Đồ án Thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều

= p/6 + a q2 = 3p/6 + a q3 = 5p/6 + a q4 = 7p/6 + a q5 = 9p/6 + a q6 = 11p/6 + a T1 T2 T3 T4 T5 T6 T5 T6 T1T2 T3 T4 Giá trị trung bình của điện áp trên tải + Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F + Đường bao phía dưới biểu diễn điện thế của điểm G Điện áp trên mạch tải là Ud = Uf - Ug là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường bao Cũng có thể tính Ud = Ud1 - Ud2 trong đó Ud1 là giá trị trung bình của ud1 do nhóm catốt chung tạo nên, còn Ud 2 là giá trị trung bình của ud 2 do nhóm anốt * Trùng dẫn - Giả thiết T1 và T2 đang dẫn dòng Khi q = q1 cho xung điều khiển mở T3 . Do Lc ¹ 0 nên dòng iT3 không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngột giảm từ Id ® 0 cả ba tiritor đều dẫn dòng T1, T2 ,T3. Hai nguồn Ea và Eb nối ngắn mạch . Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 ® q1 ta có: Điện áp ngắn mạch: Dòng ngắn mạch ic được xác định bởi phương trình : Dòng điện chảy trong T1 là iT1 = id - ic Dòng điện chảy trong T3 là iT3 = ic - Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi q = q2 , m = q2 - q1 là góc trùng dần. Khi q = m , iT1 = 0 Hình dạng điện áp tải Ud trong quá trình trùng dẫn trong khoảng (q1,q2) T2 dẫn dòng T1 và T3 trùng dẫn dòng . Vậy có thể viết phương trình sau: Từ 3 phương trình trên rút ra: Do trùng dẫn (Lc ¹ 0) nên giá trị trung bình của điện áp tải giảm đi một lượng DUm tính theo công thức sau: Mà * Nghịch lưu phụ thuộc - Nghịch là quá trình chuyển năng lượng từ phía dòng một chiều sang dòng xoay chiều (quá trình chuyển năng lượng ngược lại với chế độ CL ). Trong hệ TĐĐ một chiều, động cơ điện cần làm việc ở những chế độ khác nhau trong đó có lúc động cơ trở thành máy phát điện. Năng lượng phát ra này trả về lưới điện xoay chiều. Để thoả mãn yêu cầu này bộ CL chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lưu vì nó hoạt động (đồng bộ ) theo nguồn xoay chiều nên gọi là nghịch lưu phụ thuộc. -Như vậy mạch điện lúc này có 2 nguồn sức điện động : e1 :sđđ lưới xoay chiều Ed:sđ đ một chiều Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát được năng lượng nếu chiều sức điện động và dòng điện trùng nhau,ngược lại nó sẽ nhận năng lượng khi chiều sức điện động và dòng điện ngược nhau .Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lưu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều xác định thì để có chế độ nghịch lưu cần phải thực hiện hai điều kiện : +Về phía một chiều :bằng cách nào đó chuyển đổi chiều Ed để có chiều dòng và Ed trùng nhau. +Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lưu sao cho điện áp ud <0 để có dấu phù hợp dòng tức là bộ chỉnh lưư làm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ âm của lưới điện. +Trong trường hợp không đảo được chiều Ed ta buộc phải dùng một mạch chỉnh lưu khác đấu ngược với mach cũ để dẫn được dòng điện theo chiều ngược lại. -Như vậy nghịch lưu phụ thuộc thực chất là chế độ khi bộ chỉnh lưu làm việc với góc điểu khiển lớn .Do đó toàn bộ các biểu thức tính toán vẫn đúng chỉ cần lưu ý rằng Ed có giá tri âm. Nhận xét: Do yêu cầu chỉnh lưu có đảo chiều nên ta chọn chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng . Chương III THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC Động cơ có: Udm =440 V , ndm =1500v/p , P =30kW Lựa chọn sơ đồ thiết kế Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và nghịch lưu từ các ưu điểm của các sơ đồ chỉnh lưu với tải và các động cơ điện một chiều có công suất vừa phải thì ta dùng chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả bởi lẽ ở công suất này để tránh lệch tải điện áp , không thể thiết kế theo sơ đồ một pha, sơ đồ tia ba pha sẽ làm mất đối xứng điện áp nguồn. Nên trong đồ án này ta chọn sơ đồ thiết kế chọn là sơ đồ cầu ba pha. Các thông số cơ bản còn lại của động cơ U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn E : sức điện động của động cơ R, L :điện trở, điện cảm trong mạch R = 2.Rba + Ru + Rk + Rdt L = 2.Lab + Lu + Lk Rba, Lba : điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp. Rk, Lk : điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc Rdt : điện trở mạch phần ứng động cơ được tính : Lư : điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức: II. Tính chọn Tiristo Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải , sơ đồ đã chọn , điều khiển toả nhiệt , điện áp làm việc , các thông số cơ bản của van được tính như sau : Unmax = (p/3). Ud = (p/3) . 440 = 460,76(V) Ulv = knv . U2 = knv . Ud / ku Điện áp ngược của van cần chọn Unv = kdt . Unmax = 1,8 . 460,76 = 829,38(V) Ungmax = Ungmaxth / 0,7 = 658,2 (V) Trong đó kdtU : hệ số dự trữ điện áp chọn ktdU = 1,8 Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng điện dòng hiệu dụng: ( trong sơ đồ cầu ba pha ) Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả nhiệt không có quạt đối lưu không khi với điều khiển đó Idmv từ các thông số Unv , Iđmv ta chọn 6 tiristor loại có thông số sau điện áp ngược cực đại của van 1000(V) dòng điện định mức của van 200(A) đỉnh xung dòng điện 4000(A) dòng điện của xung điều khiển 100mA điện áp của xung điều khiển 3,0(V) dòng điện rò 20mA sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn DU = 1,6(V) tốc độ biến thiên điện áp tốc độ biến thiên dòng điện dòng điện tự giữ 200mA thời gian chuyển mạch tcm = 90ms nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =15000C III. Tính toán MBA chỉnh lưu + Tính toán từ mạch * Tính trụ Tiết diện trụ sơ bộ của trụ T được tính theo công thức: T = (p/4) .k2 . Sf là công suất pha của máy biến áp 3 pha kq = 5 -> 6 là hệ số kinh nghiệm ta chọn k = 6 T = ( p/4 ). 62 Chiều cao sơ bộ của trụ được tính theo công thức : b là hệ số cho biết hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng thường lấy b =1,3. Chọn mạch từ hình chữ E được ghép từ những lá tôn Silic loại 310 có Bề dày tôn : 0,35mm Tổn hao là : 1,7 W/kg Tỷ trọng : d = 7,8kg/dm3 Tiết diện của trụ T=a.b - Chọn MBA ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây D (làm mát bằng không khí tự nhiên) - Tính các thông số cơ bản Tính công suất biểu kiến của MBA: S = K.P =1,05.P = 1,05 . 30000 = 31500(VA) Điện áp pha sơ cấp của MBA U1=380(V) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : Udo . cos (amin) = Ud + 2.DUv + DUdn + DUba Trong đó amin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới . DUv = 1,6(v) sụt áp trên tiristor DUdn = 0 sụt áp trên dây nối DUba = DUr + DUx : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. Chọn sơ bộ DUba = 6%.Ud = 6% . 440 = 26,4(V) Từ phương trình cân băng điện áp tải ta có: Điện áp pha thứ cấp : Dòng điện hiệu dung thứ cấp MBA: Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA: + Tính sơ bộ mạch từ. Tính tiết diện sơ bộ trụ: kq : Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát kq= 6 m : số trụ của MBA = 3 f : tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz Đường kính trụ: Chuẩn hoá đường kính theo chuẩn d = 11(cm) - Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5 mm Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B =1(T) Chọn tỉ số m = h/d = 2,3 -> h = 2,3 . d = 2,3 . 11 =25,3(cm) Thông thường m = 2-> 2,5 Chọn chiều cao trụ h = 25(cm) - Tính toán dây quấn Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA: (vòng) Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA: (vòng) w2 = 106 (vòng) - Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA với dây dẫn bằng đồng MBA khô chọn : J1 = J2 = 2,75(A/mm2) Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 11,30(mm2 ). Kích thước dây có kể cách điện : S1= a1.b1= 1,56 . 7,4(mm2). Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 20,30(mm2). Kích thước dây có kể cách điện: S2 = a2 . b2 = 3,53 . 5,9(mm2). Tính lại mật độ độ dòng điện trong cuộn thứ cấp : Kết cấu dây quấn sơ cấp : Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : (vòng) Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt h : chiều cao trụ hg : khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Chọn sơ bộ khoảng cách hg=1,5 cm - Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp: (lớp) Chọn lớp n11 = 7 lớp. Như vậy có 197 vòng chia làm 7 lớp , chọn 6 lớp đầu 29 vòng , lớp thứ 7 có 197 – 6 . 29 = 23 (vòng) Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01=0,1 (cm) Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a01= 1,0(cm) Đường kính trong của ống cách điện Dt = Dfe + 2 . a01 – 2 .S 01 = 11 + 2.1 - 2.0,1 = 12,8(cm) Đường kính trong của cuộn sơ cấp Dt1 = Dt + 2 . S01 = 12,8 + 2 . 0,1 = 13(cm) Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dày ở cuộn sơ cấp cd11 = 0,1(mm) Bề dày cuộn sơ cấp Bd1 = (a1 + cd11) . n11 = (1,56+0,1).7 = 11,62(mm) = 1,162(cm) Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 13 + 2.1,162 = 15,324(cm) Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (13 + 15,324 )/2 = 14,162 (cm) Chiều dày dây cuộn sơ cấp : l1 = w1 . p . Dtb = p.197.14,162 = 8764,7(cm) = 87,64(m) Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd01 = 1,0(cm) Kết cấu dây quấn thứ cấp Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp h1 = h2 = 22,8(cm) Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: vòng) Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp : (lớp) Chọn số lớp dây cuốn n12 = 3 lớp , chọn 2 lớp đầu có 36 vòng ,lớp thứ ba có 106 - 2.36 = 34 (vòng) Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp : Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 15 , 324 + 2,1 = 17,324(cm) Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm) Bề dầy cuộn sơ cấp : Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,353+0,01) .3 = 1,089(cm) Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 17,324 + 2 . 1,089 = 19,502(cm) Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (17,324 + 19,502) / 2 = 18,413(cm) Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = p . w2 . Dtb2 = p.106.18,413 = 61,32(m) Đường kính trung bình các cuộn dây: D12 = ( Dt1 + Dn2 ) / 2 = (13 + 19,502 ) /2 = 16,251(cm) -> r12 = D12/2 =8,125 (cm) Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp a22 = 2(cm) Tính kính thức mạch từ Với đường kính d =11cm , ta có số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Q’= 2.(1,6.10,5+1,1.9,5+0,7.0,8+0,6.7,5+0,4.6,5+0,74) = 86,2(cm2) Tiết diện hiệu quả của trụ : Qt = khq . Q’ = 0,9.86,2 = 81,89(cm2) Tổng chiều dày các bậc thang của trụ: d = 2. (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2(cm) Để đơn giản trong chế tạo gông từ , ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thức sau: Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ b = d =10,2(cm) Chiều cao của gông bằng chiều rộng của tập lá thép thứ nhất của trụ a = 10,5 cm Tiết diện gông Q = a . b = 107,1(cm2) Dựa vào m = h/a = 2,3/2,5 n = c/a= 0,5 l = b/a = 1:2,5 . Trong đó h=25cm Tiết diện hiệu quả của gông: Qg = khq . Q = 0,95 . 107,1 = 101,7(cm2) Số lá thép dùng trong 1 gông: hg = b/0,5 = 102/0,5 = 204 (lá thép) Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: Mật độ từ cảm của gông: Chiều rộng cửa sổ c =2.(a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2(1+1,162+1+1,089)+2 =10,502(cm) Tính khoảng cách giữa 2 tâm trục c’ = c+d =10,502 +11 = 21,502 Chiều rộng mạch từ L =2c + 3d = 2 .10,502+3.11 = 54,004(cm) Chiều rộng mạch từ H = h + 2a = 25 + 2.10,502 = 46(cm) Tính khối lượng của sắt và đồng Thể tích của trụ V1=3Qt.h=3.81,89.25=6141,75(cm) Thể tích của gông Vg = 2Qg.L = 22.101,7.54,004=10984,4(cm3) Khối lượng của trụ Mt = Vt.mFe = 6,142.7,85 = 48,21(kg) Khối lượng của gông Mg = Vg . mfe = 10,984.7,85 = 86,227(kg) Khối lượng của sắt Mfe = Mt + Mg = 48,21 + 86,227 = 134,437(kg) Thể tích của đồng Vcu = 3.(s1 . l1 + s2 . l2) = 3.(11,3.87,64 + 20,3.61,32) = 6,7(dm3) Tính các thông số của MBA Điện trở trong cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750 C : Trong đó r = 0,02133 Wmm2/m Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 C: Điện trở MBA quy đổi về thứ cấp: Sụt áp trên điện trở máy biến áp : DUr = Rba . Id = 0,111 . 68,18 =7,62(V) Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp : Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp: Sụt áp trên điện kháng MBA: Sụt áp trên MBA: Điện áp trên động cơ khi có góc mở amin =120 U = Udo.cosamin – 2.DUv - DUba = 476,84.cos120 - 2.1,6 -14,35=448,87=449(v) Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp : Tổn hao ngắn mạch trong MBA: Tổn hao không tải có kể đến 1% tổn hao phụ: Điện áp ngắn mạch tác dụng: Điện áp ngắn mạch phần kháng: Điện áp ngắn mạch phần trăm: Dòng điện ngắn mạch xác lập: Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Kiểm tra MBA thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến trên của dòng điện chuyển mạch . Giả sử chuyển mạch từ T1: Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt. Hiệu suất TB chỉnh lưu: IV.Thiết kế cuộn kháng lọc. 1)Xác định góc mở cực tiểu và cực đại. Chọn góc mở cực tiểu amin=180 với góc mở amin là dữ trữ ta có thể bù được sự giảm điện áp khi góc mở nhỏ nhất a = amin thì điện áp trên tải là lớn nhất Udmax=Udo .cosamin =Ud.dm và tương ứng tốc độ đông cơ sẽ lớn nhất Udmin=Udo.cosa max và n =nmin . Ta có: kM = 3 -> D = 4,5. Trong đó Udmin được xác định như sau: 2)Xác định các thành phần sóng hài. Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi furie ta chuyển gốc toạ độ sang đến 01 khi đó điện áp tức thời trên tải khi TiristoT1,T4 dẫn. Với q = Wt Điện áp tức thời trên tải điện Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ : t = 2p/p =2p/6 = p/3. P =6 số xung đập mạch trong 1 chu kỳ điện áp lưới khai triển chuỗi Furie của điện áp Ud: Hay Trong đó : Ta có : Vậy ta có biên độ của điện áp. 3)Xác định điện cảm cuộn kháng lọc Từ phân tích trên ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn ,có nghĩa đập mạch của điện áp và dòng điện tăng lên sự đập mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp , đồng thời gây ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ . Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im £ 0,1Iưdm Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sáng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn lại có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn . Điện kháng lọc còn lại được tính khi góc a = amax Ta có: Vì R.i << L.di/dt nên U = L.di/dt Trong các thành phần xoay chiều bậc cao , thì thành phần sóng bậc k=1 có mức độ lớn nhất gần đúng ta có : Vậy Trong đó : Thấy số : Điện cảm mạch phần ứng dã có : Lưc = Lư + 2. Lba = 5,14 + 2. 0,59 = 6,32(mH) Điện cảm cuộn kháng lọc : Lk = L – Lưc = 11,4 – 6,32 =5,08 (mH) 4)Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc Các thông số ban đầu Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc Lk = 5,08mH Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Im = 68,18A Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1 I1m = 10%. Idm = 6,82A. Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé do đó ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện của cuộn kháng : Zk = Xk =2.p.f .Lk =2p.6.50. 5,08.10-3 = 9,5(W) Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: Công suất của cuộn kháng lọc: Tiết diện từ cực chính của cuộn kháng lọc: kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát khi làm mát bằng không khi tự nhiên kQ = 5. Với tiết diện trụ Q= 4,25cm2 Chọn loại thép tồn tại 330 A tấm thép dày 0,35mm a= 20mm. b= 25mm. Chọn mật độ từ cảm trong tụ Bt = 0,8(T) Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong điện cuộn kháng sẽ xuất hiện một sức điện Ek Ek=4,44.w.f’.Bt.Q Gần đúng Ek=DU = 45,7V. Ta có dòng điện chạy qua cuộn kháng : i(L) = Id + I1m.cos(6q + j1) Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J=2,75(A/mm2) Tiết diện dây cuốn cuộn kháng: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật cách điện cấp B chọn Sk=25,6(mm2) Với kích thứơc dây: a . b = 3,53 . 7,4 Tính lại mật độ dòng điện: Chọn lại hệ số lấp đầy Diện tích cửa sổ: Tính kích thứơc mạch từ: Qcs = c . h Chọn m = h/a = 3 h =3 .a = 3. 20 = 60(mm) = 6(cm) c = Qcs/h = 36,57/6 = 6 (cm) Chiều cao mạch từ H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) Chiều dài mạch từ L=2c + 2a = 2.60 + 2.20 = 160(mm) Chọn khoảng cách từ gông đến cuộn dây hg = 2mm Tính số vòng dây trên một lớp: Tính số lớp dây quấn: Chọn khoảng cách điện giữa dây quấn với trụ: a01=3mm Cách điện giữa các lớp cd1= 0,1mm Bề dày cuộn dây Bd= (a1+ cd1) .n1 = (3,53 + 0,1).12 = 43,56(mm) Tổng bề dày cuộn dây Bd2= Bd + a01 = 43,56 + 3 = 46,56(mm) Chiều dài của vòng dây trong cùng l =2(a+b)+2p. a01 = 2 .(20 +25) + 2.3,14.3 = 108,8(mm) Chiều dài của vòng dây ngoài cùng l2 =2.(a+b) + 2p.(a01+Bd) = 2.(20 +25) + 2.p.(3+43,56) = 382,4(mm) Chiều dài trung bình của vòng dây: Điện trở của dây quấn ở 750 C Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng. Thể tích sắt Vfe=2.a.b.h=2.a/2.b.L=a.b(2.h+l) = 20.25.10-4.(2.60 + 160).10-2 = 0,14(dm3) Khối lượng của Fe Mfe=VFe.mFe = 0,14 . 7,86 = 1,1(kg) Trong đó mFe là khối lượng riêng của Fe mFe Khối lượng của Cu mcu=Vcu.mCu=Sk.Ltb.w.mCu = 25,6.245,6.10-6.100.8,9 = 5,6(kg) mCu= 8,9 V. Tính chọn các thiết bị bảo vệ 1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn Khi làm việc với dòng điện chạy qua trên van có sụt áp , do đó có tốn hao công suất Dp ,tốn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn . Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng . Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý . +Tính toán cách toả nhiệt +Tổn thất công suất trên 1 Tiristor DP=DU.I=1,6.39,366=62,976(W) Diện tích bề mặt toả nhiệt: Dp : tổn hao công suất (W) T:độ chênh lệch so với môi trường Tmt = 400C Nhiệt độ làm việc cho phép của Tcp=1250C Chọn nhiệt độ trên cánh 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: Chọn loại cánh toả nhiệt có 10 cánh Kích thước mỗi cánh a.b=10.10(cm2) Tổng diện tích toả nhiệt của cánh S=10.2.10.10=2000(cm2) 2)Bảo vệ quá dòng điện của van Áptômát dùng để đóng ngắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá 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 Aptomat có Udm =220V Có 3 tiếp điểm chính , có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. - Chỉnh định dòng ngắn mạch - Dòng quá tải - Chọn cầu giao có mạch định mức - Cầu giao để tạo khe hở an toàn khi sử chữa hệ truyền động. - Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor ngắn mạch đầu ra của bộ CL. Nhóm 1CC có Idc = 80A loại cầu chì PH – 2 – 100 do Liên Xô chế tạo. Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1cc Nhóm 2CC có Idc = 80A loại cầu chì PH – 2 – 100 do Liên Xô chế tạo. Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc Nhóm 3CC có Idc = 80A loại cầu chì PH – 2 – 100 do Liên Xô chế tạo. Dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc Vậy chọn cầu chảy nhóm 1CC, 2CC và 3CC giống nhau đều là loại cầu chì PH – 2 – 100 do Liên Xô chế tạo. 3)Bảo vệ quá điện áp cho van Bảo vệ quá điện áp : do quá trình đónh cắt các Tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với Tiristor .Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược ,gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anod và catod của Tiristor . Khi có mạch R-C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện áp . Theo kinh nghiệm R1=(5 ->30)W C1=(0,25-> 4)mF Chọn R1=5,1(W) C1=0,25mF Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện . ta mắc mạch R-Cnhừ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây . Chọn R1=12,5(W) C1=4mF Trị số R-C được chọn theo + Để bảo vệ van do cắt mạch đột ngột biến áp van tải ,người ta thường mắc một mạch R—C ở đầu ra của một mạch chỉnh lưu cầu 3 pha phụ bằng các diod công suất kế . Thông thường giá trị tự chọn trong khoảng 10 -200mF . Chọn theo R3=470W, C3=10mF Chọn giá trị trở R4 =1,4K W Im:dòng điện từ hoá BA Ktm:Khả năng tăng điện áp cho phép của van thường được chọn k=1,25->1,5 Mạch cầu 3 pha dùng diod tải R-C bảo vệ do cắt máy biến áp non tải Tính toán vẽ các đường cong dòng điện ,điện áp của tải và của van Hình dạng đường cong dòng điện ,điện áp tải thường được mô ta tuỳ theo dạng sơ đồ đã chọn và tính chất của tải Nguyên tắc chung khi vẽ đường cong dòng điện và điện áo tải là: trên cơ sở đường cong điện áp xoay chiều hình sin (một hay 3 pha) xác định góc từ thời điểm mở van cho tới cuối bán kỳ điện áp dương. Chương IV TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I.Yêu cầu đối với mạch điều khiển - Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của BBĐ. Yêu cầu của mạch điều khiển có thể tóm tắt trong 6 điểm chính sau: + Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển. + Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển. + Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung (càng cao thì việc mở càng tốt thông thường ). + Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển. + Yêu cầu về độ tin cậy. . Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ để Tiristor không tự mở khi dòng rò tăng. .Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn. . Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm. + Yêu cầu về lắp ráp vận hành. . Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh. . Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập. II. Nguyên lý chung của mạch điều khiển. 1. Nhiệm vụ của mạch điều khiển là tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu. - Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên Anốt và có xung áp dương đătj vào cực điều khiển không còn tác dụng gì nữa. - Chức năng của mạch điều khiển : + Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anốt – katốt của tiristor. + Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng xung tx < 10ms. Biểu thức độ rộng xung: Trong đó: Iđt là dòng duy trì của tiristor. di/dt : tốc độ tăng trưởng của dòng tải. Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là góc a. Cấu trúc của mạch điều khiển tiristor. Uđk là điện áp điều khiển , điện áp một chiều. Ur là điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp anốt – catốt của tiristor. Hiệu điện áp Uđk – Ur dưa vào khâu so sánh (1) làm việc như một Trigơ. Khi Uđk – Ur = 0 thì trigơ lật trạng thái, ở đầu ra nhận được một chuỗi xung (sinUs chữ nhật ). Khâu 2 : là đa hài một trạng thái ổn định. Khâu 3 : là khâu khuyếch đại xung. Khâu 4 : là biến áp xung. Tác động vào Uđk có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển tức là điều khiển góc a. 3. Nguyên tắc điều khiển. * Mạch điều khiển tiristor có thể phân loại theo nhiều cách. Song các mạch điều khiển đều dựa theo nguyên lý thay đổi góc pha và theo đó ta có hai nguyên lý khống chế “ngang” và khống chế “đứng”. - Khống chế “ngang “ là phương pháp tạo góc a thay đổi bằng cách dịch chuyển điện áp ra hình sin theo phương ngang so với điện áp tựa. + Nhược điểm của phương pháp khống chế này là góc a phụ thuộc vào dạng điện áp và tần số lưới, do đó độ chính xác của góc điều khiển thấp. - Khống chế “đứng” là phương pháp tạo góc a thay đổi bằng cách dịch chuyển điện áp chủ đạo theo phương thẳng đứng so với điện áp tựa răng cưa. + Phương pháp khống chế “đứng” có độ chính xác cao và khoảng điều khiển rộng ( từ 0 -> 1800 ). + Có hai phương pháp điều khiển “đứng “: . across . tuyến tính Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Tổng đại số của Ur + Uđk đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng cách làm biến đổi Uđk ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra tức là điều chỉnh được góc a. Khi Uđk = 0 ta có a = 0. Khi Uđk 0. Quan hệ giữa a và Uđk như sau: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “acrcoss”. Nguyên tắc này dùng hai điện áp: + Điện áp đồng bộ Ur vượt trước điện áp anốt – catốt một góc bằng p/2 (Nếu UAK = A.sinwt thì Ur = B.coswt ) + Điện áp điều khiển được Uđk là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo hai hướng (dương và âm). Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anốt – catốt tiristor, từ điện áp này người ta tạo ra Ur . Tổng đại số Ur + Uđk được đưa đến đầu vào của khâu so sánh . Khi Ur + Uđk = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh : Uđk + B.cosa = 0 Do đó a = arccos(-Uđk/B) Thường lấy B = Uđk max Khi Uđk = 0 thì a =p/2 Khi Uđk = - Uđk max thì a= 0 Như vậy khi cho Uđk biến thiên từ - Uđk max đến + Uđkmax thì a biến thiên từ 0 đến p. Nguyên tắc này được sử dụng trong cscs thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao. Nhận xét: Theo yêu cầu thiết kế mạch điều khiển ta thấy nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính là phù hợp, ta chọn nguyên tắc điều khiển này. Tính toán các thông số của mạch điều khiển Nguyên tắc điều khiển riêng. A. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển: Khi cấp nguồn điện 380V vào sơ cấp của BA nguồn phía thứ c