[Đồ Án] Thiết Kế Máy Phát 3 Pha - Hệ Thống Ổn Định Cho Máy Phát phần 8 potx

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát III.1 Mạch điều khiển Thyristor đơn giản ZT U • D Ud U1 U2 VR T t1 C c3 ZT • D Ud U1 T • t Uc i1 • π R1 D0 UJT R2 i1 U VR C Hình c U2 UUJT π t1 t Hình III.1 Điều khiển Thyristor sơ đồ đơn giản Uc Hình d Nguyên lý điều khiển mạch hình III.1a : Khi điện áp nguồn cấp đổi dấu ( dương Anod Thyristor ) tụ C nạp qua D-VR , tơi đủ ngưỡng thông Thyristor t1 Thyristor mở từ t1 đến π Tuy nhiên việc mở thông Thyristor t1 phụ thuộc vào đặc tính Thyristor Đặc tính thay đổi qúa trình sử dụng Để khắc phục nhược điểm ta dùng sơ đồ III.1c Nguyên lý sau : điện áp nguồn cấp đổi dấu tụ C nạp đến ngưỡng thông Tranzitor đơn nối (UJT), tụ C phóng điện qua UJT UJT dẫn có dịng điện chạy vào cực điều khiển Thyristor , Thyristor dẫn từ t1 tới π Điểm t1 hình III.1d 78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát ngưỡng thơng UJT định ĐIện áp có khả thay đổi so với trường hợp III.1a III.2 Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển khâu quan trọng biến đổi chỉnh lưu, đóng vai trị chủ yếu định chất lượng độ tin cậy biến đổi Nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điều khiển thành xung chùm xung đưa vào cực điều khiển Thyristor Thyristor mở cho dịng chảy qua có điện áp dương Anod _Catod có xung dương đặt vào cực điều khiển Sau Thyristor mở xong xung điều khiển khơng cịn tác dụng Dịng chảy qua Thyristor thông số mạch lực định Hiện tực tế người ta thường dùng nguyên tắc điều khiển "đứng" phương pháp tạo góc α thay đổi cách dịch chuyển điện áp điều khiển theo phương thẳng đứng so với điện áp cưa Tại tời điểm điện áp điều khiển điêïn áp cưa so sánh tạo xung tam giác (hoặc vuông), xung qua khuếch đại tạo xung điều khiển cần thiết để mở Thyristor Trong nguyên tắc chia làm hai loại sau : +Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng cosin *Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Khi điện áp xoay chiều hình sin đăït vào Anod Thyristor , để điều khiển góc mở α Thyristor vùng điện áp dương Anod cần tạo điện áp tựa tam giác (điện áp cưa Urc) Dùng điện áp chiều Uđk so sánh với Urc ( tai t1 ; t4 ) Khi Uđk = Urc vùng điện áp dương Anod phát xung điều khiển Xđk Thyristor mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1, t4) cuối bán kỳ (hoặc dòng điện đếùn không) Udf t Urc X Uđk t 79 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.2 Nguyên lý điều khiển chỉnh lưu Như cách làm thay đổi Uđk người ta điềøu chỉnh thời điểm mở Thyristor , điều chỉnh điện áp ra.Nhược điểm phương pháp điều khiển khơng xác, có ưu điểm việc tạo điện áp tựa Urc dễ dàng * Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng cosin Người ta tạo điêïn áp tựa điện áp dịch pha so với điện áp lưới góc 600 (đối với lưới điện ba pha), điện áp dịch pha điện áp cos Dùng điện áp chiều so sánh với điện áp tựa cos, thời điểm điện áp tựa điện áp điều khiển vùng điện áp dương Anod phát xung để mở Thyristor U t Urc Uđk t t Hình III.3 Nguyên lý điều khiển thẳng đứng cosin 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Ưu điểm phương pháp cho ta kết Ud = f(Uđk) tuyến tính, điều nâng cao độ xác điều khiển có lợi cho việc điều chỉnh hệ thống Tuy nhiên có nhược điểm việc tạo điện áp tựa có dạng cosin khó khăn, Urc có dạng hình cos nên điều khiển nhạy điều khiển vùng Qua phân tích hai phương pháp điều khiển trên, ta thấy phương pháp có ưu nhược điểm riêng Tuy nhiên với đồ án ta chọn nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính đểû thực cấp xung mở Thyristor III.3 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu UĐK Đồng pha So sánh Tạo xung Hình III.4 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu Mạch điều khiển bao gồm ba khâu hình III.3 Nhiệm vụ khâu sơ đồ khối sau : Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điệ áp tựa Urc trùng pha với điện áp Anod Thyristor Khâu so sánh nhận tín hiệu điện áp cưa Urc điện áp điều khiển Uđk Có nhiệm vụ so sánh điện áp cưa Urc điện áp điều khiển Uđk , tìm thời điểm hai điện áp phát xung đầu để gửi sang tầng khuếch đại Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor Xđk Xđk tx t tx t 81 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.5 Hình dạng xung điều khiển Thyristor Yêu cầu xung để mở Thyristor : -Sườn trước dốâc thẳng đứng hình III.4 để đảm bảo yêu cầu Thyristor mở tức thời có xung điều khiển -Đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn thời gian mở Thyristor ) -Đủ công suất -Cách ly mạch động lực mạch điều khiển III.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lý Yêu cầu mạch điều khiển : -Mạch điều khiển làm nguồn chỉnh lưu -Dải diều khiển tải lớn, không cần đảo chiều, điều khiển liên tục -Điều kiện làm việc thiết bị chế độ làm việc dài hạn, nhiệt độ làm việc bình thường III.4.1 Giới thiệu số sơ đồ khâu 1.Khâu đồng pha *Dùng Diod tụ điện U UAT -E A R1 D1 UAT B D2 C1 R2 π θ 2π 3π t Urc Urc t Hình III.6: Khâu đồng pha dùng Diod tụ điện +Hoạt động sơ đồ sau : Khi điện áp UA > có dịng điện chạy qua R1, D1 , D2 điện ba điểm B,C, O Như điện áp Urc = 82 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Khi điện áp UA < D1, D2 khóa, tụ C đựơc nạp theo đường R2 - C Với điện áp âm cực trên, điện áp âm cực đưới (hình III.6) Tụ nạp điện áp âm tụ điện áp âm A(thời điểm θ giản đồ đường cong điện áp) Khi điện áp tụ âm điêïn áp A tụ xả qua Diod D2 tạo nên điện áp cưa (Urc ≠ 0) Sơ đồ đơn giản, dễ thực hiện, số linh kiện chất lượng điện áp tựa không tốt Độ dài phần biến thiên tuyến tính điện áp tựa khơng phủ hết 1800 Do góc mở van lớn bị giới hạn hay nói cách khác theo sơ đồ điện áp tải điều khiển từ không cực đại mà từ trị số cực đại *Khâu tạo điện áp tựa dùng Tranzitor tụ điện -E A R1 D1 UAT B U R2 C UA Tr C1 + Urc π π 0 3π t t Urc Hình III.7 Khâu đồng pha dùng Tranzitor tụ điện +Hoạt động sơ đồ sau : Khi điện áp UAO > có dịng điện chạy qua R1,D1 Tranzitor bị khóa tụ C1 nạp theo đường R2-C với cực duơng dươí , cực âm hình vẽ 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Khi UAO < Tranzitor dẫn , tụ C1 xả theo đường C1+ - Tr - C1- tạo nên điện áp tựa Urc Khi tụ xả hết Urc = Chu kỳ sau lặp lại tương tự Ưu điểm điều khiển suốt dải từ (00 ÷ 1800) Sơ đồ đơn giản nên dùng phổ biến Nhược điểm củùa sơ đồ dùng máy biến áp đồng pha chế tạo khó khăn *Khâu tạo điện áp tựa dùng ghép quang +Hoạt động sơ đồ : Khi UAT > D dẫn , Diod quang DQ khóa làm cho Tranzitor quang TrQ khóa , tụ nạp theo đường E - R2 - C, với cực dương âm hình III.8., số thời gian T = R2.C Khi UAT < D khóa, Diod quang DQ dẫn làm cho Tranzitor quang TrQ dẫn , tụ xả tạo điện áp cưa Urc U +E A UA R2 R UAT D TrQ DQ + π 2π t 3π Urc C1 - Urc t Hình III.8 Khâu đồng pha dùng ghép quang Sơ đồ sơ đồ khâu đồng pha dùng Tranzitor tụ có chất lượng điện áp tựa tương đối giống Nhưng sơ đồ ưu điểm chỗ không cần biến áp đồng pha , đơn giản việc chế tạo lắp đặt *Khâu tạo điện áp tựa dùng khuếch đại thuật toán U A U R Tr R + A R B D C UAT π 2π 3π t UB A + C Urc t84 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát +Hoạt động sơ đồ : Điện áp vào điểm A (UA)có dạng hình sin qua khuếch đại thuật toán A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB Khi UB > Tranzitor khóa , Diod D1 phân cực thuận mở cho dòng điện chạy qua khâu tích phân A2 tạo điện áp Urc Khi UB < Diod D1 phân cực ngược nên bị khóa , lúc Tranzitor thơng , tụ C1 xả hết Kết A2 bị ngắn mạch (với Urc = ) Trên đầu A2 có chuỗi điện áp cưa Urc gián đoạn Nhận xét : dùng vi mạch sơ đồ có chất lượng điện áp tựa tốt, kích thước gọn nhẹ Qua phân tích sơ đồ khâu đồng pha tạo điện áp tựa trên, ta nhận thấy nên chọn khâu đồng pha dùng ghép quang Với ghép quang việc lắp đặt chế tạo đơn giản , dễ dàng Đặc biệt sử dụng biến áp đồng pha chất lượng điện áp tựa tốt Hơn ghép quang chế tạo hợp nên thuận tiện đơn giản sử dụng chúng Chẳng hạn ghép quang 4N35 DQ TQ Hình III.10 Tổng quan ghép quang 4N35 2.Khâu so sánh *Khâu so sánh dùng Tranzitor U -E Uđk R3 Urc R1 B Tr Ura θ1 θ2 Urc α θ3 θ4 t 85 - Uđk ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát t1 +Nguyên tắc hoạt động : Theo hình vẽ ta thấy điện áp vào có dạng cưa so sánh với Uđk , điểm θ1, θ3 điện áp cưa điện áp điều khiển Tại ta phát xung điều khiển Thyristor -Từ ÷ θ1 : | Uđk | > | Urc | UB > làm Tranzitor Tr khóa, điện áp U = − E -Từ θ1 ÷ θ2 : | Uđk | < | Urc | UB < làm Tranzitor Tr dẫn, điện áp U = Việc so sánh Tranzitor có nhược điểm θ1, θ3 điện áp biến thiên hình vẽ trường hợp lý thuyết Còn thực tế đường xiên có vùng gần làm việc chế độ khuếch đại Khi tời điểm phát lệnh mở Thyristor t1 Thyristor thực mở sau t1 Do thởi điểm mở Thyristor thiếu xác Để khắc phục nhược điểm mở Thyristor trên, với đời khuếch đại thuật tốn khuếch đại thuật tốn dùng làm khâu so sánh mạch điều khiển phổ biến *Khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán -Ung -Ung R1 R1 -Urc -Urc A3 A3 Uđk R2 R2 -Uđk Ura Ura +Ung +Ung (a) (b) U θ3 θ4 θ1 θ2 Urc t Uđk 86 Ura t ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát (c) (a): Cộng cổng đảo khuếch đai thuật toán (b): Hai cổng khuếch đại thuật toán (c): Đường cong điện áp +Nguyên tắc hoạt động : Cả hai sơ đồ có nguyên lý giống -Từ thời điểm ÷ θ1 : | Uđk | > | Urc | Ura = - Ung - Từ θ1 ÷ θ2 : | Uđk | < | Urc | Ura = + Ung -Tại thời điểm : | Uđk | = | Urc | Ura = Hai sơ đồ nàycó ưu điểm hẳn sơ đồ III.11 phát xung điều khiển xác : Uđk = Urc Qua phân tích sơ đồ mạch so sánh ta chọn khâu so sánh dùng khuếch đại thuật tốn, cụ thể chọn sơ đồ III.12b Bởi với sơ đồ phát xung điều khiển Thyristor cách xác Uđk = Urc 3.Khâu tạo xung khuếch đại *Sơ đồ khâu tạo xung khuếch đại dùng Tranzitor công suất U +E R2 BAX D2 T UV θ1 D1 θ3 t θ4 Ic R1 θ2 Xđk t 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Hình III.13 Khâu tạo xung khuếch đại Tranzitor công suất Nhiệm vụ : khâu tạo xung khuếch đại tạo xung phù hợp để mở Thyristor , tầng khuếch đại cuối thường thiết kế Tranzitor cơng suất Để có xung gửi tới Thyristor ta dùng biến áp xung (BAX), Tranzitor công suất (Tr) để khuếch đại công suất, Diod (D) để bảo vệ Tr cuộn dây sơ cấp BAX Tr khóa đột ngột Sơ đồ đơn giản dùng rộng rãi Bởi hệ số khuếch đại Tranzitor loại nhiều không đủ lớn, để khuếch đại tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang * Tạo xung khuếch đại sơ đồ Dalington +E R2 BAX D2 T D1 R1 Tr2 Tr1 UV Hình III.14 Tạo xung khuếch đại sơ đồ Dalington Sơ đồ khắc phục nhược điểm sơ đồ III.13 nên thường sử dụng thực tế, đáp ứng yêu cầu khuếch đại công suất, hệ số khuếch đại nhân lên theo thông số Tranzitor Tuy nhiên lại có nhược điểm ccơng suất tỏa nhiệt Tranzitor lớn kích thước máy biến áp xung lớn Để giảm nhỏ công suất tỏa nhiệt Tranzitor kích thước dây sơ cấp biến áp xung ta thêm tụ nối tầng *Khâu khuếch đại tạo xung sơ đồ có tụ nối tầng 88 ... thuật toán -Ung -Ung R1 R1 -Urc -Urc A3 A3 Uđk R2 R2 -Uđk Ura Ura +Ung +Ung (a) (b) U ? ?3 θ4 θ1 θ2 Urc t Uđk 86 Ura t ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy... chúng Chẳng hạn ghép quang 4N35 DQ TQ Hình III.10 Tổng quan ghép quang 4N35 2.Khâu so sánh *Khâu so sánh dùng Tranzitor U -E Uđk R3 Urc R1 B Tr Ura θ1 θ2 Urc α ? ?3 θ4 t 85 - Uđk ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết... dươí , cực âm hình vẽ 83 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế máy phát điện ba pha hệ thống ổn định điện áp cho máy phát Khi UAO < Tranzitor dẫn , tụ C1 xả theo đường C1+ - Tr - C 1- tạo nên điện áp tựa