Đồ án điện tử công suất

Đồ án môn học Điện tử công suất Trang Phần một: TỔNG QUAN MẠCH CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA 1.Sơ đồ: M T1 U1 T2 + E R U2 L T4 T3 N Chỉnh lưu cầu pha 2.Nguyên lý hoạt động: Trong sơ đồ có Tiristor đựơc điều khiển xung dòng tương ứng it1, it2, it3, it4 Mạch chỉnh lưu dược cung cấp điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp U2 = U2msin ωt (v) Các xung điều khiển có chu kỳ với u2 xuất sau u2 Các xung it1 it3 xuất sau u2 góc α Các xung it2 it4 xuất sau u2 góc π +α Các Trisisto tự động khoá lại u2 =0 Phụ tải biểu diễn sức phản điện động E, điện trở R điện cảm L Ta xét mạch L lớn E nhỏ giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu Trong trường hợp này, mạch làm việc chế độ cung cấp liên tục, dòng qua phụ tải không đổi giá trị trung bình Id Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc mạch chỉnh lưu là: - Khi α < π /2 E < mạch làm việc chế độ chỉnh lưu - Khi α > π /2 E > mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc Ta xét trường hợp mạch làm việc chế độ chỉnh lưu với góc điều khiển α < π /2 E > *.Hoạt động: Trong nửa chu kỳ đầu điện áp chỉnh lưu (0 < ωt < π), U2 > 0, Tiristor T1 T3 phân cực thuận, trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm α = θ1 = ωt1 ta cho xung điều khiển mở T1 T3 : Ud = U2 Dòng điện từ A qua T1 đến tải qua T3 B Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = U2 = U2msin ωt (v) Khi T1 T3 mở cho dòng chảy qua ta có phương trình để xát định dòng điện qua tải: Ldi/dt + R.id + E = U2 = U2msin ωt (v) Tại lúc góc pha π, U2 = T1 T3 chưa bị khóa dòng qua chúng lớn Trong nửa chu kỳ sau điện áp chỉnh lưu (π < ωt< 2π), U < , Tiristor T2 T4 phân cực thuận, trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm θ = θ2= ωt2 = π + α ta cho xung điều khiển mở T2 T4 : Ud = -U2 Dòng điện từ B qua T2 đến tải qua T4 A Điện áp chỉnh lưu (ở hai đầu phụ tải ) Ud = -U2 = -U2msin ωt (v) GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang Sự mở T2 T4 làm cho UN = UB v UM = UA Do điện áp T1 T3 là: UT1 = UA – UM = UA - UB = U1 < UT3 = UN – UB = UA - UB = U2 < Do làm cho T1 T3 tắt cách tự nhiên Biểu thức xát định dòng áp: Do điện cảm có giá tri lớn nên dòng qua tải id dòng liên tục, id = Id Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu: Ud = Π Π+α ∫U α 2m sin ω.t dω.t = U mcos α Π Do α < π /2 nên Ud dương Hay: Ud = R.Id + E Giá trị trung bình dòng qua tải ( dòng chỉnh lưu): Id = Ud − E R Dạng đường cong điện áp dòng chỉnh lưu: Ud Ud π θ1 π+α θ2 α θ IT1,3 θ IT1,3 Id Id θ IT2,4 Id θ i2 θ IT2,4 Id θ id 2π π 2π id θ Id θ Id θ θ Hiện tượng trùng Chỉnh lưu dẫn: Nghịch lưu phụ thuộc Thực tế xét đến điện cảm Lc ( cuộn dây thứ cấp MBA), ta biểu diễn mạch sau: GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang M T1 + E T2 Lc R eL T4 L T3 N Do có điện cảm Lc, nên góc α, ta cho xung điều khiển mở T T4 dòng điện qua T1 T3 l it1, it3 giảm đột ngột từ Id xuống 0, dòng qua T2 T4 tăng đột ngột từ đến Id Hiện tượng mở đồng thời bốn Tiristor gọi tượng trùng dẫn Lúc Tiristor mở cho dòng chảy qua, phụ tải bị ngắn mạch, Ud = 0, nguồn e2 bị ngắn mạch sinh dòng ngắn mạch ic Ta có phương trình: X c di c d θ 2U m θ ⇒ is = sin θ d θ = X α∫ 2U sin θ = 2U m [ cos α − cos θ ] X2 - Hiện tượng trùng dẫn làm cho điện hai điển M N dòng chỉnh lưu id = - Hiện tượng trùng dẫn bắt dầu từ góc α kéo dài đến iT1,3 giảm đến π+α Đặt ic = ic1+ic2 với ic1 = ic2 = ic/2 ic1 làm tăng dòng T4 làm giảm dòng T3 ic2 làm tăng dòng T2 làm giảm dòng T1 2U [ cos α − cos (π + α ) ] 2X c = I d [ cos α − cos (π + α ) ] (A) iT 2, = iT 1,3 Khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn, tức θ=μ, i T1,3 = 0, phương trình chuyển mạch có dạng: cos α − cos (θ + α ) = 2X c Id 2U (1) Xát định sụt ápchỉnh lưu trung bình ΔUμ tượng trùng dẫn gây ra: µ § (2) Thay (2) vào phương trình (2) ta có được: µ§ Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu kể đến tượng trùng dẫn: U’d = Ud – Δuμ 2X 2Id =Ud − π GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trong đó: Ud = 2U π Trang cos α Dạng đường cong dòng áp trùng dẫn: Ud θ2 θ1 2π θ μ Id id iT1 iT2 θ Phần hai: TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC Tính chọn mạch động lực dùng sơ đồ với thông số: Điện áp chiều động cơ: Eưđm = 110 VDC Dòng điện định mức: Iưđm = 2.35 A Công suất động cơ: Pđm = 160W GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang Hệ số dự trữ dòng điện ( chọn) : Ku= 1,6 Hệ số dự trữ điện áp ( chọn) : Ki=1,3 ( Ki = 1,1 ÷ 1,6) T1 T2 Z U 2 V T4 T3 Mạch động lực 1Tính chọn biến đổi: Xát định điện áp chỉnh lưu không tải: Bộ biến đổi điện áp chỉnh lưu Thysisto cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cung cấp cho phần ứng động chiều hoạt động a Điện áp chỉnh lưu không tải tính sau: Udo = (Udm + 4%Udm + 1,5%Udm + 0,8%Udm + ∆Urt) (1) Trong đó: Udm : điện áp chỉnh lưu cực đại Udm = Eưdm = 110 V 4%Udm : sụt áp điện trở MBA 1,5%Udm : sụt áp điện kháng MBA ∆Urt : sụt áp Tiristor nối tiếp ∆Ur ≈ V Thay trị số vào phương trình (1) ta được: Ud = (110 + 0,04.110 + 0,015.10 + 0,08.110 + 2) = 118,93 V Vậy điện áp chỉnh lưu không tải Ud = 118,93 V b.Giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp MBA Ta có: Ud = với α = Suy U2 = 2U cos α π π.U d 2 = π.118 ,93 2 = 132 ,1V Do tỉ số MBA là: m = U2/U1= 132,1/220 = 0,6 d Điện áp ngược lớn Tiristor phải chịu: U im = 2U = 132 ,1 =186 ,8V Xát định dòng chỉnh lưu dòng pha MBA : a Dòng chỉnh lưu trung bình: Dòng điện chỉnh lưu trung bình dòng phần ứng động điện: Id = Iư = 2,35 A b Dòngđiện chỉnh lưu trung bình chảy Tiristor: Io = Id/2 = 2,35/2 = 1,175 A c Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy pha thứ cấp MBA: GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang I2 = Id = 2,35 A d Giá trị hiệu dụng dòng điện chảy pha sơ cấp MBA: I1 = mI2 = 0,6.2,35 = 1,41 A 2.Chọn Tiristor: Dựa vào thông số: Hệ số dự trữ điện áp : Ku = 1,6 Hệ số dự trữ dòng điện: Ki = 1,3 Yêu cầu mặt kỹ thuật Tiristor phải chịu : Điện áp ngược lớn : Ung = Ku.Uim =1,6.186,8 = 299 V Dòng điện trung bình Itb = Ki.I0 = 1,3.1,175 = 1,5275 A Theo bảng I.3 ĐTCS ta chọn loại Tiristor có thông số sau: Mã hiệu KY(2Y)-201KЛ Itb (A) Uim (KV) 0,3 ΔU (V) toff (μs) 35 Ig (A) 0,35 Ug (V) 5,3 di/dt (A du/dt /μs) (μs/μs) 40 50 Tính chọn máy biến áp: a Mạch từ: - Công suất biểu kiến MBA: S = U.I = 132,1.2,35 = 310,4 W MBA pha, ta chọn mạch từ trụ: c = 1, tần số : f = 50Hz -Tiết diện trụ tính toán theo công thức kinh nghiệm: Q =k S c f Máy biến áp khô nên k = Do đó: Q =6 310 ,4 = 14 ,95 cm 1.50 Dựa vào bảng “ Máy biến áp công suất nhỏ” ta chọn MBA có công suất 390 W 50Hz Với thông số sau: _ Bề dày thép: 0,35 mm _ Chiều dài trung bình đường sức: 27,4 cm _ Thể tích thép từ: 510cm2 _ Trọng lượng thép từ: 4040g = 4,04 kg _ Số lượng thép: 160 Mạch từ có dạng hình vẽ với kích thước sau: a(mm) h(mm) 32 80 c(mm) 32C C(mm) 128 H(mm) B(mm) 112 64 c H h c a a/2 GVHD Đoàn Quang Vinh B SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE kích thước tiết diện trụ Đồ án môn học Điện tử công suất Trang Trụ : _Tiết diện thô = cxB = 3,2.6,4 = 20,48 cm2 _ Tiết diện hiệu = 0,95.20,48 = 19,5 cm _ Trọng lượng trụ = 7,5.0,195.1,2 = 1,75 kg Quy lat ( Quylass): _ Tiết diện thô = axB = 3,2.6,4 = 20,48 cm2 _ Tiết diện hiệu = 0,95.20,48 = 19,5 cm _ Trọng lượng trụ = 7,5.0,195.1,6 = 2,3 kg Từ cảm: _Trong trụ chọn Bm= 1,1 T _Trong quy lat chọn B’m = 1,1.19,5/19,5 =1.1 T b Chọn dây quấn: -Số vòng dây pha: U1 220 = = 462 vòng 4,44 f Q.Bm 4,44 50 19 ,5.1,1.10 −4 U2 132 ,1 = = 278 vòng + Thứ cấp: n = 4,44 f Q.Bm 4,44 50 19 ,5.1,1.10 −4 + Sơ cấp: n1 = Chọn mật độ dòng điện: J1 = J2 = 2,75 A/mm2 Đường kính phía dây quấn sơ cấp: d1 = S1 4I1 = = π π J 4.1,41 = 0,8mm 3,14 2,75 Đường kính phía dây quấn thứ cấp: d2 = 4S 4I = = π π J 4.2,35 = 1,04 mm 3,14.2,75 Chọn dây: Dựa vào bảng II.3_(tr 82-ĐTCS) thông số dây dẫn tiết diện tròn, ta chọn dây dẫn sơ cấp thứ cấp MBA có thông số sau: d1 = 0,8 mm; S1 = 0,5027 mm2; 4,47 g/m; ρ1 = 0,0342 Ω/m d2 = 1,04 mm; S2 = 0,849 7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777 GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 8 8888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888 8888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888 8888888888888888888888888888888888882 vòng Để đảm bảo cách điện ta chia dây quấn sơ cấp làm lớp: ( x 60 + 42 vòng) - Giữa hai lớp ta đặt lớp giấy cách điện dày 0,1 mm bìa - Bề dày dây quấn sơ cấp: e1 = d1.n + 0,1.7 = 0,8.8 + 0,7 = 7,1 mm - Bán kính trung bình dây quấn sơ cấp: r1tb = 38 + 7,1/2 = 41,55 mm - Chiều dài dây quấn sơ cấp: l1 = 2Π.r1tb.10-3.n1 = 2.3,14 41,55.10-3.462 = 120,6 m - Điện trở dây quấn 75oC: R1 = ρ1.l1(1+0,004 75) = 0,0342.120,6.(1+0,004.75) = 3,16Ω +Dây quấn thứ cấp: - Dây quấn thứ cấp gồm 278 vòng Chia làm lớp ( 5x 48 + 38 vòng ) - Giữa hai lớp đặt lớp giấy cách điện dày 0,1mm bìa - Bề dày dây quấn thứ cấp: e2 = d2.n + 0,1.5 = 1,04.6 + 0,5 = 6,74 mm - Bán kính trung bình dây quấn thứ cấp: r2tb = 38 + 7,1 + 6,74/2 + = 54,47 mm - Chiều dài dây quấn thứ cấp: l1 = 2Π.r2tb.10-3.n2 = 3,14.45,05.10-3 238 = 95,15 m - Điện trở dây quấn thứ cấp 75oC: R2 = ρ2.l2(1+0,004 75) = 0,0202.95,15.(1+0,004.75) = 2,4,7Ω c Điện áp rơi điện kháng: ∆Ux = X.Id / π Với X điện kháng tản trụ., tính sau: 8π n1 r  e + e2  X = a + .ω 10 −7 h   X = 8.3,14 2.462 80 10 −3 X = 8.3,14 2.462 2  41,55 + 54 ,47  −3  7,1 + 6,74   + 32 .10 −3.314 10 −8 .10      48 ,01 10 −3 36 ,6.10 −3.314 10 −7 −3 80 10 = 3,7 Ω Vậy ∆Ux = X.Id / π = 3,7.2,35 / 3,14 = 2,76 V d Điện áp rơi điện trở: ∆Ur = [R2+R1(n2/n1)2].Id = [ 2,47 + 3,16.(278/462)2 ].2,35 = 8,5 V e Điện áp chỉnh lưu đầy tải: U = Udo - ∆Ur - ∆Ux - ∆Ufe = 118,93 – 8,5 – 2,76 – 1,5 = 106,17 V f Tổn thất sắt từ có xét đến 15% tổn thất phụ: P = 1,15.1,3.(1,75.1,1 + 2,34.1,1) = 6,73 W j Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: µ§ GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang µ§ g Tổng trở ngắn mạch: µ § Với Rd = R2 + R1(n1 /n2)2 = 3,6 Ω h Dòng điện ngắn mạch: In = U2/Zn = 132,1 / 5,2 = 25,4 A Cuộn kháng cân Lc: Cuộn kháng cân có tác dụng hạn chế đến mức thấp dòng điện tuần hoàn, cản trở đột biến dòng điện để MBA Tiristor làm việc tốt hơn, không bị nặng nề Giả sử góc mở α 0, để Icc đạt giá trị lớn nhất, lúc nguồn U2 bị ngắn mạch sinh dòng điện ngắn mạch: In = I cc = 25,4 A Lúc đó, ta có phương trình cân sức điện động: X0 di c1, dt = 2U sin θ Lấy tích phân hai vế: X I c1, = π Π/ ∫ 2U sin θ.dθ Vậy giá trị trung bình Suy ra: Với πX X0 = 2U πI c1, 2U X0 = L0ω Ic1,2 = 2%.Id = 2% 2,35 = 0,047 A ⇒X = Vậy: I c1, = L0 = 132 ,1 =1265 ,9Ω 0,047 3,14 X 1265,9 = = 4H ω 314 Mặt khác : L0 = 2.Lcb + Lba Với : Lba = Xba /ω = 3,7 / 314 = 0,012 H Do đó: Lcb = ( L0 – Lba) / = ( – 0,012 )/2 = 1,2 H 5.Tính lọc LC: Bộ lọc thiết bị nối nguồn chỉnh lưu phụ tải điện chiều Bộ lọc có chức ngăn chặn thành phần xoay chiều điện áp dòng chỉnh lưu Trong mạch chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ, ta thiết kế lọc có nhiệm vụ chủ yếu hạn chế thành phần sóng hài bậc cho dòng chiều qua Đối với mạch chỉnh lưu công suất lớn, ta dùng lọc LC gồm: Một tụ điện C nối song song với phụ tải điện cảm L mắt nối tiếp với phụ tải Sơ đồ lọc bố trí mạch sau: GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 10 L U d D C C Bộ lọc L,C Điện áp đầu chỉnh lưu khai triển thành chuỗi Fourier Nếu ta quan tâm tới hai số hạng điện áp đầu chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ có dạng sau: Ud = 2U + a n 2U cos 2ωt Π Trong đó: + U2 giá trị hiệu dụng điện áp phía thứ cấp MBA + an = / 3π = 0,425 Nếu giả thuyết sóng hài tần số thấp mà XL >> XC dòng xoay chiều chảy qua L C định XL, ta viết: I cm = Điện áp nhấp nhô: a n 2U = ( ÷ 2,5) % I d = 0,06 A 2ωL ∆U c = Tỷ số nhấp nhô: I cm 2a nU = 2ωC 4ω LC K LC = LC = Suy ∆U C 2U = an 4ω LC an 4ω K LC Với hệ số nhấp nhô cho trước: KLC = 6% = 0,06 an = 0,425 ta có: LC = 0,425 = 17 ,96 10 −6 4.( 314 ) 0,06 ⇒L= a n 2U 0,425 2132 ,1 = = 2,11 H 2ωI cm 2.314 0,06 C = 17 ,96 10 −6 = 8,51 10 −6 F = 8,51 µF 2,11 Vậy ta chọn : L = 2,11 H C = 8,51 μF GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 11 Phần ba: TÍNH CHỌN MẠCH BẢO VỆ: Đối với chỉnh lưu bán dẫn, tính toán vận hành ta phải đảm bảo vấn đề bảo vệ dòng áp cho thiết bị mạch Thiết bị bán dẫn có van bán dẫn có kích thước nhỏ ( lớp tiếp giáp), nhiệt dung bé mật độ dòng điện qua mặt tiếp giáp p-n lớn nên nhạy với tải dòng Hằng số thời gian phát nóng Silic van công suất cỡ vài phần trăm giây Do khâu bảo vệ dòng điện đòi hỏi phải tác động nhanh Mặt khác, van bán dẫn nhạy điện áp, cần tồn điện áp ngược lớn giá trị cho phép khoảng - μs chọc thủng mặt tiếp giáp p-n Bảo vệ dòng điện: Hai nguyên nhân gây dòng điện: Ngắn mạch tải a Ngắn mạch: Đây trường hợp có cố tạo dòng điện lớn ngắn mạch tải, dây dẫn thứ cấp MBA ( ngắn mạch bên ngoài), ngắn mạch pha chọc thủng van bán dẫn ( ngắn mạch bên trong), đột biến nghịch lưu b Quá tải: Hiện tượng tải xuất trong thời gian làm việc xát lập độ Giá trị không lớn cho phép tồn thời gian lâu GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 12 Để bảo vệ dòng cho Tiristor, ta dùng dây chảy tác động nhanh Loại dây chảy làm chì bạc đặt vỏ sứ có chứa cát thạch anh nước cất i imax ich thq t tc Các giai đoạn hoạt động dây chảy Hoạt động dây chảy chia làm hai giai đoạn sau: Giai đoạn 1: từ t = đến bắt đầu xuất hồ quang Giai đoạn 2; từ t = thq đến kết thúc ( t = tc) Dòng điện chạy qua dây chảy sinh nhiệt lượng Q = i2Rt Để bảo vệ dòng cho biến đổi, ta chọn đặt dây chảy vị trí sau: ( vị trí ) Vị trí 1: Đặt ngõ vào MBA Vị trí 2: Đặt ngõ MBA Vị trí 3: Đặt nối tiếp với Tiristor dây chảy Vị trí đặt dây chảy hình vẽ sau: T1 T2 Z T4 T3 Các vị trí đặt dây chảy Bảo vệ điện áp: Có hai nguyên nhân gây điện áp: Nguyên nhân nội nguyên nhân bên a Nguyên nhân nội tại: Do tích tụ điện tích lớp bán dẫn Khi ta khoá Tiristo điện áp ngược điện tích đổi ngược hành trình, tạo dòng điện ngược khoảng thời gian ngắn GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 13 i t u2 t Dòng áp tích tụ điện tích Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm đường dây nguồn dẫn đến Tiristor, làm cho Anot Catot Tiristor xuất điện áp Nguyên nhân bên ngoài: Các nguyên nhân thường xảy ngẫu nhiên cắt không tải MBA đường dây, cầu chì bảo vệ bị chảy, bị sét đánh… Để bảo vệ áp, ta thường dùng mạch RC sau: R,C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ điện áp tích tụ điện tích T chuyển mạch gây nên C R Bảo vệ áp cho Tiristor chuyển mạch RC đấu hai pha thứ cấp MBA để bảo vệ điện áp cắt không (dòng từ hoá) tải MBA gây nên Bảo vệ áp cho Tiristor cắt không tải MBA Thông số R C phụ thuộc vào mức độ điện áp xảy ra, tốc độ biến thiên dòng chuyển mạch, điện cảm đường dây, dòng điện từ hoá MBA Ta chọn thông số R C cách dùng đồ thị giải tích, sử dụng đường cong chuẩn * Tính R,C bảo vệ điện áp tích tụ điện tích gây nên: - Hệ số điện áp: K = Uimp / (Ku.Uim) Với U imp : giá trị cực đại cho phép điện áp thuận ngược đặt Tiristor cách không chu kỳ Tra theo sổ tay ĐTCS ta có Uimp = 300 V Uim: giá trị cực đại điện áp ngược thực tế đặt Tiristor Uim = 186,8 V Ku: hệ số dự trữ điện áp Ku = 1,6 Ta tính K = 300/ (1,6.186,8) = 1,67 GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 14 - Xát định thông số trung gian: C*min(K), R*max(K), R*min(K) Dựa vào hình X-9 ĐTCS, với K = 1,67 ta có C*min(K) = 0,85; R*min(K) = 0,75 R*max(K) = 1,75 Tính di dt max chuyển mạch Khi chuyển mạch ta có phương trình: Lba max = 2U sin θ 2U 2 132 ,1 = = 15,57 10 A / s = 15,57.10-3 A / μs Lba 0.012  di  Xát định điện lượng tích tụ Q = f    dt  Suy - di dt di dt max = Bằng cách sử dụng đường cong sổ tay tra cứu, theo hình X.10 ( tr 258-ĐTCS-Nguyễn Bính) với Id = 2,35 A, di /dt = 15,.10-3 A / μs Ta tra Q = 15 A / μs - Xát định R ,C: Cmin(K) = R * 0,75 2Q.C * 2.15.0,75 = = 0,12 μF U im 186,8 Lba U im ≤ R ≤ R * max 2.Q Lba U im 2Q 0,012 186 ,8.10 −3 0,012 186 ,8.10 −3 ≤ R ≤ , 75 2.15 10 −6 2.15 10 −6 6,5 ≤ R ≤ 15 (Ω) Ta chọn: C = 0,12 μF R = 10 Ω (*) Tính R,C bảo vệ áp cắt MBA không tải gây nên: Cắt MBA không tải tức cắt dòng điện từ hoá MBA Sự việc cắt MBA không xảy cách không chu kỳ Việc tính toán R,C tính theo bước sau: _ Xát đinh hệ số điện áp ( xát định phần ) k = 1,67 _ Xát định thông số trung gian: dựa vào đường cong hình X.11(tr260-ĐTCS_Nguyễn Bính) : Với k = 1,67 ta tra được: C*min = 0,25; R*min =1,4; R*max = 2,7 - Tính giá trị lớn lượng từ MBA cắt Với MBA pha: WT1 = I s o m S Iσ ω Trong đó: Isom: giá trị cực đại dòng từ hoá quy sang thứ cấp Is: giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp Với Is.o.m = Is.o Iso = 0.03 Is GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 15 S: công suất biểu kiến MBA Suy ra: WT1 = I som S Iσ ω = 0.03 S ω = 0,03 390 = 0.04 ws 314 _ Giá trị hiệu dụng dòng tải định mức: Is = 390 = 2,95 A 132 ,1 _ Xát định R,C: * Xát định C: WT1 C * 2.0,04.0,25 C = = = 0,53.10 − F = 0,5 μF 2 (U sm ) 132,1 Ta chọn C = 0,5μF * Xát định R: ( ) U sm U sm R*min I som < R < R*max I som 1,4.1 5151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151 5151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515151515 15151515151515151515151515151515151515151515iều khiển thiết bị biến đổi chỉnh lưu tổ hợp linh kiện điện từ, điện tử đóng vai trò quan trọng thiết bị biến đổi Mạch điều khiển có chức sau: _ Điều chỉnh vị trí xung điều khiển phạm vi nửa chu kỳ dương điện áp đặt anot_caôt Tiristor _ Tạo xung đủ điều kiện mở Tiristor Đối với hệ thống điều khiển chỉnh lưu, mạch điều khiển cần đáp ứng có yêu cầu sau: - Tạo dãy xung có công suất độ rộng xung đủ để mở Tiristorr tuỳ theo yêu cầu Tiristor.( Xung thiết bị chỉnh lưu thường có biên độ từ đến 10V, độ rộng xung tx = 20 ÷ 100μs.) - Phải dịch pha xung điều khiển so với điện áp nguồn yêu cầu thay đổi trị số điện áp Muốn dịch pha phải có đồng pha Tiristorr làm việc mạch AC Để dịch pha xung điều khiển có nguyên tắc: + Dịch chuyển theo chiều ngang + Dịch chuyển theo chiều đứng tuyến tính + Dịch chuyển theo chiều đứng phi tuyến tính ( ARCCOS) GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 16 Với biến đổi chỉnh lưu pha hai nửa chu kì ta thực theo nguyên tắc điều khiển dịch chuyển theo chiều đứng ARCCOS 1.Sơ đồ khối chức khối Mạch điều khiển dịch chuyển theo nguyên tắc chiều đứng ARCCOS gồm khối sau: >1 111 111 SS Ucm - Ur Chức khối sau: - Ucm : Điện áp điều khiển, điện áp chiều - Ur : Điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều biến thể nó, đồng với điện áp anot_catot Tisistor - Hiệu điện áp Ucm – Ur đưa vào khâu so sánh 1, làm việc trigơ, - Ucm – Ur = trigơ lật trạng thái, đầu ta nhận chuỗi xung dạng " sin chữ nhật " - Khâu khâu đa hài trạng thái ổn định - Khâu khâu khuếch đại xung - Khâu khâu biến áp xung Bằng cách tác động vào Udk điều chỉnh vị trí xung vào điều khiển Thyrsisto, tức điều chỉnh góc mở α Theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS ta dùng điện áp: - Điện áp đồng ( điện áp tựa) us vượt trước điện áp anod-catod Tiristorr góc π/2 (Nếu UAK = Umsinωt us = Umcosωt) Điện áp điều khiển ucm điện áp chiều, điều chỉnh biên độ theo hướng (dương âm) Trên hình vẽ,đường nét đứt điện áp đồng với điện áp anod-catod Tiristorr Từ điện áp đồng người ta tạo điện áp ur ur uc ur uc ur ωt uudk ωt dk ωt α ur+udk Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS Nếu đặt us vào cổng đảo ucm cổng không đảo khâu so sánh us = ucm ta nhận xung mảnh đầu khâu so sánh khâu lật trạng thái: Umcosα = ucm GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Do đó: α = Arccos( Trang 17 u cm ) Um Khi ucm = Um α = Khi ucm = α = π /2 Khi ucm = -Um α = Như vậy, điều chỉnh cho ucm biến thiên từ -Um đến Um ta điều chỉnh góc α biến thiên từ đến π 3*.Thiết kế mạch điều khiển: Trong sơ đồ chỉnh lưu này, ta dùng sơ đồ điều khiển kênh theo kiểu ARCCOS +12 V 7812 47k 22 0.47 0.1uF 1.2 K 330k v 10k 0A1 4.7k 4.7k π12k 470uF ~ GG 0A2 100uF U2 U3 2π 4.7k Udk ωt 1k + 470uF + u27912 -12 V Sơ đồ mạch điều khiển kênh ARCCOS ucm ωt u3 ωt uGK ωt Các dạng điện áp sơ đồ Sơ đồ gồm khâu tích phân OA1, khâu so sánh OA2 Khâu đồng ( tích phân) OA1: Tín hiệu đầu vào OA1 U1 = Um sin ωt Tín hiệu đầu OA1 U2 = − GVHD Đoàn Quang Vinh Um Um sin ωt.dt = cos ωt ∫ C R ω.C.R SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 18 R C U1 R Us R OA1 OA2 Vdk U db = U s = R U dt CR ∫ Ta chọn ucmax = Um = 10 V ωCR Khi ucm = u2 ta có cosα = ucm / umax Khâu so sánh OA2: Tín hiệu đầu Us khâu đồng đưa đến đầu vào khâu so sánh đem so sánh với Udk Khi Us = Udk đầu khâu so sánh, ta nhận chuỗi xung chữ nhật Nhờ mạch R,C Diot D ta có xung dương điều khiển chậm sau v(t) góc α Khuếch đại xung, BAX: Tín hiệu vào Uc tín hiệu logic, Khi Uc = "1" Transistor mở bão hoà, Uc = "0" Transistor bị khoá Điện trở R hạn chế dòng colectơ, Diot D hạn chế điện áp cực colectơemitơ, Diot D2 ngăn chặn xung âm có Transistor bị khoá, Rg hạn chế dòng điều khiển, R2 điều chỉnh biên độ sườn xung Hoạt động sơ đồ: Ban đầu Uc = "0" iL = iC = 0, UCE = E, iD = Giả sử t = 0, Uc = "1", T mở, điện cảm L ngăn không cho iC đạt giá trị bão hoà IC = E / R1 dòng iC tăng trưởng chậm theo quy luật hàm mũ GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 19 E A R1 F iL R D2 Th Dr BAX iDr R iC R2 C T Uc K Khâu biến áp xung E iL = iE = R1 −t  1 − e τ    L  với τ =  R1  Sau khoảng thời gian τ , IC ~ iC = E /R1 Bên thứ cấp BAX xuất xung điện áp R2 để mở Trisito Khi t = T1, UC = "0" iL đạt giá trị E iL( T1) = iC(T1) = R1 −t  1 − e τ     =Io< E /R1   Transito T bị khoá iC = Nếu Diot D hoàn lượng W = L.Io2 sinh điện áp cực C, E Transito gây điện áp UCE = VC Dr cho dòng chạy qua làm ngắn mạch điểm C F nên UCE = E + 0,8 V Khi đó: - từ t = T1 trở iL suy giảm theo quy luật: −t iL = Io e τ' với τ ' = / R' Trong R' điện trở cuộn cảm L điện trở thuận Dr Chọn Transito T_25_600V Số hiệu: Ig = 0,3 A Eg = 5V tỷ số BAX tường m = U1 / Ux = 2÷ 3, ta chọn m =  điện áp đặt cuộn sơ cấp BAX: U1 = m.Ux = 3.5 = 15 V Dòng sơ cấp BAX: I1 = I2 /m = 0,3 / = 0,1 A Chọn Transito làm việc tầng khuếch đại xung: T – П605 UCE = 40 V.; Icmax = 1,5 A; β = 20÷ 60 lần GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 20 GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE [...]... nhân gây quá điện áp: Nguyên nhân nội tại và nguyên nhân bên ngoài a Nguyên nhân nội tại: Do sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn Khi ta khoá các Tiristo bằng điện áp ngược các điện tích đổi ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 13 i t u2 t Dòng và áp do sự tích tụ điện tích Sự... thẳng đứng ARCCOS ta dùng 2 điện áp: - Điện áp đồng bộ ( điện áp tựa) us vượt trước điện áp anod-catod Tiristorr một góc π/2 (Nếu UAK = Umsinωt thì us = Umcosωt) Điện áp điều khiển ucm là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo 2 hướng (dương và âm) Trên hình vẽ,đường nét đứt là điện áp đồng bộ với điện áp anod-catod Tiristorr Từ điện áp đồng bộ này người ta tạo ra điện áp ur ur uc ur uc.. .Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 11 Phần ba: TÍNH CHỌN MẠCH BẢO VỆ: Đối với chỉnh lưu bán dẫn, khi tính toán cũng như trong vận hành ta phải đảm bảo vấn đề bảo vệ quá dòng và quá áp cho các thiết bị trong mạch Thiết bị bán dẫn có van bán dẫn có kích thước nhỏ ( lớp tiếp giáp), nhiệt dung bé và mật độ dòng điện qua mặt tiếp giáp p-n lớn nên rất nhạy với... ωt ∫ C R ω.C.R SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 18 R C U1 R Us R OA1 OA2 Vdk U db = U s = R 1 U 1 dt CR ∫ Ta chọn ucmax = Um = 10 V ωCR Khi ucm = u2 ta có cosα = ucm / umax 2 Khâu so sánh OA2: Tín hiệu đầu ra Us của khâu đồng bộ được đưa đến đầu vào của khâu so sánh và đem so sánh với Udk Khi Us = Udk thì ở đầu ra của khâu so sánh, ta nhận được chuỗi xung chữ nhật Nhờ... đứng ARCCOS 1.Sơ đồ khối và chức năng các khối Mạch điều khiển dịch chuyển theo nguyên tắc chiều đứng ARCCOS gồm những khối sau: 1 2 >1 111 111 SS Ucm - 3 4 Ur Chức năng các khối như sau: - Ucm : Điện áp điều khiển, điện áp một chiều - Ur : Điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp anot_catot của Tisistor - Hiệu điện áp Ucm – Ur được đưa vào khâu so sánh 1, làm việc... điều khiển so với điện áp nguồn do đó yêu cầu thay đổi trị số điện áp ra Muốn dịch pha phải có đồng pha do Tiristorr làm việc ở mạch AC Để dịch pha xung điều khiển có 3 nguyên tắc: + Dịch chuyển theo chiều ngang + Dịch chuyển theo chiều đứng tuyến tính + Dịch chuyển theo chiều đứng phi tuyến tính ( ARCCOS) GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 16 Với bộ... phát nóng của một bản Silic trong van công suất chỉ cỡ vài phần trăm giây Do đó khâu bảo vệ dòng điện đòi hỏi phải tác động nhanh Mặt khác, van bán dẫn cũng rất nhạy đối với quá điện áp, chỉ cần tồn tại một điện áp ngược lớn hơn giá trị cho phép trong khoảng 1 - 2 μs cũng có thể chọc thủng mặt tiếp giáp p-n 1 Bảo vệ quá dòng điện: Hai nguyên nhân gây quá dòng điện: Ngắn mạch và quá tải a Ngắn mạch:... Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS Nếu đặt us vào cổng đảo và ucm và cổng không đảo của khâu so sánh thì khi us = ucm ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái: Umcosα = ucm GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Do đó: α = Arccos( Trang 17 u cm ) Um Khi ucm = Um thì α = 0 Khi ucm = 0 thì α = π /2 Khi ucm = -Um... mạch điều khiển: Trong sơ đồ chỉnh lưu này, ta dùng sơ đồ điều khiển một kênh theo kiểu ARCCOS +12 V 7812 47k 22 0.47 0.1uF 1.2 K 330k v 10k 0A1 4.7k 4.7k π12k 470uF ~ GG 0A2 100uF U2 U3 2π 4.7k Udk ωt 1k + 470uF + u27912 -12 V Sơ đồ mạch điều khiển một kênh ARCCOS ucm ωt u3 ωt uGK ωt Các dạng điện áp trong sơ đồ Sơ đồ gồm một khâu tích phân OA1, một khâu so sánh OA2 1 Khâu đồng bộ ( tích phân) OA1:... giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp Is: giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp Với Is.o.m = 2 Is.o và Iso = 0.03 Is GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24ĐĐE Đồ án môn học Điện tử công suất Trang 15 S: công suất biểu kiến MBA Suy ra: WT1 = I som S 2 Iσ ω = 0.03 S ω = 0,03 390 = 0.04 ws 314 _ Giá trị hiệu dụng của dòng tải định mức: Is = 390 = 2,95 A 132 ,1 _ Xát định R,C: * Xát định ... dây pha: U1 220 = = 46 2 vòng 4, 44 f Q.Bm 4, 44 50 19 ,5.1,1.10 4 U2 132 ,1 = = 278 vòng + Thứ cấp: n = 4, 44 f Q.Bm 4, 44 50 19 ,5.1,1.10 4 + Sơ cấp: n1 = Chọn mật độ dòng điện: J1 = J2 = 2,75... 2 ,4, 7Ω c Điện áp rơi điện kháng: ∆Ux = X.Id / π Với X điện kháng tản trụ., tính sau: 8π n1 r  e + e2  X = a + .ω 10 −7 h   X = 8.3, 14 2 .46 2 80 10 −3 X = 8.3, 14 2 .46 2 2  41 ,55 + 54 ,47  −3... mm2; 4, 47 g/m; ρ1 = 0,0 342 Ω/m d2 = 1, 04 mm; S2 = 0, 849 7777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777 GVHD Đoàn Quang Vinh SVTH Cù Văn Tài Lớp 24 ĐE Đồ án môn học Điện tử công