THÔNG TIN TÀI LIỆU
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đ HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT án ĐỀ TÀI: n iệ -đ ện THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU HÌNH CẦU PHA KÉP ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP CĨ ĐẢO CHIỀU Sinh viên thực hiện: TS GIÁP QUANG HUY tử Người hướng dẫn: Số thẻ sinh viên: Nhóm HP / Lớp: Ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: .7 1.1.1 Khái niệm: 1.1.2 Cấu tạo động điện chiều: 1.1.3 Phân loại động điện chiều: 1.1.4 Nguyên lý động điện chiều: .8 1.2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: Đ Đặc tính động điện: 1.2.2 Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập: 1.2.3 Đặc tính tự nhiên: 1.2.4 Đặc tính nhân tạo: 10 1.2.1 án -đ ện 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: 10 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: 10 1.3.2 Thay đổi từ thơng kích từ động cơ: .11 1.3.3 Thay đổi điện áp phần ứng động cơ: 12 n iệ 1.3.1 tử 1.4 KẾT LUẬN CHUNG: .13 CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH CẦU PHA ĐIỀU KHIỂN HỒN TỒN 14 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 14 2.1.1 Khái niệm: 14 2.1.2 Phân loại: 14 2.1.3 Đặc điểm điện áp dòng điện chỉnh lưu: 14 2.2 CHỈNH LƯU HÌNH CẦU PHA ĐIỀU KHIỂN HỒN TỒN 15 2.2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý: 15 2.2.2 Nguyên lý làm việc: 16 Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 2.2.3 Điện áp dòng điện chỉnh lưu: 17 2.2.4 Hiện tượng trùng dẫn: .17 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU: 18 2.3.1 Khái niệm chung: 18 2.3.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: 19 2.3.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos: 19 2.4 BỘ CHỈNH LƯU CẦU PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN: 20 Sơ đồ nguyên lý: .20 2.4.2 Nguyên lý hoạt động: 20 2.4.3 Phương pháp điều khiển hai biến đổi mắc song song ngược: .21 Đ 2.4.1 án 2.5 KẾT LUẬN CHUNG: .25 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC .26 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 26 Sơ đồ khối mạch động lực: 26 3.1.2 Chức khối: 26 -đ ện 3.1.1 3.2 TÍNH TỐN MẠCH ĐỘNG LỰC: 26 iệ Tính chọn Thyristor: 26 3.2.2 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu: 28 3.2.3 Thiết kế lọc: 31 n 3.2.1 tử 3.3 KẾT LUẬN CHUNG: .32 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 33 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 33 4.1.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor: 33 4.1.2 Yêu cầu mạch điều khiển: 33 4.1.3 Nhiệm vụ mạch điều khiển: .34 4.1.4 Nguyên tắc điều khiển: 34 4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHÂU: 35 Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 4.2.1 Khâu đồng pha: 35 4.2.2 Khâu so sánh: 36 4.2.3 Khâu tạo xung chùm: 36 4.2.4 Khâu khuếch đại: 38 4.2.5 Sơ đồ mạch điều khiển: .39 4.3 TÍNH TỐN THƠNG SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 39 Tính biến áp xung: 40 4.3.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng: .40 4.3.3 Chọn cổng AND: 41 4.3.4 Chọn tụ C3 R9: 41 4.3.5 Tính chọn tạo xung chùm:\ 42 4.3.6 Tính chọn tầng so sánh: .43 4.3.7 Tính chọn khâu đồng pha: 43 4.3.8 Tạo nguồn nuôi: 44 4.3.9 Tính tốn máy biến áp nguồn ni đồng pha: .45 Đ 4.3.1 án -đ ện 4.3.10 Chọn Diode cho chỉnh lưu: 46 iệ 4.4 KẾT LUẬN CHUNG: .46 n CHƯƠNG 5: MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 47 tử 5.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 47 5.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN: 47 5.2.1 Bảo vệ dòng điện tải: 47 5.2.2 Bảo vệ dòng điện ngắn mạch: 47 5.3 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP: .48 5.4 SƠ ĐỒ MẠCH BẢO VỆ CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC: 51 5.5 KẾT LUẬN CHUNG: .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Hình ảnh động điện chiều Hình 2: Cấu tạo động điện chiều Hình 3: Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập Hình 4: Hình ảnh đặc tính – điện Hình 5: Hình ảnh đặc tính Hình 6: Đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Rf .10 Hình 7: Đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi ϕ 11 Đ Hình 8: Đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Uư 12 án Hình 1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha điều khiển hoàn toàn .16 Hình 2: Sơ đồ đồ thị u, i chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 16 Hình 3: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu pha 17 ện Hình 4: Đồ thị dạng sóng xảy tượng trùng dẫn 17 -đ Hình 5: Sơ đồ khối điều khiển thyristor 18 Hình 6: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 19 iệ Hình 7: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 19 n Hình 8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha kép điều khiển hoàn toàn 20 tử Hình 9: Sơ đồ hai chinh lưu mắc song song ngược 21 Hình 10: Giản đồ dịng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc 22 Hình 11: Mạch trừ sử dụng OPAMP .23 Hình 12: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều khống chế độc lập .24 Hình 1: Sơ đồ khối mạch động lực 26 Hình 2: Sơ đồ mạch lọc LC .31 Hình 1: Sơ đồ khối điều khiển thyristor 33 Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 2: Sơ đồ mạch khâu đồng pha 35 Hình 3: Sơ đồ dạng sóng UA, UB, UC 35 Hình 4: Sơ đồ mạch khâu so sánh 36 Hình 5: Sơ đồ dạng sóng UA, UB, UC,UD 36 Hình 6: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 36 Hình 7: Sơ đồ mạch tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật tốn .37 Hình 8: Sơ đồ dạng sóng UE 37 Hình 9: Sơ đồ mạch khâu khuếch đại 38 Hình 10: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor .39 Đ Hình 11: Giản đồ đường cong mạch điều khiển 39 Hình 12: Sơ đồ chân IC 4081 41 án Hình 13: Sơ đồ chân IC TL084 .42 Hình 14: Sơ đồ mạch tạo nguồn ni 44 ện Hình 1: Hình ảnh giai đoạn dây chảy 48 Hình 2: Sơ đồ bảo vệ thiết bị biến đổi dùng cầu chì 48 -đ Hình 3:Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC .49 iệ Hình 4: Hình ảnh dùng mạch RC để bảo vệ áp 50 n Hình 5: Sơ đồ mạch bảo vệ mạch động lực .51 tử Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG: 1.1.1 Khái niệm: Động điện chiều loại máy điện chiều biến điện dòng chiều thành Khi máy điện chiều làm việc chế độ động cơng suất đầu vào công suất điện cơ, công suất đầu cơng suất Đ án -đ ện Hình 1: Hình ảnh động điện chiều n iệ 1.1.2 Cấu tạo động điện chiều: tử Động điện chiều phân thành hai thành phần gồm: phần tĩnh phần động Hình 2: Cấu tạo động điện chiều Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 1- Thép, 2- Cực với cuộn kích từ, 3- Cực phụ với cuộn dây, 4- Hộp ổ bi, 5Lõi thép, 6- Cuộn phần ứng, 7- Thiết bị chổi, Cỗ góp, 9- Trục, 10- Nắp hộp đấu dây 1.1.3 Phân loại động điện chiều: Động điện chiều phân loại theo kích từ thành loại sau: Động điện chiều kích từ độc lập: Phần ứng phần kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng lẻ Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng Động điện chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với phần ứng Đ Động điện chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có hai cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng, cuộn mắc nối tiếp với phần ứng án 1.1.4 Nguyên lý động điện chiều: ện Động điện chiều hoạt động dựa tác dụng từ trường lên khung dây dẫn có dịng điện chạy qua đặt từ trường Khi hoạt động động điện chiều biến điện dòng điện chiều thành ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: 1.2.1 Đặc tính động điện: iệ -đ 1.2 n Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mômen động cơ: M = f(ω) tử 1.2.2 Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập: Động điện chiều kích từ độc lập: nguồn chiều cấp cho phần ứng cấp cho kích từ độc lập Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 3: Sơ đồ nối dây động điện chiều kích từ độc lập Phương trình cân điện áp: Đ Uư = Eư +(Rư + Rf).Iư Sức điện động phần ứng động cơ: án Eư = Kϕω Momen điện từ động cơ: M = Kϕ Iư ện Phương trình đặc tính - điện: Uư Rư +Rf − I Kϕ Kϕ n iệ -đ ω= tử Hình 4: Hình ảnh đặc tính – điện Phương trình đặc tính cơ: ω= Uư Rư +Rf − M Kϕ ( Kϕ)2 Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy Hình 5: Hình ảnh đặc tính 1.2.3 Đặc tính tự nhiên: Đ Đặc tính tự nhiên: đặc tính có tham số định mức khơng sử dụng thêm thiết bị phụ trợ khác Mỗi động có đặc tính tự nhiên Phương trình đặc tính – điện tự nhiên: án U Rư − I Kϕ K ϕ ω= ện Phương trình đặc tính tự nhiên: ω= -đ 1.2.4 Uư Rư − M Kϕ ( Kϕ)2 Đặc tính nhân tạo: iệ n Đặc tính nhân tạo đặc tính có tham số khác định mức có điện trở phụ mạch phần ứng động Mỗi động có nhiều đặc tính nhân tạo tử Phương trình đặc tính cơ: ω= 1.3 Uư Rư +Rf − M Kϕ ( Kϕ)2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU: 1.3.1 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng: Từ phương trình đặc tính cơ: ω= Uư Rư +Rf − M Kϕ ( Kϕ)2 Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 10 Điện áp điều khiển Thyristor: U đk = V Dòng điện điều khiển Thyristor: I đk = I g = 0,18 A Thời gian mở Thyristor: t m = 10 μs Độ rộng xung điều khiển: t x = ×t m=¿20 μs Tần số xung điều khiển: f x = t =25 kHz x Độ đối xứng cho phép: ∆ α = ° Điện áp nuôi mạch điều khiển: U = ±12V Mức sụt biên độ xung: s x = 0,15 4.3.1 Tính biến áp xung: Đ Chọn vật liệu làm lõi sắt ferit HM, lõi có dạng hình xuyến làm việc phần đặc tính từ hóa có ∆ B = 0,3T, ∆ H = 30A/m khơng có khe hở khơng khí án Tỉ số biến áp: chọn m = Điện áp thứ cấp MBA xung: U = U đk = V Điện áp đặt lên cuộn thứ cấp MBA áp xung: U 1= m×U = ×3 = 9V ện Dòng điện thức cấp MBA xung: I = I đk = 0,18A iệ 4.3.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng: I 0,18 = = 0,06A m -đ Dòng điện sơ cấp MBA xung: I = n Chọn Tranzitor công suất loại 2SC911 Tranzitor loại NPN vật liệu bán dẫn silic tử Điện áp Collector Bazo hở mạch Emitter: U CBO = 40V Điện áp Emitter Bazo hở mạch Collector: U EBO = 4V Dòng điện lớn mà Collector chịu đựng: I max = 500 mA Công suất tiêu tán Collector: Pc = 1,7 W Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: T = 175° C Hệ số khuếch đại: β=50 Dòng điện Collector max: IC3max = 0,5 A Dòng điện làm việc Collector: I C 3=I =0,06 A Dòng điện làm việc Bazơ: I B 3= I C3 0,06 = 50 = 1,2 mA β Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 40 Ta thấy với loại Thyristor chọn có cơng suất điều khiển bé: U đk = V, I đk = 0,18 A Do ta cần tầng khuếch đại đủ công suất điều khiển Tranzitor Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E = 15 V, với nguồn E = 15 V ta phải mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực Emitter T3 Ta có: IC3 = I1 ≈ IE R10 = E−U 15−9 = =100 Ω I1 0,06 Tất Diode mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: Dịng điện định mức I đm=10 mA Điện áp ngược lớn U n =25V Đ Điện áp cho Diode mở thông U m =1V 4.3.3 Chọn cổng AND: án Toàn mạch điều khiển phải dùng cổng AND nên ta chọn IC 4081 họ CMOS n iệ -đ ện tử Hình 12: Sơ đồ chân IC 4081 Mỗi IC 4081 có cổng AND Các thơng số cổng AND là: Nguồn nuôi IC: V cc =3÷ 18 V , ta chọn V cc =12V Nhiệt độ làm việc: T lv=−40 ÷ 80 oC Điện áp ứng với mức logic “1”: ÷ 4,5 V Dịng điện: I < 1mA Cơng suất tiêu thụ: P=2,5 (nW/1 cổng) 4.3.4 Chọn tụ C3 R9: Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ Transistor T 3, chọn R9 thỏa mãn điều kiện: Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 41 U Điện trở R9 ≥ I = B3 12 =10 kΩ 1,2×10−3 Chọn C3 cho C × R ≤ t x ⇒C3 ≤ t x 20× 10−6 = =0,002 μF R9 10 ×10 4.3.5 Tính chọn tạo xung chùm: Mỗi kênh điều khiển phải dùng khuếch đại thuật toán, ta chọn IC loại TL084 hãng TexasInstrument, IC có khuếch đại thuật tốn Đ án -đ ện Hình 13: Sơ đồ chân IC TL084 iệ Thông số IC TL084: n Điện áp nguồn nuôi: V cc =±18 V chọn Vcc = ± 12V tử Hiệu điện hai đầu vào: ± 30V Nhiệt độ làm việc: T = −¿25 ÷ 850 C Cơng suất tiêu thụ: P = 0.68 W Tổng trở đầu vào: R¿ =106 M Ω Dòng điện đầu ra: I =30 pA Dòng điện đầu vào: I v =1 mA du Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: dt =13 ¿) Mạch tạo xung chùm có tần số f = 2× t =25 kHz ,hay chu kì xung chùm: x Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 42 T = =40 µs f ( Ta có chu kỳ dao động: T =2 × R8 ×C × ln 1+ 2× R6 R7 ) Chọn R6 = R7 = 33 kΩ thỡ T = 2ìR8ìC2ìln3 = 40 às Vy ta cú: R8ìC2=18,2 às Chn t C2 = 0,01 àF suy R8 = 1820 Ω Để thuận tiện cho lắp mạch ta chọn R8 biến trở 2kΩ 4.3.6 Tính chọn tầng so sánh: Đ Mỗi kênh điều khiển có khuếch đại thuật tốn đóng vai trị tầng so sánh ta chọn loại IC TL084 án Trong nguồn ni Vcc = ± 12V, điện áp vào A3, Uv = 12V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < mA Uv 12 = = 12 kΩ I lv ×10−3 R4 = R5 > ện Do ta chọn R4 = R5 =15 kΩ, dịng điện vào A3: 12 = 0,8 mA 15× 10 -đ Ilv-max = iệ 4.3.7 Tính chọn khâu đồng pha: n Điện áp tụ hình thành nạp tụ C1, mặt khác để đảm bảo phạm vi điều khiển rộng góc điều khiển α = ÷ 180º số thời gian tụ nạp được: tử τ =R3 ×C 1=0,005 s Chọn tụ C1 = 0,1 μF điện trở R3 = 0,005 =50 k Ω 0,1× 10−6 Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp ráp mạch R thường chọn biến trở R3 lớn 10 k Ω để điều chỉnh Chọn tranzitor T1 loại A564 có thông số: Tranzitor loại PNP làm Si Điện áp Emitter Bazơ lúc mạch Collector: UEBO = 7V Dịng điện lớn có Collector chịu được: IC-max = 100 mA Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 43 Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: TCP = 150º Hệ số khuếch đại : β = 250 Dòng cực đại bazơ : IB1 = I c 100 = = 0,4 mA β 250 Điện trở để hạn chế dòng điện vào Bazơ Tranzitor T1 chọn sau: Chọn R2 thõa mãn điều khiển: R2 ≥ V cc 12 = = 30 kΩ IB 0,4 ×10−3 Chọn điện áp đồng pha: UA = 15V Đ Điện trở R1 để hạn chế dòng điện vào khuếch đại vào khuếch đại thuật toán A1 thường chọn R1 cho dịng vào khuếch đại thuật tốn: Iv < mA UA 15 = −3 = 15 kΩ Chọn R1 = 15 kΩ Iv 10 án Do đó: R1 ≥ 4.3.8 Tạo nguồn nuôi: ện Ta cần tạo nguồn điện áp U = ± 12V để cấp cho máy biến áp xung nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ Ở mạch cầu pha, ta có: 2√2 U2 π -đ U= n iệ U 12 Điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi là: U2 = √ = = 13,3 V, ta chọn 2,34 π tử U2 = 15V Hình 14: Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 44 Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch là: Điện áp đầu vào: UV = ÷ 35V Điện áp đầu ra: Ura = 12V với IC 7812 Điện áp đầu ra: Ura = -12V với IC 7912 Dòng điện đầu Ir = ÷ 1A Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần song hài bậc cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470 µF 4.3.9 Tính tốn máy biến áp nguồn nuôi đồng pha: Đ Ta thiết kế máy biến áp dùng cho ba việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi cho tất mạch điều khiển bao gồm công suất cung cấp cho mạch đồng pha cung cấp nguồn nuôi cho IC TL084 tạo 16 khuếch đại thuật toán Chọn kiểu MBA pha trụ, trụ có dây, cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp án nuôi: ện Điện áp lấy thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha, lấy thứ cấp nguồn U2 = U2đp = 15 (V) -đ Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2đp = IA1max = 1(mA) iệ Công suất MBA cung cấp cho việc tạo nên áp đồng pha: n −3 Pđp =4 × I đp × U đp=4 ×15 ×10 =0,06(W ) tử Công suất tiêu thụ IC TL084 sử dụng làm khuếch đại thuật tốn P4 IC=4 × 0,68=2,72 W Công suất MBA xung cấp cho cực điều khiển Thyristor P X =8 ×U đk × I đk =8 ×3 × 0,18=4,32 ( W ) Tổng công suất máy biến áp cung cấp: P Σ=Pđp + P8 IC + P X =0,06+2,72+4,32=7,1 ( W ) Cơng suất MBA có kể đến 5% tổn, hao máy: S=1,05× P Σ =1,05× 7,1=7,455 ( VA ) Dịng điện sơ cấp MBA: Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 45 I 1= S 7,455 = =0,034 ( A) U 220 Dòng điện thứ cấp MBA: I 2= S 7,455 = =0,5 (A ) U2 15 4.3.10 Chọn Diode cho chỉnh lưu: Dòng điện hiệu dụng qua diode : I2 √2 = 0,5 =0,35( A) √2 Đ I D= Chọn diode có dịng định mức : án I Dđm=k i × I Đ=10 × 0,35=3,5( A) Điện áp ngược lớn mà diode phải chịu: U ngmax =√ 2×U 2=√ 2× 15=21,2(V ) ện Vậy chọn điơt loại KYZ 70 có thơng số sau : -đ Dòng điện định mức : I đm=20 A Điện áp ngược cực đại diode: U N =50 V KẾT LUẬN CHUNG: n iệ 4.4 tử Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 46 Đ án n iệ -đ ện tử Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 47 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 dòng điện q điện áp Vì van bán dẫn có kích thước nhỏ, nhiệt dung bé nhiệt độ dịng điện qua mặt tiếp giáp PN lớn nên nhạy 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 độ tác động nhanh cao BẢO VỆ QUÁ NHIỆT: án 5.2 Đ Mặt khác van bán dẫn nhạy 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 Khi làm việc với dòng điện chạy qua, van có sụt áp, có tổn hao cơng suất ∆ P sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn n iệ -đ ện Cách khắc phục dùng cánh tản nhiệt: tử Hình 1: Hình ảnh tản nhiệt thực tế Tổn thất công suất Thyristor: ∆ P=∆ U × I lv =2× 18,98=37,96(W ) Diện tích bề mặt tản nhiệt: S m= ∆P Km× τ Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 48 Trong đó: ∆ U : sụt áp lớn Thyristor Ilv: dòng điện làm việc Thyristor ∆P: tổn hao công suất τ : độ chênh lệch nhiệt độ với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường 40oC, nhiệt độ làm việc tối đa Thyristor 125oC Chọn nhiệt độ cánh tản nhiệt 80oC nên τ = 80−¿ 40 =40oC Km: hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ Chọn Km = W/m2.oC Sm = 37,96 =0,118625 (m2) × 40 Đ Chọn loại cánh tản nhiệt cánh kích thước cánh 10 cm Tổng diện tích tản nhiệt cánh là: S= 6×2× 10× 10 = 1200 cm2 = 0,12 m2 án 5.3 BẢO VỆ Q DỊNG ĐIỆN: 5.3.1 Bảo vệ dịng điện q tải: ện Có loại q dịng điện là: q tải ngắn mạch 5.3.2 Bảo vệ dòng điện ngắn mạch: n iệ -đ Dùng để trường hợp cố tạo đồng điện lớn ngắn mạch tải, dẫn thứ cấp MBA (ngắn mạch ngoài), ngắn mạch pha đo chọc thủng van (ngắn mạch ), đột biến nghịch lưu tử Xuất thời gian làm việc xác lập hay q độ Nó có giá trị khơng lớn cho phép tồn lâu dài Vì để bảo vệ thyristor tránh dòng điện phá hoại, ta dùng dây chảy tác động nhanh Loại dây chảy làm chì làm bạc đặt vỏ sứ có chứa cát thạch anh Hoạt động dây chảy chia làm giai đoạn: Giai đoạn l: giai đoạn chảy từ t = đến bắtt đầu xuất hồ quang Giai đoan 2: giai doạn hồ quang bắt đầu t = t hq đến cắt xong dòng điện cố t = tc Giai đoạn này, điện áp hồ quang tăng dần dịng điện cố giảm dần Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 49 Hình 2: Hình ảnh giai đoạn dây chảy Dòng điện chạy qua dây chảy sinh nhiệt lượng Q = i2Rt Đ Để bảo vệ điện áp cho biến đổi ta chọn dây chảy vị trí sau: Vị trí 1: Đặt ngỏ vào MBA án Vị trí 2: Đặt ngỏ MBA Vị trí 3: Mắc nối tiếp với thyristor dây chảy n iệ -đ ện tử Hình 3: Sơ đồ bảo vệ thiết bị biến đổi dùng cầu chì 5.4 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP: Thyristor nhạy với điện áp lớn so với điện áp định mức ta gọi điện áp, có nguyên nhân gây điện áp: Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 50 Nguyên nhân nội tại: Khi khóa thyristor điện áp ngược ,các điện tích đổi ngược hành trình tạo dòng điện ngược khoảng thời gian ngắn (10-100µs) Sự biến thiên nhanh chóng dịng điện sinh 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 di dt Nguyên nhân bên ngoài: Đ Những nguyên nhân thường xảy ngẫu nhiên có sét đánh, cầu chì nhảy, đóng, cắt MBA nguồn Cắt MBA nguồn tức cắt dịng điện từ hóa MBA, lượng từ trường tích lũy lõa sét từ, chuyển thành lượng điện trường tụ điện kí sính nhỏ dây quấn sơ cấp thứ cấp MBA Điện áp lớn gấp lần điện áp làm việc Để bảo vệ điện áp người ta dùng mạch bảo vệ RLC bảo vệ riêng thyristor án n iệ -đ ện tử Hình 4:Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC Người ta thường chọn điện áp định mức Thyristor U > 1,2U im Trị số nhỏ nhiều so với điện áp Các điện áp có tốc độ tăng trưởng du dt lớn Đạo hàm điện áp sinh dòng điện chảy qua tụ C, đấu anode cathode thyristor, i=C du Điện cảm L hạn chế dịng điện chảy dt Khi kích mở thyristor, tụ điện C phóng điện qua thyristor, điện trở R hạn chế dòng điện Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 51 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 ữ 100àH Ta cú th dựng mch RC để bảo vệ áp cho biến đổi: Đ Hình 5: Hình ảnh dùng mạch RC để bảo vệ áp án Mạch RC đấu song song với Thyristor nhằm bảo vệ điện áp tụ điện tích chuyển mạch gây nên ện Mạch RC đấu pha thứ cấp MBA để bảo vệ điện áp cắt không tải MBA gây nên iệ -đ 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 hố MBA n Việc tính tốn thơng số R,C địi hỏi phải tốn nhiều thời gian có tài liệu, mà tài liệu hướng dẫn phương pháp xác định thông số R,C đồ thị giải tích Nhưng thơng số tốn q nhỏ nên việc xác định theo đồ thị khó xác Do đó, ta chọn mạch RLC để bảo vệ, với thông số theo thực nghiệm tìm tử Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 52 5.5 SƠ ĐỒ MẠCH BẢO VỆ CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC: Đ án n iệ -đ ện tử Hình 6: Sơ đồ mạch bảo vệ mạch động lực 5.6 KẾT LUẬN CHUNG: Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Điện tử công suất, Lý thuyết – Thiết kế - Ứng dụng” Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh [2] Giáo trình “Truyền động điện tự động” Ths Khương Cơng Minh [3] Giáo Trình “Điện tử cơng suất”Ths Khương Cơng Minh [4] Tính tốn thiết kế “Thiết bị điện tử công suất” Trần Văn Thịnh Đ án n iệ -đ ện tử Sinh viên thực hiện: Hướng dẫn: TS Giáp Quang Huy 54
Ngày đăng: 11/10/2023, 14:23
Xem thêm: