Báo cáo tốt nghiệp thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha, động cơ điện một chiều có đảo chiều

Đồ án môn học Điện tử công suất BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề tài THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp……………………… Trang Chương 2: Tổng quan chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động điện chiều (hệ T - Đ) có đảo chiều…………………………………………………………………… Trang 11 Chương 3: Tính chọn phần tử mạch động lực ………… Trang 19 Chương 4: Tính chọn phần tử mạch điều khiển……………….Trang 32 Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận……………………………….Trang 41 Tài liệu tham khảo…………………………………………… … Trang 44 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án mơn học Điện tử cơng suất LỜI NĨI ĐẦU Điện tử công suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch q trình biến đổi điện Ngày nay, khơng riêng nước phát triển, nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu… sử dụng ngày nhiều thành tựu công nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu công nghiệp hố đaị hố đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, học kỳ em nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy Khương Cơng Minh thầy Lê Tiến Dũng q trình làm đồ án mơn học với đề tài Mặc dù dành nhiều cố gắng khơng tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý, bảo thầy, cô Sinh viên thực Nguyễn Thị Kim Trúc SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng Nó dùng làm động điện, máy phát điện hay dùng điều kiện làm việc khác Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt , máy dùng nhiều ngành cơng nghiệp có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải I- Tổng quan động điện chiều: 1/ Phân loại : Động điện chiều chia làm nhiều loại theo bố trí cuộn kích từ :  Động điện chiều kích từ độc lập  Động điện chiều kích từ song song  Động điện chiều kích từ nối tiếp  Động điện chiều kích từ hỗn hợp 2/ Ưu nhược điểm động điện chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ Có nhiều phương pháp hãm tốc độ - Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khăn Giá thành đắt máy điện khác 3/ Sơ đồ nguyên lý hoạt động Rf E CKT RKT IKT II- Đặc tính máy điện Umột chiều: KT Quan hệ tốc độ mơmen động gọi đặc tính động = f(M) n = f(M) Quan hệ tốc độ mômen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất c= f(Mc) nc= f(Mc) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất Ngồi đặc tính cơ, động điện chiều người ta cịn sử dụng đặc tính điện đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ: = f(I) n = f(I) 1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-1) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Uæ Uæ = Eæ + (Ræ +Ræ)Iæ Rf Trong đó: - điện áp phần ứng, (V) - sức điện động phần ứng,(V)E Ræ - điện trở mạch phần ứng RKT CKT Rf - điện trở phụ mạch phần ứng Với: Ræ = ræ + rcf + rb + rct IKT Trong đó: UKT rỉ - điện trở cuộn dây phần ứng Hình 1- rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb- điện trở cuộn bù rct- điện trở tiếp xúc chổi than Sức điện động Eæ phần ứng động xác định theo biểu thức: Eæ = pN a k Trong đó: p- số đơi cực từ N- số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a- số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng - từ thơng kích từ cực từ - tốc độ góc,rad/s k = pN - hệ số cấu tạo động a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: = Ke n n n 60 9.55 pN n Vì vậy: = 60a pN Ke = hệ số sức điện động động 60a K Ke = 0.105K 9.55 Với: = Từ biểu thức trên, ta có: K Rỉ Rf K Iỉ Là phương trình đặc tính điện động Mặt khác, mômen điện từ Mât động xác định bởi: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất Mât= K Iỉ Suy ra: Iỉ = M ât K Thay giá trị Iỉ vào phương trình đặc tính động ta được: K Rỉ Rf (K ) M ât Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơmen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mât= Me= M Khi ta được: U æ Ræ R f M K (K ) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, từ thông = Const, phương trình đặc tính điện phương tình đặc tính tuyến tính Đồ thị chúng biểu điển hình (1-2) đường thẳng Theo đồ thị trên, Iæ= M = ta có: K : gọi tốc độ không tải lý tưởng động U I nm Cịn = ta có: I æ Ræ R f Và M = K Inm = Mnm Inm, 0 âm âm I Iâm I Inm Mâm M a Âàûc cå âiãûn b Âàûc nmcå cuía cuía âäüng cå âiãûn âäüng cå âiãûn mäüt mäüt chiãưu kêch tỉì chiãưu kêch tỉì âäüc Inm,Mnm: c õọỹc gi l dũng mụmen Hỗnhv 1-2 lỏỷpin ngắn mạch láûp ngắn mạch Mặt khác từ phương trình đặc tính điện phương trình đặc tính viết dạng: RI K K K R M (K ) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án mơn học Điện tử cơng suất K RI æ RM = gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M K K 2/ Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thơng động , điện áp phần ứng Uæ, điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số đó: a) Ảnh hưởng điện trở phần ứng: Giả thiết Uæ=Uâm= Const = âm = Const TN(Rn) Rf1 Rf2 Hỗnh 1-3 Rf3 Rf4 c Muốn thay đổiđiện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở Mphụ Rf vào mạch phần ứng Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: U âm K âm Const Âộ cứng đặc tính cơ: K Ræ M âm Rf var Khi Rf lớn nhỏ nghĩa đặc tính dốc Ứng với Rf=0 ta có đặc tính tự nhiên: K TN âm Rỉ có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện rơi Rf ta họ đặc tính biến trở hình (1-5) ứng với mổi phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch mômen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ TN b) Ảnh hưởng điện áp phần ứng: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Giả thiết từ thông = âm= const, điện trở phần ứng Ræ = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có: Tốc độ khơng tải: U 0x K x Var Uâm 01 âm U1 U2 U3 U4 M(I) 02 Độ cứng đặc tính cơ: 03 04 K Rỉ Const Mc Hỗnh 1-4 Nh vy thay i in áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song (Hình 1-4) Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dịng 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: Giả thiết điện áp phần ứng Uæ= Uâm= Const Điện trở phần ứng Ræ = Const Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dịng điện kích từ Ikt động Trong trường hợp này: Tốc độ khơng tải: Độ cứng đặc tính cơ: U 0x x K Var x K x R Var æ Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên từ thơng giảm 0x tăng, cịn giảm ta có họ đặc tính với 0x tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thơng Ta nhận thấy thay đổi từ thông: 02 02 01 01 Mc âm âm 0 Inm M b Âàûc cå cuía âäüng a Đặc tính điện động điện cå âiãûn mäüt chiãưu kêch chiều kích từ Trúc độc lập khi03Đ2 giảm từ thông SVTH: Nguyễn Thị Kim - Lp Trang Hỗnhtổỡ 1- õọỹc lỏỷp giaớm tỉì thäng Đồ án mơn học Điện tử cơng suất U âm Rỉ Const Dịng điện ngắn mạch: Inm = Mơmen ngắn mạch: Mnm=K xInm=Var Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thơng biểu diễn hình (1-5)a Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thông tốc độ động tăng lên, hình (1-5)b III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điện áp: Truyền động điện dùng để dẫn động phận làm việc máy sản xuất khác Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động phận làm việc Vì điều chỉnh tốc độ động điện biến đổi tốc độ cách chủ động, theo yêu cầu đặt cho qui luật chuyển động phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trục động Xét riêng phương diện tốc độ động điện chiều có nhiều ưu điểm với loại động khác, khơng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng Thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều điện áp: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động Vì cần phải có biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng mạch kích từ động Cho đến thường sử dụng biến đổi dựa nguyên tắc truyền động sau : +Hệ truyền động máy phát – động (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động (T – Đ)(được sử dụng đồ án ) Â CKT ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động (T-Đ) Thường sử dụng chỉnh lưu có điều khiển thyristor Tốc độ động thay đổi cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm thông van thyristor T1 T2 T3 KH ÂK SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất Hình 1-6 + Ưu điểm hệ tác động nhanh, không gây ồn dễ tự động hố Do van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất cao, điều thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vịng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính hệ thống + Nhược điểm hệ van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ máy điện Hệ số cơng suất cos hệ thống nói chung thấp Tính dẫn điện chiều van buộc ta phải sử dụng biến đổi để cấp điện cho động có đảo chiều quay a) Sơ đồ thay tính tốn: Từ phương trình đặc tính động tổng quát: Uu K Ru M (K ) const Ta thấy thay đổi Uu thay đổi, Vậy ta đường đặc tính điều chỉnh song song với SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 10 Đồ án môn học Điện tử công suất I 1m d IK I K ld W.S K Q CS 59,5 5,95 59,65( A) 2 9- Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm2) 10- Tiết diện dây quấn cuộn kháng: I K 59,65 SK 21,7(mm ) J 2,75 Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chọn SK = 21,9 (mm2) Xem phụ lục 9, chọn kích thước dây aK bK = 3,8 5,9 (mm) I K 59,65 2,72( A / mm ) Tính lại mật độ dòng điện J SK 21,9 11- Chọn hệ số lấp đầy: 0,7 12- Diện tích cửa sổ: QCS W.S K K ld 166.21,7 0,7 51,46(cm ) 13- Tính kích thước mạch từ: QCS = c h Chọn m c h , suy h = a = 20 = 60 (mm) a QCS 51,46 8,57(cm) h 60 14- Chiều cao mạch từ: 151617- 18- H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) Chiều dài mạch từ: L = c + a = 8,57 + 20 = 211,4 (mm) Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = (mm) Tính số vịng dây lớp: h 2.h g 60 2.2 W1 9,49(vịng ) 10(vịng ) bK 5,9 Tính số lớp dây quấn: n1 W W1 166 16,6 (lớp) 10 17 (lớp) Mỗi lớp 10 vòng 19- Chọn khoảng cách cách điện dây quấn với trụ: a01 = (mm) Cách điện lớp: cd1 = 0,1 (mm) 20- Bề dày cuộn dây: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 31 Đồ án môn học Điện tử công suất Bd = (ak + cd1 ) n1 = (3,8 + 0,1) 17 = 66,3 (mm) 21- Tổng bề dày cuộn dây: Bd B d a 01 66,3 69,3(mm) 22- Chiều dài vòng dây cùng: l1 2.(a b) .a 01 2.(20 25) .3 108,8(mm) 23- Chiều dài vòng dây cùng: l1 2.( a b) .( a 01 B d ) 2.(20 25) .(3 66,3) 525,20(mm) Chiều dài trung bình vịng dây: l1 l 108,8 525,2 l tb 317(mm) 2 24- Điện trở dây quấn 750C: l tb W 317.10 3.166 R 0,02133 0,052( ) 75 Sk 21,7 Ta thấy điện trở bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở 25- Thể tích sắt: VFe = a b h + a b L = a b (2 h + L) = 20 25 10-4 (2 60 + 211,4) 10-2 = 0,16 (dm3) 26- Khối lượng sắt: MFe = VFe mFe = 0,16 7,85 = 1,256 (kg) 27- Khối lượng đồng: MCu = VCu mCu = Sk ltb W mCu = 21,7 317 166 8,9 10-6 = 10,16 (kg) CHƯƠNG SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 32 Đồ án mơn học Điện tử cơng suất TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN -Tiristor mở cho dòng điện chạy qua có điện áp dương đặt anot xung dòng dương đặt vào cực điều khiển G Sau tiristor mở xung điều khiển khơng cịn tác dụng, dịng điện chảy qua tiristor thơng số mạch động lực định -Mạch điều khiển có chức sau: +Điều chỉnh vị trí xung điều khiển phạm vi nửa chu kỳ dương điện áp đặt anot – catot tiristor +Tạo xung đủ điều kiên mở tiristor (xung điều khiển thường có biên độ từ - 10 V, độ rộng xung tiristor x = 20 - 100 s thiết bị chỉnh lưu) Độ rộng xung tính theo biểu thức: tx I dt di dt Trong đó:Idt : dịng trì tiristor di : tốc độ tăng trưởng dòng tải dt 1/ Thiết kế mạch điều khiển: -Cấu trúc mạch điều khiển tiristor: ucm : điện áp điều khiển : điện áp chiều ur : điện áp đồng bộ: điện áp xoay chiều biến thể nó, đồng với điện áp anot – catot tiristor +Khâu 1: Khâu so sánh,hiệu điện ucm-u đưa vào khâu so sánh ,làm việc trigơ Khi UCM – UC =0 trigơ lật trạng thái đầu ta nhận “sườn xuống” +Khâu 2: Đa hài trạng thái ổn định,lấy tín hiệu sườn xuống”tạo xung +Khâu 3: Khuếch đại xung +Khâu 4: Biến áp xung Bằng cách tác động vào Udk ta điều chỉnh vị trí xung điều khiển, tức điều chỉnh góc mở -Mạch điều khiển thường thiết kế theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 33 Đồ án môn học Điện tử công suất -Để tạo thành mạch điều khiển thường sử dụng linh kiện: biến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 (công tắc ngưỡng), tranzitor, máy biến áp xung, diot diot zener số linh kiện điện tử khác *Tính tốn mạch điều khiển: Để điều khiển góc 1 ta phải điều khiển Udk1 Udk2 Tương ứng: Udk1 + Udk2 = UM Trong đó: UM: điện áp điều khiển cực đại TCA: UM = 16 (V) Suy ra: Udk1 + Udk2 = 16 (V) (1) Để thoả mãn điều kiện (1), ta chọn khuếch đại trừ hình vẽ, nên ta có: Udk2 = K2 UM – K1 Udk1 (2) K1 R7 R4 K2 R4 R7 R4 R6 R5 R6 Khi đó, theo sơ đồ ta có: Từ (1) (2) ta có: Udk2 = K2 16 – K1 Udk1 Để đơn giản ta chọn K1 = K2 R4 R7 R6 R7 R4 R5 R6 R4 Chọn R4 = R5 = R6 = R7 suy K1 =K2 = Suy Udk2 = 16 – Udk1 (V) 2/ Vi mạch TCA 780: a) Giới thiệu : Vi mạch TCA 780 gọi công tắc ngưỡng -Được bán rộng rãi thị trường, vi mạch hãng Siemens chế tạo, sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều -TCA 780 vi mạch phức hợp thực chức mạch điều khiển: + ”Tề đầu” điện áp đồng SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 34 Đồ án môn học Điện tử công suất + Tạo điện áp cưa đồng + So sánh + Tạo xung Hình 4-3 Pin Chân Symbol Kí hiệu GND 10 11 12 13 14 15 16 VSYNC I QZ VREF R9 C10 V11 C12 L Q1 Q2 Vs Q2 QU Q1 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Function (Chức năng) Ground Output inverted Output U Output inverted Nối đất Đầu số đảo Đầu U Đầu số đảo Synchronous voltage Điện áp đồng Inhibit Chân khoá Output Z Đầu Z Stabilized voltage Điện áp chuẩn Ramp resistance Điện trở tuyến tính Ramp capacitance Tụ tuyến tính Control voltage Điện áp điều khiển Pulse extension Mở rộng xung Long pulse Xung dài Output Đầu số Output Đầu số Supply voltage Điện áp nguồn nuôi Trang 35 Đồ án môn học Điện tử công suất b) Sơ đồ vi mạch TCA 780: -Có thể điều chỉnh góc mở từ 00 đến 1800 điện -Thông số chủ yếu TCA 785: +Điện áp ni: Us = 18 V +Dịng điện tiêu thụ: IS = 10 mA +Dòng điện ra: I = 50 mA +Điện áp cưa: Ur max = (US – 2) V SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 36 Đồ án môn học Điện tử công suất +Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9 = 20 k - 500 k +Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 – (Us – 2) V +Dòng điện đồng bộ: IS = 200 A +Tụ điện: C10 = 0,5 F +Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz c ) Nguyên lý hoạt động : TCA 780 hoạt động theo nguyên tăc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Tụ C10: tham gia vào khâu tạo điện áp cưa, nạp dịng điện i từ chân số 10 dòng i điều chỉnh R (thường R9 = 20 k 500 k ) Dịng điện i tính: U 3,3 i (Thường chọn R9 = 200 k ) R9 R U 10 i.t C10 (Thường chọn C10 = 0,5 F) +Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16 V) +Ur = Uc – Uv : Uc = Ur tức Uv =0 TCA làm nhiệm vụ so sánh tạo xung Bằng cách làm thay đổi U c điều chỉnh thời điểm xuất xung tức điều chỉnh góc mở +Tại thời điểm t = t0, U10 = Uc = U11, xuất xung dương chân 15 nên V(t)>0, xuất xung chân 14 V(t) 300 pF +US : điện áp nguồn nuôi từ chân 6, 13, 16 với điện áp chiều (18 V) Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha sử dụng tiristor ta cần sử dụng xung lấy từ chân số 15 +Để có xung điều khiển cho tiristor cần có vi mạch TCA 780 đảm nhận 3/ Khâu khuếch đại xung: -Xung vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để mở tiristor, cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để mở tiristor động lực -Khuếch đại tạo xung gồm linh kiện: transistor, biến áp xung, diot điện trở phân cực cho tranzitor SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 37 Đồ án môn học Điện tử công suất a) Sơ đồ pha khâu khuếch đại xung: Hình 4-6 b) Chức linh kiện: - Dz1:diot ổn áp,ổn định điện áp đầu vào khâu khuếch đại - D3: hướng dòng cung cấp cho transistor - D2, Dz2: hạn chế điện áp cực colector emitor transistor - R1, R2: điện trở hạn chế dòng phân cực IB transistor - Rc:điện trở hạn chế dòng collector - D4:ngăn chặn xung áp âm có T bị khóa - Rg: hạn chế dòng điều khiển - R3: điều khiển biên độ sườn xung c) Hoạt động sơ đồ: Giả sử tín hiệu vào Uc (là tín hiệu logic) lấy từ chân 15 (và 14) TCA 780 -Khi Uc = “1” (mức logic 1)thì tranzitor dẫn bão hoà Giả sử t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L biến áp xung ngăn không cho I c ic US ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ Rc t Uc (1 e T ) Rc với T L1 Rc -Khi Uc = “0” (mức logic 0) Dz1 bị chặn lại tranzitor bị khoá Khi t = t1 Uc = “0” ta có: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 38 Đồ án môn học Điện tử công suất US i L (t1 ) i c (t1 ) (1 e Rc t1 T ) I0 US Rc Tranzitor bị khoá  Ic = Vậy khơng có diot D2 lượng W L.I 02 sinh điện áp cực C E, điện áp vượt 100V nên phá huỷ transistor Khi có D2: UCE = UC – UE = 0,8 (V) D2 mở cho dòng chạy qua làm ngắn mạch điểm C, F cuộn sơ cấp máy biến áp xung Do đó: UCE = US + 0,8 (V) 4/ Khâu truyền hàm điều khiển: Khi có xung cuộn dây thứ cấp máy biến áp xung, xung truyền qua D4 đến điều khiển mở tiristor T phân cực thuận 5/ Tính chọn thơng số phần tử mạch điều khiển: a) Tính chọn phần tử khâu khuếch đại xung: Chọn diot D4 dùng điều khiển tiristor 91RC60: US = V, Ig = 300 mA Chọn diot D4 loại S310 Liên Xô với thông số: UCE = 40 V, UBE = V, Ic max = 300 mA, = 13 – 25 Với IC = 150 mA, chọn = 20 IB IC 150 20 7,5mA Điện trở Rc: Rc U CE U1 Ic U D3 US U1 Ic U D3 18 15,2 0,6 14,667( ) 150.10 Rc 15( ) Tính chọn R1: U BE 3.10 R1 70,58( ) I c I B 150.7,5.10 Chọn D2, D3 loại S310 có thơng số: I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆UD3 = 0,6 V Diot Dz loại diot zener loại 1W3815 có thông số: Imax = 264 mA, U0N = 16 V, Pmax = W Tính chọn Dz1 R2: Dòng điện từ chân 14 15 qua diot D1 50 mA Biên độ xung Ux = 16 V Chọn Dz1 diot zener loại KU139A có thông số U = 3,7 V; Imax = 70 mA; Imin = 30 mA Dòng điện chân 14 15 qua diot D1 50 mA Biên độ xung Ux = 16 V Điện trở R2 tính sau: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 39 Đồ án môn học R2 UX Điện tử công suất U I U BE 16 3,7 186( ) 150 b) Chọn phần tử bên TCA 780: Ta chọn R q 100( k ) C10 0,5( F ) C12 0,5( F ) c) Tính toán máy biến áp đồng pha: Máy biến áp đồng pha máy biến áp tạo nguồn cung cấp cho TCA 780 Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn 380/220 V, có sơ đồ nối dây ∆∕Ү để tạo độ lệch 300 cách tự nhiên, đồng thời tạo đồng pha máy biến áp thứ cấp Độ dài xung cưa độ dài máy biến áp đồng pha với điện áp điều khiển cực đại là: U dk UC 16 U max 91,954(V ) 0 0,174 sin 170 sin 170 TCA có dịng vào đồng khoảng I5 = 200 ( A) Vậy điện trở R5 tính sau: U 91,954 R5 0,46.10 ( ) 460(k ) I5 200 Tỉ số biến áp máy biến áp đồng pha: U1 380 n 4,133 U 91,954 Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: I2 200 I1 48,397( A) n 4,133 Công suất máy biến áp đồng pha: S = U1 I = 380 48,397 106 = 55,77 103 (W) Công suất máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ d) Tính chọn biến áp xung: Tỉ số biến áp biến áp xung tính theo cơng thức: m U1 UX (thường m = -3 ) Chọn m = Vậy điện áp sơ cấp biến áp xung là: U1 = m UX = (7 + 0,6) = 15,2 (V) Với UX = Uq + ∆Up = (7 + 0,6) (V) Dòng điện sơ cấp biến áp xung: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 40 Đồ án môn học I1 Điện tử công suất Ig 150(mA) *Mạch từ: Chọn vật liệu sắt từ 330, lõi sắt từ có dạng hình chữ nhật, làm việc phần đặc tính từ hố tuyến tính B S = 2,2 T, ∆B = 1,7 T làm việc f = 50 Hz, có khe ∆H = 50 A/m Từ thẩm lõi thép từ: B 0,7 1,4.10 50.10 H Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình Sơ ta chọn chiều dài trung bình đường sức: L = 0,1 m; khe hở lkh = 10-5 L tb l kh 0,1 L 10 0,1 1,4.10 5,8.10 Thể tích lõi sắt từ: 5,8.10 3.10 5.10 0,15.15,2.0,15 tb t X S U S I V B2 0,7 = 2,204 10-6 (m) = 2,204 (cm3) Chọn thể tích (cm3) Chọn số liệu thiết kế: l = (cm), a = =1,5 (cm) Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung: U tx1 15,2.5.10 W1 95(vòng ) B .K 0,7.1,5.0,76.10 Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: U2 7,6.95 W2 W1 47,5(vòng ) U1 15,2 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 41 Đồ án môn học Điện tử công suất CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I-Mạch bảo vệ: 1/Giới thiệu : Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng ngày rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động hoá…… Tuy nhiên phần tử bán dẫn cơng suất khó tính tốn hay bị hư hỏng nhiều nguyên nhân khác Do cần phải bảo vệ thyrisror, cần phải tôn trọng tỉ số giới hạn sử dụng nhà chế tạo định với phần tử - Điện áp ngược lớn - Giá trị trung bình lớn dịng điện - Nhiệt độ lớn thiết bị - Tốc độ tăng trưởng lớn dòng điện di dt - Thời gian khoá toff - Thời gian mở ton - Dịng điện kích thích - Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần bảo vệ chống nhiều cố bất ngờ xảy gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, điện áp dòng điện Các phần tử bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ Trong làm việc với nhiệt độ nhiệt độ cho phép dù thời gian ngắn phá huỷ thiết bị Đối với bán dẫn Ge: TjM = 800 - 1000 Đối với bán dẫn Si: TjM = 1800 – 2000 Nếu phần tử bán dẫn khơng làm mát khả chịu dòng điện 30% - 50% Để cho thyrisror làm việc tốt ta dùng quạt lám mát tiristor nhỏ Đối với thyrisror có cơng suất lớn dùng nước dầu biến để làm mát Khi cho xung điều khiển vào van ban đầu có điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi lan dần xuất vùng có điện trường lớn Về dịng điện, di lớn tốc độ lan truyền dòng điện dt mặt ghép J2 tạo vùng nóng chảy, mặt ghép J bị hỏng Có thể giảm SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 42 Đồ án môn học nhỏ Điện tử công suất di cách đặt điện kháng bão hoà mạch anot dt thyrisror Đặc điểm cuộn kháng, mach từ chưa bão hồ có điện kháng lớn, mạch từ bão hồ có điện kháng nhỏ 2/ Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn: 1- Tổn thất công suất thyrisror: P U I lv 1,5.34.51 51,77( W) 2- Diện tích bề mặt toả nhiệt: P 51,77 Sn 0,16(m ) Kn 8.40 Trong đó: : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Lấy Tmt = 400C Chọn Tlv cánh tản nhiệt 800C Suy = Tlv – Tmt = 400C Kn : hệ số toả nhiệt đối lưu xạ Chọn Kn = W/m2.0C Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước cánh a.b=10.10 (cm) Tổng diện tích tản nhiệt cánh: S = 12 10 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ dòng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ tải ngắn mạch thyrisror, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu 1- Chọn aptomat có: I dm 1,1.I ld 1,1 3.44,84 85,43( A) 85( A) Udm = 220 (V) Có tiếp điểm chính, đóng cắt tay nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: I nm 2,5.I ld 2,5 3.44,84 194,16( A) 194( A) Dòng tải: I qt 1,5.I ld 1,5 3.44,84 116,49( A) 116( A) 2- Chọn cầu dao có dịng định mức: I qt 1,1.I ld 1,1 3.44,84 85( A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ truyền động 3- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch thyrisror ngắn mạch đầu chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC: I1CC = 1,1 I2 = 1,1 48,58 = 53,44 (A) Nhóm 2CC: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 43 Đồ án môn học Điện tử cơng suất Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 Ihd = 1,1 34,51 = 37,96 (A) Nhóm 3CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 Id = 1,1 59,5 = 65,45 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 60 (A), 2CC loại 40 (A), 3CC loại 70 (A) 4/ Bảo vệ điện áp cho van: - Bảo vệ điện áp trình đóng cắt tiristor thực cách mắc R-C song song với tiristor Chọn R1 = 5,1 ( ), C1 = 0,25 ( F ) Mạch RC bảo vệ điện áp chuyển mạch - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C hình vẽ: Mạch RC bảo vệ điện áp từ lưới Chọn R2 = 12,5 ( ), C1 = ( F ) II/Kết luận: Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: ”thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha – động điện chiều có đảo chiều”, giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, thyristo, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển , vi mạch TCA785, mạch bảo vệ,…cũng cách tính tốn thông số linh kiện mạch SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 44 Đồ án môn học Điện tử công suất TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Điện tử công suất Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh 2- Điện tử cơng suất Tác giả: Nguyễn Bính 3- Máy điện Tác giả: Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 45 ... thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, học kỳ em nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU” Em... phẳng toạ độ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH TIA BA PHA THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) CÓ ĐẢO CHIỀU I- Tổng quan Tiristor : 1/ Cấu... Tổng quan động điện chiều: 1/ Phân loại : Động điện chiều chia làm nhiều loại theo bố trí cuộn kích từ :  Động điện chiều kích từ độc lập  Động điện chiều kích từ song song  Động điện chiều kích