thiết kế hệ truyền động cho cân bằng định lượng, chương 6 potx

Chng 6: Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện Mạch bảo vệ đ-ợc thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho ng-ời vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất th-ờng xảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất. Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải đ-ợc bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm nh- ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết bị biến đổi. Tuỳ theo các loại sự cố và mức độ ta có thể phân ra các nhóm loại bảo vệ a . Bảo vệ trên mạch động lực Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Nh- ngắn mạch ở bộ biến đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến áp nguồn Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền thống nh- cầu chì, áptômát, rơle kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển nh- khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v . Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh sẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc ng-ời vận hành trực tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ tác động cắt hệ thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố . Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi tính có trang bị ch-ơng trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh báo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây h- hỏng . Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nh-ng nằm ngoài bộ biến đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp b . Bảo vệ trong bộ biến đổi Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor đ-ợc điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát c-ỡng bức. Biện pháp làm mát thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằng gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho n-ớc trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng n-ớc) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu biến thế. Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng ph-ơng pháp làm mát c-ỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trên van là k i =1,5 và k u =1,6. Bảo vệ quá điện áp trên van: Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân nội tại gây ra sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ng-ợc khi khoá van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đ-ờng dây nối. Mạch LRC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài mang tính ngẫu nhiên hiện t-ợng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt không tải máy biến áp Các trị số linh kiện bảo vệ đ-ợc chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm: Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh nh- sau Sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh Mạch R 1 C 1 bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích: (Điện tử công suất - Nguyễn Bính - trang 261) Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của Thyristor b = 1 2. Chọn b = 1,6. Giả sử BAN có L c = 0,2(mH). - Hệ số quá điện áp : k = maxng bU V RRM = 37,304.6,1 600 1,23. - Các thông số trung gian, sử dụng các đ-ờng cong (Hình X.9 trang 262 -ĐTCS): - C * min (k) = 5,5; R * max (k) = 1,2; R * min (k) = 0,55. - Tính max dt di khi chuyển mạch. Ta có ph-ơng trình lúc bắt đầu trùng dẫn: 2L c dt di = u dây = 2 U v0 sin(t+) max dt di = c vo L2 U2 = 3 10.2,0.2 5,221.2 783055,3(A/s) max dt di = 0,785(A/s) Ta thấy với Thyristor đã chọn có dt di = 100(A/s) >> 0,76(A/ s), nên trong mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ L k (bảo vệ dt di ). Tức là có thể coi L k = 0. -Xác định điện l-ợng tích tụ Q = f( dt di ), sử dụng các đ-ờng cong (Hình X.10b): Với I d = 8,5(A), max dt di = 0,785(A/s) tra đ-ờng cong Q 15(As). -Xác định R 1 ,C 1 : C 1 = maxng U Q2 .C * min (k) = 314 15 2 5,5 0,54(F). R * min (k) Q2 UL2 maxngc R 1 R * max (k) Q2 UL2 ngc max 0,55 6 3 10.15.2 314.10.2,0.2 R 1 1,2 6 3 10.15.2 314.10.2,0.2 35,04 R 1 76,44 (). Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R 1 = 47() và C 1 = 0,6( F) Mạch R 2 C 2 bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra: -Ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23. -Các thông số trung gian, sử dụng các đ-ờng cong (Hình X.11-ĐTCS): C * min (k) = 0,45; R * max (k) = 2,1; R * min (k) = 1. -Giá trị lớn nhất của năng l-ợng từ trong BAN (3pha) khi cắt: W T3 = s m.o.s I2 I 2 S Trong đó: I s.o.m : là giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp. I s : giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp. I s = 3 2 I d = 3 2 .8,5 6,94(A) S : Công suất biểu kiến BAN. = 2f = 314(rad/s). Ta có I s.o.m = 2 I s.o = 2 .0,03I s W T3 = s m.o.s I2 I 2 S = 0,03 314 2 10.665,2 3 0,127(W.s) -Xác định R 2 và C 2 : C 2 = sm 2 3T U W 2 C * min (k) Trong đó U sm là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN: U sm = 2 U s = 2 .U v0 = 2 .221,3 312,9(V) C 2 = 2 )9,312( 127 , 0 2 0,45 1,17.10 -6 (F) C 2 = 1,17(F). R * min (k) m o s sm I U . . R 2 R * max (k) m . o . s sm I U 1. 94,603,02 9 , 312 R 2 2,1. 94,603,02 9 , 312  1062,69  R 2  2231,66 (). VËy ta chän c¸c gi¸ trÞ chuÈn: R 2 = 1500() vµ C 2 = 2(F). . Chng 6: Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện Mạch bảo vệ đ-ợc thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho ng-ời vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm. thế. Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng ph-ơng pháp làm mát c-ỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trên van là k i =1,5 và k u =1 ,6. Bảo vệ quá điện. 2 )9,312( 127 , 0 2 0,45 1,17.10 -6 (F) C 2 = 1,17(F). R * min (k) m o s sm I U . . R 2 R * max (k) m . o . s sm I U 1. 94 ,60 3,02 9 , 312 R 2 2,1. 94 ,60 3,02 9 , 312  1 062 ,69  R 2  2231 ,66 (). VËy ta