp đồng pha với lưới làm căng điều khiển chỉnh lưu - Chuyển đổi điện áp lưới có giá trị cao sang mức điện áp phù hợp đưa vào mạch điều khiển Cách ly hoàn toàn mạch điều khiển động lực, đảm bảo an toàn cho người điều khiển linh kiện mạch Cách đấu dây máy biến áp: có hai cách đấu dât thường sử dụng là: Y/Y Với phương pháp điều khiển arcos đấu dây giúp góc điều khiển lớn đấu theo kiểu Y/Y Do ta chọn phương pháp đấu dây Sơ đồ đấu dây máy biến áp đồng pha b Khâu đồng pha Phương pháp arcos có khâu đồng mạch phân tích Điện áp đồng pha hàm u= qua mạch tích phân bị trể ứng với hàm u=cos() Mạch tích phân khuyếch đại thuật toán Vận dụng hai định luật khuyếch đại thuật tốn: Gọi : dòng qua dòng qua - Điện áp vào sin() điện áp Ta viết: ; Ta có: Vậy : Việc chọn tì ta có Do đó: cos() c Khâu so sánh tạo xung Khâu so sánh sử dụng khuyếch đại thuật tốn Khuyếch đại thuật tốn có hai đầu vào với hệ số khuyếch đại vô lớn cần tín hiệu lệch lượng nhỏ V điện áp ngõ đổi chiều bão hòa, thích hợp cho việc so sánh Sơ đồ khâu so sánh Tín hiệu khơng đảo chiều nên ta sử dụng so sánh hai tín hiệu dấu hình trên: đầu khuyếch đại thuật toán chuỗi xung chữ nhật dương âm Để đảm bảo tối ưu ta đưa vào cổng AND dùng thêm diode xén phần âm Bộ tạo hàm cos Sơ đồ phận tạo hàm cos Sơ lược nguyên lý hoạt động dao động đa hài dùng chất hoạt động so sánh giá trị điện áp tụ điện với giá trị điện áp điện trở , lớn đầu bảo hòa âm lớn đầu bảo hòa dương Chu kì biến đổi chu kì xả nạp C qua chọn => T=RC.ln3 Dạng điện áp tụ Dạng điện áp ngõ Tầng khuyếch đại xung Để tạo xung có cường độ hình dạng thích hợp để mở Thyristor công suất lớn cần khuyếch đại tín hiệu xung khâu khuyếch đại thường sử dụng Transitor Mạch khuyếch đại sử dụng Transitor Trong thực tế xung điều khiển cần độ rộng bé, mà thời gian mở Thyristor dài làm cho công suất tỏa nhiệt Transitor lớn kích thước dây quấn sơ cấp biến áp xung lớn Để khắc phục điều ta mắc thêm tụ điện nối hình Khi Transitor cho dòng chạy qua thời gian tụ nạp, dòng điện hiệu dụng bé nhiều lần Nguồn nuôi mạch điều khiển Sơ đồ mạch nguồn cho điều khiển Mạch nguồn điều khiển dùng chỉnh lưu cầu pha IC nén dòng 7812 7912 tạo dòng điện áp 12V cách xác ổn định ΙΙ Tính tốn chọn linh kiện: Đối tượng yêu cầu điều khiển Thyristor chọn: T60N100 VOF Yêu cầu mạch điều khiển: - Độ rộng xung: để mở Thyristor ta chọn - Cường độ xung: ; - Điện áp nguồn nuôi: U= - Mức sụt biên độ xung: = 0,15 - Tần số xung điều khiển: Tổng quan linh kiện mạch điều khiển - Khuyếch đại thuật tốn: Mỗi kênh điều khiển có KĐTT KĐTT tạo xung chùm nên ta chọn IC TL084 ICTL081 đơn Phụ lục trang 460, sách hướng dẫn thiết kế điện tử công suất (Phạm Quốc Hải) TL081 Thông số kĩ thuật: - Điện áp nguồn nuôi: 18V chọn = 12V - Hiệu điện hai đầu vào: 30V - Công suất tiêu thụ: 0,68 W với TL081 TL084 - Tổng trở đầu vào: Ω - Dòng điện đầu ra: 30 pA - Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: - Rise time: 0,05 - Nhiệt độ làm việc: - 25 đến C + Cổng AND: mạch có cổng AND nên ta chọn IC 4081 họ CMOS IC có cổng AND: Thông số kĩ thuật - Nguồn nuôi: Vcc = 3-18 v chọn Vcc=12V - Nhiệt độ làm việc: -40 đến - Điện áp ứng với mức logic 1: 2-4,5 V - Dòng điện đầu ra: 0,88mA - Công suất tiêu thụ: p=2,5 mW cổng ΙΙΙ TÍNH TỐN THIẾT KẾ: Máy biến áp xung: - Chọn vật liệu làm lõi sắt ferit H Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có ; =30A/m khơng có khe hở khơng khí - Tỷ số biến áp xung: chọn m=3 - Điện áp thứ cấp máy biến áp xung: Chọn - Điện áp sơ cấp đặt lên máy biến áp xung: (V) - Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung: - Dòng điện sơ cấp biến áp xung: - Độ từ thẩm trung bình đối lõi sắt: Trong đó: độ từ thẩm khơng khí - Thể tích lõi thép cần có: Chọn mạch từ tích V=1,4 () Ta có kích thước mạch từ sau: a=4,5mm b=6mm Q=0,27=27 d=12mm D=21mm chiều dài tring bình mạch từ: (cm) * Tính tốn dây quấn: - Số vòng dây sơ cấp biến áp xung: - Số vòng dây thứ cấp: - Tiết diện dây quấn thứ cấp: chọn - Đường kính dây quấn sơ cấp - Tiết diện dây quấn thứ cấp: - Đường kính dây quấn thứ cấp: Tính tầng khuyếch đại cuối Chọn Transitor loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số: - Transitor loại npn vật liệu bán dẫn si - Điện áp collector bazơ hở mạch Emitơ - Điện áp Emitơ bazơ hở mạch Collector: - Dòng điện lớn Colletor chịu đựng: - Cơng thức tiêu tán Colletor: - Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp - Hệ số khuyếch đại: - Dòng làm việc Colletor: - Dòng làm việc bazơ: = * Ta thấy: Công suất điều khiển =0,15 A nên cần Transitor đủ để kích mở Thyristor Chọn nguồn: =12 V * Tất diode mạch điều khiển loại 1N4009 có thong số: - Dòng điện định mức: - Điện áp ngược lớn nhất: - Điện áp cho diode mở: V Chọn tụ C điện trở R: Dùng để hạn chế dòng đưa vào Transitor: Tính chọn tạo xung chùm Mạch tạo xung chum có f= kHz hay chu kỳ xung chùm T= Ta chọn: T= 200 Tụ Tính chọn khâu so sánh Ta có với dòng điện ngưỡng hạn chế Chọn Vậy chọn dòng đưa vào Tính chọn khâu đồng pha - Chọn tụ điện trở Vậy - Để khâu đồng pha hoạt động Chọn Tính tốn máy biến áp đồng pha Máy biến áp mắc ba pha ba trụ trụ gồm cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp Biên độ điện áp phía sơ cấp: Biên độ điện áp phía thứ cấp: Tỉ số vòng dây: Dòng điện chạy qua cuộn dây đồng pha chọn: = 0,17mA Công suất tiêu thụ máy biến áp đồng pha: S=3.U.I =3 238,22 .0,17 = 0,21 (W) Công suất máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ Tính tốn nguồn ni - Máy biến áp: máy biến áp pha gồm cuộn dây cuộn sơ hai cuộn thứ cấp, hai cuộn mắc ngược chiều nối dây - Điện áp ra: - Tỉ số biến đổi điện áp ra: a = - Yêu cầu công suất: + Công suất IC khuyếch đại thuật toán: P= 0,68 +1 0,68 = 2,72 W + Công suất máy biến áp xung: = = 1,4 0,15 = 1,26 W Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi - Công suất kể đến 5% tổn hao máy: S= 1,05 3,98 = 4,18 W - Dòng điện sơ cấp máy biến áp: - Tiết diện trụ máy biến áp xung Q= Trong đó: ; m=3 số trụ máy biến áp, f=50 Hz Chuẩn hóa chọn Q=1,68 - Kích thước thép: dày 0,5mm số lượng thép 68 Chiều rộng a=12mm, chiều dài b= 16mm, h= 30mm Hệ số kẹp chặt: - Chọn mật độ từ cảm B= T trụ có số vòng dây sơ cấp: - Chọn J= 2,75 A/ ; Chọn kể cách điện 0,12 mm - Tính tốn cuộn dây thứ cấp: Chọn - Tính chọn diode cho mạch chỉnh lưu nguồn ni + Dòng điện hiệu dụng qua diode: I = = 0,12 (A) + Điện áp ngược đặt lên diode: + Chọn diode có = 6.I = 0,12 = 0,72 (A) + => Chọn diode 1N400 có thơng số (phụ lục 5.3 sách hướng dẫn thiết kế điện tử công suất Phạm Quốc Hải) Dòng định mức: Điện áp ngược định mức * Tụ điện dùng để bảo vệ sóng hài bậc cao, (chọn phụ lục sách hướng dẫn thiết kế đtcs Phạm Quốc Hải) IV MẠCH BẢO VỆ 1.Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn - Tổn thất cơng suất Thyristor: Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: Với : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Lấy: Chọn cánh tản nhiệt => =8 Chọn cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước cánh a.b = 10 10 (cm) Tổng nhiện tích cánh: S= 12 10 10 = 2400 = 0,24 2.Bảo vệ dòng điện cho van - Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực ,tự động cắt mạch tải ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu biến đổi ,ngắn mạch thứ cấp MBA ngắn mạch chế độ nghịch lưu - Chọn aptomat có: Có tiếp điểm chính, đóng cắt tay nam châm điện + Chỉnh định dòng ngắn mạch: Dòng tải: - Chọn cầu dao cho dòng định mức: Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ truyền động - Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch Thyristor ngắn mạch đầu chỉnh lưu: Nhóm CC: Dòng điện dịnh mức dây chảy nhóm 1CC Nhóm CC: Dòng điện dịnh mức dây chảy nhóm 2CC Nhóm 3CC: Dòng điện dịnh mức dây chảy nhóm 3CC Vậy chọn cầu chì chảy nhóm: 1CC loại 75(A); 2CC loại 70 (A); 3CC loại 90 (A) 3.Bảo vệ điện áp cho van Bảo vệ q điện áp cho q trình đóng cắt Thyristor thực cách mắc R-C song song với Thyristor.Khi có chuyển mạch ,các điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dòng điện ngược khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiên nhanh chóng dòng điện ngược gây suất điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp Anot Ktot Thyristor.Khi có mạch mắc R-C song song vói Thyristor tạo mạch vòng phóng điện tích q trình chuyển mạch nên Thyristor không bị điện áp -Thông thng : R1 =(5ữ30) ; C1 = (0,25ữ4)àF -Theo ti liệu : R1 =5,1Ω ; C1 = 0,25µF (hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Phạm quốc Hải, trang 51) Bảo vệ xung điều khiển từ lưới điện ta mắc mạch R-C nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện Chọn ; (hướng dẫn thiết kế điện tử công suất, Phạm quốc Hải, trang 49) Sơ đồ bảo vệ áp Sơ đồ bảo vệ áp CHƯƠNG V : KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: "Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động điện chiều kích từ độc lập", giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, Thyristor, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển , mạch bảo vệ,…cũng cách tính tốn thơng số linh kiện mạch Sau trình học tập nghiên cứu đồ án, với hướng dẫn tận tình thầy giáo Ngô Xuân Cường giúp đỡ bạn lớp, em hoàn thành nhiệm vụ giao đồ án: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển động điện chiều kích từ độc lập Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: Chương I :Tổng quan động điện chiều -Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập Chương II: Tổng quan chỉnh lưu - Tổng quan hình tia pha - Tổng quan hình cầu pha Sơ đồ nguyên lý hoạt động, đồ thị, giá trị điện áp, dòng điện Chương III :Thiết kế mạch động lực -Sơ đồ mạch động lực -Nguyên lý hoạt động -Thiết kế ,tính chọn thiết bị mạch động lực(bao gồm chọn van bán dẫn, tính tốn thơng số định mức , tính tốn máy biến áp hay cuộn kháng có, tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ ) Chương IV : Thiết kế mạch động lực điều khiển -Xác định yêu cầu : Số kênh điều khiển, dải điều khiển góc mở, tính liên tục điều khiển điện áp -Lựa chọn thiết kế khâu : Đồng pha , so sánh tạo xung, khuếch đại -Phân tích hoạt động mạch,vẽ đồ thị ,mô phần mềm matlab Multisim -Hiệu chỉnh chỗ chưa hợp lý Chương IV: Kết luận Trong trình thực hiện, chắn thân em tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO: - Hướng dẫn thiết kế máy điện - Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất (Phạm Quốc Hải) - Điện tử công suất (Lê Văn Doanh) -Điện tử công suất (Nguyễn Bính) ... tia pha thyristor : A B C T1 a T2 b T3 c R E L Hình 1.1: Sơ đồ chỉnh lưu tia pha Hình 1.2 : Sơ đồ dạng sóng tia pha Sơ đồ chỉnh lưu pha: SVTH: LÊ THANH TỊNG KTĐ K7 13 Đồ án: Điện tử cơng suất. .. hình (Y)trên pha A,B,C nối van .3 catod đấu chung cho điện áp dương tải ,còn trung tính biến áp, điện áp âm Ba pha dịch góc 120o theo đường cong điện áp pha ,có điện áp pha dương điện áp pha khoảng... − u < v3 T1 mở, T2, T3đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu điện áp u1 : ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu dòng điện qua van 1: SVTH: LÊ THANH TÒNG KTĐ K7 14 id = Id = i1 Đồ án: Điện tử cơng suất GVHD: