Đồ án Thiết kế bộ nguồn cho mạ điện

t t t t t IT1 IT2 ID1 ID2 ID3 t1 t3 t5 t7 t9 t11 a b c a 0 0 C CC1 CC1 CC1 K APT . . K 0 Đ D M K K C B A H1.12b - Giản đồ đường cong dòng và áp tải 0 0 IT3 Thø tù më van . o Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu. Các Điốt dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều (D1 phân cực thuận trong khoảng thời gian t4 ữ t6 và nó sẽ bị khoá khi điện áp ở pha b âm hơn). Dòmg, áp bị giãn đoạn còn tuỳ thuộc vào góc mở a của các Tiristor. Qua phân tích ta thấy khi góc mở a của các van bán dẫn nhỏ hơn 600 thì cho điện áp liên tục, khi góc mở a tăng lên lớn hơn 600 và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp bị giãn đoạn. Theo dạng sóng điện áp tải, trị số điện áp trung bình trên tải bằng không 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 tải chỉnh lưu tia ba pha. Utb = U2(1 + cos a) Như vậy việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng dễ dàng hơn, sơ đồ điều khiển đơn giản, rẻ tiền (kinh tế). nếu tải thuần trở sẽ luôn cho dòng liên tục. Nhưng điện áp chỉnh lưu chứa nhiều thành phần sóng hài, các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn, cần phải lọc điện áp trước khi đưa tới tải. So với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng thì việc kích mở các van đơn giản hơn, nó giống như điều khiển các van trong chỉnh lưu hình tia. Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng cho chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt Sba = 1,047Pd. Tuy nhiên đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất, hai van cùng mở lên tổn hao công suất lớn. PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC. Điều quan trọng nhất trong công nghệ mạ là chất lượng sản phẩm mạ, chất lượng lớp mạ còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố. Điều khiển chất lượng mạ phải khống chế đồng thời cả dung dịch mạ lẫn cách thức mạ, nhưng quan trọng nhất vẫn là dải mật độ dồng điện thích hợp vì nó tạo điều kiện điện phân có phân cực lớn, do đó mầm tinh thể mới được sinh ra dễ dàng hơn. Lớp mạ là do vô vàn các tinh thể hợp lại, tinh thể càng nhỏ mịn thì lớp mạ càng tốt. Mật độ dòng điện cao sẽ thu được lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, sít chặt đồng đều. Vậy để nâng cao chất lượng mạ đòi hỏi chất lượng dòng điện một chiều với mật độ cao, độ ổn định lớn và chất lượng điện áp tốt. Nếu chọn chỉnh lưu cầu một pha, tuy chất lượng điện áp tương đối tốt nhưng mật độ không cao, biên độ đập mạch lớn, thành phần đa hoà bậc cao lớn, hiệu suất sử dụng máy biến áp xấu và công suất chỉnh lưu nhỏ nên không đáp ứng yêu cầu của mạ vậy không chọn sơ đồ này. Chỉnh lưu tia ba pha không chọn vì máy biến áp sử dụng cho mạch này là biến áp ba pha ba trụ nên từ thông trong máy biến áp không đối xứng làm cho công suất máy biến áp lớn, dẫn đến hệ số sử dụng công suất của máy biến áp tồi, dòng điện trên dây trung tính lớn đúng bằng dòng qua tải. Chỉnh lưu tia sáu pha cũng không chọn vì việc chế tạo máy biến áp với sáu pha thứ cấp có hai cuộn lệch nhau 1800 và cuộn kháng cân bằng là hết sức khó khăn. Nếu chọn chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng, tuy sơ đồ này cho điện áp chỉnh lưu có chất lượng cao, nhưng điều phức tạp ở chỗ là điều khiển đồng thời cả hai van bán dẫn nên gây không ít khó khăn khi vận hành điều khiển và sửa chữa. Vì thế mà em chọn sơ đồ cầu điều khiển không đối xứng là phù hợp nhất, sơ đồ này cho chất lượng điện áp tốt nhất, việc điều khiển đơn giản, sử dụng công suất của máy biến áp tốt, đáp ứng yêu cầu đòi hỏi của công nghệ mạ. Với máy biến áp nguồn là máy biến áp ba pha, phía sơ cấp đấu tam giác, còn phía thứ cấp đấu sao. Sơ đồ mạch động lực: C R R R C cc2 T1 R C cc2 T2 R C D1 cc2 R C D3 cc2 R C D2 cc2 C R . . . R C cc2 T1 cc3 cc3 Tải L H.2.1 - Sơ đồ mạch động lực TÍNH CHỌN SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC. Hai thông số cần quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp và dòng điện. Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc. Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau: Điện áp ngược của van: (V). (2-1) Trong đó: Ulv, U2, Ud: Điện áp ngược của van, nguồn xoay chiều,của tải. knv, ku: các hệ số điện áp ngược và điện áp tải. Các hệ số này tra từ bảng (8 -1)TL1: - Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc được tính từ công thức (2 -1), qua một hệ số dự trữ kdtU. Điện áp ngược của van cần chọn: (V). (2-2) kdtU thường được chọn trong khoảng(1,62). Chọn kdtU = 2. Dòng điện làm việc của van: Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Ilv = Ihd. Theo công thức (8-4)TL1 dòng điện hiệu dụng được tính: (A). (2-3) Trong đó: Ihd, Id - Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải; khd - Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng tra bảng (8-2)TL1 (khi a<) (khi a>) < 288,675 (A). Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, có quạt thông gió. Như vậy Iđmv cần chọn là: Iđmv = ki.Ilv = 1,6.Ilv = 1,6. 288,675 = 462 (A). Chọn ki = 1,6 (Ilv = 60%.Idm): Hệ số dự trữ dòng điện. +) Từ các thông số Unv = 37,7 (V)và Iđmv = 462 (A) ta chọn: Theo bảng (8-6)TL1 ta chọn 3 Diốt loại SH04C500 có: Dòng điện định mức của van: Iđmv = 500 (A). Điện áp ngược của van: Unv = 400 V). Đỉnh xung dòng điện lớn nhất: Ipik = 5500 (A). Dòng điện rò: Ir = 50 (mA). Sụt áp trên van: (V). Nhiệt độ cho phép: Tcp = 1800C. Theo bảng (8-7)TL1 ta chọn 3 Tiristor loại TN433-04 có: Dòng điện định mức của van: Iđmv = 500 (A). Điện áp ngược của van: Unv = 400 V). Đỉnh xung dòg điện lớn nhất: Ipik = 7200 (A). Dòng điều khiển: Ig = 150 (mA). Điện áp điều khiển: Ug = 3 (V). Dòng điện rò: Ir = 75 (mA). Sụt áp trên van: (V). Tốc độ biến thiên của điện áp: = 500 (V/s). Thời gian chuyển mạch: tcm= 100 (ms). Nhiệt độ cho phép: Tcp = 1500C. III. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU. Máy biến áp dùng cho mạch chỉnh lưu thường có độ dự trữ công suất lớn vì dòng thứ cấp rất lớn, cách điện phải đạt yêu cần, nhất là phải chú ý đến các vấn đề cách điện vì dòng thứ cấp rất lớn phát sinh ra nhiệt nhiều. Đồng thời máy biến áp ta sử dụng trong việc mạ điện phải kín. Vì trong khi mạ hơi của các muối dùng để mạ, hay các chất phụ gia và chất xúc tác… có tính ôxy hoá cao do đó ta phải có vỏ để bảo vệ máy biến áp bằng cách thiết kế thùng dầu để cho máy biến áp vào. Điện áp thứ cấp của máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Trong đó: amin = 100: Góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới. (V): Là tổng điện áp sụt trên van. : Sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến áp và ta chọn. 5% ữ 10% Ud Chọn sơ bộ: 5% Ud = 5%.18 = 0,9 (V). Ta đặt máy biến áp cách bể mạ khoảng 5m và chọn dây nối bằng đồng. Chọn mật độ dòng điện trong dây dẫn là J = 2,4 (A/mm2). DUdn = Rdn.Id Trong đó: Rdn = rCu.l/Sdn (rCu = 0,0000172 W/mm điện trở suất của đông ở nhiệt độ bình thường). (mm2) Vậy (W). Þ DUdn = 0,0004.500 = 0,2 (V). (V). Điện áp thứ cấp của máy biến áp: U2 = (V). Trong đó: Udo - Điện áp không tải máy biến áp [V]. ku - Hệ số điện áp chỉnh lưu tra bảng (8-1)TLI, ku = 2,34 Dòng điện thứ cấp của máy biến áp: (A). Trong đó: I2 - Dòng điện thứ cấp của máy biến áp. Id - Dòng điện định mức của tải. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp: (A) Trong đó: I1 - Dòng điện sơ cấp của máy biến áp. kba - Hệ số của máy biến áp. kba = U2/U1. U1, U2 - Điện áp sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: Uf = 380 (V). Công suất tối đa của máy biến áp: Pdmax = Ud0. Id = 21,68. 500 = 10840 (w). Trong đó: Pdmax - Công suất tối đa của tải (W). Udo - Điện áp không tải máy biến áp (V). Id - Dòng điện tải (A). Công suất biểu kiến của máy biến áp: Sba = ks. Pdmax = 1,05. 10,84 = 11, 382 (kVA). Trong đó: ks = 1,05: Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực, tra bảng (8-2)TL1 *) Tính sơ bộ mạch từ. Tiết diện sơ bộ của trụ: QFe = kQ. (Cm2). Trong đó: kQ = 4ữ5: Phương thức làm mát bằng dầu. Chọn kQ = 5. m: Số trụ của máy biến áp. m = 3. f = 50 (Hz): Tần số xoay chiều. Chọn loại thép có độ dày 0,5 mm; Chọn mật độ từ cảm trong trụ: B = 1,2 (T). Chọn tỉ số: m =. Trong đó: D - Là đường kính trụ. m- Hệ số, để trụ thiết kế đạt yêu cầu thường chọn m = 2,5. h - Chiều cao trụ (Cm). Chọn d = 7,5 (Cm) Tính lại tiết diện của trụ: QFe = (Cm2) Þ h = 18,75 (Cm). Ta chọn chiều cao của trụ là: h = 19 (Cm). *) Tính toán dây quấn. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp của máy biến áp: (Vòng). Lấy W1 = 323 (Vòng). Trong đó: W1 - Số vòng dây của cuộn dây cuộn sơ cấp cần tính U1f - Điện áp pha của cuộn dây cần tính (V); B - Mật độ từ cảm chọn B = 1,2 T. QFe - Tiết diện lõi thép [cm2]. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp của máy biến áp: (Vòng). Lấy 8 (Vòng). Chọn sơ bộ mật độ dòng điện của máy biến áp: Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp dầu nên chọn J1 = J2 = 2,65 (A/mm2). Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp: (mm2) Đường kính dây dẫn. Chọn dây dẫn tiết diện tròn. (mm). Chọn d1 = 2,26(mm) . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn cách điện (chọn cách điện loại B) theo bảng (8-3) TL1 lấy d1 = 2,36 (mm). S1cd = 4,37(mm2) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn dây sơ cấp: (A/mm2). Tiết diện dây dẫn thứ cấp của MBA: (mm2). Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật theo bảng (44-10) TL2, cách điện loại B. Vì tiết diện dây lớn nên ta chập 3 sợi làm một. Chuẩn hoá tiết diện dây dẫn: S2 = 3 x51,37 (mm2). Kích thước dây dẫn kể cả cách điện: S2 = 3. 6,5 x 8 (mm2). Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn dây thứ cấp: (A/mm2). *) Kết cấu dây dẫn 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: (vòng). Trong đó: kC = 0,95: Hệ số ép chặt. h: Chiều cao trụ. hg = d1: Khoảng cách từ gông tới cuộn sơ cấp. Chọn W11 = 78 (vòng). Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp: (lớp). Chọn số lớp n11 = 5 lớp. Như vậy có 323 vòng dây chia thành 5 lớp, chọn 4 lớp đầu 75 vòng, lớp ngoài cùng có 323 - 4.75 = 32 (vòmg). Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp. (Cm). Chọn ống dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy: S01 = 0,1 Cm. Khoảng cách cách điện của cuộn sơ cấp với trụ: a01 = 1 Cm. Đường kính trong của ống cách điện: Dt = dfe + 2.a01 - 2.S01 = 7,5 + 2.1 - 2.0,1 = 9,3 (Cm). Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = Dt + 2.S01 = 9,3 + 2.0,1 = 9,5 (Cm). Chọn giấy cách điện giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 Cm. Bề dầy cuộn sơ cấp: Bd1 = (d1 + cd11). n11 = (0,226 + 0,1). 5 = 1,63 (Cm). Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2. Bd1 = 9,5 + 2. 1,63 = 12,76 (Cm). Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: Dtb1 = (Cm). Chiều dày dây quấn sơ cấp: l1 = W1. p. Dtb1 = p. 323. 0,1113 = 112,94 (m). *) Kết cấu dây dẫn thứ cấp. Chọn bề dầy cách điện giữa cuộn thứ cấp và sơ cấp là: a12 = 1 Cm. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 17,84 (Cm). Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp: (vòng). Chọn W12 = 7 (vòng). Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn thứ cấp: (lớp). Chọn số lớp n12 = 2 lớp. Lớp đầu chọn 6 (vòng), lớp ngoài chọn 2 (vòng) Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp. (Cm). Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2.a12 = 12,76 + 2.1 = 14,76 (Cm). Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây của cuộn thứ cấp: cd22 = 0,3 Cm. Bề dầy cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd22). n12 = (6,5 + 3).2 = 19 (mm). Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2. Bd2 =14,76 + 2.1,9 = 18,56 (Cm). Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: Dtb2 = (Cm). Chiều dài dây quấn thứ cấp: L2 = W2. p. Dtb2 = p. 8. 0,1666 = 4,19 (m). Đường kính trung bình của các cuộn thứ cấp và sơ cấp: D12 = (Cm). => r12 = (Cm). Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 =2 (Cm). *) Tính toán mạch từ. Chọn tôn cán lạnh của Nga, loại thép có mã hiệu 3404, chiều dày của mỗi lá thép là: 0,5 (mm). Với đường kính trụ d = 7,5 (Cm), ta chọn số bậc là 3 trong nửa tiết diện trụ. d nt ng kc Bậc 1 Bậc 2 Bậc3 7,5 3 2 0,905 6,75x1,635 5,25x1,043 3,15x0,725 Trong đó: dt - Đường kính trụ. nt - Số bậc của trụ. ng - Số bậc của gông. kc - Hệ số chêm kín hình tròn của trụ. Bd1 Bd2 a01 a12 hg W1 W2 3 2 1 W1 W2 H.2.2 - Các bậc thang ghép thành trụ Toàn bộ tiết diện của trụ: Qbt = 2.(1,635.6,75 + 1,043.5,25 + 0,725. 3,15) = 37,6 (Cm2) Tiết diện hiệu quả của trụ: QT = Qbt.khq = 37,6. 0,95 = 35,72 (Cm2). Trong đó: khq = 0,95 - Hệ số hiệu quả Chiều dày các bậc thang của trụ: dt = 2.(1,635 + 1,043 + 0,725) = 6,81 (Cm). Số lá thép trong các bậc: Theo công thức (5-6)TL3, ta có: n = Trong đó: n - Số lá thép trong một bậc của trụ. kd - Hệ số điền đầy. bt - Bề dầy một bậc của trụ. dt - Bề dầy một lá thép, lấy dt = 0,5 mm. Vậy số lá tôn trong từng bậc của trụ là: Bậc 1: (lá). Bậc 2: (lá). Bậc 3: (lá). Chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có kích thước như sau: Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = dt = 6,81 (Cm). Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 6,75 (Cm). Tiết diện của gông: Qbg = a x b = 6,81 x 6,75 = 45,941 (Cm2). Tiết diện hiệu quả của gông: Qg = Qbg. khg = 0,95. 45,941 = 43,64 (Cm2). Số lá thép dùng trong một gông: (lá). Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: BT = (T). Mật độ từ cảm trong gông: (T). Chiều rộng cửa sổ: C = 2.(a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2.(1 + 1,63 + 1 + 1,9) + 2 = 13,06 (Cm). Khoảng cách giữa hai tâm trụ: C’ = C + d = 13,06 + 7,5 = 20,56 (Cm). Chiều rộng mạch từ: L = 2. C + 3.d = 2.13,06 + 3.7,5 = 48,62(Cm). Chiều cao của mạch từ: H = h + 2.a = 19 +2.6,81 = 32,62(Cm). 48,62 13,06 19 6,81 32,62 3,27 6,81 H 2.3: Kết cấu mạch từ của máy biến áp *) Tính khối lượng của sắt và đồng. Thể tích của trụ: VT = 3. QT.h = 3.35,72.19 = 2036,04 (Cm3). Thể tích của gông: Vg = 2.Qg.L = 2.43,64.48,62 = 4243,554(Cm3). Khối lượng của trụ: MT = VT.mfe = 2,03604.7,85 = 15,983 (Kg). Trong đó: mfe = 7,85 Kg/dm3. Khối lượng của gông: Mg =Vg.mFe = 4,243554.7,85 = 33.312(Kg). Khối lượng của sắt: MFe = MT + Mg = 15,983 + 33,312 = 49,295(kg). Khối lượng của đồng của cuôn sơ cấp: MCu1 =3.S1.l1. MCu = 3.4,37,10-3.112,94.8,9 = 13,18(Kg). Trong đó: mCu = 8,9 (Kg/dm3): khối lượng riêng của đồng. (SƠ ĐỒ DÂY QUẤN H.2.4) Khi kể đến hệ số tăng trọng lượng là 1,5% thì khối lượng thực dây sơ cấp là M’cu1 = (1+0.015).13,18 = 13,375 (kg). Khối lượng của đồng của cuôn thứ cấp: MCu2 =3.S2.l2. MCu = 3.156.10-3.4,19.8,9 = 17,452(Kg). Trong đó: mCu = 8,9 (Kg/dm3): khối lượng riêng của đồng. Khi kể đến hệ số tăng trọng lượng là 2,5% thì khối lượng thực dây sơ cấp là M’cu2 = (1+0.025).13,18 = 17,888 (kg). Tổng khối lượng dây đồng: MCu = MCu1 + MCu2 = 13,375 + 17,888 = 31,263 (kg) Khối lượng sắt và đồng cần sử dụng là: MMBA = MFe + MCu = 49,295 + 31,263 = 80,56 (kg) *) Tính các thông số của máy biến áp. Điện trở của cuộn sơ cấp của máy biến áp ở 750C. R1 = r75. (W). Trong đó: r75 = 0,02135 (Wmm2/m) khối lượng riêng của đồng ở 750C. Điện trở của cuộn thứ cấp của máy biến áp ở 750C. R2 = r75. (W). Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp. (W). Sụt áp trên điện trở của máy biến áp. (V). Điện kháng qui đổi máy biến áp về thứ cấp. =>XBA = 1,43.10-3 (W). Điện cảm qui đổi máy biến áp về thứ cấp. LBA = (mH). Sụt áp trên điện kháng của máy biến áp. (V). Với: Rtd = .XBA = .0,00143 = 0,01366 (W). Sụt áp trên máy biến áp. (V). Tổng trở ngắn mạch qui đổi. (mW). Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp. Pn = 3. RBA. = 3. 0,000912. 408,252 = 456(w). Điện áp ngắn mạch tác dụng. Điện áp ngắn mạch phản kháng. Điện áp ngắn mạch phần trăm%. Dòng điện ngắn mạch xác lập. (A). Kiểm tra máy biến áp thiết kế ra có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng chuyển mạch. Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3 ta có phương trình: <[]cp=500 Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt. Hiệu suất của máy biến áp: . IV. TÍNH TOÁN CUỘN KHÁNG LỌC. 1. Xác định các thành phần sóng hài. Để tiện cho việc khai triển chuỗi Furier ta chuyển gốc toạ độ sang điểm q1. Khi đó điện áp tức thời trên tải lúc Tiristor T1 và T4 dẫn: Ud = Với: q = Wt. - Điện áp trên tải Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ: t = . Trong đó: P = 6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ của điện áp lưới. Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud: Trong đó: *) Þ *) Þ Ta có: Vậy ta có biên độ của điện áp. Xác định cuộn kháng lọc. Khi góc mở tăng thì biên độ sóng hài bậc cao càng lớn, nghĩa là sự đập mạch của điện áp, dòng điện càng tăng.Sự đập mạch làm xấu chất lượng của dòng điện một chiều. Để hạn chế sự đập mạch này người ta mắc nối tiếp với tải một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im £ 0,1 Id. Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế sự gián đoạn của dòng điện. Điện kháng lọc được tính khi góc mở: a = amax= 850. Ta có: Ud + u~ = E + Ruå.i~ + L. Cân bằng hai vế: U = R.i~ + L. vì R.i~ << L. nên U = L. Trong các thành phần xoay chiều bậc cao. Thì thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất gần đúng bằng: U~ = U1m. sin(6q + j). Nên I = L. Lấy p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp. Và (V). Thay số: (mH). Điện cảm của cuộn kháng lọc: Lk = L - 2.LBA = 0,0785 -2.0,003 = 0,0725 (mH). TÍNH TOÁN THIẾT BỊ BẢO VỆ. Thiết bị đóng cắt từ xa. Để đóng cắt tải và điều khiển từ xa ta sử dụng một công tắc tơ ba pha bố trí phía sơ cấp của máy biến áp. Dựa vào số liệu dòng điện và điện áp của tải mạ: Dòng điện sơ cấp của máy biến áp: I1 = 9,953 A. Điện áp dây: U1 = 380 V. Ta chọn 1 công tác tơ xoay chiều ba pha có các thông số sau: Iđm = 15 A Uđm=380V Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn. Khi làm việc, dòng chạy qua van có sự sụt áp, do đó có tổn hao công suất DP, sinh ra nhiệt đốt nóng các van bán dẫn. Mặt khác các van chỉ làm việc dưới nhiệt độ cho phép nào đó Tcp. Nếu vượt quá nhiệt độ cho phép thì van sẽ bị phá hỏng. Vậy để van làm việc an toàn thì ta phải thiết kế và chọn hệ thống toả nhiệt hợp lý. Tổn thất công suất trên một Tiristor: DPT = DUT.Ilv = 1,4. 288,675 = 403,55 (W). Tổn thất công suất trên một Diôd: DPD = DUD.Ilv = 0,85. 288,675 = 245 (W). Diện tích bề mặt cánh toả nhiệt: Sm = (m2). Trong đó: DP: tổn thất trên van lớn nhất. t: Độ chênh nhiệt độ so với môi trường. Tmt = 400C, Nhiệt độ làm việc cho phép của van là: TcpD = 1800C còn TcpT = 1500C, nên chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv = 1000C. Þ t = 1000 - 400C = 600C km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, theo TL1 chọn km = 16 (w/m2.0C). Vậy ta chọn loại cánh toả nhiệt có 15 cánh, kích thước mỗi cánh: a x b = 12 x 12. Tổng diện tích cánh toả nhiệt: S = 15.2.12 x 12 = 4320 (Cm2) = 0,432 (m2). Bảo vệ quá dòng cho các van bán dẫn. Aptomat: dùng để đóng cắt mạch động lực, tự bảo vệ khi ngắn mạch và quá tải van, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu. Chọn Aptomát 3 pha đặt ở đầu cuộn sơ cấp: Iđm = 1,1. I1f = 1,1. Iđm = 18,96 (A). Vậy ta chọn Aptomat có dòng 20 (A); Uđm = 220 (V). + Chỉnh định dòng ngắn mạch: Inm = 2,5. Ihđ = 2,5. .9,953 = 43,1 (A). + Dòng điện quá tải: Iqt = 1,5. Ihq = 1,5. . 9,953 = 25,86 (A) Chọn cầu chì có dây chảy tác động nhanh, để bảo vệ ngắn mạch các van bán dẫn, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu, ngắn mạch sau cuộn thứ cấp. +) Chọn nhóm cc1: Dòng định mức dây chảy nhóm cc1: Icc1 = 1,1. I2 = 1,1. 408,25 = 409,07 (A). +) Chọn nhóm cc2: Dòng định mức dây chảy nhóm cc2: Icc2 = 1,1. Ilv = 1,1. 288,675 = 317,5 (A). +) Chọn chóm cc3: Dòng định mức dây chảy nhóm cc3: Icc3 = 1,1. Id = 1,1. 500 = 550 (A). Vậy ta chọn cầu chì cho các nhóm như sau: 1cc loại 500 (A). 2cc loại 350 (A). 3cc loại 600 (A). Bảo vệ quá điện áp cho các van: Giống như hầu hết các thiết bị bán dẫn, tiristor rất nhạy với điện áp cao với sự quá điện áp trong thời gian rất ngắn cũng có thể làm hỏng van. Những yếu tố điện áp ảnh hưởng lớn nhất tới van cần bảo vệ là: Điện áp đặt vào lớn quá thông số của van. Xung điện áp do chuyển mạch van. Xung điện áp từ phía lưới xoay chiều, nguyên nhân thường gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây. Để bảo vệ van khi làm việc dài hạn mà không bị quá điện áp chúng ta phải chọn các van theo điện áp ngược cực đại Umax đặt lên van. Bảo vệ quá điện áp: Do quá trình đóng cắt các van bán dẫn được thực hiện bằng cách mắc R - C song song với van. Khi có sự chuyển mạch các điện 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 là do quá điện áp giữa Anôd và Catốd của các van bán dẫn. Khi có mạch R - C mắc song song với các van sẽ tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên trên van không bị quá điện áp. Chọn thông số R, C theo kinh nghiệm của tác giả viết sách TL1: R1 = (5 ¸ 30) W. Vậy ta chọn R1 = 15 (W). C1 = (0,25 ¸ 4) mF. Vậy ta chọn C1 = 0,47(mF). Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta sủ dụng các mạch lọc mắc như hình vẽ. Nhờ các mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên đường dây. Vậy chọn R, C theo kinh nghiệm: R2 = 12,5 (W); C2 = 4,0 (mF). H.2.5a - Mạch bảo vệ quá điện khi chuyển mạch H.2.5b - Mạch bảo vệ xung điện áp từ lưới PHẦN III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TIRISTOR. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN TIRISTOR: Tiristor chỉ cho dòng chạy qua khi có điện áp dương đặt trên cực Anôd và có xung điều khiển đặt vào cực điều khiển. Sau khi tiristor mở thì xung điều khiển không còn tác dụng nữa. Khi đó dòng chạy qua Tiristror do thông số của mạch động lực quyết định và Tiristor sẽ khoá lại khi dòng điện qua nó bằng không (điện áp đặt vào cực Anôd đổi dấu). Muốn mở lại Tiristor ta phải cung cấp xung điều khiển. Do đó với điện áp lưới hình sin, tuỳ thuộc vào thời điểm cấp xung điều khiển mà ta có thể khống chế dòng điện qua Tiristor, hay nói cách khác là ta có thể điều chỉnh góc mở a của Tiristor trong vùng điện áp dương Anôd bằng cách tạo ra điện áp tựa răng cưa Urc. Dùng một điện áp điều khiển một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa răng cưa Urc, tại thời điểm Uđk = Urc, trong vùng điện áp dương Anôd phát xung điều khiển Xđk, lúc này Tiristor được mở. Để thực hiện được những công việc trên ta có thể dùng các nguyên tắc điều khiển sau: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Nguyên tắc điều khiển theo phương nằm ngang. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Arcos. Ngày nay, điều khiển Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu người ta thường dùng nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính để thiết kế mạch điều khiển. Mạch điều khiển là một bộ phận quan trọng của bộ chỉnh lưu Tiristor, dùng mạch điều khiển để tạo ra các xung điều khiển có độ rộng thích hợp, thay đổi thời điểm phát xung điều khiển Tiristor của mạch chỉnh lưu. Do vậy Mạch điều khiển đóng vai trò chủ yếu quyết định chất lượng và độ tin cậy của bộ chỉnh lưu. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN: Mạch điều khiển gồm các khối cơ bản sau: H.3.1 - Sơ đồ các khâu mạch điều khiển Khâu đồng pha Khâu so sánh Khâu phát xung Ung Uđk Urc Trong đó: Nguồn nuôi: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp thích hợp cho các phần tử tích cực của mạch điều khiển (IC,...) và tạo ra điện áp xoay chiều đồng pha với điện áp lưới để đưa vào khâu đồng pha. Khâu đồng pha: Tạo ra tín hiệu tựa răng cưa, có pha trùng với pha của điện áp đưa vào cực Anôd của Tiristor. Khâu so sánh: Có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa rang cưa Urc với điện áp điều khiển Uđk. tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau Urc = Uđk, thì phát xung điều khiển ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại. Như vậy muốn thay đổi thời điểm phát xung mở van thì ta có thể thay đổi điện áp điều khiển. Khâu phát xung: Có nhiệm vụ tạo ra những xung điều khiển có điện áp và công suất đủ lớn để có thể mở các van bán dẫn vào thời điểm cần thiết. Xung mở Tiristor có yêu cầu sườn trước dốc, thẳng đứng. Để đảm bảo yêu cầu Tiristor mở tức thời khi có xung điều khiển (thường gặp loại xung này là xung kim hay xung chữ nhật) đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở Tiristor, cách ly mạch điều khiển với mạch động lực, đủ công suất. ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC THẲNG ĐỨNG TUYẾN TÍNH. Theo nguyên tắc này cần dùng hai điện áp: - Điện áp đồng bộ Urc, có dạng răng cưa, đồng bộ với điện áp đặt trên Anod-Catod Tiristor. - Điện áp điều khiển Uđk, là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được t t t Uđf t 0 0 Urc Uđk Xđk Ud H.3.2- Dạng điện áp của nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Tổng đại số của urc+uđk được đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Như vậy, bằng cách làm biến đổi Uđk người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều khiển được góc . Khi Uđk= 0 ta có . Khi Uđk < 0 ta có . Giữa và uđk có quan hệ như sau: Người ta lấy Uđk = Urc Nhận xét: Đây là sơ đồ tạo điện áp tựa đơn giản dùng mạch R-C, quan hệ giữa góc mở và điện áp điều khiển là tuyến tính. NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHI