ĐỒ ÁN MÔN HỌC: Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu 3pha, có điều khiển theo nguyên lý Arcos để điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập

Đồ án mơn học Điện tử cơng suất LỜI NĨI ĐẦU Điện tử công suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch trình biến đổi điện Ngày nay, khơng riêng nước phát triển, nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu… sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu cơng nghiệp hố đaị hố đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, chúng em làm đồ án môn học điện tử công suất Dưới hướng dẫn giúp đỡ thầy Nguyễn Kim Ánh, em nhận làm đề tài: “Thiết kế chỉnh lưu cầu 3pha, có điều khiển theo nguyên lý Arcos để điều khiển động chiều kích từ độc lập” Mặc dù dành nhiều cố gắng xong khơng tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý thầy, Sinh viên thực Nguyễn Thành Luân MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Chương 1: Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp………………………………………………… Trang Chương 2: Tổng quan chỉnh lưu Tiristor hình cầu ba pha Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động điện chiều (hệ T - Đ) không đảo chiều …………… Trang 15 Chương 3: Tính chọn phần tử mạch động lực ………………………………………………… Trang 25 Chương 4: Tính chọn phần tử mạch điều khiển………………………………………………… Trang 42 Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận…………… Trang 50 Tài liệu tham khảo………………………… … Trang 55  CHƯƠNG Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất I -Tổng quan động điện chiều : 1.Khái quát: Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng Nó dùng làm động điện, máy phát điện hay dùng điều kiện làm việc khác Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt , máy dùng nhiều ngành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải a.Phân loại: i Động điện chiều chia làm nhiều loại theo bố trí cuộn kích từ : • Động điện chiều kích từ độc lập • Động điện chiều kích từ song song • Động điện chiều kích từ nối tiếp • Động điện chiều kích từ hỗn hợp b Ưu nhược điểm động điện chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ üCó nhiều phương pháp hãm tốc độ - Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khăn Giá thành đắt máy điện khác Đặc tính máy điện chiều : Quan hệ tốc độ mơmen động gọi đặc tính động cơ: ω = f(M) n = f(M) Quan hệ tốc độ mômen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất: ωc= f(Mc) nc= f(Mc) Ngồi đặc tính cơ, động điện chiều người ta sử dụng đặc tính điện đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ: ω = f(I) n = f(I) Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1.1) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Uư Uư = Eư + (Rư +Rf)Iư Trong đó: Uư - điện áp phần ứng, (V) Rf Eư - sức điện động phần ứng,(V) E Rư - điện trở mạch phần ứng Rf - điện trở phụ mạch phần ứng RKT CKT Với: Rư = rư + rcf + rb + rct Trong đó: IKT rư - điện trở cuộn dây phần ứng Hình 1.1 UKT rcf - điện trở cuộn cực từ phụ SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất rb- điện trở cuộn bù rct- điện trở tiếp xúc chổi than Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức: Eư = pN φω = kφω 2πa Trong đó: p-số đơi cực từ N- số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a- số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng φ-từ thơng kích từ cực từ ω-tốc độ góc,rad/s k= pN - hệ số cấu tạo động 2πa Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: Eư = Ke.φn 2πn n = Với: ω = 60 9.55 Vì vậy: Eư= pN φn 60a pN hệ số sức điện động động 60a K Ke = ≈ 0.105K 9.55 Ke = Từ biểu thức trên, ta có: ω= U u Ru + R f − Iu Kφ Kφ Là phương trình đặc tính điện động Mặt khác, mômen điện từ Mđt động xác định bởi: Mđt= Kφ Iư Suy ra: Iư = M dt Kφ Thay giá trị Iư vào phương trình đặc tính động ta được: ω= U u Ru + R f − M dt K φ ( Kφ ) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mômen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa M đt= Mc= M Khi ta được: ω= U u Ru + R f − M Kφ ( Kφ ) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, từ thông φ = Const, phương trình đặc tính điện phương tình đặc tính tuyến SVTH: Nguyễn Thành Ln- Lớp 06D2 Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất tính Đồ thị chúng biểu điển hình (1-2) đường thẳng Theo đồ thị trên, Iư= M = ta có: ω= Uu = ω0 Kφ ω0: gọi tốc độ khơng tải lý tưởng động Cịn ω = ta có: I u = U = I nm Ru + R f Và M = KφInm = Mnm Inm ω ωđm0 ω ω0 ωđm I Iđm Inm Hình 1.2 ω M Mđm Mnm a Đặc tính điện động điện chiều kích từ độc lập b Đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Inm,Mnm gọi dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch Mặt khác từ phương trình đặc tính điện phương trình đặc tính viết dạng: ω= U u RI − = ω − ∆ω Kφ Kφ ω= Uu R − M Kφ ( Kφ ) ω0 = ∆ω = Uu Kφ RI u RM = gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M K φ ( Kφ ) R=Rư + Rf : điện trở mạch phần ứng Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thơng động φ, điện áp phần ứng Uư, điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số đó: a) nh hưởng điện trở phần ứng: Giả thiết Uư=Uđm= Const ω φ = φ đm= Const TN(Rn) Rf1 Rf2 Hình 1.3 Mc SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Rf3 Rf4 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Muốn thay đơíi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = U dm = Const Kφdm Độ cứng đặc tính cơ: ∆M ( Kφdm ) β= = = var ∆ω Ru + R f Khi Rf lớn β nhỏí nghĩa đặc tính dốc,ứng với Rf = ta có đặc tính tự nhiên: βTN ( Kφdm ) = Ru βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất cá đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện trở R f ta họ đặc tính biến trở hình (1.3) Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ b) Aính hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φ đm= const, điện trở phần ứng thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có: Rư = const Khi Tốc độ không tải: U x = Var ω = x Kφ dm Độ cứng đặc tính cơ: ( Kφ ) β =− Ru = Const ω ω0 ω01 ω02 ω03 ω04 Uđm Mc Hình 1.4 U1 U2 U3 U4 M(I) Như thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song (Hình 1.4) Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất c) nh hưởng từ thơng: Giả thiết điện áp phần ứng U ư= Uđm= Const Điện trở phần ứng R = Const Muốn thay đổi từ thơng ta thay đổi dịng điện kích từ I kt động Trong trường hợp này: Tốc độ không tải: ω 0x = U x = Var Kφ x ( Kφ x ) Độ cứng đặc tính cơ: β = − R u = Var Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thơng Khi từ thơng giảm ω0x tăng, cịn β giảm ta có họ đặc tính với ω0x tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thông Ta nhận thấy thay đổi từ thơng: Dịng điên ngắn mạch: Inm = Mômen ngắn mạch: U dm = Const Ru Mnm=Kφ xInm=Var Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thơng biểu diễn hình (1.5)a Với dạng mơmen phụ tải M c thích hợp với chế độ làm việc động cơ,khi giảm từ thơng,tốc độ động tăng lên, hình (1.5)b II- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập: ω ω02 φ ω01 φ ω0 φ đm Mc I ω02 ω01 φ2 φ1 φ đm M Inm a Đặc tính điện động điên chiều b Đặc tính động điện kích từ độc lập giảm từ thơng chiều kích từ độc lập giảm từthơng Hình 1-5 Truyền động điện dùng để dẫn động phận làm việc máy sản xuất khác Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động phận làm việc Vì điều chỉnh tốc độ động điện biến đổi tốc độ cách chủ động, theo yêu cầu đặt cho qui luật chuyển động phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trục động Xét riêng phương diện tốc độ động điện chiều có nhiều ưu điểm với loại động khác, khơng điều chỉnh tốc độ dễ SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất dàng, đa dạng phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động Đối với máy điện chiều giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dịng điện moment không thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động điện chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp dặt vào phần ứng động ta dùng nguồn điều áp như: máy phát điện chiều biến đổi van khuyếch đại từ,…Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp với yêu cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: R +Rf U − u M K E Φ K E K M Φ2 Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n= no = U dm K E Φ dm Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động giữ nguyên độ cứng đường dặc tính nên dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ ncb • ưu điểm: phương pháp điều chỉnh triệt để vơ cấp có nghĩa điều chỉnh vùng tải kể khơng tải lý tưởng • nhược điểm : phảo có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao Điều chỉnh cách thay đổi từ thông: + • • U DM Đ + • CKĐ RKĐ Iư • UKT • - H1.6_ sơ đồ ngun lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh k M Φ.I u sức điện động quay động Eu = k E Φ.n moment điện từ động M = SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Thông thường ,khi thay đổi từ thơng điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ máy điện công suất trung bình,người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đồi từ thơng tổn hao công suất nhỏ Đối với máy điện công suất lớn dung biến đổi đặc biệt như: máy phát khuyếch đại máy điện;khuyếch đại từ biến đổi van … Thực chất phương pháp giảm từ thơng Nếu tăng từ thơng dịng điện kích từ tăng dần đến hư cuộn dây kích từ.Do để điều chỉnh tốc độ giảm dịng kích từ tức giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc tốc độ tăng lên từ thông giảm : n= U k E Φ Bởi ứng với động ta có tốc độ lớn cho phép Khi điều chỉnh tốc độ tuỳ thuộc vào điều kiện khí, điều kiện cổ góp động khơng thể đổi chiều dòng điện chịu hồ điện quang,do động khơng làm việc q tốc độ cho phép Nhận xét : trình điều chỉnh tốc độ đựơc thực mạch kích từ nên tổn thất lượng , mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần cứng: Trong phương pháp điện trở phụ đựơc mắc nối tiếp với mạch phần cứng động theo sơ đồ nguyên lý sau : • +• U Iư Rf E + • CK RK U • • • - KT H1.7 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần cứng giải thích sau: giả sử động làm việc xác lập với tốc độ n1,ta đóng thêm rf vào mạch phần ứng Khi dịng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống ,còn tốc độ động qn tính nên chưa kịp biến đổi Dịng Iư giảm làm cho moment động giảm theo tốc độ giảm xuống, sau làm việc xác lập tốc độ n2 với n2 < n1 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ày điều chỉnh tốc độ n0, xuất xung chân 14 V(t) 300 pF +US : điện áp nguồn nuôi từ chân 6, 13, 16 với điện áp chiều (18V) Lưu ý: +Trường hợp sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha sử dụng tiristor ta cần sử dụng xung lấy từ chân số 15 +Để có xung điều khiển cho tiristor cần có vi mạch TCA 780 đảm nhận 3/ Khâu khuếch đại xung: -Xung vi mạch TCA 780 chưa đủ lớn để mở tiristor, cần khuếch đại xung có biên độ đủ lớn để mở tiristor động lực -Khuếch đại tạo xung gồm linh kiện: transistor, biến áp xung, diot điện trở phân cực cho tranzitor a) Sơ đồ pha khâu khuếch đại xung: SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 45 Đồ án môn học Điện tử công suất +E Th F iL BAX L iD2 C ic uc Tr Uc t T1 T2 b) Chức linh kiện: - Dz1:diot ổn áp,ổn định điện áp đầu vào khâu khuếch đại - D3: hướng dòng cung cấp cho transistor - D2, Dz2: hạn chế điện áp cực colector emitor transistor - R1, R2: điện trở hạn chế dòng phân cực IB transistor - Rc:điện trở hạn chế dòng collector - D4:ngăn chặn xung áp âm có T bị khóa - Rg: hạn chế dịng điều khiển - R3: điều khiển biên độ sườn xung c) Hoạt động sơ đồ: Giả sử tín hiệu vào Uc (là tín hiệu logic) lấy từ chân 15 (và 14) TCA 780 -Khi Uc = “1” (mức logic 1)thì tranzitor dẫn bão hồ SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 46 Đồ án môn học Điện tử công suất Giả sử t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L biến áp xung ngăn không cho ic đạt giá trị bão hồ Ic = E ngay, mà dịng Ic tăng từ Rc với T= từ theo qui luật hàm mũ −t E ic = (1 − e T ) Rc L1 Rc Sau khoảng thời gian khoảng 5T,ic ≈ Ic =E/Rc.Bên thứ cấp biến áp xung BAX xuất xung điện áp R2 để mở tiristor Th -Khi Uc = “0” (mức logic 0) Dz1 bị chặn lại tranzitor bị khoá Khi t = T1 Uc = “0” iL đạt giá trị : −T E E T iL (T1 ) = ic (T1 ) = (1 − e ) = I < Rc Rc Tranzitor bị khoá  ic = L.I 02 sinh điện áp cực C E Tr.Quá điện áp đạt tới 100V nên phá huỷ transistor Tr Diơt D2 loại trừ tượng q điện áp nói trên,bởi vừa UCE = UC – UE = 0,8 (V) D2 mở cho dịng chạy qua,làm ngắn mạch điểm C, F cuộn sơ cấp máy biến áp xung Do đó: UCE = US + 0,8 (V) Từ t = T1 trở iL suy giảm theo quay luật : L iL = Ioe-t/T’ vói T’ = R' R’ điện trở cuộn cảm L điện trở thuận D 4/ Khâu truyền hàm điều khiển: Khi có xung cuộn dây thứ cấp máy biến áp xung, xung truyền qua D4 đến điều khiển mở tiristor Tr phân cực thuận 5/ Tính chọn thơng số phần tử mạch điều khiển: Các thông số để tính mạch điều khiển: Điện áp điều khiển tiristo : Uđk = V Dòng điện điều khiển tiristo : Iđk = 0,04 A Thời gian mở tiristo : tm = 50 μs Độ rộng xung điều khiển : tx = 167 μs Tần số xung điều khiển : fx = kHz Độ đối xứng cho phép : ∆α = 4º Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = ± 12 V Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 Vậy khơng có diot D2 lượng W = a).Tính biến áp xung; SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 47 Đồ án môn học Điện tử công suất -Chọn vật liệu làm lõi sắt ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hố có : ∆B = 0,3 T; ∆H = 30 A/m, khơng có khe hở khơng khí -Tỉ số biến áp xung : thường m = – ,chọn m = -Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Uđk = V -Điện áp dặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U1 = m.U2 = = V -Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Iđk = 0,04 A -Dòng điện sơ cấp biến áp xung : I 0, 04 I1 = = = 0,0133 (A) m -Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt : ∆B 0,3 µtb = = = 8000 µo ∆H 1, 25.10−6.30 Trong μo = 1,25.10-6 H/m độ từ thẩm khơng khí -Thể tích lõi thép cần có : µ µ t s U I V = Q l = tb o x 2x 1 ∆B Thay số: 8000.1, 25.10−6.167.10−6.0,15.6.0, 0133 V= 0,32 = 0,222.10-6 m3 = 0,222 cm3 = 222 mm3 chọn mạch từ tích V = 250 mm3.Với thể tích ta có kích thước mạch từ sau : a = 2,5 mm ; b = mm ; Q = 10 mm2 ; d = mm ; D = 10 mm -Số vòng dây quấn sơ cấp máy biến áp xung : Theo định luật cảm ứng điện từ: dB ∆B = W1.Q U1 = W1.Q dt tx U1.t x 6.167.10−6 = = 334 (vòng) ∆B.Q 0,3.10.10−6 -Số vòng dây quấn thứ cấp: W 334 W2 = = = 111 (vòng) m -Tiết diện dây quấn thứ cấp: I1 13,3.10 −3 = S1 = = 0,0022 mm2 J1 chọn mật độ dòng điện J1 = A/mm2 W1 = -Đường kính dây quấn sơ cấp: 4.S1 4.0, 0022 d1 = = 0,053 mm = π π SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 48 Đồ án môn học Điện tử công suất chọn d1 = 0,1 mm -Tiết diện dây quấn thứ cấp: I 0, 04 = S2 = = 0,01 mm2 J2 chọn mật độ dòng điện J2 = A/mm2 -Đường kính dây quấn thứ cấp : 4.S 4.0, 01 d2 = = 0,113 mm = π π chọn dây có đường kính d2 = 0,11 mm -Kiểm tra hệ số lấp đầy : S1.W1 + S W2 d 21.W1 + d 2 W2 = d Klđ =  d2  π + ÷   0,12.334 + 0,112.111 = 0,18 52 Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết = b)Tính chọn phần tử khâu khuếch đại xung: Chọn Tranzito công suất Tr loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thông số sau: Tranzito loại NPN,vật liệu bán dẫn Si Điện áp colectỏ bazơ hở mạch emitơ:UCBO= 40V Điện áp emitơ bazơ hở mạch colectơ:UEBO=4V Dịng điện lớn colectơ chịu đựng:ICmax=500mA Công suất tiêu tán colectơ: PC =1,7 W Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : T1 =175ºC Hệ số khuếch đại : β = 50 Dòng làm việc colectơ : IC = I1 =13,3 mA Dòng làm việc bazơ : IB = I C 13,3 = = 0, 266 mA β 50 Ta thấy với loại tiristo chọn có cơng suất điều khiển bé : Uđk = V, Iđk = 0,04 A nên dòng colectơ – bazơ tranzito Tr bé Chọn nguồn cấp cho máy biến áp xung : E = + 12 V Với nguồn E = 12 V ta phải mắc them điện trở R10 nối tiếp với cực emitơ Tr: R10 = E − U1 12 − = ≈ 451 Ω I1 13,3.10−3 Tất điôt mạch điều khiển dung loại 1N4009,có tham số : Dịng điện định mức : Iđm = 10 mA Điện áp ngược lớn : UN = 25 V Điện áp điôt mở thông : Um = 1V SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 49 Đồ án môn học Điện tử cơng suất c)Chọn phần tử bên ngồi TCA 780: Rq = 100(kΩ) Ta chọn C10 = 0,5( µF ) C12 = 0,5( µF ) d)Tính tốn máy biến áp đồng pha: Máy biến áp đồng pha máy biến áp tạo nguồn cung cấp cho TCA 780 Máy biến áp đồng pha có điện áp lớn 380/220 V, có sơ đồ nối dây ∆∕Y để tạo độ lệch 300 cách tự nhiên, đồng thời tạo đồng pha máy biến áp thứ cấp Độ dài xung cưa độ dài máy biến áp đồng pha với điện áp điều khiển cực đại là: U max = U dk sin 170 = UC sin 170 = 16 = 91,954(V ) 0,174 TCA có dịng vào đồng khoảng Is = 200 ( µA) Vậy điện trở R5 tính sau: R5 = U 91,954 = = 0,46.10 (Ω) = 460(kΩ) I5 200 Tỉ số biến áp máy biến áp đồng pha: n= U1 220 = = 2, U 91,954 Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: I1 = I 200 = = 83,33( µ A) n 2, Cơng suất máy biến áp đồng pha: S = U1 I = 220 83,33 10-6 = 55.10-3 (W) Công suất máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng ngày rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động hố…… Tuy nhiên phần tử bán dẫn cơng suất khó tính tốn hay bị hư hỏng nhiều nguyên nhân khác Do cần phải bảo vệ tiristor, cần phải tôn trọng tỉ số giới hạn sử dụng nhà chế tạo định với phần tử SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 50 Đồ án môn học Điện tử công suất - Điện áp ngược lớn - Giá trị trung bình lớn dịng điện - Nhiệt độ lớn thiết bị - Tốc độ tăng trưởng lớn dòng điện di dt - Thời gian khoá toff - Thời gian mở ton - Dịng điện kích thích - Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần bảo vệ chống nhiều cố bất ngờ xảy gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, điện áp dòng điện Các phần tử bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ Trong làm việc với nhiệt độ nhiệt độ cho phép dù thời gian ngắn phá huỷ thiết bị Đối với bán dẫn Ge: TjM = 800 - 1000 Đối với bán dẫn Si: TjM = 1800 – 2000 Nếu phần tử bán dẫn khơng làm mát khả chịu dòng điện 30% - 50% Để cho tiristor làm việc tốt ta dùng quạt lám mát tiristor nhỏ Đối với tiristor có cơng suất lớn dùng nước dầu biến để làm mát Khi cho xung điều khiển vào van ban đầu có điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi lan dần xuất vùng có điện trường lớn Về dịng điện, di lớn tốc độ lan truyền dòng điện mặt dt ghép J2 tạo vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng Có thể giảm nhỏ di cách đặt điện kháng bão hoà mạch anot tiristor Đặc dt điểm cuộn kháng, mach từ chưa bão hồ có điện kháng lớn, mạch từ bão hồ có điện kháng nhỏ 1/ Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ: SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 51 Đồ án môn học Điện tử công suất A B b a 1CC C 1CC c 1CC C C R R T4 2CC T1 C 2CC C R R T6 2CC T3 C 2CC C R R T2 2CC T5 3CC 2CC 3CC L ĐC 2/ Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn: Khi làm việc với dòng điện chạy qua,trên van có sụt áp, có tổn thất công suất ∆P,tổn thất sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn mặt khác van bán dẫn phép làm việc nhiệt độ cho phép Tcp đó,nếu SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 52 Đồ án môn học Điện tử công suất nhiệt độ cho phép van bán dẫn bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an tồn , khơng bị chọc thủng nhiệt ,ta phải chọn thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý 1- Tổn thất công suất tiristor: ∆P = ∆U I lv = 2,8.4,1 = 11, 48(W) 2- Diện tích bề mặt toả nhiệt: ∆P 11, 48 Sn = = = 0, 036(m ) K n ℑ 8.40 Trong đó: ℑ : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Lấy Tmt = 400C Chọn Tlv cánh tản nhiệt 800C Suy ℑ = Tlv – Tmt = 400C Kn : hệ số toả nhiệt đối lưu xạ Chọn Kn = W/m2.0C Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước cánh a.b=10.10 (cm) Tổng diện tích tản nhiệt cánh: S = 12 10 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ q dịng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ tải ngắn mạch tiristor, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu 1- Chọn aptomat có: I dm = 1,1.I ld = 1,1 3.2 = 3,812( A) ≈ 3,8( A) Udm = 220 (V) Có tiếp điểm chính, đóng cắt tay nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: I nm = 2,5.I ld = 2,5 3.2 = 8, 66( A) ≈ 8, 7( A) Dòng tải: I qt = 1,5.I ld = 1,5 3.2 = 5,190( A) ≈ 5, 2( A) 2- Chọn cầu dao có dịng định mức: I qt = 1,1.I ld = 1,1 3.2 = 3,811( A) ≈ 3,8( A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ truyền động 3- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch tiristor ngắn mạch đầu chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC: I1CC = 1,1 I2 = 1,1 5,8 = 6,38 (A) Nhóm 2CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 Ihd = 1,1 4,1 = 4,51 (A) Nhóm 3CC: SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 53 Đồ án mơn học Điện tử cơng suất Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 Id = 1,1 7,1 = 7,81 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 10 (A), 2CC loại (A), 3CC loại 10 (A) 4/ Bảo vệ điện áp cho van: Bảo vệ điện áp trình đóng cắt tiristor thực cách mắc R-C song song với tiristor.Khi có cố chuyển mạch ,các điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dịng điện ngược khoảng thời gian ngắn.Sự biến thiên nhanh chóng dịng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp anôt catơt tiristo.Khi có mạch R-C mắc song song với tiristo,táo mạch vịng phong điện tích q trình chuyển mạch gây nên tiristo không bị điện áp Theo kinh nghiệm: Chọn R1 = 5,1 ( Ω ), C1 = 0,25 ( µF ) Mạch RC bảo vệ điện áp chuyển mạch Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C hình vẽ,nhờ có mạch lọc mà đỉng xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây: Chọn R2 = 12,5 ( Ω ), C1 = ( µF ) Mạch RC bảo vệ điện áp từ lưới - Để bảo vệ van cắt đột ngột máy biến áp non tải, người ta thường mắc mạch R-C đầu mạch chỉnh lưu cầu pha phụ diot công suất bé Thông thường chọn giá trị tự chọn khoảng 10 – 200 ( µF ) Chọn R3 = 470 ( Ω ), C3 = 10 ( µF ) Chọn giá trị điện trở: R4 = 1,4 (k Ω ) SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 54 Đồ án môn học Điện tử công suất Mạch cầu ba pha dung tiristo tải R-C bảo vệ cắt máy biến áp non tải TÀI LIỆU THAM KHẢO 1Điện tử công suất Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh 2Điện tử cơng suất Tác giả: Nguyễn Bính 3Truyền động điện Tác giả: Bùi Quốc Khánh,Nguyễn Văn Liễn,Nguyễn Thị Hiền 4- Thiết kế máy biến áp điện lực SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 55 Đồ án môn học Điện tử công suất Tác giả : Phan tử Thụ  SVTH: Nguyễn Thành Luân- Lớp 06D2 Trang 56 ... CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH CẦU BA PHA THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) KHƠNGCĨ ĐẢO CHIỀU I/ Chỉnh lưu hình cầu pha: F T1 T3 L... H1.6_ sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng Điều chỉnh từ thơng kích thích động điện chiều điều chỉnh k M Φ.I u sức điện động quay động Eu = k E Φ.n moment điện từ động M =... điện động điên chiều b Đặc tính động điện kích từ độc lập giảm từ thơng chiều kích từ độc lập giảm từthơng Hình 1-5 Truyền động điện dùng để dẫn động phận làm việc máy sản xuất khác Thường phải điều