đề tài THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ đảo CHIỀU

Đồ án mơn học Điện tử cơng suất LỜI NĨI ĐẦU Điện tử công suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng d ụng 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 nghi ệp c ả 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 k ỹ thu ật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất Cũng với lý đó, học kỳ em nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHI ỀU CÓ ĐẢO CHIỀU” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình th ầy Khương Công Minh thầy Lê Tiến Dũng q trình làm đ án mơn h ọc với đề tài Mặc dù dành nhiều cố gắng khơng tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý, bảo thầy, cô Sinh viên thực Nguyễn Thị Kim Trúc MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 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 tia ba pha Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động điện chiều (hệ T - Đ) có đảo chiều…………………………………………………………………… Trang 11 Chương 3: Tính chọn phần tử mạch động lực ………… Trang 19 Chương 4: Tính chọn phần tử mạch điều khiển……………… Trang 32 Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận……………………………….Trang 41 Tài liệu tham khảo…………………………………………… … Trang 44 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất CHƯƠNG 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 Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng Nó dùng làm động điện, máy phát ện 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 yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải I- Tổng quan động điện chiều: 1/ Phân loại : Động điện chiều chia làm nhiều loại theo bố trí c cu ộn 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 2/ Ưu nhược điểm động điện chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ Có 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 3/ Sơ đồ nguyên lý hoạt động Uæ Rf E RKT CKT IKT UKT SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án mơn học Điện tử cơng suất II- Đặc tính máy điện chiều: Quan hệ tốc độ mơmen động gọi đặc tính c c đ ộng c ω = f(M) n = f(M) Quan hệ tốc độ mơmen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất ωc= f(Mc) nc= f(Mc) Ngoài đặc tính cơ, động điện chiều người ta cịn 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) 1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-1) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: Uæ Uæ = Eæ + (Ræ +Ræ)Iæ Rf Trong đó: - điện áp phần ứng, (V) - sức điện động phần ứng,(V) E Ræ - điện trở mạch phần ứng RKT CKT Rf - điện trở phụ mạch phần ứng Với: Ræ = ræ + rcf + rb + rct IKT Trong đó: rỉ - điện trở cuộn dây phần ứng Hình UKT1- rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb- điện trở cuộn bù rct- điện trở tiếp xúc chổi than Sức điện động Eæ phần ứng động xác định theo biểu thức: Eæ = 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: = Ke.φn 2πn n = 60 9.55 pN φn Vì vậy: Eæ= 60a pN Ke = hệ số sức điện động động 60a K Ke = ≈ 0.105K 9.55 Với: ω = Từ biểu thức trên, ta có: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất ω= U æ Ræ + R f − Iæ Kφ Kφ Là phương trình đặc tính điện động Mặt khác, mômen điện từ Mât động xác định bởi: Mât= Kφ Iæ Suy ra: Iæ = M ât Kφ Thay giá trị Iæ vào phương trình đặc tính động ta được: ω= U æ Ræ + R f − M ât Kφ ( Kφ ) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơmen c tr ục đ ộng c mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mât= Me= M Khi ta được: Rỉ + R f U ω= æ − M Kφ ( Kφ ) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, từ thơng φ = Const, phương trình đặc tính điện phương tình đặc tính tuyến tính Đồ thị chúng biểu điển hình (1-2) đường thẳng Theo đồ thị trên, Iæ= M = ta có: = ω0 Kφ ω= ω0: gọi tốc độ không tải lý tưởng động U Cịn ω = ta có: I æ = R − R = I nm æ f Và M = KφInm = Mnm Inm, ω0 ωâm ω I Iâm ω0 ω ωâm I Inm Mâm M nm a Âàûc cå âiãûn cuía b Âàûc cå ca âäüng âäüng cå âiãûn mäüt chiãưu cå âiãûn mäüt chiãưu kêch kêch tỉì âäüc láûp tỉì âäüc láûp 1-2 Inm,Mnm: c gi l dũng in ngn mHỗnh ch v mơmen ngắn mạch Mặt khác từ phương trình đặc tính điện phương trình đặc tính viết dạng: ω= U æ RI − = ω − ∆ω K φ Kφ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất ω= R − M Kφ ( Kφ ) ω0 = Uæ Kφ RI æ RM = ( Kφ ) gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M Kφ 2/ Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ: ∆ω = Từ phương trình đặc tính ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thông động φ, điện áp phần ứng Uæ, điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số đó: a) Ảnh hưởng điện trở phần ứng: Giả thiết Uæ=Uâm= Const φ = φâm= Const ω0 TN(Rn) Rf1 Rf2 Hỗnh 1-3 Rf3 Rf4 Mun thay iin tr mch phn ứng ta nối thêm điện trởMph c ụ Rf vào mạch phần ứng Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = U âm = Const Kφ âm Âộ cứng đặc tính cơ: ∆M ( Kφ âm ) β= = = var ∆ω Ræ + R f Khi Rf lớn β nhỏ nghĩa đặc tính dốc Ứng với Rf=0 ta có đặc tính tự nhiên: β TN = ( Kφ âm ) Rỉ βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện rơi Rf ta họ đặc tính biến trở hình (1-5) ứng với mổi ph ụ 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 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ b) Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φâm= const, điện trở phần ứng Ræ = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có: Tốc độ khơng tải: ω 0x = U Kφ x ω ω0 ω01 ω02 ω03 ω04 = Var âm Độ cứng đặc tính cơ: ( Kφ ) = Rổ = Const Uõm Mc Hỗnh 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 ng ắn m ạch, dịng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động củng giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp củng sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động c) Ảnh hưởng từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uæ= Uâm= Const Điện trở phần ứng Rỉ = Const Muốn thay đổi từ thơng ta thay đổi dịng điện kích từ Ikt động Trong trường hợp này: U x ω = Tốc độ không tải: x Kφ = Var x ( Kφ ) Độ cứng đặc tính cơ: β = − x = Var R SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 ỉ Trang Đồ án mơn học Điện tử công suất Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên 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 thông: ω ω02 φ ω01 φ1 ω0 φâm Mc ω02 ω01 φ2 φ1 φâm M Inm a Đặc tính điện động điện b Âàûc cå cuía âäüng cå âiãûn chiều kích từ độc lập giảm từ thơng mäüt chiãưu kêch tỉì âäüc lỏỷp Hỗnhgiaớm 1-5 tổỡ thọng Dũng in ngn mch: Inm = Mơmen ngắn mạch: U âm = Const Rỉ Mnm=KφxInm=Var Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thông biểu diễn hình (1-5)a Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thông tốc độ động tăng lên, nh hình (1-5)b III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điện áp: 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, điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản Đồng thời đạt ch ất lượng ều ch ỉnh cao, dải điều chỉnh rộng Thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chi ều b ằng điện áp: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử công suất Vì cần phải có biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng mạch kích từ động Cho đến thường sử dụng biến đổi dựa nguyên tắc truyền động sau : +Hệ truyền động máy phát – động (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động (T – Đ)(được sử dụng đồ án ) ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động (T-Đ) Thường sử dụng chỉnh lưu có điều khiển thyristor Tốc độ động thay đổi cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho ph ần ứng đ ộng c ơ, đ ể thay đổi điện áp chỉnh lưu ta cần sử dụng mạch điều ển, thay đ ổi th ời điểm thông van thyristor CKT Â T1 T2 T3 KH ÂK Hình 1-6 + Ưu điểm hệ tác động nhanh, không gây ồn dễ tự động hố Do van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất cao, ều thu ận l ợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vịng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính hệ thống + Nhược điểm hệ van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao ph ụ máy ện H ệ s ố công suất cos ϕ hệ thống nói chung thấp Tính dẫn điện chiều van buộc ta phải sử dụng biến đổi để cấp điện cho đ ộng c có đ ảo chiều quay a) Sơ đồ thay tính tốn: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học Điện tử cơng suất Từ phương trình đặc tính động tổng quát: ω= Uu Ru − M ⇒ ω = ω − ∆ω Kφ ( Kφ ) Ta thấy thay đổi Uu ω thay đổi, ∆ω = const Vậy ta đường đặc tính điều chỉnh song song với Như muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có nguồn cung cấp điện chiều thay đổi điện áp b) Bộ biến đổi T-Đ: Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 10 Đồ án môn học Điện tử công suất 19- Chọn khoảng cách cách điện dây quấn với trụ: a01 = (mm) Cách điện lớp: cd1 = 0,1 (mm) 20- Bề dày cuộn dây: Bd = (ak + cd1 ) n1 = (3,8 + 0,1) 17 = 66,3 (mm) 21- Tổng bề dày cuộn dây: Bd = B d + a 01 = 66,3 + = 69,3(mm) ∑ 22- Chiều dài vòng dây cùng: l1 = 2.(a + b) + 2.π a 01 = 2.(20 + 25) + 2.π = 108,8(mm) 23- Chiều dài vịng dây ngồi cùng: l1 = 2.( a + b) + 2.π ( a 01 + B d ) = 2.( 20 + 25) + 2.π (3 + 66,3) = 525,20(mm) Chiều dài trung bình vịng dây: l +l 108,8 + 525,2 l tb = = = 317(mm) 2 24- Điện trở dây quấn 750C: l tb W 317.10 −3.166 R = ρ 75 = 0,02133 = 0,052(Ω) Sk 21,7 Ta thấy điện trở bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở 25- Thể tích sắt: VFe = a b h + a b L = a b (2 h + L) = 20 25 10-4 (2 60 + 211,4) 10-2 = 0,16 (dm3) 26- Khối lượng sắt: MFe = VFe mFe = 0,16 7,85 = 1,256 (kg) 27- Khối lượng đồng: MCu = VCu mCu = Sk ltb W mCu = 21,7 317 166 8,9 10-6 = 10,16 (kg) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 31 Đồ án mơn học Điện tử cơng suất CHƯƠNG TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN -Tiristor mở cho dịng điện chạy qua có điện áp dương đặt anot xung dòng dương đặt vào cực điều khiển G Sau tiristor mở xung điều khiển khơng cịn tác dụng, dịng điện chảy qua tiristor thông s ố mạch động lực định -Mạch điều khiển có chức sau: +Điều chỉnh vị trí xung điều khiển phạm vi nửa chu kỳ dương điện áp đặt anot – catot tiristor +Tạo xung đủ điều kiên mở tiristor (xung điều khiển thường có biên độ từ - 10 V, độ rộng xung tiristor x = 20 - 100 µ s thiết bị chỉnh lưu) Độ rộng xung tính theo biểu thức: tx = I dt di dt Trong đó:Idt : dịng trì tiristor di : tốc độ tăng trưởng dòng tải dt 1/ Thiết kế mạch điều khiển: -Cấu trúc mạch điều khiển tiristor: ucm : điện áp điều khiển : điện áp chiều ur : điện áp đồng bộ: điện áp xoay chiều biến thể nó, đồng với điện áp anot – catot tiristor +Khâu 1: Khâu so sánh,hiệu điện ucm-u đưa vào khâu so sánh ,làm việc trigơ Khi UCM – UC =0 trigơ lật trạng thái đầu ta nhận “sườn xuống” +Khâu 2: Đa hài trạng thái ổn định,lấy tín hiệu sườn xuống”tạo xung +Khâu 3: Khuếch đại xung +Khâu 4: Biến áp xung SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 32 Đồ án môn học Điện tử công suất Bằng cách tác động vào Udk ta điều chỉnh vị trí xung điều khiển, tức điều chỉnh góc mở α -Mạch điều khiển thường thiết kế theo nguyên tắc th ẳng đứng ến tính -Để tạo thành mạch điều khiển thường sử dụng linh kiện: bi ến áp đồng pha, vi mạch TCA 780 (công tắc ngưỡng), tranzitor, máy biến áp xung, diot diot zener số linh kiện điện tử khác *Tính tốn mạch điều khiển: Để điều khiển góc α1vàα ta phải điều khiển Udk1 Udk2 α1 + α = π Tương ứng: Udk1 + Udk2 = UM Trong đó: UM: điện áp điều khiển cực đại TCA: UM = 16 (V) Suy ra: Udk1 + Udk2 = 16 (V) (1) Để thoả mãn điều kiện (1), ta chọn khuếch đại trừ hình vẽ, nên ta có: Udk2 = K2 UM – K1 Udk1 (2) K1 = R7 R4 K2 = R4 + R7 R6 R4 R5 + R6 Khi đó, theo sơ đồ ta có: Từ (1) (2) ta có: Udk2 = K2 16 – K1 Udk1 Để đơn giản ta chọn K1 = K2 R + R7 R6 R ⇒ = R4 R5 + R6 R4 Chọn R4 = R5 = R6 = R7 suy K1 =K2 = Suy Udk2 = 16 – Udk1 (V) 2/ Vi mạch TCA 780: a) Giới thiệu : Vi mạch TCA 780 cịn gọi cơng tắc ngưỡng SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 33 Đồ án môn học Điện tử công suất -Được bán rộng rãi thị trường, vi mạch hãng Siemens ch ế tạo, sử dụng để điều khiển thiết bị chỉnh lưu, thiết bị điều chỉnh dòng điện xoay chiều -TCA 780 vi mạch phức hợp thực chức m ột m ạch ều khiển: + ”Tề đầu” điện áp đồng + Tạo điện áp cưa đồng + So sánh + Tạo xung Hình 4-3 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 34 Đồ án môn học Điện tử cơng suất Pin Chân Symbol Kí hiệu GND 10 11 12 13 14 15 16 VSYNC I QZ VREF R9 C10 V11 C12 L Q1 Q2 Vs Q2 QU Q1 Function (Chức năng) Ground Output inverted Output U Output inverted Nối đất Đầu số đảo Đầu U Đầu số đảo Synchronous voltage Điện áp đồng Inhibit Chân khoá Output Z Đầu Z Stabilized voltage Điện áp chuẩn Ramp resistance Điện trở tuyến tính Ramp capacitance Tụ tuyến tính Control voltage Điện áp điều khiển Pulse extension Mở rộng xung Long pulse Xung dài Output Đầu số Output Đầu số Supply voltage Điện áp nguồn nuôi b) Sơ đồ vi mạch TCA 780: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 35 Đồ án môn học Điện tử cơng suất -Có thể điều chỉnh góc mở α từ 00 đến 1800 điện -Thông số chủ yếu TCA 780: +Điện áp nuôi: Us = 18 V +Dòng điện tiêu thụ: IS = 10 mA +Dòng điện ra: I = 50 mA +Điện áp cưa: Ur max = (US – 2) V +Điện trở mạch tạo điện áp cưa: R9 = 20 k Ω - 500 k Ω +Điện áp điều khiển: U11 = -0,5 – (Us – 2) V +Dòng điện đồng bộ: IS = 200 µ A +Tụ điện: C10 = 0,5 µ F +Tần số xung ra: f = 10 – 500 Hz c ) Nguyên lý hoạt động : TCA 780 hoạt động theo nguyên tăc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Tụ C10: tham gia vào khâu tạo điện áp c ưa, đ ược n ạp b ằng dòng điện i từ chân số 10 dòng i điều ch ỉnh R (thường R9 = 20 k Ω 500 k Ω ) Dòng điện i tính: U 3,3 i= = (Thường chọn R9 = 200 k Ω ) R9 R U 10 = i.t C10 (Thường chọn C10 = 0,5 µ F) +Uc : điện áp điều khiển lấy từ chân 11 (Khoảng 0,5 – 16 V) +Ur = Uc – Uv : Uc = Ur tức Uv =0 TCA làm nhiệm vụ so sánh tạo xung Bằng cách làm thay đổi Uc điều chỉnh thời điểm xuất xung tức điều chỉnh góc mở α SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 36 Đồ án môn học Điện tử công suất +Tại thời điểm t = t0, U10 = Uc = U11, xuất xung dương chân 15 nên V(t)>0, xuất xung chân 14 V(t) 300 pF +US : điện áp nguồn nuôi từ chân 6, 13, 16 với điện áp chiều (18 V) 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, c ần 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: Hình 4-6 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 37 Đồ án môn học Điện tử công suất 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 Giả sử t = 0, Uc = “1”, tranzitor dẫn, điện cảm L biến áp xung ngăn không cho I c = US ngay, mà dòng Ic tăng từ từ theo hàm mũ Rc −t Uc ic = (1 − e T ) Rc với T = L1 Rc -Khi Uc = “0” (mức logic 0) Dz1 bị chặn lại tranzitor bị khoá Khi t = t1 Uc = “0” ta có: − t1 US U i L (t1 ) = i c (t1 ) = (1 − e T ) = I < S Rc Rc Tranzitor bị khoá  Ic = 2 Vậy diot D2 lượng W = L.I sinh điện áp cực C E, điện áp vượt 100V nên phá huỷ transistor Khi có D2: 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) 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 T phân cực thuận 5/ Tính chọn thơng số phần tử mạch điều khiển: a) Tính chọn phần tử khâu khuếch đại xung: Chọn diot D4 dùng điều khiển tiristor 91RC60: US = V, Ig = 300 mA Chọn diot D4 loại S310 Liên Xô với thông số: UCE = 40 V, UBE = V, Ic max = 300 mA, β = 13 – 25 Với IC = 150 mA, chọn β = 20 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 38 Đồ án môn học → IB = Điện tử công suất I C 150 = = 7,5mA β 20 Điện trở Rc: Rc = U CE − U − ∆U D U S − U − ∆U D 18 − 15,2 − 0,6 = = = 14,667(Ω) Ic Ic 150.10 −3 ⇒ Rc = 15(Ω) Tính chọn R1: U BE 3.10 R1 = = = 70,58(Ω) I c I B 150.7,5.10 −6 Chọn D2, D3 loại S310 có thơng số: I = 0,5 A, Ung max = 20 V, UV = ∆UD3 = 0,6 V Diot Dz loại diot zener loại 1W3815 có thông số: Imax = 264 mA, U0N = 16 V, Pmax = W Tính chọn Dz1 R2: Dòng điện từ chân 14 15 qua diot D1 50 mA Biên độ xung Ux = 16 V Chọn Dz1 diot zener loại KU139A có thông số U = 3,7 V; Imax = 70 mA; Imin = 30 mA Dòng điện chân 14 15 qua diot D1 50 mA Biên độ xung Ux = 16 V Điện trở R2 tính sau: U − U − U BE 16 − 3,7 − R2 = X = = 186(Ω) I 150 b) Chọn phần tử bên TCA 780: Ta chọn R q = 100(kΩ) C10 = 0,5( µF ) C12 = 0,5( µF ) c) Tính toán 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 đ nối dây ∆∕ Ү đ ể t ạo độ lệch 300 cách tự nhiên, đồng thời tạo đồng pha máy bi ến áp thứ cấp Độ dài xung cưa độ dài máy biến áp đồng pha với điện áp điều khiển cực đại là: U dk UC 16 U max = = = = 91,954(V ) sin 170 sin 170 0,174 TCA có dịng vào đồng khoảng I5 = 200 ( µA) Vậy điện trở R5 tính sau: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 39 Đồ án môn học Điện tử công suất U 91,954 = = 0,46.10 (Ω) = 460(kΩ) I5 200 Tỉ số biến áp máy biến áp đồng pha: U 380 n= = = 4,133 U 91,954 Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: I 200 I1 = = = 48,397( µA) n 4,133 Công suất máy biến áp đồng pha: S = U1 I = 380 48,397 106 = 55,77 103 (W) Công suất máy biến áp đồng pha tương đối nhỏ d) Tính chọn biến áp xung: Tỉ số biến áp biến áp xung tính theo cơng thức: R5 = m= U1 UX (thường m = -3 ) Chọn m = Vậy điện áp sơ cấp biến áp xung là: U1 = m UX = (7 + 0,6) = 15,2 (V) Với UX = Uq + ∆Up = (7 + 0,6) (V) Dòng điện sơ cấp biến áp xung: Ig I1 = = 150(mA) *Mạch từ: Chọn vật liệu sắt từ ∋ 330, lõi sắt từ có dạng hình chữ nhật, làm việc phần đặc tính từ hố tuyến tính B S = 2,2 T, ∆B = 1,7 T làm việc f = 50 Hz, có khe ∆H = 50 A/m Từ thẩm lõi thép từ: ∆B 0,7 µ= = = 1,4.10 −6 µ ∆H 50.10 Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình Sơ ta chọn chiều dài trung bình đường sức: L = 0,1 m; khe hở lkh = 10-5 µ tb = L l kh + L µ = 0,1 10 −5 + 0,1 1,4.10 − = 5,8.10 −3 Thể tích lõi sắt từ: µ tb µ t X S U S I 5,8.10 −3.10 −6 5.10 −4 0,15.15,2.0,15 V = φ1 = = ∆B 0,7 = 2,204 10-6 (m) = 2,204 (cm3) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 40 Đồ án môn học Điện tử cơng suất Chọn thể tích (cm3) Chọn số liệu thiết kế: =1,5 (cm) l = (cm), a = Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung: U tx1 15,2.5.10 −4 W1 = = = 95(vòng ) ∆B.φ K 0,7.1,5.0,76.10 − Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: U 7,6.95 W2 = W1 = = 47,5(vòng ) U1 15,2 CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I-Mạch bảo vệ: 1/Giới thiệu : Các phần tử bán dẫn cơng 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 hoá…… 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 ph ải tôn trọng t ỉ s ố gi ới h ạn sử dụng nhà chế tạo định với phần tử - Điện áp ngược lớn - Giá trị trung bình lớn dịng điện - Nhiệt độ lớn thiết bị - Tốc độ tăng trưởng lớn dòng điện SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 di dt Trang 41 Đồ án môn học Điện tử công suất - 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 ch ống nhiều s ự c ố bất ngờ xảy gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch t ải, ện áp ho ặc dòng điện Các phần tử bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ Trong làm vi ệc v ới nhiệt độ nhiệt độ cho phép dù thời gian ngắn có th ể phá hu ỷ 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 l ớn dùng n ước dầu biến để làm mát Khi cho xung điều khiển vào van ban đầu ch ỉ có nh ững ểm lân c ận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi lan dần xuất vùng có ện trường lớn Về dịng điện, di lớn tốc độ lan truyền dịng điện dt mặt ghép J2 tạo vùng nóng chảy, mặt ghép J bị hỏng Có thể giảm nhỏ di cách đặt điện kháng bão hoà mạch dt anot tiristor Đặc điểm cuộn kháng, mach từ chưa bão hồ có điện kháng lớn, mạch từ bão hồ có điện kháng nhỏ 2/ Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn: 1- Tổn thất công suất tiristor: ∆P = ∆U I lv = 1,5.34.51 = 51,77( W) 2- Diện tích bề mặt toả nhiệt: ∆P 51,77 Sn = = = 0,16(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 Tổng diện tích tản nhiệt cánh: S = 12 10 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ dòng điện cho van: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 a.b=10.10 (cm) Trang 42 Đồ án môn học Điện tử công suất 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 3.44,84 = 85,43( A) ≈ 85( 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 3.44,84 = 194,16( A) ≈ 194( A) Dòng tải: I qt = 1,5.I ld = 1,5 3.44,84 = 116,49( A) ≈ 116( A) 2- Chọn cầu dao có dịng định mức: I qt = 1,1.I ld = 1,1 3.44,84 = 85( 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 48,58 = 53,44 (A) Nhóm 2CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 Ihd = 1,1 34,51 = 37,96 (A) Nhóm 3CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 Id = 1,1 59,5 = 65,45 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 60 (A), 2CC loại 40 (A), 3CC loại 70 (A) 4/ Bảo vệ điện áp cho van: - Bảo vệ điện áp q trình đóng cắt tiristor đ ược th ực hi ện b ằng cách mắc R-C song song với tiristor 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: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 43 Đồ án môn học Điện tử công suất Mạch RC bảo vệ điện áp từ lưới Chọn R2 = 12,5 ( Ω ), C1 = ( µF ) II/Kết luận: Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: ”thi ết k ế ch ỉnh lưu hình tia ba pha – động điện chiều có đảo chiều”, giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, thyristo, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển , vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng cách tính tốn thông số linh kiện mạch TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Điện tử công suất Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh 2- Điện tử cơng suất Tác giả: Nguyễn Bính 3- Máy điện Tác giả: Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 44 Đồ án môn học SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Điện tử công suất Trang 45 ... với đề tài: ”thi ết k ế ch ỉnh lưu hình tia ba pha – động điện chiều có đảo chiều”, giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, thyristo, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển , vi mạch TCA780,... ∆Uv – ∆UBA = 237,61 cos100 – 1,5 – 19,73 = 211,27 (V) 70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi thứ cấp: 2 ZBA = R BA = 0,16 + 0,304 = 0,34 ( Ω ) + X BA 71/ Tổn hao ngắn mạch máy biến áp: ∆Pn = RBA I2... Chỉnh lưu hình tia pha: 1/ Sơ đồ dạng sóng: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 14 Đồ án môn học Điện tử công suất Hình 2-4 Hình 2-5 Gồm máy biến áp pha có thứ cấp nối Y 0, pha tiristor