ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Lớp HP: 120DADCS02 GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG Đà Nẵng, ngày 18 tháng 01 năm 2021 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG Lớp: 120DADCS02 GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG 1.Tên đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: Nguồn điện lưới xoay chiều pha 220/380V Động điện chiều kích từ độc lập: Pđm= 15,5 KW; Uđm=220 V; nđm= 1410 vg/ph; ηđm=0,83; J=0,45 kgm2 Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8 Hệ số dự trữ dịng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4 Nội dung: Chương 1: Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu cầu ba pha Chương 3: Thiết kế tính chọn phần tử mạch động lực Chương 4: Thiết kế tính chọn phần tử mạch điều khiển Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiển bảo vệ Tài liệu tham khảo: Các tài liệu môn học Kiểm tra tiến độ đồ án (Giáo viên HD ký lần SV đến gặp thông qua đồ án) Đà Nẵng, ngày 25 tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Phạm Duy Dưởng LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, tất nước giới nói chung nước ta nói riêng thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp, nông nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Điện tử công suất ứng dụng ngày nhiều nhà máy, xí nghiệp Ứng dụng Điện tử công suất điều khiển tốc độ động điện lĩnh vực quan trọng ngày phát triển Các nhà sản xuất không ngừng cho đời sản phẩm công nghệ phần tử bán dẫn công suất thiết bị điều khiển kèm Là sinh viên ngành Tự Động Hoá cần phải tự trang bị cho có trình độ tầm hiểu biết sâu rộng Chính đồ án môn học điện tử công suất yêu cầu cấp thiết cho sinh viên Tự Động Hóa Đó điều kiện để chúng em tự tìm hiểu nghiên cứu kiến thức điện tử công suất Qua đồ án em tiếp cận đề tài “Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” Mặc dù em nỗ lực cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi tâm cao nhiên lần em làm đồ án, đặc biệt kiến thức kinh nghiệm thực tế nhiều hạn chế nên em tránh khỏi sai sót, em mong nhận phê bình góp ý Thầy để giúp em hiểu rõ vấn đề đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Phạm Duy Dưởng Thầy mơn nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG .1 I Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập 1) Khái niệm 2) Cấu tạo hoạt động 3) Đặc điểm 4) Phương trình đặc tính .3 5) Đường đặc tính đặc tính điện .5 II Các phương pháp điều khiển tốc độ động 1) Thay đổi điện trở mạch phần ứng .5 2) Thay đổi điện áp mạch phần ứng .6 3) Thay đổi từ thông .7 III Điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng .8 CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA 12 I Chỉnh lưu không điều khiển 12 1) Sơ đồ dạng sóng 12 2) Nguyên lý hoạt động: .13 3) Thông số 13 II Chỉnh lưu có điều khiển đối xứng .14 1) Giới thiệu 14 2) Hoạt động chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng .15 III Chỉnh lưu điều khiển không đối xứng .16 1) Giới thiệu 16 2) Hoạt động chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng 17 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC 19 I Chọn van động lực 19 II Tính toán máy biến áp chỉnh lưu .20 III Thiết kế cuộn kháng lọc: 22 1) Xác định góc mở cực tiểu cực đại .22 2) Xác định thành phần sóng hài 23 3) Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 23 4) Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc .24 CHƯƠNG TÍNH CHỌN – THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .25 I Cơ sở lý thuyết điều khiển Thyristor 25 1) Khâu đồng pha 26 2) Khâu so sánh 27 3) Khâu khuếch đại tạo xung 28 II TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 30 1) Tính toán máy biến áp xung 30 2) Tính khâu khuếch đại cơng suất .34 3) Chọn cổng AND loại CMOS4081 34 4) Tính chọn khâu so sánh khâu khuếch đại 35 5) Tính khâu đồng pha 36 6) Tính khâu tạo xung chùm .37 7) Tính chọn nguồn cấp cho mạch điều khiển biến áp đồng pha 38 CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN 41 I TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢOVỆ .41 1) Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn 41 2) Bảo vệ dòng điện cho van 41 3) Bảo vệ điện áp cho van 42 II KẾT LUẬN .43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG I Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập 1) Khái niệm + Trong phân tích hệ thống truyền động, thường biết trước đặc tính Mc(ω) máy sản xuất + Đạt trạng thái làm việc với thông số yêu cầu tốc độ, mô men, dịng điện động cơ,…cần phải tạo đặc tính nhân tạo động tương ứng + Mỗi động có đặc tính tự nhiên xác định số liệu định mức sử dụng loạt số liệu cho trước + Những đặc tính nhân tạo có biến đổi thơng số nguồn, mạch điện động cơ, thay thổi cách nối dây mạch, dùng thêm thiết bị biến đổi + Bất kỳ thông số có ảnh hưởng đến hình dáng vị trí đặc tính cơ, coi thơng số điều khiển động cơ, tương ứng phương pháp tạo đặc tính nhân tạo hay đặc tính điều chỉnh + Phương trình đặc tính động điện viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M) 2) Cấu tạo hoạt động Động điện chiều gồm thành phần chính: – Phần cảm: Để tạo từ trường chiều Đó cuộn dây (cuộn cảm hay cuộn kích từ) quấn quanh cực từ thép đúc Phần cảm thường đặt stato – Phần ứng: Là cuộn dây có dòng điện chiều chạy qua, đặt từ trường phần cảm Từ dây dẫn phần ứng bị từ lực tác dụng Đồ án điện tử công suất Trang: SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG phần ứng đặt roto quay Do roto quay nên dòng điện chiều cấp cho phần ứng phải đưa vào qua hệ chổi than – cổ góp Động điện thiết bị biến đổi điện thành Hình 1.1 Cấu tạo động điện chiều 1.Cổ góp điện; Chổi than; Roto; Cực từ; Cuộn cảm (cuộn kích từ); Stato; Cuộn ứng; Khi động làm việc, dây dẫn phần ứng chuyển động từ trường phần cảm nên chúng lại xuất suất điện động cảm ứng, sinh dòng cảm ứng ngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng Vì sức điện động cảm ứng gọi sức phản điện Dòng điện cuộn dây phần ứng tạo từ trường riêng, gây ảnh hưởng đến từ trường cuộn dây phần cảm tạo tượng gọi phản ứng phần ứng Phản ứng phần ứng nguyên nhân gây tia lửa điện chổi than cổ góp thép cổ góp Cực từ phụ đặt xen cực từ dùng để hạn chế phản ứng phần ứng Cuộn dây cực từ phụ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng Ở động cơng suất trung bình lớn, người ta cịn dùng biện pháp tăng khe hở khơng khí stato roto đặt thêm rãnh cực từ cuộn dây gọi cuộn bù Cuộn bù mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng Đồ án điện tử công suất Trang: SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG 3) Đặc điểm Ở động điện chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ cấp điện từ nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng Ở động điện chiều kích từ song song cuộn kích từ cuộn ứng cấp điện nguồn Trường hợp mà nguồn điện có cơng suất lớn nhiều so với cơng suất tính chất động tương tự động kích từ độc lập Đặc điểm động kích từ độc lập dịng điện kích từ từ thơng động khơng phụ thuộc dòng điện phần ứng Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập với nguồn điện mạch kích từ UKT riêng biệt so với nguồn điện mạch phần cứng Uư Khi nguồn điện chiều có cơng suất vô lớn, điện trở nguồn coi khơng điện áp nguồn khơng đổi, khơng phụ thuộc dịng điện chạy phần ứng động Khi đó, động kích từ song song coi kích từ độc lập Vì vậy, ta coi hai loại động Hình 1.2 Sơ đồ nối dây động điện chiều a) Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập b) Sơ đồ nối dây động kích từ song song 4) Phương trình đặc tính a) Phương trình chính: Uư = E + (Rư + Rfư).Iư Trong đó: Uư – Điện áp nguồn đặt vào phần ứng (V) Rư = rư + rcf + rcb + rct – Điện trở phần ứng động (Ω) Bao gồm: rư – Điện trở cuộn dây phần ứng; rcf – Điện trở cực từ phụ; rcb – Điện trở cuộn bù (nếu có); rct – Điện trở tiếp xúc chổi than cổ góp rcf Rfư – Điện trở phụ mạch phần ứng (Ω) Iư – Dòng điện mạch phần ứng (A) Đồ án điện tử công suất Trang: SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG E – Sức phản điện động phần ứng động (V) Nó tỷ lệ với từ thơng Ф tốc độ quay động ω theo cơng thức: E = KФω Trong đó: K = – hệ số tỷ lệ phụ thuộc cấu tạo động Với: p – Số đơi cực từ tính N – Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a – Số mạch nhánh đấu song song cuộn dây phần ứng Phương trình đặc tính cơ: ω = - M Momen điện từ động tỷ lệ với từ thơng Ф dịng điện phần ứng Iư: M = KФIư b) Phương trình đặc tính điện Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý nối dây động điện chiều kích từ độc lập Từ phương trình chính, cơng thức tính phản điện động, cơng thức thể mối quan hệ momen điện từ dòng điện phần ứng Iư Ta được: ω = – Iư Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω hàm momen M gọi phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Nếu dùng đơn vị tốc độ vịng/phút phương trình đặc tính trở thành: n = 9,55 c) Tốc độ góc định mức: = 2.nđm KФđm = d) Tốc độ động cơ: Đồ án điện tử công suất Trang: SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG Khâu tạo xung chùm sử dụng khuếch đại thuật tốn: Hình 4.7 Sơ đồ mạch tạo xung chùm khuếch đại thuật toán VIII TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu xung mở Thyristor nên tính mạch điều khiển ta phải tính từ máy biến áp xung ngược tới khâu đồng pha Thyristor chọn có thơng số sau Điện áp điều khiển Thyristor : Ug = (V) Dòng điện điều khiển Thyristor : Ig = 150 (mA) Thời gian chuyển mạch Thyristor : tcm = 20 (s) 1) Tính tốn máy biến áp xung Với thời gian chuyển mạch (mở khóa) tcm = 20 (s) Để Thyristor mở khóa chắn ta chọn, độ rộng xung điều khiển máy biến áp xung tx = 100 (s) thời gian ngắt tn = 50 (s) 1.1 Tần số máy biến áp xung Thời gian chu kỳ xung : Tck = tx + tn = 100 + 50= 150 (s) Tần số máy biến áp xung : f = = = 6,7 (kHz) Đồ án điện tử công suất Trang: 29 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG Hình 4.8 Giản đồ xung máy biến áp xung 1.2 Chọn Diốt Chọn tất diốt mạch điều khiển loại 1N4004 có: UN = 500 (V) I = (A) ΔU = 1,1 (V) 1.3 Điện áp thứ cấp máy biến áp xung U2 = Ug + ΔUD = + 1,1 = 4,1 (V) 1.4 Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung I2 = kdtIg = 1,2.150 = 180 (mA) Với kdt : hệ số dự trữ (kdt = 1,2) 1.5 Theo kinh ngiệm thiết kế máy biến áp xung thường lấy tỉ số biến áp m =  , chọn m = 1.6 Điện áp đặt cuộn sơ cấp máy biến áp xung U1 = mU2 = 3.4,1 = 12,3 (V) 1.7 Dòng điện sơ cấp biến áp xung I1 = = = 60 mA 1.8 Chọn vật liệu làm lõi biến áp xung Vì xung điều khiển xung chùm có tần số cao (6,7 kHz), để giảm tổn hao dịng điện xốy gây ra, ta chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có : ΔB=0,3(T), ΔH =30 (A/m) khơng có khe hở khơng khí 1.9 Mật độ từ thẩm trung bình lõi sắt tb = = = 7958  H / m 0 = 4..10-7 mật độ từ thẩm khơng khí Đồ án điện tử cơng suất Trang: 30 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG 1.10 Xác định thể tích lõi Ferít V = Q.l = Trong : Q : tiết diện lõi Ferít l : chiều dài trung bình đường sức từ tx : độ rộng xung s : độ xụt biên độ xung : s = 0,15 Vậy: V = = 1,23.10-6 (m3) 1.11 Chọn lõi Ferít hình xuyến băng cuộn loại OA-22/30-5 có kích thước Q=0,2 (cm2) l = 8,2 (cm) V = Q.l = 0,2.8,2 = 1,64 (cm3) QCS = 3,82 (cm2) d = 22 (mm) a =4 (mm) b = (mm) D = 30 (mm) Hình 4.9 Lõi Ferit hình xuyến 1.12 Số vịng dây quấn sơ cấp biến áp xung Theo định luật cảm ứng điện từ U1 = w1Q = Suy ra: = = = 205 (vòng) 1.13 Dòng điện hiệu dụng dây quấn sơ cấp Ihd1 =I1 = 0,06 = 0,049(A) 1.14 Tiết diện dây quấn sơ cấp S1 = chọn mật độ dòng điện j1 =4 (A/mm2) S1 =  0, 01225mm2 Chọn dây đồng có thơng số sau: Scu = 0,01327 (mm2) Tiết diện tính tốn lõi đồng d1 = 0,13 (mm) Đường kính ngồi : D1=0,15 (mm) Điện trở dây dẫn : r1 =1,256 (Ω/m) Khối lượng đồng : mcu = 0,118 (g/m) Đồ án điện tử công suất Trang: 31 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG 1.15 Đường kính cuộn dây D1 =  2cd cd : Cách điện dây quấn với lõi từ (chọn cd =0,1 (mm)) D1 =  2.0,1  6,6mm Vì dây dẫn nhỏ nên coi Dtb D1 6,6 (mm) 1.16 Chiều dài dây quấn sơ cấp biến áp xung l1 =w1Dtb =.205.0,66 = 425,06 (cm) 1.17 Điện trở dây quấn sơ cấp Rw1 = r1.l = 1,256.4,2506 = 5,33 (Ω) 1.18 Số vòng dây quấn thứ cấp w2 = =  69 (vòng) 1.19 Dòng điện hiệu dụng dây quấn thứ cấp Ihd = I2 = 0,180  0,147  A 1.20 Tiết diện dây quấn thứ cấp S2 = chọn mật độ dòng điện j2 =4 (A/mm2) S1 =  0, 03675mm2 Chọn dây đồng có thơng số sau Scu2 = 0,03464 (mm2) Tiết diện tính tốn lõi đồng d2 = 0,21 (mm) Đường kính ngồi : D1=0,235 (mm) Điện trở dây dẫn : r2 = 0,52 (Ω/m) Khối lượng đồng : mcu2 = 0,308 (g/m) 1.21 Kiểm tra hệ số lấp đầy Kld = = = 0,0134 Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết 17) Tính khâu khuếch đại cơng suất Điện trở R12 dùng để hạn chế dòng vào sơ cấp biến áp xung R12 = Nguồn cung cấp cho mạch tạo xung chọn E =+15 (V) Đồ án điện tử công suất Trang: 32 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG Vậy GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG R12 = = 55 (Ω) Điện áp rơi điện trở R12 chế độ bình thường ΔUR12 = Ihd1R12 =0,049.55 = 2,695 (V) Chọn Tranristor Tr3 loại NPN , ta chọn loại 2SC1040 có thơng số sau Điện áp Colector Bazơ hở mạch Emitor : UCB03 =45 (V) Điện áp Emitor Bazơ hở mạch Colector : UEB03 =5 (V) Điện áp Colector Emitor trạng thái khóa : UCE3 = 41 (V) Dịng điện lớn Colector chịu : IC3 = 1,2 (A) Hệ số khuếch đại : 3 =15  200 Dòng làm việc Colector làm việc bình thường IC3 = Ihd1 = 0,049 (A) Dòng điện cấp cho cực Bazơ Tr3 đủ để mở thông, chọn 3 =15 Ib3 =  = 0, 00153  3,27.103 A Chọn Tr2 loại NPN, chọn loại 2SC651 Nhật chế tạo có thơng số sau Điện áp Colector Bazơ Emitor hở mạch : UCB02 =45 (V) Điện áp Emitor Bazơ Colector hở mạch : UEB02 =4 (V) Điện áp Colector Emitor trạng thái khóa : UCE2 = 41 (V) Dịng điện lớn mà Colector chịu : IC2 =300 (mA) Hệ số khuếch đại : 2 =20  200 , chọn 2 =20 Dòng điện cấp cho cực Bazơ Tr2 đủ để mở thông Ib2 =   0, 1635.103 A Hệ số khuếch đại khâu khuếch đại =2.3 = =  300 (lần) 18) Chọn cổng AND loại CMOS4081 Nguồn nuôi VDD = +15 (V) Sơ đồ chân: Đồ án điện tử công suất Trang: 33 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG Hình 4.10 Sơ đồ chân cổng AND loại CMOS4081 Nhiệt độ làm việc : -400C  800C Điện áp ứng với mức logic “1” :  4,5 (V) Dịng điện nhỏ (mA) Cơng suất tiêu thụ : P = 2,5 (mw/1cổng)  Chọn R7 Điện trở R7 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ tranristor Tr2 chọn R7 thoả mãn điều kiện R7  27,522 kΩ Chọn R7 = 28 (kΩ) 19) Tính chọn khâu so sánh khâu khuếch đại Toàn mạch điều khiển ta dùng IC khuếch đại thuật toán loại TL084 hãng TexasInstruments chế tạo Điện áp nguồn nuôi Vcc =  18 (V), chọn Vcc = 15 (V) Hiệu điện cổng không đảo cổng đảo : Ud = 30 (V) Nhiệt độ làm việc : t = -250C  850C Công suất tiêu thụ : P = 680 (mw) Tổng trở đầu vào : Rin = 106 (Ω) Dòng điện đầu : Ira = 30 (pA) , thường chọn dòng vào khoảng (mA) Tốc độ biến thiên điện áp cho phép:  13V / s Ta có sơ đồ chân : Đồ án điện tử công suất Trang: 34 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG Hình 4.11 Sơ đồ chân IC TL084 Thường chọn R5 =  15 K Ω Chọn R6 = 15 (KΩ) Chọn chiết áp R11 = 50 (KΩ) 20) Tính khâu đồng pha Thời gian nạp tụ C1 : tnạp = R4.C1 Để điện áp cưa tuyến tính ½ chu kỳ điện áp dương anode Thyristor ta phải chọn tnạp T1/2 chu kỳ với tần số lưới f = 50 (Hz) Thời gian chu kỳ : Tck =  0, 02 s Thời gian ½ chu kỳ : T1/2ck = = 0, 01s  Chọn thời gian nạp tụ : tnạp = 0,01(s) Chọn tụ C1 = (F) – 16 (V) Vậy R4  10  KΩ  Ta chọn R4 biến trở 20 (KΩ) Chọn Tranristor Tr1 loại PNP mã hiệu A564 có thơng số sau Điện áp C B E hở mạch : UCB01 = -25 (V) Điện áp E B C hở mạch : UEB01 = - (V) Dòng điện lớn Colector chịu : Ic1 = 100 (mA) Hệ số khuếch đại : 1 = 250 Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : Tcp = 150 0C Dòng điện cực đại Bazơ : Ib1 =   0, mA Điện trở R3 dùng để hạn chế dòng vào Bazơ Tranristor Tr1 chọn sau: Đồ án điện tử công suất Trang: 35 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG Chọn R3 cho Ib2  0,4 (mA) Vậy ta có R3 =  37,  KΩ Chọn R3 = 38 (KΩ) Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : U2 = (V) Ta dùng R2 để hạn chế dòng vào khuếch đại thuật tốn tính sau R2=   KΩ Điện áp tựa cưa lớn là: Ta biết UB = Vcc = 15 (V) UB = UB – ΔUD = 15 – 1,1 = 13,9 (V) Thay số vào ta Urc = = = -13,9 (V) Chọn R1 cho R1 =   k Ω  21) Tính khâu tạo xung chùm Mạch tạo xung chùm có tần số f =    kHz  Chu kỳ xung chùm : T =   200s Chọn R9 = R10 = 15 (KΩ), T = 2,2R8C2 = 200 (s) Chọn tụ C2 = (F) – 16 (V) Vậy R8 =   91Ω Chọn điện trở R8 biến trở (KΩ) để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch Tổng mạch điều khiển dùng 19 khuếch đại thuật toán nên ta dùng IC TL084 , cổng AND dùng IC CMOS4081 , dùng Tranristor loại PNP mã hiệu A564 , 12 Tranristor loại NPN gồm Tranristor mã hiệu 2SC651 Tranristor mã hiệu 2SC1040 22) Tính chọn nguồn cấp cho mạch điều khiển biến áp đồng pha Cuộn thứ cấp pha chia làm hai phần có trung tính Nguồn ni điện áp dùng mạch điều khiển nguồn điện áp ổn định ta phải dùng IC ổn áp Đồ án điện tử công suất Trang: 36 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG Để tạo nguồn cung cấp 15 (V) ta chọn IC ổn áp loại 7815 có thơng số sau : U Vào = 35 (V) ; Ura = +15 (V) ; Itải = 1,5 (A) loại 7915 có thơng số sau : Uvào = 40 (V) ; Ura = -15 (V) ; Itải = 1,5 (A) Ta có sơ đồ mạch tạo nguồn ni hình vẽ sau : Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng diot, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi: U2 =15/2,34 = 6,4(v) ta chọn U2 =9(v) Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn C4= C5 =C6 =C7 = 470 (μF) Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý biến áp đồng pha nguồn nuôi P1 =6.I1max.E = 6.0,3.15 = 27 (w) 7.1 Công suất tiêu thụ mạch đồng pha P2 = 3.Iv.U2 = 3.1.10-3.9 = 0,027 (w) 7.2.Công suất tiêu thụ cho IC TL084 P3 = 0,68 = 3,4 (w) Ngồi cơng suất tiêu thụ cổng AND điều chỉnh chiếm khoảng 5% 7.3.Do ta có cơng suất sử dụng nguồn ni Pn = 1,05 (P1 + P2 + P3 ) = 1,05 ( 27 + 0,027 + 3,4 )= 32 (w) 7.4.Công suất máy biến áp có kể đến hệ số dự trữ máy S = kdt.Pn = 1,1.32 = 35,2 (VA) Trong kdt =1,1 : Hệ số dự trữ máy 7.5.Dòng điện thứ cấp máy biến áp I2 =   0,652  A 7.6.Dòng điện sơ cấp máy biến áp Đồ án điện tử công suất Trang: 37 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG I1 =   0,117  A 7.7.Tiết diện trụ máy biến áp tính theo cơng thức kinh nghiệm QT =ka   2, 91 cm2  Trong ka =6 : Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát m = : Số trụ đặt dây quấn máy biến áp f = 50 (Hz) : Tần số điện áp lưới 7.8.Chuẩn tiết diện theo bảng QT = 2,91 (cm2) , chọn thép có bề dày 0,35 (mm) Loại III có a  b =20 20 A = 20 (mm) B = 20 (mm) H = 50 (mm) Hệ số ép chặt kc = 0,9 Hình 4.13 Kích thước mạch từ biến áp 7.9 Chọn mật độ từ cảm trụ B = (T) 7.10.Số vòng dây quấn sơ cấp W1 =   1548 (vòng) 7.11.Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,5 (A/mm2) 7.12.Tiết diện dây quấn sơ cấp S1 =  0,0468 (mm2) 7.13.Đường kính dây quấn sơ cấp d1 =   0,244  mm Chuẩn hóa d1 = 0,25 (mm), đường kính kể cách điện dn1 = 0,275(mm) 7.14.Số vòng dây quấn thứ cấp W2 =  = 140 (vòng) 7.15.Tiết diện dây quấn thứ cấp S2 =  0,261 (mm2) Đồ án điện tử công suất Trang: 38 SVTH: NGUYỄN VĂN KHƯƠNG GVHD: ThS PHẠM DUY DƯỞNG 7.16.Đường kính dây quấn thứ cấp d2 =  0,576 mm Chuẩn hóa đường kính d2 =0,59 (mm), đường kính kể cách điện dn2 = 0,64(mm) 7.17.Chọn hệ số lấp đầy klđ = 0,7 Với klđ = 7.18.Chiều rộng cửa sổ mạch từ C = = = 3,91 (mm) Chọn C = (mm), – 3,91 = 4,09 (mm) dùng cho cách điện lõi, sơ cấp, thứ cấp 7.19.Chiều rộng toàn mạch từ L = 2C +3a = 2.8 + 3.20 = 76 (mm) 7.20.Chiều cao mạch từ H = h + 2a = 50 + 2.20 = 90 (mm) 7.21.Tính chọn Diốt cho nguồn ni Dịng điện hiệu dụng qua Diốt IDhd = =  0, 46 A Điện áp ngược lớn mà Diốt chịu UNmax = 6.U2 √6.9  22 V  Chọn Diốt có dịng định mức Iđm ki.IDhd = 10 0,46 = 4,6(A) Chọn Diốt chịu điện áp ngược lớn UN = kuUNmax = 2.22 = 44 (V) Chọn 12 Diốt loại KYZ70 có UN = 50 (V), Imax = 20 (A) Đồ án điện tử công suất Trang: 39 CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢOVỆ 1) Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn Khi làm việc với dịng điện chạy van có sụt áp, có tổn hao cơng suất ΔP, tổn hao sinh nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn phép làm việc nhiệt độ cho phép Tcp đó, nhiệt độ cho phép van bán dẫn bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng nhiệt, ta phải chọn thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý  Tính cánh toả nhiệt : Tổn thất công suất Thyristor ΔP = ΔU.Ilv = 1,8.49 = 88,2 [W] Diện tích bề mặt toả nhiệt Sm =Δp/(km τ) Trong : ΔP : Tổn hao công suất (W) Chọn nhiệt độ môi trường 400C Nhiệt độ làm việc cho phép Thyristor Tcp = 1250C ,chọn nhiệt độ cánh toả nhiệt T lv = 800C ta có độ chênh lệch nhiệt độ :  = Tlv – Tmt = 80 – 40 = 400C Km : Hệ số toả nhiệt đối lưu xạ, chọn Km =8 (w/m2 0C) Vậy Sm = 88,2/(8.40) = 0,2756 (m2) Chọn loại cánh toả nhiệt có 14 cánh, kích thước cánh axb =10 x 10 (cm x cm) Tổng diện tích toả nhiệt cánh S = 14.2.10.10=2800 (cm2) 23) Bảo vệ dòng điện cho van Aptơmát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ tải ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu biến đổi ,ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu + Chọn aptomat có: Dịng điện làm việc chạy qua aptomat: Ilv = = = 30,39 (A) Aptomat cần chọn: Iđm= 1,1 Ilv = 33,42 ( A ) Chọn aptomat có Iđm= 40 ( A ) Uđm =380 (v ) Có tiếp điểm chính, đóng cắt tay nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch Inm =2,5 Ilv = 76 (A) Dòng tải Iqt=1,5 Ilv = 45,59 (A) Chọn cầu dao có dịng định mức Iđm = 1,1 Ilv = 33,43 (A) Chọn cầu dao có Iđm= 40 ( A ) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ thống truyền động + Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu chỉnh lưu Nhóm 1cc: Dịng điện định mức dây chảy nhóm cc I1cc =1,1 I2 = 1,1 69,3= 76,23 (A) Nhóm 2cc: Dịng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc =1,1 Ihd = 1,1 49= 53,9 (A) Nhóm cc: Dịng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc =1,1 Id = 1,1 84,88= 93,37 (A) Vậy chọn dây chảy nhóm: 1cc loại 80 A 2cc loại 60 A 3cc loại 100 A 24) Bảo vệ điện áp cho van Bảo vệ điện áp q trình đóng cắt Thyristor thực cách mắc R–C song song với Thyristor Khi có chuyển mạch, điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dịng điện ngược khoảng thời gian ngắn, biến thiên nhanh chóng dịng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp anod catod Thyristor Khi có mạch R – C mắc song song với Thyristor tạo mạch vịng phóng điện tích q trình chuyển mạch nên Thyristor khơng bị q điện áp Hình 5.1 Mạch RC bảo vệ điện áp chuyển mạch Mạch R1 – C1 bảo vệ điện áp chuyển mạch Theo kinh nghiệm R1=(5  30 ) (Ω); C = (0,25  ) (F ) Trị số RC chọn theo tài liệu: R1= 5,1 (Ω); C = 0,25 (F) Hình 5.1 Mạch RC bảo vệ điện áp từ lưới +Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch R-C hình nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây Trị số RC chọn theo tài liệu :R2= 12,5 (Ω) ; C2 = 4(F) IX KẾT LUẬN Sau trình học tập nghiên cứu đồ án, với hướng dẫn tận tình thầy Th.S Phạm Duy Dưởng, giúp đỡ bạn lớp, em hoàn thành đề tài “ Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” Trong đề tài giúp em hiểu rõ về: - Động điện chiều - Thyristor - Bộ chỉnh lưu cầu ba pha - Các khâu mạch điều khiển - Mạch động lực bảo vệ - Cách tính tốn thơng số linh kiện mạch Trong trình thực hiện, chắn thân em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Doanh, “Điện tử công suất Lý thuyết – Thiết kế - Ứng dụng”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [2] Trần Văn Thịnh, “Tài liệu hướng dẫn – Thiết kế thiết bị điện tử công suất”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Trần Văn Thịnh, “Tính tốn thiết kế thiết bị điện tử công suất”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam ... kiện điện tử cơng suất bé (điện áp dịng điện bé) cịn mạch lực thiết bị điện tử công suất lớn, điện áp cao Cách ly thường dùng biến áp xung b Sơ đồ khuếch đại tạo xung: Đồ án điện tử công suất. .. khơng đối xứng có dịng điện điện áp tải liên tục góc mở van bán dẫn nhỏ 60 0, góc mở tăng lên thành phần điện cảm tải nhỏ, dòng điện điện áp gián đoạn Đồ án điện tử công suất Trang: 16 SVTH: NGUYỄN... ATOSG-20KVA Công suất: 20KVA Điện áp sơ cấp: 380V Điện áp thứ cấp: 100V Tổ đấu dây: Dyn11 Kiểu làm mát: Khơng khí Điện áp ngắn mạch tác dụng: 4% Điện áp ngắn mạch phản kháng: 4% Hiệu suất: 95% Đồ án điện