Trong thực tế có rất nhiều những nơi đòi hỏi phải được cung cấp điện một cách liên tục như:phòng cấp cứu ở các bệnh viện ,phòng máy tính lưu trữ thông tin,…Nếu để mất điện kết quả sẽ không lường trước được.Yêu cầu đặt ra là phải cung cấp điện một cách liên tục.Trong mạng lưới điện có rất nhiều nguyên nhân có thể gây mất điện đột xuất như:sét đánh vào đường dây,vào trạm phân phối điện,máy phát điện;Cành cây rơi vào gây ngắn mạch và đứt dây;Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp;…
Đồ án điện tử công suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đoài BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH phúc Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Độc lập-Tự do-Hạnh ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI:Thiết kế nguồn cấp điện liên tục phần chỉnh lưu UPS Các thông số kĩ thuật: Công suất : 35 (KW) Uvào : 220 (VAC) Ura : 220 (VDC) Tần số (f) : 50 (HZ) Thời gian lưu điện (t) : 50 phút Loại ắc quy lưu điện : axits loại kín Đồ án điện tử cơng suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đồi Lời nói đầu Ngày nhà máy công nghiệp đại ,các thiết bị điện tử công suất ngày sử dụng nhiều.Việc thay phần tử động có tiếp điểm kích thước lớn phần tử tĩnh khơng có tiếp điểm,kích thước nhỏ,cơng suất lớn làm cho thiết bị máy móc cơng nghiệp phát triển lên tầm cao Đó nhiêm vụ điện tử công suất Sinh viên nghành tự động hố khơng thể khơng biết điện tử cơng suất nên việc học điên tử công suất cần thiết.Trong trình học tập lớp thời gian có hạn nên khơng thể tìm hiểu nhiều mơn học quan trọng này,chính làm đồ án môn học chúng em hiểu thêm nhiều môn học tốn thực tế Trong q trình làm đồ án em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn: NGUYỄN VĂN ĐOÀI Thầy giúp đỡ hướng dẫn tận tình giúp em hoàn thành đồ án Mặc dù em cố gắng nhiều ,song tránh khỏi thiếu sót sai lầm định.Em mọng nhận góp ý bảo tận tình thầy cô môn.Em xin trân thành cảm ơn Quảng Bình ngày 12 tháng 02 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Hữu Tuấn CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN LIÊN TỤC UPS Cung cấp lượng điện cho tải quan trọng: Trong thực tế có nhiều nơi đòi hỏi phải cung cấp điện cách liên tục như:phòng cấp cứu bệnh viện ,phòng máy tính lưu trữ thông tin, …Nếu để điện kết không lường trước được.Yêu cầu đặt phải cung cấp điện cách liên tục Trong mạng lưới điện có nhiều nguyên nhân gây điện đột xuất như:sét đánh vào đường dây,vào trạm phân phối điện,máy phát điện;Cành rơi vào gây ngắn mạch đứt dây;Sự hư hỏng hệ thống cung cấp;… Yêu cầu giải pháp dùng UPS: Điều cần ý trước hết cố hậu phương diện : An tồn cho người Đồ án điện tử công suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đoài An toàn cho thiết bị ,nhà xưởng Mục tiêu vận hành kinh tế Từ phải tìm cách loại bỏ cố khỏi hệ thống.Có nhiều giải pháp kĩ thuật khác nhau,những giải pháp so sánh sở tiêu chuẩn sau để đánh giá: Liên tục cung cấp điện Chất lượng cung cấp điện Phụ tải ưu tiên thơng thường có thiết bị điện tử nhạy cảm đòi hỏi việc cung cấp liên tục,yêu cầu “Giao diện công suất” nguồn cung cấp tải,nó cung cấp điện áp mà khơng có cố dù nhỏ ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp phạm vi sai số cho phép biên độ tần số.Bộ nguồn có chức làm việc tin cậy UPS(Unteruptible power system) 3.Chức UPS: Hoạt động giao diện hệ thống cung cấp tải nhạy cảm UPS cung cấp cho tải lượng điện liên tục,chất lượng cao,khơng phụ thuộc tình trạng hệ thống cung cấp UPS tạo điện áp cung cấp tin cậy: Không bị ảnh hưởng cố hệ thống cung cấp , đặc biệt hệ thống cung cấp ngừng hoạt động phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu càu thiết bị điện tử nhạy cảm UPS cung cấp điện áp tin cậy, đọc lập liên tục thông qua khâu trung gian:Acquy chuyển mạch tĩnh 4.Phân loại UPS: a UPS tĩnh tĩnh quay: UPS tĩnh: Sử dụng chuyển đổi tĩnh thực chức nghịch lưu HTCC2 HTCC1 ~ = = Chỉnh lưu/nạp acquy ~ nghịch lưu tải Đồ án điện tử công suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đoài UPS quay: Sử dùng máy điện quay để thực chức nghịch lưu chuyển mạch tĩnh HTCC2 ~ HTCC1 = = acquy chỉnh lưu ~ ~ M nghịch lưu G M G điều khiển = Bộ nạp b UPS gián tiếp(off-line)và UPS trực tiếp(on-line): Off –line UPS: Tải F HTCC ~ = nghịch lưu ~ = Lọc = chỉnh lưu/nạp acquy Đồ án điện tử công suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đoài Trong trình vận hành bình thường ,nguồn lưới cung cấp trực tiếp cho tải thong qua lọc F mà không qua nghịch lưu Không đáp ứng với phụ tải như:các trung tâm máy tính,tổng đài điện thoại,và khơng điều chỉnh tần số On-line UPS: ~ HTCC = = ~ chỉnh lưu/nạp Nghịch lưu TẢI acquy Việc cung cấp điện liên tục phạm vi sai số cho phép tần số điện áp,không phụ thuộc vào trạng thái HTCC hệ thống có chuyển mạch tĩnh nênkhơng có cố,hỏng hóc tải buộc phải chyển trực tiếp HTCC chính.Sơ đồ dung cho cơng suất trung bình cao(>40KVA) 5.Các thành phần UPS: Đồ án điện tử cơng suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đồi 6.Nhiệm vụ yêu cầu kĩ thụât chỉnh lưu: Nhiệm vụ:Biến điện áp từ xoay chiều sang chiều để: Cung cấp cho nghịch lưu Nạp thường trực cho acquy Yêu cầu kĩ thuật: Điện áp nguồn:220 VAC; tần số:f=50hz Công suất: 35KW Điện áp ra: 220 VAC CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN BỘ ẮC QUY CHO NGUỒN UPS I Giới thiều chung ắc quy Ăc-quy loại bình điện hố học dùng để tích trữ lượng điện làm nguồn điện cung cấp cho thiết bị điện động điện, bóng đèn, làm nguồn ni cho linh kiện điện tử.v.v… Các tính ăcquy: Sức điện động lớn ,ít thay đổi phóng nạp điện .Sự tự fóng điện bé .Năng lượng điện nạp vào bé lượng điện mà ăcquy phóng Điện trở ăc-quy nhỏ Nó bao gồm điện trở cực ,điện trở dung dịch điện fâncó xét đén ngăn cách ngăn cực Thường trị số điện trở ăc-quy nạp điện đầy 0.001Ω đến 0.0015Ω ăcquy phóng điện hồn tồn 0.02Ω đến 0.025Ω Có hai loại ăc-quy là: ăc-quy a-xit (hay ăc-quy chì) ăc-quy kẽm (ăcquy sắt kền hay ăc-quy cadimi-kền) Trong ăc-quy a-xit dùng fổ biến rộng rãi 1.Cấu tạo ăc-quy a-xit: Các fận chủ yếu ăc-quy a-xit gồm: -Các cực dương làm ghép song song với thành chùm cực dương PbO2 Các cực âm làm Pb ghép song song với thành chùm cực âm Bộ chùm cực âm chùm cực dương đặt Đồ án điện tử công suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đoài xen kẽ theo kiểu cài lược ,sao cho cực âm đến cực dương -Lá cách đặt cực âm cực dương để tránh tượng chập mạch điện cực khác dấu n-vỏ bình điện ăc-quy thường làm cao su cứng ( êbonit ) đúc thành hinh hộp ,chịu khí nóng lạnh ,va chạm mạnh chịu a-xit.Dưới đáy bình có đế cao để dắt cực lên ,khi mùn chất hoạt động rụng xuống đọng rãnh đế ,như tránh tượng chập mạch điện cực mùn gây ra.Nắp đậy ăc-quy làm vỏ cao su cứng ,nắp có lỗ để đổ điện dịch vào bình đầu cưc luồn qua Nút đậy để điện dịch khỏi đổ -Cầu nối chì để nối tiếp đầu cực âm ngăn ăc-quy với cực dương ngăn ăc-quy tiếp theo.Quá trình biến đổi lượng ăc-quy : Ăc-quy nguồn có tính chất thuận nghịch ,nó tích trữ giải phóng lượng dạng điện Quá trình ăc-quy cung cấp điện cho mạch ngồi gọi q trình phóng điện ,q trình ăc-quy dự trữ lượng gọi trình nạp điện Ắc-quy a-xit.Loại ăc-quy có cực dương đi-ơ-xít chì ,các cực âm chì, dung dịch điện phân a-xit sunfuaric Phản ứng hoá học biểu diễn q trình chuyển hố lượng ăc-quy : PbO2 + Pb + SOH 42 ( 2OH ) ↔ 2PbSO4 + 2OH a.Quá trình nạp điện cho ăc-quy : Khi đổ dung dịch a-xit sunfuric vào ngăn bình cực sinh lớp mỏng chì sunfat : PbSO4 PbO + → + SOH 42 PbSO4 2OH II Tính toán lựa chọn cho ắc quy Căn vào đầu chỉnh lưu độc lập nguồn dòng điện, ta chọn điện áp đầu vào đặt lên ắcquy Dạng điện áp nghịch lưu độc lập nguồn dòng điện có dạng: Ta có: Đồ án điện tử công suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đoài U= 2 Ed 2 () d 2 Ed =0,47Ed Với U=220V=> Ed=220/0,47=468V Nếu sử dụng nguồn lớn 468V có ưu điểm dòng tiêu thụ nhỏ kích thước chỉnh lưu lớn, cồng kềnh Để khắc phục điều ta sử dụng nguồn áp trung bình Ed=180VDC để cung cấp cho ăcquy chỉnh lưu Sau qua chỉnh lưu sử dụng máy biến áp để nâng điện áp lên 220V xoay chiều phù hợp với tải Ắcquy chọn loại ăcquy 12 Như ta cần mắc 180/12=15 ắc quy mắc nối tiếp Tình tốn dung lương ắc quy Với yêu cầu công suất UPS 35KVA, U=220V ta cần sử dụng máy biến áp Nếu coi hiệu suất máy biến áp 95% hiệu suất phía sơ cấp máy biến áp nghịch lưu là: Sngichluu==36,8 (KVA) Do tổn hao van công suất biến đổi không đáng kể ta coi cơng suất đầu vào đầu nghịch lưu Dòng điện cần thiết để lạp cho ắc quy là: Id==194 (A) Dung lượng định mức: Ah=Id.t=194.=161 (Ah) Thông thường chọn ăcquy phải chọn dung lượng lớn lần dung lượng định mức Vậy để đảm bảo cho ăcquy không bị hỏng ta cần chọn dung lượng ắcquy 322A.h Do ắc quy có nội trở điện áp đầu chỉnh lưu tính sau: Ucl=Ud+Ut Trong đó: Ucl: điện áp đầu chỉnh lưu Ud: điện áp đặt hai đầu ắc quy U d=180VDC Ut: điện áp tổn hao nội trở ắc quy Với loại ăcquy 12V ta tra nội trở ăcquy r=0,09 Ω Vậy nội trở ăcquy là: R=0,09*12=1,08 Ω Điện áp đầu chỉnh lưu là: Ucl=180+194.1,08=389VDC III Phương pháp nạp ăc quy phương thức điều khiển nạp Phương pháp nạp cho ắc quy Có ba phương pháp nạp ắc qui +Phương pháp dòng điện +Phương pháp điện áp +Phương pháp dòng áp Phương pháp nạp ắc qui với dòng điện khơng đổi Đồ án điện tử cơng suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đoài Đây phương pháp nạp cho phép chọn dòng nạp thích hợp với loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui no Đây phương pháp sử dụng xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui nạp sử chữa cho ắc qui bị Sunfat hoá Với phương pháp ắc qui mắc nối tiếp Nhược điểm phương pháp nạp với dòng điện khơng đổi thời gian nạp kéo dài yêu cầu ắc qui đưa vào nạp có dung lượng định mức Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc Phương pháp nạp với điện áp không đổi Phương pháp yêu cầu ắc qui mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện nguồn nạp không đổi Phương pháp nạp với điện áp khơng đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phương pháp ắc qui khơng nạp no Vì nạp với điện áp không đổi phương pháp nạp bổ xung cho ắc qui trình sử dụng Phương pháp nạp dòng áp Đây phương pháp tổng hợp hai phương pháp Nó tận dụng ưu điểm phương pháp Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp hiệu suất nạp ta tiến hành nạp theo hai giai đoạn Giai đoạn 1: nạp với dòng điện khơng đổi dung lượng ắcquy 95% dung lượng định mức Giai đoạn 2: nạp với áp không đổi ắcquy no dừng Kết luận : Vì ắc qui tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động ắc qui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp dòng điện ắc qui tự động dâng nên khơng kiểm sốt làm sơi ắc qui dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng Vì vùng nạp ta phải tìm cách ổn định dòng nạp cho ắc qui Khi dung lượng ắc qui dâng lên đến 90% lúc ta tiếp tục giữ ổn định dòng nạp ắc qui sơi làm cạn nước Do đến giai đoạn ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp Chế độ ổn áp giữ ắc qui thực no Khi điện áp cực cuẩ ắc qui với điện áp nạp lúc dòng nạp tự động giảm khơng, kết thúc q trình nạp Phương pháp điều khiển nạp ăcquy Sơ đồ khối mạch điều khiển nạp ăcquy theo hai giai đoạn Uđặt ĐK BĐ ỏn in t cụng sut - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN I.GIỚI THIỆU CÁC PH ƯƠNG ÁN : Để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều ta dùng biến đổi có điều khiển khơng điều khiển điều khiển không đối xứng.Nhưng với yêu cầu chất lượng độ tin cậy UPS ta có phương án sau: 1.Chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng: U2 U1 Ud T2 T1 Id IT2,3 Id T4 T3 IT1,4 E I1,I2 R L Giá trị trung bình điện áp tải Ud 2U cos Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Tính toán: - Điện áp thứ cấp Máy BAX: U2= UG =1,4V - Dòng điện thứ cấp BAX : I2 =IG =150mA - Chọn tỉ số BAX : k=2 - Điện áp sơ cấp BAX : U1 = k.U2 =2*1,4 =2,8V - Dòng điện sơ cấp BAX là: I1 I 2 * 150 150 2 mA - Thể tích lõi thép cần: V k U 2 I t x U B.H Trong : tx : Độ rơng xung truyền chọn tx =350 s U=0,1V: Độ sụt áp cho phép 0,1-0,2V B, H: Độ biến thiên cường độ từ trường mật độ từ cảm Có hệ số có cuộn thứ cấp *Chọn vật liệu sắt từ 330 ,lõi sắt Ferit có dạng hình tròn làm việc phần đặc tính từ hố B=0,3Tesla H=50A/m Thay số ta có: V k U I t x U 2.1,4.2.0,15.350.10 6.0,1 1,96.10 (m ) 1,96cm B.H 0,3.50 Tra bảng thông số biến áp xung ta chọn: Chọn loại BAX có V=2cm3 có thơng số : Diện tích lõi từ:Q=1 cm2 Diện tích cửa sổ:S=1,5 cm2 a=b=2mm c=0,75cm h=2cm d=1cm Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 2(cm) Chiều dài trung bình mạch từ: L=V/Q= - Số vòng cuộn sơ cấp U t x 2,8.350.10 W1 32 B.Q 0,3.10 vòng c b - Số vòng cuộn thứ cấp là: W2 h a W1 32 16 k vòng - Chọn mật độ dòng điện J1 =J2 =4 A/mm2 - Tiết diện dây sơ cấp : I 150.10 S 1= J 3 d 0,0375mm - Đường kính dây sơ cấp S1 4.0,0375 0,22mm d1= I 150.10 0,0375mm - Tiết diện dây thứ cấp : S1= J - Đường kính dây sơ cấp S1 4.0,0375 0,22mm d1= c.Tính tốn KĐX Ta có dòng qua collector T2 dòng I1=150 mA tra bảng ta có: Chọn Tranzito cơng suất T2 loại H1061 có thơng số sau: + Điện áp colecto bazơ hở mạch Emitơ U CB0 =35 (V) +Dòng điện lớn mà colecto chịu đựng Imax = (A) +Hệ số KĐ = 120 Chọn chế độ làm việc Transistor với =10 Dòng điện làm việc colecto Ic3 = I1= 150 (mA) Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 I c 150 15 Dòng điện làm việc bazơ Ib = 10 (mA) +Tính R27: Ecs U 24 2,8 141,3 I1 0,15 R 27 =>Chọn R27=140 ,công suất tiêu thụ max Pmax =2W Đồng thời dòng bazo T2 dòng I EC T1 =>Chọn T1 loại C828 với thông số kỹ thuật: +Điện áp colecto bazơ hở mạch Emitơ UCB0 =35 (V) +Dòng điện lớn mà colecto chịu đựng I max = 100 (mA) +Hệ số KĐ =120 Chọn chế độ làm việc Transistor với =10 => I c 15 1,5 10 Dòng điện làm việc bazơ Ib = (mA) R32 + Chọn R25 theo điều kiện: 1. 2.Ecs 10.10.24 13333 13,3K s.I max 1,2.0,15 =>chọn R32 =10K +Tính R26 U Bc 0,7 466,7 R26= Ib 0,0015 => Chọn R26 =4k6 10.chọn linh kiện khác: + Tất Diode mạch điều khiển dùng loại 1001 có tham số: Dòng điện định mức Iđm = (A) Điện áp ngược lớn Un = 220 (V) + Ta sử dụng IC ỡA 741 làm khuyếch đại thuật tốn 11.Tính tốn khối nguồn ni Đồ án điện tử cơng suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 7812 D1 C1 D2 C3 +12V C5 0V D4 C2 D3 C4 7912 C6 -12V Ecs=+24V D5 D6 220 VAC C7 D8 D7 Sơ đồ nguồn ni Ngn Nu«i Chức khối nguồn : +Cung cấp nguồn cho khâu đồng pha +Cung cấp nguồn ổn áp cho IC , tạo xung răng,điện áp lấy để làm điện áp so sánh +Cung cấp nguồn công suất cho biến áp xung hoạt động a.Chọn linh kiện : - Để ổn áp nguồn cho IC ta chọn vi mạch ổn áp LM7812 LM7912 có thông số: Uvào = 7-35 V LM7812 Ura=12V LM7912 Ura= -12 V Ira = 0-1 A Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Các tụ lọc phẳng đầu vào:C1,C2,C7:chọn tụ hố có thơng số 1000 µF/50V Các tụ lọc phẳng đầu ra:C3,C4:chọn tụ hố có thơng số 1000 µF/25V Các tụ lọc nhiễu:C5,C6 chọn tụ gốm có thơng số:1 µF Các diode chọn loại thơng dụng:1001 có :U=200v;I=1(A) b.Tính biến áp nguồn: Cơng suất cấp cho khối nhỏ ,thông thường ta chọn thông số biến áp khối sau: Khâu ổn áp:U _ =34V;I _ =0,5A >Công suất khâu ổn áp là:S _ =U _ I _ =34.0,5=17(VA) Khâu nguồn công suất :U _ =24V;I _ =1A >Công suất nguồn ổn áp là:S _ =U _ I _ =24.1=24(VA) Khâu đồng pha:U _ =12V;I _ =0,1A >Công suất nguồn đồng pha là:S _ =2.U _ I _ =2.12.0,1=2,4(VA) > Tổng công suất ba khâu là: S= S _ +S _ + S _ =17+24+2,4=43,4 (VA) Tra bảng ứng với công suất chuẩn 48W,tơn dày 0,35mm.Ta kích thước lõi thép là: Trong a= 20mm h= 50mm a/2 a H h c c c=20mm L=80mm B H=70mm L B=25mm Q= 4,45cm Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Số von/vòng là: 4 N=4,44.B.f.Q=4,44.1.50.4,45.10 =0,1(von/vòng) Với : +B:Mật độ từ thơng +Qfe:Diện tích tiết diện lõi sắt +f : tần số lưới Số vòng cuộn thứ cấp Ư2-1 : U _1 W _1 = N 34 340 0,1 (vòng) Chọn mật độ dòng điện thứ cấp J=2A/mm Thiết diện dây thứ cấp là: I _1 Q _1 = J 0,5 0,25mm 2 Đường kính dây là: d 4Q * 0.25 0,56(mm) II 3.14 Số vòng cuộn thứ cấp W2-2 U2_2 W 2_2 = N 24 240 0,1 (vòng) Chọn mật độ dòng điện thứ cấp J=2A/mm Thiết diện dây thứ cấp là: I _1 0,5mm 2 Q 2_2 = J Đường kính dây: d 4Q * 0,8(mm) II 3.14 Số vòng cuộn thứ W _ : U2_3 W 2_3 = N 12 120 0,1 (vòng) =>cuộn thứ cấp W _ là: 120-0-120 (vòng) Chọn mật độ dòng điện thứ cấp J=2A/mm Thiết diện dây thứ cấp là: I2_3 Q 2_3 = J 0,1 0,05mm 2 Đường kính dây: d 4Q * 0.05 0,25(mm) II 3.14 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: I1 S 43,4 0,2( A) U 220 U 220 2200 0,1 Số vòng cuộn sơ cấp biến áp :W1= N (vòng) CHƯƠNG V: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MẠCH LỰC I.Tính tốn máy biến áp lực: - Chọn sơ đồ Máy biến áp pha làm mát tự nhiên khơng khí,mạch từ hình chữ E Điện áp sơ cấp MBA: U 220(V ) Điện áp thứ cấp MBA Phương trình cân điện áp có tải: (1 cos ) 2 *U U d 2U v U BA Trong đó: =5 góc dự trữ có suy giảm điện áp lưới U 2V sụt áp thyristor U BA : sụt áp điện trở dây kháng MBA Chọn sơ bộ: U ba 10%U d 0,1 * 220 22(V ) Từ phương trình suy ra: U2 U d 2U V U ba 220 * 22 274(V ) 0,45 * (1 cos ) 0,45 * (1 0.9962) U 274 1,25 U 220 Hệ số biến áp: kba= Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:I2=1,11*Id Sđm=Ud.Id => Id ===159(A) =>I 2=1,11*159=176(A) Công suất máy biến áp: Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Sba=1,23*Pd=1,23*35 =43,05 (KVA) Tiết diện sơ trụ: Q Fe K Q Sba m*f K Q : hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, lấy K Q =6 h m: số trụ biến áp (ba pha:m=3 ; pha: m=1 ) f: tần số nguồn điện xoay chiều, f=50 Hz Thay số: a ==6*=176 ( b Để đảm bảo cho kích thước máy biến áp phù hợp đảm bảo yêu cầu công nghệ người ta thường chọn chiều dài a chiều dày b cho dựa vào tiết diện trụ a.b = 176 ( cm2) ta chọn a =11,8 ( cm); b =14,9 ( cm ) 8.Chọn loại thép 381, thép có độ dày 0.35 mm Chọn sơ mật độ từ cảm trụ B T =1(T) 9.Đường kính quy tròn trụ: d===14,9 (cm) 10.Chọn tỉ số m=h/d=2,1(thường m=2:2,5) => h=2,1*14,9=31,29(cm) 11.Tính số vơn/vòng 4 X=4,44 B*QFe*f*10-4 = 4.44*1*50*176*10 =3,9 vơn/vòng Với : +B:Mật độ từ thơng +Qfe:Diện tích tiết diện lõi sắt +f : tần số lưới Số vòng dây sơ cấp máy biến áp: ===56 (vòng) Số vòng dây pha thứ cấp máy biến áp: ===63 (vòng) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA I1 = Kba.I2.176 = 219(A) Q Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp J1 J 3( A / mm ) 10 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp S1 == = 73 (m) Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thủy tinh cấp cách điện B (1300C) Kích thước kể cách điện S1cđ =2mm 11 Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp S2 ===44 (m) Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thủy tinh cấp cách điện B (1300C) III.Tính chọn van bảo vệ van: 1.Tính chọn van: Chế độ làm việc van khắc nhiệt, nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt độ van tăng lên công suất tổn hao van gây Khi nhiệt độ van cao nhiệt độ môI trường xung quanh nhiệt lượng truyền vào môI trường Nếu nhiệt độ van vượt giới hạn cho phép phá hủy van, làm mát cho van vấn đề quan trọng Thông thường van gắn lên cánh tản nhiệt với thông số phù hợp Có biện pháp làm mát thường gặp : + Làm mát tự nhiên : dựa vào đối lưu khơng khí xung quanh van, hiệu suất làm việc van thấp khoảng 25% + Làm mát gió cưỡng : tạo luồng khơng khí với tốc độ lớn qua van để đẩy nhanh qúa trình truyền nhiệt van vào khơng khí, hiệu suất làm việc van 35% + Làm mát nước : van gắn thêm đồng rỗng cho nước chảy qua Đây biện pháp làm mát hiệu hiệu suất làm việc van đạt đến 90%, hệ thống làm mát phức tạp phù hợp với u cầu cơng suất lớn có nguồn nước vị trí lắp đặt thiết bị Ta có: Id IT= ==79,5(A) Chọn chế độ làm mát thơng gió tự nhiên nên H=25% IT thực==318(A) Chọn hệ số an toàn là:Ki=2 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Vậy dòng qua van cần chọn là:Iđm=IT thực*Ki=318*2=636(A) Điện áp ngược đặt lên van:Ung= U2=1,41*274=387(V) Chọn hệ số an toàn là:Ku=1.5 Vậy điện áp ngược lớn mà van phảI chịu là:387*1.5=580(V).Từ thông số tra bảng chọn van ta chọn : Thysistor loại T800 Mỹ sản xuất có thơng số sau : Dòng điện định mức van : Iđm =800 (A) Dòng điện xung điều khiển : IG =400 (A) Điện áp xung điều khiển UG =7 (V) : Sụt áp lớn Thyristor trạng thái dẫn : U = 2,1 (V) Tốc độ biến thiên điện áp dU : dt =4-6 (V/s) Tốc độ biến thiên dòng điện dI : dt =1-4 (A/s) Bảo vệ van : Thyristor nhạy cảm với điện áp lớn so với điện áp định mức tốc độ biến thiên điện áp lớn dẫn tới hỏng van Để bảo vệ van người ta thường dung mạch trợ giúp RC *Người ta chia làm loại nguyên nhân gây điện áp: - Ngun nhân nội tại: Đó tích tụ điện tích lớp bán dẫn Khi khố tiristor điện áp ngược, điện tích nói đổi ngược lại hàng trình tạo dòng điện khoảng thời gian ngắn Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm Do anot catot tiristor xuất điện áp - Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân thường xảy ngẫu nhiên cắt không tải máy biến áp đường dây, có sấm sét Mạch trợ giúp dùng để Giảm bớt triệt tiêu q dòng q áp Giảm tổn hao cơng suất đóng cắt Đồ án điện tử cơng suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Truyền lượng phát nhiệt sang hướng khác có lợi Có loại mạch trợ giúp RC: - Mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ điện áp tích tụ điện tích chuyển mạch gây nên - Mạch RC đấu pha thứ cấp MBA để bảo vệ điện áp cắt không tải MBA gây nên *Các bước tính tốn( Tham khảo sách ĐTCS tác giả Nguyễn Bính) +Gọi Uđmp ,Uimp giá trị cực đại cho phép điện áp thuận ngược đặt lên van cách có chu kì +Gọi Uđmnp ,Uimnp giá trị cực đại cho phép điện áp thuận ngược đặt lên van cách khơng có chu kì - Xác định hệ số điện áp theo công thức: k U im p b.U im - Xác định thông số trung gian: R*,C* C*min(k) , R*max(k), R*min(k) - Tính di/dtmax chuyển mạch - Xác định điện lượng tích tụ Q=C*min f(di/dt), sử dụng đường cong tra sổ tay tra cứu R*max R*min 0.5 0.3 Đồ thị chọn R*, C* 0.2 0.1 1.5 2.5 k Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Tính thơng số trung gian C = C*min R*min LU im LU im 2Q R R* 2Q max Trong L điện cảm mạch RLC C 0,25F Cuối ta chọn R 80 IV.Chọn aptomat,ampe kế ,rơle bảo vệ : 1.Aptomat - Có chức đóng cắt mạch động lực đóng, mở sửa chữa đồng thời tự động bảo vệ tải ngắn mạch đầu Chỉnh Lưu , ngắn mạch thứ cấp Máy biến áp - Chọn AP loại xoay chiều pha có: Iđm = 1,1.Ild =1.1*I1= 1.1*37,7=41,47(A) Chọn Iđm =50A Uđm =600 VAC Dòng ngắn mạch Inm= 10*Iđm = 10*50=500(A) Dòng tải : Iquá tải = 1,1.Iđm =55A Chọn Iquá tải =60A 2.Biến dòng, Ampe kế , rơle dòng điện,vơn kế: a.Biến dòng Dùng để đo lường đưa mạch đo , đo giá trị dòng điện hiệu dụng thứ cấp Máy biến áp đưa vào cuộn dây rơle dòng điện Chọn biến dòng loại 60/5A cơng suất 10(VA) b.Ampe kế : Chọn loại có thang đo 5A c.Rơle dòng điện cực đại Đồ án điện tử cơng suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Dùng để bảo vệ dòng cho mạch Chỉnh Lưu Chọn rơle thường dùng PT81 d.Vôn kế : chọn loai có thang đo 250V Tài liệu tham khảo Giáo trình : Điện tử cơng suất Tác giả : Nguyễn Bính Nhà xuất bản:Khoa học kĩ Thuật Năm xuất bản:1998 2.Giáo trình :Điện tử cơng st Tác giả:Võ minh Chính (chủ biên)-Phạm quốc HảiTrần trọng Minh Nhà xuất bản:Khoa học kĩ thuật Năm xuất bản:2004 T ài liệu : Hướng dẫn thiết kế đồ án điện tử công suất Tác giả:Phạm Quốc Hải ĐHBKHN- Bộ môn tự động hố XNCN Giỏo trình : Máy Điện Tác giả:Vũ gia Hanh-Trần Khánh Hà-Phan Tử Thụ Nguyễn văn Sáu Nhà xuất bản:Khoa học kĩ thuật Năm xuất bản:2005 4.tài liệu :Nghiên cứu nguồn liên tục UPS Thư viện ĐHBKHN:luận án thạc sỹ Tác giả :Thân văn Thông Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Kết luận : Trong học kì vừa qua nhờ bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Văn Đoài thầy mơn em hồn thành đồ án :thiết kế chỉnh lưu nguồn liên tục UPS.Bản thiết kế đáp ứng đầy đủ yêu cầu đồ án giao Bản thiết kế mơ máy tính PC phần mềm chun dụng kết mơ hồn tồn với tính tốn,và thoả mãn thơng số yêu cầu đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn : Nguyễn Văn Đồi bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án này,hơn em hiểu thêm nhiều kiến thức lí thuyết lẫn thực tế Trong q trình tính tốn thiết kế thân em cố gắng tầm hiểu biết thực tế lí thuyết có hạn khơng thể tránh khỏi thiếu sót,.Em mong nhận góp ý bảo tận tình thầy môn ! Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 .. .Đồ án điện tử công suất SVTH Nguyễn Hữu Tuấn GVHD Nguyễn Văn Đồi Lời nói đầu Ngày nhà máy công nghiệp đại ,các thiết bị điện tử công suất ngày sử dụng nhiều.Việc thay phần tử động có... Uđặt ĐK BĐ Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN I.GIỚI THIỆU CÁC PH ƯƠNG ÁN : Để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều... tắc điều khiển thẳng đứng arccos Đồ án điện tử công suất - Nguyễn Hữu Tuấn ĐHKT Điện – Điện tử k56 Theo nguyên tắc có điện áp: - Điện áp đồng Urc vượt trước điện áp Anod-Catod Tiristor góc /2