Đồ án Thiết kế bộ nguồn nạp tự đông cho ác quy

với dòng không đổi ( I = const) * Định nghĩa : Phương pháp nạp ác quy với dòng không đổi là phương pháp mà trong suốt qua trình nạp dòng điện nạp luôn ổn định trong khi thay đổi điện áp nạp. * Tính chất : phương pháp nạp với dòng không đổi cho phép chọn dòng nạp thích hợp với mỗi ác quy đảm bảo cho ác quy dược nạp no vì dòng nạp được xác định bởi công thức (1-1) Mà trong khi nạp Eaq tăng lên dần nên muốn In không đổi trong suốt quá trình nạp phải tăng dần hiệu điện thế Un. Do đó nguồn nạp cần thay đổi được hiệu điện thế ( Un) hoặc có thêm biến trở nối tiếp với ác quy . Phương pháp này các ác quy được mắc nối tiếp với nhau và thoả mãn điều kiện Un 2,7 Naq (1-2) Trong đó : Naq là số ngăn đơn ác quy trong mạch nạp Un Điện áp nạp khi nạp với phương pháp này các bình ác quy có cùng dung lượng định mức, nếu không phải chọn dòng nạp theo ác quy có dung lượng nhỏ nhất, do đó ác quy lớn sẽ phải nạp lâu * ứng dụng Phương pháp này được sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng , sửa chữa để nạp điện cho các ác quy mới hoặc nạp sửa chữa cho ác quy bị sunfat hoá * ưu nhược điểm Phương pháp này cho phép nạp lẫn lộn cả ác quy mới hoặc nạp sửa chữa cho ác quy bị sunfat hoá, vì dòng nạp trong suốt quá trình được ổn định mà Eaq tăng trong khi nạp do đó cung phải tăng dần Uaq * Nhược điểm : thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ác quy phải cung dung lượng, do ta chọn dòng nạp nhỏ nhất . 1.6.2. Phương pháp nạp với điện áp không đổi * Định nghĩa : Là phương pháp nạp mà trong suốt quá trình nạp điện áp nạp luôn không đổi và được tính bằng ( 2,3 2,5 ) V cho mỗi ngăn ác quy đơn * Tính chất + Yêu cầu các ác quy mắc song song nguồn nạp + Dòng cho mỗi ác quy là khác nhau tuỳ từng trạng thái ác quy đem nạp * ứng dụng : là phương pháp được sử dụng phổ biến cho việc nạp điện cho ác quy trên ôtô xe máy . * ưu điểm : Phương pháp này thời gian nạp ngắn do dòng ban đầu lớn, ít tốn công, dòng nạp tự động giảm theo thời gian , nạp thích hợp cho ác quy nạp bổ xung. Nhược điểm : Phương pháp này không thể nạp cùng một lúc ác quy cũ và ác quy mới . 1.6.3. Phương pháp nạp với dòng điện và điện áp không đổi. đây là phương pháp nạp kết hợp giữa hai phương pháp dòng và áp nó có được ưu điểm của cả hai phương pháp trên. Các bình ác quy được mắc với nhau thành một nhóm rồi mắc song song các nhóm lại với nhau, mắc vào nguồn nạp. Khi đó điện áp nạp cần cấp cho mạch nạp sẽ bằng điện áp của các bình ác quy nối tiếp và băng điện áp chỉnh lưu Un = Ud = N.Un* Dòng điện nạp cấp cho mạch sẽ bằng dòng điện của các nhánh mắc song song In = M.In* 1.7. Các phương pháp mắc ác quy 1.7.1. Cách mắc ác quy nối tiếp nhau. Hình 1.8 sơ đồ nguyên lý mạch nạp Hình 1.9. Đường đặc tính nạp Khi các ác quy mắc nối tiếp các bình ác quy thì điện áp nạp cho mỗi ác quy là Un = Ud = N.Un* Trong đó : Un* Điện áp cho mỗi bình ác quy N số bình ác quy được mắc nối tiếp nhau Dòng điện nạp cho mỗi ác quy In = Id Như vậy phương pháp nạp với các bình ác quy mắc nối tiếp nhau nên ta áp dụng với các bình ác quy có cung dung lượng nhưng điện áp có thể khác nhau. Do đó trong trường hợp này bộ nguồn nạp tối ưu của một bình còn điện áp thì bằng tổng điện áp các bình ác quy được nạp. 1.7.2. Cách mắc ác quy song song. Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý Khi mắc song song các bình ác quy ta mắc mỗi nhánh một bình ác quy In = M.In* Trong đó : M - Số nhánh ác quy mắc song song In* - Dòng điện nạp cho mỗi nhánh Do đó các ác quy mắc song song dòng điện của nguồn nạp bằng tổng dòng điện các nhánh Ud = Un Do điện áp một nhánh bằng điện áp một bình ác quy nên điện áp này là nhỏ nên ta không thể lấy trực tiếp từ lưới thông qua việc điều chỉnh góc mở trên dải diện áp chỉnh lưu thông qua chỉnh lưu từ lưới điện UFa . Phương án này cần có biến áp để lấy ra cấp điện áp trước khi đưa vào cầu chinh lưu . Như vậy phương nạp bằng điện áp không đổi nên áp dụng cho các bình ác quy có cùng điện áp nhưng dung lượng có thể khác nhau . 1.7.3. Các mắc ác quy hỗn hợp Các bình ác quy được mắc với nhau thành một nhóm rồi mắc song song các nhóm lại với nhau, mắc vào nguồn nạp. Khi đó điện áp nạp cần cấp cho mạch nạp sẽ bằng điện áp của các bình ác quy nối tiếp và băng điện áp chỉnh lưu Un = Ud = N.Un* Dòng điện nạp cấp cho mạch sẽ bằng dòng điện của các nhánh mắc song song In = M.In* Kiểu mắc này là sự kết hợp của hai kiểu mắc trên làm cho dòng nạp và điện áp nguồn nạp không chênh lệch và việc tính toán chọn các van đơ giản hơn. Trong các cách bố trí ác quy , để nạp điện như trên cách bố trí các bình nối tiếp và cách bố trí các bình hỗn hợp tuỳ thuộc vào số lượng các bình ác quy được nạp mà ta có thể không cần sử dụng tới máy biên áp lực cấp cho mạch chỉnh lưu mà thông qua việc chỉnh lưu trực tiếp tư lưới Hình 1.11. Sơ đồ mắc hỗn hợp các bình ác quy Chương 2 THiết kế và tính toán bộ nguồn nạp Số liệu ban đầu : Thiết kế bộ nguồn nạp tư động cho ác quy trong phân xương đại tu ôtô với 8 bình ác quy tham số 24 V, 250 Ah 2.1.Chọn phương pháp nạp và sơ đồ mạch nạp Việc bố trí các ác quy để nạp rất quan trọng như ơ chương 1 đã nêu ta có 3 phương pháp nạp. + Nạp với dòng không đổi + Nạp với điện áp không đổi. + Nạp với phương pháp dòng áp Với số liệu 8 bình ác quy tham số 24 V , 250 Ah. Ta chọn cách nạp theo phương pháp nạp dòng áp, bởi có những ưu điểm sau. + Khống chế được dòng nạp, đảm bảo độ bền cho ác quy. + Đảm bảo cho ác quy đựoc nạp no, đúng yêu cầu công nghệ. + Quá trình nạp được tự động hoá dễ dàng với độ tin cậy cao. + Thời gian nạp ngắn hơn các phương pháp khác. Sơ đồ mạch nạp Hình 2.1. Sơ đồ bố trí cácbình ác quy 2.2. Tính toán thông số của nguồn nạp Các bình ác quy 24 V sẽ có 24/2 = 12 ngăn Mỗi ngăn nạp đầy đặt điện áp là 2,7 V. Nên điện áp nạp đày mỗi bình ác quy là : 12*2,7=32,4 V Vậy ta chọn điện áp nạp lớn nhất cho mỗi bình ác quy là Un* = 33 (V); Như vậy điện áp nguồn nạp là : Un = Ud = N*Un* = 2*33 = 66 (V) Dòng điện qua mỗi nhánh song song là: In* = 0,07* 250 = 17,5 (A) Dòng nạp của bộ nguồn : In = Id = M*In* = 4*17,5 = 70 (A) Công suất bên tải Pd = Id*Ud = 70*66 =4620 ( W) 2.3. Lựa chọn phương án chỉnh lưu Để cung cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế bộ chỉnh lưu( BCL) dung để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều. Vì bộ nguồn nạp ác quy phải đảm bảo được yêu cầu là tư động thay đổi giá trị điện áp trung bình nên ở đây em chỉ xét 2 phương án chỉnh lưu là: + Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. + Chỉnh lưư cầu ba pha điều khiển không đối xứng. 2.3.1. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng Hình 2.2. Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng Sơ đồ cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 2.2 có thể coi như 2 sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha mắc ngược chiều nhau, nhóm Anod (NA) ba tiristor T1, T3, T5, tạo thành một điện áp chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp dương. Nhóm catod (NK) T2, T4, T6 tạo thành một chỉnh lưu tia cho điện áp âm, hai chỉnh lưư này ghép lại thành chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy tư pha này đến pha kia, do đó tại mỗi thơi điểm cần mở tiristor đòi hỏi phải cấp hai xung điều khiển đồng thời ( một ở nhóm NA, một ở nhóm NK). Khi cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn. ví dụ trong khoảng từ t1 à t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn dòng điện chạy từ A về B qua T1, T4. Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van này (NA hay NK) thì sẽ có hai van của nhóm kia đỏi chỗ cho nhau. điêu này có thể thấy rõ trong khoảng t1à t3 như hình vẽ 2.3.2 nhóm NA có T1 dẫn nhưng trong nhóm NK, T4 dẫn trong khoản t1àt2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2à t3. Điện áp ngựoc các van phảI chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ băng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá. Ta có thể láy ví dụ cho van T1 đường cong cuối cùng của hình 2.32 trong khoảng t1à t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, Trong khoảng t3à t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA đến khoảng t5à t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược Uca. Hình 2.3. Giản đồ các đường cong cơ bản Khi điện áp liên tục như đường cong Ud trên hình 2.3 trị số điện áp tải được tính theo công thức Ud = Udo. Cosα Khi góc mở các tiristor lớn lên tới góc α > 600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình 2.3( cho trưòng hợp góc mở các tiristor α = 900 với tải thuần trở ) . Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia là do các van dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây dặt lên chúng ( các đường nét mảnh trên giản đồ Ud của các hình 2.3.2 cho tới khi điện áp dây đổi dấu. Các van bán dẫn sẽ phân cực ngược nên chung tự khoá. Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng là cầu mở đồng thời hai tiristor, theo đúng thứ tự pha, do đố gây không ít khó khăn khi chế tạo và vận hành, sửa chữa. 2.3.3. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm ( NA hoặc NK ) có điều khiển và một nhóm không điều khiển như hình 2.3 Hình 2.4. Sơ đồ động lực chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng α < π/3 α > π/3 Hình 2.5. Giản đồ các đường cong Trên hình 2.5. mô tả giản đồ điện áp chỉnh lưu Uf , sang điện áp tải Ud, khoảng dẫn các van bán dẫn T1, T2, T3, D1, D2, D3. Các tiristor từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở tiristor của pha kế tiếp . ví dụ T1 dẫn từ t1 (thời điểm phát xung mở T1 ) tới t3 ( thời điểm phát xung mở T2 ) trong trường hợp điện áp tải gián đoạn tirirtor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu . Các Diot tự động dẫn khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4 à t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t5à t6 và từ pha C về pha A trong khoảng t5à t6. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các tiristor < 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn. Theo dạng sóng điện áp tải, trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới giá trị 1800. Ngưòi ta có thể coi điện áp trung bình tren tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha. Utb = Điều khiển các tiristor trong chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng dễ dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn . Khác với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng trong sơ đồ này việc điều khiển các van bán dẫn được thực hiện đơ giản. Ta có thể coi mạch của bộ chỉnh lưu này như điều khiẻn một chỉnh lưu tia ba pha. Chỉnh lưu cầu ba pha hiên nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. 2.4. Phân tích chọn phương án chỉnh lưu Qua những trình bày ở phân trên ta nhận thấy mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng vì có nhưng ưu điểm sau: + Điều khiển các van bán dẫn thực hiện đơn giản . + Giá thành rẻ hơn vì dùng ba Điot thay cho tiristor + chất lưọng điện áp tốt, hiệu suất sử dụng biến áp tốt. Vì vậy em quyết định sử dụng phương án dùng chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng. Chương 3 THiết kế và tính toán mạch lực Hình 3.1. Sơ đồ mạch lực bộ nguồn nạp 3.1. Tính chọn Các thiết bị trong mạch lực ( theo hình 3.1) 3.1.1 Tính chọn tiristor * Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu Ungmax= Knv. U2 = Knv . Knv, Ku là các hệ số điện áp ngược và điện áp tải Tra bảng 1.1 sách thiết Điện Tử Công Suất tác giả Trần văn thịnh ta có: Knv = , Ku = V + Điện áp ngựoc của tiristor cần chọn Ungv = Kdtu . Ungmax = 1,.8. 69,08=124,3(V) Kdtu : là hệ số dự trữ điệ áp ( Kdtu > 1,6) chọn Kdtu = 1,8 + Dòng điện hiệu dụng làm ciệc của van Ilv = Ihd = Khd. Id Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng Tra bảng 1.2 sách thiết Điện Tử Công Suất tác giả Trần văn Thịnh ta có : Khd = Ilv = Ihd = Khd. Id = = 40,04 (A) Dòng định mức van là : Iđm = ki . Ilv = 3,2.40,4 = 129,3 (A) (Ki là hệ số dự trữ dòng điệ chọn Ki = 3,2 ) Từ các thông số định Ungv, Iđmv, ta chọn 3 tiristor loại H150TB02L00 do Mỹ chế tạo có thông số + Điện áp ngược của van Un = 200 V + Dòng định mức của van Iđm = 150 A + Đỉnh xung dòng điện Ip = 3000 A + Dòng điện của xung điều khiển Iđv = 0,15 A + Điện áp xung điều khiển Uđk = 1,4 V + Dòng điện rò Ir = 0,02 A + sụt áp trên Tiristor + Dòng điện dự trữ Ih = 0,05 A + Tốc độ biến thiên điện áp + Tốc độ biến thiên dòng điện + Thời gian chuyển mạch tcm = 15 Ms + Nhiệt độ làm việc cho phép Tmax = 1250C 3.1.2. Tính chon các Điôt Cùng với các hệ số dự trữ điện áp và dòng điện như trên ta tra bảng D1 sách TKĐTCS Trần Văn Thịnh ta chọn được 3 điôt loại 200HFR20M. + Dòng điện chỉnh lưu cực đại Imax = 200 A + Điện áp ngược của Điôt Un = 200 V + Đỉnh xung dòng điện Ipik = 3700 A + Tổn hao điện áp khi điôt mở + Dòng điện thư cực đại Ith = 628 A + Dòng điện rò ở 250 C Ir = 200 MA + Nhiệt độ cho phép Tcp = 1800 C 3.2. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu Chọn máy biến áp 3 pha sơ đồ đấu dây làm mát băng không khí tự nhiên. 3.2.1 Tính toán các thông số cơ bản + Công suất biểu kiến máy biến áp S = Ks.Pd = Ks.Udo.Id Ks là hệ số công suất tra bảng 1.2 TKĐTCS ta có Ks = 1,05. Điện áp chỉnh lưu không tải Udo = Ud + Uv + Uba + Udn Uba sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA chọn Uba = 6%Ud. Uv = Uđ + UT = 1,45 + 1,7 = 3,15 (V) Udu , sụt áp trên dây nối = 0 --> S = ks.Udo.Id = 1,05.61,11. 70 = 4491,58 (KvA + Điện áp sơ cấp máy biến áp U1 = 380 V + Điện áp pha thứ cấp máy biến áp ) + Dòng điện hiệu dụng máy biến áp I2 = Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp I1 = Kba. I2 3.2.2. Tính toán mạch từ ( xác định kích thước bản mạch từ) + Tiếp diện sơ bộ trụ QFe = Kq Trong đó : Kq hệ số phụ thuộc phương thức làm mát lấy Kq = 6 m Số trụ máy biến áp f Tần số xoay chiều lấy f = 50hz Qfe=.(cm2) + Đường kính trụ d = = = 6,76 ( cm) 7 (cm) + Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5mm chọn mật độ từ cảm B = 1 (t) + Chọn tỉ số m = = 2,3 h = 2,3 . 7 = 16,1 (cm) Ta chọn chiều cao trụ là : h = 16 (cm) 3.2.3. Tính toán dây quấn + Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA W1 = = 477 ( vòng ) + Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA W2 = . W1 = . 477 = 32,77 33( vòng) + Tiếp diện dây dẫn sơ cấp MBA S1 = ( mm2) Chọn dây dẫn tiếp diện hình chữ nhật cấp cách điện B chuẩn hoá tiếp diện theo tiêu chuẩn SL = 1,72 . Kích thước dây dẫn hở cách điện : S1cđ = a1.b1 = 0,8.2.10 (mm) mật độ dây trong cuộn sơ cấp J1 = (mm2) Chọn dây dẫn tiếp diện hình chữ nhật cách điện cấp B chuẩn hoá tiếp diện theo tiêu chuẩn S2 = 21,9 kích thước dây dẫn hở cách điện S2cđ = a2.b2 = 3,8.5,9 (mm2) Tính lại dòng điện trong cuộn thứ cấp J2 = = = 2,6 (A/mm2) 3.2.4. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp W1 = = = 58,8 59 ( vòng) kc = 0,95 là hệ số ép chặt h là chiều cao của trụ hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp , chọn là 1,5 cm + Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp n11 = = = 8,08 ( lớp) + Chọn số lớp n11 = 9 lớp . Như vậy có 477 vòng chia thành 9 lớp chọn 8 lớp đầu có 55 vòng , lớp thứ 9 có 37 vòng + Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp h1 = = = 12,16 (cm) + Chọn ống dây cuốn làm băng vật liệu cách điện có bề dầy So1 = 0,1 cm + Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp chọn Cd 01 = 1 (cm) + Đường kính trong của ống cách điện Dt = dfe + 2Cd01 - 2 S01 = 9 + 2,1 - 2. 0,1 = 10,8 cm + Đường kính trong cuộn sơ cấp Dt1 = Dt + 2So1 = 10,8 + 2.0,1 = 11 (cm) + Chọn bề dày giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp Cd11 = 0,1 mm + Bề dày cuộn sơ cấp Bd1 = ( a1 + cd11).n11 = ( 0,8 + 0,1).8,08 = 0,7.27 cm + Đường kính ngoài cuộn sơ cấp Dn1 = Dt1 + 2Bd1 = 11 + 2.0,7.27 = 12,48 (cm) Đường kính trung bình cuộn sơ cấp Dtb1 = = = 11,7 (cm) chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp Cd12 = 1 (cm) 3.2.5. Kết cấu dây quấn thứ cấp Chọn sơ bộ chiều cao của cuộn thứ cấp h1 = h2 = 20,34 (cm) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp W12 = . kc = .0,95 = 32,75 33 ( vòng) Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp n12 = = = 1,18 ( lớp) Chọn số lớp dây cuốn thứ cấp n12 = 2 lớp . Chọn lớp đầu có 20 vòng lớp thư 2 có 19 vòng Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp h2 = .b2 = .0,59 = 12,42 (cm) Đường kính trong của cuộn thứ cấp Dt2 = Dn1 + 2cd12 = 12,45 + 2,1 = 14,45 (cm) Chọn bề dày cách điệ giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp Cd2 = 0,1 mm Chọn bề dày cuộn sơ cấp Bd2 = ( a2 + Cd2). n12 = ( 0,38 + 0,01).2 =0,78 (cm) Đường kính ngoài cuộn thứ cấp Dn2 = Dt2 + 2Bd2 = 14,45 + 2.0,78 = 16,01 (cm) Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp Dtb2 = = = 15,23 (cm) Chiều dài dây quấn thứ cấp l2 =. W2.Dtb2 = .39.15,23 = 18,65 (m) Đường kính trung bình của các cuộn dây D12 = = = 13,5 ( cm) Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp Cd22 = 2 cm 3.2.6. Chọn kích thước mạch từ Với đường kính trụ d = 7 cm , ta có số bậc là 6 trong nửa tiếp diện trụ . Toàn bộ thiết diện bậc thang trụ . Hình 3.2. Mô tả kích thước bản mạch từ Toàn bộ tiết diện bặc thang trụ . Qbt = 2.(1,6.10,5 + 1,1.9,5 + 0,7.8,5 + 0,6.7,5 + 0,4.6,5 + 0,7.4) = 86,2 ( cm2) Tiếp diện của quả trụ QT = k.hgQbt = 0,95.86,2 = 81,89 ( cm2) Tổng chiều dài bậc thanh trụ dt = 2(1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 +0,7 ) = 10,2 ( cm) 3.2.7. Tính thông số MBA Sau khi đã tính toán Điện trở sơ cấp MBA ở 750 R1 = = 0,02133. = 2,17 ( ) Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 R2 = = 0,02133. = 0,018 () Điện trở MBA quy đổi về thứ cấp Rba = R2 + R1()2 = 0,018 + 2,17()2 = 0,032 () Sự sụt áp trên điện trở MBA Ur = Rba.Id = 0,032.70 = 2,24 (V) Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp Trong đó : W2 là số vòng dây thứ cấp máy biến áp RBK là bán kính trong cuộn dây thứ cấp ( m) h chiều cao cửa sổ lõi thép ( m ) cd là bề dày cáp cách điện của cuộn dây với nhau ( m ) Bd1 , Bd2 là bề dày cuộn sơ cấp và thứ cấp ( m) = 314 rad Thay số ta có : XBA = 8 2 .402. = 0,033 ( ) Điện cảm MBA quy đổi thứ cấp Lba = = = 0,105.10-3 = 0,105 (mH) Sụt áp trên MBA = = = 3,14 (V) Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp Zba = = = 0,046 () Tổn hao ngắn mạch trong MBA = 313,5 (W) Điện áp ngắn mạch tác dụng Điện áp ngắn mạch phản kháng Điện áp ngắn mạch % (V) Dòng điện ngắn mạch xác lập (A) Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu * Tóm lại : RBA = 0,032 () XBA = 0,033 () LBA = 0,105 (mH) ZBA = 0,046 ( ) = 86 % 3.3. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực 3.3.1. thiết bị làm mát cho van bán dẫn Khi van bán dẫn làm việc có dòng điện chạy qua trên van có sụt áp , do đó có tổn hao công suất l. Tổn 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. nếu quá nhiệt độ cho phép các van sẽ bị hỏng. Để van làm việc an toàn không bị chọc thủng về nhiệt phải chọn hệ thống toả nhiệt hợp lý. *Tính toán cánh tản nhiệt: + Tổn thất công suất trên một Tiristor (w) + Diện tích bề mặt toả nhiệt. Trong đó : : Tổn hao công suất w : Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường chọn nhiệt độ môi trường là Tmt = 400C Nhiệt độ làm việc cho phép Tiristor Tcp= 1250C chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv = 800C Km hệ số cánh tản nhiệt bằng đối lưu và bằng bức xạ chọn Km = Vậy Chọn loại cánh tản nhiệt 12 cánh, kích thước mỗi cánh a.b = 10.10 (cm2) Tổng diện tích tản nhiệt. Hình 3.3. Mô tả cánh tản nhiệt 3.3.2. Bảo vệ quá dòng cho van átômát dùng để đóng cắt mạch lực, tự động cắt mạch lực khi quá tải, ngắn mạch tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp biến. Chọn 1 átômát có - Dòng làm việc chạy qua áp tô mát (A) - Dòng áp tô mát cần chọn ta có - Có 3 tiếp điểm chính có thể đống cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện, chỉnh định dòng ngắn mạch - Dòng quá tải Từ thông số trên ta chọn áp tô mát loại EA53-G do Nhật chế tạo số cực là 3, Uđm = 380 V , Iđm = 10 A, In = 5 KV Chọn cầu dao có dòng định mức Iqt = 1,1.Ilv = 8,16 (A). Cầu dao dùng tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống, và đóng cắt bộ nguồn chỉnh lưu. + Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các tiristor ngắn mạch đầu ra bộ chỉnh lưu Nhóm 1cc : dòng định mức dây chảy I1cc = 1,1.I2 = 57,15.11 = 62,68 (A) Nhóm 2cc dòng định mức nhóm 2cc I2cc = 1,1.Ihd = 1,1.40,4 = 44,44(A) Nhóm 3cc dòng định mức nhóm 3cc I3cc = 1,1.Id = 1,1.70 = 77 (A) Vậy chọn dây chảy loại. 1cc loại 80 A 2cc loại 50 A 3cc loại 80 A 3.3.3 Bảo vệ quá áp cho van Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristor được bảo vệ bằngmạch R-C song song với các tiristor. khi có sự chuyển mạch các điện áp 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, catot của tiristor khi có mạch R-C mắc song song với các tiritor tạo ra mạch vòng phóng điện trong quá trình chuyển mạch nên các tiristor không bị quá áp . Theo kinh nghiệm R1 = , C1 = ta chọn R1 = 5,1 , C1 = 0,25 Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch R-C , nhờ mạch này mà đỉnh xung điện áp nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây ta chọn R2 = 12,5 , C2 = 4 3.3.4 Tính chọn cuộn kháng lọc dòng điện. Ta có : Trong đó = = 43,65 L = (mH) Chương 4 tính toán và chọn thiết bị mạch tạo xung điều khiển 4.1. Yêu cầu chung đối với mạch tạo xung điều khiển Mạch điều khiẻn ( MĐK) chỉnh lưu cần thực hiện các nhiệm vụ sau 1 - Phát xung điều khiển (xung để mở van ) đến các van lực theo đúng pha và góc mở cần thiết 2 - Phạm vi điều chỉnh góc mở tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra của mạch lực. 3 - Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu 4 - Có độ đối xứng điều khiển tốt, không vượt quá 10 30 điện, tức là góc điều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị trên. 5 - Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị điện áp và tần số. 6 - Khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt. 7 - Tác động mạch điều khiển nhanh, dưới 1ms 8 - Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở chắc chắn van + Đủ công suất ( điện áp và dòng điều khiển Uđk , Iđk) + Có sườn dốc đứng để mở van chính xác vào thời điểm quy định, tốc độ tăng điện áp điều khiển phải đạt 10, tốc độ tăng dòng điều khiển 0,1 A/ + Độ rộng xung điều khiển đủ cho dòng qua van kịp vượt trị số dòng điện duy trì Iđt của nó để khi ngắt xung van vốn giữa được trạng thái dẫn. + Dạng xung phải phù hợp với sơ đồ chỉnh lưu và tính chất tải. Có 3 dạng xung cơ bản phổ biến * Xung đơn * Xung rộng * Xung chùm 4.2. Cấu trúc mạch điều khiển 4.2.1. Các hệ điều khiển chỉnh lưu * Hệ đồng bộ : trong hệ này góc điều khiển mở van luôn được xác định xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực. Vì vậy trong mạch lực phải có khâu thực hiện nhiệm vụ này gọi là khâu đồng bô ( hoặc đồng pha ) để đảm bảo mạch điều khiẻn hoạt động theo nhịp của điện áp lực. * Hệ không đồng bộ : Trong hệ này góc được xác định theo điện áp lực mà được tính dựa vào trạng thái của tải chỉnh lưu và vào góc điều khiển của lần phát xung mở van ngay trước đó. Do đó mạch điều khiển này không cần khâu đồng bộ. Tuy nhiên để bộ chỉnh lưu hoạt động bình thường bắt buộc phải thực hiện điều khiển theo mạch vòng kín không thể thực hiên với mạch hở . Nhưng hệ đồng bộ có nhược điểm nhạy nhiễu lưới điện vì có khâu đông bộ liên quan đến điện áp lực. Nhưng có ưu điểm hoạt động tốt ổn định dễ thực hiện. Hệ không đồng bộ chống nhiễu lưới điện tôt hơn nhưng kém ổn định. Hiện nay đa số mạch điều khiển chỉnh lưu thực hiện theo hệ đồng bộ vì vậy dưới đây ta chỉ xét đến hệ này . 4.2.2. Các nguyên tắc tạo xung điều khiển trong hệ đồng bộ Có 2 nguyên tắc điều khiển sau : * Nguyên tắc điều khiển ngang Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc Hình4.2. Đồ thị minh hoạ Đồ thị minh hoạ nguyên tắc điều khiển ngang khâu đồng bộ ( ĐB) thường tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp lực. Khâu Dịch pha (DF) có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp ra theo tác động của điện áp điều khiển, xung điều khiển được tạo thành ở khâu Tạo xung (TX) vào thời điểm điện áp dich pha ( UDF) qua điểm 0 . Xung này nhờ khâu ( KĐX) được tăng đủ công suất được giữ tới cực điều khiển của van. Như vậy góc điều khiển hay thời điểm phát xung mở van thay đổi nhờ sự tác động của Uđk làm điện áp UDF di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian. * Nguyên tắc điều khiển tuyến tính thẳng đứng Hình 4.3.. Sơ đồ khối điều khiển tuyến tính thẳng đứng Hình 4.4. Đồ thị minh hoạ theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của Uđk , trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều thẳng đứng của trục biên độ. Đa số mạch điều khiển thực tế sử dụng phương pháp này. * Mạch điều khiển một kênh , nhiều kênh Các mạch chỉnh lưu công suất thường có số van điều khiển lớn hơn 1 vì vậy ta