Đồ án Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện

việc không nhanh vì nó có thời gian chết khi đảo chiều. Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi có đảo chiều theo phương pháp điều khiển riêng Phương pháp điều khiển chung . Là phương pháp mà cả hai bộ đều phát xung điều khiển cùng hoạt động ,xong hoạt động ở chế độ trái nhau ,một bộ ở chế độ chỉnh lưu ,một bộ ở chế độ nghịch lưu , lúc đó bộ đảo chiều không cần bộ logic do đó cho phép đảo chiều nhanh Để tránh dòng điện xuyên giữa hai bộ chỉnh lưu , buộc phải đưa vào các cuộn kháng cân bằng , và cuộn kháng này phải tồn tại cả hai đầu cực của tải Như vậy phương pháp này sẽ đòi hỏi tăng kích thước và giá thành thiết bị, nhưng bù lại cho phép đảo chiều nhanh, không có thời gian chết. Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi có đảo chiều theo phương pháp điều khiển chung Nhận xét Theo yêu cầu của công nghệ , dòng cấp cho bể mạ phải đảm bảo dòng điện chất lượng tốt ,và phải được cấp điện liên tục ,tức là không có thời gian chết.Trong trường hợp này, công suất ra tải nhỏ,vì vậy ta chọn bộ đảo chiều theo phương pháp điều khiển riêng . II. Lựa chọn phương án mạch lực. Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một pha hay mạch chỉnh lưu 3 pha .Thông thường theo kinh nghiêm ta có : + Nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5 á 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 3 pha + Nếu công suất của mạch cần cung cấp nhỏ hơn 5 á 7 kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu 1 pha Với tải là nguồng mạ có các thông số : Umax=48 (V); Itmax=50(A) ; Pt=48 . 50 = 2400(W) =2,4(KW) Vậy ở đây ta chọn sơ đồ chỉnh lưu một pha . 1. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ . Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu . Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp . Sba = 3,09.Ud.Id +Ưu điểm - Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản ít van +Nhược điểm - Chất lượng điện áp xấu - Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp 2. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính Dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngược trên van T1 trong trường hợp tải điện cảm lớn I i T1 d i d I d o a Ud 2 ? U d o 2 ? i T1 I d Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt - Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua - Khi q = a cho phát xung mở T1 , T1 dẫn do điện áp đầu anot dương và có xung mở . Khi q = p , điện áp trên anot = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn còn dòng điện Id nên T1 chưa khoá , T1 tiếp tục dẫn cho đến khi q = p + a , phát xung mở T2 thì T1 bị khoá và T2 dẫn . T1 khoá không phải dòng đã về 0 mà là do T2 dẫn . T2 lại dẫn cho đến khi q = 2p + a , T1 được phát xung mở , T1 dẫn và T2 bị khoá lại. Quá trình cứ như vậy cho đến khi điện áp tải đập mạch có tần số bằng 2 lần tần số điện áp xoay chiều . Với a : là góc điều khiển mở . + Điện áp trung bình trên tải Ud =U2.sinada = .U2.cosa = Udo.cosa Udo = .U2 = 0,9.U2 : Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở . + Điện áp ngược trên van là lớn Unv = 2U2 Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục id = Id Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ + Dòng hiệu dụng qua van (chính là dòng hiệu dụng qua máy biến áp). Ihd = = = 0,71.Id + Hệ số đập mạch Kđm = 0,67. + Công suất máy biến áp Sba = 1,48.UdId Nhận xét : + Ưu điểm : - So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì chỉnh lưu hình tia có điện áp với chất lượng tốt hơn - Dòng qua van không quá lớn - Điều khiển van đơn giản + Nhược điểm - Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm việc 1nửa chu kỳ - Chế tạo biến áp phức tạp - Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn - Điện áp ngược trên van là lớn . Chỉnh lưu cầu một pha Các đặc tính điện áp tải , dòng qua tải , dòng qua van và điện áp ngược trên van trong trường hợp tải RL , R đủ lớn để đảm bảo dòng qua tải là liên tục được biểu diễn trên hình vẽ i 2 I d U T1 o 2 ? I d i T1T2 I d i d I d 0 a 2 ? i T3T4 U d - Mạch có T1 , T3 chung Katot T2 , T4 chung Anot Nửa chu kỳ đầu U2 > 0 , Anot của T1 dương , Katot của T2 âm . Nếu có xung điều khiển mở đồng thời T1 và T2 thì cả hai van này được mở thông và đặt điện áp lưới lên tải Ud = U2 . Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay chiều (Ud = U2) cho đến khi nào T1 , T2 còn dẫn .(Khoảng dẫn của các van phụ thuộc vào tải ) . Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T3 dương và katot T4 âm , nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3,T4 thì các van này được mở thông và Ud = - U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước + Giá trị trung bình của tải Ud = = = Udo cosa. Udo : điện áp trung bình tải trong chỉnh lưu cầu không điều khiển . + Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) . + Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp I2 = = Id + Điện áp ngược lớn nhất van phải chịu Unv = U2 + Dòng làm việc của van tính theo giá trị trung bình IT = = = 0.71 Id + Hệ số đập mạch kđm = 0,67 + Công suất biến áp Sba = 1,23Pd Nhận xét : Chất lượng điện áp của chỉnh lưu cầu một pha giống như chỉnh lưu hình tia . Hình dạng đường cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn , hệ số đập mạch như trong chỉnh lưu hình tia . + Ưu điểm : - Điện áp ngược trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia Unv= U2. - Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với chỉnh lưu hình tia . + Nhược điểm : - Số van nhiều hơn - Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó khăn hơn. Nhận xét chung Dựa vào các phân tích ở trên , hơn nữa đây là chỉnh lưu cấp cho bể mạ có đảo chiều , ta chọn mạch chỉnh lưu tia một pha hai nửa chu kỳ, vì nó được sử dụng nhiều trong dải công suất nhỏ đến vài KW.Sơ đồ này thích hợp với chỉnh lưu điện áp thấp vì nó sụt áp trên đường ra tải chỉ qua một van. Sơ đồ khối mạch lực Mạch lực có 2 bộ chỉnh lưu : bộ bên trái là bộ thuận ( chạy trong thời gian thuận ) , bộ bên phải là bộ nghịch ( chạy trong thời gian nghịch ) . Hai bộ này sẽ thay nhau chạy kế tiếp và xen giữa là thời gian nghỉ bằng một chu kì mạ . Chương iii tính chọn và thiết kế mạch lực I .tính chọn van mạch Van động lực được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản : dòng tải , sơ đồ đã chọn ,điều kiện tản nhiệt ,điện áp làm việc . Các thông số cơ bản của van động lực được xác định như sau: a.Điện áp ngược của van : U1v = knv.U2 Với U2 = Ud /ku U1v = knv. . Trong đó : Ud ,U2 , U1v là điện áp tải ,nguồn xoay chiều ,điện áp ngược của van ; knv ,ku các hệ số điện áp ngược và điện áp tải ku==0,9 ; ku1==3,14 ; ku2==2,82 U1v = 2,82. = 150,4 (V) Unv =kdtU.Ulv Với kdtU =1,6á2 . Ta chọn kdtU=2 Unv =2 . 150,4 = 300,8 (V) b. Dòng điện định mức của van : Dòng định mức được tính theo dòng điện trung bình Vì là ta chọn mạch là chỉnh lưu tia hai pha ị I1v = .Itb = .ktb .Id =.0,5.50 =12,5(A) I1v ,Itb là dòng điện làm việc và dòng điện trung bình của van . Ktbhệ số dòng điện trung bình . Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt ,không quạt đối lưu không khí : Ilv = 25% Iđmv ị Iđmv = ki.I1v = 4.12,5 = 50 (A) Từ các thông số trên ta chọn tiristor loại TS600MEJ có các thông số định mức : Dòng điện định mức của van Iđmmax = 60 (V). Điện áp ngược cực đại của van Unvmax = 400 (A) Độ sụt áp trên van Umax = 3,65 (V). Dòng điện rò Irmax = 50 mA Điện áp điều khiển Ugmax = 5 V. Dòng điện điều khiển Igmax = 150 mA. Độ biến thiên điện áp = 500 (V/s) Tốc độ chuyển mạch tchm=100 (ms) Nhiệt độ cho phép Tmax=C II. tính toán máy biến áp. Mạch điện phần ứng là mạch chỉnh lưu hình tia một pha hai nửa chu kỳ , nên ta cần lựa chọn máy biến áp có mạch từ hình chữ E(có một trụ) được làm mát bằnag các lá tản nhiệt. 1 .Tính các thông số của MBA. a.Điện áp pha sơ cấp của MBA U1=220(V) b.Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : Udo . 90% = Ud + DUv + DUdn + DUba Trong đó:90% là độ 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% 48 = 2,88 (V) Từ phương trình cân băng điện áp tải ta có: c. Tính công suất biểu kiến của MBA: Sba = ks.Pdmax Trong đó : k là hệ số công suất theo sơ đồ , đối với tia một pha hai nưa chu kỳ thì k =1,48 Pdmax là công suất của phụ tải lúc cực đại Pmax= Ud0.Id Sba =1,48.60,6.50 = 4484,4 (VA) Điện áp pha thứ cấp : Dòng điện thứ cấp MBA: I2 = k2Ud = .50 = 53,35 (A) Dòng điện sơ cấp MBA: +Tính toán từ mạch : 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 - Tính các thông số cơ bản + 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 = 1 f : tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz Đường kính trụ: 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) Ta có : Qfe =a.b = 51,6 (cm) Trong quá trình thiết kế ta thường chọn : 1<<1,5 Ta chọn : a=6,5 cm , b = 9 cm . Khi đó =1,38 Vậy n = = 0,5 c = 0,5 . a = 3,25 cm m = = 2,5 Hình 3.1 Lõi từ máy biến áp chỉnh lưu vậy chiều cao là : h = 2,5 . a =16,25 cm - Tính toán dây quấn Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA: 174,47 (vòng) Chọn w1 = 174 (vòng) Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA: (vòng) Chọn w2 = 53 (vòng) - Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA với dây dẫn bằng đồng MBA khô ,chọn J1 = J2 = 2(A/mm2) Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA: Chọn dây dẫn tiết diện tròn, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 =6,29 (mm2 ). Đường kính dây dẫn : d1 = 2,83 mm Đường kính dây dẫn kể cả cách điện : dn1= 2,95 mm Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA: . Đường kính dây dẫn : d2 = 4,08 mm Đường kính dây dẫn kể cả cách điện : dn2 = 4,2 m 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 n1lá = 4 lớp. Như vậy có 174 vòng chia làm 4 lớp , chọn 3 lớp đầu có 44vòng , lớp thứ 4 có : 174– 44 .3 = 42 (vòng) Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện lót giữa trụ và dây quấn có bề dầy : d01= 0,3(mm) Chọn lớp cách điện giữa các lớp dây quấn có bề dày: cd1=0,1( mm) + Đường kính của đường dây trong cùng : Dt1=+2d01= +2.0,03 =11,16 (cm) +Đường kính cuộn dây ngoài cùng: Dn1= Dt1 +2(dn1+cd1)n1l =11,16 + 2(0,295 + 0,01)4 =13,6 (cm) + Đường kính trung bình cuộn dây sơ cấp : Dtb-1 = == 12,38 (cm) + Chiều dài của dây quấn sơ cấp : L1= p. Dtb-1.w1 =3,14.12,28.177 =6880,55 (cm) *Kết cấu dây quấn thứ cấp : Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp h1 = h2 = 13,35 ( cm) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp : W12 = .ke = .0,95 = 26,39 (vòng). Trong đó : ke= 0,95 : hệ số ép chặt hg : khoảng cách từ gông đến cuộn sơ cấp hg=2.dn2=2.0,42 =0,84 (cm) Chọn w2l =27 (vòng) Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp : (lớp) Chọn số lớp dây cuốn n12 = 2 lớp) Như vậy ,cuộn thứ cấp có 53 vòng dây , chia làm 2 lớp , lớp trong là 27 vòng , lớp ngoài là 26 vòng Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp : cm Trong đó : b2 : đường kính dây quấn thứ cấp kể cả cách điện Chọn ống quấn làm bằng vật liệu cách điện lót giữa trụ và dây quấn có bề dày : d02=0,3(mm) Chọn cách điện giữa các lớp dây quấn có bề dầy : cd2= 0,1 (mm) + Đường kính của cuộn dây trong cùng : Dt2 =Dn1+ 2.d02= 13,6 +2.0,03 = 13,66 (cm) + Đường kính cuộn dây ngoài cùng: Dn2 = Dt2+ 2.(dn2+cd2).n2l =13,66 + 2.(0,42 = 0,01).2 =15,38 (cm) + Đường kính trung bình của dây quấn thứ cấp : Dtb-2== = 14,52 (cm) + Chiều dài dây quấn thứ cấp : L2=p.Dtb-2.w2 = 3,14.14,52.53 =2416,42 (cm) Kiểm tra các điều kiện của cửa sổ: Chiều dày của dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi quấn lên trụ : d = (d01+d02) + (dn1+cd1)n1l + (dn2+cd2)n2l = (0,3 + 0,3) + (2,95 +0,1)4 + (4,2 + 0,1)2 = 21,4 (mm) = 2,14 (cm) Khe hở không khí giữa dây quấn và mạch từ : e = c – d = 3,25 – 2,14 = 1,11 (cm) ịđủ làm mát và cách điện. III.tính chọn các thiết bị bảo vệ . Bảo vệ quá nhiệt 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 cánh tản nhiệt : +Tổn thất công suất trên một tiristor: P = U.I1v = 1,7.35,35 = 60,095 (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 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. Vệ quá dòng của van : Sử dụng một Aptomat để đóng cắt mạch lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch Thyristo, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. Chọn một Aptomat có: Idm = 1,1.Il = 1,1.10,45 = 11,49(A) Điện áp định mức : Udm = 220 V Có thể đóng cắt bằng tay hoặc nam châm điện. Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inm = 2,5.I1 = 2,5.10,45 =26,125 A Dòng quá tải : Iqt =1,5.I1 = 1,5.10,45 = 15,67 A Vậy ta chọn 1 áptômát có : Loại Uđm (V) Iđm( A) Inm (A) Iqr (A) LK 220 12 30 20 3.Bảo vệ quá áp cho van : Bảo vệ quá điện áp : do quá trình đónh cắt các Thyristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với Thyristor .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 anode và cathode của Thyristor . Khi có mạch R-C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Thyristor không bị quá điện áp . Theo kinh nghiệm R = ( 20 -> 100 ) W C = ( 0,1-> 2) mF R C T T Hình 3.2 Mạch bảo vệ quá áp ` Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện . ta mắc mạch R-C như mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây . Chọn R= 50 (W)và C= 0,47mF IV.tính toán thiết kế bộ lọc Đối với nguồn cung cấp cho bể mạ thì yêu cầu hệ số đập mạch phải nhỏ ,ở đây ta chọn cỡ kđmr = 0,02. Vì hệ số đập mạch của chỉnh lưu tia hai pha là kđmv = 0,67 nên mạch lọc phải có hệ số san bằng là : ksb = = = 33,5 Tải có điện trở tương đương là : Rd = = = 0,96 Với giá trị tải này và hệ số san bằng kông lớn ta chọn bộ lọc điện cảm . Ta có : L = = = 0,05 H Trong đó mđm =2 : số lần đập mạch trong một chu kỳ. * Tính kích thước lõi thép : Kích thước cơ sở : a = 2,6. = 2,6. a= 8,69 (cm) Lấy a = 9 cm. Hình 3.3 Lõi từ cuộn kháng lọc s Từ đó ta tính được : b = 1,5.9 = 13,5 cm c = 0,8.a = 7,2 cm h = 3.a = 27 cm Tiết diện lõi thép : Sth = a. b = 121,5 cm2 Diện tích cửa sổ : SCS = h. c = 194,4 cm2 Độ dài trung bình đường sức : lth = 2.(a + h + c) = 86,4 (cm). Độ dài trung bình dây quấn : ldq = 2.(a + b) + p. c = 67,62 (cm). Thể tích lõi thép : Vth = 2.a. b(a + h + c) = 10487,6 (cm3) *Tính điện trở dây quấn ở nhiệt độ 200C đảm bảo độ sụt áp cho phép r20 = Ta lấy Tmt = 400C , T = 600C U =7,5%.Uđm= =3,6(V) Vậy r20 = =0,054() *Số vòng dây của cuộn cảm : w = 414. = 414. = 163,12 w = 163 vòng . *Tính mật độ từ trường : H = = = 9432,84 (A/m). *Tính cường độ từ cảm .Chỉnh lưu tia hai pha có 2 đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới điện nên tần số đập mạch là fđm = 2.50 = 100 Hz,nên: B = = = 0,004 (T) *Tính hệ số theo H và B . Vì B < 0,005 T nên = 717()-0,83.10-6 = 111,32.10-6 (H/m). *Tính trị số điện cảm nhận được : LH = = = 41,59.10-3 H = 41,59 mH *Tiết diện dây quấn : s = 0,072. = 0,072. = 35,57 mm2 Vậy tiết diện dây : d= = 6,74(mm) Chọn d = 6(mm). *Xác định khe hở tối ưu : lkk = 1,6.10-3. w.Id = 1,6.10-3. 163.50 = 13 mm. Vì vậy miếng đệm sẽ có độ dày : lđệm = 0,5. lkk = 0,5.13 = 6,5 mm. *Tính kích thước cuộn dây : Chọn lõi cuộn dây có độ dày 5mm , nên độ cao sử dụng để quấn dây : hsd = h - 2.c = 27 -1 = 26 cm. Với c là độ dày của bộ cốt để quấn cuộn dây +Số vòng dây trong một lớp : w’ = = = 17,33 , như vậy một lớp quấn được 17 vòng. hd là độ cao của loại dây dẹt . +Tính số lớp dây : n= = = 9,58 .Vậy quấn được 9 lớp . Nếu lấy khoảng cách giữa hai lớp dây quấn (giành cho lớp cách điện ) cd là 1mm thì độ dày của cả cuộn dây : cd = n(d + cd) = 9.(0,6 + 0,1) = 6,3 cm d là độ dày dây quấn *Độ dày cuộn dây cd nhỏ hơn kích thước cửa sổ c = 7,2 cm nên cuộn dây lọt cửa sổ. *Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ (xác định nhiệt độ tối đa của cuộn dây). Tổn thất trong dây quấn đồng : Pcu = = = 169,2 (W). Tổng diện tích bề mặt của cuộn dây : Scu = 2.hsd.(a + b + p.cd ) + 1,4. cd(p.cd + 2.a) = 2.26.(9 + 13,5 + 6,3. p) + 1,4. 6,3.( p. 6,3 + 2.9) = 2531,9 (cm2). Hệ số phát nhiệt  : = 1,03.10-3. = 1,03.10-3. = 0,7825.10-3 Độ chênh lệch nhiệt độ : T = = 93,4 0C Như vậy độ chênh lệch này có thể chấp nhận được .Tuy nhiên ta cũng nên làm mát cuộn dây điện cảm bằng nước ,dây quấn có dạng ống tuýp bằng đồng ,bên trong cho nước làm mát chảy qua . Chương iv thiết kế và tính toán mạch điều khiển I.Mạch điều khiển thực hiện các nhiệm vụ sau: -Phát xung diều khiển để mở van. -Đảm bảo phạm vi điều khiển ,góc điều khiển tương ứng với thay đổi điện áp ra tải . -Cho phép bộ chỉnh lưu hoạt động bình thường với các chế độ khác nhau . -Có chế độ đối xứng xung điều khiển tốt ,không vượt quá 10 30 điện . -Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động giá trị điện áp và tần số. -Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt. -Độ tác động của mạch điều khiển nhanh,dưới 1 ms. -Thực hiện các yêu cầu bảo vệ bộ chỉnh lưu từ phía điều khiển nếu cần. -Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở chắc chắn van. II.Cấu trúc mạch điều khiển. Có hai hệ điều khiển cơ bản là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ . 1.Hệ đồng bộ . Trong hệ này góc điều khiển mở van luôn được xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực .Ví dụ trong mạch chỉnh lưu một pha điểm mốc này thường lấy qua điểm 0 của điện áp lực .Vì vậy trong mạch điều khiển phải có một khâu thực hiện nhiệm vụ này gọi là khâu đồng bộ hay đồng pha để đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp của điện áp lực . 2.Hệ không đồng bộ . Trong hệ này góc không xác định theo điện áp lực mà được tính dựa vào trạng thái của tải chỉnh lưu và góc điều khiển của lần phát xung mở van ngay trước đấy.Do đó mạch điều khiển dạng 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 hiện với mạch hở . Hệ đồng bộ có nhược điểm nhậy nhiễu lưới điện vì có khâu đồng bộ liên quan đến điện áp lực ,nhưng có ưu điểm hoạt động ổn định và dễ thực hiện . Ngược lại ,hệ không đồng bộ chống nhiễu lưới điện tốt hơn nhưng kém ổn định .Hiện nay đại đa số các mạch điều khiển chỉnh lưu thực hiện theo hệ đồng bộ . III. Các nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ . Có hai nguyên tắc điều khiển sau: 1.Nguyên tắc điều khiển ngang : Sơ đồ cấu trúc như sau : KĐX TX DF ĐB Uđk Hình 4.1a. Khâu đồng bộ 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 Uđk .Xung điều khiển được tạo thành ở khâu tạo xung TX vào thời điểm khi điện áp dịch pha UDF qua điểm 0.Xung này nhờ khâu khuếch đại xung KĐX được tăng đủ công suất được gửi tới cực điều khiển của van.Như vậy góc điều khiển hay thời điểm phát xung mở van thay đổi được nhờ sự tác động của Uđk làm điện áp UDF di chuyển theo chiều ngang của trục thời gian. UĐB t UDF t UTX t Hình 4.1b Đồ thị minh hoạ nguyên tắc điều khiển ngang 2. Nguyên tắc điều khiển dọc. Utựa ĐB KĐX SS+TX Utựa Uđk Hình 4.2. Sơ đồ cấu trúc ở đây khâu UT tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thường dạng răng cưa,hoặc hình sin) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của Uđb .Khâu so sánh SS xác định điểm cân bằng của hai điện áp UT và Uđk để phát động khâu tạo xung TX .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 dọc của trục biên độ .Đa số mạch điều khiển thực tế sử dụng nguyên tắc này. 3.Mạch điều khiển một kênh và nhiều kênh. Các mạch chỉnh lưu công suất thường có số van lớn hơn 1,vì vậy người ta chia mạch điều khiển thành hai loại : a.Mạch điều khiển nhiều kênh. Trong loại này có nhiều kênh điều khiển giống nhau về sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc ,mỗi một kênh này phụ trách phát xung mở cho một van hoặc hai van cùng pha của mạch lực .Loại này rất thông dụng vì độ tác động nhanh ,nhưng có độ đối xứng góc điều khiển thấp ;cùng một giá trị Uđk góc ở các kênh khác nhau ,độ sai lệch lên tới vài độ điện . b.Mạch điều khiển một kênh. Mạch này chỉ có một khối xác định góc cho các van ,góc điều khiển chỉ được xác định một hay hai lần trong một chu kỳ điện áp lực .Một bộ phân phối PPX đảm nhận phát xung lần lượt đến các van bằng cách dịch xung đi một góc cần thiết. IV. tính toán mạch điều khiển : -Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristo. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển: + Điện áp điều khiển Tiristo: Udk =5,0 (v) + Dòng điện điều khiển Tiristo : Idk =0,15 (A) + Thời gian mở Tiristo: tm = 100(ms) + Độ rộng xung điều khiển tx =167 (ms)- tương đương 3ođiện + Tần số xung điều khiển: fx =50( Hz). + Độ mất đối xứng cho phép Da=40 + Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U= ±12 (v ) + Mức sụt biên độ xung: sx =0,15 1. Tính biến áp xung: Chọn vật liệu làm lõi là Ferit HM , lõi có dạng hình xuyến làm việc trên q fần của đặc tính từ hóa có DB = 0,3T ;DH = 30A/m không có khe hở không khí + Tỉ số biến áp xung chọn m =3 + Điện áp thứ cấp của MBA xung : U2 = Uđk = 5V + Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung : U1 = m.U2 = 3.5 = 15V +Dòng điện thứ cấp của MBA xung : I2 = Iđk = 0,15A + Dòng điện sơ cấp của MBA xung : I1 = I2/m = 0,15/3 = 0,05A + Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi thép mtb = = 8.103 Với m0 = 1,25.10-6 (H/m) là độ từ thẩm của không khí Thể tích của lõi thép cần có : V = Q.l = (mtb.m0.tx.sx.U1.I1)/DB2 Thay số : V= (8.103.1,25.10-6.167.10-6.0,15.15.0,05)/0,32 = 2,087.10-6m3 = 2,087cm3 Dựa vào bảng tra cứu ta lựa chọn được mạch từ có thể tích V= 1,4cm3 và kích thước cụ thể như sau: Q =0,27cm2 ; a = 4,5mm ; b = 6mm ; d =12mm ; D =21 mm; Chiều dài trung bình mạch từ : l =V/Q =5,2 cm d D a b Hình 4.3 .Biến áp xung - Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung : Theo định luật cảm ứng điện từ U1 = W1Q W1 = (vòng) Số vòng dây thứ cấp W2 = (vòng) Tiết diện dây cuốn sơ cấp S1 = (mm2) ( Chọn mật độ dòng điện J1= 6 (A/mm2) ) + Đường kính dây cuốn sơ cấp D1 = (mm) Chọn d = 0,1 (mm) Tiết diện dây cuốn thứ cấp S2 = (mm2) Chọn mật độ dòng điện J2 = 4(A/mm2) + Đường kính dây cuốn thứ cấp d2 = (mm) Chọn dây có đường kính d2 = 0,2 (mm) Kiểm tra lại hệ số lấp đầy Klđ = Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết . Tính tầng khuếch đại cuối cùng: -Nguyên lí hoạt động : Tín hiệu xung tại điểm (5) là xung kim , qua R9đưa vào bộ khuyếch đại xung , gồm 2 Tranzitor Tr1 và Tr2 mắc theo kiểu Darlington . Xung (+) đặt vào cực B của Tr1 làm Tr1 mở , sau đó được đưa đến B của Tr2 và Tr2 mở .Khi đó sơ cấp của biến áp xung được dẫn dòng , trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có kích để mở Thyristor . Hình .4.4.- Sơ đồ nguyên lý của khâu khuếch đại xung C3 R9 (5) R11 R100000 C4 R12 D7 +E D4 D5 D6 T 1 T1 Khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công suất xung do khâu tạo dạng xung hình thành đủ mạnh để mở van mạch lực. Đầu ra của KĐX sẽ được nối với cực G-K của van , còn đầu vào được nối với KĐX. Khi không có xung (+) đặt lên B của Tr1 , Tr1 khoá dẫn đến Tr2 khóa ,điện áp của biến áp xung giảm đột ngột ,trên cuộn dây sơ cấp của biến áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng , nên cần D4 mắc song song với nó để khép kí