III. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC
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
∆P=∆U.Ilv = 2.3,55 = 7,1(W) 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
Vậy ta chọn 1 ỏptụmỏt cú :
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
Idc (A) 6 4 25
3.Bảo vệ quỏ điện ỏp cho van
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
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 KHIỂNI.YấU CẦU ĐỐI VỚI 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.
1. 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.
di/dt : tốc độ tăng trưởng của dũng tải.
Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là gúc α.
2. 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. + 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
+ 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
Đồng pha So sỏnh Tạo xung
Udf Urc Udk Ud Xdk t1 t2 t3 t4 t5 t t t t
A1 A20 0 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