Khái niệm về điện tử công suất
Để hiểu rõ về điện tử công suất, cần lưu ý ba lĩnh vực chính của Kỹ thuật điện: điện tử, điều khiển và năng lượng điện Lĩnh vực điện tử tập trung vào nghiên cứu các dụng cụ bán dẫn và mạch tích hợp phục vụ cho việc truyền tải và xử lý thông tin Lĩnh vực điều khiển phân tích và tổng hợp các bộ điều khiển để ổn định hoạt động của hệ thống Cuối cùng, lĩnh vực năng lượng giải quyết các vấn đề liên quan đến hệ thống phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng.
Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử và điều khiển, ngày càng nhiều thiết bị điện tử được áp dụng trong hệ thống truyền tải và biến đổi điện năng Những thiết bị này hoạt động theo nguyên lý đóng-cắt thay vì khuếch đại, và được gọi là thiết bị điện tử công suất Do đó, điện tử công suất chính là ứng dụng của kỹ thuật điện tử và điều khiển trong các hệ thống năng lượng điện.
Nhiệm vụ về điện tử công suất
Nhiệm vụ chính của điện tử công suất là chuyển đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác, bao gồm các loại biến đổi như: chuyển đổi AC sang DC, DC sang AC, và điều chỉnh điện áp.
• Xoay chiều (AC-Alternating Current) thành một chiều (DC-Direct Current): AC-DC.
• Một chiều thành một chiều: DC-DC.
• Một chiều thành xoay chiều: DC-AC.
• Xoay chiều thành xoay chiều: AC-AC.
Ứng dụng về điện tử công suất
a.Các bộ chỉnh lưu có điều khiển
Biến đổi AC-DC là thiết bị quan trọng trong các hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều, cung cấp nguồn điện một chiều, cũng như trong các ứng dụng mạ và nạp điện.
Ứng dụng của bộ chỉnh lưu trong hệ thống tự động ổn định tốc độ quay của động cơ điện một chiều được minh họa qua sơ đồ khối trong Hình 1.1.
Hình 1.1 Sơ đồ khối bộ tự động ổn định tốc độ quay động cơ điện 1 chiều
Bộ chỉnh lưu đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh động cơ điện một chiều, giúp duy trì tốc độ ổn định khi tải hoặc điện áp nguồn thay đổi Cảm biến tốc độ chuyển đổi tốc độ quay của động cơ thành tín hiệu điện, từ đó điện áp tín hiệu được khuếch đại và đưa vào điều chế góc mở SCR trong bộ chỉnh lưu Việc điều chỉnh tốc độ quay có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng hoặc mạch kích thích, hoặc cả hai mạch cùng lúc.
Theo quan điểm kỹ thuật, hệ thống tự động ổn định tốc độ quay được thể hiện qua hình 1.1, trong đó có một mạch điều chỉnh tốc độ dạng vòng kín, như mô tả trong hình 1.2.
Hệ thống điều chỉnh mạch vòng kín được mô tả qua sơ đồ cấu trúc với các đại lượng biểu diễn dưới dạng toán tử Laplace Trong đó, X(s) đại diện cho giá trị đặt, Y(s) là giá trị thực của quá trình, và E(s) thể hiện độ sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị thực Hệ thống này chủ yếu được áp dụng trong việc điều chỉnh dòng điện và điện áp một chiều.
Sơ đồ khối hệ thống tự động ổn định tốc độ quay của động cơ điện một chiều bằng bộ biến đổi DC-DC được trình bày trên Hình 1.3
Hình 1.3 Sơ đồ khối bộ tự động ổn định tốc độ quay động cơ điện một chiều
Nguồn cung cấp cho hệ thống là điện một chiều Uo, và khi tải hoặc điện áp nguồn thay đổi, momen và tốc độ quay của động cơ cũng sẽ thay đổi Tín hiệu từ cảm biến tốc độ điều chỉnh tần số đóng cắt của bộ biến đổi DC-DC, giúp thay đổi điện áp trung bình trên động cơ, từ đó duy trì tốc độ quay ổn định trong một phạm vi làm việc nhất định Việc điều chỉnh dòng điện và điện áp xoay chiều là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Các bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp xoay chiều thường được ứng dụng trong hệ thống tạo nhiệt như nung và sấy Chúng cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều Tuy nhiên, do chất lượng không cao, việc sử dụng các bộ điều chỉnh này trong truyền động điện cho động cơ điện xoay chiều ít phổ biến, đặc biệt là với các loại tải công suất lớn.
Khi có sự thay đổi trạng thái của buồng sấy hoặc điện áp nguồn cung cấp nhiệt độ, tín hiệu ra của cảm biến nhiệt độ sẽ thay đổi theo góc mở của các Thyristor trong bộ điều chỉnh Điều này giúp điều chỉnh điện áp và dòng điện đi qua phần tử đốt, giữ cho nhiệt độ trong buồng sấy ổn định Các bộ điều chỉnh này có thể áp dụng cho cả mạch một pha và ba pha, như được trình bày trong Hình 1.4.
Hình 1.4 Bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp một pha d Bộ biến đổi ngược
Bộ biến đổi ngược DC-AC (nghịch lưu) chuyển đổi dòng điện và điện áp một chiều cố định thành dòng điện và điện áp xoay chiều ổn định Chúng thường được ứng dụng trong các hệ thống năng lượng gió và năng lượng mặt trời, giúp biến đổi năng lượng điện một chiều hoặc điện xoay chiều không ổn định thành năng lượng điện xoay chiều có tần số và biên độ ổn định Sơ đồ khối của hệ thống cung cấp điện không gián đoạn với bộ biến đổi ngược được thể hiện trong Hình 1.5.
Hệ thống cung cấp điện không gián đoạn hoạt động bằng cách lấy nguồn điện xoay chiều từ lưới điện, sau đó thực hiện quá trình chỉnh lưu để vừa nạp cho ắc quy vừa lọc phẳng Nguồn điện sau khi được xử lý sẽ cung cấp cho bộ nghịch lưu DC-AC, biến đổi thành nguồn điện e.
Bộ biến tần AC-AC là thiết bị chuyển đổi dòng điện và điện áp xoay chiều từ tần số này sang tần số khác, bao gồm hai loại: trực tiếp và gián tiếp Chúng được ứng dụng trong hệ thống điều khiển truyền động điện cho động cơ xoay chiều Sơ đồ hệ thống điều khiển này sử dụng biến tần giao tiếp đã được trình bày trong hình 1.6.
Hình 1.6 Sơ đồ khối ổn định tốc độ quay động cơ điện xoay chiều
Hệ thống điện áp xoay chiều U1 với tần số cố định được chuyển đổi thành hệ thống điện áp xoay chiều U2 có tần số thay đổi, nhằm tự động ổn định tốc độ quay của động cơ khi có sự thay đổi về tải và điện áp lưới Các bộ biến đổi trong hệ thống truyền tải điện năng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Các bộ biến đổi công suất lớn được áp dụng trong hệ thống truyền tải điện năng, bao gồm các hệ thống bù hệ số cosφ, điều khiển hệ thống năng lượng, và truyền tải điện một chiều cao áp, như minh họa trong Hình 1.7.
Hình 1.7 Truyền tải điện một chiều cao áp (HVDC)
Hệ thống truyền tải điện một chiều cao áp cho phép điều khiển hướng truyền năng lượng bằng cách thay đổi chế độ hoạt động của các bộ biến đổi ở hai đầu đường dây Mặc dù mang lại nhiều lợi ích, hệ thống này có thiết bị điều khiển và biến đổi phức tạp, tốn kém, hiện chỉ được áp dụng ở một số nước công nghiệp phát triển.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Khái niệm về chỉnh lưu công suất
Luật dẫn của van công suất trong các mạch chỉnh lưu
Hình 1.8 trình bày nhóm nối Cathode chung.
Hình 2.1 Nhóm nối chung Cathode Điện áp anode của diode nào dương hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm A bằng điện thế anode dương nhất
Hình 2.2 Nhóm nối chung Anode Điện áp cathode van nào âm hơn hơn thì diode ấy dẫn Khi đó điện thế điểm K bằng điện thế anode âm nhất.
Cấu trúc mạch chỉnh lưu,các thông số cơ bản
Các mạch chỉnh lưu có nhiều loại và hình dáng đa dạng, cùng với các tính năng khác nhau Tuy nhiên, cấu trúc cơ bản trong bộ biến đổi thường bao gồm một số bộ phận chính.
- Biến áp nguồn nhằm biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại.
- Van công suất chỉnh lưu, các van này có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn một chiều.
- Mạch lọc nhằm lọc và san phẳng dòng điện hay điện áp nguồn để mạch chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn.
- Mạch đo lường trong bộ chỉnh lưu thường dùng để đo dòng điện, điện áp.
Mạch điều khiển đóng vai trò quan trọng trong các bộ chỉnh lưu có điều khiển, quyết định độ chính xác, ổn định và chất lượng của bộ chỉnh lưu.
Phụ tải của mạch chỉnh lưu thường bao gồm phần ứng của động cơ điện một chiều, kích từ của máy điện một chiều, cuộn dây của máy điện xoay chiều, cuộn hút của nam châm điện, cũng như các tải có sức điện động E Ngoài ra, trong một số trường hợp, phụ tải còn có thể là các đèn chiếu sáng hoặc các điện trở tạo nhiệt.
- Hình 1.10 trình bày cấu trúc của một bộ chỉnh lưu.
Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc của bộ
Các mạch chỉnh lưu một pha
2.4.1 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ không điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 2.4 Sơ đồ chỉnh lưu và dạng sóng điện áp và dòng điện b Nguyên lý làm việc
- Giả Sử mạch làm việc ở chế độ xác lập , lý tưởng và điện áp cấp vào mạch chỉnh lưu: u2= U2.sin t (v)
Trong nửa chu kỳ đầu (0 < t < T/2), khi u2 > 0, van D được phân cực thuận và dẫn điện, với các thông số uD = 0, u2 = ud và iD = id Ngược lại, trong nửa chu kỳ sau (T/2 < t < T), khi u2 < 0, van D bị phân cực ngược và không dẫn điện, với các thông số uD = u2 = 0, ud = 0 và iD = id = 0.
Các chu kỳ tiếp theo hoạt động theo nguyên lý tương tự, cho phép xây dựng dạng sóng của dòng điện và điện áp trong mạch, như thể hiện trong hình vẽ 1.11 c Các biểu thức liên quan đến dòng điện và điện áp cũng được xác định rõ ràng.
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :
- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:
- Dòng điện trung bình qua diode D:
- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
UDngmax 2.4.2 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ không điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu và dạng điện áp ra trên tải b Nguyên lý làm việc
Khi mạch làm việc ở chế độ xác lập và điện áp cấp vào cuộn sơ cấp của máy biến áp là hình sin, thì ở phía thứ cấp của máy biến áp xuất hiện hai điện áp u21 và u22 có giá trị hiệu dụng bằng nhau nhưng ngược pha.
Trong nửa chu kỳ dương của điện áp u21, diode D1 được phân cực thuận, cho phép dòng điện iD1 chạy qua tải với ud = u21 và uD1 = 0 Ngược lại, điện áp u22 âm khiến diode D2 bị phân cực ngược, dẫn đến iD2 = 0 và uD2 = u22 – u21.
Trong nửa chu kỳ âm của điện áp u21, diode D1 bị phân cực ngược và khóa lại, dẫn đến u22 dương, khiến D2 được phân cực thuận cho dòng điện chạy qua tải, với iD2 = id và uD2 = 0 Khi u22 âm, D2 bị phân cực ngược và cũng khóa lại, do đó iD1 = 0 và uD1 = u21 – u22.
Cả hai nửa chu kỳ D1 và D2 hoạt động luân phiên, cung cấp điện cho tải trong toàn bộ chu kỳ Dựa trên nguyên lý hoạt động, chúng ta có thể xây dựng dạng sóng của dòng điện và điện áp trong mạch, như thể hiện trong hình vẽ 1.12 Công thức tính toán trong mạch cũng được đề cập để hỗ trợ phân tích.
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu trên tải:
- Giá trị trung bình của dòng điện tải:
- Dòng hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
Dòng điện tức thời qua thứ cấp của máy biến áp được xác định bởi công thức i2 = i21 Do dòng điện tại thứ cấp là dòng điện hình sin, ta có thể suy ra rằng i1 bằng m nhân với i2, trong đó m là tỷ số máy biến dòng.
Vậy giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp máy biến áp được xác định:
- Điện áp ngược lớn nhất đặt trên mỗi van diode:
Ungmax 2.4.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu1 pha không điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 2.6 Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải b Nguyên lý làm việc
Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, xét điều kiện lý tưởng và điện áp phía thứ cấp u2 = U2sint (v).
Trong nửa chu kỳ đầu từ t = 0, điện áp u2 dương khiến cặp van D1 và D2 được phân cực thuận và dẫn điện, trong khi cặp van D4 và D3 bị phân cực ngược và không dẫn điện cho dòng điện qua tải Kết quả là: uD1 = uD2 = 0; uD4 = uD3 = -u20; ud = u20; iD1.
Trong nửa chu kỳ sau t = 2, điện áp u2 dương khiến cặp van D1 và D2 bị phân cực ngược và không dẫn điện, trong khi cặp van D4 và D3 phân cực thuận và dẫn điện cho dòng điện qua tải Kết quả là uD4 = uD3 = 0, uD1 = uD2 = u20, ud = -u20, iD4 = iD3 = id và iD1 = iD2 = 0.
Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự c Các biểu thức dòng và áp
- Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu :
- Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu :
Id = = - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA khi đó xẽ là:
- Dòng hiệu dụng qua mỗi van diode:
- Dòng điện hiệu dụng qua sơ cấp máy biến áp:
I1 = m.I2 ( m = : Là tỷ số máy biến dòng )
-Dòng điện trung bình qua diode D:
IDAV - Điện áp ngược lớn nhất đặt lên 2 đầu diode D khi khóa:
UDngmax 2.4.4 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha nửa chu kỳ có điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
* Trường hợp tải thuần trở
Hình 2.7 Mạchh chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải thuần trở R b Nguyên lý làm việc
- Giả sử mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng, điện áp phía thứ cấp u2
=U2 sint và góc điều khiển
- Trong khoảng t = 0 đến , có u2 > 0, và uT > 0, tuy nhiên T vẫn chưa dẫn, do chưa có xung điều khiển mở Khi đó ta có: uT = u2; ud = 0; iT = id= 0.
- Đến thời điểm t = , phát xung điều khiển mở van T, lúc này T có đủ hai điều kiện kích mở nên dẫn điện Ta có:
Tại thời điểm t=2, điện áp u2 bằng 0 và có xu hướng tăng dần Van T được cấp điện áp thuận nhưng vẫn chưa dẫn do chưa nhận được xung điều khiển kích mở Do đó, trong khoảng thời gian từ t=2 đến t=2+, ta có các giá trị: uT = u2, ud = 0, và iT = id = 0.
- Đến thời điểm t = 2 + , phát xung điều khiển mở van T, lúc này T dẫn điện Ta có: ud = u2; uT = 0; iT = id
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự. c Một số biểu thức tính toán
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng điện trung bình qua tải và Thyristor :
= ITAV = = (1 + cos ) - Dòng điện hiệu dụng qua Thyristor :
- Điện áp thuận lớn nhất trên van T:
UTh max - Điện áp ngược lớn nhất trên van T:
2.4.5 Mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển a Sơ đồ nguyên lý và dạng sóng
Hình 2.8 Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển và dạng sóng b Nguyên lý làm việc
- Giả sử L = , điện áp phía sau thứ cấp u21 = - u22 = U2 sin t, xét mạch đang làm việc ở chế độ xác lập, lý tưởng.
- Trong khoảng 0 , khi đó không van nào dẫn nên: id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
- Trong khoảng , khi đó van T1 dẫn còn T2 khóa nên: id = iT1 = ; iT2 = 0; ud = u21; uT1 = 0; uT2 = u22 – u21
- Trong khoảng , khi đó không van nào dẫn nên: id = iT1 = iT2 = 0; ud = 0; uT1 = u21; uT2 = u22
- Trong khoảng , khi đó van T2 dẫn còn T1 khóa nên: id = iT2 = ; iT1 = 0; ud = u22; uT2 = 0; uT1 = u21 – u22
- Các chu kỳ sau nguyên lý hoạt động tương tự c Các biểu thức trong mạch
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng điện trung bình qua tải:
= = (1 + cos ) - Điện áp thuận và ngược lớn nhất trên van T:
UTngmax =UTh max 2.4.6 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển hoàn toàn a Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.9 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn b Nguyên lý làm việc
Hình 2.10 Dạng sóng dòng điện và điện áp
- Giả sử Ld = , điện áp phía thứ cấp u2 =U2 sin t, góc điều khiển Xét mạch đang làm việc ở chế độ xáclập Khi van dẫn sụt áp trên nó bằng không.
- Trong khoảng 0 < < khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên: id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1 = uT2 = u2; uT3 = uT4 = 0.
- Trong khoảng < khi đó van T1; T2 dẫn còn T3 và T4 khóa nên: id = iT1 = iT2; iT3= iT4= 0; ud = u2; uT4 = uT3 = -u2; uT2 = uT1 = 0.
- Trong khoảng khi đó van T3; T4 dẫn còn T1 và T2 khóa nên: id = iT3 = iT4; iT1= iT2= 0; ud = - u2; uT1 = uT2 = u2 ; uT3 = uT4 = 0.
Các chu kỳ tiếp theo lặp lại tương tự. c Các biểu thức trong mạch
- Điện áp trung bình trên tải:
- Dòng điện trung bình qua Thyristor :
ITAV = - Điện áp thuận, điện áp ngược cực đại trên Thyristor :
U * Tải R + L ; L = ; xét chế độ làm việc xác lập và lý tưởng.
Hình 2.11 Mạch cầu một pha bán điều khiển dùng hai SCR mắc K chung. b Nguyên lý làm việc
Hình 2.12 Dạng sóng điện áp và dòng điện
Trên sơ đồ nguyên lý, nhóm thyristor mắc catot chung được kích hoạt tại thời điểm t = khi nhận được xung điều khiển Trong khi đó, nhóm van diode mắc anot chung mở theo quy luật tự nhiên, cụ thể là diode D1 sẽ mở khi điện áp u2 bắt đầu chuyển sang giá trị âm.
D2 mở khi u2 bắt đầu dương Do vậy quá trình làm việc của các van rong một chu kỳ điện lưới là:
+ Trong khoảng: -> thì van T1 và D2 dẫn.
+ Trong khoảng: -> + thì van T1 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: + -> 2 thì van T2 và D1 dẫn.
+ Trong khoảng: 2 -> 2 + thì van T2 và D2 dẫn.
Quá trình các chu kỳ sau được lặp lại tương tự.
Khi mạch làm việc có hai đoạn dẫn thẳng hàng của hai van T1 và D1, cùng với van T2 và D2, điện áp trên tải sẽ bị ngắn mạch ud = 0 (v) trong khoảng thời gian này Ở các đoạn khác, điện áp ud sẽ bám theo điện áp nguồn Điều này cho thấy dòng điện qua tải id vẫn duy trì liên tục, trong khi dòng điện qua máy biến áp nguồn lại bị gián đoạn Tình trạng này mang lại lợi ích về mặt năng lượng, vì năng lượng không cần lấy từ nguồn mà vẫn được duy trì trong tải.
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng trung bình qua một van bán dẫn :
IT = ID - Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor :
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor :
• Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng a Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.13 Mạch chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển mắc đối xứng b Nguyên lý làm việc
Trong sơ đồ, diode D1 và D2 mở tự nhiên ở các nửa chu kỳ khác nhau, với D1 mở khi u2 âm và D2 mở khi u2 dương Các thyristor được kích hoạt theo góc xung, trong khi các van được khóa theo nhóm: khi D1 dẫn, T1 sẽ khóa, và khi T1 dẫn, D1 sẽ khóa; tương tự, khi D2 dẫn, T2 sẽ khóa và ngược lại Do đó, trong một chu kỳ điện áp lưới, các van được dẫn trong các khoảng thời gian cụ thể.
Các chu kỳ sau quá trình lặp lại tương tự
Hình 2.14 Dạng sóng điện áp và dòng c Các biểu thức tính toán
- Điện áp trung bình trên tải :
- Dòng trung bình qua một van thyritstor dẫn :
- Dòng trung bình qua một van diode dẫn :
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua van diode và thiristor:
- Dòng điện hiệu dụng chảy qua thứ cấp máy biến áp:
- Điện áp ngược và điện áp thuận lớn nhất rơi trên van thyritstor và diode :
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 27 3.1 Các thông số yêu cầu
Tính toán các thông số của mạch điện
3.3.1 Tính toán, chọn van công suất
Khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu, hai thông số quan trọng nhất cần chú ý là điện áp và dòng điện Các thông số khác chỉ mang tính tham khảo trong quá trình lựa chọn.
Khi đã đáp ứng được hai thông số cơ bản trên các thông số còn lại có thể tham khảo theo gợi ý sau:
- Loại van nào có sụt áp dư nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn.
- Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn.
- Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt tốt hơn.
- Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất điều khiển thấp hơn.
Van bán dẫn có thời gian chuyển mạch ngắn và độ nhạy cao hơn Tuy nhiên, trong hầu hết các loại van bán dẫn, thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ nghịch với tổn hao công suất.
Các van động lực được lựa chọn dựa trên các yếu tố cơ bản như dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện tỏa nhiệt và điện áp làm việc Các thông số cơ bản của van động lực bao gồm điện áp ngược của van và điện áp làm việc.
Để chọn van phù hợp với điện áp, điện áp ngược của van cần lớn hơn điện áp làm việc, được tính bằng công thức Ulv = × U2 = × 220 = 311.12 V, với hệ số dự trữ điện áp ku.
Uđm = ku × Ulv = 1.8 × 933.4 80.6 A k u thường được chọn trong khoảng 1.6-2.0 Ở đây chọn k u là 1.8. b.Tính dòng điện của van:
- Dòng điện làm việc của van dược chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = IRMS).
- Dòng điện hiệu dụng được tính:
Để đảm bảo van bán dẫn hoạt động an toàn và tránh tình trạng chọc thủng nhiệt, việc lựa chọn và thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý là rất quan trọng Dựa trên điều kiện tỏa nhiệt đã được xác định, cần tiến hành tính toán thông số dòng điện định mức cần thiết cho van.
Dòng điện định mức của van (Iđmv) nên được chọn theo hướng dẫn sau: trong trường hợp không có cánh tỏa nhiệt và tổn hao trên van áp nhỏ hơn 20W, có thể chọn dòng điện làm việc lên tới 10% Iđmv.
>l0), khi có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép van làm việc tới 40% Iđmv
Khi Iđmv lớn hơn 2,5Ilv và có cánh tỏa nhiệt đủ diện tích bề mặt cùng với quạt thông gió, van có thể hoạt động lên tới 70% Iđmv (với Iđmv lớn hơn 1,4Ilv) Nếu có điều kiện làm mát bằng nước, van có thể hoạt động gần 100% Iđmv.
Quá trình thông gió tự nhiên kém hiệu quả dẫn đến tổn hao trên van ∆Pv ∆Uv.Ilv khoảng 100 W/van trở lên, làm chậm quá trình đối lưu không khí xung quanh cánh tỏa nhiệt, khiến nhiệt độ không được tỏa ra môi trường kịp thời.
Vì vậy ta chọn làm mát khi có cánh tỏa nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép van làm việc 40%Iđmv (Iđmn >2.5Ilv).
- Dòng điện định mức của van cần chọn :
Từ những thông số trên chọn thysirtor TYN1225
Datasheet TYN1225 (xem phần phụ lục)
- Về phần diode chọn diode HER508
- Ngắn mạch bản thân van.
Chọn cầu chì: Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor
- Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 1CC là:
=> Vậy chọn cầu chì nhóm 1CC loại 1.25 (A)
Với điện áp sau lọc có độ nhấp nhô 1 chu kì xung răng cưa : T1 = 10ms.
Thời điểm phát xung là tTr, trong khi dòng nạp tụ là I10 và điện áp trên tụ là V TCA 785, do hãng SIEMENS sản xuất, được ứng dụng để điều khiển các thiết bị chỉnh lưu và chỉnh dòng điện áp xoay chiều.
Có thể điều chỉnh góc từ 0 0 đến 180 0 điện Thông số chủ yếu của TCA là:
- Điện áp nguồn nuôi: US= 15V
- Dòng điện tiêu thụ: IS= 10mA
- Điện áp răng cưa: URC max= (US- 2) V Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa: R9= (20500) Điện áp điều khiển: U11 = - 0,5 (US – 2) V
Dòng điện đồng bộ: IS = 200 (A)
Tần số xung ra: f = (10 500) Hz
Chọn giá trị ngoài thực tế: C10 = 104, C12 = 473, R9 = 33kΩ
- Điện áp điều khiển chọn VR2 = 50kΩ
- Khâu đồng pha chọn Rđồng pha = 1mΩ k Nguyên lí làm việc của TCA 785
Vi mạch TCA 785 thực hiện bốn chức năng chính trong mạch điều khiển, bao gồm tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và phát tín hiệu ra Nguồn nuôi được cấp qua chân 16, trong khi tín hiệu đồng bộ được lấy từ chân 5 và 1 Tín hiệu điều khiển được đưa vào chân 11, và bộ nhận biết điện áp 0 sẽ kiểm tra điện áp đầu vào và chuyển tín hiệu đến bộ phận đồng bộ Bộ phận này điều khiển tụ C10, nạp đến điện áp không đổi do R9 quyết định Khi điện áp V10 đạt đến V11, tín hiệu sẽ được đưa vào khâu logic, cho phép góc mở α thay đổi từ 0 đến 180 độ Mỗi nửa chu kỳ sẽ tạo ra một xung dương tại Q1 và Q2, với độ rộng từ 30-80μs, có thể kéo dài đến 180 độ nhờ tụ C12.
Nếu chân 12 nối đất thì sẽ có xung trong khoảng α đến 180 o
Điện áp lưới sau khi qua máy biến áp được hạ xuống 12VAC và đưa vào chân số 5 và chân số 1 thông qua điện trở R Tín hiệu điều khiển Vdk được so sánh với điện áp răng cưa từ tụ C10 tại chân 11, tạo ra xung điều khiển thyristor với góc mở α tăng dần ở chân 14 và 15 Khi xảy ra ngắn mạch, chân 16 nhận tín hiệu cấm, dẫn đến việc không còn tín hiệu đầu ra tại chân 14 và 15.
3.3.4.Tính toán,chọn phần tử cách ly
Có nhiều phương án cho khâu cách ly, bao gồm việc sử dụng phần tử cách ly quang biến áp xung Đối với các mạch công suất nhỏ, chỉ cần sử dụng diode để chống ngược dòng.