Đồ án điện tử công suất thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha

Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp LỜI MỞ ĐẦU Điện tử công suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chố độ chuyển mạch trình biến đổi điện Ngày này, khơng riêng nước phát triển nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vự sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy xi măng, thủy điện, giấy, dệt, sợi, đóng tàu…đang sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu công nghiệp hóa đại hóa 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 lỹ đó, học kỳ chúng em nhận đồ án môn học điện tử công suất với đề tài: “ Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha” Với hướng dẫn Cơ giáo: Nguyễn Thị Điệp, chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế đồ án Trong trình thực đề tài khả kiến thức thực tế có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến để đồ án chúng em hoàn thiện Chúng em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Khắc Việt Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Hà Nội, tháng năm 2015 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp MỤC LỤC Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha mắc trực tiếp vào lưới điện 3x380(V), 50Hz Mạch cấp cho phụ tải trở; yêu cầu Ud = (100 - 200)V; Id = 210 A; kđm = 0,1 Chương I: Giới thiệu chung chỉnh lưu Phần 1: Các vấn đề chung chỉnh lưu 1.1: Cấu trúc a) Định nghĩa: Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng dòng điện chiều Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất sử dụng rộng rãi thực tế.Sơ đồ cấu trúc thường gặp mạch chỉnh lưu hình 1.1 Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Trong sơ đồ máy biến áp làm nhiệm vụ là: - Chuyển từ điện áp lưới điện xoay chiều U sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu tải Tùy theo tải mà máy biến áp tăng áp giảm áp - Biến đổi số pha nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu mạch van Thông thường số pha lưới lớn Song mạch van cần số pha 6, 12… Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện mạch van đòi hỏi số pha lưới điện bỏ máy biến áp - Mạch van van bán dẫn mắc với theo cách để tiến hành q trình chỉnh lưu - Mạch lọc nhằm đảm bảo biến áp (hoặc dòng điện) chiều cấp cho tải phẳng theo yêu cầu Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp 1.2: Phân loại Chỉnh lưu phân loại theo số cách sau đây: a) Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: Một pha, hai pha, ba pha, sáu pha, … b) Phân loại theo loại van bán dẫn mạch Hiện chủ yếu dùng hai loại van điơt thyristor, có ba loại mạch sau: - Mạch van dùng tồn điơt gọi chỉnh lưu không điều khiển - Mạch van dùng toàn thyristor gọi chỉnh lưu điều khiển - Mạch chỉnh lưu dùng hai loại điôt thyristor gọi chỉnh lưu bán điều khiển c) Phân loại theo sơ đồ mắc van với Có hai kiểu mắc van: - Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ số lượng van số pha nguồn cấp cho mạch van Tất van đấu chung đầu với catơt chung anôt chung - Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong nửa số van mắc chung catôt, nửa lại mắc chung anôt Như vậy, gọi tên mạch chỉnh lưu, người ta dùng ba dấu hiệu để cụ thể mạch 1.3: Luật dẫn van Mạch van để thực q trình chỉnh lưu có nhiều, nhiên chúng đề tuân theo hai kiểu mắc với mắc catơt chung mắc anơt chung Vì cần nhận biết hai quy luật dẫn này, ta phân tích tồn mạch van chỉnh lưu có thực tế Đồ án Điện Tử Cơng Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp 1.3.1: Nhóm van đấu catơt chung Hình 1.2: Sơ đồ van đấu catơt chung Luật dẫn phát biểu sau: Van có khả dẫn van có điện anơt dương nhóm, nhiên dẫn điện anôt dương điện điểm catơt chung Ví dụ thời điểm ta có: >>…> Và đồng thời > van dẫn Nếu coi sụt áp van D dẫn ta thấy = Điều dẫn đến điện áp van lại âm: = - = - 0) phải có tín hiệu điều khiển cho phép dịng chạy qua Khi thyristor phân cực thuận, phần lớn điện áp rơi lớp tiếp giáp J hình vẽ Hình 1.7: Hiệu ứng dU/dt tác dụng dịng điều khiển Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dày mở ra, tạo vùng khơng gian nghèo điện tích, cản trở dịng điện chạy qua Vùng khơng gian coi tụ diện có điện dung Cj2 Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dòng điện tụ có giá trị đáng kể, đóng vai trị dịng điều khiển Kết thyristor mở chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G 13 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Tốc độ tăng điện áp thông số phân biệt thyristor tần số thấp với thyristor tần số cao Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 V/μs với thyristor tần số cao dU/dt lên tới 500 đến 2000 V/μs 1.8.5: Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs) Khi thyristor bắt đầu mở điểm tiết diện tinh thể bán dẫn dẫn dòng đồng Dòng điện chạy qua bắt đầu vài điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau lan tỏa dần sang điểm khác toàn tiết diện Nếu tốc độ tăng dịng điện q lớn dẫn tới mật độ dòng điện điểm dẫn ban đầu lớn, phát nhiệt cục nhanh dẫn đến hỏng cục bộ, từ dẫn đến hỏng tồn tiết diện tinh thể bán dẫn Tốc độ tăng dòng cho phép thyristor tần số thấp vào khoảng 50 ÷ 100A/μs, với thyristor tần số cao dI/dt vào khoảng 500 ÷ 2000A/μs Trong biến đổi phải ln có biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng giá trị cho phép Điều đạt nhờ mắc nối tiếp phần tử bán dẫn với điện kháng nhỏ, lõi khơng khí đơn giản xuyến ferit lồng lên Các xuyến ferit phổ biến cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm cách thay đổi số xuyến lồng lên dẫn Xuyến ferit cịn có tính chất cuộn cảm bão hòa, dòng qua dẫn nhỏ điện kháng lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng Khi dòng lớn ferit bị bão hịa từ, điện cảm giảm gần khơng 1.9: Đưa số hình ảnh thực tế van thyristor 14 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Hình 1.8: Hình dạng vài loại Thyristor thơng dụng 1.10: Ứng dụng thực tế • Truyền động động điện chiều có điều khiển (cơng suất hàng MW) • Nguồn cho mạch kích từ máy phát điện • Các hệ thống giao thơng dùng điện chiều • Cơng nghệ luyện kim màu, cơng nghệ hóa học • Thiết bị hàn điện chiều, mạ kim loại, nạp điện acquy Phần 3: Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha tải Rd, Ld, Ed Hình 1.9: Mạch chỉnh lưu hình tia pha tải Rd, Ld, Ed Hình 1.10: Đồ thị điện áp dịng điện mạch chỉnh lưu hình tia pha tải Rd, Ld, Ed 15 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Giả thiết tải : Rd, Ld, Ed chuyển mạch tức thời Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: • u1 = U m sin θ u = U m sin(θ − 2π ) u = U m sin(θ − 4π ) • • Nhịp V1: khoảng thời gian từ θ1 − > θ Tại θ1 điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, đó: u v1 =  u v = u − u1 < u = u − u <  v3 T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: + Điện áp chỉnh lưu điện áp u1 : ud = u1 + Dòng điện chỉnh lưu dòng điện qua van 1: id = Id = i1 + Dòng điện qua T2, T3 0: i2 = i3 = Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, uV2 = T2 mở, lúc uV1 = u1 – u2 = bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2 Nhịp V2: từ θ − > θ3 u v =  u v1 = u1 − u u = u − u  v3 Lúc này: T2 mở, T1, T3 đóng + Điện áp chỉnh lưu điện áp u2: ud = u2 + Dòng điện chỉnh lưu dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2 + Dòng điện qua T1, T3 0: i1 = i3 = Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, u V3 = T3 mở, lúc uV2 = u2 – u3 = bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3 16 Đồ án Điện Tử Công Suất Nhịp V3: từ GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp θ3 − > θ u v3 =  u v1 = u1 − u u = u − u  v2 T3 mở, T1, T2 đóng + Điện áp chỉnh lưu điện áp u3: ud = u3 + Dòng điện chỉnh lưu dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3 + Dòng điện qua T1, T2 0: i1 = i2 = Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, uV1 = T1 mở, lúc uV3 = u3 – u1 = bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1 Trong mạch ,dạng sóng dịng điện phụ thuộc vào tải, tải trở dòng điện id dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện trở nên phẳng ,khi Ld tiến tới vơ dịng điện id khơng đổi, id = Id Các giá trị trung bình: - Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu: T Ud = u dt = d T ∫0 2π π 2π + +α ∫ U m sin θ dθ = π +α 6 U cos α 2π Đặt : giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu chỉnh lưu điều khiển với suy 17 α = 00 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC Tải FULL (file word 38 trang): https://bit.ly/2OjHCF2 Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực Việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa quan trọng kinh tế lẫn kỹ thuật việc tính chọn xác, tỉ mỉ hệ thống làm việc an tồn nhiêu.Hơn việc chọn thiết bị xác nâng cao chất lượng, hiệu suất hệ thống.Nếu tính chọn thiếu xác hiệu suất khơng làm việc làm tang chi phí cho nhà đầu tư Vì vậy, việc tính tốn thiết bị phải đáp ứng yêu cầu sau đây: + Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ thong số phù hợp với thiết bị +Về mặt kinh tế, thiết bị chọn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý 18 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Với số liệu cho trước sau: • • • • • Điện áp nguồn ba pha: 380 (V) Ud = (V) Id = 210 (A) Kdm = 0,1 Tần số: 50 Hz 2.1: Thông số chọn van 2.1.1: Điện áp ngược van Ung max = knv U2 Với U2 = Trong đó: • • • • • Ud ku 220 1,17 = = 188,03 (V) Ud : Điện áp tải van U2 : Điện áp nguồn xoay chiều van ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: ku = 1,17) knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1: knv = ) Ung max : Điện áp ngược van Ung max = 188,03 = 460,58 (V) Để chọn van theo điện áp hợp lý điện áp ngược van cần chọn phải lớn điện áp làm việc Uv = kdtU.Ung max = 1,8.460,58 = 829,04 (V) Trong đó: kdtU hệ số dự trữ điện áp cho van (Thường lấy 1,8) 2.1.2: Dòng điện làm việc van Dòng điện làm việc van chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Ilv = Ihd = khd Id =0,58.210 = 121,8 (A) Trong đó: • khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (khd = 0,58) • Ihd : Dòng điện hiệu dụng van • Id : Dòng điện tải Tải FULL (file word 38 trang): https://bit.ly/2OjHCF2 Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Với thơng số làm việc trên, chọn điều kiện làm việc van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Iv Iđm v = ki Ilv = 1,4.121,8 = 170,52 (A) Trong đó: ki hệ số dự trữ dịng điện ki = (1,1 ÷ 1,4) Vậy thơng số van là: Unv = 829,04 (V) 19 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Iđm lv = 170,52 (A) Chọn Thyristor loại T14-200 với thông số định mức (Tra bảng phụ lục 2): Iđỉnh Irò Cấp (A) (mA) điện áp 500 T14-200 3,5 200 200 25 - 16 2-6 Itb (A): Dịng điện trung bình tối đa cho phép chảy qua van Iđỉnh (A): Trị số biến dòng điện dạng sin Irò (mA): Dòng điện rị van trạng thái khóa Cấp du/dt: Tốc độ tăng điện áp tph: Phân cấp theo thời gian phục hồi tính chất khóa van Cấp di/dt: Tốc độ tăng dòng (V): Sụt áp thuận van dòng định mức Uđk(V): Điện áp điều khiển Iđk(A): Dòng điều khiển Ký hiệu • • • • • • • • • Uđk (V) Iđk (mA) Itb (A) tph (V) - - 1,75 2.2: Các phần tử bảo vệ mạch động lực 2.2.1: Bảo vệ nhiệt cho van Làm mát nước tuần hoàn với lưu lượng 10 (lít/phút) , nhiệt độ nước làm mát khoảng 25 2.2.2: Bảo vệ q dịng Do cơng nghệ chế tạo Van bán dẫn nên phát triển nên chọn Van ta chọn Van có dịng điện định mức lớn nhiều so với dòng điện làm việc bỏ qua q dịng điện lâu dài Vì cần xem xét biện pháp bảo vệ dòng ngắn hạn cho van bán dẫn a) Dùng cầu chì bảo vệ Ta dùng nhóm cầu chì để bảo vệ Van dùng để chống lại cố ngắn mạch • Nhóm 1: Lắp đặt pha từ nguồn ra: I1cc = 1,2.Id = 1,2.210 = 252 (A) Ta chọn loại cầu chì GSGB300 có thơng số là: Idm = 300A; Udm = 600V(AC), 350V(DC) • Nhóm 2: Lắp nối tiếp với Thyristor : I2cc = 1,2.Ilv = 1,2 70 = 84 (A) Ta chọn cầu chì GSGB110 có thông số sau: Idm = 110A; Udm = 600V(AC), 400V(DC) 20 2839858 ... tháng năm 2015 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp MỤC LỤC Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha mắc trực tiếp vào lưới điện. .. Mạch chỉnh lưu hình tia pha tải Rd, Ld, Ed Hình 1.10: Đồ thị điện áp dịng điện mạch chỉnh lưu hình tia pha tải Rd, Ld, Ed 15 Đồ án Điện Tử Công Suất GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp Giả thiết tải : Rd,... chung chỉnh lưu Phần 1: Các vấn đề chung chỉnh lưu 1.1: Cấu trúc a) Định nghĩa: Chỉnh lưu trình biến đổi lượng dòng điện xoay chiều thành lượng dòng điện chiều Chỉnh lưu thiết bị điện tử công suất