Thiết kế mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển

Thiết kế mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển, tài liệu đơn giản dễ hiểu cho những sinh viên năm đầu Thiết kế mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển, tài liệu đơn giản dễ hiểu cho những sinh viên năm đầu

Mục lục Lời mở đầu Việt Nam quốc gia thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa mạnh mẽ để phát triển Để đáp ứng cho chu trình đó, khơng thể khơng phát triển thiết bị điện, điện tử phục vụ cho hầu hết ngành công nghiệp Hiểu chế hoạt động cách vận hành, sửa chữa thiết bị đòi hỏi tối thiểu với kỹ sư điện Điện – điện tử chuyên ngành phức tạp, bao gồm nhiều vấn đề, quy tắc nghiêm ngặt cần nhớ tuân theo Nếu không khả làm hư hỏng thiệt bị, chí thiệt hại người cao.Chỉnh lưu vấn đề hệ thống điện tự động Chính lý em chọn đề tài: “ Thiết kế mạch chỉnh lưu hình tia pha có điều khiển” để người hiểu rõ chỉnh lưu nói chung, mạch chỉnh lưu hình tia nói riêng Nội dung tài liệu gồm chương: - Chương 1: Khái quát vấn đề chỉnh lưu Chương 2: Tính tốn chọn van mạch chỉnh lưu tia pha có điều khiển Chương 3: Mô mạch chỉnh lưu tia pha có điều khiển CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CHỈNH LƯU 1.1 Các vấn đề chỉnh lưu 1.1.1 Cấu trúc mạch chỉnh lưu Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng để biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng điện chiều Ta có sơ đồ cấu trúc thường gặp: Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Chức khối: Khối biến áp: dùng để điều chỉnh điện áp từ lưới thành điện áp phù hợp cấp cho tải Và biến đổi số pha lười nguồi sang số pha theo yêu cầu mạch van Đồng thời cịn có chức bảo vệ tải có thay đổi lưới khơng ảnh hưởng đến tải b) Mạch van van bán dẫn mắc với theo cách để tiến hành trình chỉnh lưu c) Lọc san phẳng nhằm đảm bảo điện áp hay dòng điện chiều cấp tải phẳng theo yêu cầu d) Mạch điều khiển (MĐK) Khi mạch van sử dụng van điều khiển có mạch để điều khiển van dẫn dòng nhằm khống chế lượng tải e) Khâu hỗ trợ (KHT) gồm mạch theo dõi đảm bảo mạch chỉnh lưu hoạt động bình thường Thường thiết bị phản hồi giúp người vận hành biết mạch chỉnh lưu hoạt động để điều chỉnh a) 1.1.2 Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo số cách sau: Theo số pha nguồn cấp cho mạch van: pha , pha , pha, pha , v.v Theo loại van bán dẫn: • Mạch tồn điơt chỉnh lưu khơng điều khiển • Mạch tồn tiristo chỉnh lưu có điều khiển • Mạch gồm điôt tiristo chỉnh lưu bán điều khiển Phân loại theo sơ đồ mắc van: • Sơ đồ hình tia : số van số pha nguồn cấp • Sơ đồ hình cầu: số van lần số pha nguồn cấp 1.1.3 Các tham số mạch chỉnh lưu Về phía tải – giá trị trung bình điện áp nhận sau mạch van chỉnh lưu: 1.1.1 – giá trị trung bình dịng điện từ mạch van cấp ra: 1.1.2 – công suất chiều mà tải nhận từ mạch chỉnh lưu Về phía van - giá trị trung bình dịng điện chảy qua van mạch van – điện áp ngược cực đại mà van phải chịu làm việc Đây tham số giúp ta chọn van cho mạch van Về phía nguồn Xét máy biến áp Ta có cơng suất biểu kiến biến áp: 1.1.3 Trong đó: Các giá trị tính theo giá trị hiệu dụng Ta tham số đánh giá phẳng điện áp chiều nhận được, gọi hệ số đập mạch : 1.1.4 Trong đó: biên độ sóng hài bậc theo khai triển Fourier điện áp chỉnh lưu thành phần theo khai triển , giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu, Hiệu suất chỉnh lưu : - công suất nhận phía chiều, cơng suất tiêu thụ lấy từ nguồn xoay chiều 1.1.4 Luật dẫn van a) Nhóm van đấu catot chung: Van có khả dẫn van a nốt dương số cac van có catot chung dẫn a nốt dương catot chung b) Nhóm van đấu a nốt chung: Van có khả dẫn van catot âm số van có a nốt chung dẫn catot âm a nốt chung 1.2 Các mạch chỉnh lưu Tải thực tải RL coi nguồn có thành phần điện cảm Khi có thành phần điện cảm L dạng dịng điện khác với điện áp tính chất điện cảm L chống lại biến thiên nguồn sinh Nên dịng điện I biến thiên chậm pha so với điện áp nguồn góc: 1.1.5 Sụt áp điện cảm nguồn xoay chiều : 1.1.6 – dòng điện qua tải – thành phần điện cảm nguồn xoay chiều m – số pha nguồn cấp cho mạch van Góc trùng dẫn γ (tại có hiên tượng van dẫn): 1.1.7 m – số pha – giá trị hiệu dụng điện áp nguồn cung cấp 1.2.1 Tia pha Sơ đồ mạch van: Hình 1.2.1 Sơ đồ mạch van tia pha tải RL Biểu thức điện áp nguồn: Đồ thị: Hình 1.2.2 Đồ thị điện áp nguồn, sau chỉnh lưu dòng điện sau chỉnh lưu Theo sơ đồ mạch van đồ thị ta có: Trong khảng từ α÷γ: T1 phát xung dẫn với điện áp , T2 dẫn với điện áp => xảy tượng trùng dẫn Trong khoảng từ γ÷π: T1 dẫn với điện áp Trong khoảng từ π÷(π+α): T2 phát xung dẫn với điện áp, T1 dẫn với điện áp => xảy tượng trùng dẫn Trong khảng từ (π+α+γ)÷2π: T2 dẫn với điện áp a Chế độ dịng liên tục Điện áp sau chỉnh lưu tính theo biểu thức: Với (là giá trị hiệu dụng điện áp nguồn cấp cho mạch van) Tuy nhiên có sụt áp điện cảm , ta có: Với Góc trùng dẫn γ: Vậy: 1.1.8 Quy luật dịng diện: 1.1.9 Dịng trung bình qua tải: 1.1.10 b Chế độ dòng gián đoạn Điện áp sau chỉnh lưu : 1.1.12 Với λ tính theo biểu thức: 1.1.13 Với: Quy luật dòng điện khoảng van dẫn: 1.1.14 Dòng trung bình qua van: c Chế độ dịng giới hạn: Là chế độ mà dòng điện qua van vừa giảm van tiếp phát xung mở van Các biểu thức tính giống biểu thức Từ ta có góc điều khiển giới hạn: 1.1.15 Nếu α> ta có chế độ dịng gián đoạn Nếu α< ta có chế độ dịng liên tục Điện cảm giới hạn: ứng với tải góc điều khiển xác định Giá trị điện áp ngược cực đại: 1.1.16 Dịng trung bình qua van 1.1.17 1.2.2 Cầu pha Sơ đồ mạch van: Hình 1.2.3 Sơ đồ mạch van cầu pha tải RL Biểu thức điện áp nguồn: Đồ thị: Hình 1.2.4 đồ thị điện áp nguồn sau chỉnh lưu, dòng điện sau chỉnh lưu Về quy luật điều chỉnh ta có: Trong khảng từ α÷γ: T1,T2 phát xung dẫn với điện áp(+ , T3,T4 dẫn với điện áp => xảy tượng trùng dẫn Trong khoảng từ γ÷π: T1,T2 dẫn với điện áp (+ Trong khoảng từ π÷(π+α): T3,T4 phát xung dẫn với điện áp , T1,T2 dẫn với điện áp (+ => xảy tượng trùng dẫn Trong khảng từ (π+α+γ)÷2π: T3,T4 dẫn với điện áp Các biểu thức tính tương tự mạch chỉnh lưu hình tia pha ta có: a Chế độ dòng liên tục Điện áp sau chỉnh lưu tính theo biểu thức: Với (là giá trị hiệu dụng điện áp nguồn cấp cho mạch van) Tuy nhiên có sụt áp điện cảm , ta có: Với Góc trùng dẫn γ : 1.1.18 Vậy: 1.1.19 Quy luật dịng diện: 1.1.20 Dịng trung bình qua tải: 1.1.21 b Chế độ dòng gián đoạn Điện áp sau chỉnh lưu: 1.1.22 Với λ tính theo biểu thức: 1.1.23 Với: Quy luật dòng điện tron khoảng van dẫn: 1.1.24 Dịng trung bình qua van c Chế độ dòng giới hạn: Là chế độ mà dòng điện qua van vừa giảm van tiếp phát xung mở van Từ ta có góc điều khiển giới hạn: 1.1.25 Nếu α> ta có chế độ dịng gián đoạn Nếu α< ta có chế độ dòng liên tục Điện cảm giới hạn: ứng với tải góc điều khiển xác định Giá trị điện áp ngược cực đại: 1.1.26 Dịng trung bình qua van 1.1.27 1.2.3 Tia pha Sơ đồ mạch van: 10 Góc trùng dẫn: 1.2.8 1.2.5 Chỉnh lưu bán điều khiển a) Cầu pha: chỉnh lưu cầu bán điều khiển với tiristo mắc catot chung Hình 1.2.9 sơ đồ mạch van bán điều khiển với tiristo mắc catot chung, tải RL 15 Hình 1.2.10 đồ thị dịng điện điện áp Biểu thức điện áp nguồn: Theo sơ đồ mạch van ta thấy mở bắt đầu âm, mở bắt đầu dương Ta có q trình dẫn van nh sau: ã Trong khong ữ : dẫn • Trong khoảng π + (π+α) : dẫn, π điểm mở tự nhiên làm khóa => b ngn mch ti ã Trong khong + ữ 2π: dẫn, dẫn khóa • Trong khoảng 2π ÷ 2π+α: dẫn, dẫn làm cho khóa => ngắn mạch tải Như dịng liên tục, dòng bị đứt đoạn dòng tải chảy quẩn qua van thẳng hàng, khơng nguồn => có lợi mặt lượng lượng khơng bị trả nguồn Dạng điện áp giống chỉnh lưu chỉnh lưu điều khiển với tải trở: 16 1.2.9 Dòng trung bình qua tải: 1.2.10 Do van dẫn khoảng π, dịng trung bình qua van 1.2.11 Chỉnh lưu bán điều khiển mắc tiriso thẳng hàng Hình 1.2.11 sơ đồ mạch van bán điều khiển mắc tiriso thẳng hàng tải RL Hình 1.2.12 đồ thị dòng điện điện áp 17 Theo sơ đồ mạch van ta thấy mở bắt đầu âm, mở bắt đầu dương Tuy nhiên dẫn khóa ngược lại, dẫn khóa ngược lại Ta có quy lut dn van nh sau: ã Trong khong ữ π : dẫn • Trong khoảng π + (π+α) : dẫn, π điểm mở tự nhiên làm khóa ngay, chưa mở nên chưa khóa => bị ngắn mch ti ã Trong khong + ữ 2: dn, dn thỡ khúa ã Trong khong ữ 2+: dn, dẫn làm cho khóa ngay, chưa mở nên chưa khóa => ngắn mạch tải Ta có đoạn nên ta có biểu thức giống trên: 1.2.12 Dịng trung bình qua tải: 1.2.13 Tuy nhiên van dẫn khơng ta có: Tirsistor dẫn khoảng (π - α) Điot dẫn khoảng (π + α) Do ta có dịng trung bình qua van: 1.2.14 1.2.15 b) Cầu pha: Sơ đồ mạch van: 18 Hình 1.2.13 sơ đồ mạch van bán điều khiển cầu pha Hình 1.2.14 đồ thị điện áp dịng điện Biểu thức điện áp nguồn: 19 Khi làm việc điot chuyển mạch tự nhiên tirsistor chuyển mạch góc điều khiển α Khi α < 60°, điện áp lớn Nhưng α > 60° xuất giai đoạn hai van mắc thẳng hàng dẫn đồng thời: : dẫn : dẫn : dẫn Do đoạn điện áp , dòng qua tải chảy quẩn qua van thẳng hàng, không nguồn => có lợi mặt lượng lượng không bị trả nguồn Quy luật điện áp suy từ lý luận mạch cầu tương đương với mạch chỉnh lưu hình tia nối tiếp: Chỉnh lưu hình tia pha điều khiển: Chỉnh lưu hình tia pha khơng điều khiển: Vậy = 1.2.16 Vì chỉnh lưu cầu có biến đổi biểu thức ta có: 1.2.17 20 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN CHỌN LỰA MẠCH VAN Tính tốn thơng số tính chọn van mạch lực Yêu cầu: thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha tải RL, với U d=110VDC, Pd=7,5kW 2.1 Tính tốn thơng số a) dịng điện tải có cơng thức : b) giá trị điện trở R c) góc điều khiển thyristor điện áp công nghiệp thường rơi vào khoảng 220/380V, tần số lưới 5060Hz Theo yêu cầu thiết kế ta có: Với ( U2 giá trị hiệu dụng điện áp nguồn ) - Nếu điện áp nguồn U2 = 380V: - Nếu điện áp nguồn pha U2 = 220V: d) Điện áp ngược van: 2.2 Tính chọn van mạch lực a) Dòng điện lớn chảy qua van: 21 Theo u cầu thiết kế, dịng điện trung bình qua van: Vậy dong qua van tính theo biểu thức: KIv : hệ số dự trữ dòng điện cho van, ta chọn KIv = b) Điện áp đặt lên van Ta có điện áp lớn đặt lên van theo sơ đồ tia pha: KUv : hệ số dự trữ điện áp cho van, ta chọn KUv = - Nếu điện áp lưới xoay chiều 220 ÷ 240 V: - Nếu điện áp lưới xoay chiều 380 ÷ 440 V: 2.3 Van chọn cho mạch lực 22 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU TIA PHA CĨ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Mơ 23 3.2 Mạch lực 3.3 Khối hiển thị 24 25 Hiển thị Iabc 26 Lời kết Em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Đặng Hồng Hải tận tình giúp đỡ, hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp.Nếu giúp đỡ thầy tập em khó hồn thành Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Tài liệu thực khoảng thời gian gần tuần Lần đầu thực nên bỡ ngỡ, dù cố gắng tránh khỏi sai sót cịn tồn Em mong nhận ý kiến đóng góp quý giá thầy bạn lớp để kiến thức em lĩnh vực ngày hoàn thiện 27 Tài liệu tham khảo - Điện tử công suất ( NXB khoa học kỹ thuật ) Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất ( NXB khoa học kỹ thuật ) 28 ... chỉnh lưu Chương 2: Tính tốn chọn van mạch chỉnh lưu tia pha có điều khiển Chương 3: Mơ mạch chỉnh lưu tia pha có điều khiển CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ CHỈNH LƯU 1.1 Các vấn đề chỉnh. .. người cao .Chỉnh lưu vấn đề hệ thống điện tự động Chính lý em chọn đề tài: “ Thiết kế mạch chỉnh lưu hình tia pha có điều khiển? ?? để người hiểu rõ chỉnh lưu nói chung, mạch chỉnh lưu hình tia nói... thị điện áp nguồn sau chỉnh lưu, dịng điện sau chỉnh lưu Có thể coi quy luật dẫn mạch chỉnh lưu cầu giống với chỉnh lưu hình tia pha khác lúc ta có mạch chỉnh lưu hình tia pha dẫn cho nửa chu kỳ