CHƯƠNG7 ĐỀ CƯƠNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT T8 2021

Më ®Çu Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Chương 7 Bảo vệ thiết bị biến đổi 224 Chương 7 BẢO VỆ THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI 7 1 Ngắn mạch và bảo vệ ngắn mạch Trong qua trình làm việc, không thể trán.

Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Chương BẢO VỆ THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI 7.1 Ngắn mạch bảo vệ ngắn mạch -Trong qua trình làm việc, khơng thể tránh khỏi cố sảy thiết bị biến đổi Việc nghiên cứu q trình dịng áp sẩy cố cần thiết, nhằm bảo vệ hệ thống cách hữu hiệu Để bảo vệ thiết bị bán dẫn tránh khỏi phá hoại dòng điện, người ta thường dùng dây chẩy tác động nhanh (Khoảng vài ms) Loại dây chảy làm bạc lá, đặt vỏ sứ có chứa cát thạch anh nước cất Hoạt động dây chảy chia làm hai giai đoạn hình 7.1 i Khi kh«ng dùng dây chảy Khi dùng dây chảy t I thq II tc Hình 7.1: Đặc tính hoạt động dây cầu chì - Giai đoạn I, kể từ dòng điện cố tác động đến suất hồ quang Trong giai đoạn này, dây chảy bị đốt nóng mềm - Giai đoạn II, kể từ suất hồ quang đến cắt dòng điện cố Trong giai đoạn điện áp hồ quang tăng dần, dịng điện cố giảm dần không - Các thông số đặc trưng dây chảy điện áp định mức, dòng điện định mức Khơng nên đặt dây chảy vào mạng điện có điện áp lớn điện áp định mức dây chảy Dòng định mức dây chảy chọn phải lớn dòng định mức thiết bị bán dẫn, khơng lấy lớn 10% dịng làm việc van Thời gian tác động cầu chì phải nhỏ thời gian chịu đựng thiết bị Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 224 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất - Đối với thiết bị biến đổi cầu chỉnh lưu, đặt cầu chảy theo vị trí sau đây: ~3 TR1 2) I  Id 1) I  Id 3 - + Hình:7.2: Vị trí đặt cầu chảy cho cầu chỉnh lưu ba pha - Đặt nối tiếp cho thyristor diode (1) - Đặt nối tiếp cho nhóm thyristor diode nối song song (3) - Đặt lối cầu chỉnh lưu (4) - Đặt cuộn dây thứ cấp máy biến áp (2) - Đặt cuộn dây sơ cấp máy biến áp (5) -Trong thực tế tùy theo yêu cầu mức độ bảo vệ mà chọn vị trí đặt cầu chảy cho phù hợp Thơng thường người ta khơng chọn vị trí đặt mà phối hợp vị trí theo cấp tác động Việc đặt cầu chảy lối chỉnh lưu, kết hợp với việc đặt đầu vào sơ cấp máy biến áp dùng nhiều 7.2 Quá áp bảo vệ áp Các thyristor nhạy cảm với điện áp lớn so với điện áp định mức, ta gọi điện áp -Nguyên nhân gây điện áp chia làm hai loại a> Nguyên nhân nội tại: Khi khóa thyristor điện áp ngược, điện tích đổi ngược hành trình tạo dịng điện ngược khoảng thời gian ngắn ( 10 đến 100 s) biến thiên nhanh chóng dịng điện ngược gây sức điện động cảm Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 225 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất ứng lớn điện cảm Quá điện áp tổng điện áp làm việc Ldi/dt nói b> Ngun nhân bên ngồi: - Những nguyên nhân thường sảy ngẫu nhiên có xét đánh, cầu chì bảo vệ đứt, hay đóng cắt máy biến áp nguồn Cắt máy biến áp nguồn tức cắt dịng điện từ hóa máy biến áp, lượng từ trường tích lũy lõi sắt từ chuyển thành lượng điện trường chứa tụ điện ký sinh., nhỏ dây quấn sơ cấp dây quấn thứ 1 2  LI  CU  cấp máy biến áp  2  Điện áp lớn gấp năm lần     điện áp làm việc -Để bảo vệ điện áp người ta thường dùng mạch RLC, bảo vệ riêng cho thyristor hình 6.3.3-1 -Người ta thường chọn điện áp định mức thyristor U  1,2 Uđm Trị số nhỏ nhiều so với trị cực đại trình điện áp kể Các q CC trình q điện áp có độ tăng trưởng du/dt lớn Đạo hàm D điện áp sinh dòng điện chảy qua tụ điện C, đấu L anot – catot thyristor Điện cảm L hạn chế biên độ dịng điện R -Kích mở thyristor, tụ điện C phóng điện qua D T C thyristor, điện trở R hạn chế dòng điện Các linh kiện bảo vệ tính tốn cơng thức, Hình 7.1: Sơ đồ thực tế người ta thường dùng phương pháp bảo vệ dòng kinh nghiệm: chon C = 0,01  0,1F; R= 10 1000; áp cho SCR L = 50  100H Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 226 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất -Sau giới thịêu biến đổi có đầy đủ phần tử bảo vệ dòng áp: R R R C C C R R R C C C + L - Hình 7.4: Sơ đồ bảo vệ q dịng điển hình cho biến đổi công suất 7.3 Tổn hao làm mát van công suất 7.3.1 Tổn hao van bán dẫn công suất -Khi Thyristor, diode mở cho dòng điện chảy qua, cơng suất tổn thất bên đốt nóng chúng Trong mặt ghép nơi nóng nhiều nhất, ta dùng ký hiệu TJ để nhiệt độ mặt ghép TJm nhiệt độ lớn cho phép mặt ghép + Đối với bán dẫn Ge: TJm = 800  1000C + Đối với bán dẫn Si: TJm = 1500  2000C - Công suất tổn thất thiết bị bán dẫn ký hiệu P, tính (W), thường chia thành tổn thất P1 tổn thất phụ P2 Tổn thất dòng điện qua van bán dẫn gây nên, tổn thất phụ bao gồm tổn thất chuyển trạng thái, tổn thất mặt ghép Thường tổn thất phụ không vượt q 5% tổn thất P Vì coi: P = P1 - Để tính P ta cần biết đường đặc tính V - A thiết bị bán dẫn Trong tính tốn người ta thường dùng đặc tính V - A gần hình 7.6-a Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 227 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất +Khi đó: U AC  U  i.Rd (Trong Rd = cotg: Là điện trở vi phân điện trở động.) -Dòng điện chảy qua thiết bị bán dẫn thường dòng điện biến thiên theo chu kỳ Như vậy: T T 1 P   U AC idt   (U  iRd )idt T T Hoặc: P  U I  Rd I (Trong I0 dịng điện trung bình, cịn I dịng điện hiệu dụng chảy qua thiết bị bán dẫn) 7.3.2 Làm mát bán dẫn công suất - Thiết bị bị bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ Nếu làm việc nhiệt độ mặt ghép lớn nhiệt độ cho phép TJm, gây phá hỏng thiết bị bán dẫn Vì việc tính tốn tỏa nhiệt cho mặt ghép cần thiết: + Khi tính tốn sơ đồ dẳng trị nhiệt thể sau: đó: TJ : Là nhiệt độ mặt ghép TV: Lả nhiệt độ vỏ thiết bị bán dẫn Tr: Là nhiệt độ cánh tản nhiệt Rjv Ta: Là nhiệt độ khơng khí môi trường làm việc Tj Rjv: Nhiệt trở mặt ghép vỏ Rvr Rra P Tv Tr Ta Hình 7.5: Sơ đồ đẳng trị nhiệt thiết bị bán dẫn Rvr: Nhiệt trở vỏ cánh tản nhiệt Rra: Nhiệt trở cánh tản nhiệt khơng khí môi trường Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 228 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất +Nhiệt độ truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh, công suất nhiệt truyền tỷ lệ thuận với nhiệt sai tỷ lệ nghich với nhiệt trở R th P  T1  T2 R th (Trong T1 nhiệt độ vùng nóng, T2 nhiệt độ vùng lạnh, nhiệt trở Rth = Rjv + Rvr + R tính 0C/W) -Trong toán nhiệt thường đưa cho biết TJm; Ta; Rth; P Yêu cầu xác định biện pháp làm mát đối lưu tự nhiên hay phải quạt mát m/s, theo hình 7.6-b 0 Rth.ra C/W Rth.ra C/W 0,6 1,2 0,5 1,0 0,4 0,8 0,3 0,6 0,2 0,4 I UO P V UAC a> 0,2 0,1  10 15 m/s b> 25 50 75 100 W c> Hình:7.6: -Đường cong hình6.1-2c: Rra = f(P, Ta) nhà chế tạo cánh tản nhiệt cung cấp ta tra bảng phụ lục Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 229 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 230 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 231 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất 7.4 Tính chọn van công suất biến đổi Các van công suất chọn phải vào thơng số dịng điện điện áp mạch Cụ thể van cơng suất tính chọn phải thoả mãn điều kiện nhà sản xuất quay định Trong thơng số thường phải ưu tiên hàng đầu tính chọn van cơng suất điện áp làm việc van UV; dòng điện hiệu dụng chảy qua van IVRMS dịng điện trung bình chảy qua van IVAV Trong điện áp van chọn phải thoả mãn điều kiện UV = (1,6 2) Ungmax Cịn dịng điện van cơng suất chọn phụ thuộc vào điều kiện làm mát Nếu van bán dẫn công làm mát tản nhiệt đối lưu tự nhiên khả chịu dịng điện 25  30% dòng định mức ghi van Nếu van bán dẫn công làm mát tản nhiệt có quạt gió làm mát khả chịu dòng điện 50  70% dòng định mức ghi van Nếu van bán dẫn công làm mát tản nhiệt có nước làm mát khả chịu dịng điện đạt 100% dòng định mức ghi van Thường biện pháp làm mát thông dụng thường dùng quạt mát chung quanh cánh tản nhiệt Đối với công suất lớn người ta cho nước chảy qua cánh tản nhiệt ngâm thiết bị bán dẫn vào dầu biến Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng ngày nhiều, có ưu điểm gọn nhẹ, làm việc tin cậy, tác động nhanh hiệu suất cao, nên dễ thực tự động hóa vv Tuy nhiên phần tử bán dẫn cơng suất địi hỏi điều kiện khắt khe Trước hết phải quan tâm tôn trọng trị số giới hạn sử dụng nhà sản suất phần tử như: + Điện áp ngược lớn + Giá trị trung bình cho phép dòng điện + Tốc độ tăng trưởng điện áp + Tốc độ tăng trưởng dòng điện Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 232 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử cơng suất + Thời gian khóa - Các phần tử bán dẫn công suất cần bảo vệ, chống cố bất ngờ sẩy ra, ảnh hưởng nhiễu loạn, hay nguy hiểm sẩy ngắn mạch, q điện áp, q dịng điện Chính ta cần phải tính tốn bảo vệ cho van bán dấn sẩy cố 7.4 Bài tập ứng dụng Bài 7.1 Một thyristor làm việc mạch điện có đặc tính V – A hình vẽ, tính cơng suất tổn thất trung bình qua van trường hợp: a> Có dịng chiều 20A qua van ( 2đ) b> Khi làm việc mạch chỉnh lưu pha nửa chu kỳ có dịng điện xoay chiều I(A) 50 i = 14.sint qua ( 2đ) a U(V) Bài 7.2 Công suất tổn thất thiritstor P  30 W Nhiệt độ giới hạn mặt ghép TJ = 1250C Nhiệt độ môi trường 400C Biết điện trở nhiệt mặt ghép cánh tản nhiệt R jr  0,80 C / W Hãy tính: a> Điện trở nhiệt cánh tản nhiệt môi trường (2.5đ) b> Nhiệt độ vỏ thyritstor (2đ) Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 233 ... Hưng Yên Điện tử công suất Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 230 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất Chương Bảo vệ thiết bị biến đổi 231 Trường Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất... Đại học SPKT Hưng Yên Điện tử công suất +Khi đó: U AC  U  i.Rd (Trong Rd = cotg: Là điện trở vi phân điện trở động.) -Dòng điện chảy qua thiết bị bán dẫn thường dòng điện biến thiên theo chu... trình điện áp kể Các q CC trình q điện áp có độ tăng trưởng du/dt lớn Đạo hàm D điện áp sinh dòng điện chảy qua tụ điện C, đấu L anot – catot thyristor Điện cảm L hạn chế biên độ dịng điện R