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

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I : TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU TIA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Vấn đề chỉnh lưu 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu tia pha có điều khiển 1.Tải trở Tải cảm (mạch RL) Trùng dẫn mạch chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển 1.3 Nhận xét Chương II : TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN VAN 2.1 Tính tốn thơng số 2.2 Tính chọn van mạch lực 2.3 Van chọn cho mạch lực 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 Với 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, ta phải tìm hiểu qua nội dung chia thành chương sau: - Chương 1: Tổng quan chỉnh lưu tia pha có điều khiển - Chương 2: Tính tốn lựa chọn van CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU TIA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Vấn đề 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: a) 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 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 q 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) 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 b) Các tham số mạch chỉnh lưu Về phía tải – giá trị trung bình điện áp nhận sau mạch van chỉnh lưu: – giá trị trung bình dòng điện từ mạch van cấp ra: – công suất chiều mà tải nhận từ mạch chỉnh lưu Về phía van - giá trị trung bình dòng 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: 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 : 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 : - cơng suất nhận phía chiều, công suất tiêu thụ lấy từ nguồn xoay chiều c) 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 Sơ đồ chỉnh lưu tia pha có điều khiển 1.Tải trở Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu tia pha tải trở Hình 1.3 Chỉnh lưu điều khiển hình tia pha Đồ thị điện áp Ud mạch chỉnh lưu dùng tiristo thể hình 1.3 với góc điều khiển Đây góc đặc biệt a) Nếu , điện áp Ud có đoạn , tải trở, dòng điện tải i d gián đoạn, tức có đoạn id =0 , dòng điện qua van kết thúc điện áp pha Đồ thị Ud có dạng hình 1.4 Hình 1.4 b) Nếu , dạng điên áp Ud hình 1.5 Ta thấy điện áp Ud ln lớn Như với tải trở , dòng điện id ln tồn chảy liên tục qua tải, dạng dòng gọi dòng điện liên tục Ở quy luật điện áp Ud khác , không tuân theo biểu thức với vừa có Với lưu ý ba van thay dẫn chu kì, nên van dẫn khoảng /3 Hình 1.5 Như vậy, với mạch chỉnh lưu ba pha hình tia, quy luật điện áp phụ thuộc vào chế độ dòng Tải cảm (mạch RL) a) Sơ đồ mạch van: Hình 1.6 Sơ đồ mạch van tia pha tải RL b) Biểu thức điện áp nguồn: Mạch bắt buộc phải sử dung biến áp để có điểm trung tính đưa tải Điểm tính góc điều khiển khơng điểm điện áp nguồn mà chậm pha 30 điện tương tự điểm giao điển áp pha nguồn theo chiều dương Xung điều khiển van lệch 120 điện c) Đồ thị: Hình 1.7 đồ thị điện áp nguồn sau chỉnh lưu, dòng điện sau chỉnh lưu Góc điều khiển giới hạn: 1.2.1 Với : ; Ở ta phụ thuộc vào góc điều khiển giới hạn để biết quy luật dẫn mạch Nếu < ta có chế độ dòng liên tục Nghĩa dòng qua van chưa van phát xung dẫn Có ảnh hưởng điện cảm phía nguồn xoay chiều nên xảy tượng trung dẫn khoảng  Nếu > ta có chế độ dòng gián đoạn Nghĩa dòng có đoạn khơng Điện áp có khoảng gián đoạn nên khơng có trung dẫn 10 Nếu  = ta có chế độ dòng giới hạn Nghĩa dòng quan van vừa van phát xung dẫn Có ảnh hưởng điện cảm phía nguồn xoay chiều nên xảy tượng trung dẫn khoảng  Giá trị trung bình : Trong đó: : sụt áp tải (nếu có) Dòng trung bình qua tải Dòng trung bình qua van: Điện áp ngược max: Trùng dẫn mạch chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển Quy luật điện áp : Ta thấy có ba khoảng chuyển mạch chu kì lưới điện 2π  Đoạn : Van T3 chuyển mạch cho van T1 Vì T3 nối pha c , van T1 nối với 11 pha a, đoạn Tương tự ta có :  Đoạn , T1 chuyển mạch với T2, có:  Đoạn , T2 chuyển mạch với T3, có: Hình 1.8 Đồ thị àm việc có trùng dẫn chình lưu hình tia ba pha có điều khiển Quy luật dòng điện :  Van mở :  Van đóng lại : Biểu thức xác định góc : 12 Sụt áp chuyển mạch : Điện áp chỉnh lưu : 1.3 Nhận xét : So với chỉnh lưu pha: +Chỉnh lưu tia pha có chất lượng điện chiều tốt +Biên độ điện áp đập mạch tốt +Thành phần sóng hài bậc cao bé +Việc điều khiển van bán dẫn tương đối đơn giản 13 Chương II : TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN VAN Tính tốn thơng số tính chọn van mạch lực Yêu cầu: thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha có điều khiển, với U d=110V, Pd=5kW, 2.1 Tính tốn thơng số a) Dòng điện tải có cơng thức : b) Giá trị điện trở R c) Góc điều khiển thyristor Điện áp cơng nghiệp thường rơi vào khoảng 220/380V, tần số lưới 50-60Hz 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: 14 2.2 Tính chọn van mạch lực a) Dòng điện lớn chảy qua van: Theo yêu cầu thiết kế, dòng điện trung bình qua van: Vậy dòng 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 Từ số liệu ta chọn thyristor cần dung là: MIMMK40A160B Với thông số thể bảng Datasheet sau : 15 MIMMK40A160B 1600V 40A thyristor Module RoHS Compliant Features · Isolation voltage 3500 V~ · Industrial Standard Package · High Surge Capability · Glass Passivated Chips · Simple Mounting · Electrically Isolated by DBC Ceramic Applications · DC Motor Control and Drives · Battery Charges · Welders · Power Converters · Lighting Control · Heat and Temperature Control Advantages · Space and weight savings · Improved temperature and power cycling ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Symbol TC=25°C unless otherwise specified Test Condition VRRM /VDRM Value Unit 1600 V IT(AV) TC=85 , 180° conduction, half sine wave; 40 A IT(RMS) as AC switch; 100 A TJ=4 , t=10ms (50Hz), sine, VR=0; 850 TJ=4 , t=8.3 ms (60Hz), sine, VR=0; 890 TJ=4 , t=10ms (50Hz), sine, VR=VRRM; ITSM A 715 TJ=45 , t=8.3 ms (60Hz), sine, VR= VRRM; 750 TJ=45 , t=10ms (50Hz), sine, VR=0; 3.61 TJ=45 , t=8.3 ms (60Hz), sine, VR=0; I2t 3.3 TJ=45 , t=10ms (50Hz), sine, VR=VRRM; 2.56 TJ=45 , t=8.3 ms (60Hz), sine, VR= VRRM; K A 2s 2.33 IDRM/IRRM TJ=130 , VD=VR=1600V, gate open circuit; 16 15 mA dV/dt TJ =130 , exponential to 67% rated VDRM 500 V/us VISOL 50Hz, all terminals shorted, t=1s, IISOL≤1mA ; 3500 V~ TJ Max junction operating temperature range -40～125 TSTG Max storage temperature range -40～125 ELECTRICAL CHARACTERISTICS Symbol TC=25°C unless otherwise specified Max Unit 16.7% x p x IAV < I < p x IAV,TJ =130°C; 0.88 V I > p x IAV , TJ =130°C; 0.91 V 16.7% x p x IAV < I < p x IAV,TJ =130°C; 5.9 mΩ rt I > p x IAV , TJ =130°C; 5.74 mΩ IH VAK= 6V, resistive load; 200 mA IL Anode supply =6V, resistive load=1Ω, gate pulse =10V, 100us; 400 mA VTM ITM=141A, td=10 ms, half sine 1.81 V PGM tp≤5ms, TJ=125°C; 10 W PGM(AV) f=50Hz, TJ =125°C; 2.5 W 2.5 A 10 V VTO Test Condition Min Typ IGM -VGT tp≤5ms, TJ =125°C; VA=6V, RA=1Ω, TJ =-40°C; VGT IGT VA=6V, RA=1Ω; 2.5 VA=6V, RA=1Ω, TJ=125°C; 1.7 VA=6V, RA=1Ω, TJ=-40°C; 270 VA=6V, RA=1Ω; 150 VA=6V, RA=1Ω, TJ=125°C; 80 VGD IGD di/dt V mA 0.25 V mA 150 A/us VAK=VDRM, TJ=125 TJ= 25 , VD=0.67VDRM, ITM =345A, Ig = 500mA, tr< 0.5 µs, > µs THERMAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS TC=25°C unless otherwise specified Symbol Test Condition Rthjc DC operation,per junction; value 0.5 17 Unit K/W RTHCS Md Weight Mounting surface smooth,flat and greased,per junction Mounting torque(M5) Terminal connection torque(M5) Typical value 18 0.12 K/W to N·m 105 g 19 ... Sơ đồ chỉnh lưu tia pha có điều khiển 1.Tải trở Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu tia pha tải trở Hình 1 .3 Chỉnh lưu điều khiển hình tia pha Đồ thị điện áp Ud mạch chỉnh lưu dùng tiristo thể hình 1 .3 với... hại người cao .Chỉnh lưu vấn đề hệ thống điện tự động Với 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,... Chương 1: Tổng quan chỉnh lưu tia pha có điều khiển - Chương 2: Tính tốn lựa chọn van CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CHỈNH LƯU TIA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Vấn đề chỉnh lưu Chỉnh lưu thiết bị điện tử công