Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha tải r l e , điện áp một chiều ud = 110 v ,công xuất một chiều pd = 5 kw , ed = 50 v

LỜI MỞ ĐẦU Trong quá trình sản xuất, truyền động điện là một những khâu quan trọng đê tạo suất lao động lớn Điều đó càng được thê hiện rõ nét các dây chuyền sản xuất , các công trình xây dựng hiện đại , truyền động điện đóng vai trò quan trọng việc nâng cao xuất lao động và chất lượng sản phẩm Vì thế các hệ thống truyền động điện được quan tâm nghiên cứu đê nâng cao chất lượng sản xuất Khi nói đến truyền động điện thì người ta quan tâm đến là các động điện và việc điều khiên các động điện một cách chính xác và đạt kết quả mong muốn Do có nhiều ưu điêm cả về kinh tế và kỹ thuật nên các động điện ngày càng được sử dụng phổ biến nền kinh tế quốc dân cũng sản xuất cho đời sống hàng ngày Vì vậy việc điều khiên các động điện là một những vấn đề quan trọng Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Đặng Hồng Hải em đã hoàn thành bài tập lớn môn Điện tử công xuất của mình với đề tài “ Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha tải R-L-E , điện áp một chiều U d = 110 V ,công xuất một chiều P d = Kw , Ed = 50 V Song thời gian và sự hiêu biết còn hạn chế nên quá trình thiết kế không tránh khỏi thiếu sót Vì vậy em rất mong được sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy đê phần thiết kế của em hoàn thiện Em xin trân thành cảm ơn ! Sinh viên : Trần Đức Mười Mục lục Trang Chương KHÁI QUÁT VỀ MẠCH CHỈNH LƯU 1.1 CÁC THAM SỐ CHỈNH LƯU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT 1.1.1 Cấu trúc chỉnh lưu 1.1.2 Các tham số của mạch chỉnh lưu 1.1.3 Yêu cầu kĩ thuật dành cho thiết kế 1.2 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯU 1.2.1 Ảnh hưởng của điện áp nguồn 1.2.2 Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn 1.2.3 Ảnh hưởng của dòng điện tải 1.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 1.3 CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 1.3.1 Các sơ đồ chỉnh lưu chính 1.3.2 Các dạng tải của chỉnh lưu 10 1.3.3 Chỉnh lưu cầu ba pha 13 Chương TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT 2.1 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ 16 2.1.1 Phân tích chọn mạch chỉnh lưu 16 2.1.2 Các công thức tính toán 22 2.2 TÍNH CHỌN VAN ( THYSISTOR ) 23 2.2.1 Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị van 23 2.2.2 Tính chọn thiết bị van 23 Data sheet………………………………………………………… …………… 26 Chương KHÁI QUÁT VỀ MẠCH CHỈNH LƯU 1.1 CÁC THAM SỐ CHỈNH LƯU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT 1.1.1 Cấu trúc chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu (BCL) dùng đê biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cho tải Lĩnh vực ứng dụng của BCL rất rộng rãi vì chủng loại tải dùng dòng điện một chiều rất đa dạng Đó là các động điện một chiều , cuộn hút nam châm điện, rơle điện từ, bê mạ điện, thiết bị điện phân… Tuyệt đại đa số các thiết bị điện tử cũng hoạt động ở điện áp một chiều nên đê lấy lượng từ lưới điện xoay chiều cũng phải thông qua mạch chỉnh lưu Vì vậy có thê nói BCL là loại mạch điện tử công suất thông dụng thực tế Sơ đồ cấu trúc của BCL (hình 1.1) thường bao gồm các khâu sau Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc bộ chỉnh lưu BAL – biến áp lực có chức chuyên cấp điện áp và số pha chuẩn của lưới điện sang giá trị điện áp và số pha thích hợp với mạch chỉnh lưu – tải Nếu cả điện áp và số pha nguồn đã phù hợp với tải có thê không cần dùng BA lực sử dụng sơ đồ đấu van kiêu cầu; trường hợp dùng sơ đồ đấu van hình tia bắt buộc phải có BA MV – mạch van, các van bán dẫn được đấu theo một kiêu sơ đồ nào đó, ở trực tiếp thực hiện quá trình biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Vì vậy là khâu không thê thiếu được MCL MĐK – mạch điều khiên Khi MV sử dụng van bán dẫn điều khiên được (như thyristor) sẽ có mạch này đê thực hiện việc cho van dẫn dòng vào các thời điêm cần thiết nhằm khống chế lượng đưa tải Khi dùng van điôt sẽ không có mạch này Tùy thuộc van sử dụng mà các chỉnh lưu được phân thành ba loại sau: • • • Nếu các van đều là thyristor thì gọi là chỉnh lưu điều khiện Nếu van được dùng là điôt, gọi là chỉnh lưu không điều khiên Nếu mạch van dùng cả điốt và thyristor, gọi là chỉnh lưu bán điều khiên LSB – mạch lọc san bằng Khâu này nhằm đảm bảo điện áp hay dòng điện bằng phẳng theo mong muốn của tải Nếu điện áp sau MV đã đạt yêu cầu, có thê bỏ khâu LSB HT – khỏi hỗ trợ, gồm các mạch giúp theo dõi và đảm bảo BCL hoạt động bình thường, thí dụ mạch tín hiệu, mạch đo lường điện áp và dòng điện, mạch bảo vệ, nguồn một chiều ổn định cho mạch điều khiên và khống chế… Nhiệm vụ của người thiết kế là xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật cụ thê của BCL đê xây dựng sơ đồ cấu trúc các khâu chức cần có Từ đó tiến hành triên khai tính toán tỉ mỉ từng khâu đê có một BCL hoàn chỉnh Trong chương này sẽ trình bày chi tiết trình tự thiết kế BCL, trước tiên người thiết kế phải có hiêu biết những vẫn đề bản thiết kế BCL được đề cập các mục đầu tiên dưới 1.1.2 Các tham số của mạch chỉnh lưu Đê phân tích và đánh giá BCL, thường dựa vào những tham số chính sau: Điện áp nguồn xoay chiều định mức: U1đm (V) Tần số điện áp nguồn định mức: f (Hz) và phạm vi biến thiên của nó Phạm vi biến thiên điện áp nguồn U 1min , U1max hoặc độ biến thiên điện áp tương đối so với điện áp định mức: Độ tăng điện áp: a1 = (U1max - U1dm)/U1dm Độ giảm điện áp: b1 = (U1dm – U1min)/ U1dm Điện áp đầu một chiều định mức: Udđm (V) Phạm vi điều chỉnh điện áp ra: Udmin; Udmax Dòng điện tải định mức của bộ chỉnh lưu: Idđm Phạm vi biến thiên dòng điện tải: Idmin, Idmax Biên độ đập mạch điện áp ra: U1max (đây là biên độ sóng hài bản của điện áp một chiều ở đầu theo khai triên Furier) Hệ số đập mạch điện áp ra: Kdm = U1max/U0 là tỉ số giữa biên độ sóng hài bản và thành phần trung bình (hoặc không đổi) của điện áp Hệ số này càng nhỏ thì điện áp càng phẳng 10 Nội trở của bộ chỉnh lưu: r = ∆Ud/∆Id 11 Điện trở động của chỉnh lưu: rd = dUd/dId, (tỉ số giữa độ biến thiên điện áp sự đột biến về dòng điện tải gây ra) 12 Hiệu suất bộ chỉnh lưu: µ = P d/Pv, đó Pd là công suất nhận được phía một chiều, còn Pv là công suất tiêu thụ lấy từ nguồn điện xoay chiều 1.1.3 Yêu cầu kĩ thuật dành cho thiết kế Đê có thê thiết kế một BCL hoàn chỉnh, cần biết trước các số liệu và yêu cầu kỹ thuật sau 1.1.3.1 Các số liệu và yêu cầu của nguồn xoay chiều cấp cho BCL Giá trị định mức của điện áp xoay chiều: Uđm (V) Số pha nguồn Tần số lưới (Hz) Độ dao động điện áp nguồn: ∆U Độ động tần số ∆f Độ mất đối xứng giữa các pha Độ méo điện áp nguồn Sụt áp đột biến lớn nhất: ∆Umax và thời gian tồn tại sụt áp này: t∆Umax 1.1.3.2 Các số liệu và yêu cầu từ phía tải của chỉnh lưu Điện áp tải định mức (giá trị trung bình): Udđm Phạm vi điều chỉnh điện áp và độ trơn điều chỉnh Phạm vi biến thiên của dòng điện tải: Itmin ÷ Itmax Quy luật thay đổi dòng điện tải (nhanh, chậm, đột biến…) Độ dao động điện áp cho phép ∆U racp điện áp nguồn thay đổi phạm vi tối đa Nội trở nguồn chỉnh lưu hay ∆Ura dòng tải biến thiên từ Itmin ÷ Itmax Tổng sai số điện áp cho phép dưới tác động của tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến nó Điện trở động của nguồn (hay đặc tính tần số) Điều kiện môi trường làm việc của bộ chỉnh lưu: nhiệt độ, độ ẩm, độ rung, độ va đập… 10 Độ tin cậy của bộ chỉnh lưu, hệ số dự phòng 11 Độ chính xác điều chỉnh 12 Phương pháp làm mát 13 An toàn lao động (đầu chỉnh lưu được nối vỏ hay phải cách li vỏ) 14 Vấn đề bảo vệ quá áp cho tải 15 Các mạch tín hiệu hóa cần có 16 Thời gian khởi động nhỏ nhất, lớn nhất 17 Các yêu cầu về kích thước và trọng lượng thiết bị 18 Phương thức theo dõi và kiêm tra điện áp và dòng điện tải 19 Hiệu suất của thiết bị 20.Hệ số đập mạch điện áp (hay dòng điện) tải cho phép Ngoài còn có những đòi hỏi không được đề cập yêu cầu kĩ thuật song người thiết kế bắt buộc phải thực hiện (như bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ các sự cố, phần chỉ thị trạng thái thiết bị…) Mặt khác nhiều người thiết kế phải tự xác định hoặc tự đưa một số tham số theo kinh nghiệm mà người đặt hàng không nắm được không hiêu hết các vấn đề kỹ thuật đặt 1.2 NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CHỈNH LƯU Bộ chỉnh lưu công suất thường làm việc lưới điện công nghiệp nên phải chịu ảnh hưởng của các phụ tải khác cùng chung nguồn với nó, hay những biến động hệ thống cung cấp điện đem tới Mặt khác tải cũng có ảnh hưởng đáng kê tới BCL Vì vậy cần biết điều này đê có thê tiên liệu các giải pháp phù hợp thiết kế 1.2.1 Ảnh hưởng của điện áp nguồn Điện áp nguồn thường có độ dao động qui chuẩn là ±5%, nhiên thực tế ở nhiều khu vực có độ dao động điện áp lớn nhiều và có thê lên tới +10% và -20% Độ dao động điện áp này ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt đến điện áp của mạch chỉnh lưu Ngoài còn có tác động them của các yếu tố sau: Sụt áp dây dẫn nguồn Biến áp nguồn cung cấp thường cho phép sai số về các mức điện áp Các mạch chỉnh lưu có nôi trở nhất định, nguồn biến động đến điện áp rat hay đổi làm dòng tải biến thiên, vì vậy sụt áp nội trở sẽ thay đổi và tác động trở lại điện áp Dòng tải thay đổi làm điện trở dây dẫn thay đổi Vì vậy cả điện áp nguồn ổn định, không tahy đổi thì các yếu tố đã làm điện áp sai lệch từ 3% đến 15% Nếu cộng them ảnh hưởng của nguồn thì sai số này lên tới 10% đến 20% Khi sử dụng các mạch chỉnh lưu ba pha, độ mất đối xứng của điện áp nguồn sẽ làm xuất hiện them sự sai lệch điện áp ra, mặt khác còn làm tăng độ đập mạch Với các bộ chỉnh lưu công suất lớn (≥ 100 kW) lại ở xa trạm biến thế, cần cố gắng sử dụng cấp điện áp nguồn cao đê giảm chi phí về dây dẫn Khi các bộ chỉnh lưu làm việc một mạng cấp điện có các động điện công suất lớn cần chú ý ảnh hưởng của chúng Lúc các động này khởi động sẽ làm suất hiện sụt áp mạng có thê lên tới 20% Độ sụt áp này có thê làm cho bộ chỉnh lưu ngừng hoạt động tác động của mạch bảo vệ hay các phần tử khống chế (như rơle, công-tắc-tơ bị nhả ra) Như vậy ta cần thiết kế mạch tác động trễ đê chống hiện tượng này Còn các động chạy mà dừng sẽ gây các xung điện apstrong thời gian ngắn (thường không quá vài giây), nhiên nó có thê phá hỏng các phần tử nhạy áp các van bán dẫn, tụ điện, hoặc đánh thủng cách điện giữa các cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp Vì vậy thiết kế cần tính đến nó đê chọn các phần tử có đủ độ dự chữ về điện áp 1.2.2 Ảnh hưởng của tần số và dạng điện áp nguồn Tần số nguồn cung cấp ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu về trọng lượng và kích thước bộ chỉnh lưu.Đa số các bộ chỉnh lưu làm việc với tần số 50 Hz; nhiên cũng có một số làm việc với tần số 400 Hz, có tới 1-2 kHz Nếu so sánh hai bộ chỉnh lưu có cùng các chỉ tiêu kỹ thuật thì chỉnh lưu làm việc với tần 400 Hz có kích thước và trọng lượng nhỏ 3-4 lần so với loại làm việc ở tần số 50 Hz Về bộ lọc còn giảm tới vài chục lần Tuy nhiên bộ chỉnh lưu ở tần số cao có tổn hao công suất và sụt áp dây dẫn lớn hơn, còn tụ lọc ở tần số cao cũng có tổn thất cao (và phải giảm độ đập mạch cho phép chúng) Nếu nguồn xoay chiều có dộ méo dưới 5÷6 % thì có thê coi là nguồn hình sin Khi độ méo lớn sẽ làm chỉ số của dụng cụ đo lường ( kê cả đo trị số hiệu dụng và trung bình) bị sai lệch nhiều Điều này thường xuất hiện nguồn yếu hoặc mạng có nhiều các thiết bị sử dụng van thyristor hoặc các khuếch đại từ 1.2.3 Ảnh hưởng của dòng điện tải Bất cứ một bộ chỉnh lưu nào cũng đều có nội trở, đó dòng điện tải biến thiên sẽ làm điện áp bị thay đổi Vì vậy cần cố gắng giảm nội trở của bộ chỉnh lưu Dây dẫn từ chỉnh lưu đến tải cũng ảnh hưởng lớn đến nội trở chung, nhất là với các tải có điện áp làm việc thấp và dòng tải lại lớn, những trường hợp này cần đặt bộ chỉnh lưu gần tối đa với tải Nếu dòng tải có khả biến đổi đột ngột sẽ làm tăng nội trở động của mạch chỉnh lưu Đặc biệt có mạch lọc LC và lại rơi vào chế độ mà tần số các xung dòng điện bằng tần số dao động của mạch LC sẽ dẫn đến điện trở động lớn rất nhiều so với nội trở tĩnh Ngoài mạch lọc loại này cũng sẽ làm xuất hiện các biến động điên áp đóng và ngắt tải 1.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ Trong bộ chỉnh lưu có khá nhiều phần tử chịu ảnh hưởng của nhiệt độ: tụ hóa, điện trở và nhất là các linh kiện bán dẫn điôt, transistor, thyristor…Đê đảm bảo bộ chỉnh lưu hoạt động tin cậy và lâu dài phải tính đến toàn bộ các yếu tố về nhiệt như: nhiệt độ môi trường, nhiệt độ cục bộ, độ phát nhiệt các phần tử…sao cho các linh kiện và các phần tử không làm việc ở gần mức giới hạn cho phép về nhiệt Thông thường các linh kiện có độ dự trữ tối thiêu sau: • • • Điện trở phải có độ dự trữ 1,5 về công suất phát nhiệt Tụ điện phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp Van bán dẫn phải có độ dự trữ 1,7 về điện áp Với môi trường nhiệt đới cần tăng hệ số dự trữ cao nữa 1.3 CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CƠ BẢN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 1.3.1 Các sơ đồ chỉnh lưu chính Số lượng sơ đồ mạch chỉnh lưu khá đa dạng, song chủ yếu là một số mạch bản xem hình 1.2, các tham số bản đê đánh giá chúng và làm sở đê tính toán phân tích và thiết kế xem bảng 1.1 Các mạch chỉnh lưu bản gồm sơ đồ sau: Chỉnh lưu một pha một nữa chu kỳ (chỉnh lưu hình tia một pha), hình 1.2a Chỉnh lưu một pha có điêm trung tính (chỉnh lưu hình tia hai pha), hình 1.2b 9 Chỉnh lưu hình tia ba pha, hình 1.2c Chỉnh lưu cầu một pha điều khiên, hình 1.2d Chỉnh lưu cầu bap điều khiên, hình 1.2e Chỉnh lưu pha có cuộn kháng cảm cân bằng (đấu song song hai mạch chỉnh lưu hình tia ba pha), hình 1.2g Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiên có thyristor đấu thẳng hàng, hình 1.2h Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiên với thyristor đấu katôt chung, hình 1.2i Chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiên các thyristor đấu katôt chung, hình 1.2k Hình 1.2 Các sơ đồ chỉnh lưu Trong các sơ đồ không trình bày mạch chỉnh lưu không điều khiên, vì chỉ cần thay toàn bộ van thyristor bằng điôt là có mạch đoạn này; mục đích chính của chỉnh lưu là điều chỉnh được công suất tải theo yêu cầu thì chỉnh 10 Hình 1.3 Các dạng tải của chỉnh lưu Tải vừa có RdLd vừa có sức điện động Ed (gọi là tải RLE), hình 1.3c Đây là dạng tải gặp nhiều nhất thực tế, như: bê điện phân, bê mạ, ácqui, sức điện động phần ứng của động điện một chiều… Đặc điêm của dạng tải này có nhiều điêm chung với tải RdLd, nhất là dòng điện tải phẳng, nhiên Ed sẽ ảnh hưởng đến trị số dòng tải vì thường có chiều chống lại điện áp chỉnh lưu ud Nhìn chung, với các dạng tải của chỉnh lưu trên, quá trình điều chỉnh điện áp sẽ xảy hai trường hợp đối với dòng điện tải: Dòng tải id bị dán đoạn, lúc có lúc mất làm cho lượng không được cấp thường xuyên cho tải, vậy là không thuận lợi Trường hợp này hay gặp ở tải thuần trở hoặc tải có điện cảm Ld nhỏ Dòng tải id liên tục chảy, tải được nhận lượng, và đó là thuận lợi Trường hợp này xảy điện cảm Ld đủ lớn vì dòng tải liên tục là chế độ mong muốn nên thường tính toán đê có chế độ này 12 Bảng 1.1 Tham số của các mạch chỉnh lưu Tham số  Loại sơ đồ  Một pha một nửa chu kỳ Một pha có điêm giữa Một pha sơ đồ cầu Ba pha hình tia Ba pha sơ đồ cầu Sáu pha hình tia Sáu pha có cuộn kháng cân bằng Ud/U Iv Ungmax (ku) I2/I d KbaI1/ Id Sba/P ∆Uγ/XaI d d (kp) (kγ) hγ md m fdm (Hz ) kdm 0,45 Id 1,41 U2 1,5 1,21 3,09 0 50 1,57 0,9 Id/ 2,83 U2 0,5 1,11 1,48 1/π 100 0,67 0,9 Id/ 1,41 U2 1,1 1,11 1,23 2/π 2 100 0,67 1,17 Id/ 2,45 U2 0,5 0,47 1,35 3/2π 2/ 150 0,25 2,34 Id/ 2,45 U2 0,8 16 0,816 1,05 3/π 2/ 300 0,05 1,35 Id/ 2,83 U2 0,2 0,58 1,56 3/2π 300 0,05 1,17 Id/ 2,45 U2 0,2 0,41 1,26 3/4π 1/ 300 0,05 Chú thích bảng 1.1: Udo – trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu điôt hay chỉnh lưu điều khiên α= U2 – trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp biến áp nguồn 13 Iv – trị số trung bình của dòng điện qua van Ungmax – điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu làm việc I2 – trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp biến áp nguồn Id – trị số trung bình dòng điện tải I1 – trị số hiệu dụng dòng điện sơ cấp biến áp nguồn kba – hệ số máy biến áp nguồn Sba – công suất tính toán máy biến áp nguồn Pd – công suất một chiều tải: Pd = UdoId ∆Uγ - sụt áp điện cảm phía xoay chiều La gây ra: ∆Uγ = kγXaId = kγ2πF.LaId mdm – số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu một chu kỳ lưới xoay chiều fdm – tần số sóng hài bậc của điện áp chỉnh lưu, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu theo quan hệ: fdm = mdmf1; đó f1 là tần số lưới điện xoay chiều Số liệu bảng lấy theo tần số lưới điện của Việt Nam là f1 = 50 Hz kdm – hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu: k dm = U1m/Ud, đó U1m là biên độ sóng hài bản của điện áp chỉnh lưu theo khai triên Furier hγ – hệ số sơ đồ đê tính góc trùng dẫn γ theo biêu thức chung: cos(α + γ) = cosα – hγ(XaId/U2) 1.3.3 Chỉnh lưu cầu ba pha (hình 1.2e) Đây là loại được sử dụng nhiều nhất thực tế Ưu điểm: • • • Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha; Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%); Công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo lưới điện ít loại 14 Nhược điểm: sụt áp van gấp đôi sơ đồ hình tia vì có hai van dẫn đê đưa dòng tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp tải dưới 10 V Do có nhiều ưu điêm vượt trội đã nêu, chỉnh lưu cầu ba pha được ứng dụng rộng rãi với dải cồn suất rất rộng, từ nhỏ đến hàng nghìn kW Mạch van được đấu thành hai nhóm: nhóm van đánh số lẻ đấu chung katôt; nhóm đánh số chẵn đấu chung anôt Đê điều khiên van, cần tuân thủ một số qui luật sau (xem hình 1.8) • • Với thyristor của nhóm đấu katôt chung, điểm mốc đê tính góc điều khiên là điêm giao của các điệp áp pha nguồn chúng ở nửa chu kỳ điện áp dương Với thyristor của nhóm anôt chung, điểm mốc đê tính góc điều khiên là điêm giao của các điện áp pha nguồn chúng ở nửa chu kỷ điện áp âm Hình 1.4 Đồ thị làm việc của chỉnh lưu cầu ba pha a) Góc điều khiển và dạng xung mở van; b) Đồ thị dong điện • • Xung điều khiên được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ T đến T6 cách 60° điện; còn mỗi nhóm thì xung phát cách 120° Đê thông mạch điện tải cần hai van cùng dẫn, đó mỗi nhóm phải có một van tham gia, đó hai van có thứ tự cạnh phải được phát xung 15 cùng lúc Vì vậy dạng xung là xung kép; xung thứ nhất được xác định theo dạng góc điều khiên cần có, xung thứ hai là đảm điều kiện thông mạch, thực tế là xung của van khác gửi đến; thí dụ xung I g của van T1 đồng thời gửi đến van T6; sau đó tới lượt xung của T2 sẽ gửi đến cho van T1… Qui luật điều chỉnh: • • Giá trị Udo = 2,34U2 Với tải thuần trở (đồ thị hình 1.4a), có thê là: • Dòng điện tải gián đoạn α > 60° với qui luật điều chỉnh dạng (1.3): • Udα = Ud0[1+ cos(α + 60°)] (1.9) • Dòng điện tải liên tục α < 60° với qui luật (1.8): Udα = Ud0 cosα Với tải RL hay RLE (đồ thị hình 1.8b, ở đó không vẽ ảnh hưởng của trùng dẫn) các qui luật vẫn tuân theo các biêu thức (1.4); (1.5); (1.6) 16 Chương TÍNH TOÁN MẠCH CÔNG SUẤT 2.1 TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ 2.1.1 Phân tích chọn mạch chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu cầu pha tải RLE với công suất nhỏ (công suất chiều P d = kw ) vì vậy mạch chỉnh lưu cầu pha đối xứng sử dụng thysistor là phù hợp nhất 2.1.1.1 Sơ đồ nguyên ly Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu pha tải RLE đối xứng xử dụng Thysistor 2.1.1.2 Điều kiện làm việc của Thysistor Vì điện áp đặt lên chân Anot và chân Ktot của Thysistor là điện áp dây nên điều kiện đê Thysistor làm việc là : + UAK = Ud > + Thời điêm xuất hiện xung ωt ≥ α 17 2.1.1.3 Tổng hợp điện áp a Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung (α = 60° ) Hình 2.2 Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor và trạng thái gửi xung (α = 60° ) * Điều kiện làm việc của mạch chỉnh lưu cầu Mạch chỉnh lưu cầu làm việc theo nguyên tắc gửi xung : là xung gửi từ nhóm nọ sang nhóm và ngược lại : Hình 2.3 Sơ đồ nguyên tắc phối hợp gửi xung sơ đồ cầu pha đối xứng 18 b Nguyên ly hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu pha đối xứng dùng Thysistor ứng với α = 60° , tải điện cảm được thể hiện hình vẽ Hình 2.4 Giản đồ dẫn dòng của các Thysistor Hình 2.5 Tổng hợp điện áp đặt lên tải Hình 2.6 Dòng điện chạy tải và các Thysistor 19 Hình 2.7 Điện áp đặt lên Thysistor c Nguyên ly hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu pha đối xứng sử dụng Thysistor ứng với góc điều khiển α = 45° , tải điện cảm được thể hiện hình vẽ Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của cầu pha Thysistor ứng với α = 45° 20 Hình 2.9 Tổng hợp điện áp đặt lên tải Hình 2.10 Tổng hợp điện áp đặt lên tải có tính đến sự ảnh hưởng của hiện tượng trùng dẫn Hình 2.10 Tổng hợp điện áp đặt lên tải không xét đến sự ảnh hưởng của hiện tượng trùng dẫn d Nguyên ly hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu pha đối xứng sử dụng Thysistor ứng với góc điều khiển α = 90° , tải điện cảm được thể hiện hình vẽ 21 Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động của cầu pha Thysistor ứng với α = 45° Hình 2.12 Tổng hợp điện áp đặt lên tải 2.1.2 Các công thức tính toán - Điện áp chỉnh lưu trung bình tải Ud = 2,34U2 (U2 điện áp hiệu dụng thứ cấp máy biến áp ) - Quy luật dẫn của van 22 Udα = Ud Cosα - Biêu thức dòng tải của chỉnh lưu cầu pha tải RLE Id = ( Udα – Ed ) / Rd - Dòng điện trung bình qua Thyristor Itbv = Id/3 - Điện áp lớn nhất mà Thyristor phải chịu Ungmax = 2,45U2 - Điều kiện chọn linh kiện Thysistor Uv ≥ Ungmax KUv Iv ≥ Itbv KIv 2.2 TÍNH CHỌN VAN ( THYSISTOR ) 2.2.1 Ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị van Việc tính chọn thiết bị van có ý nghĩa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kĩ thuật Việc tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ thì hệ thống càng làm việc an toàn bấy nhiêu Hơn nữa việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao chất lượng và hiệu suất của hệ thống Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống làm việc hiệu suất kém hoặc không làm việc được và làm tăng chi phí cho nhà đầu tư Vì vậy ciệc tính chọn thiết bị van phải đáp ứng được các yêu cầu sau : + Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị + Về mặt kinh tế thiết bị được chọn thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý 2.2.2 Tính chọn thiết bị van Thông số đã cho : 23 Ud = 110 V Pd = kw Ed = 50 V a Thysistor : Thysistor là linh kiện bán dẫn dùng đê biến đổi đại lượng xoay chiều thành đại lượng một chiều có điều khiên Việc biến đổi các đại lượng xoay chiều thành đại lượng một chiều dùng Thysistor có thê được thực hiện điều khiên giá trị tín hiệu bằng góc điều khiên α Đê Thysistor làm việc tin cậy và đảm bảo an toàn thì các Thysistor được chọn cho nó có thê làm việc ở trạng thái nặng nề nhất Thysistor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu : + Điều kiện về dòng điện Iv ≥ KIv Itbv + Điều kiện về điện áp Uv ≥ KUv Ungmax b Chọn van theo điều kiện về dòng điện Id = Pd/Ud = 5.103/110 = 45,45 A - Dòng điện trung bình qua Thyristor Itbv = Id/3 = =15,15 A - Điều kiện chọn van Iv ≥ KIv Itbv Trong đó : KIv : là hệ số dự trữ về dòng điện cho van ( KIv = 1,2 ÷ 1,4 với tải ổn định và dòng qua van dưới 100A ) ta chọn KIv = 1,4 24 Vậy ta chọn : Iv ≥ KIv Itbv = 1,4 15,15 = 21,21 A c.Chọn van theo điều kiện về điện áp - Điện áp chỉnh lưu trung bình tải Ud = 2,34U2 - U2 điện áp hiệu dụng thứ cấp máy biến áp U2 = Ud/2,34 = = 47 V - Điện áp lớn nhất mà Thyristor phải chịu Ungmax = 2,45U2 = 2,45 47 = 115,15 V - Điều kiện chọn van Uv ≥ Ungmax KUv Trong đó : KUv : là hệ số dự trữ về điện áp cho van ( KUv = 1,7 ÷ 2,2) ta chọn KUv = Vậy ta chọn : Uv ≥ Ungmax KUv = 115,15 = 230,3 V Từ các thông số ta chon Thysistor có các thông số sau : Ký hiệu NO29RH0 Góc dẫn van (Độ điện) 180 Itbmax (A) 30 UTmax (V) 500 Uđk (V) Iđk (mA) 100 t°C max 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Quốc Hải : Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 25 Hà Nội - 2009 [2] Võ Minh Chính (Chủ biên ) Pham Quốc Hải – Trần Trọng Minh : Điện tử công suất NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT Hà Nội 26 [...]... KbaI1/ Id Sba/P ∆Uγ/XaI d d (kp) (kγ) hγ md m fdm (Hz ) kdm 0,4 5 Id 1,4 1 U2 1 ,5 7 1,2 1 3,0 9 0 0 1 50 1 ,5 7 0,9 Id/ 2 2,8 3 U2 0 ,5 8 1,1 1 1,4 8 1/π 1 2 100 0,6 7 0,9 Id/ 2 1,4 1 U2 1,1 1 1,1 1 1,2 3 2/π 2 2 100 0,6 7 1,1 7 Id/ 3 2,4 5 U2 0 ,5 8 0,4 7 1,3 5 3/2π 2/ 3 150 0,2 5 2,3 4 Id/ 3 2,4 5 U2 0,8 16 0,8 16 1,0 5 3/π 2/ 6 300 0,0 5 7 1,3 5 Id/ 6 2,8 3 U2 0,2 9 0 ,5 8 1 ,5 6 3/2π 2 6 300 0,0 5 7 1,1 7 Id/ 6 2,4 5 U2 0,2 9 0,4 1... Thyristor Itbv = Id/3 = =1 5, 1 5 A - Điều kiện chọn van Iv ≥ KIv Itbv Trong đó : KIv : là hệ số dự trữ v ̀ dòng điện cho van ( KIv = 1,2 ÷ 1,4 v ́i tải ổn định và dòng qua van dưới 100A ) ta chọn KIv = 1,4 24 V ̣y ta chọn : Iv ≥ KIv Itbv = 1,4 1 5, 1 5 = 2 1,2 1 A c.Chọn van theo điều kiện v ̀ điện áp - Điện áp chỉnh l u trung bình trên tải Ud = 2,3 4U2 - U2 điện áp hiệu dụng trên... biến áp U2 = Ud/ 2,3 4 = = 47 V - Điện áp l ́n nhất mà Thyristor pha i chịu Ungmax = 2,4 5U2 = 2,4 5 47 = 11 5, 1 5 V - Điều kiện chọn van Uv ≥ Ungmax KUv Trong đó : KUv : là hệ số dự trữ v ̀ điện áp cho van ( KUv = 1,7 ÷ 2,2 ) ta chọn KUv = 2 V ̣y ta chọn : Uv ≥ Ungmax KUv = 11 5, 1 5 2 = 23 0,3 V Từ các thông số trên ta chon Thysistor có các thông số như sau : Ký hiệu NO29RH0 5 Góc... (U2 điện áp hiệu dụng trên thứ cấp máy biến áp ) - Quy luật dẫn của van 22 Ud = Ud Cosα - Biêu thức dòng tải của chỉnh l u cầu 3 pha tải RLE Id = ( Ud – Ed ) / Rd - Dòng điện trung bình qua Thyristor Itbv = Id/3 - Điện áp l ́n nhất mà Thyristor pha i chịu Ungmax = 2,4 5U2 - Điều kiện chọn linh kiện Thysistor Uv ≥ Ungmax KUv Iv ≥ Itbv KIv 2.2 TÍNH CHỌN VAN ( THYSISTOR... kỳ l ới xoay chiều fdm – tần số sóng hài bậc 1 của điện áp chỉnh l u, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh l u theo quan hệ: fdm = mdmf1; trong đó f1 là tần số l ới điện xoay chiều Số liệu trong ba ng l ́y theo tần số l ới điện của Việt Nam là f1 = 50 Hz kdm – hệ số đập mạch của điện áp chỉnh l u: k dm = U1m /Ud, trong đó U1m là biên độ sóng hài cơ ba n của điện áp. .. nhất trong thực tê , như: bê điện phân, bê ma , ácqui, sức điện động phần ứng của động cơ điện một chiều Đặc điêm của dạng tải này có nhiều điêm chung v ́i tải RdLd, nhất là khi dòng điện tải phẳng, tuy nhiên Ed sẽ ảnh hưởng đến trị số dòng tải vì thường có chiều chống lại điện áp chỉnh l u ud Nhìn chung, v ́i các dạng tải trên của chỉnh l u trên, trong... bằng phẳng, nên ở các hình vẽ dưới đây đồ thị dong tải sẽ vẽ thẳng cho đơn giản So v ́i tải Rd thì tải này gặp nhiều hơn, như các cuộn dây nam châm, cuộn kích từ máy pha t điện xoay chiều, kích từ động cơ điện một chiều 11 Hình 1.3 Các dạng tải của chỉnh l u Tải v ̀a có RdLd v ̀a có sức điện động Ed (gọi là tải RLE ), hình 1.3c Đây là dạng tải gặp... Thysistor làm việc tin cậy và đảm ba o an toàn thì các Thysistor được chọn sao cho nó có thê làm việc ở trạng thái nặng nề nhất Thysistor được chọn theo hai điều kiện chủ yếu : + Điều kiện v ̀ dòng điện Iv ≥ KIv Itbv + Điều kiện v ̀ điện áp Uv ≥ KUv Ungmax b Chọn van theo điều kiện v ̀ dòng điện Id = Pd /Ud = 5. 103 /110 = 4 5, 4 5 A - Dòng điện trung bình qua Thyristor... đồng thời gây méo l ới điện ít hơn loại trên 14 Nhược điểm: sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn đê đưa dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp v ́i cấp điện áp ra tải dưới 10 V Do có nhiều ưu điêm v ợt trội như đã nêu, chỉnh l u cầu ba pha được ứng dụng r ̣ng rãi v ́i dải cồn suất r ́t r ̣ng, từ nhỏ đến hàng nghìn kW Mạch van được đấu... đến van T6; sau đó tới l ợt xung của T2 sẽ gửi đến cho van T1… Qui luật điều chỉnh: • • Giá trị Udo = 2,3 4U2 V ́i tải thuần trở (đồ thị hình 1.4a ), có thê là: • Dòng điện tải gián đoạn khi α > 60° v ́i qui luật điều chỉnh dạng (1.3): • Ud = Ud0 [1+ cos(α + 60°)] (1.9) • Dòng điện tải liên tục khi α < 60° v ́i qui luật (1.8): Ud = Ud0 cosα V ́i tải RL hay RLE (đồ ... 1,1 1 1,2 3 2/π 2 100 0,6 7 1,1 7 Id/ 2,4 5 U2 0 ,5 0,4 7 1,3 5 3/2π 2/ 150 0,2 5 2,3 4 Id/ 2,4 5 U2 0,8 16 0,8 16 1,0 5 3/π 2/ 300 0,0 5 1,3 5 Id/ 2,8 3 U2 0,2 0 ,5 8 1 ,5 6 3/2π 300 0,0 5 1,1 7 Id/ 2,4 5 U2 0,2 0,4 1... ta chọn KIv = 1,4 24 V ̣y ta chọn : Iv ≥ KIv Itbv = 1,4 1 5, 1 5 = 2 1,2 1 A c.Chọn van theo điều kiện v ̀ điện áp - Điện áp chỉnh l u trung bình tải Ud = 2,3 4U2 - U2 điện áp hiệu dụng... biến áp U2 = Ud/ 2,3 4 = = 47 V - Điện áp l ́n nhất mà Thyristor pha i chịu Ungmax = 2,4 5U2 = 2,4 5 47 = 11 5, 1 5 V - Điều kiện chọn van Uv ≥ Ungmax KUv Trong đó : KUv : là hệ số dự trữ

Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha tải r l e , điện áp một chiều ud = 110 v ,công xuất một chiều pd = 5 kw , ed = 50 v

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan