Xây dựng bộ chỉnh lưu cầu một pha tiristor có công suất P = 1kW, điện áp U = 220V có bộ lọc điện, cấp điện cho động cơ một chiều để điều chỉnh tốc độ bằng điện áp

Xây dựng bộ chỉnh lưu cầu một pha tiristor có công suất P = 1kW, điện áp U = 220V có bộ lọc điện, cấp điện cho động cơ một chiều để điều chỉnh tốc độ bằng điện áp

LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần với phát triển ngày mạnh mẽ lĩnh vực khoa học, ứng dụng điện tử công suất vào cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp điện tử nói riêng, thiết bị điện tử có cơng suất lớn đƣợc chế tạo ngày nhiều, đặc biệt ứng dụng vào ngành kinh tế quốc dân đời sống, làm cho yêu cầu hiểu biết thiết kế loại thiết bị cần thiết lại kỹ sƣ ngành điện Điện áp chiều loại lƣợng đƣợc sử dụng rộng rãi hệ thống truyền động điện trang bị điện Các thiết bị sử dụng điện áp chiều có dải điều chỉnh rộng, trơn láng, yêu cầu lớn cần phải có hệ thống tự động truyền động điện Việc sản xuất điện chiều sử dụng máy phát điện chiều có nhiều tốn phức tạp Để đơn giản mà lại hiệu ta dùng chỉnh lƣu Những kiến thức lực đạt đƣợc trình học tập trƣờng đƣợc đánh giá qua đợt làm đồ án tốt nghiệp Vì em cố gắng tận dụng tất kiến thức học trƣờng với tìm tịi nghiên cứu để hồn thành tốt nhiệm vụ đƣợc giao Qua thời gian học tập trƣờng em đƣợc giao đề tài: ‘‘Xây dựng chỉnh lưu cầu pha tiristor có cơng suất P = 1kW, điện áp U = 220V có lọc điện, cấp điện cho động chiều để điều chỉnh tốc độ điện áp.’’ với hƣớng dẫn GS.TSKH.Thân Ngọc Hồn, giảng viên mơn Điện tự động cơng nghiệp, trƣờng Đại Hoc Dân Lập Hải Phòng Đề tài gồm nội dung: Chƣơng : Các chỉnh lƣu có điều khiển Chƣơng : Thiết kế chỉnh lƣu cầu pha cho động điện chiều Chƣơng : Lắp ráp chỉnh lƣu cầu pha kết thí nghiệm Những sản phẩm kết đạt đƣợc ngày hôm truy không lớn lao Nhƣng thành cố gắng bốn năm học tập Là thành công bƣớc đầu em trƣớc trƣờng -1- CHƢƠNG CÁC BỘ CHỈNH LƢU CÓ ĐIỀU KHIỂN Để cấp nguồn cho tải chiều, cần thiết kế chỉnh lƣu Các chỉnh lƣu biến đổi lƣơng điện xoay chiều thành chiều Các loại biến đổi chỉnh lƣu có điều khiển khơng điều khiển Để giảm công suất vô công, ngƣời ta thƣờng mắc song song ngƣợc với tải chiều điốt ( loại sơ đồ đƣợc gọi sơ đồ có điốt ngƣợc) Trong sơ đồ chỉnh lƣu có điốt ngƣợc, có khơng có điều khiển lƣợng đƣợc truyền từ phía lƣới xoay chiều sang chiều, nghĩa loại chỉnh lƣu làm việc chế độ chỉnh lƣu nhận lƣợng từ lƣới Các chỉnh lƣu có điều khiển, khơng có điốt ngƣợc trao đổi lƣợng theo hai chiều Khi lƣợng truyền từ lƣới xoay chiều sang tải chiều, nguồn làm việc chế độ chỉnh lƣu nhận lƣợng từ lƣới, lƣợng truyền theo chiều ngƣợc lại (nghĩa từ phía tải chiều lƣới xoay chiều) nguồn làm việc chế độ nghịch lƣu trả lƣợng lƣới Theo dạng xoay chiều cấp nguồn, chia thành hay ba pha Các thơng số quan trọng sơ đồ chỉnh lƣu là: dòng điện điện áp tải; dòng điện chạy cuộn dây thứ cấp mày biến áp; số lần đập mạch chu kỳ Dòng điện chạy cuộn dây thứ cấp mày biến áp chiều hay xoay chiều, phân loại thành sơ đồ có dịng điện biến áp chiều hay xoay chiều Số lần đập mạch chu kỳ quan hệ tần số sóng hài thấp điện áp chỉnh lƣu với tần số điện áp xoay chiều Chỉnh lƣu loại có khơng có điều khiển, đề tài em xin nghiên cứu sâu loại chỉnh lƣu có điều khiển 1.1 CHỈNH LƢU MỘT PHA 1.1.1 Chỉnh lƣu nửa chu kỳ Ở sơ đồ chỉnh lƣu nửa chu kỳ hình 1.1, sóng điện áp chiều bị gián đoạn nửa chu kỳ, điện áp anot van bán dẫn âm Do sử dụng sơ đồ chỉnh lƣu nửa chu kỳ, chất lƣợng điện áp xấu, trị số điện áp tải trung bình lớn nhất(khi khơng điều khiển) đƣợc tính: Udo = 0,45.U2 (1 - 1) -2- Chất lƣợng điện áp xấu cho hệ số sử dụng máy biến áp xâu: Sba = 3,09.Ud.Id (1 - 2) T Ud t U1 U2 t1 R L t Id Hình 1.1 Sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ Đánh giá chung loại chỉnh lƣu nhận thấy loại chỉnh lƣu bản, sơ đồ nguyên lý đơn giản Tuy chất lƣợng kỹ thuật nhƣ: chất lƣợng điện áp chiều; hiệu suất sử dụng máy biến áp xấu Do loại chỉnh lƣu đƣợc ứng dụng thực tế Khi cần chất lƣợng điện áp tốt hơn, ngƣời ta thƣờng sử dụng sơ đồ chỉnh lƣu chu kỳ theo phƣơng án sau 1.1.2 Chỉnh lƣu chu kì với biến áp có điểm trung tính T1 U U L R U T2 Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chuy kỳ với biến áp có điểm trung tính Theo sơ đồ hình 1.2, biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thống số giống hệt nhau, coi hai sơ đồ chỉnh lƣu nửa chu kỳ hình 1.1, hoạt động lệch pha 1800 Ở nửa chu kỳ có van dẫn cho dịng điện chạy qua Cho nên hai nửa chu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn Điện áp tải đập mạch hai nửa chu kỳ, với tần số lần tần số điện áp xoay chiều (fđm = 2f1) Hình dạng đƣờng cong -3- điện áp, dòng điện tải,(Ud, Id), dòng điện van bán dẫn I1, I2 điện áp van T1 mơ tả hình 1.3a tải trở hình 1.3b tải điện cảm lớn U U Id d I1 t1 t p1 t2 p2 t3 I1 t t1 t2 I1 t3 t I2 I2 t UT1 t d p3 I2 Id t UT1 t t UT1 b a Hình 1.3 Các đường cong điện áp, dòng điện tải, dòng điện van điện áp Tiristor T1 Điện áp trung bình tải, tải trở (dịng điện gián đoạn) đƣợc tính : Ud = Udo.(1+cos )/2 (1 - 3) Trong đó: Udo - Điện áp chỉnh lƣu khơng điều khiển bằng: Udo = 0,9.U2 - Góc mở Tiristor Khi tải điện cảm lớn, dòng điện, điện áp tải liên tục, lúc điện áp chiều đƣợc tính: Ud = Udo.cos (1 - 4) -4- Trong sơ đồ chỉnh lƣu, loại có điện áp ngƣợc van phải chịu lớn nhất: U nv 2.U ~ Mỗi van dẫn nửa chu kỳ, dịng điện trung bình mà van bán dẫn phải chịu tối đa nửa dòng điện tải, trị hiệu dụng dòng điện chạy qua van Ihd = 0,71.Id Một số ƣu nhƣợc điểm sơ đồ So với chỉnh lƣu nửa chuy kỳ loại chỉnh lƣu có chất lƣợng điện áp tốt Dòng điện chạy qua van không lớn, tổng điện áp rơi van nhỏ Đối với chỉnh lƣu có điều khiển, sơ đồ hình 1.2 nói chung việc điều khiển van bán dẫn tƣơng đối đơn giản Tuy việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mà cuộn làm việc nửa chu kỳ phức tạp, hiệu suất sử dụng máy biến áp xấu Mặt khác điện áp ngƣợc van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất, làm cho việc lựa chọn van bán dẫn khó 1.1.3 Chỉnh lƣu cầu pha đối xứng Chỉnh lƣu cầu pha đối xứng đƣợc cấu tạo từ bốn tiristor mắc theo hình 1.4 Hoạt động sơ đồ khái qt mơ tả nhƣ sau Trong nửa chu kỳ đầu (UAB > 0) điện áp anod Tiristor T1 dƣơng (catod T2 âm), có xung điều khiển mở cho hai van T1,T2 đồng thời, van đƣợc dẫn để đặt điện áp lƣới lên tải.Điện áp tải chiều trùng với điện áp xoay chiều chừng Tiristo dẫn (khoảng dẫn tiristo phụ thuộc vào tính chất tải) Đến nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu (UAB < 0), anod tiristo T3 dƣơng T4 âm, có xung điều khiển cho van T3,T4 đồng thời, van đƣợc dẫn, để đặt điện áp lƣới lên tải, với điện áp chiều tải có chiều trùng với nửa chu kỳ trƣớc -5- T4 U T1 A T2 F T3 B E R L Hình 1.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha đối xứng Chỉnh lƣu cầu pha hình 1.4 có chất lƣợng điện áp hoàn toàn giống nhƣ chỉnh lƣu chu kỳ với biến áp có trung tính nhƣ sơ đồ hình 1.2 Hình dạng đƣờng cong điện áp, dòng điện tải, dòng điện van bán dẫn tƣơng tự nhƣ hình 1.3 a,b Trong sơ đồ này, dịng điện chạy qua van giống nhƣ sơ đồ hình 1.2, nhƣng điện áp ngƣợc van phải chịu nhỏ Unv = U2 Việc điều khiển đồng thời Tiristor T1,T2 T3,T4 thực đƣợc nhiều cách, cách đơn giản sử dụng biến áp xung có hai cuộn thứ cấp nhƣ hình 1.5 D Mạch Điều Khiển D T1 (T3) T2 (T4) ` Hình 1.5 Phương án cấp xung chỉnh lưu cầu pha 1.1.4 Chỉnh lƣu cầu pha không đối xứng Điều khiển Tiristo sơ đồ hình 1.4 đơi lúc gặp khó khăn cần mở tiristo đồng thời, công suất xung không đủ lớn Để tránh việc mở đồng thời van nhƣ trên, mà chất lƣợng điện áp chừng mực -6- đáp ứng đƣợc, ngƣời ta sử dụng chỉnh lƣu cầu pha khơng đối xứng Chỉnh lƣu cầu pha không đối xứng thực hai phƣơng án khác nhƣ hình 1.6 Giống hai sơ đồ là: chúng có hai Tiristor hai điốt, lần cấp xung điều khiển cần xung; điện áp chiều tải có hình dạng nhƣ hình 1.7a,b trị số giống nhau, đƣờng cong điện áp tải có phần điện áp dƣơng, nên sơ đồ khơng làm việc với tải có nghịch lƣu trả lƣợng lƣới Sự khác hai sơ đồ đƣợc thể rõ rệt làm việc với tải điện cảm lớn, lúc dòng điện chạy qua van điều khiển không điều khiển khác U T1 T2 D1 T2 D1 R L R D2 a U T1 D2 L b Hình 1.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng Trên sơ đồ hình 1.6a (với minh hoạ đƣờng cong hình 1.7a) điện áp anod T1 dƣơng catod D1 âm có dịng điện tải chạy qua T1, D1 đến điện áp đổi dấu (với anod T2 dƣơng) mà chƣa có xung mở T2, lƣợng cuộn dây tải L đƣợc xả qua D2, T1 Nhƣ việc chuyển mạch van không điều khiển D1, D2 xảy điện áp bắt đầu đổi dấu Tiristor T1 bị khoá có xung mở T2 Kết chuyển mạch van có điều khiển đƣợc thực việc mở van Từ giải thích thấy rằng, van bán dẫn đƣợc dẫn nửa chu kì (các điốt dẫn từ đầu đến cuối nửa chu kì điện áp âm catod, cịn Tiristor đƣợc dẫn từ thời điểm có xung mở bị khố việc mở Tiristor nửa chu kì kế tiếp) Về trị số, dịng điện -7- trung bình chạy qua van Itb = (1/2 ).Id Dòng điện hiệu dụng van Ihd = 0,71 Id Theo sơ đồ hình 1.6b (với minh họa đƣờng cong hình 1.7b), điện áp lƣới đặt vào anod catod tiristor thuận chiều có xung điều khiển, việc dẫn van hoàn toàn giống nhƣ sơ đồ hình 1.6a Khi điện áp đổi dấu, lƣợng cuộn dây L đƣợc xả qua điốt D 1, D2, van đóng vai trị điốt ngƣợc Chính mà Tiristor tự động khoá điện áp đổi dấu Từ đƣờng cong dịng điện van hình 1.7b thấy rằng, sơ đồ dòng điện qua tiristor nhỏ dòng điện qua điốt Ud Ud Id t t1 t2 t3 t IT1 IT2 Id t t1 t2 t3 t IT1 t t t ID1 t ID2 t IT2 t ID1 t ID2 t a Hình 1.7 Giản đồ đường cong b a- cho hình 1.6a; b- cho hình 1.6b Nhìn chung, loại chỉnh lƣu cầu pha có chất lƣợng điện áp tƣơng đƣơng nhƣ chỉnh lƣu chu kì với biến áp có trung tính Chất lƣợng điện áp chiều nhƣ nhau, dòng điện làm việc van nhau, nên việc ứng dụng chúng tƣơng đƣơng Mặc dù chỉnh lƣu cầu pha có ƣu điểm chỗ: điện áp ngƣợc van bé hơn; biến áp dễ chế tạo có -8- hiệu suất cao Thế nhƣng, chỉnh lƣu cầu pha có số lƣợng van nhiều gấp hai lần, làm giá thành cao hơn, sụt áp van lớn gấp hai lần nên tải điện áp thấp hiệu suất chỉnh lƣu thấp, chỉnh lƣu cầu điều khiển đối xứng điều khiển phức tạp Các sơ đồ chỉnh lƣu pha cho điện áp với chất lƣợng chƣa cao, biên độ đập mạch điện áp lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều không đáp ứng đƣợc cho nhiều loại tải Muốn có chất lƣợng điện áp tốt phải sử dụng sơ đồ có số pha nhiều 1.2 CHỈNH LƢU BA PHA 1.2.1 Chỉnh lƣu tia ba pha Chỉnh lƣu tia ba pha có cấu tạo từ biến áp ba pha với thứ cấp đấu có trung tính, ba van bán dẫn nối cực tính để nối tới tải, ba đầu cịn lại van bán dẫn nối tới pha biến áp Tải đƣợc nối đầu nối chung van bán dẫn với trung tính nhƣ giới thiệu hình 1.8a Khi biến áp có ba pha đấu ( ) pha A,B,C nối van nhƣ hình 1.8a, ba catod đấu chung cho điện áp dƣơng tải, cịn trung tính biến áp điện áp âm Ba pha điện áp A,B,C dịch pha góc 1200 theo đƣờng cong điện áp pha, có điện áp pha dƣơng điện áp hai pha khoảng thời gian 1/3 chu kì (1200) Từ thấy rằng, thời điểm có điện áp pha dƣơng hai pha Nguyên tắc điều khiển tiristor là: anod tiristor dƣơng tiristor đƣợc kích mở Thời điểm điện áp hai pha giao đƣợc coi góc thơng tự nhiên tiristor Các tiristior đƣợc mở với góc mở nhỏ thời điểm góc thơng tự nhiên (nhƣ chỉnh lƣu ba pha, góc mở nhỏ = 00 dịch pha so với điện áp pha góc 300) -9- A T1 B T2 C T3 L R a I1 Id U U dId d t t1 t2 t3 t4 Id U U dId d t t1 t2 t3 I1 t t I2 I2 t t I3 I3 t t UT1 t UT1 t t4 c b Hình 1.8 Chỉnh lưu tia pha a- Sơ đồ động lực; b- giản đồ đường cong góc mở trở; c- giản đồ đường cong góc mở = 300 tải = 600 Theo hình 1.8b,c, thời điểm có tiristor dẫn, nhƣ dịng điện tải liên tục, tiristor dẫn 1/3 chu kì ( đƣờng cong I1, I2, I3 hình 1.8b), cịn điện áp tải gián đoạn thời gian dẫn tiristor nhỏ Tuy nhiên, hai trƣờng hợp dịng điện trung bình tiristor 1/3.Id Trong khoảng thời gian tiristor dẫn, dòng điện tiristor dịng điện tải, khoảng tiristor khố dòng điện tiristor - 10 - ... c? ?u em s? ?u nghiên c? ?u, thiết kế chỉnh l? ?u c? ?u pha có đi? ?u khiển đối xứng với cơng suất khoảng 1kw, có cuộn kháng lọc điện c? ?p điện cho động chi? ?u để đi? ?u chỉnh tốc độ theo phƣơng ph? ?p đi? ?u chỉnh. .. ? ?p điện ? ?p âm Ba pha điện ? ?p A,B,C dịch pha góc 1200 theo đƣờng cong điện ? ?p pha, có điện ? ?p pha dƣơng điện ? ?p hai pha khoảng thời gian 1/3 chu kì (1200) Từ thấy rằng, thời điểm có điện ? ?p pha. .. ? ?p van lớn g? ?p hai lần nên tải điện ? ?p th? ?p hi? ?u suất chỉnh l? ?u th? ?p, chỉnh l? ?u c? ?u đi? ?u khiển đối xứng đi? ?u khiển phức t? ?p Các sơ đồ chỉnh l? ?u pha cho điện ? ?p với chất lƣợng chƣa cao, biên độ