Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dài

Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dàiThiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dài

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay kỹ thuật vi mạch và tin học ngày càng phát triển tạo nên nhữngthiết bị điện tử công suất có điều khiển với tính năng ngày càng phong phú,đápứng được những đòi hỏicủa thực tế sản xuất Điều này tạo cho kỹ thuật điện tửcông suất có một vai trò vô cùng quan trọng trong nền sản xuất công ngiệp

ở nước ta do yêu cầu công nghiệp hoá và hiện đại hoá nền kinh tế, ngàycàng phát triển các nhà máy, khu công nghiệp, nhiều dây chuyền sản xuất hiệnđại, trong đó sử dụng máy móc là công cụ chủ yếu, đặc biệt là các loại động cơđồng bộ, động cơ không đồng bộ…… Bởi tác động nhanh và dễ vận hành, sạch

và cho năng suất cao Chính vì vậy môn học điện tử công suất là môn học quantrọng trong chương trình của sinh viên khoa Điện

Để giúp sinh viên có được một cách nhìn đúng đắn về môn học này và đểlàm quen với việc thiết kế và ứng dụng trong thực tế em được giao làm đồ ánmôn học với đề tài là:" Thiết kế bộ điều chỉnh và ổn định tốc độ quạt thông giódùng động cơ không đồng bộ rôto ngắn mạch công suất động cơ là : 43 KW.Mạch có bảo vệ mất pha lưới và chống quá tải lâu dài" Được sự hướng dẫn tận

tình của thầy Phạm Thị Diễm Hương và các thầy cô trong bộ môn, em đã hoàn

thành đồ án của mình Song do còn hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm thựctiễn nên trong đồ án không tránh khỏi những sai sót

Em xin chân thành cảm ơn cô Phạm Thị Diễm Hương và các thầy cô trong bộ

môn đã tận tình dạy dỗ và hướng dẫn em

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

Đề tài:

Thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc, hệ thống có bảo vệ mất pha và chống quá tải lâu dài

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hiện nay, trong xã hội hiện đại, nhiều nhà cao tầng mọc lên, các đườngngầm, hầm ngầm, thanh máy, hầm mỏ khai thác đều cần có hệ thống thônggió Vì vậy quạt thông gió là một trong những thiết bị rất cần thiết và phổ biến.Các loạiquạt có công suất dưới200 kW hầu như như đều sử dụng loại động cơkhông đồng bộ rôto nghắn mạch ( rôto lồng sóc) mở máy trực tiếp hay gián tiếpqua các phần tử hạn chế ở mạch stato Hiện nay điện sử dụng trong sản xuất vàdân dụng đều là điện xoay chiều 3 pha vì vậy để đơn giản, tin cậy, giá thành rẻ

mà vẫn đáp ứng yêu cầu của quạt gió ta sử dụng động cơ không đồng bộ rôtolồng sóc với tốc độ quay rôto khác tốc độ quay của từ thông tạo bởiđiện lưới Vấn đề điều chỉnh tốc độ quay của động cơ không đồng bộ vẫn còn chưa đượcgiải quyết triệt để mà chúng ta sẽ xem xét một trong những phương pháp điềuchỉnh tốc độ quạt gió trong đồ án này

Có thể phân quạt gió ra làm nhiều loại như sau:

+ Theo nguyên lý làm việc:

- Quạt ly tâm : Dịch chuyển dòng không khí trong mặt

phẳng vuông góc với trục quay của quạt

- Quạt hướng trục : Dịch chuyển dòng không khí song song

với trục quay của quạt

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

- Quạt tốc độ trung bình : 800  1400 v/p

- Quạt tốc độ chậm : 500  700 v/pTuy nhiên tất cả các động cơ của quạt đều là động cơ không đồng bộ Động

cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giáthành hạ nên được sử dụng rộng rãi Nhưng nhược điểm của chúng là điều chỉnhtốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn

I SƠ ĐỒ THAY THẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Khi nghiên cứu ta đưa ra các giả thiết sau :

Ba pha động cơ là đối xứng

Các thông số của động cơ không đổi, nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt

độ, tần số dòng điện rôto, mạch từ không bão hoà Nên điện kháng X1, X2 khôngđổi

Dòng điện từ hoá không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào điện ápđặt ở stato động cơ

Bỏ qua cả tổn thất ma sát, tổn thất trong lõi thép

Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha

Trong sơ đồ :

U1 : Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato

I0, I1, I2: Các dòng điện từ hoá, stato và roto đã quy đổi vềstato

X0, X1, X'2: Điện kháng mạch từ hoá, điện kháng tảnstato và rôto đẫ qui dổi về stato

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

s : Độ trượt của động cơ : s =

1 1

nm X s

R R X

Trong đó : Xnm=X1+ X'2: Điện kháng ngắn mạchBiểu thức (1) là phương trình đặc tính của dòng điện stato

Khi = 0, s = 1 thì I1 = Inm

Khi =  1, s =1 thì I1= 2

0

2 0

1

X R

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

Ta cũng tìm được dòng điện roto qui đổi về stato

I'2I'

nm

2 =

 ' 2 2 2

1

1

/s X nm R

R

U



II PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ

Để tìm phương trình đặc tính cơ ta dựa vào điều kiện cân bằng công suấttrong động cơ

Công suất điện từ chuyển từ stato sang roto :

P12=Mđt  1

Mđt : là mô men điện từ của động cơ

Bỏ qua các tổn thất phụ thì : Mđt= Mcơ = M

Công suất đó chia làm hai phần :

Pcơ : Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ

P2 : Công suất tổn hao đồng trong rôto

M =

1

' 2 2 ' 2

s

R I 3



s

R R

R U

nm .

3

2

2 ' 2 1 1

' 2

2 1

dM



Từ đó suy ra :

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

s th = 2

nm

2 1

' 2 X R

R



M th =

) X R R (

2

U

2 nm

2 1 1 1

2 f 1

th

th th

s a s

s s s

s a 1 M 2

Hình 1.2 : Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy các thông số ảnh hưởng tớiđặc tính cơ:

- ảnh hưởng điện trở, điện kháng mạch stato

- ảnh hưởng điện trở mạch rôto

- ảnh hưởng của điện áp lưới cấp cho động cơ

- ảnh hưởng của tần số lưới cấp cho động cơ f1.Trong mỗi trường hợp ứng dụng động cơ KĐB vào thực tế mà có các đườngđặc tính cơ khác nhau đối với từng loại tải

Công thức tổng quát:

Mc = Mco + (Mđm – Mco)(/đm)

Mc : Momen ứng vớitốc độ 

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

Mđm, Mco : mômen ứng vớitốc độ định mức và ứng với=0

 = 0, Mc = Mđm = const _ các cơ cấu nâng hạ tải(đường1)

Hình 1.3 Đặc tính cơ của động cơ ứng vớimỗitrường hợp

Trong đồ án này, ta nghiên cứu động cơ không đồng bộ trong quạt gió,tức là đường đặc tính cơ số (3) trên đồ thị Quạt gió là một trong những thiết bị

sử dụng rôto lồng sóc, nó thường dùng độc lập để thông thoáng khí cho nhàriêng, xưởng sản xuất, đặc biệt trong hầm mỏ, tuỳ từng trường hợp mà nó cócông suất khác nhau

Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ hiện nay vẫn còn là một vấn đềchưa được giải quyết triệt để bởi mỗi phương pháp chỉ thoả mãn một yêu cầu,một phạm vi nào đấy, nó vẫn có những hạn chế nhất định Riêng đối với quạtthông gió với yêu cầu cụ thể, ta có phương pháp điều chỉnh tốc độ khá đạt yềucầu sẽ được trình bày ở phần sau của đồ án

1

2 3 4

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

CHƯƠNG 2

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Hiện nay có nhiều phương pháp được đưa ra để điều chỉnh tốc độ động cơkhông đồng bộ nhưng mỗi phương pháp đều có ưu khuyết điểm của nó mà chưagiải quyết được toàn bộ vấn đề như năng lượng tiêu thụ, phạm viđiều chỉnh,thiết bị sử dụng Có 2 hướng tác động để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng

bộ là : Tác động vào stato như thay đổi số đôi cực, thay đổi điện áp, biền đổi

tần số nguồn điện vào ; tác động vào roto như thay đổi điện trở roto hoặc nối

tiếp điện trở phụ

Vì động cơ sử dụng là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc nên nhữngphương pháp điều chỉnh tốc độ theo hướng thứ nhất Ta sẽ tìm hiểu sơ lược vềcác phương pháp điều chỉnh này:

1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC :

Nói chung, trong điều kiện bình thường, động cơ điện có hệ số trượt khá nhỏ,

vì vậy tốc độ của roto gần bằng tốc độ đồng bộ n1 = 60f1/p Do đó khif1 = constthì thay đổi p (số đôi cực của đây quấn stato) có thể thay đổi được tốc độ

Dễ thấy, khi thay đổi số đôi cực p là số tự nhiên nên tốc độ chỉ có thể thayđồi từng cấp, điều chỉnh tốc độ không phẳng Để thay đổi số đôi cực ta có thểđồi cách nối các bối dây hay lắp sẵn các bối dây có số đôi cực khác nhau hoặcphối hợp cả cách trên

Ví dụ hình 1.1 ta có thể đổi cách nối dây để thay đổi số đôi cực khi thay đổi

bước cực theo tỉ lệ 2:1

Ngoài ra người ta còn chế tạo động cơ điện 2 tốc độ thành loại mômenkhông đổi và loại công suất không đổi tuỳ theo cách đấu Y hay  và đấu dâyquấn pha song song hay nối tiếp (hình 1.2)

Gọi công suất động cơ điện 2 tốc độ với số đôi cực ít (p1), với số đôi cựcgấp đôi(p2=2 p1) Theo hình 1.2 trên với cách đấu Y/YY ta có :

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

Giả thiết khi đổi tốc độ, hiệu suất và cos không đổi ta có : công suất P2/P1 =1/2 mà ta lại có P= M (: tốc độ góc của rôto ; M: momen ; P : công suất đầutrục cử động cơ)

2

1 2

2

1 1 2 2

1 1 2

n

M n M

M P

P   =>P 1 /P 2 = 2/ 3 = 1.15

Động cơ điện chế tạo theo kiểu này có công suất không đổi

Trong phương pháp này có ưu điểm : Thực hiện khá đơn giản, có thể thayđổi tốc độ mà vẫn giữ được mômen không đổi hoặc công suất không đổi Tuynhiên nó có khuyết điểm là chỉ ứng dụng với động cơ roto lồng sóc, thay đổi tốc

độ theo cấp và chỉ ít cấp thay đổi, vận hành và thay đổi tốc độ khá nhỏ bởi phải

có kiến thức đấu dây, khó sửa chữa khi hỏng hóc Đối với quạt gió mà ta cầnđiều chỉnh trơn thì phương pháp này là không thích hợp

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔITẦN SỐ NGUỒN CẤP

2 1

2 1

2 1

2 2 2

2 1

2 1

1 2 max 1

max 2 1

U M

M f

f U

U f U

f U M

M M

L

ĐC C

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

Ưu điểm của phương pháp này là bộ điều chỉnh có thể đặt ở vị trí bất kì,đem lại hiệu quả kinh tế cao khi có nhiều động cơ điện làm việc đồng thời, cóthể điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng có khả năng hãm tái sinh Tuy nhiên nó

có những nhược điểm không áp dụng cho quạt gió được mà ta sẽ xem dưới đâysau

3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CẤP CHO ĐỘNG CƠ.

Mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp Stato, do đó cóthể điều chỉnh được momen và tốc độ ĐKB bằng cách điều chỉnh giá trị điện ápStato trong khi giữ nguyên tần số Để điều chỉnh điện áp ĐKB phải dùng các bộbiến đổi điện áp xoay chiều(ĐAXC) mà ta thường dùng bộ 6 Tiristor đấu songsong ngược

Khi điện áp lưới giảm, mô men tới hạn sẽ giảm theo bình phương lần độ suy giảm của điện áp l bộ w1ưới Trong khiđó tốc độ đồng giữ nguyên và độ trượt tới hạn sth không thay đổi.Hệ số trượt bằng 1/2 hệ số trượt cũ, khi đó tốc

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

Như vậy ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh điện ápnguồn cấp vào động cơ Đặc biệt đối với phương pháp này tổn thất để điều chỉnh

là khá nhỏ đối với tải là quạt gió tương ứng với số mũ bằng 2 trong phương trìnhđặc tính cơ Tuy nhiên : momen động cơ được tính theo:

S

R I

.

3

Kết luận :

+ Phương án điều chỉnh tần số nguồn tuy là phương án điều chỉnh bằngphẳng nhưng trong trường hợp tần số giảm f1<fđm nếu giữ nguyên điện áp U1

dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ sẽ giảm theo tần số)

Do vậy khigiảm tần số cần phảigiảm điện áp theo quy luật nhất định Vì vậykhinào có nhiều động cơ điện cũng thay đổitốc độ theo một quiluật chung thìcách điều chỉnh này mới thực hiện tốt Hơn nữa nó chỉ cho giá trị kinh tế khiđiều chỉnh nhiều động cơ một lúc mà quạt gió thì lại hoạt động độc lập Phươngpháp điều chỉnh bằng đổi số đôi cực không điều chỉnh trơn được tốc độ và phụthuộc nhiều vào công đoạn chế tạo động cơ

+ Do quạt thông gió dùng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc với côngsuất nhỏ hơn 200KW vớiyêu cầu điều chỉnh trơn, vùng điều chỉnh không quárộng (cỡ 3:1) thì áp dụng phương pháp điều áp xoay chiều 3 pha là hợp lý bởi

nó áp dụng cho động cơ làm việc độc lập, tổn thất nhỏ hiệu suất cao

Vậy ta sẽ dùng phương pháp điều áp xoay chiều 3 pha dùng 6 tiristor mắcsong song ngược điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh góc mở  để điều

chỉnh điện áp cấp cho động cơ

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PHẦN CÔNG NGHỆ

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

Các sơ đồ không trung tính hình 3.1 b, c có nhiều điểm khác so với sơ đồ

có trung tính Dòng điện chạy giữa các pha vớinhau, nên đồng thời phải cấpxung điều khiển cho hai Tiristor của hai pha một lúc Việc cấp xung điềukhiển như thế, đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiển, ngay cả việc đổithứ tự pha nguồn lưới cũng có thể làm ảnh hưởng tới hoạt động của sơ đồ.Hiện nay, với những tải có công suất trung bình, các sơ đồ điều áp bapha bằng các cặp tiristor như hình 3.1 được thay thế bằng các sơ đồ triac nhưhình 3.2

Như đã giới thiệu ở trên, triac về nguyên lí điều khiển giống hệt các cặptiristor mắc song song ngược Vì vậy, sử dụng các sơ đồ hình 3.1 hay hình3.2 tuỳ thuộc vào khả năng linh kiện có loại nào Ngoài ra, hình 3.2 có ưuđiểm hơn về mặt điều khiển đối xứng và đơn giản về cách ghép

Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối xứng người ta cóthể sử dụng sơ đồ cặp tiristor - điốt Mặc dù vậy, sơ đồ này ứng dụng thực tếkhông nhiều Bởi vì khi không có xung điều khiển vẫn có dòng điện chạy quatải

Trong trường hợp cho phép điều khiển không đối xứng chúng ta có thể

sử dụng sơ đồ điều khiển hai pha như hình 3.3

Ưu điểm của sơ đồ hình 3.3 là số lượng van bán dẫn ít hơn và mạch điềukhiển cũng đơn giản hơn Nhược điểm của sơ đồ là điều khiển không đốixứng, nên đường cong dòng điện và điện áp các pha không giống nhau, vì vậygiá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện khác nhau rõ rệt Loại sơ đồ này

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

chỉ phát huy tác dụng khi tải và nguồn được phép làm việc không đối xứng và

có số lượng van bán dẫn bị hạn chế

Hình 3.3: Sơ đồ điều áp ba pha không đốixứng

Khi sử dụng điều áp xoay chiều cho động cơ không đồng bộ, ngoài chế

độ đóng cắt, điều khiển tốc độ, còn cần cả đảo chiều quay

Động cơ điện không đồng bộ khi đảo chiều quay cần đổi thứ tự pha Sơ

đồ điều khiển có đảo chiều quay động cơ không đồng bộ như giới thiêu trênhình 3.4:

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

Khi chiều quay thuận cấp xung điều khiển cho T1,T2,T7,T8,T9,T10; Cácpha lướiA1, B1, C1 được nối tương ứng với các cuộn A, B, C của động cơ.Khiở chiều quay ngược ta cấp xung điều khiển choT3,T4,T5,T6,T9,T10 Các phalướiA1, B1, C1 được nối tương ứng B, A, C của động cơ

Với bộ điều chỉnh tốc độ quạt thông gió ở đây, không yêu cầu đảo chiềuthích hợp nhất ta sẽ chọn sơ đồ Tiristor đấu song song ngược 3 pha không cóđiểm trung tính Nếu chọn sơ đồ Triac thì phải tăng cấp làm mát sẽ làm cồngkềnh mạch

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

II SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

III NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

+ Đóng cầu dao của áptômát AT cấp điện cho mạch Lúc này bộ biếnđổi đang khoá nên động cơ chưa được cấp điện, nút mở máy đang mở nênđiện chưa được cấp vào động cơ

+ Để mở máy, ấn nút mở máy M, cuộn hút rơle khởiđộng có điện tácđộng làm các tiếp điểm Rtđ đóng lại, điện được duy trì cấp cho rơle và đồngthời cấp điện cho mạch điều khiển tác động mở các Tiristor hầu như ngay lậptức Động cơ được cấp điện bắt đầu quá trình khởi động

+ Trong quá trình làm việc, việc điều chỉnh tốc độ thông qua điềuchỉnh một điện áp đặt nhờ biến trở đặt trên mạch điều khiển để điều chỉnh góc

A

+ Các điện trở R,C bảo vệ bộ Tiristor, các cầu chì CC bảo vệ ngắnmạch dòng quá tải lớn Bộ biến dòng cấp điện cung cấp cho các rơle nhiệt

RN Các rơle nhiệt RN để bảo vệ quá tảilâu dài Khi quá tải lâu dài nhiệt độtăng quá nhiệt độ cho phép làm rơle nhiệt tác động mở các tiếp điểm RNngừng cung cấp điện cho mạch, cắt động cơ ra khỏi lưới Khicó hiện tượngmất pha mạch bảo vệ mất pha nằm trong bộ điều khiển tác động cũng cắt điệnlưói vào động cơ và mạch điều khiển

IV TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH LỰC

Các thông số động cơ cần được điều khiển:

Như vậy It=91,58(A)

Dòng hiệu dụng qua van : Iv=1/2It=45,78 (A)

Dòng trung bình qua van : Itb =  Iv t dt

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

Trong công nghiệp người ta thường dùng ba phương pháp làm mát :

 Làm mát bằng nước (cho nước trực tiếp chảy qua cánh tảnnhiệt tức là cần một hệ thống bơm và ống đẫn rất phứctạp.)

 Làm mát bằng gió cưỡng bức (dùng quạt thông gió bao quanh cánh tản nhiệt)

 Làm mát tự nhiên để van tự tản nhiệt tự nhiên qua cáccánh tản nhiệt vào môitrường

Đối với phương pháp 1 và 2 được dùng cho thiết bị công suất lớn đòihỏi điều khiển với chất lượng cao, giá thành làm mát là cao và lắp đặt cồngkềnh phức tạp Đối với bộ điều áp xoay chiều ba pha dùng cho động cơkhông đồng bộ tải là quạt thông gió thì sử dụng làm mát cho van là phươngpháp làm mát tự nhiên là hợp lý bởi đây là loại thiết bị tải nhẹ và ít thay đổi.Khi làm việc lượng gió qua thiết bị lớn nên có thể lợi dụng để làm mát chovan được Khiđó ta lấy hiệu suất của van là 25%

Từ các số liệu tính toán ở trên ta có:

Dòng hiệu dụng qua van : Iv=1/2It=45,78 (A)

Điện áp ngược đặt lên van :Ung= 2.U2=380 2=537,4 (V)

- Dòng chọn van :Icv= 164 , 8 ( )

25

100 2 , 41

A



- Điện áp chọn van :Ucv=Ungmax.KDT=537,4.1,8=967,32(V)

Như vậy ta có thể chọn loại van ST180S12P0V vớicác thông số :

Itb = 200 A IRMS = 314 A Tcp = 850C

IX = 4,2 KA Idò = 20 mA

- Điện áp ngược lớn nhất

- Trị số trung bình cho phép đốivớiđóng điện

- Nhiệt độ lớn nhất cho phép của mạch ghép

- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của điện áp du/dt

- Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện di/dt

- Thờigian khóaNếu quá trị cho phép của nhà sản suất đều gây ra hư hỏng cho van Do

đó chúng cần được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ xảy ra : ngắn mạch tải,quá điện áp hoặc quá dòng điện

4.2.1 Thiết kế tản nhiệt

Dòng qua van ở đây không quá lớn 45,78 A nên không cần mắc song song các Tiristor Ta chỉ cần thiết kế cánh toả nhiệt cho nó

Khi làm việc, van bán dẫn có sụt áp, do đó có tổn hao công suất P =

U.Ilv Tổn hao công suất này sinh nhiệt Mặt khác van chỉ được làm việc tớinhiệt độ tối đa cho phép Tcp nào đó Do đó phải tìm cách bảo vệ quá nhiệt chovan bán dẫn

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

Muốn bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn cần phảichọn đúng dòngđiện van theo chế độ làm mát Làm mát van hiện nay phổ biến ngườita thườngdùng cánh toả nhiệt Diện tích bề mặt toả nhiệt có thể được tính gần đúng theocông thức:







tn tn

S tn - diện tích bề mặt toả nhiệt [cm 2 ];

P - tổn hao công suất [ W ];

 - độ chênh nhiệt so vớimôitrường  = Tlv -Tmt

Tlv -Tmt - nhiệt độ làm việc và nhiệt độ môitrường [ o C ];

ktn - hệ số có xét tớiđiều kiện tỏa nhiệt (trong điều kiện làm mát tự nhiên không quạt cưỡng bức, thường chọn k tn = 10.10 -4 W/cm 2 o C.

Chọn toả nhiệt có 6 cánh (12 mặt tiếp giáp) thì diện tích 1 mặt là

133512 = 111 [cm 2 ]

Chọn b =11 cm h = 10cm c = 3cm z= 7cm h o = 10mm

Suy ra a = 53 cm

4.2.2- Bảo vệ quá điện áp

Linh kiện bán dẫn nói chung và bán dẫn công suất nói riêng, rất nhạycảm với sự thay đổi của điện áp Những yếu tố điện áp ảnh hưởng lớn nhất tớivan bán dẫn mà cần có phương thức bảo vệ là:

 Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van

 Xung điện áp do chuyển mạch van

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

 Xung điện áp từ phía lưới xoay chiều, nguyên nhân thường gặp là docắt tải có điện cảm lớn trên đường dây

 Xung điện áp do cắt đột ngột biến áp non tải

Để bảo vệ van khi làm việc dài hạn mà không bị quá điện áp, cần chọnđúng các van bán dẫn theo điện áp ngược

Bảo vệ xung điện áp khi chuyển mạch van bán dẫn.

Bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van được dùng mạch R

- C mắc song song với các van bán dẫn Sơ đồ đơn giản của loại mạch này mô

tả trên hình 1.34a Khi có sự chuyển mạch, do phóng điện từ van ra ngoài tạonên xung điện áp trên bề mặt tiếp giáp P-N Mạch R - C mắc song song vớivan bán dẫn tạo mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyểnmạch van

Có thể tính các giá trị R,C bằng phương pháp đồ thị nhưng để đơn giản

ta chọn theo kinh nghiệm R = 30 C = 4F

Để bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, mắc song song với tải ở đầu vàomột mạch R - C, nhằm lọc xung như mô tả trên hình 1.34b Khi xuất hiệnxung điện áp trên đường dây, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần nhưnằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây Trị số R, C phụ thuộc nhiều vàotải

Bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng do cắt biến áp non tải.

Hình 1.34 Bảo vệ thiết bị điện tử khỏi chọc thủng

C

a.

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt PhÇn c«ng nghÖ

Để bảo vệ van do cắt đột ngột biến áp non tải, trong đa số các bộ biếnđổi người ta thường mắc một mạch R-C ở đầu ra một chỉnh lưu cầu ba phaphụ bằng các điốt công suất bé, như mô tả trên hình 1.34c Trị số tụ C trongtrường hợp này có thể được tính:

Trong đó: I - Dòng điện từ hoá biến áp %;

I 2 ;U 2 - Dòng điện, điện áp thứ cấp biến áp;

K TU - Khả năng tăng điện áp cho phép của van, thường được chọn K TU = 1,25  1,5

Biên độ điện áp xung khi đóng biến áp nhỏ hơn nhiều so với khi cắt, do

đó mạch trên cho phép bảo vệ quá điện áp trong cả hai trường hợp này

ở đây ta chọn phương pháp ghép RC Sơ đồ như sau :

Thông số của R,C phụ thuộc vào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc

độ biến thiên của dòng điện , điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá máy biến áp …

4.2.3 Bảo vệ quá dòng điện

I 1 K

I 30 C

2

2 2

Tu 

Như vậy ta đã thiết kế và chọn chủng loại thiết bị mạch lực cho động cơ

mà ta sẽ dùng làm quạt gió Từ các chỉ tiêu và thông số kĩ thuật của các thiết bị đó và yêu cầu của động cơ quạt gió ta thiết kế mạch điều khiển cho động cơ

Bảo vệ quá dòng ( dt di ) bằng cuộn kháng lọc

Mỗi Thyristor chỉ chịu được với 1 tốc độ tăng dòng điện nhất định, nếu xung dòng điện từ lưới có tốc độ quá lớn sẽ đánh thủng Thyristor Bằng cách ghép nối tiếp van với cuộn cảm lõi không khí có điện cảm nhỏ ta sẽ hạnchế được tốc độ quá cao của xung dòng điện Sơ đồ như sau