2. Tính, chọn Thyristor và các thiết bị bảo vệ 1 Tính chọn Thyristor.
2.2. Tính chọn các thiết bị bảo vệ
Sơ đồ mạch động lực với đầy đủ các thiết bị bảo vệ:
ü Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn:
Khi làm việc, các van có dòng chảy qua, trên van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất ∆P, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác, van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép nào đó Tcp, nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn,
không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý.
ü Tính toán cánh toả nhiệt.
Tổn thất công suất trên một Thyristor:
∆P=∆U*ITlv=1,52*77,07=118 (w) Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: Sm= τ
m
k P
Trong đó:
+ τ độ chênh nhiệt độ so với môi trường, chọn nhiệt độ môi trường Tmt=35oC. Nhiệt độ làm việc cho phép của Thyristor Tcp=90oC. Chọn nhiệt độ trên cánh tỏa nhiệt: Tlv= 80o
C
⇒ τ= Tlv- Tmt= 80-35 =45oC + km: hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn km=8 (
C m
w 2o ).
+ Vậy diện tích bề mặt tỏa nhiệt: Sm=118(45*8)=0,33 (m2)
ü Bảo vệ quá dòng điện cho Thyristor:
Để bảo vệ ngắn mạch và quá tải về dòng điện, có thể dùng Aptômat hoặc cầu chì. ở đây ta chọn cả Aptômat và cầu chì, mắc như sơ đồ trên.
Aptômat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng mạch khi qua tải và ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. Aptômat được chọn theo điều kiện làm việc lâu dài, dựa vào các yêu cầu: IđmA≥Itt, UđmA≥Utt.
Trong đó:
+ IđmA, UđmA tương ứng là dòng điện và điện áp định mức của Aptômat. + Itt, Utt tương ứng là dòng điện và điện áp tính toán, đối với tải là động cơ thì các đại lượng đó là giá trị định mức của động cơ.
Ta chọn: IđmA=1,1*IđmĐ=1,1*109=120 (A); UđmA=UđmĐc=380 (V)
Dựa vào các đại lượng trên, chọn loại Aptômat loại AB kí hiệu 400AF ABH400 (3 cựu) do Hãng LG chế tạo, có các thông số:
Uxung=6 (kV); Ucđmax=690 (V); Uđm=600 (V); Iđm=250 (A). Chỉnh định dòng ngắn mạch: Inm=2,5*Itt=2,5*120=300 (A)
Trong vận hành, thường động cơ chỉ cho phép quá tải 50%, dòng quá tải là Iqtđc=1,5*IđmĐc=1,5*109=164 (A)
Khi dòng quá tải vượt quá 164 (A) thì bộ phận tác động nhiệt phải khởi động để cắt Aptômat. Muốn vậy phải chỉnh định rơle nhiệt cắt khi dòng điện đạt 150 (A) với hệ số khởi động nhiệt là:
Kkđ.nh= 1,09 150 164 = = cnh qtdc I I (giây)
Mặc dù Aptômat có ưu điểm hơn hẳn cầu chì là khả năng làm việc chắc chắn, an toàn, đóng cắt đồng thời ba pha và khả năng tự động hoá cao, nhưng Aptômat có giá trị đắt hơn, do vậy trong những trường hợp không cần thiết, ta có thể dùng cầu chì thay cho Aptômat. Như ở đây ta chọn cầu chì để bảo vệ các Thyristor như hình đã vẽ. Khi dòng điện lớn quá trị số cho phép đi qua, cầu chì sẽ tác động làm đứt mạch, do đó bảo vệ được các Thyristor.
Các thông số đặc trưng cho dây chảy là điện áp định mức, dòng điện định mức. Không nên đặt dây chảy vào mạch điện có điện áp cao hơn điện áp của dây chảy. Dòng điện định mức của dây chảy phải bằng hoặc lớn hơn dòng bảo vệ nó, nhưng không lơn hơn 10%.
⇒ ICC = 1,1* IT=1,1*77,07 = 84,77 (A).Chọn loại cầu chì ống loại 3NA2 832 do Siemens chế tạo, có các thông số:
Iđm=125 A; Uđm=500 V.
ü Bảo vệ quá điện áp cho van:
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Thyristor được thực hiện bằng cách mắc R2-C2 song song với Thyristor, người ta còn gọi mạch R-C này là mạch trợ
giúp cho chuyển mạch. Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giữa anôt và catôt của Thyristor. Khi có mạch R2-C2 mắc song song với các Thyristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Thyristor không bị quá điện áp. Các trị số chính xác phụ thuộc vào điện áp của mạch và năng lượng tích luỹ do nguồn quá độ và người ta cũng dựa vào các công thức thực nghiệm dựa trên các tính toán từ trước.
Theo kinh nghiệm, thường: R20=(5÷30) (Ω); C20=(0,25÷4) (µF). Chọn: R20=15 (Ω); C20=1,5 (µF).
Bảo vệ van bán dẫn khỏi đánh thủng do xung điện áp từ lưới: để bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, chúng ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch R1-C1 như hình vẽ, nhằm lọc xung. Khi xuất hiện xung điện áp trên đương dây, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây.
Theo kinh nghiệm, thường: R10=(5÷20) (Ω); C10=4 (µF). Chọn: R10=10 (Ω); C10=4 (µF)