BÁO cáo đồ án môn học điện tử CÔNG SUẤT thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Nội dung: Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phầ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Đà Nẵng, tháng 2 năm 2022

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

-o0o -Họ và tên sinh viên: Nông Văn Tùng Lớp: 221DADTCS2001

GVHD: Phạm Thanh Phong

1.Tên đề tài:

Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

2 Các số liệu ban đầu:

1 Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha 220/380V

2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

3 Pđm= 15 KW; Uđm=220 V; nđm= 1560 vg/ph; ηđm= 0,83; J= 0,4 kgm2

4 Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8

Hệ số dự trữ dòng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4

3 Nội dung:

Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương pháp điều

chỉnh tôc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần

ứng

Chương 2: Lý thuyết về chỉnh lưu cầu ba pha

Chương 3: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch động lực

Chương 4: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch điều khiển

Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận

4 Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiẻn và bảo

vệ

5 Tài liệu tham khảo:

Các tài liệu môn học

Kiểm tra tiến độ đồ án Đà Nẵng, ngày tháng năm 20

(Giáo viên HD ký mỗi lần SV đến Giáo viên hướng dẫn

gặp thông qua đồ án)

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG

CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG

I Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

1 Khái niệm:

 Là loại máy điện quay sử dụng điện một chiều

Động cơ điện một chiều là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng

Máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ khi E < U, lúc đó dòng điện Iư ngược chiều với E

Động cơ 1 chiều được dùng phổ biến trong công nghiệp, trong ngành giao thông vận tải

và những nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng

Trong phân tích các hệ thống truyền động, thường biết trước đặc tính cơ Mc(ω) của máysản xuất

Đạt được trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu tốc độ, mô men, dòng điện động cơ,…cần phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo của động cơ tương ứng

Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức và được sử dụng như loạt số liệu cho trước

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M)

2 Cấu tạo và hoạt động:

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

 Khi động cơ làm việc, các dây dẫn phần ứng chuyển động trong từ trường của phầncảm nên trong chúng lại xuất hiện suất điện động cảm ứng, sinh ra dòng cảm ứng ngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng Vì thế sức điện động cảm ứng này còn gọi là sức phản điện

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều

3 Đặc điểm:

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

 Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau

 Khi nguồn có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích

từ song song Ở đây động cơ kích từ song song được coi như kích từ độc lập nên tacoi hai động cơ này như nhau

 Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ được cấp điện từ một nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng Ở động cơ điệnmột chiều kích từ song song thì cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn Trường hợp này mà nguồn điện có công suất lớn hơn nhiều so với công suất cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự động cơ kích từ độc lập

Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều

a) Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lậpb) Sơ đồ nối dây động cơ kích từ song song

4 Phương trình đặc tính:

4.1 Phương trình cân bằng điện áp :

Uư =Eư +(Rư +Rf).(Iư )Trong đó: Uư – Điện áp phần ứng (V)

Rư = rư + rcf + rcb + rct – Điện trở phần ứng động cơ (Ω)

Bao gồm:

rư – Điện trở cuộn dây phần ứng;

rcf – Điện trở cực từ phụ;

rcb – Điện trở cuộn bù (nếu có);

rct – Điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp rcf

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Rf – Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)

Iư – Dòng điện mạch phần ứng (A)

Eư – Sức điện đồng phần ứng động cơ (V)

Được xác định theo công thức: Eư = K Ф ω

Trong đó: K =2πa pN hệ số cấu tạo của động cơ

Với: p – Số đôi cực từ chính

N – Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a – Số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây phần ứng

Ф– Từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)Phương trình đặc tính cơ:

4.2 Phương trình đặc tính cơ điện:

Từ phương trình chính, công thức tính sức điện động, công thức thể hiện mối quan hệ giữa momen điện từ và dòng điện phần ứng Iư Ta được phương trình đặc tính cơ điện:

ω = U ư

KФ đm – R ư +R fư

KФ đm .Iư

Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω là một hàm của momen M được gọi là phương

trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Nếu dùng đơn vị tốc độ là vòng/phút thì phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành:

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

 Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và được đánh giá thông qua:

S%=❑d−❑¿

d¿x100Mong muốn: sai số đ =  s% càng nhỏ càng tốt

 Tính liên tục( độ trơn dải điều chỉnh)

 = i + 1/i i + 1  i : hệ thống điều khiển liên tục

i + 1  i : hệ thống điều khiển nhảy cấpMong muốn   1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốt dải điều chỉnh

 Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

D=❑Max

❑MinMong muốn D càng lớn càng tốtNgoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước

5 Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện:

Từ các phương trình đặc tính cơ-điện và phương trình đặc tính cơ, với giả thiết phần ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ là những đường thẳng

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

- Nguyên lý điều khiển

Trong phương pháp này người ta giữ U ư =U đm ; Ф=Ф đmvà nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng

Hình 1.5 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở mạch phần ứng

 Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Ta thấy khi điện trở càng lớn thì  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do

 Đặc điểm của phương pháp

 Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn

 Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức ( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm)

 Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục

❑Mincàng nhỏ Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D = 3 : 1

 Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn

 Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản

2 Thay đổi điện áp phần ứng:

- Nguyên lý làm việc Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết

bị nguồn (máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển.)

Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const ; Φ = Φđm = const

 Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì: KФ = U ư −I đm R ư

ω đm

 Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng ω0=U ư

KФthay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

 Do đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức

Hình 1.6 Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập bằng

thay đổi điện áp mạch phần ứng

 Tốc độ không tải lý tưởng:

- Đặc điểm của phương pháp

 Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp

 Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh

 Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh

 Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm

 Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển

 Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì  và Iư đều không đổi

- Đánh giá chi tiêu điều khiển

 Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)

 Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi Các bộ biến đổi hiện nay đều có công suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục

 Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1

 Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

3 Thay đổi từ thông:

Ta có: Rf = 0 ; RưΣ = Rư =const ; Uư= Uđm = const

 Ta thay đổi dòng kích từ Ikt để thay đổi từ thông

 Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( =

max) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ

có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông  tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức

Hình 1.7 Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

 Ta thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên

Ta nhận thấy rằng khi từ thông thay đổi thì:

 Dòng điện ngắn mạch không đổi: I nm=U đm

R ư =const

 Mômen ngắn mạch thay đổi: M nm =K Ф x I nm

Khi ta giảm từ thông thì tốc độ động cơ tăng lên và độ cứng của đặc tính cơ giảm Nhưng nếu cứ tiếp tục giảm dòng kích từ thì tới một lúc nào đó tốc độ không tăng được nữa vì do mômen điện từ của động cơ giảm Phương pháp thay đổi từ thông để điều chỉnh theo chiều tăng ( từ tốc độ định mức ), phạm vi điều chỉnh rộng, tổn hao điều chỉnh nhỏ(ưu) nhưng không điều chỉnh ở dưới tốc độ định mức(nhược) Do vậy thông thường được áp dụng hợp với phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh

- Đặc điểm của phương pháp:

 Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

 Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức

 Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch

 Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với công suất không đổi

- Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển

 Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên

 Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy Có thể điều khiển trơn trong dải điều chỉnh D = 3 :1

 Tính liên tục: vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta

có thể điều khiển liên tục với   1

 Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ = (1 – 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp)

 Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọn phương pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

III Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng:

 Để điều chỉnh được điện áp động cơ một chiều đòi hỏi phải có một nguồn riêng có Uđiều chỉnh được Ta dùng các bộ nguồn điều áp như: máy phát điện một chiều, các

bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động

cơ các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu

Hình 1.8 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập dùng bộ biến đổi điều khiển điện áp

|β|

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 1.9 Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp

 Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện áp, nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh Chẳng hạn, cũng trên hình 1.9, động cơ đanglàm việc tại điểm A với tốc độ lớn ωA trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1 Ta giảm mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3 Lúc này động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường 3 (chuyển ngang với ωA=ωE)

Vì ωE lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ω03 của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh trên đoạn EC của đặc tính 3

 Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng ω0 = K Φ U thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng Do đó ta thu được

họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên tức là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức.Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởiyêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thì các

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 1.10 Đặc tính cơ quá trình thay đổi điện áp

- Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω 0 max, M đm, K M là xác định, vì vậy phạm

vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng Khi điều chỉnh điện

áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do đó có thể tính sơ bộ được:

- Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của hệ truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng có đặc tính cơ trong toàn dải là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

- Trong suốt quá trình điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đường thẳng ω=ω đ m, M=M đ m và các trục tọa độ Tổn hao năng lượng

Chương 1: Tổng quan về ĐCĐ 1 chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT VỀ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA

I Chỉnh lưu không điều khiển:

4 Sơ đồ và dạng sóng:

không điều khiển

Hình 2.2 Dạng sóng của sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha

không điều khiển

5 Nguyên lý hoạt động:

 Khi θ1 < θ < θ2: Điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D6 mở (D6, D1)

 Khi θ2 < θ < θ3: Điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D2 mở (D1, D2)

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

 Khi θ3 < θ < θ4: Điện áp pha b cao nhất, pha c thấp nhất D3, D2 mở (D2, D3)

 Khi θ4 < θ < θ5: Điện áp pha b cao nhất, pha a thấp nhất D3, D4 mở (D3, D4)

 Khi θ5 < θ < θ6: Điện áp pha c cao nhất, pha a thấp nhất D4, D5 mở (D4, D5)

 Khi θ6 < θ < θ7: Điện áp pha c cao nhất, pha b thấp nhất D5, D6 mở (D5, D6)

Ta có:

Điện áp trung bình ở lối ra là: Utb = 2,34Up

6 Thông số của sơ đồ:

 Điện áp trung bình trên tải

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 2.3 Sơ đồ động lực chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển đối xứng

8 Hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển đối xứng:

Hình 2.4 Giản đồ các đường cong cơ bản chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng và điện áp tải khi góc mở 𝜶=600, 𝜶=900Dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Thyristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)) Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình cần mở Thyristor T1 của pha A phía anod, chúng ta cần cấp xung X1, đồng thời tại đó ta cấp xung X4 cho Thyristor T4 của pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tương tự Cần chứ ý rằng các thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh PhongKhi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn Ví dụ trong khoảng thời gian t1 ÷ t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng điện được chạy từ A về B.

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau Điều nay có thể thấy rõ trong khoảng t1 ÷ t3 như trên hình Thyristor T1 nhóm anod dẫn, nhưng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 ÷ t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ÷ t3

Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khóa Ta có thể lấy ví dụ cho van T1, trong khoảng t1 ÷ t3 van T1 dẫn điện

áp bằng 0, trong khoảng thời gian t3 ÷ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5 ÷ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA

Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình trị số điện áp tải được tính theo công thức Ud = Udo.Cosα

Khi góc mở các Thyristor lớn lên tới góc α > 600 và các thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình (khi góc mở các Thyristor α =

900 với tải thuần trở) Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng (các đường nét mảnh trên giản đồ Ud của các hình vẽ), cho tới khi các điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khóa

Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn khi chế tạo, vận hành và sửa chữa Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điều khiển không đối xứng

Điện áp trung bình trên tải:

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Hình 2.5 Sơ đồ động lực chỉnh lưu cầu ba pha

điều khiển không đối xứng

10 Hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng:

Sóng điện áp tải Ud (đường xong nét đậm thứ hai trên hình), khoảng dẫn các van bán dẫn T1, T2, T3, D1, D2, D3 Các Tisisto được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tisisto của pha kế tiếp Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (Thời điểm phát xung mở T2) Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tisisto được dẫn từ thời điểm

có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu Các diot tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4 ÷ t5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5 ÷ t6

Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn

Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800 Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha

Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha có điều dễ dàng hơn, nhưng các điều hòa bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn

Utb = 3√3

2π Uf(max)(1+cosα) = 2 π3 Uday(max)(1+cosα)

So với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, thì trong sơ đồ này việc điều khiển các van bán dẫn được thực hiện đơn giản hơn Ta có thể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu này như điều khiển một chỉnh lưu tia ba pha

Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất Tuy vậy đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất

Điện áp trung bình trên tải

Ud = 3√6

2π U.(1 + cosα)

Trị dòng điện trung bình qua tải

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Id = U d −E

R

Hình 2.6 Giản đồ các đường cong cơ bản chỉnh lưu cầu ba pha

điều khiển không đối xứng

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC

I Tính chọn van động lực:

 Hai thông số cơ ban cần quan tâm khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp

và dòng điện Các thông số còn lại là những thông số tham khảo khi lựa chọn

 Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện tỏa nhiệt, điện áp làm

việc, các thông số cơ bản của van được tính:

• Điện áp ngược của van được tính:

U1v = Knv.U2 = Knv U d

K u = √6.3220√6

Trong đó: U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van

U d : Điện áp tải của van

Trong đó: Khd = √13 là hệ số dòng hiệu dụng cầu ba pha

Ihd, Id– dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải

• Chọn điều kiện làm việc của van có cánh tỏa nhiệt và đầy đủ diện tích tỏa nhiệt; Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện có dòng định mức của van cần chọn:

Trong đó: Ki = 1,1÷1,4 là hệ số dự trữ dòng điện

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

 Sau khi tính toán xong ta phải chọn Thyristo có các thông số: Iđm = 66,40[A]; Unv =

415 [V] Với các thông số tính được ở trên ta chọn được 6 Thyristo loại 36RA50 có

các thông số:

 Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1200 [A]

 Sụt áp lớn nhất của Thysistor ở trạng thái dẫn là: ΔU = 2,5 [V]

 Tốc độ biến thiên của điện áp : dU dt = 200 [V/s]

 Dòng điện duy trì : Ih = 500 [mA]

 Thời gian chuyển mạch : tcm = 190 [µs]

 Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 125 [oC]

II.Tính toán máy biến áp chỉnh lưu:

 Để chọn các thiết bị mạch động lực cũng như mạch bảo vệ, ta cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Thyristor

 Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí tự nhiên:

 Các thông số cơ bản sau:

• Công suất biểu kiến của máy biến áp:

Sba = Ks Pd = Ks P đm

Trong đó: Ks = 1,05 là hệ số công suất mạch động lực

• Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

• Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Udo cos αmin =Ud +2 ΔUv +ΔUdn + ΔUba

Trong đó:

αmin = 100 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới;

ΔUv = 1,5 là sụt áp trên Thyristor;

ΔUdn ≈ 0 là sụt áp trên dây nối;

ΔUba = ΔUr + ΔUx là sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến áp;Chọn sơ bộ: ΔUba = 6% Ud = 6% 220 = 13,2

• Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:

Udo = ∆ U d +2.∆ U v +∆ U dn +∆ U ba

cos α min = 220+2.1,5+0+13,2cos100 = 239,84 [V]

• Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

U2 = U do

K u = 239,843√6

Trong đó: Ku = 3π√6 là hệ số điện áp của sơ đồ

• Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp:

m : Số pha máy biến áp (m=3)

f : tần số nguồn điện xoay chiều (f = 50hz)

• Đường kính trụ :

d =√4.Q Fe

π =√4.67,48

π = 9,27 (cm)Chuẩn đoán đường kính trụ tiêu chuẩn d = 9,5 (cm)

• Chọn loại thép kỹ thuật điện, các lá thép có độ dày 0,5mm

• Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1T

• Chọn tỷ số : m = h d = 2,3 => h = 2,3.d = 2,3.9,5 = 21,85 [cm]( thông thường m = 2 ÷ 2,5)

• Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

W1 = U1

4,44 f Q Fe B T = 4,44.50 67,48 10380 −4 1 = 254 [vòng]Trong đó: Điện áp cuộn sơ cấp U1 bằng điện áp nguồn cấp

• Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:

W2 = U U2

Lấy W2 = 68 vòng

• Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:

Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô : J = 2 ÷ 2,75 [A/mm2 ]  Chọn J1 = J2 = 2,75 [A/mm2 ]

• Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S1 = I1

J1 = 18,092,75 =6.58 (mm2 )Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1= 6,61(mm2 )

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp BKích thước dây có kể cách điện: S1cd = a1 b1

- Kết cấu dây quấn sơ cấp:

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

• Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

cd01 = 1 cm

- Kết cấu dây quấn thứ cấp:

• Chọn sơ bộ cuộn chiều cao cuộn thứ cấp :

• Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

• Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp :

• Tổng chiều dày của các bậc thang hình trụ:

dt = 2.(1,5+1+0,9+0,5+0,4)= 8,6 [cm]

• Số lá thép trong các bậc:

 Bậc 1: n1 = 0,515 2 = 60 lá

 Bậc 2: n2 = 0,510 2 = 40 lá

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

Tiết diện gông: Qbg = a.b = 9.8,6= 77,4 [cm]

• Tiết diện hiệu quả của gông:

Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong

- Tính toán thông số của máy biến áp:

• Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C :