DAMH thiet bi dieu khien.doc

DAMH thiet bi dieu khien

Giới thiệu kháI quát về máy phát điện đồng bộ xoay chiều& về hệ thống kích từ

I Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay chiều: I-1 Định nghĩa:

Máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng tốc độ quay của từ trờng n1 gọi là máy phát điện đồng bộ ở chế độ xác lập máy phát điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi.

I-2 Cấu tạo máy phát điện đồng bộ

Cấu tạo máy phát điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính là xtato và rôto Trên hình I-1 vẽ mặt cắt ngang trục máy

Trong đó 1: lá thép xtato; 2: dây quấn xtato; 3: lá thép rôto; 4: dây quấn rôto.

Xtato và Roto của máy đồng bộ cực ẩn.

Rôto của máy phát điện đồng bộ cực từ cực lồi.

I-3 Nguyên lí làm việc của máy phát điện đồng bộ

Cho dòng điện kích từ (dòng điện một chiều) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trờng rôto Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trờng của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng xtato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:

Eo = 4,44fW1kgqΦo

Trong đó: Eo , w1, kdq, Φo : Sức điện động pha, số vòng dây một pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ roto

Nếu rôto có p đôi cực, khi rôto quay đợc một vòng, sđđ phần ứng sẽ biến thiên p chu kỳ Do đó nếu tốc độ quay của rôto là n (v/s), tần số f của sđđ sẽ là:

f = p.n

Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau trong không gian một góc 1200

điện, cho nên sđđ các pha lệch nhau góc pha 1200.

Khi dây quấn stato nối với tải, trong các sẽ có dòng điện ba pha Giống nh ở máy phát điện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên từ trờng quay, với tốc độ là n1 = 60f/p, đúng bằng tốc độ n của rôto Do đó kiểu máy điện này là máy điện đồng bộ

I-4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ

Khi máy phát điện làm việc, từ trờng của cực từ rôto Φ0 cắt dây quấn stato cảm ứng ra sđđ E0 chậm pha so với từ thông Φ0 góc 900 (hình A-4a) Dây quấn stato nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải Dòng điện I trong dây quấn stato tạo nên từ trờng quay gọi là từ trờng phần ứng Φ quay đồng bộ với từ trờng của cực từ Φ0 Góc lệch pha giữa E0 và I do tính chất của tải quyết định.

Hình I-4a:pha ψ = 0, E0 và I cùng pha Dòng điện I sinh ra từ trờng phần ứng Φ cùng pha với dòng điện Tác dụng của từ trờng phần ứng Φ lên từ trờng cực từ Φ0 theo hớng ngang trục, làm méo từ trờng cực từ, ta gọi phản ứng phần

Trờng hợp tải thuần cảm(hình I-4b) góc lệch pha ψ = 90 , dòng điện I sinh ra từ trờng phần ứng Φ ngợc chiều với Φ0 ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trờng tổng.

Trờng hợp tải thuần dung ψ = -900(hìnhI-4c) dòng điện sinh ra từ trờng phần ứng Φ, cùng chiều với Φ0, ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng làmg tăng từ trờng tổng Trờng hợp tải bất kỳ (hìnhI-4d) ta phân tích dòng điện I làm 2 thành phần : thành phần dọc trục Id = Isinψ và thành phần ngang trục Iq = Icosψ, dòng điện I sinh ra từ trờng phần ứng vừa có tính chất ngang trục vừa có tính chất dọc trục trợ từ hoặc khử từ tuỳ theotính chất của tải có tính chất điện cảm hoặc có tính chất điện dung

I-5 Phơng trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi

Khi máy phát điện làm việc, từ trờng cực từ Φ0 sinh ra sđđ E0 ở dây quấn stato.Khi có tải sẽ có dòng điện I và điện áp U trên tải.

Ta có phơng trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi: U = E0 - jidXd - jidXt - jidXq - jiqXt

= E0 – jid(Xd + Xt) – jiq(Xq + Xt) Gọi Xq + Xt = Xd là điện kháng đồng bộ dọc trục.

Xq + Xt = Xq là điện kháng đồng bộ ngang trục, ta có thể viết gọn lại;

Đối với máyphát cực ẩn là trờng hợp đặc biệt của cực lồi Xđb = Xđ = Xq

gọi là điện kháng đồng bộ Xđb thì phơng trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ cực ẩn có thể viết :

đồ thị vectơ của nó đợc vẽ trên hình I-5b

I-6 Công suất điện từ của máy phát điện đồng bộ cực lồi

I-6-1 Công suất tác dụng:

Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải là:

Ta nhận thấy công suất điện từ gồm hai thành phần(hìnhI-6)

Thành phần sinθ X

0 do dòng điệnkích từ tạo nên tỷ lệ với sinθ Đó là thành phần công suất chủ yếu của máy phát.

, không phụ thuộc vào dòng điệnkích từ và chỉ xuất hiện khi xd ≠ xq Đối với máy cực ẩn Xd = Xq thành phần này bằng không

Đặc tính P = f(θ) gọi là đặc tính góc công suất Máy phát làm việc ổn định khi θ trong khoảng 0 ữπ/2; khi tải định mức θ = 200 ữ 300.

Điều chỉnh công suất tác dụng Máy phát biến đổi cơ năng thành điện năng, vì thế muốn điều chỉnh công suất tác dụng P, phải điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuabin hơi hoặc tuabin khí v.v )

Khi Q < 0 (E0cosθ <U) nghĩa là máy không phát công suất phản kháng, mà nhận công suất phản kháng của lới điện để tạo ra từ trờng, máy thiếu kích từ.

Khi Q > 0 (E0cosθ > U) máy phát công suất phản kháng cung cấp cho tải, máy quá kích từ Nhìn các công thức trên, muốn thay đổi công suất phản kháng, phải thay đổi E0, nghĩa là phải điều chỉnh dòng điện kích từ Muốn tăng công suất phản kháng phát ra, phải tăng kích từ

I-7 Đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh

I-7-1 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ:

Đặc tính ngoài của máy phát điện là quan hệ điện áp U trên cực máy phát và dòng điện tải I khi tính chất tải không đổi (cosϕt = const) tần số và dòng điện kích từ máy phát không đổi Từ phơng trình cân bằng điện áp (I-5), ta vẽ đồ thị vectơ máy phát ứng với các loại tải khác nhau Ta thấy khi tải tăng, đối với tải cảm và trở, điện áp giảm (tải cảm điện áp giảm nhiều hơn), đối với tải dung điện áp tăng Bằng đồ thị ta thấy rằng, điện áp máy phát phụ thuộc vào dòng điện và đặc tính của tải.

Hình I-7a vẽ đặc tính ngoài của máy phát khi Ikt = const(E0 = const) và cosϕt không đổi, ứng với các hệ số công suất khác nhau Khi tải có tính chất cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm từ thông tổng giảm do đó đặc tính ngoài dốc hơn tải điện trở Để giữ điện áp U bằng định mức, phải thay đổi E0 bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ vẽ trên hình I-7b.

Độ biến thiên điện áp đầu cực của máy phát khi làm việc định mức so với khi không tải xác định nh sau: quan hệ giữa dòng điện kích từ và dòng điện tải khi:

U = Uđm = const Hình I-7.c vẽ đặc tính điều chỉnh của máy phát đồng bộ với các hệ số công suất khác nhau.

Đờng đặc tính điều chỉnh cho biết hớng điều chỉnh ikt của máy phát đồng bộ để giữ điện áp U ở đầu máy phát không đổi Ví dụ, tải cảm khi I tăng, tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng tăng dẫn đến U giảm Để giữ cho U = const phải tăng ikt Ngợc lại ở tải có tính dung khi I tăng muốn U = const ta phải giảm ikt

I-7-3 Đặc tính tải

Đặc tính tải là quan hệ giữa điện áp đầu cực máy phát với dòng kích từ khi dòng điện tải I = const, cosϕ=const và f = fđm Với các trị số khác nhau của I và cosϕ sẽ có các đặc tính tải khác nhau

Hình I-8 trình bày các đờng đặc tính tải ứng với các giá trị của dòng tải I của máy phát đồng bộ.

II Hệ thống kích từ máy phát II-1 Khái niệm chung

Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho các cuộn dây kích thích của máy phát điện đồng bộ Dòng kích thích phải có khả năng điều chỉnh đợc để đảm bảo chế độ làm việc luôn ổn định, kinh tế của máy phát điện với chất lợng điện năng cao.

Trong chế độ làm việc bình thờng, điều chỉnh dòng kích từ sẽ điều chỉnh đợc điện áp đầu cực máy phát, và thay đổi lợng công suất phản kháng phát vào

Ufđm - điện áp kích từ định mức

II-2 Phân loại và đặc điểm của một số hệ thống kích từ

Hệ thống kích từ có thể chia làm bốn nhóm chính:

• Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

• Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lu

• Hệ thống kích từ dùng điện xoay chiều và chỉnh lu có điều khiển.

• Hệ thống kích từ dùng băm áp một chiều.

II-2.1 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

Trên hình II-2 là sơ đồ hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều Để điều chỉnh dòng kích từ If ta thay đổi dòng điện kích từ trong các cuộn kích từ của máy phát điện một chiều Biến trở Rđc cho phép điều chỉnh bằng tay dòng điện trong cuộn dây kích từ chính C1 Khi TĐK làm việc, dòng điện trong các cuộn C2 và C3 đợc điều chỉnh tự động Ví dụ dòng trong cuộn C2 điều chỉnh ứng với chế độ làm việc bình thờng, C2 ứng với chế độ kích thích cỡng bức Năng l-ợng và tín hiệu điều chỉnh cung cấp cho TĐK đợc nhận qua máy biến dòng và máy biến áp phía đầu cực của máy phát ( có khi lấy từ phía cao áp của máy biến áp tăng ).

Hình II-2 Sơ đồ hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều

tới thiết bị đo lư

Máy phát điện một chiều trong hệ thống kích từ cũng có thể đợc kích thích độc lập Khi đó một máy phát điện xoay chiều nhỏ hơn sẽ đợc dùng làm nguồn cung cấp cho cuộn dây C1 của máy phát điện kích thích chính.

Các phơng pháp quay máy điện kích thích.

Nhợc điểm chung của hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều là hằng số thời gian Te lớn ( 0,3 ữ 0,6 ) giây và giới hạn điều chỉnh không cao (Ufgh

≤ 2 ) Ngoài ra do có vành góp và chổi điện công suất chế tạo bị hạn chế

II-2.2 Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều và chỉnh lu

Hệ thống kích từ dạng này có hai loại chính: Dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao và máy phát điện xoay chiều không vành trợt.

Ưu điểm của máy phát điện xoay chiều tần số cao, dòng điện một chiều sau khi qua chỉnh lu có chất lợng ổn định ( độ bằng phẳng cao ), thiết bị có kích

a ) Máy phát điện kích thích nối cùng trục với máy phát điện chính.b ) Máy phát điện kích thích quay bởi động cơ sử dụng điện áp lưới.c ) MPĐ kích thích quay bởi động cơ sử dụng năng lượng từ MPĐ công suất nhỏ.

BA

thớc nhỏ, ngoài ra thiết bị làm việc với tần số cao còn có khả năng chống đợc nhiễu công nghiệp.

Máy phát điện xoay chiều tần số cao đợc chế tạo theo kiểu cảm ứng Rôto không có cuộn dây, cuộn dây kích từ đợc đặt ở phần tĩnh Từ thông thay đổi là nhờ vào kết cấu răng rãnh của rôto.

Dòng điện này qua bộ chỉnh lu ba pha CL biến đổi thành dòng một chiều Hình II-4 trình bày sơ đồ hệ thống kích từ dùng MPĐ xoay chiều tần số cao và chỉnh lu

Cuộn kích từ chính C1 của máy phát điện ( MPĐ ) kích thích thờng đợc nối nối tiếp với cuộn kích từ Cf của máy phát Các cuộn kích từ phụ C2 và C3 đợc cung cấp và điều chỉnh qua thiết bị TĐK với năng lợng nhận từ phía đầu cực của MPĐ đồng bộ ( qua BU và BI ) Dùng MPĐ xoay chiều tần số cao làm nguồn cung cấp, hệ thống kích từ có thể chế tạo đợc với công suất khá lớn và có thể áp dụng cho các máy phát điện đồng bộ có công suất từ (100–300)MW Hạn chế công suất trong trờng hợp này chủ yếu vẫn do tồn tại vành trợt và chổi điện Ph-ơng pháp này còn có nhợc điểm là hằng số thời gian Te lớn và Ufgh nhỏ

Để tăng công suất kích từ lên nữa ngời ta áp dụng hệ thống kích từ không vành trợt ( hình B-5 )

Hệ thống kích từ này sử dụng một máy phát điện xoay chiều ba pha quay cùng trục với MPĐ chính làm nguồn cung cấp cho cuộn kích từ MPĐ đồng bộ chính Máy phát điện xoay chiều cho kích từ có kết cấu đặc biệt: Cuộn kích từ đặt ở stato, cuộn dây ba pha đặt ở rôto Dòng điện xoay chiều ba pha tạo ra từ máy từ máy kích thích đợc chỉnh lu thành dòng điện một chiều nhờ một bộ chỉnh lu công suất lớn gắn ngay trên trục rôto của máy phát Nhờ vậy, cuộn dây

kích từ của máy phát điện chính Cf nhận ngay đợc dòng điện một chiều mà không cần vành trợt và chổi điện Để cung cấp nguồn cho cuộn dây kích từ của máy phát kích thích (đặt ở stato ) dùng bộ chỉnh lu có điều khiển, nguồn cung cấp cho nó có thể lấy từ một máy phát xoay chiều tần số cao hoặc từ nguồn điện xoay chiều bất kỳ.

Tác động của TĐK đợc đặt trực tiếp vào cửa điều khiển của bộ chỉnh lu cấp điện cho cuộn kích từ của máy phát kích, làm thay đổi dòng kích từ tơng ứng với mục đích điều chỉnh.

Ưu điểm của phơng pháp này là nâng cao đợc công suất chế tạo của máy phát điện vì không có chổi than và vành trợt Hằng số thời gian kích từ Te khá nhỏ khoảng ( 0,1 – 0,15 )giây, điện áp kích thích giới hạn Ufgh tơng đối lớn Tuy nhiên nó có nhợc điểm là chế tạo phức tạp, giá thành thiết bị đắt tiền.

II-2.3 Hệ thống kích từ dùng chỉnh lu có điều khiển

Giảm thật nhỏ hằng số thời gian kích từ Te là một yêu cầu kỹ thuật quan trọng xuất phát từ các bài toán đảm bảo độ ổn định và chất lợng điện năng Hằng số thời gian Te đợc xác định là hằng số thời gian tơng đơng của tất cả các khâu, từ tín hiệu ra của bộ TĐK đến điện áp kích từ Uf của máy phát đồng bộ và thờng khá lớn do quán tính điện từ của máy phát kích thích Vậy nếu tác động của TĐK trực tiếp vào điện áp kích thích Uf thì hằng số thời gian Te sẽ giảm đi nhiều Vấn đề này đã đợc giải quyết khi xuất hiện các loại chỉnh lu điều khiển công suất lớn (sử dụng Tiristor ) Sơ đồ hệ thống kích từ trở nên đơn giản

( hình II-6 ) Năng lợng cung cấp cho cuộn dây kích thích của MPĐ đồng bộ có thể từ một máy phát điện xoay chiều ba pha có tần số từ ( 50 – 500 )Hz, hoặc từ lới điện từ dùng

Trong mạch chỉnh lu có điều khiển, ngoài điều kiện thuận chiều của điện áp trên chỉnh lu, còn đòi hỏi một tín hiệu ( dòng điện ) xuất hiện trên cực điều khiển thì bộ chỉnh lu mới cho phép dẫn dòng qua Thờng ngời ta áp dụng chỉnh lu ba pha có điều khiển trong các hệ thống kích từ Tốc độ điều chỉnh của hệ thống này nhanh, có thể coi nh tác động tức thời vào điện áp kích từ Hằng số thời gian chỉ còn khoảng Te = ( 0,02 – 0,04 )giây.

Do u điểm của hệ thống kích từ loại này, chúng đợc áp dụng trong các máy phát điện công suất trung bình và lớn có yêu cầu cao về chất lợng điều

Sơ đồ mạch động lực băm áp một chiều.

Sơ đồ điện áp & dòng điện đối với tải cảm.

Khi ta điều chỉnh góc mở của Tiristor (θ) và điều chỉnh thời gian chu kỳ (T) ta điện chỉnh đợc dòng điện tảI thay đổi dòng điện này cung cấp cho cuộn kích từ của máy phát.

Đặc điểm:

Đây là sơ đồ mới có độ điều chỉnh của hệ thống nhanh, có thể coi nh tác động tức thời vào điện áp kích từ Bên cạnh đó sự đóng các van còn gặp nhiều khó khăn, mạch điều khiển phức tạp do đó cha đợc sử dụng rộng rãi.

Chọn sơ đồ mạch động lực. I-1.Tóm tắt lý thuyết

Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lu với mục đích biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều Các loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh lu không điều khiển và chỉnh lu có điêu khiển Với mục đích giảm công suất vô công, ngời ta thờng mắc song song ngợc với tải một chiều một diod (loại sơ đồ này đợc gọi là sơ đồ có diod ngợc) Trong các sơ đồ chỉnh lu có diod ngợc, khi có và không có điều khiển, năng lợng đợc truyền từ

phía lới xoay chiều sang một chiều, nghĩa là các loại chỉnh lu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lu Các bộ chỉnh lu có điều khiển, không diod ngợc có thể trao đổi năng lợng theo cả hai chiều

Khi năng lợng truyền từ lới xoay chiều sang tải một chiều, bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lu, khi năng lợng truyền theo chiều ngợc lại (nghĩa là từ phía tải một chiều về lới xoay chiều) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lu trả năng lợng về lới

Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh lu thành một hay ba pha Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lu là: dòng điện và điện áp tải; dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ Dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp biến áp có thể là một chiều, hay xoay chiều, có thể phân loại thành sơ đồ có dòng điện biến áp một chiều hay xoay chiều Số lần đập mạch trong một chu kỳ là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh lu với tần số điện áp xoay chiều.

Theo hình dạng các sơ đồ chỉnh lu, với chuyển mạch tự nhiên, nguồn cấp xoay chiều ba pha chúng ta có thể phân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau:

II-1 Chỉnh lu tia ba pha.

Hình 2.1 Chỉnh lu tia ba pha

a Sơ đồ động lực; b- Giản đồ đờng các cong khi góc mở α = 300 tải thuần trở; c- Giản đồ các đờng cong khi α = 600 các đờng cong gián đoạn.

Khi biến áp có ba pha đấu sao ( Υ ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van nh hình 2.1.a, các catod đấu chung cho ta điện áp dơng của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 1200

theo các đờng cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dơng hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 1200 ) Từ đó thấy rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dơng hơn hai pha kia.

Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào dơng hơn van đó mới đợc kích mở Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau đợc coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn Các Tiristior chỉ đợc mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (nh vậy trong chỉnh lu ba pha, góc mở nhỏ nhất α = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300).

Theo hình 2.1.b,c tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, nh vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục ( đờng cong I1,I1,I3 trên hình 2.1.b), còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn Tuy nhiên trong cả hai trờng hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng 1/3.Id Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng van khoá dòng điện van bằng 0 Điện áp của van phải chịu bằng điện dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn Ví dụ trong khoảng t2 ữ t3 van T1 khoá còn T2 dẫn do đó van T1 phải chịu một điện áp dây UAB, đến khoảng t3 ữ t4 các van T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp dây UAC

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc góc mở của các Tiristor Nếu góc mở Tiristor nhỏ hơn α ≤ 300, các đờng cong Ud, Id liên tục, khi góc mở lớn hơn α > 300 điện áp và dòng điện tải gián đoạn (đờng cong Ud, Id trên hình 2.1c).

Hình 2.2 Đờng cong điện áp tải khi góc mở α = 600

với a.- tải thuần trở, b.- tải điện cảm.

Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các đờng cong liên tục, nhờ năng lợng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu, nh đờng cong nét đậm trên hình 2.2b (tơng tự nh vậy là đ-ờng cong Ud trên hình 2.1b) Trên hình 2.2 mô tả một ví dụ so sánh các đđ-ờng cong điện áp tải khi góc mở α= 600 tải thuần trở hình 2.2 a và tải điện cảm hình 2.2 b

Trị số điện áp trung bình của tải sẽ đợc tính nh công thức (2-1) nếu điện áp tải liên tục, khi điện áp tải gián đoạn (điển hình khi tải thuần trở và góc mở lớn) điện áp tải đợc tính:

Trong đó; Udo = 1,17.U2f điện áp chỉnh lu tia ba pha khi van la diod U2f - điện áp pha thứ cấp biến áp

So với chỉnh lu một pha, thì chỉnh lu tia ba pha có chất lợng điện một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng hợp này cũng tơng đối đơn giản Với việc dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, nhờ có biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn , nếu ở đây biến áp đợc chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn lớn hơn nhiều Khi chế tạo biến áp

động lực các cuộn dây thứ cấp phải đợc đấu Υ với dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ hình 2.1 a thì dây trung tính chịu dòng điện tải.

II-2 Chỉnh lu tia sáu pha

Hình 2.3 Chỉnh lu tia sáu pha a.- Sơ đồ động lực; b.- đờng cong điện áp tải.

Sơ đồ chỉnh lu tia ba pha ở trên có chất lợng điện áp tải cha thật tốt lắm Khi cần chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lu tia sáu pha Sơ đồ động lực mô tả trên hình 2.3a.

Sơ đồ chỉnh lu tia sáu pha đợc cấu tạo bởi sáu van bán dẫn nối tới biến áp ba pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn giống nhau và ngợc pha Điện áp các pha dịch nhau một góc là 600 nh mô tả trên hình 2.3b Dạng sóng điện áp tải ở đây là phần dơng hơn của các điện áp pha với đập mạch bậc sáu Với dạng sóng điện áp nh trên, ta thấy chất lợng điện áp một chiều đợc coi là tốt nhất.

Theo dạng sóng điện áp ra (phần nét đậm trên giản đồ hình 2.3b) chúng ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ So với các sơ đồ khác, thì ở chỉnh lu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất Do đó sơ đồ chỉnh lu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn Trong trờng hợp đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn.

II-3 Chỉnh lu cầu ba pha.

Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng.

Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 2.4a có thể coi nh hai sơ đồ chỉnh lu tia ba pha mắc ngợc chiều nhau, ba Tiristor T1,T3,T5 tạo thành một chỉnh lu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn T2,T4,T6 là một chỉnh lu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lu này ghép lại thành cầu ba pha.

Theo hoạt động của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)) Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình 2.4b cần mở Tiristor T1 của pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristor T4 của pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tơng tự Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha

Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ đợc chạy từ pha có điện áp dơng hơn về pha có điện áp âm hơn Ví dụ trong khoảng t1 ữ t2 pha A có điện áp dơng hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng điện dợc chạy từ A về B

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1 ữ t3 nh trên hình 1.11b Tiristor T1 nhóm anod dẫn, nhng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 ữ t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ữ t3.

Hình 2.4 Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng

a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đờng cong cơ bản, c, d - điện áp tải khi góc mở α= 600 α= 900

Điện áp ngợc các van phải chịu ở chỉnh lu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 (đờng cong cuối cùng của hình 1.11b) trong khoảng t1 ữ t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3 ữ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngợc UBA, đến khoảng t5 ữ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngợc UCA.

Khi điện áp tải liên tục, nh đờng cong Ud trên hình 2.4b trị số điện áp tải đợc tính theo công thức (2.1).

Khi góc mở các Tiristor lớn lên tới góc α > 600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn nh các đờng nét đậm trên hình 2.4.d (khi góc mở các Tiristor α =900 với tải thuần trở) Trong các trờng hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng (các đờng nét mảnh trên giản đồ Ud của các hình vẽ 2.4b, c, d), cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngợc nên chúng tự khoá.

Sự phức tạp của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng nh đã nói trên là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó

UdUf

khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa Để đơn giản hơn ngời ta có thể sử dụng điều khiển không đối xứng.

II-4.Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng

Loại chỉnh lu này đợc cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển nh mô tả trên hình 2.5a Trên hình 2.5b mô tả giản đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lu (đờng cong trên cùng), sóng điện áp tải Ud (đờng cong nét đậm thứ hai trên hình 2.5b), khoảng dẫn các van bán dẫn T1,T2,T3,D1,D2,D3 Các Tiristor đợc dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tiristor của pha kế tiếp Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2) Trong trờng hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor đợc dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu Các diod tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều

Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn

Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800 Ngời ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lu tia ba pha

Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển dễ dàng hơn, nhng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn.

So với chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, thì trong sơ đồ này việc điều khiển các van bán dẫn đợc thực hiện đơn giản hơn Ta có thể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh lu này nh điều khiển một chỉnh lu tia ba pha.

Chỉnh lu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lợng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất Tuy vậy đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất.

Cấp biến áp có thể đấu tam giác (∆) Với sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng, thì mạch điều khiển đơn giản hơn, nên trong đa số các tr-ờng hợp ngời ta hay chọn phơng án cầu ba pha điều khiẻn không đối xứng Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng đợc dùng nhiều trong các trờng hợp tải có yêu cầu về việc hoàn trả năng lợng về lới

Do công suất tải nhỏ, yêu cầu chất lợng dòng điiện, nguồn cấp ba pha, để đơn giản trong vận hành cũng nh sửa chữa ta chon sơ đồ chỉnh lu tia ba pha cho tảI là kích từ máy phát này.

tính chọn các thông số của mạch động lực.I Tính chọn van động lực

Các van động lực đợc lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là:

dòng tải Id = 30(A) , sơ đồ chỉnh lu tia ba pha, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc Ud = 100(V).

Các thông số cơ bản của van động lực đợc tính nh sau:

Điện áp ngợc của van đợc tính:

Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ngợc của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc, qua một hệ số dự trữ kdtU

Unv = kdtU.Ulv

Unv = 1,8.209,4 = 377(V)

kdtU : đợc chọn bằng 1,8.

• Dòng điện làm việc của van đợc chọn theo dòng điện hiệu dụng của sơ đồ đã chọn (Ilv = Ihd) Dòng điện hiệu dụng đợc tính:

Ihd = khd Id

Ihd = 0,577.30 = 17,32(A).

Trong đó: Ihd , Id - Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải; khd = 0,577- Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.

Để van bán dẫn có thể làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt chúng ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý Theo điều kiện toả nhiệt đã đợc chọn tiến hành tính thông số dòng điện định mức của van cần có

Do tổn hao trên van ∆P >20W đợc chọn dòng điện làm việc tới 40% Iđmv, khi có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép van làm việc tới 40%Iđmv

(Iđmv > 2,5.Ilv),

Iđmv = ki Ilv = 2,5 17,32 = 43,3 A

Để có thể chọn đợc van cho làm việc với các thông số định mức cơ bản trên, chúng ta tra bảng thông số các van ( diod, tiristor) chọn các van có thông số điện áp ngợc (Unv), dòng điện định mức(Iđmv) lớn hơn gần nhất với thông số đã tính đợc ở trên

Theo cách đó ở đây chúng ta có chọn thông số van:

• Tiristor loại S4050J có các thông số định mức:

Dòng điện định mức của van Iđmv=50 A, Điện áp ngợc cực đại của van Unv = 400 V, Độ sụt áp trên van ∆U = 1,8 V,

Dòng điện dò Ir = 1 mA, Điện áp điều khiển Uđk = 1,5 V,