CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
3.2. Tính toán các thông số của mạch động lực
3.2.3. Tính toán chọn phần tử bảo vệ
3.2.3.1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn
Khi làm việc với dòng điện chạy qua , trên van có sự sụt áp , do đó có tổn hao công suất ∆P , tổn hao nãy sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn . Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép TCP nào đó , nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng . Để van bán dẫn làm việc an toàn , không bị chọc thủng về nhiệt , ta phải chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý .
Tính toán cánh tản nhiệt:
- Tổn thất công suất trên một thyristor .
∆P = ∆U.Ilv = 2.14,14 = 28,3 (W) - Diện tích bề mặt toả nhiệt .
Sm = .
Km
P
Công suất máy biến áp biểu kiến SBA = 7,56 kVA Điện áp pha sơ cấp U1 = 220 V Điện áp pha thứ cấp U2 = 420 V Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1 = 32,66A Dòng điện hiệu dụng thứ cấp I2 = 16,33 A Số vòng dây mổi pha sơ cấp W1 = 445 vòng Số vòng dây mổi pha thứ cấp W2 = 890 vòng Điện trở quy đổi về thứ cấp RBA = 0,026 Ω Điện kháng quy đổi về thứ cấp XBA = 0,08 Ω Điện cảm quy đổi về thứ cấp LBA = 0,255 mH Điện áp ngắn mạch phần trăm Un = 10,5 %
Trong đó :
∆P: Tổn hao công suất ( W ).
τ: Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường.
Km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn Km = 8 W/m2.0C Tlv,Tmt: Nhiệt độ làm việc và nhiệt độ của môi trường (0C).
Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C . Nhiệt độ làm việc cho phép của thyristor Tcp = 1250C . Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt Tlv = 800C.
τ = Tlv - Tmt = 80 - 40 = 400C Vậy : Sm =
40 . 8
68 ,
191 = 0,559 (m2)
- Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh , kích thước mổi cánh là:
a × b = 16 × 16 (cm × cm ) - Tổng diện tích của cánh tản nhiệt .
S = 12 . 2 . 16 . 16 = 0,6144 (m2) a, Bảo vệ quá dòng cho van
Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch thyistor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu.
- Chọn aptomat có :
Idm = k.I = 1,1.I1 = 1,1 .32,66 = 34 (A) Với I1 : là dòng điện sơ cấp máy biến áp .
k : Hệ số an toàn . Udm = 400 V;
Aptomat có ba tiếp điểm chính , có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện.
Chỉnh định dòng ngắn mạch .
Inm = 2,5.I = 2,5.32,66 = 81,65(A) Dòng quá tải:
Iqt = 1,5 .I = 1,5 . 32,66 = 49 (A) - Chọn cầu dao có dòng định mức:
ICD = IdmAP = 34 (A)
Cầu dao dùng để tạo khoảng cách an toàn khi sửa chữa hệ truyền động .
- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor , ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu .
Dòng điện định mức dây chảy nhóm CC là:
ICC = 1,1.IhdV = 1,1 . 14,14 = 15,55 (A) Dòng điện định mức dây chảy nhóm CC1 là:
ICC = 1,1.Idm = 1,1 . 34 = 37,4 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm :
ICC = 50 (A)
b, Bảo vệ quá điện áp cho van.
Linh kiện bán dẫn nói chung và linh kiện bán dẫn công suất nói riêng , rất nhạy cảm vói sự thay đổi của điện áp . Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn mà ta cần có phương thức bảo vệ là :
- Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van . - Xung điện áp do chuyển mạch van .
- Xung điện áp từ phía lưới điện xoay chiều , nguyên nhân thường gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây .
- Xung điện áp do cắt đột ngột máy biến áp non tải .
Để bảo vệ cho van làm việc dài hạn không bị quá điện áp , thì ta phải chọn đúng các van bán dẫn theo điện áp ngược .
- Để bảo vệ quá điện áp của xung điện áp do quá trình đóng cắt các van thyristor được thực hiện bằng cách mắc R – C song song với thyristor . Khi có sự cố chuyển mạch, các điên tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điên ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, làm cho quá điện áp giũa anôt và catôt của thyristor. Khi có mạch R – C mắc song song với thyristor, tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên thyristor không bị quá điện áp.
Theo kinh nghiệm R1 = ( 5 ữ 30 ) Ω ; C1 = ( 0,25 ữ 4 ) àF;
Ta chọn : R1 = 5,1 Ω ; C1 = 0,25 àF;
Hình 3.1. Mạch R – C bảo vệ quá điện áp khi van chuyển mạch
- Để bảo vệ cho xung điện áp lưới từ điện áp lưới , ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch R – C nhằm lọc xung. Khi xuất hiện xung điện áp trên đường dây, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn tàon trên điện trở đường dây.
Trị số R, C phụ thuộc nhiều vào tải.
Theo kinh nghiệm R2 = ( 5 ữ 30 ) Ω ; C2 = 4 àF ; Ta chọn : R1 = 12,5 Ω ; C1 = 4 àF ;
Hình 3.2. Mạch R – C bảo vệ xung điện áp từ lưới 3.2.3.2. Tính toán cuộn kháng lọc
Các thông số ban đầu:
Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: Lk = 4,593 mH . Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng lọc: Im = 65 A .
Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10%.Idm = 6,5 A .
- Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé, ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng .
Zt = Xk = 2π) => điện áp u.f.Lk = 2π) => điện áp u.6.50.4,593.10-3 = 8,65 Ω . - Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc .
ΔU = Zk. 2
I1m
= 2,23. 2
5 , 6
= 10,249 V . - Công suất của cuộn kháng lọc.
S = ΔU. 2
I1m
= 10,249. 2
5 , 6
= 47,10875 VA .