1. Bảo vệ quỏ nhiệt độ cho cỏc van bỏn dẫn
Khi làm việc với dũng điện chạy qua trờn van cú sụt ỏp , do đú cú tốn hao cụng suất ∆p ,tốn hao này sinh ra nhiệt đốt núng van bỏn dẫn .
Mặt khỏc van bỏn dẫn chỉ được phộp làm việc dưới nhiệt độ cho phộp Tcp nào đú nếu quỏ nhiệt độ cho phộp thỡ cỏc van bỏn dẫn sẽ bị phỏ hỏng . Để cho van bỏn dẫn làm việc an toàn, khụng bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý .
+Tổn thất cụng suất trờn 1 Tiristor
Trong đú : ∆U Sụt ỏp trờn van : ∆U = 2 (V)
Ilv Dũng làm việc chạy qua van Ilv = 3,55A
- Ta biết rằng nếu ∆P < 20W thỡ van cú thể làm việc với dũng điện tối đa là 10%Iđm mà khụng cần cỏnh tản nhiệt .Nhưng vỡ Ilv >10%Iđm
( 3,55 > 10%.35) nờn ta phải thiết kế cỏnh tản nhiệt gắn lờn van để toả nhiệt cho cỏc van
- Tổng diện tớch bề mặt toả nhiệt :
τ . m k P S = ∆ Trong đú : ∆p : tổn hao cụng suất (W)
T: độ chờnh lệch so với mụi trường Tmt = 400C
Nhiệt độ làm việc cho phộp của Tcp=1250C Chọn nhiệt độ trờn cỏnh toả nhiệt Tlv=800C
T=Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C
Km :Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ Chọn Km=8 (w/m2. 0C) Vậy: 2 2) 221,875 ( 0221875 , 0 40 . 8 1 , 7 cm m Sm = = =
Chọn loại cỏnh toả nhiệt cú 10 cỏnh Kớch thước mỗi cỏnh a.b= 5.5(cm2) Tổng diện tớch toả nhiệt của cỏnh
S=10.2.5.5 = 250(cm2) 2.Bảo vệ quỏ dũng điện của van
Dựng 1 aptụmỏt để đúng ngắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quỏ tải và ngắt mạch Tiristor, ngắt mạch đầu ra độ biến đổi, ngắt mạch thứ cấp MBA ngắt mạch ở chế độ nghịch lưu.Chọn 1 ỏptụmỏt dựa vào cỏc thụng số sau:
+ Điện ỏp định mức : Udm =220V
+ Dũng điện làm việc định mức : Iđm = 1,1.I1 = 1,1. 16,41 = 18,051A + Chỉnh định dũng ngắn mạch : Inm = 2,5. I1 = 1,5.16.41 = 41,025A + Dũng quỏ tải : Iqt = 1,5. Iđm = 1,5. 16,41 = 24,615A
Loại Uđm (A) Iđm( A) Inm (A) Iqr (A)
LK 220 20 45 25
- Chọn 1 cầu giao để tạo khe hở an toàn khi sử chữa hệ truyền động. - Dựng dõy chảy tỏc động nhanh để bảo vệ ngắn mạch cỏc Tiristor ngắn
mạch đầu ra của bộ CL.
+ Nhúm 1CC : Dũng điện định mức dõy chảy nhúm 1cc ) ( 5 , 5 5 . 1 , 1 . 1 , 1 1 I A I CC = lv= =
+ Nhúm 2CC : Dũng điện định mức dõy chảy nhúm 2cc
) ( 095 , 3 55 , 3 . 1 , 1 . 1 , 1 2 I A I CC = hd = =
+ Nhúm 3CC : Dũng điện định mức dõy chảy nhúm 3cc , dựng để bảo vệ động cơ trong trường hợp mở mỏy :
) ( 25 5 . 5 . 3 k I A I CC = mm dm−DC = =
Vậy chọn cầu chảy nhúm 1CC, 2CC và 3CC cú Iday chảy theo bảng sau :
Nhúm 1CC 2CC 3CC (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Idc (A) 6 4 25
3.B o v quỏ i n ỏp cho van ả ệ đ ệ
Bảo vệ quỏ điện ỏp : do quỏ trỡnh đúnh cắt cỏc Tiristor được thực hiện bằng cỏch mắc R-C song song với Tiristor .Khi cú sự chuyển mạch cỏc điện tớch tớch tụ trong cỏc lớp bỏn dẫn phúng ra ngoài tạo ra dũng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiờn nhanh chúng của dũng điện ngược gõy ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong cỏc điện cảm làm cho quỏ điện ỏp giữa anod và catod của Tiristor .
Khi cú mạch R-C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vũng phúng điện tớch trong quỏ trỡnh chuyển mạch nờn Tiristor khụng bị quỏ điện ỏp . Theo kinh nghiệm R1 = ( 20 -> 100 ) Ω
C1 = ( 0,1-> 2) àF
Bảo vệ xung điện ỏp từ lưới điện . ta mắc mạch R-C như mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trờn điện trở đường dõy .
Chọn R1= 40 (Ω)và C1= 0,8àF
CHƯƠNG V
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I.YấU CẦU ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Mạch điều khiển là khõu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo vỡ nú đúng vai trũ chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của BBĐ. Yờu cầu của mạch điều khiển cú thể túm tắt trong 6 điểm chớnh sau:
+ Yờu cầu về độ rộng xung điều khiển. + Yờu cầu về độ lớn xung điều khiển.
+ Yờu cầu về độ dốc sườn trước của xung (càng cao thỡ việc mở càng tốt thụng thường 0,1A/μ,
dt diDK
≥ ).
+ Yờu cầu về sự đối xứng của xung trong cỏc kờnh điều khiển. + Yờu cầu về độ tin cậy.
. Điện trở kờnh điều khiển phải nhỏ để Tiristor khụng tự mở khi dũng rũ tăng.
.Xung điều khiển ớt phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện ỏp nguồn.
. Cần khử được nhiễu cảm ứng để trỏnh mở nhầm. + Yờu cầu về lắp rỏp vận hành.
. Thiết bị thay thế dễ lắp rỏp và điều chỉnh.
. Dễ lắp lẫn và mỗi khối cú khả năng làm việc độc lập. II. NGUYấN Lí CHUNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN. Nhiệm vụ của mạch điều khiển
Là tạo ra cỏc xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở cỏc van động lực của bộ chỉnh lưu.
- Tiristor chỉ mở cho dũng điện chảy qua khi cú điện ỏp dương đặt trờn Anốt và cú xung ỏp dương đặt vào cực điều khiển khụng cũn tỏc dụng gỡ nữa.
- Chức năng của mạch điều khiển :
+ Điều chỉnh được vị trớ xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện ỏp đặt trờn anốt – katốt của tiristor.
+ Tạo ra được cỏc xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng xung tx < 10às. Biểu thức độ rộng xung: dt di I t dt x =
Trong đú: Iđt là dũng duy trỡ của tiristor.
Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là gúc α. Nguyờn tắc điều khiển.
Mạch điều khiển tiristor cú thể phõn loại theo nhiều cỏch. Song cỏc mạch điều khiển đều dựa theo nguyờn lý thay đổi gúc pha và theo đú ta cú hai nguyờn lý khống chế “ngang” và khống chế “đứng”.
- Khống chế “ngang “ là phương phỏp tạo gúc α thay đổi bằng cỏch dịch chuyển điện ỏp ra hỡnh sin theo phương ngang so với điện ỏp tựa.
+ Nhược điểm của phương phỏp khống chế này là gúc α phụ thuộc vào dạng điện ỏp và tần số lưới, do đú độ chớnh xỏc của gúc điều khiển thấp. - Khống chế “đứng” là phương phỏp tạo gúc α thay đổi bằng cỏch dịch chuyển điện ỏp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện ỏp tựa răng cưa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Phương phỏp khống chế “đứng” cú độ chớnh xỏc cao và khoảng điều khiển rộng ( từ 0 -> 1800 ).
+ Cú hai phương phỏp điều khiển “đứng “: . across
. tuyến tớnh
• Nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tớnh
Tổng đại số của Ur + Uđk đưa đến đầu vào của một khõu so sỏnh. Bằng cỏch làm biến đổi Uđk ta cú thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra tức là điều chỉnh được gúc α.
Khi Uđk = 0 ta cú α = 0. Khi Uđk < 0 ta cú α > 0.
Quan hệ giữa α và Uđk như sau:
rmax dk U U π. α =
• Nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng “acrcoss”. Nguyờn tắc này dựng hai điện ỏp:
+ Điện ỏp đồng bộ Ur vượt trước điện ỏp anốt – catốt một gúc bằng
π/2 (Nếu UAK = A.sinwt thỡ Ur = B.coswt )
+ Điện ỏp điều khiển được Uđk là điện ỏp một chiều cú thể điều chỉnh được biờn độ theo hai hướng (dương và õm).
Trờn hỡnh vẽ đường nột đứt là điện ỏp anốt – catốt tiristor, từ điện ỏp này người ta tạo ra Ur . Tổng đại số Ur + Uđk được đưa đến đầu vào của khõu so sỏnh .
Khi Ur + Uđk = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khõu so sỏnh : Uđk + B.cosα = 0
Do đú α = arccos(-Uđk/B) Thường lấy B = Uđk max
Khi Uđk = 0 thỡ α =π/2 Khi Uđk = - Uđk max thỡ α= 0
Như vậy khi cho Uđk biến thiờn từ - Uđk max đến + Uđkmax thỡ α biến thiờn từ 0 đến π.
Nguyờn tắc này được sử dụng trong cscs thiết bị chỉnh lưu đũi hỏi chất lượng cao.
Nhận xột: Theo yờu cầu thiết kế mạch điều khiển ta thấy nguyờn tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tớnh là phự hợp, ta chọn nguyờn tắc điều khiển này.
Phương phỏp điều khiển thẳng đứng tuyến tớnh
Khi điện ỏp xoay chiều hỡnh sin đặt vào anod của Tiristo, để cú thể điều khiển được gúc mở α của Tiristo trong vựng điện ỏp + anod, ta cần tạo một điện ỏp tựa dạng tam giỏc, ta thường gọi là điện ỏp tựa là điện ỏp răng cưa Urc. Như vậy điện ỏp tựa cần cú trong vựng điện ỏp dương anod.
Dựng một điện ỏp một chiều Uđk so sỏnh với điện ỏp tựa. Tại thời điểm (t1,t4) điện ỏp tựa bằng điện ỏp điều khiển (Urc = Uđk), trong vựng điện ỏp dương anod, thỡ phỏt xung điều khiển Xđk. Tiristo được mở từ thời điểm cú xung điều khiển (t1,t4) cho tới cuối bỏn kỳ (hoặc tới khi dũng điện bằng 0)
Sơ đồ nguyờn lý điều khiển chỉnh lưu
Sơ đồ khối mạch điều khiển.
Để thực hiện được ý đồ đó nờu trong phần nguyờn lý điều khiển ở trờn, mạch điều khiển bao gồm ba khõu cơ bản trờn hỡnh 3
Nhiệm vụ của cỏc khõu trong sơ đồ khối hỡnh 3 như sau:
Đồng pha So sỏnh Tạo xung
Udf Urc Udk Ud Xdk t1 t2 t3 t4 t5 t t t t
A1 A2 0 0 1 1 23 23 4 54 5 R1 A 0 0 1 1 23 23 4 54 5 R2 Ur R3 C1 C D1 B Tr U1
d- dựng khuếch đại thuật toỏn.b. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Khõu đồng pha cú nhiệm vụ tạo điện ỏp tựa Urc (thường gặp là điện ỏp dạng răng cưa tuyến tớnh) trựng pha với điện ỏp anod của Tiristo
+ Khõu so sỏnh cú nhiệm vụ so sỏnh giữa điện ỏp tựa với điện ỏp điều khiển Uđk, tỡm thời điểm hai điện ỏp này bằng nhau (Uđk = Urc). Tại thời điểm hai điện ỏp này bằng nhau, thỡ phỏt xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại.
+ Khõu tạo xung cú nhiệm vụ tạo xung phự hợp để mở Tiristo. Xung để mở Tiristor cú yờu cầu: sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo yờu cầu Tiristo mở tức thời khi cú xung điều khiển (thường gặp loại xung này là xung kim hoặc xung chữ nhật); đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Tiristo; đủ cụng suất; cỏch ly giữa mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện ỏp động lực quỏ lớn)
1) Khối đồng pha
Ngày nay cỏc vi mạch được chế tạo ngày càng nhiều, chất lượng ngày càng cao, kớch thước ngày càng gọn, ứng dụng cỏc vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha cú thể cho ta chất lượng điện ỏp tựa tốt, điều khiển gúc mở lớn gúc mở cú thể đạt tới 1800. Trờn sơ đồ mụ tả sơ đồ tạo điện ỏp tựa dựng khuếch đại thuật toỏn (KĐTT).
2) Khõu so sỏnh A3 3 Ur a R4 Udk R5 Ur c b. A3 Ura Urc Udk c. R5 R4
Sơ đồ khõu so sỏnh
Để xỏc định được thời điểm cần mở Tiristo chỳng ta cần so sỏnh hai tớn hiệu Uđk và Urc. Việc so sỏnh cỏc tớn hiệu đú cú thể được thực hiện bằng Tranzitor nhưng Tranzitor khụng làm việc ở chế độ đúng cắt như ta mong muốn, do đú nhiều khi làm thời điểm mở Tiristo bị lệch khỏ xa so với điểm cần mở tại Uđk = Urc.Để khắc phục điều này ta dựng khuyếch đại thuật toỏn .KĐTT cú hệ số khuyếch đại rất lớn nờn chỉ cần một tớn hiệu rất nhỏ ở đầu vào ta đó cú điện ỏp đầu ra ở nguồn nuụi .Ưu điểm của nú là cú thể phỏt xung chớnh xỏc tại Uđk=Ura
3) Khõu tạo xung
Với nhiệm vụ tạo xung phự hợp để mở Tiristo như đó nờu ở trờn, tầng khuếch đại cuối cựng thường được thiết kế bằng Tranzitor cụng suất, như mụ tả trờn hỡnh 6a. Để cú xung dạng kim gửi tới Tiristo, ta dựng biến ỏp xung (BAX), để cú thể khuếch đại cụng suất ta dựng Tr, điụt D bảo vệ Tr và cuộn dõy sơ cấp biến ỏp xung khi Tr khoỏ đột ngột. Mặc dự với ưu điểm đơn giản, nhưng sơ đồ này được dựng khụng rộng rói, bởi lẽ hệ số khuếch đại của tranzitor loại này nhiều khi khụng đủ lớn, để khuếch đại được tớn hiệu từ khõu so sỏnh đưa sang.
Tầng khuếch đại cuối cựng bằng sơ đồ darlington như trờn hỡnh 6b thường hay được dựng trong thực tế. ở sơ đồ này hoàn toàn cú thể đỏp ứng được yờu cầu về khuếch đại cụng suất, khi hệ số khuếch đại được nhõn lờn theo thụng số của cỏc tranzitor.
Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần cú độ rộng bộ (cỡ khoảng (10 ữ
200) às), mà thời gian mở thụng cỏc tranzitor cụng suất dài (tối đa tới một nửa chu kỳ - 0.01s), làm cho cụng suất toả nhiệt dư của Tr quỏ lớn và kớch thước dõy quấn sơ cấp biến ỏp dư lớn. Để giảm nhỏ cụng suất toả nhiệt Tr và kớch thước dõy sơ cấp BAX chỳng ta cú thể thờm tụ nối tầng như hỡnh 6c. Theo sơ đồ này, Tr chỉ mở cho dũng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nờn dũng hiệu dụng của chỳng bộ hơn nhiều lần.
Uv Tr2 BAX +E D2 Tr1 b. R6 Uv Tr1 BAX +E D2 a. R 6
3 .Sơ đồ mạch điều kiển
- Từ những phõn tớch ở trờn ta cú sơ đồ của mạch điều kiển :
4. Nguyờn lý hoạt động của sơ đồ điều khiển:
Điện ỏp vào tại điểm A (UA) cú dạng hỡnh sin, trựng pha với điện ỏp anod của Tiristo T, qua khuếch đại thuật toỏn (KĐTT) A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB. Phần ỏp dương của điện ỏp chữ nhật UB qua điụt D1 tới A2 tớch phõn thành điện ỏp tựa Urc. Điện ỏp õm của điện ỏp UB làm mở thụng tranzitor Tr1, kết qủa là A2 bị ngắn mạch (với Urc = 0) trong vựng UB õm. Trờn đầu ra của A2 chỳng ta cú chuỗi điện ỏp răng cưa Urc giỏn đoạn.
Điện ỏp Urc được so sỏnh với điện ỏp điều khiển Uđk tại đầu vào của A3. Tổng đại số Urc + Uđk quyết định dấu điện ỏp đầu ra của KĐTT A3. Trong khoảng 0 ữ t1 với Uđk > Urc điện ỏp UD cú điện ỏp õm. Trong
Sơ đồ cỏc khõu khuếch đại.
a- bằng tranzitor cụng suất; b- bằng sơ đồ darlington; c- sơ đồ cú tụ nối tầng. A1 A2 R1 A R2 R3 C1 D1 B Tr1 U1 Udk Ur +E A3 Ura R4 R5 BA D2 R6 R7 C2 Tr2 R6 Uv Tr2 BAX +E D2 Tr1 C2 D c.
khoảng t1 ữ t2 điện ỏp Uđk và Urc đổi ngược lại, làm cho UD lật lờn dương. Cỏc khoảng thời gian tiếp theo giải thớch điện ỏp UD tương tự.
Cỏc xung ra UF làm mở thụng cỏc tranzitor, kết quả là chỳng ta nhận được chuỗi xung nhọn Xdk trờn biến ỏp xung, để đưa tới mở Tiristo T.
III. TÍNH TOÁN CÁC THễNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Mạch điều kiển được tớnh xuất phỏt từ yều cầu về xung mở Tiristor , do đú ta cú cỏc thụng số cơ bản để tớnh mạch điều kiển :
+ Điện ỏp điều kiển Tiristor : Uđk = 1,4V
+ Dũng điện điều kiển Tiristor : Iđk = Ig = 0,12A + Thời gian mở Tiristor : tm = 120ms
+ Độ rộng của xung điều kiển :tx = 167ms + Tần số xung điều kiển fx = 3kHz (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Độ mất đối xứng cho phộp : ∆α = 40
+ Điện ỏp nuụi mạch điều khiển U = 12V + Mức sụt biờn độ xung : sx = 0,15
Tớnh mỏy biến ỏp xung
Chọn vật liệu làm lừi là Fẻit HM , lừi cú dạng hỡnh xuyến làm việc trờn q fần của đặc tớnh từ húa cú ∆B = 0,3T ;∆H = 30A/m khụng cú khe hở khụng khớ
+ Tỉ số biến ỏp xung chọn m –3
+ Điện ỏp thữ cấp của MBA xung : U2 = Uđk = 1,4V + Điện ỏp đặt lờn cuộn thứ cấp MBA xung :
U1 = mU2 = 3,14 = 4,2V
+Dũng điện thứ cấp của MBA xung : I2 = Iđk = 0,12A