Qua thời gian học tập tại trường em được giao đề tài: ‘‘Xây dựng bộ chỉnh lưu cầu một pha tiristor có công suất P = 1kW, điện áp U = 220V có bộ lọc điện, cấp điện cho động cơ một chiều
CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN
CHỈNH LƯU MỘT PHA
1.1.1 Chỉnh lưu một nửa chu kỳ Ở sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ hình 1.1, sóng điện áp ra một chiều sẽ bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ, khi điện áp anot của van bán dẫn âm
Do vậy khi sử dụng sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ, chất lượng điện áp xấu và trị số điện áp tải trung bình lớn nhất (khi không điều khiển) được tính Các tham số này cho thấy cách thức hoạt động của bộ chỉnh lưu ở chế độ không điều khiển và cho phép đánh giá mức độ biến thiên điện áp trên tải Việc phân tích giúp tối ưu hóa thiết kế nguồn và cải thiện chất lượng điện áp đầu ra bằng các biện pháp điều khiển hoặc bổ sung lọc.
Chất lƣợng điện áp xấu và cũng cho hệ số sử dụng máy biến áp xâu:
Hình 1.1 trình bày sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ Đánh giá chung cho loại chỉnh lưu này cho thấy đây là một mạch cơ bản với nguyên lý làm việc đơn giản Tuy nhiên, các yếu tố kỹ thuật như chất lượng điện áp DC và hiệu suất sử dụng máy biến áp lại ở mức thấp, khiến chỉnh lưu một nửa chu kỳ ít được ứng dụng trong thực tế.
Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn, người ta thường sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ theo các phương án sau
1.1.2 Chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có điểm trung tính
Hình 1.2 Sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chuy kỳ với biến áp có điểm trung tính
Theo sơ đồ hình 1.2, biến áp có hai cuộn dây thứ cấp có thông số giống hệt nhau, có thể coi đây là hai sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ hình 1.1, hoạt động lệch pha nhau 180 độ Ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua, nên ở cả hai nửa chu kỳ điện áp tải trùng với điện áp ở cuộn dây có van dẫn Điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ, với tần số bằng 2 lần tần số điện áp xoay chiều (f_dm = 2 f1) Hình dạng các đường cong biểu thị biên độ và sự biến đổi của điện áp tải theo thời gian.
Ud là điện áp tải và Id là dòng điện tải, đồng thời dòng điện qua các van bán dẫn I1, I2 và điện áp của van T1 được mô tả trên hình 1.3a khi tải thuần trở và trên hình 1.3b khi tải cảm kháng lớn.
Hình 1.3 trình bày các đường cong điện áp, dòng điện tải, dòng điện qua các van và điện áp của Tiristor T1 Đối với tải thuần trở khi dòng điện có đặc tính gián đoạn, điện áp trung bình trên tải được tính theo công thức sau:
Ud = Udo.(1+cos )/2 (1 - 3) Trong đó:
U do - Điện áp chỉnh lưu không điều khiển và bằng:
- Góc mở của các Tiristor
Khi tải điện cảm lớn, dòng điện, điện áp tải liên tục, lúc này điện áp một chiều đƣợc tính:
Trong các sơ đồ chỉnh lưu, thì loại này có điện áp ngược của van phải chịu lớn nhất:
Mỗi van dẫn hoạt động trong một nửa chu kỳ Do đó dòng điện trung bình mà van bán dẫn phải chịu tối đa bằng một nửa dòng điện tải Trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua van được cho bởi I_hd = 0,71 I_d.
Một số ƣu nhƣợc điểm của sơ đồ
So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ, loại chỉnh lưu này có chất lượng điện áp tốt hơn; dòng điện qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van rất nhỏ Đối với chỉnh lưu có điều khiển, sơ đồ như hình 1.2 nói chung và việc điều khiển các van bán dẫn ở đây tương đối đơn giản Tuy nhiên, việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mỗi cuộn chỉ làm việc ở một nửa chu kỳ là rất phức tạp và làm giảm hiệu suất sử dụng máy biến áp Mặt khác, điện áp ngược mà các van bán dẫn phải chịu thường có trị số lớn nhất, điều này làm cho việc lựa chọn van bán dẫn khó khăn hơn.
1.1.3 Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng
Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng được cấu tạo từ bốn tiristor mắc theo hình 1.4
Hoạt động của sơ đồ khái quát được mô tả như sau: Trong nửa chu kỳ đầu (U_AB > 0), điện áp anode của tiristor T1 dương và catode của tiristor T2 âm; nếu có xung điều khiển mở cho cả hai tiristor T1 và T2 đồng thời, chúng sẽ dẫn và đưa điện áp lưới lên tải Điện áp tải một chiều sẽ trùng với điện áp xoay chiều chừng nào các tiristor còn dẫn, và khoảng dẫn của tiristor phụ thuộc vào tính chất của tải Đến nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu (U_AB < 0), anode của tiristor sẽ bị đổi ngược chiều và các tiristor ngắt dẫn cho chu kỳ kế tiếp, trừ khi có xung kích hoạt ở thời điểm phù hợp để tái thiết lập dẫn.
Trong mạch, T3 dương và T4 âm Khi có xung điều khiển đồng thời cho cả hai van T3 và T4, hai van này sẽ dẫn điện, cho phép điện áp lưới áp lên tải, với điện áp trên tải có dạng một chiều và có chiều trùng với nửa chu kỳ trước.
Hình 1.4 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha đối xứng
Chỉnh lưu cầu một pha theo sơ đồ hình 1.4 cho chất lượng điện áp đầu ra hoàn toàn giống với chỉnh lưu cả chu kỳ khi dùng biến áp có trung tính như sơ đồ hình 1.2.
Đường cong điện áp, dòng điện tải và dòng điện qua các van bán dẫn có hình dạng tương tự như trên hình 1.3 a,b Trong sơ đồ này, dòng điện chạy qua van giống như sơ đồ hình 1.2, nhưng điện áp ngược trên van phải chịu nhỏ hơn.
Việc điều khiển đồng thời các Tiristor T1, T2 và T3, T4 có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau Trong số đó, một phương án đơn giản nhất là sử dụng biến áp xung có hai cuộn thứ cấp, như hình 1.5, để cấp tín hiệu kích cho các Tiristor và đảm bảo sự đồng bộ của các xung kích.
1.1.4 Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng Điều khiển các Tiristo trong sơ đồ hình 1.4 đôi lúc gặp khó khăn khi cần mở tiristo đồng thời, nhất là khi công suất xung không đủ lớn Để tránh việc mở đồng thời các van nhƣ trên, mà chất lƣợng điện áp chừng mực nào đó
Hình 1.5 Phương án cấp xung chỉnh lưu cầu 1 pha vẫn có thể đáp ứng được, người ta có thể sử dụng chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng
Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng có thể thực hiện bằng hai sơ đồ như hình 1.6 Cả hai sơ đồ đều dùng hai Tiristor và hai điốt, và mỗi lần cấp xung điều khiển chỉ cần một xung duy nhất Điện áp một chiều trên tải có hình dạng như trên hình 1.7a,b với trị số bằng nhau, và đường cong điện áp tải chỉ có phần điện áp dương nên sơ đồ này không làm việc với tải nghịch lưu trả năng lượng về lưới Sự khác biệt giữa hai sơ đồ trở nên rõ rệt khi làm việc với tải điện cảm lớn, lúc này dòng điện chạy qua các van điều khiển và van không điều khiển sẽ khác nhau.
Hình 1.6 Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng
CHỈNH LƯU BA PHA
1.2.1 Chỉnh lưu tia ba pha
Chỉnh lưu tia ba pha gồm một biến áp ba pha có thứ cấp đấu sao cho có trung tính; ba van bán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu còn lại của các van bán dẫn nối tới các pha của biến áp Tải được nối giữa đầu nối chung của các van bán dẫn và trung tính, như giới thiệu ở hình 1.8a.
Trong hệ thống biến áp ba pha đấu sao (star), mỗi pha A, B, C nối ra tải qua một van như hình 1.8a; ba cực âm được nối chung cho điện áp dương của tải, còn trung tính của biến áp mang điện áp âm Các điện áp pha A, B, C lệch pha nhau 120 độ theo đồ thị đường cong điện áp pha, và tại mỗi thời điểm chỉ có một pha có điện áp dương lớn hơn hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ (120 độ) Vì vậy, điện áp của các pha xen kẽ nhau theo chu kỳ, đảm bảo tại mỗi thời điểm chỉ có một pha dương hơn hai pha còn lại.
Nguyên tắc điều khiển tiristor ở đây là khi anode của tiristor nào dương hơn so với tiristor kia thì tiristor đó mới được kích mở Thời điểm hai pha điện áp giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các tiristor Các tiristor chỉ được mở ở góc mở tối thiểu tại thời điểm góc thông tự nhiên Trong chỉnh lưu ba pha, góc mở tối thiểu bằng 0° sẽ dẫn đến lệch pha với điện áp của pha tương ứng một góc.
Hình 1.8 Chỉnh lưu tia 3 pha a- Sơ đồ động lực; b- giản đồ các đường cong khi góc mở = 30 0 tải thuần trở; c- giản đồ các đường cong khi góc mở = 60 0
Theo hình 1.8b,c, tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một tiristor dẫn, nhƣ vậy dòng điện tải liên tục, mỗi tiristor dẫn trong 1/3 chu kì ( đường cong I 1 , I2,
Những thông số thể hiện trên hình 1.8b cho thấy giá trị I3; khi điện áp tải bị gián đoạn, thời gian dẫn của các tiristor nhỏ hơn Tuy nhiên, trong cả hai trường hợp, dòng điện trung bình qua các tiristor luôn bằng 1/3 Id Trong khoảng thời gian tiristor dẫn, dòng điện qua tiristor bằng dòng điện tải; trong khoảng tiristor khóa, dòng điện qua tiristor bằng 0.
0 Điện áp của tiristor phải chịu bằng điện dây giữa pha có tiristor khoá với pha có tiristor đang dẫn Ví dụ trong khoảng t2 t3 tiristor T1 khoá còn T2 dẫn do đó tiristor T 1 phải chịu một điện áp dây U AB , đến khoảng t 3 t 4 các tiristor
T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp dây UAC Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc góc mở của các Tiristor Nếu góc mở Tiristor nhỏ hơn 30 0 , các đường cong Ud, Id liên tục hình 1.8b, khi góc mở lớn hơn 30 0 điện áp và dòng điện tải gián đoạn (đường cong Ud, Id trên hình 1.8c)
Hình 1.9 Đường cong điện áp khi góc mở 60 0 a- Tải thuần trở, b.- Tải điện cảm
Trong tải điện cảm, đặc biệt là với điện cảm lớn, dòng điện và điện áp tải là các đường cong liên tục nhờ năng lượng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu, như đường cong nét đậm trên hình 1.9b (tương tự như đường cong Ud trên hình 1.8b) Trên hình 1.9 mô tả một ví dụ so sánh các đường cong điện áp tải khi góc mở 60 độ cho tải thuần trở hình 1.9a và tải điện cảm hình 1.9b Trị số điện áp trung bình của tải sẽ được tính như công thức (1-4) khi điện áp tải liên tục; khi điện áp tải gián đoạn, như trường hợp tải thuần trở và góc mở lớn, điện áp tải được tính theo phương pháp dành cho trường hợp gián đoạn.
Trong đó: Udo = 1,17.U2f điện áp chỉnh lưu tia ba pha khi van là điốt t a.
U2f - điện áp pha thứ cấp biến áp
So với chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp một chiều chất lượng tốt hơn, biên độ đập mạch thấp hơn và hài thành phần bậc cao ít hơn; đồng thời việc điều khiển các van bán dẫn trong hệ ba pha cũng tương đối đơn giản Dòng điện ở mỗi cuộn thứ cấp là một chiều; nhờ biến áp ba pha ba trụ, từ thông lõi thép của biến áp là từ thông quay không đối xứng nên công suất biến áp phải lớn, còn nếu biến áp được chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất của các biến áp sẽ còn lớn hơn nhiều Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải được đấu sao cho phù hợp.
( ), có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo sơ đồ hình 1.8a dây trung tính chịu dòng điện tải
1.2.2 Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng hình 1.10a có thể được coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau; trong cấu hình này, nhóm Anod (NA) gồm ba Tiristor được kết nối để thực hiện quá trình chỉnh lưu Cách ghép nối hai mạch chỉnh lưu tia ba pha theo hướng ngược chiều này cho phép kiểm soát dòng điện và điện áp đầu ra của cầu chỉnh lưu ba pha, phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến điện tử công suất và nguồn cung cấp năng lượng.
Trong cấu hình chỉnh lưu tia ba pha, T1, T3 và T5 tạo thành nhánh chỉnh lưu cho điện áp dương, còn T2, T4 và T6 thuộc nhóm catod NK tạo thành nhánh chỉnh lưu cho điện áp âm; hai nhánh chỉnh lưu này được ghép lại thành một cầu ba pha để chuyển đổi giữa nguồn AC và DC.
Trong hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng, dòng điện qua tải thực sự chạy từ pha này sang pha kia, vì vậy tại mỗi thời điểm cần mở thyristor và đòi hỏi cấp hai xung điều khiển đồng thời Cụ thể, một xung được cấp cho nhóm NA và một xung tương ứng cấp cho nhóm NK để kích hoạt hai thyristor cùng lúc, đảm bảo quá trình chỉnh lưu ba pha diễn ra an toàn và hiệu quả.
Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình 1.11b cần mở Tiristor T1 của pha A phía
NA cấp xung X 1 , đồng thời tại đó cấp thêm xung X 4 cho Tiristor T 4 của pha
B phía NK Các thời điểm tiếp theo cũng tương tự Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha
Hình1.10 Chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng a- sơ đồ động lực, b-giản đồ các đường cong điện áp cơ bản, c, d – Điện áp tải khi góc mở = 60 0 c
Khi cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ đƣợc chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn
Ví dụ trong khoảng t1–t2, pha A có điện áp dương hơn và pha B có điện áp âm hơn, dòng điện chạy từ A về B qua các van T1 và T4 Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van thuộc nhóm NA (hoặc NK) sẽ có hai van ở nhóm kia đổi chỗ cho nhau Điều này thể hiện rõ ở khoảng t1–t3 như hình 1.10b: van T1 thuộc nhóm NA dẫn, còn trong nhóm NK thì T4 dẫn ở khoảng t1–t2 và T6 dẫn tiếp ở khoảng t2–t3 Điện áp ngược mà 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 (đường cong cuối cùng của hình 1.10b): ở khoảng t1–t3 van T1 dẫn và điện áp bằng 0, ở khoảng t3–t5 van T3 dẫn và lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5–t7 van T5 dẫn và T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA.
Khi điện áp tải liên tục, như đường cong U d trên hình 1.10b trị số điện áp tải đƣợc tính theo công thức (1 - 4)
Khi góc mở của tiristor tăng lên tới 60°, trong khi thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn, như thể hiện bởi các đường nét đậm trên hình 1.10d Đây là trường hợp góc mở của tiristor bằng 0 với tải thuần trở.
Trong các trường hợp này, dòng điện chạy từ pha này sang pha kia do các van bán dẫn được phân cực thuận nhờ điện áp dây áp lên chúng (các đường nét mảnh trên sơ đồ U_d của hình 1.10b, c, d) Khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ bị phân cực ngược nên chúng tự khóa lại, ngăn chặn dòng điện giữa các pha.
Bảng 1.1 Thứ tự mở các Tiristo trong chỉnh lưu cầu 3 pha
Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng có phức tạp do cần mở đồng thời hai tiristor theo đúng thứ tự pha, gây nhiều khó khăn trong chế tạo, vận hành và sửa chữa Để đơn giản hơn, người ta có thể sử dụng điều khiển không đối xứng.
1.2.3 Chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng
CHỈNH LƯU KHI CÓ ĐIỐT NGƯỢC
Dưới đây là sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ với biến áp có điểm trung tính khi có điốt mắc song song ngƣợc
Hình 1.12 Sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có diode ngược a- Sơ đồ động lực; b- Giản đồ đường cong
Như đã nêu ở trên, khi chỉnh lưu làm việc với tải điện cảm lớn (L H), năng lượng tích lũy trong cuộn dây sẽ được xả ra khi điện áp nguồn đổi dấu.
Như mô tả ở hình 1.12, khi nguồn điện đổi dấu, diode D đặt ngược điện áp lên các thyristor khiến chúng bị khóa và điện áp tải bằng 0 Dòng điện qua các thyristor I1, I2 chỉ tồn tại trong các khoảng thời gian (t1, p1), (t2, p2), (t3, p3) khi thyristor được phân cực thuận Khi điện áp đổi dấu, năng lượng tích lũy ở cuộn cảm được xả qua diode để duy trì dòng điện Id trong mạch tải.
Hình 1.13 Chỉnh lưu tia ba pha có điốt xả năng lượng a- Sơ đồ; b- Giản đồ các đường cong điện áp, dòng điện
Trong mạch chỉnh lưu tia ba pha có điốt ngược với tải có điện cảm lớn, giả thiết dòng điện tải là đường thẳng Trong các khoảng tiristor dẫn (t1-p2, t2-p3, t3-p4), dòng điện tải là dòng điện chạy qua tiristor và điện áp tải (đường nét đậm của đường cong ở đỉnh) trùng với điện áp pha Khi điện áp đổi dấu, ở các khoảng p1-t1, p2-t2, p3-t3, năng lượng của cuộn dây L xả qua điốt D, khiến tiristor khóa điện áp tải bằng 0 và dòng điện tải là dòng điện chạy qua điốt.
Như vậy, dù tải có điện cảm lớn và dòng điện qua tải duy trì liên tục (gần như đường thẳng), điện áp tải lại có dạng gián đoạn như tải thuần trở Điều này cho thấy năng lượng tích luỹ ở cuộn dây điện cảm được xả qua điốt lên tải trong thời gian điện áp đổi dấu.
TỔNG KẾT CHƯƠNG 1
Trong chương 1, chúng ta nghiên cứu các bộ chỉnh lưu có điều khiển và phân tích ưu nhược điểm riêng của từng loại Đề tài nghiên cứu của em đi sâu vào thiết kế bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển đối xứng với công suất khoảng 1 kW, được cấp nguồn cho động cơ một chiều bằng cuộn kháng lọc điện để điều chỉnh tốc độ theo phương pháp điều chỉnh điện áp Trình tự thiết kế sẽ được trình bày chi tiết trong chương sau.
THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU MỘT PHA CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
THIẾT KẾ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC
Giả sử ta thiết kế bộ chỉnh lưu cầu một pha cho động cơ điện một chiều có các thông số sau:
Uđm = 200 V; nđm = 1000 vòng/phút; P = 1kW; đm = 0,85; số đôi cực là p= 2
2.1.1 Tính toán van động lực
Giả sử góc mở nhỏ nhất của bộ chỉnh lưu là α = 10 0 Điện áp ra sau bộ chỉnh lưu là :
Van là thiết bị quan trọng trong mạch lực, có nhiệm vụ điều chỉnh và kiểm soát dòng điện Trong quá trình vận hành, van nhạy cảm với sự biến đổi của nhiệt độ, điện áp và dòng điện, điều này ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của hệ thống Khi lựa chọn van, hai thông số cần xem xét là điện áp và dòng điện để đảm bảo van phù hợp với yêu cầu của mạch Đồng thời, điện áp ngược tối đa đặt trên van cần được xác định để đảm bảo an toàn và tin cậy, tránh quá tải và hỏng hóc.
Chọn Ungmax = 311 (V) Điện áp ngƣợc mà van chịu đƣợc là:
U ngv = k dtU U ngmax = 1,6 311 = 497 (V) kdtU : Hệ số dự trữ điện áp chọn kdtU = 1,6
Chọn Ungv = 500 (V) cho van bán dẫn, nhằm đảm bảo van hoạt động an toàn khi giới hạn nhiệt độ làm việc không vượt quá trị số cho trước; vì vậy cần có phương pháp làm mát cho van Có ba phương pháp làm mát được áp dụng để duy trì nhiệt độ ở mức an toàn cho van bán dẫn.
Làm mát bằng gió tự nhiên:
Khi một van bán dẫn được gắn vào cánh tản nhiệt bằng đồng hoặc nhôm, nhiệt lượng từ van được toả ra môi trường thông qua bề mặt của cánh tản nhiệt Sự toả nhiệt phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa cánh tản nhiệt và môi trường xung quanh; khi cánh tản nhiệt nóng lên, nhiệt độ khu vực quanh đó tăng lên và luồng không khí làm mát có thể bị chậm lại Điều này xuất phát từ giới hạn của tốc độ dẫn nhiệt khi van bán dẫn được làm mát bằng cánh tản nhiệt Vì vậy, van bán dẫn nên được vận hành với mức dòng điện phù hợp với khả năng tản nhiệt của cánh tản nhiệt để đảm bảo an toàn và hiệu suất làm việc.
Làm mát bằng thông gió cƣỡng bức:
Khi quạt đối lưu không khí thổi dọc theo khe của cánh tản nhiệt, nhiệt độ xung quanh cánh tản nhiệt thấp hơn và tốc độ dẫn nhiệt ra môi trường tốt hơn, từ đó nâng cao hiệu suất làm mát Do đó van làm việc với dòng điện.
Làm mát bằng nước mang lại hiệu suất trao đổi nhiệt tốt hơn và cho phép vận hành với dòng điện ở mức I_lv = 90% I_dm Để an toàn trong hệ làm mát, nước phải không dẫn điện bằng cách khử Ion hoặc tăng điện trở nước Theo nguyên tắc kéo dài đường ống hoặc giảm tiết diện ống dẫn, ta có thể coi độ dẫn điện của nước là không đáng kể.
Chúng ta chọn chế độ làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt, không có quạt đối lưu không khí Với điều kiện này, dòng điện định mức của van là:
(do trong sơ đồ cầu 1 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng: k hd 2
I đmv = I lv K i = 3,63 3,2 = 11,62 (A) Chọn hệ số dự trự dòng điện K i = 3,2
Vì vậy ta phải chọn van chịu đƣợc dòng điện là 12 (A)
Từ các thông số tính toán ở trên, chúng ta đã chọn được 4 tiristor loại S8015L có các thông số: điện áp ngược cực đại Umax = 800 V, dòng điện định mức Idm = 15 A và dòng điện đỉnh cực đại Ipikmax = 150 A.
Dòng điện cực đại của xung điều khiển : Igmax 0 mA Điện áp cực đại của xung điều khiển : U gmax = 2 V Dòng điện rò : I r = 4 mA
Sụt áp lớn nhất của Tiristo ở trạng thái dẫn : U max =1.7V Tốc độ biến thiên điện áp: du/dt = 100 V/ s
Thời gian chuyển mạch (mở và khóa) T cm = 35 s Nhiệt độ làm việc lớn nhất : T max 0 0 C
TÍNH TOÁN CUỘN KHÁNG LỌC ĐIỆN
2.2.1 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại
Chọn góc mở cực tiểu min= 10 o Với góc mở min là dự trữ để có thể bù được sự giảm điện áp lưới
Khi góc mở nhỏ nhất = min thì điện áp trên tải là lớn nhất
U d max = U do Cos min = U d đm và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất n max = n đm
Khi góc mở lớn nhất = max thì điện áp trên tải là nhỏ nhất
Ud min = Udo Cos max và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin
Ta có: max = arcos do d
Trong đó Ud min đƣợc xác định nhƣ sau
D min max n n u udm d u udm ddm
Ud min = U D I udm R u R BA R dt
U d min = 16,5 V Thay số vào (4.3) ta đƣợc: max = arcos do d
2.2.2 Xác định các thành phần của sóng hài Điện áp tức thời trên tải khi Thyristor T 1 và T3 dẫn
Ud = 2.U 2 Cos Với = t Điện áp tức thời trên tải điện U d không sin và tuần hoàn với chu kì
2 Trong đó P = 2 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới
Khai triển chuỗi Furier của điện áp U d : k b k a k
Vậy ta có biên độ của điện áp:
2.2.3 Xác định điện cảm của cuộn kháng
Phân tích cho thấy khi góc mở tăng lên, biên độ của thành phần hài bậc cao của sóng điện tăng, khiến đập mạch của điện áp và dòng điện trở nên lớn hơn Sự đập mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của hệ thống và đồng thời gây tăng tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ Để hạn chế hiện tượng đập mạch, ta nên mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc có giá trị đủ lớn để làm giảm biên độ đập mạch xuống mức an toàn, điển hình là khoảng 0,1 lần dòng điện cơ bản.
Cuộn kháng lọc không chỉ hạn chế thành phần sóng hài bậc cao mà còn hạn chế vùng dòng điện gián đoạn, từ đó cải thiện chất lượng điện năng Điện kháng lọc được tính khi góc mở bằng max, nhằm xác định mức độ lọc tối ưu cho hệ thống.
Cân bằng hai vế ta đƣợc:
U ~ = R.i ~ +L. dt di vì R.i ~