CHƯƠNG 2 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT potx

Nhận xét: Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3F thường được sử dụng rộng rãi trong thực tế, mạch cho ra chất lượng điện áp bằng phảng, dòng điện chạy qua tải liên tục trong suốt

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT

2.1.Các mạch chỉnh lưu

2.1.1.Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

t

t

t

t

U G

U

d

U

I T1

I T2

I T3

I d

t 0 t 1 t 2 t 3 t 4

t

t

t

Hình 2.1: Sơ đồ và dạng điện áp mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

a.Nguyên lý hoạt động:

t0  t1 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3

t1  t2 : T1 thông Ud = Ua , Id = IT1

t2  t3 : T2 thông Ud = Ub , Id = IT2

t3  t4 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3

b.Các công thức cơ bản:

- Điện áp trên tải

Ud =



2

1

) ( 2

0

)

d t d U





=



2

3

) 2

6 5

6

) sin(

2U t d t















 3.cos

2

2

3 U2

2

6

3

2

U

- Dòng điện trên tải:

d

d d

R

U

I 

- Dồng điện qua van:

3

d T

I

I 

- Giá trị trung bình của điện áp chỉn lưu: Ud0  1 U , 17 2

- Điện áp ngược trên van: U ng 2,45U2

- Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id

- Dòng điện phía sơ cấp:I1 = 0,47Id.Kba

- Công suất tải: Pd = Ud0.Id

- Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd

Nhận xét:

Mạch chỉnh lưu có điều khiển tia 3F có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt động được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ Mạch dùng nguồn 3F nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe

2.1.2.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha đối xứng

T 1 T 3 T 5 T 1

T 6 T 2 T 4 T 6 T 2

I T1 I T4 I T1

T6

I

T3

I

T6

I

T2

I T5

t t

t t t

t

t

t

t

t

t

t

G

U

U

U d

I T2,T5

U ng

T3,T6

I

T1,T4

I

I d

t

G1

U

U G2

U G3

U G4

U G5

U G6

Hình 2.2: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng

a.Nguyên lý hoạt động

Mỗi Tiristor được phát 2 xung điều khiển

- Xung thứ nhất xác địnhgóc mở

- Xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải

b.Một số công thức cơ bản

-Điện áp trên tải: U = Ucos = 2,34Ucos

-Dòng điện trên tải: I =

-Dòng điện trung bình qua van: I =

-Điện áp ngược đặt lên van: U =2,45U

-Dòng điện phía thứ cấp: I = 0,816I

-Dòng điện phía sơ cấp: I = 0,816I.K

-Công suất máy biến áp: S = 1,05P

-Công suất tải: P = UI

Nhận xét:

Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3F thường được sử dụng rộng rãi trong thực tế, mạch cho ra chất lượng điện áp bằng phảng, dòng điện chạy qua tải liên tục trong suốt quá trình làm việc Mạch chỉnh lưu này thường được áp dụng với những mạch có công suất lớn vì dòng điện chạy qua mỗi van chỉ chỉ chạy trong 1/3 chu kỳ

2.1.3.Mạch chỉnh lưu có điều khiển cầu ba pha không đối xứng

-Một số công thức cơ bản:

-Điện áp trên tải: ( 1 cos )

2

6

3 2



 

 U

-Dòng điện trên tải: I =

-Dòng điện trung bình qua van: I =

-Điện áp ngược đặt lên van: U =2,45U

-Công suất máy biến áp: S = 1,05P

-Công suất tải: P = UI

Nhận xét :

Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nhưng chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng có quá trình điều chỉnh đơn giản , kích thước gọn nhẹ hơn

Hình 2.3: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng

2.1.4.Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng

Hình 2.4: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng

Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng nhau Góc dẫn của điốt là : D   

Góc dẫn của Tiristor là : T    

Giá trị trung bình của điện áp tải:





















1 2 U sin d 2U ( 1 cos )

2 d



max

U

2 2

8 , 64 2

2

U

U d max

Giá trị trung bình của dòng tải :

t

d

d Z

U

I  Dòng qua Tiristor:

  



 



2

1

IT d d

Dòng qua Điốt:























2 I d I 2

1

Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua sơ cấp máy biến áp:













Nhận xét:

Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ ,

dễ điều khiển , tiết kiệm van Thích hợp cho các máy có công suất nhỏ và vừa 2.2.Chọn mạch chình lưu phù hợp

- Cả hai phương án dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng cầu ba pha và chỉnh lưu không đối xứng cầu ba pha đều có nhiều kênh điều khiển, nhiều Tiristor nên giá thành cao không kinh tế

- Do yêu cầu của đầu bài, vì số kênh điều khiển ít nên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha đông đối xứng Chúng có một số ưu điểm:

Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu 1 pha đối xứng

Đơn giản hơn vì số lượng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn

Cùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều khiển chính xác hơn

2.3.Tính toán các thông số với mạch đã chọn

Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha không đối xứng dùng cho mạch lực mạch nạp ắc qui tự động Phương án này vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế

Như đã phân tích ở trên: Ta chọn phương án thiết kế cho mạch nạp ắc qui là sơ

đồ chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng Có sơ đồ nguyên lý mạch lực như sau :

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch lực

 Số liệu cho trước:

Điện áp nguồn 3 pha : 220/380V ; f = 50 Hz

Yêu cầu đầu ra (Nguồn một chiều tự động nạp acquy ):

U = 16.2V

I = 80A

 Số liệu tính toán và chọn lựa van

Từ yêu cầu của đề bài ta có:

- Điện áp thứ cấp của biến áp:

Từ công thức: U = ( 1 + cos )

Điện áp U đạt max khi góc  = 0

 U = = ≈ 18V

- Dòng điện trung bình chảy qua van:

I = = = 40A

- Điện áp ngược đặt lên van là:

U = U = 18 ≈ 25.5V

Chọn van

Để đảm bảo cho các van hoạt động tốt chúng ta chọn van phải có hệ số dự trữ về điện áp: k = 1,6 , hệ số dự trữ về dòng điện: k = 1,2

Do vậy:

- Chúng ta chọn van chịu được điện áp ngược

U = 25,5.1,6 = 40,8V

- Dòng điện trung bình chảy qua van là:

I = 40.1,2 = 48A

 Với các thông số về dòng điện, điện áp như trên ta tiến hành tra sổ tay chọn được các van như sau:

- Chọn Tiristor loại : TЧ-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.3, tr 28 có các thông số như sau:

+ Dòng điện trung bình qua van: I=50A

+ Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U=0,11kV

+ Tổn thất điện áp: U = 1,3V

+ Thời gian khóa: t = 10,5s

+ Tốc độ tăng điện áp: = 100V/s

+ Tốc độ tăng dòng điện: = 100A/s

+ Dòng điện điều khiển: I = 0,9A

+ Điện áp điều khiển: U = 3V

- Chọn Diot loại: B-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.1, tr 8 có các thông số như sau:

+ Dòng điện trung bình qua van: I=50A

+ Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U=0,11kV

+ Tổn thất điện áp: U = 0,7V

2.4.Mạch bảo vệ Tiristor

Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức,

ta gọi là quá điện áp, vì vậy cần mắc thêm mạch bảo vệ quá điện áp

Người ta chia ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp:

-Nguyên nhân nội tại: đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn

Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong

các điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn đến các Tiristor Vì vậy giữa các anôt và catôt của Tiristor xuất hiện quá điện áp

-Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi cắt đóng tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ chảy, khi có sấm sét…

Để bảo vệ mạch quá áp người ta thường dùng mạch L – C, (xem hình bên dưới):

Hình 2.6: Mạch bảo vệ Tiristor

Mạch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên

Mạch R – C đấu giữa các pha thứ cấp của máy biến áp là bảo vệ quá điện áp do đóng cắt tải ( dòng điện từ hóa ) máy biến áp gây nên

Thông số của R – C phụ thuộc ào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá máy biến áp v.v…

 Theo kinh nghiệm đã có ta chọn:

C = 0.22 F

R = 50 

2.5.Tính toán máy biến áp

- Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp:

U = 1,11.U ≈ 18V

I = 1,11I ≈ 89A

- Công suất biểu kiến máy biến áp:

S = U.I = 18.89 = 1602VA

-Chọn mạch từ 3 trụ , tiết diện tính theo công thức:

Q = K

Trong đó : C - Số trụ mạch từ

f - Tần số nguồn

K = 5  6

Q = 5 ≈ 13cm Đường kính trụ : d = = ≈ 4cm

Chọn lõi thép có tiết diện 13 cm làm bằng vật liệu sắt từ dày 0,2mm, lá thép dập hình chũ E và chữ I ghép lại

Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B = 1,1T

Chọn chỉ số m = = 2,3  h = m.d = 2,3.4 = 9,2cm

Chọn chiều cao trụ h = 9cm

Tính toán dây quấn:

Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

W = = = 693 vòng

Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:

W = W = 693 = 57 vòng

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

J = J = 2,75 A/mm

Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là:

I = = =7.28A

Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S = = = 2.65mm

Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

S = = = 32,36mm

Đường kính dây quấn sơ cấp:

d = = = 1,84mm

Đường kính dây quấn thứ cấp:

d = = = 6,42mm

Theo sách điện tử công suất ta chọn dây tiết diện tròn như sau:

d = 1,81 mm ; 22,9 gam/m

d = 7 mm ; 220gam/m