Tính toán, thiết kế mạng điện một chiều cho phòng thí nghiệm khoa cơ khí động lực

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI CẢM ƠN …………………………………………… PHẦN 1: MỞ ĐẦU PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1. PHÂN TÍCH CÁC BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN MỘT CHIỀU DÙNG MẠCH CHỈNH LƯU 1.1.1. Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu 1.1.2. Các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu 1.1.3. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển 1.1.4. Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển 1.1.5. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển 1.1.6. Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển 1.2. PHÂN TÍCH CÁC BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN MỘT CHIỀU DÙNG MẠCH BĂM XUNG ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU NỐI TIẾP 1.2.1. Nguyên lý chung vá đặc điểm bộ biến đổi điện áp một chiều 1.2.2. Phân loại và sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi điện áp DC 1.2.3. Mạch xung áo đơn nối tiếp dùng thyritstor 1.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ 1.3.1. Aptomat 1.3.2. Cầu chì 1.3.3. Nút ấn 1.3.4. Contactor 1.4. MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG MỘT PHA 1.4.1. Giới thiệu chung 1.4.2. Định nghĩa 1.4.3. Phân loại máy biến áp 1.4.4. Các đại lượng đinh mức 1.4.5. Công dụng của máy biến áp 1.4.6. Cấu tạo máy biến áp 1.4.7. Nguyên lý làm việc của máy biến áp 1.4.8. Các bước tính toán, thiết kế máy biến áp 1.5. MẠCH LỌC CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1. KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1.1. Khảo sát phòng thí nghiệm 2.1.2. Khảo sát hệ thống nguồn điện trên ô tô 2.2. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ TỦ ĐIỆN CUNG CẤP NGUỒN MỘT CHIỀU 2.3. TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THIẾT BỊ 2.3.1. Tính chọn nguồn 5V 2.3.2. Tính chọn bộ nguồn 12VDC 2.3.3. Tính chọn MCCB 2.3.4. Tính chọn CONTACTOR và nút nhấn 2.3.5. Tính chọn cầu nối 2.3.6. Tính chọn dây cấp nguồn DC 12V – 30A theo điều kiện phát nóng 2.3.7. Chọn cầu chì 2A 2.4. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRONG TỦ 2.5. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRÊN MẶT TỦ 2.6. HÌNH ẢNH SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THIỆN 2.6.1. Hình ảnh trong tủ 2.6.2. Hình ảnh bên ngoài tủ CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THI CÔNG CẤP ĐIỆN CHO PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN Ô TÔ 3.1. PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN 3.2. HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT 3.3. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI CẢM ƠN ………

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

PHẦN 2: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 PHÂN TÍCH CÁC BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN MỘT CHIỀU DÙNG MẠCH CHỈNH LƯU

1.1.1 Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu

1.1.2 Các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu

1.1.3 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển

1.1.4 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển

1.1.5 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển

1.1.6 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển

1.2 PHÂN TÍCH CÁC BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN MỘT CHIỀU DÙNG MẠCH BĂM XUNG ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU NỐI TIẾP

1.2.1 Nguyên lý chung vá đặc điểm bộ biến đổi điện áp một chiều

1.2.2 Phân loại và sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi điện áp DC

1.2.3 Mạch xung áo đơn nối tiếp dùng thyritstor

1.3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ

1.3.1 Aptomat

1.3.2 Cầu chì

1.3.3 Nút ấn

1.4 MÁY BIẾN ÁP CẢM ỨNG MỘT PHA

1.4.1 Giới thiệu chung

1.4.2 Định nghĩa

1.4.3 Phân loại máy biến áp

1.4.4 Các đại lượng đinh mức

1.4.5 Công dụng của máy biến áp

1.4.6 Cấu tạo máy biến áp

1.4.7 Nguyên lý làm việc của máy biến áp

1.4.8 Các bước tính toán, thiết kế máy biến áp

2.1.2 Khảo sát hệ thống nguồn điện trên ô tô

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ TỦ ĐIỆN CUNG CẤP NGUỒN MỘT CHIỀU

2.3 TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN THIẾT BỊ

2.5 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRÊN MẶT TỦ

2.6 HÌNH ẢNH SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THIỆN

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại mạch chỉnh lưu

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu

Hình 1.3 Sơ đồ chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ

Hình 1.4 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch chỉnh lưu một pha một nửa

chu kỳ Hình 1.5 Chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ không điều khiển tải R+E

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng mạch ckỉnh lưu hình tia một pha

nửa chu kỳ không điều khiển Hình 1.7 Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ không điều khiển với

tải R Hình 1.8 Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch chỉnh lưu hình tia một

pha nửa chu kỳ không điều khiển tải Hình 1.9 Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ không điều khiển với

tải R+E Hình 1.10 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển R+L

Hình 1.11 Giản đồ dòng, áp trong mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R+L

Hình 1.12 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển R+L

Hình 1.13 Giản đồ dòng, áp trong mạch chỉnh lưu tia ba pha tải R

Hình 1.14 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển R+L

Hình 1.15 Đồ thị điện áp tải mạch chỉnh lưu hình tia ba phavới tải R +E

khi

2

.

2U2

E 

Hình 1.16 Đồ thị điện áp tải mạch chỉnh lưu hình tia ba phavới tải R +E

khi

2

.

2U2

E 

Hình 1.17 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển R+L+E

Hình 1.18 Giản đồ dòng, áp trong mạch chỉnh lưu

hình tia ba pha tải R+L+E Hình 1.19 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển tải R

Hình 1.20 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển

tải R Hình 1.21 Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển tải

E+R Hình 1.22 Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển

tải R+E Hình 1.23 Sơ đồ nguyên lý chung mạch băm xung điện áp một chiều và

dạng điện áp dòng điện trên tải Hình 1.24 Sơ đồ cấu trúc chung mạch bộ biến đổi điện áp DC

Hình 1.25 Sơ đồ nguyên lý mạch xung áp đơn nối tiếp dùng thyristor

Hình 1.26 Dạng sóng dòng điện điện áp với tải R+L+E trong mạch xung

áp đơn Hình 1.27 Hệ thống tiếp điểm của áptômát

Hình 1.28 Các cơ cấu truyền động Aptomat

Hình 1.29 Nguyên lý hoạt động aptomat

Hình 1.30 Cầu chì

Hình 1.31 Hình ảnh một số loại nút nhấn

Hình 1.32 Mô tả hệ thống mạch vòng dẫn điện của côngtắctơ điện một

chiều và xoay chiều

Hình 1.33 Sơ đồ cấu tạo côngtắctơ điện một chiều loại KB600

Hình 1.34 Sơ đồ cấu tạo côngtắctơ điện xoay chiều

Hình 1.35 Vị trí gông và trụ lõi thép MBA

Hình 1.36 Hình vẽ minh hoạ dây quấn MBA

Hình 1.37 Kích thước lõi thép MBA

Hình 1.38 Mặt cắt ngang dây quấn MBA

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay điện ôtô là một lĩnh vực rất quan trọng trong chuyên ngành đào tạothiết kế, sửa chữa và sản suất ôtô Do vậy môn học có liên quan đến điện ô tô cũng đượccác trường đại học cao đẳng và dạy nghề ngày càng được chú trọng Trong đó một vấn đề

mà chúng ta cũng cần quan tâm đó là các thiết bị dùng để đào tạo thực hành hay thínghiệm hiên nay nay được sử dụng trong các trường còn hạn chế nhiều về số lượng cũngnhư chất lượng Đặc biệt vấn đề về giá thành các thiết bị thực tập và thí nghiệm điện ô tôhiên nay là rất cao do tính đặc thù về công suất và công nghệ Để góp phần cải thiện cácvấn đề trên nhóm đồ án đã nhận đề tài “ tính toán, thiết kế mạng điện một chiều chophòng thie snghiệm khoa cơ khí động lực trường ĐHSPKT Hưng Yên” Với mục đíchchế tạo ra một hệ thống nguồn một chiều đáp ứng được một phần nào đó trong lĩnh vựcthực hành thí nghiệm môn điện ô tô

2 Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đồ án

Trên cơ sở định hướng của giáo viên hướng dẫn nhóm chúng em tập chung nghiêncứu chế tạo bộ nguồn một chiều với nhiều cấp điện áp khác nhau: 5V- 2A; 5V- 48A; 12V-21A; 12V- 30A thiết bị được đóng ngắt bằng tay và tự động bảo vệ khi xảy ra sự cốngắn mạch hay quá tải

3 Tóm tắt nội dung đồ án

Nội dung đồ án gồm 3 chương:

CHƯƠNG 1: Tổng quan đề tài

CHƯƠNG 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống điện một chiều

CHƯƠNG 3: Xây dựng phương án cấp điện một chiều cho phòng thí nghiệm

4 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành nội dung đồ án nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương phap sau:

- Khảo sát, đánh giá thiết bị hiện có

- Tìm và phân tích tài liệu

- Sử dụng phương pháp thực nghiệm

- Trao đổi kinh nghiệm và kiến thức với các thầy cô và chuyên gia khoa cơ khíđộng lực

PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích các bộ biến đổi nguồn một chiều dùng mạch chỉnh lưu [3]

1.1.1 Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu

a> Khái niệm: Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành

nguồn điện một chiều để cung cấp cho phụ tải điện một chiều

b> Phân loại mạch chỉnh lưu:

-Tùy theo số pha của nguồn điện xoay chiều phía đầu vào mạch chỉnh lưu mà có thể chia

ra thành mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha hay m pha:

-Nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa dây pha và dây trung tính, thì mạch chỉnh lưu gọi là

sơ đồ hình tia Còn nếu dòng điện xoay chiều chạy giữa các dây pha thì mạch chỉnh lưugọi là sơ đồ hình cầu

+ Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu hình tia m pha là:

- Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn xoay chiều

- Các van có số điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều.Nếu điện cực nối chung là Katốt thì sơ đồ được gọi là Katốt chung, còn nếu điện cựcnối chung là Anốt ta có sơ đồ nối Anốt chung

- Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính, trung tính nguồn làđiện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu

+ Đặc điểm chung của mạch chỉnh lưu cầu m pha là:

- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của nguồn xoay chiều, trong đó có m van có Katốtnối chung được gọi là nhóm van Katốt nối chung và trên sơ đồ ta kí hiệu bởi chỉ số lẻ,

m van còn lại có anốt nối chung nên gọi là nhóm van anốt chung và trên sơ đồ ta kíhiệu bằng chỉ số chẵn

- Mỗi pha nguồn xoay chiều nối với hai van, một ở nhóm A chung và một ở nhóm Kchung

- Điểm nối chung của các van nối K chung và nối A chung là 2 điện cực của điện áp ra

- Nếu sơ đồ chỉnh lưu dùng toàn diode thì gọi là sơ đồ không điều khiển Nếu sơ đồchỉnh lưu dùng toàn thyristor thì gọi là sơ đồ điều khiển hoàn toàn Nếu sơ đồ chỉnhlưu dùng cả thyristor và diode thì gọi là sơ đồ bán điều khiển.

Kết hơp phân loại như trên một sơ đồ chỉnh lưu có thể được gọi như sau:

Hình1.1: Sơ đồ phân loại mạch chỉnh lưu

d Một số sơ đồ chỉnh lưu thường gặp

R

id

D

u2 ud

Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu

kỳ không điều khiển

B

C

I 21

I 22

Mạch chỉnh lưu hình tia một pha 2 nửa chu

kỳ không điều khiển

Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

không điều khiển

T1

T2 T3

u d

L R i d

uA

u B uc iA

iC iB

u a

ub uc

R d

u1

Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha

không điều khiển

Mạch chỉnh lưu hình cầu ba pha

không điều khiển

Q

L1

N

L2 L3

T 1 T 3 T 5

R d

T 4 T 6 T 2 G4 G6 G2

N

L2 L3

1.1.2 Các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu [3]

-Các đặc tính của một sơ dồ chỉnh lưu được thông qua một nhóm các thống số cơ bản Cácthông số cơ bản này cần thiết cho quá trình thiết kế một mạch chỉnh lưu, và cũng được dùng

để đánh giá chất lượng của một mạch chỉnh lưu và sự ảnh hưởng của nó tới lưới điện Thôngthường một sơ đồ chỉnh lưu được xem xét với các thông số:

) ( 2

1 )

(

1

d u dt

+ Giá trị trung bình dòng điện chảy qua van: IVtb hoặc IVAV

+ Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy qua van: IVhd hoặc IVRMS

+ Điện áp ngược cực đại mà van phải chịu khi làm việc: UVngmax

+ Điện áp thuận cực đại mà van phải chịu khi làm việc: UVthmax

c Thông số nguồn

+ Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy qua cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp: I1vàI2

+ Công suất biểu kiến sơ cấp và thứ cấp máy biến áp S1 = U1.I1; S2 = U2.I2

d Nhóm thông số đánh giá chất lượng mạch điện

+ Số lần đập mạch (mX) : là nhóm các thông số đánh giá chất lượng điện áp chỉnh lưu, nếu sốlần đập mạch càng lớn thì chất lượng mạch chỉnh lưu càng tốt.

+ Độ gợn sóng W% là tỷ số giữa điện áp trung bình một chiều và điện áp xoay chiều bậc mộtsau chỉnh lưu

+ Các thông số xác định sự ảnh hưởng của mạch chỉnh lưu tới lưới điện: Sự ảnh hưởng đóđược đánh giá qua hệ số cos, trong đó  là góc giữa thành phần sóng hài bậc nhất của dòngđiện và điện áp ở đầu vào chỉnh lưu Một thông số quan trọng khác nữa cũng ảnh hưởng đếnlưới điện như là độ méo phi tuyến của dòng đầu vào mạch chỉnh lưu Khi đánh giá được độméo phi tuyến cho phép xác định được dùng các bộ lọc đầu vào mạch chỉnh lưu, hay phảidùng sơ đồ chỉnh lưu nhiều pha để giảm thiểu ảnh hưởng của chỉnh lưu đến lưới điện

Sau đây xin gới thiệu một số mạch chỉnh lưu một và ba pha không điều khiển:

1.1.3 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển [3]

u2

Hình 1.3: Sơ đồ chỉnh lưu một pha một nửa chu kỳ

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng diện, điện áp trong mạch

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng và điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu:

t(v) U2.sin

c Công thức tính các thông số trong mạch chỉnh lưu

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:

2 2

2 0

2

2 sin

U tdt U

R R

2

2

0 2

U

R

U

t d t t

d R

U

t d t R

U t

d R

t U

I

2 2

2 1

2

0 sin 2

sin )

0 (

2 1

2 2

2 cos 2

1

2 2 cos 1

1 sin

2 2

1

2 2

2

0 0

2

0 2

2 0

2 2

- Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp

Do tải thuần trở nên U2 có cùng dạng sóng i2, khai triển chuỗi Fourier của i2 gồm một thànhphần một chiều và một thành phần sóng hài AC

i2 = Id + i~

Nếu bỏ qua sức từ động và sóng hài bậc cao ta có thể viết

n1i.1 = n2.(i2 - id)

n

i1 = m(i2 - id)

d d

I i m

d i

2

1 2

2 2

U tdt U

* Nhận xét:

- Dạng sóng dòng điện, điện áp tải nhấp nhô nên chất lượng không cao, ít được sử dụng

- Máy biến áp sử dụng không tốt

- Muốn dòng tải giảm nhấp nhô phải mắc thêm tụ lọc

- Mạch đơn giản

* Xét trường hợp tải R + E

a. Sơ đồ nguên lý

E

+ -

UD



Hình 1.5: Chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ không điều khiển tải R+E

b Nguyên lý làm việc

- Diode D chỉ cho dòng điện qua tải khi u2 > E Dòng id chỉ tồn tại trong khoảng

1  2 và góc 1 ; 2 là 2 nghiệm của phương trình sau:

E U

u2  2 2sin  

Khi diode dẫn dòng thì biểu thức của dòng điện qua tải khi đó:

R

E U

i d  2 2sin  

Xét điều kiện lý tưởng khi diode cho dòng chảy qua thì điện áp đặt lên 2 đầu diode là UD = 0

V Còn khi diode D bị khóa ta có phương trình:

D

U

E

u2   (Lúc này coi R.id =0 vì dòng điện qua tải rất nhỏ.)

Do đó điện áp đặt lên diode D là:

E U

E

u

U D  2  2 2sin  

- Điện áp ngược cực đại đặt lên diode D khi khóa là:

E U

U d

R

E U

E U d

R

E U I

2

2cos

22

2

2 2

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng mạch ckỉnh lưu hình tia một pha

nửa chu kỳ không điều khiển

- Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ với tải R+ L được trình bày như hình 2.6.1-4 a

Cuộn cảm trong mạch sinh ra sđđ tự cảm mỗi khi có sự biến thiên của dòng điện

dòng điện tự do:

+ Dòng điện icb được xác định:

) sin(

X arctg

A. 

Hệ số A được xác định từ sơ kiện đóng mạch có điện cảm id( = 0) = 0 Thay vào biểu thức id

ở trên ta xác định được

) sin(

Sđđ e có chiều ngược lại với u2 Cuộn cảm L tích lũy năng lương trong

khoảng 1 <  < 2 lúc này dòng id suy giảm Sđ đ e lúc này tác động cùng chiều với u2; cuộncảm L hoàn lại năng lượng

Vì vậy mà diode D vẫn tiếp tục dẫn trong khoảng π <  < 2 khi mà điện áp u2 < 0

Trong thực tế, đối với tải L hoặc R + L người ta thường dùng một diode hoàn nănglượng D0 đấu song song ngược với tải, mục đích vừa để bảo vệ diode và duy trì dòng điện tảitrong nửa chu kỳ âm hình 1.6d

Khi điện thế tại điểm B vượt tại điểm C khoảng 0,7V thì D0 mở cho dòng tải id chảyqua D0; id = iD0 Diode D0 ngắn mạch hai đầu tải; ud = 0

Diode D chỉ cho dòng điện chảy qua trong khoảng 0 <  < π Trong khoảng

π <  < 2π dòng tải id do cuộn cảm L cung cấp, nó phóng năng lượng được tích lũy vào mạchLRD0 Nếu dùng cuộn cảm lớn có thể duy trì dòng id trong toàn chu kỳ

* Kết luận:

- Dòng điện tải chậm pha so với điện áp u2 một góc 

- Khi không có D0 thì điện áp tải có chứa một đoạn mang giá trị âm

- Khi có D0 thì điện áp tải không có đoện mang giá trị âm

- Trong một chu kỳ, cuộn cảm L tích lũy được bao nhiêu năng lượng thì nó hoàn lại bấynhiêu

1.1.4 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển [1]

* Xét trường hợp tải thuần trở

Hình 1.7: Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ không điều khiển với tải R

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử điện áp đặt vào cuộn sơ cấp máy biến áp là hình sin Khi đó phía thứ cấp MBAsuất hiện 2 điện áp u21 và u22 bằng nhau về dấu nhưng ngược nhau về pha

t U

u21  2 2sin 

t U

u22   2 2sin 

Ở nửa chu kỳ dương của điện áp u21 , diode D1 được phân cực thuận cho dòng điệnchạy qua Khi đó u22 âm, nên D2 bị phân cực ngược, khóa lại

Ở nửa chu kỳ âm của điện áp u21 , diode D1 bị phân cực ngược nên khóa lại Khi đó u22

dương, nên D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải

Như vậy cả 2 nửa chu kỳ D1 và D2 luân phiên đóng mở, cung cấp điện cho tải trong cảchu kỳ

Hình 1.8: Dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ

không điều khiển tải

c Các công thức tính toán trong mạch

- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải:

2 0

2 2

2

0

9 , 0 2

2 sin

2

1 2

U R

1

2 sin

2 2

AV D

AV

D

I t td R

U I

I

- Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp

d

I R

U t d t R

U I

4 2 sin

2 2

0

2 2

- Dòng hiệu dụng sơ cấp máy biến áp

Khi van dẫn ta có, dòng điện tức thời qua thứ cấp máy biến áp:

t I

t R

U i

i

2 sin

.

1  ; Với m là tỷ số máy biến dòng

Vậy giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp máy biến áp được xác định:

2 2

sin

2

2





D 2

u 22 Z A

B

C

I 21

I 22 E + -

Hình 1.9: Sơ đồ mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ không điều khiển với tải R+E

b Nguyên lý làm việc và Các công thức tính toán trong mạch

Trong khoảng 0 <  < π dòng điện id suất hiện khi u2 > E, khi đó:

R

E U

R

E U

I d

Bằng cách thế     2T

1

2     ta xác định được biểu thức như trên

Trị hiệu dụng dòng điện chảy qua nửa cuộn thứ cấp máy biến áp

Dòng điện hiệu dụng qua nửa cuộn thứ cấp máy biến áp khi chuyển gốc tọa độ 1 góc /2 đến O, códạng:



cos

E U d

R

E U I

I

2

2cos

22

2

2 2

1.1.5 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển [3]

* Xét trường hợp tải R+L với giả thiết dòng tải bằng phẳng và liên tục.

Hình 1.10: Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển R+L

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp lần lượt là : ua = 2

U2sint(v), ub= 2U2sin(t-1200)(v), uc= 2U2sin(t-2400)(v) coi rằng điện áp sụt trênDiode khi chúng dẫn bằng không Volt

2 2

5

6

2 6

Khi D1 khóa, có điện áp ngược đặt trên D1:

) 6 sin(

Hình 1.12: Sơ đồ mạch chỉnh lưu hình tia ba pha không điều khiển R+L

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp lần lượt là : ua = 2

U2sint(v), ub= 2U2sin(t-1200)(v), uc= 2U2sin(t-2400)(v) coi rằng điện áp sụt trênDiode khi chúng dẫn bằng không Volt

2 2

R

U d

i

2

1 2

1

2 6

5

6

2 6

- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp lần lượt là : ua = 2

U2sint(v), ub= 2U2sin(t-1200)(v), uc= 2U2sin(t-2400)(v) coi rằng điện áp sụt trênDiode khi chúng dẫn bằng không Volt

* Xét trường hợp E  2.U2 , khi đó dòng điện tải liên tục.

u

D1 D2 D3

Hình: 1.15: Đồ thị điện áp tải mạch chỉnh lưu

hình tia ba phavới tải R +E khi

2

.

2U2

E 

- Xét trong khoảng 6   56. ; khi đó Ua > UN > E; nên D1 dẫn dòng điện còn D2; D3 bịkhóa do bị phân cực ngược

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

Bằng cách lý giải tương tự ta có:

+ Trong khoảng

6

9 6

+ Trong khoảng 96   136 ; D2 dấn dòng, D1, D3 khóa

Như vậy ta thấy với

2

i dmax  2 2

c Một số biểu thức tính toán

- Điện áp trung bình trên tải

2 6

5

6

2 sin 1 , 17

2 2

3

U d

U d

R

E U

R

U d

i

2

1 2

1

2 6

5

6

2 6

.

2U2

- Trị trung bình dòng điện qua tải

) 1 sin 1 cos (

U

d R

E U

E U

E U d

R

E U I

2

2cos

22

2

2 2

 1  2



/2

Hình: 1.16: Đồ thị điện áp tải mạch chỉnh lưu hình tia ba phavới

tải R +E khi

2

u b uc

d i

Hình 1.18: Giản đồ dòng, áp trong mạch chỉnh lưu

hình tia ba pha tải R+L+E

- Giả thiết dòng điện tải liên tục và bằng phẳng khi D1 dẫn ta có phương trình mạch tải:

dt

di L Ri

I d d

1 6 5

6

D

I d R

5

6

2 6

I  

Như vậy dòng hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp được tính:

d d

d

I m

I

3

23

3

23

2

6 5

6

2

6 5

2 2

6

0

2 2

* Xét với tải thuần trở

b Nguyên lý làm việc và dạng sóng dòng điện, điện áp trong mạch

Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, điện áp phía thứ cấp

u2 = 2U2sint(v), coi như khi diode dẫn điện, điện áp sụt trên nó là không Volt

- Trong nửa chu kỳ đầu t = 0 đến , điện áp u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 đượcphân cực thuận, nên dẫn điện Còn cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược nên không dẫn điện.Khi đó ta có:

uD1 = uD2 = 0; uD4 = uD3 = - u2 0; ud = u2 0; iD1 = iD2= id; iD4 = iD3 = 0

- Trong nửa chu kỳ sau t =  đến 2, điện áp - u2 dương, khi đó cặp van D1 và D2 bị

Khi đó ta có:

uD4 = uD3 = 0; uD1= uD2 = u2 0; ud = - u2 0; iD4 = iD3 = id ; iD1 = iD2 = 0

- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự

c Các công thức tính toán trong mạch

-Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu được xác định theo biểu thức:

2 2

0

2 sin 2. 2. 0 , 9 2

1

U

U tdt

U tdt U

R R

2

d R

t U

R d

+ - A

E

1 2



Hình 1.22: Dạng sóng mạch chỉnh lưu hình cầu một pha không điều khiển tải

R

E U

i dm  2 2

Dòng điện chảy qua tải tồn tại đến khi u2 < E, lúc đó D1 và D4 khóa lại

Trong khoảng π <  < 2π, khi đó u2 < 0, điện thế tại điểm B dương hơn A khi nào VB >E thì

D2 và D3 mở cho dòng điện chảy qua, ta có:

E U

i

i

i  2. 2sin 

c Các công thức tính toán trong mạch

- Trị điện áp ngược cực đại đặt lên diode D khi khóa là:

E U

R

E U

E U d

R

E U I

2

2cos

2

2

2 2