Đề tài thiết kế bộ chỉnh lưu cầu 1 pha để điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA FAST ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CÓ ĐẢO CHIỀU Người hướng dẫn: TS GIÁP QUANG HUY Sinh viên thực hiện: TRƯƠNG KIM THUẬN LÊ TRẦN TRUNG TUẤN DƯƠNG THỊ HIỀN VI VÕ VĂN TUYÊN Nhóm HP/ Lớp: 18PFIEV2 Ngành: TIN HỌC CÔNG NGHIỆP MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU, CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ, PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 1.1 Tổng quan động điện chiều: 1.1.1 Cấu tạo: 1.1.2 Phân loại máy điện chiều .6 1.1.3 Nguyên lí hoạt động: 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng : 1.2.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ : 1.2.3 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông : 10 1.3 Kết Luận: 10 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN, CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN, LỰA CHỌN 11 2.1 Lý thuyết chỉnh lưu hình cầu pha kép điều khiển hoàn toàn 11 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý: 11 2.1.2 Nguyên lý hoạt động: 11 2.1.3 Điện áp dòng điện chỉnh lưu: 12 2.2 Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu cầu pha kép: .13 2.2.1 Phương pháp điều khiển riêng 13 2.2.2 Phương pháp điều khiển chung (Điều khiển phối hợp tuyến tính) 14 2.3 Kết Luận 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC .16 3.1 Khái quát chung mạch động lực: 16 3.1.1 Sơ đồ khối mạch động lực: 16 3.1.2 Chức khối: 16 Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 3.2 Tính tốn van chỉnh lưu 16 3.2.1 Điện áp ngược van: 16 3.2.2 Dòng điện làm việc van 17 3.3 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu: 17 3.3.1 Điện áp chỉnh lưu không tải: 17 3.3.2 Công suất tối đa tải: .18 3.3.3 Công suất biểu kiến MBA: 18 3.3.4 Tính tốn sơ mạch từ: 18 3.3.5 Tính tốn dây quấn MBA: 18 3.3.6 Tính tiết diện dây dẫn: 19 3.4 Tính tốn lọc LC 20 3.4.1 Mục đích việc tính tốn lọc: 20 3.4.2 Tính tốn 20 3.5 Kết luận: 20 CHƯƠNG THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23 4.1 Giới thiệu chung 23 4.1.1 Vai trò mạch điều khiển: .23 4.1.2 Yêu cầu mạch điều khiển: .23 4.1.3 Cấu trúc mạch điều khiển dùng thyristor: 24 4.1.4 Nguyên tắc điều khiển: 24 4.2 Nguyên lí hoạt động khâu 25 4.2.1 Khâu đồng 25 4.2.2 Khâu so sánh .26 4.2.3 Khâu tạo xung chùm: 28 4.2.4 Khâu khuếch đại 29 CHƯƠNG 5: MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 31 5.1 Giới thiệu chung: 31 Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 5.2 Bảo vệ nhiệt 31 5.3 Bảo vệ dòng điện: .32 5.3.1 Bảo vệ dòng điện tải: 32 5.3.2 Bảo vệ dòng điện ngắn mạch: 32 5.4 Bảo vệ điện áp: 33 5.5 Sơ đồ bảo vệ mạch động lực 35 Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 1 Cấu tạo động điện chiều Hình Cấu tạo động điện chiều Hình Mơ tả ngun lí làm việc động điện chiều Hình Đặc tính (tốc độ) động điện chiều thay đổi điện áp phần ứng Hình Đặc tính (tốc độ) động điện chiều Hình Đặc tính (tốc độ) động điện chiều Hình Đặc tính (tốc độ) thay đổi từ thông Φ 10 Hình Đồ thị đặc tính thay đổi từ thông Φ 10 Y Hình Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha kép điều khiển hoàn toàn 11 Hình 2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 11 Hình Đồ thị u, i chỉnh lưu hình cầu pha có điều khiển .12 Hình Sơ đồ chỉnh lưu kép .13 Hình Giản đồ dịng điện – PP điều khiển riêng 14 Hình Điện áp chỉnh lưu .1 Hình Sơ đồ khối mạch động lực 16 Hình Sơ đồ lọc LC 20 Hình 3 Datasheet CR20F 22 Y Hình Bản vẽ tổng qt mạch cơng suất mạch điều khiển 23 Hình Sơ đồ mạch điều khiển thyristor 24 Hình 4 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 25 Hình Sơ đồ khâu mạch đồng pha 25 Hình Sơ đồ dạng sóng , , 26 Hình sơ đồ khâu so sánh dùng opamp 26 Hình Sơ đồ dạng sóng khâu so sánh 27 Hình Sơ đồ mạch tạo .27 Hình 10 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 28 Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 11 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 28 Hình 12 Sơ đồ dạng sóng 29 Hình 13 Sơ đồ mạch khâu khuếch đại .29 Hình Cánh tản nhiệt thực tế 33 Hình Sơ đồ bảo vệ thiết bị biến đổi dùng cầu chì 35 Hình Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC .35 Hình Dùng mạch RC để bảo vệ áp 36 Hình 5 Sơ đồ bảo vệ mạch động lực 37 Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU, CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ, PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 1.1 Tổng quan động điện chiều: 1.1.1 Cấu tạo: 1.Cổ góp điện 2.Chổi than 3.Rotor 4.Cực từ 5.Cuộn dây kích từ 6.Stato 7.Cuộn dây phần ứng Hình 1 Cấu tạo động điện chiều Cấu tạo động điện chiều gồm phần chính: phần mạch kích từ (tạo từ trường) phần quay roto Từ trường tạo nhờ cuộn dây (5) có dịng điện chiều chạy qua Các cuộn dây gọi cuộn kích từ quấn quanh cực từ (4) Trường hợp hình vẽ, stato (6) động có đặt cuộn dây kích từ nên stato cịn gọi phần kích từ (hay phần cảm) Từ trường phần kích từ tạo tác dụng từ lực vào dây dẫn (7) đặt rãnh rơto (3) có dịng điện chạy qua Cuộn dây đặt rãnh rôto gọi cuộn dây phần ứng Dòng điện đưa vào cuộn dây phần ứng qua chổi than (2) cổ góp Rơto mang cuộn dây phần ứng nên cịn gọi phần ứng 1.1.2 Phân loại máy điện chiều Máy điện chiều kích từ độc lập (hình 1.2a): mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp điện với mạch kích từ Máy điện chiều kích từ song song (hình 1.2b): mạch kích từ nối song song với mạch phần ứng Máy điện chiều kích từ nối tiếp (hình 1.2c): mạch kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng Máy điện chiều kích từ hỗn hợp (hình 1.2d): vừa kích từ song song vừa kích từ nối tiếp Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình Cấu tạo động điện chiều 1.1.3 Nguyên lí hoạt động: Hình Mơ tả ngun lí làm việc động điện chiều Trên hình 1.3 cho điện áp chiều U vào chổi điện A B, dây quấn phần ứng có dịng điện Các dẫn ab, cd mang dịng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng tương hỗ lên tạo nên momen tác dụng lên rôto, làm rôto quay Chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1.3 a) Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ (hình 1.3 b), nhờ có phiến góp đổi chiều dịng điện nên dịng điện chiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi lực tác dụng lên rơto theo chiều định, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: Để thay đổi tốc độ động điện chiều từ đặc tính cơ: Với: : Điện áp phần ứng (V) : Điện trở mạch phần ứng (Ω) : Điện trở phụ mạch phần ứng (Ω) : Từ thơng kích từ cực từ () : Momen điện từ (N.m) - Ta có phương pháp điều chỉnh tốc độ: +Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy +Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện tử phụ +Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông 1.2.1 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng : Phương pháp sử dụng có hai nguồn Một nguồn điều chỉnh điện áp để nối với mạch phần ứng nguồn khác nối với mạch kích từ Hình Đặc tính (tốc độ) động điện chiều thay đổi điện áp phần ứng 1.2.1.1 Nhận xét: Ta có từ thơng giữ không đổi, điện áp phần ứng cấp từ biến đổi Khi thay đổi U cấp cho cuộn dây phần ứng, ta có họ đặc tính tương ứng với tốc độ tải khác nhau, song song Hình 1.4b Đường B ứng với , đường C D ứng với , đường A ứng với Nhưng việc điều chỉnh điện áp thường Nên phương pháp cho phép điều chỉnh giảm tốc độ Cịn xem có phép khơng, có cho phép khơng nhiều 1.2.1.2 Đặc điểm phương pháp: - Điện áp phần ứng giảm tốc độ động nhỏ - Điều chỉnh trơn toàn dải điều chỉnh - Độ cứng đặc tính () giữ khơng đổi tồn dải điều chỉnh - Độ sụt tốc tuyệt đối tuyệt đối toàn dải điều chỉnh ứng với momen Độ sụt tốc tương đối lớn đặc tính thấp dải điều chỉnh Do sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) đặc tính thấp khơng vượt q sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh - Dải điều chỉnh phương pháp có thể: ~ 10 : - Chỉ thay đổi tốc độ phía giảm (vì thay đổi ) - Phương pháp cần nguồn thay đổi trơn điện áp =>> Phương pháp kinh tế, tổn hao lượng phạm vi điều chỉnh rộng Nên kết hợp với phương pháp điều chỉnh từ thơng để điều chỉnh tốc độ lớn nhỏ tốc độ định mức Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 1.2.2 Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ : Hình Đặc tính (tốc độ) động điện chiều thay đổi điện áp phần ứng Hình Đặc tính (tốc độ) động điện chiều với R_f khác 1.2.2.1 Nhận xét: Khi mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng tăng điện trở mạch phần ứng , đặc tính dốc xuống, tốc độ động giảm dần Do dòng điện phần ứng lớn nên tổn hao công suất điện trở điều chỉnh lớn Phương pháp sử dụng động cơng suất nhỏ Dù động khơng tải có thay đổi điện trở phụ tốc độ động không đổi (giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng) 1.2.2.2 Đặc điểm phương pháp: - Điện trở mạch phần ứng tăng, độ dốc đặc tính lớn (càng mềm), độ ổn định tốc độ sai số tốc độ lớn - Phương pháp cho phép thay đổi tốc độ phía giảm (do tăng thêm điện trở) - Vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng nên tổn hao công suất dạng nhiệt điện trở phụ điều chỉnh lớn - Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số momen tải Tải nhỏ () dải điều chỉnh D nhỏ Nói chung phương pháp cho: ~ : - Về nguyên tắc phương pháp cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi điện trở dòng Rotor lớn nên việc chuyển đổi điện trở khó khăn Thực tế thường thực chuyển đổi theo cặp điện trở =>> Với đặc điểm lại gây tổn hao nên phương pháp sử dụng Chỉ phù hợp khởi động động Thiết bị dùng cho động cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 10 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 23 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Giới thiệu chung Hình Bản vẽ tổng qt mạch cơng suất mạch điều khiển Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 24 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 4.1.1 Vai trò mạch điều khiển: Mạch điều khiển khâu quan trọng biến đổi thyristor (tạo xung vào thời điểm mong muốn để mở van động lực chỉnh lưu thyristor) Chính đóng vai trị chủ đạo việc định chất lượng độ tin cậy biến đổi 4.1.2 Yêu cầu mạch điều khiển: - Yêu cầu độ lớn độ rộng xung điều khiển (với độ rộng xung điều khiển) - Yêu cầu độ dốc trường trước xung (càng cao việc mở tốt, thơng thường) - Yêu cầu đối xứng xung kênh điều khiển - Yêu cầu độ tin cậy: + Thyristor khơng tự mở dịng rị tăng, nên điện trở kênh điều khiển phải nhỏ + Xung điều khiển phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn + Tránh tượng mở nhầm van, cần khử nhiễu cảm ứng - Yêu cầu lắp ráp vận hành: + Dễ dàng thay lắp ráp, vận hành + Khả điều chỉnh thiết bị cao, khối điều chỉnh làm việc độc lập 4.1.3 Cấu trúc mạch điều khiển dùng thyristor: Hình Sơ đồ mạch điều khiển thyristor - Mạch điều khiển bao gồm khâu: + Khâu đồng bộ: có nhiệm vụ tạo điện áp tựa đồng pha với điện áp lưới, cho phép xác định góc điều khiển α + Khâu so sánh: thực nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển để phát động tạo xung có độ rộng thích hợp điều khiển với van Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 25 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy + Khâu tạo xung chùm: xung dương sau khối so sánh xung vng có độ rộng kéo dài từ xuất hết nửa chu kì xét điện áp chỉnh lưu, xung chưa thích hợp để mở thyristor Do khâu tạo xung có nhiệm vụ: chế biến xung hình dạng thích hợp cho việc mở thyristor; khuếch đại đủ công suất mở thyristor; chia xung cấp cho thyristor + Khâu khuếch đại thuật tốn: có nhiệm vụ khuếch đảm bảo độ lớn xung, công suất xung điều khiển, cách ly mạch lực với mạch điều khiển 4.1.4 Nguyên tắc điều khiển: - Có hệ điều khiển chỉnh lưu hệ đồng hệ không đồng Hệ đồng bộ: hệ đồng góc mở α ln xác định, xuất phát từ thời điểm cố định điện áp mạch lực Vì mạch điều khiển phải có khâu thực nhiệm vụ gọi khâu đồng hay đồng pha để để bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp mạch lực - Hệ điều khiển đồng điều khiển thông qua nguyên tắc: + Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng across + Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: Nguyên lí hoạt động: + Dùng điện áp: , • Điện áp cưa () có dạng tuyến tính đồng từ lưới điện, thông thường thời điểm tạo điện áp cưa trùng với thời điểm chuyển mạch tự nhiên • Điện áp điều khiển () điện áp chiều điều chỉnh biên độ + Điện áp cưa điện áp điều khiển đưa vào so sánh, khi: = có xung điều khiển mở thơng thyristor + Bằng cách thay đổi điện áp điều khiển ta điều chỉnh thời điểm phát xung điều khiển mở thyristor (tức điều khiển góc mở α (α = π) để xác định ) • = α = π • = α = + Thường chọn: = = 10v Nhận xét: Mạch đáp ứng yêu cầu cấp xung cho thyristor mạch chỉnh lưu Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 26 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy điều khiển hoàn toàn Do ta xây dựng mạch điều khiển nguyên tắc: “điều khiển thẳng đứng tuyến tính” Hình Ngun tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 4.2 Nguyên lí hoạt động khâu 4.2.1 Khâu đồng Hình 4 Sơ đồ khâu mạch đồng pha Nguyên lý hoạt động: Tại OPAMP : Trong nửa chu kỳ dương: Trong nửa chu kỳ âm: Tại OPAMP : Khi Tr khố mạch gồm: biến trở , tụ OPAMP lúc ta mạch tích phân với điện áp đồng Khi Tr mở diode khố Khi Transistor mở vịng mạch gồm Tr tụ có tác dụng triệt tiêu phần âm nên Hình Sơ đồ dạng sóng , , 4.2.2 Khâu so sánh - Để so sánh tín hiệu tương tự, dùng Transistor khuếch đại thuật tốn (OPAMP) Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 27 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy - Khuếch đại thuật tốn có ưu điểm sau: + Điện trở vào vô lớn: Rv = ∞ (thực tế Rv = 106 đến 109Ω) nên không gây ảnh hưởng đến điện áp đưa vào so sánh, tách biệt hồn tồn chúng để khơng gây tác động sang + Tầng vào Opamp thường loại khuếch đại vi sai, mặt khác có nhiều tầng nên hệ số khuếch đại lớn Hệ số khuếch đại k = ∞ (thực tế k = 10 6) Vì độ xác so sánh cao, độ trễ không vài micro giây Điện trở Rr = (thực tế Rr = đến 200Ω) + Thời gian chuyển từ - Ubh đến +Ubh (thực tế vơ nhỏ) Hình sơ đồ khâu so sánh dùng opamp - Nguyên lý hoạt động: Tại opamp ta có: () = + ; () = Khi + >  () > () => = - Khi + <  () < () => = + Hình Sơ đồ dạng sóng khâu so sánh + Vì ta chọn phương pháp điều khiển chung với nên để đáp ứng điều kiện ta tác động vào hai khâu so sánh để Để tạo hai tín hiệu ta sử dụng mạch cộng kết hợp với biến trở Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 28 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Vì tính chất opamp nên ta có Vì khơng có dịng qua đầu opamp nên dòng qua , áp dụng cầu chia điện áp ta có: Dịng khơng vào đầu – opamp nên dòng qua dòng qua Hình Sơ đồ mạch tạo 4.2.3 Khâu tạo xung chùm: Để giảm công suất cho khâu khuếch đại tăng số lượng xung kích mở nhằm đảm bảo thyristor mở cách chắn ta sử dụng khâu phát xung chùm cho thyristor Khâu phát xung chùm dựa vào nguyên tắc trước đưa tín hiệu đến khâu khuếch đại ta chèn thêm cổng AND để nhận tín hiệu đầu vào từ phát xung khâu so sánh hình vẽ, hai khâu có tín hiệu đưa tín hiệu đến khâu khuếch đại Hình Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm Ở khâu tạo xung chùm ta dùng sơ đồ đa hài khuếch đại thuật tốn Hình 10 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 29 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Sơ đồ đa hài khuếch đại thuật toán sử dụng mạch khuếch đại điện áp vòng hở (Open Loop) nên vùng khuếch đại tuyến tính nằm khoảng nhỏ Ta bỏ qua vùng xem tính hiệu ngõ tồn vùng bão hòa dương ứng với vùng bão hòa âm ứng với Giả sử lúc đầu tụ chưa tích điện, điện áp ngõ , áp dụng nguyên tắc cầu chia điện áp Lúc chênh lệch điện áp nên tụ nạp theo chiều từ đầu qua nối đất Điện áp tụ ngày tăng điện áp tụ , điện áp tụ điện áp đầu vào âm(2) nên ,lúc Op-Amps chuyển trạng thái thành bão hòa âm điện áp ngõ (1) lúc Lúc điện áp tụ lớn điện áp ngõ (1) nên tụ xả, điện áp tụ giảm Đến điện áp tụ , OpAmps chuyển trạng thái thành bão hòa dương, tụ nạp trở lại Quy trình nạp xả liên tục tụ tạo nên chùm xung chữ nhật đầu (1) Hình 11 Sơ đồ dạng sóng 4.2.4 Khâu khuếch đại - Xung vi mạch chưa đủ lớn để mở Thyristor, cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để kích mở Thyristor - Bằng cách khuếch đại xung dễ cách ly mạch điều khiển mạch lực, truyền xung dạng kim gửi đến Thyristor => Ta chọn cách khuếch đại biến áp xung - Khuếch đại xung gồm linh kiện: transistor, biến áp xung (BAX), diode (D2, D3) điện trở phân cực cho tranzito Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 30 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 12 Sơ đồ mạch khâu khuếch đại - Hoạt động: Điện áp đầu vào điện áp dạng xung chùm, có xung dạng hình chữ nhật, có xung vào có dịng I chạy qua biến áp xung (BAX) Dòng cảm ứng sang thứ cấp biến áp xung điều khiển Dùng xung dương xung dương lấy lượng từ nguồn E, xung âm lượng cuộn dây điện cảm xả ra, lượng nhỏ Để khuếch đại công suất, ta dùng transistor , diode để bảo vệ cuộn dây sơ cấp BAX khố đột ngột (nếu khơng có diode lượng sinh điện áp cực C E, điện áp vượt ngưỡng cho phép nên phá huỷ transistor) , điện trở hạn chế dòng phân cực transistor Trong thực tế xung điều khiển cần có độ rộng bé (cỡ 10 ÷ 200 𝜇𝜇), mà thời gian mở thông transistor công suất dài (tối đa tới nửa chu kì 0.01s), làm cho cơng suất tỏa nhiệt dư transistor lớn kích thước dây quấn sơ cấp BAX lớn Để giảm nhỏ công suất tỏa nhiệt kích thước dây sơ cấp BAX, ta thêm tụ nối tầng Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 31 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 5: MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 5.1 Giới thiệu chung: Đối với chỉnh lưu bán dẫn tính tốn vận hành ta phải đặc biệt lưu ý đến vấn đề bảo vệ qua dòng điện điện áp Vì van bán dẫn có kích thước nhỏ, nhiệt dung bé nhiệt độ dòng điện qua mặt tiếp giáp PN diot lớn nên nhạy cảm với tải dòng Hằng số thời gian phát nóng silic van cơng suất lớn có vài phần trăm giây Do đó, khâu bảo vệ địi hỏi phải có tác động nhanh cao Mặt khác van bán dẫn nhạy cảm với điện áp Chỉ cần tồn điện áp ngược lớn giá trị cho phép khoảng vài µs, mặt tiếp giáp PN bị chọc thủng điện 5.2 Bảo vệ nhiệt Khi làm việc với dịng điện chạy qua, van có sụt áp, có tổn hao cơng suất P sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Cách khắc phục dùng cánh tản nhiệt: Hình Cánh tản nhiệt thực tế Tổn thất công suất Thyristor: P = U × = 1,8 × = 20,49 (W) Diện tích bề mặt tản nhiệt: = Trong đó: ∆U: sụt áp lớn Thyristor Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 32 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy : dịng điện làm việc Thyristor ∆P: tổn hao cơng suất τ: độ chênh lệch nhiệt độ với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường 40°C , nhiệt độ làm việc tối đa Thyristor 125°C Chọn nhiệt độ cánh tản nhiệt 80°C nên τ = 80 − 40 =40°C : hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ Chọn = W/.°C = = 0,064 Chọn loại cánh tản nhiệt cánh kích thước cánh 10cm Tổng diện tích tản nhiệt cánh là: S = 4*2*10*10 = 800 c = 0,08 5.3 Bảo vệ q dịng điện: Có loại dòng điện là: dòng điện tải dòng điện ngắn mạch 5.3.1 Bảo vệ dòng điện tải: Dùng để trường hợp cố tạo dòng điện lớn ngắn mạch tải, dẫn thứ cấp MBA(ngắn mạch ngoài), ngắn mạch pha đo làm cho thủng van(ngắn mạch trong) đột biến nghịch lưu 5.3.2 Bảo vệ dòng điện ngắn mạch: Thiết bị bảo vệ ngắn mạch cắt nhanh có hiệu cầu chì Cần lưu ý số đặc điểm cầu chì để bảo vệ Thyristor: • Cầu chì phải chịu dùng làm việc định mức thiết bị • Nhiệt lượng cầu chì phải nhỏ nhiệt lượng thiết bị cần bảo vệ • Khi cầu chì đứt, điện áp phục hồi phải đủ lớn để không làm cho hồ quang cháy lại cực cầu chì • Sử dụng loại cầu chì dây chảy có nhiều khe hẹp nằm cát thạch anh để hút nhanh thành phần bay hồ quang Để bảo vệ điện áp ta chọn cầu chì vị trí sau: Vị trí 1: Đặt ngõ vào MBA Vị trí 2: Đặt ngõ MBA Vị trí 3: Mắc nối tiếp với Thyristor Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 33 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình Sơ đồ bảo vệ thiết bị biến đổi dùng cầu chì 5.4 Bảo vệ điện áp: Thyristor nhạy cảm với điện áp lớn so với điện áp định mức ta gọi trình điện áp, có ngun nhân gây q điện áp: - 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 – 100µs) Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện sỉnh sức điện động cảm ứng lớn, điện cảm ln có, đường dây nguồn dẫn đến thyristor - Quá điện áp tổng điện áp làm việc L Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân thường diễn ngẫu nhiên có sét đánh, cầu chì cháy, đóng ngắt MBA nguồn Cắt MBA nguồn tức cắt dịng điện từ hóa MBA, lượng từ trường tích lũy lõi sắt từ, chuyển thành lượng điện trường tụ điện kí sinh nhỏ dây quấn sơ cấp thứ cấp MBA Điện áp lớn gấp lần điện áp làm việc Để bảo vệ qua điện áp người ta dùng mạch bảo vệ RLC bảo vệ riêng thyristor Hình Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 34 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Người ta thường chọn điện áp định mức thyristor U > 1,2 Trị số nhỏ nhiều so với điện áp Các điện áp có tốc độ tăng trưởng lớn Đạo hàm điện áp sinh dòng điện chảy qua tụ C, đấu anode cathode thyristor, i = C Điện cảm L hạn chế dịng điện chảy Khi kích mở thyristor, tụ điện C phóng điện qua thyristor, điện trở R hạn chế dòng điện Các linh kiện bảo vệ tính tốn cơng thức, thực tế người ta ưa dùng trị số thực nghiệm: C = 0,01 ữ 1àF R = 10 ữ 1000 L = 50 ữ100àH Ta cú th dựng mch RC bảo vệ áp cho biến đổi: Hình Dùng mạch RC để bảo vệ áp Mạch RC đấu song song với thyristor nhằm bảo vệ điện áp tụ điện tích chuyển mạch gây nên Mạch RC đấu pha thứ cấp MBA để bảo vệ điện áp cắt không tải MBA gây nên Thông số RC phụ thuộc vào mức độ điện áp xảy ra, tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch, điện cảm đường dây, dịng điện từ hóa MBA Việc tính tốn thơng số R,C địi hỏi phải tốn nhiều thời gian tìm hiểu tài liệu, mà tài liệu hướng dẫn phương pháp xác định thông số R,C đồ thị giải tích Nhưng thơng số toán nhỏ nên việc xác định theo đồ thị khó xác Vì vậy, nhóm chọn mạch RLC để bảo vệ, với thông số theo thực nghiệm tìm Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 35 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 5.5 Sơ đồ bảo vệ mạch động lực Hình 5 Sơ đồ bảo vệ mạch động lực Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 36 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Nhóm thực hiện: Nhóm 03-18PFIEV2 37 Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy