chỉnh lưu cầu 3 pha bán đk

Chương 1: Khái quát chỉnh lưu 1.1 1.1.1 Các vấn đề chung chỉnh lưu Cấu trúc mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng dòng điện chiều Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi thực tế Sơ đồ cấu trúc thường mạch chỉnh lưu hình Hình Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Trong sơ đồ có máy biến áp làm hai nhiệm vụ là: a Chuyển từ điện áp quy chuẩn lưới điện xoay chiều U1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu tải Tùy theo tải mà máy biến áp có thẻ tằng áp b giảm áp Biến đổi số pha nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu mạch van Thông thường số pha lưới lơn pha Song mạch van cần số pha 6,12,… Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện mạch van đòi hỏi số pha lưới điện bỏ máy biến áp Mạch van van bán dẫn mắc với theo cách để tiến hành trình chỉnh lưu Mạch lọc nhằm đảm bảo điện áp(hoặc dòng điện) chiều theo cấp cho tải phẳng theo yêu cầu 1.1.2 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo số cách sau đây: (1.2) Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: pha, hai pha, ba pha, pha,… Phân loại theo loại van bán dẫn mạch Hiện chủ yếu dùng hai loại van điôt tiristo, có ba loại mạch sau: • Mạch van dùng toàn điôt, gọi chỉnh lưu không điều khiển • Mạch van dùng toàn tiristo, gọi chỉnh lưu điều khiển • Mạch van dùng hai loại điôt tiristo, gọi chỉnh lưu bán điều khiển Phân loại theo sơ đồ mắc van với Có hai kiểu mắc van: a) Sơ đồ hinh tia: Ở sơ đồ số lượng van số pha nguồn cấp cho mạch van Tất van đấu chung đầu với b) catôt chung, anôt chung Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong nửa số van mắc chung catôt , nửa lại mắc chung anôt Như vậy: Khi gọi mạch chỉnh lưu người ta dùng ba dấu hiệu để cụ thể mạch Thí dụ chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển, có nghĩa mạch chỉnh lưu dùng kiểu mắc van theo sơ đồ cầu, nguồn cấp cho mạch van ba pha, dùng van có điôt tiristo 1.1.3 Các tham số mạch chỉnh lưu Các tham số dùng để đánh giá tiêu kỹ thuật phân tích thiết kế mạch chỉnh lưu, gồm có ba nhóm tham số đây: Về phía tải Ud – Giá trị trung bình điện áp nhận sau mạch van chỉnh lưu: T Ud = 1 U ( t ) dt = d T ∫0 2π 2π ∫U d (θ )dθ (1.1) Id – giá trị trung bình dòng điện từ mạch van cấp ra: Id = 2π 2π ∫I d (θ ) dθ (1.2) Pd=Ud.Id công suất chiều mà tải nhận từ mạch chỉnh lưu Về phía van Itbv-giá trị trung bình dòng điện chảy qua van mạch van Ungmax-điện áp ngược cực đại mà van phải chịu làm việc Về phía nguồn Thể công suất xoay chiều lấy từ lưới điện, thong thường sử dụng theo công suất biểu kiến biến áp: S + S2 Sba = = k sd Pd Trong đó: (1.3) S1 = U1 I1 (1.4) m S = ∑ U 2i I 2i i =1 (1.5) Các giá trị U1,I1,U2i, I2i trị số hiệu dụng điện áp dòng điện phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp Do phía thứ cấp có nhiều cuộn dây, nên phải tổng cộng công suất tất m cuộn dây 1.2 1.2.1 Một số mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu hình tia hai pha a) b) Hình 2: Chỉnh lưu hình tia pha Ở mạch điôt Đ1, Đ2 đấu theo kiểu catôt chung, chúng làm việc theo luật dẫn anôt điôt Đ1 nối với U2’, anôt điôt Đ2 nối với điện áp U2” Vì khoảng(0÷2π), điôt Đ1 dẫn U2’U2’ Do điện áp chỉnh lưu Ud có hai dạng hình 2.b với Ud=U2’ 0÷2π Ud=U2” π ÷2π Theo đồ thị Ud(θ) ta thấy dạng Ud có hai đoạn giống nhau, tức chu ky lặp lại Ud π mà 2π nên: Ud = π π ∫ 2U sin θ dθ = 2 U = 0, 9U π (1.6) Và: Id = Ud Rd Dòng trung bình qua van: I tbv = Id (1.7) Mạch chỉnh lưu sử dụng nhiều dải công suất nhỏ đến vài Kw thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp sụt áp đường tải có van 1.2.2 Chỉnh lưu cầu pha a) Hình Chỉnh lưu cầu pha b) Mạch chỉnh lưu gồm van Đ1 ÷ Đ2 đấu thành hai nhóm (hình 3.a): Đ1Đ3 nhóm catôt chung, Đ2Đ4 nhóm anôt chung Nguồn xoay chiều đưa vào mạch van lấy trực tiếp từ lưới điện thông qua biến áp Trong nửa chu kỳ đầu: (0÷π), điện áp U2>0 với cực tính không ngoặc sơ đồ Ta thấy với nhóm anôt chung Đ1Đ3 anôt Đ1là dương anôt Đ3 Đ= dẫn Còn nhóm Đ2Đ4 catôt Đ2 âm catôt Đ4 Đ2 dẫn Như nửa chu kỳ đầu Đ1Đ2 dẫn Tương tự nửa chu kỳ sau (π ÷2π) điện áp U2Ua, Ub nên điôt Đ3 dẫn, suy Ud=Uc Điện áp tải Ud lấy điện áp dương nguồn, theo đồ thị hình 4.b Ud ta có: 180o Ud = U sin θ = U = 1,17U 2 2π / 30∫o 2π Id = Ud Rd (2.0) Dòng điện qua van tồn 1/3 chu kỳ điện áp nguồn Vì I tbv = Id (2.1) Điện áp ngược van điện áp dây cực đại: U ng max = U d max = 6U (2.2) Chỉnh lưu hình tia ba pha có đặc điểm tương tự chỉnh lưu hình tia hai pha 1.2.4 Chỉnh lưu cầu pha Mạch gồm nhóm, điôt Đ1, Đ3, Đ5 đấu kiểu catôt chung(Hình 5), nên hoạt động theo luận dẫn 1, thế: Đ1 dẫn khoảng θ1÷ θ3 Ua dương nhất, Đ3 dẫn khoảng θ3÷ θ5 Ub dương nhất, Đ5 dẫn khoảng θ5÷ θ7 Uc dương Các điôt Đ2, Đ4, Đ6 đấu kiểu atôt chung nên: Đ2 dẫn khoảng θ2÷ θ4 Uc âm Đ4 dẫn khoảng θ4÷ θ6 Ua âm Đ6 dẫn khoảng θ6÷ θ8 Ub âm a) b) Hình 5: Chỉnh lưu cầu ba pha Điện áp trung bình nhận tải: 90o Ud = (U a − U b )dθ = ∫ 2π / 30o 2π = 90o ∫ U 30o 2m sin θ − U m sin(θ − 120o) dθ U = 2,34U π 1.2.5 (2.3) Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển a) b) Hình 6: Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Nhóm catôt chung tiristo nên chung mở thời điểm α Nhóm anôt chung van điôt nên chúng mở tự nhiên theo điện áp nguồn: 10 Đ1 mở U2 bắt đầu âm, Đ2 mở U2 bắt đầu dương Do dẫn van chu kỳ lưới là: Trong khoảng π +(π+α): T1Đ1 dẫn θ1 mở tự nhiên làm θ2 khóa Trong khoảng (π+α)+2 π: T2Đ1 dẫn T2 phát xung mở điểm (π+α) dẫn làm T1 khóa Trong khoảng 2π+(2π+α): T2Đ2 dẫn, Đ2 mở tự nhiên điểm 2π U dα = U d Điện áp dây: Id = Dòng tải: + cos α + cos α = 0, 9U 2 U dα Rd (2.5) Trị số trung bình dòng qua van dẫn: 1.2.6 (2.4) Id/2 Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển a) 11 b) Hình 7: Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển Ưu điểm: điều khiển thyristor cách trực tiếp mà không cần cách ly biến áp xung Điều áp dụng sơ đồ làm vịêc với điện áp thấp, ví dụ nguồn hàn hồ quang chiều Với sơ đồ có ưu dùng van nhiên nhược điểm sơ đồ số lần dập mạch điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào góc điều khiển α Công thức tính toán : - Điện áp chỉnh lưu nhận : Ud = U (1 + Cosα ) = 1,17U (1 + Cosα ) 2Π =2,34 + cos α - Điện áp ngược đặt lên van : U ng max = 6U = 2,45U 12 - Dòng điện trung bình qua tải : Id = Ud Rd - Dòng điện trung bình qua van : I tbv = Id - Dòng điện thứ cấp máy biến áp : Π 5Π 2 I2 = i d θ + Π Π 2Π ∫6 +α 3Π ∫ +α i = 0,816 I d - Công suất máy biến áp : S= 3U I + 3U I = 1,05Pd - Điện áp ngược đặt lên van : U ng max = 6U = 2,45U - Trị số dòng trung bình cuộn thứ cấp MBA : I2 = Id 13 Chương 2: Tính toán mạch công suất 2.1 Tính toán tham số Thông số chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển: Ud=110VDC; Pd=7,5KW tải R-L Ta lựa chọn mạch điều khiển mạch chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển với thyristo đấu katôt chung Hình 2.1 Chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển với thyristo đấu katôt chung • Id = Dòng điện dây: Pd 7500 = = 68,18( A) Ud 110 14 • Điện áp pha cuộn thứ cấp: U2 = Ud 110 = = 47,01(V ) 2,34 2,34 Ud=2,34U2 → • I tbv = Dòng trung bình qua van: I d 68.18 = = 27, 73( A) 3 →Vậy chọn van với trị số dòng điện cỡ: I tb max = I tbv = 2.27,73 = 55, 46( A) • Điện áp ngược cực đại van: U ng max = 2, 45U = 2, 45.47, 01 = 115,16(V ) → Vậy chọn van chịu điện áp khoảng: U v max = 4U ng max = 4.115,16 = 460.64(V ) 2.2 Chọn van bán dẫn Như với yêu cầu thực tế thông số mạch ta chọn van động lực: Điôt loại SW08PCN75 với Itbmax=75A Ungmax=800, Thyristor IRG4PC50FD với Itbmax=70A, Uvmax=600V 15 Chương 3: Mô matlab 3.1 Sơ đồ mạch 3.1.1 Khối nguồn phát 16 3.1.2 Khối mạch lực 17 3.1.3 Khối phát xung 3.1.4 Khối thị 18 3.2 Kết mô Scope1: Hiện thị UABC, XUNG, UDC, IDC 19 Scope2: Hiện thị UABC, IABC, UT1, IT1 Kết luận 20 Tài liệu tham khảo 1) Phạm Quốc Hải Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất Nhà xuất Khoa 2) học kỹ thuật, 2009 Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2004 21 22 [...]... S= 3U 1 I 1 + 3U 2 I 2 = 1,05Pd 2 - Điện áp ngược đặt lên van : U ng max = 6U 2 = 2,45U 2 - Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA : I2 = 2 Id 3 13 Chương 2: Tính toán mạch công suất 2.1 Tính toán các tham số Thông số chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển: Ud=110VDC; Pd=7,5KW tải R-L Ta lựa chọn mạch điều khiển là mạch chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển với thyristo đấu katôt chung Hình 2.1 Chỉnh lưu. .. tự nhiên ở điểm 2π U dα = U d 0 Điện áp dây: Id = Dòng tải: 1 + cos α 1 + cos α = 0, 9U 2 2 2 U dα Rd (2.5) Trị số trung bình của dòng qua van dẫn: 1.2.6 (2.4) Id/2 Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển a) 11 b) Hình 7: Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển Ưu điểm: là có thể điều khiển các thyristor một cách trực tiếp mà không cần cách ly bằng biến áp xung Điều đó có thể áp dụng nếu như sơ đồ làm vịêc với... thyristo đấu katôt chung Hình 2.1 Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển với thyristo đấu katôt chung • Id = Dòng điện dây: Pd 7500 = = 68,18( A) Ud 110 14 • Điện áp pha cuộn thứ cấp: U2 = Ud 110 = = 47,01(V ) 2 ,34 2 ,34 Ud=2 ,34 U2 → • I tbv = Dòng trung bình qua van: I d 68.18 = = 27, 73( A) 3 3 →Vậy chọn van với trị số dòng điện cỡ: I tb max = 2 I tbv = 2.27, 73 = 55, 46( A) • Điện áp ngược cực đại trên... ng max = 4.115,16 = 460.64(V ) 2.2 Chọn van bán dẫn Như vậy với yêu cầu thực tế về các thông số mạch ta chọn van động lực: Điôt loại SW08PCN75 với Itbmax=75A Ungmax=800, Thyristor IRG4PC50FD với Itbmax=70A, Uvmax=600V 15 Chương 3: Mô phỏng trên matlab 3. 1 Sơ đồ mạch 3. 1.1 Khối nguồn phát 16 3. 1.2 Khối mạch lực 17 3. 1 .3 Khối phát xung 3. 1.4 Khối hiện thị 18 3. 2 Kết quả mô phỏng Scope1: Hiện thị UABC,... điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào góc điều khiển α Công thức tính toán : - Điện áp chỉnh lưu nhận được : Ud = 3 6 U 2 (1 + Cosα ) = 1,17U 2 (1 + Cosα ) 2Π =2 ,34 1 + cos α 2 - Điện áp ngược đặt lên van : U ng max = 6U 2 = 2,45U 2 12 - Dòng điện trung bình qua tải : Id = Ud Rd - Dòng điện trung bình qua van : I tbv = Id 3 - Dòng điện thứ cấp máy biến áp : Π 5Π 3 2 2 6 2 I2 = i d θ + 2 Π Π 2Π ∫6 +α 3 ∫ 2