Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.ĐỀ TÀI: Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha điện áp vào 110V, điện áp ra biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI: Thiết kế điều chỉnh điện áp xoay chiều pha điện áp vào 110V, điện áp biến đổi từ 10V đến 110V, công suất P=1.5 KW GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN MSV LỚP NHÓM : Đặng Hồng Hải : : : : NO7 MỤC LỤC: PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP 1.1 Khái quát 1.2 Phân loại CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 2.1 Lựa chọn sơ đồ điều áp xoay chiều pha 2.1.1.Tải R 2.1.2.Tải R – L 2.2 Giới thiệu phần tử Thyristor 2.2.1 Cấu tạo ký hiệu 2.2.2 Đặc tính Vơn-ampe 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 2.2.4 Ứng dụng 2.2.5 Các thông số PHẦN II: TÍNH TỐN MẠCH 2.1 Tính tốn van bán dẫn 2.2 Chọn van LỜI NĨI ĐẦU Điện tử cơng suất môn học hay lý thú, hut nhiều sinh viên theo đuổi Là sinh viên chuyên ngành tự động hóa, em muốn tiếp cận hiểu sâu môn điện tử công suất Vì vậy, tập lớn thiết kế sản phẩm điều kiện tốt giúp em kiểm chứng lý thuyết học Trong tập lớn điện tử công suất lần này, em nhận đề tài “ Thiết kế điều áp xoay chiều pha” Sau thời gian nghiên cứu, em thiết kế thành công điều khiển điện áp xoay chiều pha đáp ứng yêu cầu đề tài Trong suốt thời gian thực đề tài, em gặp số vướng mắc lý thuyết khó khăn việc thi tính tốn Tuy nhiên, em nhận giải đáp hướng dẫn kịp thời thầy môn bạn sinh viên lớp Được em xin chân thành cảm ơn mong muốn nhận nhiều giúp đỡ, bảo thầy (cô) bạn thiết kế sau Em xin chân thành cảm ơn! BÙI XUÂN TUẤN PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP Bộ biến đổi xung áp ( BBĐXA) biến đổi mà điện áp nguồn đóng, cắt vào phụ tải cách có chu kỳ Do điện áp tải xung áp chiều (BBĐXA chiều) xoay chiều ( BBĐXA xoay chiều) tùy thuộc vào điện áp nguồn điện áp chiều điện áp xoay chiều CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI CÁC BỘ BIẾN ĐỔI XUNG ÁP MỘT CHIỀU 1.1 Khái quát - Để đóng cắt điện áp nguồn người ta thường dùng khóa điện tử cơng suất chúng có đặc tính tương ứng với khóa lý tưởng, tức khóa dẫn điện (đóng) điện trở khơng đáng kể, khóa bị ngắt (mở ra) điện trở lớn vơ (điện áp tải không) I Nguyên lý biến đổi xung áp chiều mơ tả hình UR K 𝝀 E E R UR t t1 t2 T a, b, Hình Sơ đồ nguyên lý a, đồ thị b, biến đổi xung áp - Giữa nguồn chiều E tải R van K làm việc khóa điện từ, hoạt động BXMC cho khóa K đóng cắt theo chu kỳ với quy luật: Trong khoảng thời gian – t1, khóa K đóng lại, điện áp tải UR có giá trị điện áp nguồn ( UR = E) Trong khoảng thời gian t1– T, khóa K mở ra, tải bị ngắt khỏi nguồn nên UR = Như giá trị trung bình điện áp tải là: ∫ Trong đó: – thời gian khóa K đóng – hệ số điều chỉnh T – chu kỳ đóng cắt khóa K Biểu thức (1) cho thấy, để thay đổi điện áp tải có hai cách: Thay đổi thời gian đóng khóa , giữ chu kỳ đóng cắt khơng đổi (phương pháp điều chế độ rộng xung ) Thay đổi tần số đóng cắt ( f = 1/T ) giữ thời gian đóng khóa K khơng đổi ( λ = const) - Như biến đổi xung áp có khả điều chỉnh ổn định điện áp phụ tải Nó có ưu điểm sau: Hiệu suất cao tổn hao cơng suất biến đổi không đáng kể so với biến đổi liên tục Độ xác cao chịu ảnh hưởng nhiệt độ mơi trường, yếu tố điều chỉnh thời gian đóng kháo K mà giá trị điện trở phần tử điều chỉnh thường gặp điều chỉnh liên tục Chất lượng điện áp tốt so với biến đổi liên tục Kích thích gọn, nhẹ - Nhược điểm biến đổi xung áp là: Cần có lọc đầu ra, làm tăng qn tính biến đổi làm việc hệ thống kín Tần số đóng cắt lớn tạo nhiều cho nguồn nhưu thiết bị điều khiển - Tuy nhiên biến đổi xung áp ứng dụng rộng rãi, yếu tố độ tin cậy, dễ điều chỉnh, độ ổn định kích thước tiêu chí đặt lên hàng đầu - Đối với biến đổi cơng suất trung bình (hàng chục kW) nhỏ (vài kW), người ta thường dùng khóa điện từ bóng bàn dẫn lưỡng cực IGBT Trong trường hợp công suất lớn ( vài trăm kW trở lên ) người ta sử dụng GTO tiristo 1.2 Phân loại - Có nhiều cách phân loại biến đổi xung áp chiều, tùy thuộc vào cách mắc khóa điện tử song song hay nối tiếp mà người ta chia biến đổi xung áp thành nối tiếp hay song song Cũng phân biệt biến đổi tùy thuộc vào điện áp ra: Bộ biến đổi xung áp có điện áp nhỏ điện áp vào Bộ biến đổi xung áp có điện áp lớn điện áp vào - Tùy thuộc vào dấu điện áp mà người ta chia ra: Bộ biến đổi xung áp không đảo chiều Bộ biến đổi xung áp có đảo chiều - Ngồi có biến đổi xung áp nhiều pha II BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA 2.1 Lựa chọn sơ đồ điều áp xoay chiều pha Để thay đổi giá trị điện áp xoay chiều, phương pháp cổ điển máy biến áp, người ta dùng tiristor đấu song song ngược dùng triac Nhờ biện pháp này, việc điều chỉnh điện áp linh hoạt ( vô cấp, nhanh, dễ tạo mạch vòng tự động điều chỉnh) Kích thức biến đổi gọn nhẹ có giá thành hạ nhiều so với dùng biến áp Nhược điểm phương pháp chất lượng điện áp không tốt cần sử dụng thêm lọc xoay chiều để khắc phục nhược điểm Việc điều khiển thời điểm đóng mở tiristo tạo xung áp tải nên biến đổi gọi điều chỉnh điện áp xoay chiều Sơ đồ biến đổi pha gồm tiristo đấu song song ngược (T1 T2) mắc nối tiếp với tải Sơ đồ hình 4.1 ứng dụng rộng rãi thực tế đáp ứng yêu cầu kỹ thuật – kinh tế Hình 4.1 Điều chỉnh điện áp pha Các tiristo T1 T2 mở nửa chu kỳ có xung điều khiển ứng với thời điểm t1 (mở T1) t2 (mở T2) Để tính chọn van sơ đồ trên, dựa vào bảng 2.1 Trong sơ đồ 4.1, có quy luật chung chúng Tải ĐAXC có hai dạng: tải trở R, tải cảm kháng RL BẢNG 2.1 Tham số Hình 4.1 Uvanmax/Unguồn 1.41 Dạng dòng điện qua van Itbvan/It 0.45 Ihdvan/It 0.707 Itbvan/Ihdvan 0.637 Trong đó: Uvanmax điện áp cực đại mà van bán dẫn phải chịu trạng thái khóa ( khơng dẫn dòng điện ) hai chiều điện áp Unguồn trị số hiệu dụng điện áp nguồn xoay chiều đưa vào điều áp xoay chiều Itbvan giá trị trung bình dòng điện qua van bán dẫn Ihdvan giá trị hiệu dụng dòng điện qua van bán dẫn It giá trị hiệu dụng dòng điện tải 2.1.1, Tải R Giá trị hiệu dụng điện áp tải: Ut 2 2 2U 12 2 ut d 1 cos2 d 2U1 sin U1 d sin 2 U 2 2 sin 2 f 2 (1.1) Bằng cách thay đổi góc điều khiển , giá trị hiệu dụng điện áp tải thay đổi tương ứng Công suất tác dụng: U t2 U12 P R R. sin 2 P0 sin 2 (1.2) Công suất phản kháng: Q P0 sin (1.3) Giá trị trung bình dòng qua van: U U IT m sin d m 1 cos R R (1.4) Giá trị hiệu dụng dòng tải là: Um Um sin 2 It sin d R 2 R (1.5) Giá trị điện áp ngược lớn đặt lên tiristo 2.U1 2.1.2, Tải R + L Phương trình mơ tả q trình thay đổi dòng điện tiristo dẫn điện khoảng U m sin i.R .L di d - khoảng dẫn điện tiristo Giải phương trình ta có: U i m sin A.e tg Z Z R .L ; arctg (1.6) .L R A số tích phân, tính từ điều kiện = i = 10 Tính A thay vào biểu thức (4.6) biểu thức dòng tải có dạng: U i m Z tg sin sin e (1.7) Khi = + i(t) = 0, thay vào phương trình (4.7) ta có: sin sin e tg (1.8) Khi >, dòng tải gián đoạn, ) Đặc tính mơ tả hình 1.7 đường nét đứt, ứng với giá trị dòng điều khiển khác nhau, IG1, IG2, IG3 2.2.3 Nguyên lý hoạt động Trường hợp cực G để hở hay VG = OV 13 Khi cực G VG = OV có nghĩa transistor T1 khơng có phân cực cực B nên T1 ngưng dẫn Khi T1 ngưng dẫn IB1 = 0, IC1 = T2 ngưng dẫn Như trường hợp Thyristor không dẫn điện được, dòng điện qua Thyristor IA = VAK ≈ VCC Tuy nhiên, tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn điện áp VAK tăng theo đến điện ngập VBO (Beak over) điện áp VAK giảm xuống diode dòng điện IA tăng nhanh Lúc Thyristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi dòng điện trì IH (Holding) Sau đặc tính Thyristor giống diode nắn điện Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc Thyristor dễ chuyển sang trạng thai dẫn điện Lúc transistor T1 phân cực cực B1 nên dòng điện IG IB1 làm T1 dẫn điện, cho IC1 dòng điện IB2 nên lúc I2 dẫn điện, cho dòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 IC2 = IB1 Nhờ mà Thyristor tự trì trạng thái dẫn mà khơng cần có dòng IG liên tục IC1 = IB2 ; IC2 = IB1 Theo nguyên lý dòng điện qua hai transistor khuếch đại lớn dần hai transistor chạy trạng thái bão hòa Khi điện áp VAK giảm nhỏ (≈ 0,7V) dòng điện qua Thyristor là: Thực nghiệm cho thấy dòng điện cung cấp cho cực G lớn áp ngập nhỏ tức Thyristor dễ dẫn điện Trường hợp phân cực ngược Thyristor Phân cực ngược Thyristor nối A vào cực âm, K vào cực dương nguồn VCC Trường hợp giống diode bị phân cự ngược Thyristor không dẫn điện mà có dòng rỉ nhỏ qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn Thyristor bị đánh thủng dòng điện qua theo chiều ngược Điện áp ngược đủ để đánh thủng Thyristor VBR Thông thường trị số VBRvà VBO ngược dấu 14 2.2.4 Ứng dụng Thyristor Thyristor thường sử dụng mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động nguồn xung Ti vi mầu 2.2.5 Các thơng số Dòng chảy qua van: IV Điện áp ngược qua van: Ungmax - IAK định mức, UAK định mức, UGK định mức, IGK định mức - Thời gian mở Thyristor - Thời gian tắt 15 2.1 Tính toán van bán dẫn Mạch lực: Giả thiết: U1 =110V Rt = 2(Ω) U2 = 10V-110V P=1,5kW Hình 4.1 Điều chỉnh điện áp pha Tải R: Từ hình 3.32a ta có giá trị hiệu dụng điện áp tải bằng: √ = 110√ Ut =104,7 (V) 16 Giá trị hiệu dụng dòng tải : √ √ √ It = Cơng suất tiêu thụ tích cực là: 104,7.52,35 = 5481(W) Công suất phản kháng là: Q =1,5x10 = 238,8 (var) Giá trị trung bình dòng qua van: = 2.2 It = √ √ (1 + cos45) = 42 (A) Chọn van 17 18 ... LỜI NĨI ĐẦU Điện tử cơng suất môn học hay lý thú, hut nhiều sinh viên theo đuổi Là sinh viên chuyên ngành tự động hóa, em muốn tiếp cận hiểu sâu môn điện tử công suất Vì vậy, tập lớn... đóng cắt điện áp nguồn người ta thường dùng khóa điện tử cơng suất chúng có đặc tính tương ứng với khóa lý tưởng, tức khóa dẫn điện (đóng) điện trở khơng đáng kể, khóa bị ngắt (mở ra) điện trở... dẫn điện được, dòng điện qua Thyristor IA = VAK ≈ VCC Tuy nhiên, tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn điện áp VAK tăng theo đến điện ngập VBO (Beak over) điện áp VAK giảm xuống diode dòng điện