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

I2 = )A(71,70 2 100 2 Id == + Dòng điện sơ cấp MBA: I1 = )A(18,571,70.220 13,16I. U U 2 1 2 == III.2.1. Tính toán sơ bộ mạch từ MBA Tiết diện trụ được tính theo công thức kinh nghiệm: QFe =kQ. )cm(f.m S 2ba Trong đó: kQ là hệ số phụ thược phương thức làm mát kQ = 54 ÷ với MBA dầu kQ = 65 ÷ với MBA khô, Chọn kQ =6 m- Số trụ của MBA, m=1 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 17 →QFe =6. )cm(46,4150.1 2387 2= Do Sba =2387VA<10kVA nên ta chọn trụ hình chữ nhật với chiều rộng trụ là a(cm) chiều dày trụ là b(cm)→QFe =a.b =41,46(cm2). Chọn MBA 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: QFe=a.b(cm2) Theo kinh nghiệm thì tỉ lệ b/a=(0,5 ÷1,5) là tối ưu nhất. →Chọn a=6(cm) →b= 91,6 6 46,41 a QFe == (cm) →Chọn b=7(cm) Từ cảm trong trụ: B=1,1T III.2.2. Tính toán dây quấn - Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA: 3,217 1,1.10.46,41.50.44,4 220 B.Q.f.44,4 UW 4 Fe1 1 1 === − (vòng) Chọn W1 = 217(vòng) - Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA: 16217. 220 13,16W. U UW 1 1 2 2 === (vòng) Với các cuộn dây bằng đồng, MBA khô, chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA : J1 = J2 = 2,75(A/mm2) -Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA: )mm(88,1 75,2 18,5 J IS 2 1 1 1 === -Đường kính dây dẫn: d= )mm(55,188,1.4S4 1 =π=π Chọn dây dẫn tiết diện hình tròn, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 1,9113(mm2 ). Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 18 -Kích thước dây có kể cách điện : Scđ1= 14,265,1.4 d. 4 22 cd =π=π (mm2). Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: )mm/A(71,2 9113,1 18,5 S IJ 2 1 1 1 === -Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA: )mm(70,25 75,2 71,70 J IS 2 2 2 2 === Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 25,70(mm2). -Kích thước dây có kể cách điện: S2 = a2 . b2 = 3,8.6,9=26,22(mm2). Tính lại mật độ độ dòng điện cuộn thứ cấp: )mm/A(75,2 70,25 71,70 S IJ 2 2 2 2 === III.2.3. Tiết diện cửa sổ MBA -Diện tích cửa sổ MBA: Qcs = Qcs1 + Qcs2 Qcs1 = klđ.W1.Scđ1 Qcs2 = klđ.W2.Scđ2 Trong đó: Qcs là diện tích cửa sổ (mm2) Qcs1, Qcs2 là diện tích do cuộn sơ và thứ cấp chiếm chỗ (mm2) W1, W2 là số vòng dây cuộn sơ và thứ cấp MBA klđ là hệ số lấp đầy, thường kld = 2÷3, chọn klđ =2 Qcs1 = 2.217.2,14=928,76(mm2) Qcs2 = 2.16.26,22=839,04(mm2) Qcs = 928,76+839,04=1767,8(mm2) Ta lại có: Qcs =h.c Trong đó: h: là chiều cao cửa sổ(mm) c: là chiều rộng của cửa sổ(mm) Chọn: h/a =2, c/a =0,5 → 4 5,0 2 c h == →h=4.c → )mm(02,21 4 8,1767 4 Qc cs === Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 19 Chọn: c=21(mm) h= 4.21= 84(mm) -Chiều rộng toàn mạch từ: C=2c+xa -Chiều cao mạch từ: H=h+ za Với MBA một pha thì x=2; z=1 ⎩⎨ ⎧ =+= =+=→ )(1446084 )(16260.221.2 mmH mmC III.2.4. Kết cấu dây quấn MBA Dây quấn được bố trí theo dọc trục. Cuộn thứ cấp (HA) quấn sát trụ, cuộn sơ cấp (CA) quấn bên ngoài. Mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây, mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng các bìa cách điện. • Kết cấu dây quấn thứ cấp -Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp: (k. b h.2h w c n g 2l −= vòng) Trong đó: h- là chiều cao của sổ, h=84(mm) hg – là khoảng cách cách điện với gông, chọn hg = 2(mm) kc – là hệ số ép chặt, kc =0,95 01,1195,0. 9,6 2.284 2 =−=→ lW (vòng) -Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp : 45,1 01,11 16 2 2 2 === l l w wn (lớp) →Chọn nl2 = 2 lớp. Vậy cuộn thứ cấp có 16 vòng chia làm 2 lớp, mỗi lớp có 8 vòng. -Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp : )mm(11,58 95,0 9,6.8 k b.Wh c 212 2 === -Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = b+ 2.a02 =7+ 2.1=9 (cm) (a02=1(cm) - là khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp) Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm) Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 20 -Bề dầy cuộn thứ cấp : Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,38+0,01) .2 = 0,78(cm) -Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 9 + 2 . 0,78 = 10,56(cm) -Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = 2 DD 2n2t + = 2 56,109 + = 9,78(cm) -Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = π . W2 . Dtb2 = π.16.9,78 = 491,6(cm)= 4,916(m) Chọn l2 = 5(m) • Kết cấu dây quấn sơ cấp : -Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : c n g 11 k.d h.h W −= (vòng) Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt h : chiều cao cửa sổ, h=84(mm) hg : khoảng cách cách điện của cuộn dây sơ cấp với gông Chọn sơ bộ khoảng cách hg=2.dn =2.1,65=3,3(mm) → 46,4695,0. 65,1 3,384W1l =−= (vòng) -Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp: 67,4 46,46 217 w wn 11 1 11 === (lớp) Chọn lớp n11 = 5 lớp. Như vậy cuộn sơ cấp có 217 vòng chia làm 5 lớp , chọn 4 lớp đầu 44 vòng , lớp thứ 5 có 217 – 4.44 = 41 (vòng)→Wl1 =44(vòng) -Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : )mm(42,76 95,0 65,1.44 k d.wh c n11 1 === =7,642(cm) Chọn khoảng cách từ cuộn thứ cấp tới cuộn sơ cấp a21= 1,0(cm) -Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt = Dn2 + 2 . a21 = 10,56 + 2.1 = 12,56(cm) Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 21 Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1(mm) -Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (dn + cd11) . n11 = (1,65+0,1).5 = 8,75(mm) = 0,875(cm) -Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12,56 + 2.0,875 = 14,31(cm) -Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (12,56 + 14,31 )/2 = 13,435 (cm) -Chiều dày dây cuộn sơ cấp: l1 = π. W1. Dtb = π.217.13,435 = 9159(cm) = 91,59(m) -Đường kính trung bình các cuộn dây: D12 = ( Dt2 + Dn1 ) / 2 = (9 + 14,31 ) /2 = 11,655(cm) → r12 = D12/2 =5,8275 (cm) III.2.5. Tính các thông số của MBA -Điện trở trong cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750 C : )(913,0 14,2 59,91.02133,0 S l.R 1 1 1 Ω==ρ= (với ρ = 0,02133 Ωmm2/m) -Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 C: R2 = )(00407,022,26 5.02133,0 S l 2 2 Ω==ρ -Điện trở MBA quy đổi về thứ cấp: )(10.03,9) 217 16.(913,000407,0) w w.(RRR 322 1 2 12ba Ω=+=+= − -Sụt áp trên điện trở máy biến áp : ΔUr = Rba . Id = 9,03.10-3 . 100 =0,903(V) -Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp : )(0077,010.14,3). 3 0078,000875,001,0.( 811,5 5,4.16..8X 10.). 3 BdBda.( h r.)w.(.8X 722 ba 721 21 2t2 2 2 ba Ω=++π= π++π= − − Trong đó: rt2 là bán kính trong dây quấn thứ cấp (cm) Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 22 h- là chiều cao cửa sổ lõi thép (cm) a21 là bề dày cách điện giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp (m) Bd1, Bd2 là bề dày cuộn sơ cấp và thứ cấp (m) -Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp: )mH(0245,0)H(10.45,2 314 10.7,7 w XL 5 3 ba ba ==== − − -Sụt áp trên điện kháng MBA: )V(245,0100.0077,0.1I.X.1U dbax =π=π=Δ -Sụt áp trên MBA: )V(936,0245,0903,0UUU 222x 2 rba =+=Δ+Δ=Δ -Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin =100 U = Udo.cosαmin - ΔUv - ΔUba = 14,52.cos100 - 1,7 - 0,936=11,663(V) -Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp : )(012,00077,000903,0XRZ 222ba 2 baba Ω=+=+= -Tổn hao ngắn mạch trong MBA: %89,1100. 2387 15,45100. S P%P )W(15,4571,70.00903,0I.RP n n 22 2ban ==Δ=Δ ===Δ -Điện áp ngắn mạch tác dụng: %96,3100. 13,16 71,70.00903,0100. U I.RU 2 2ba nr === -Điện áp ngắn mạch phần kháng: Unx =Xba %38,3100. 13,16 71,70.0077,0100. U I 2 2 == -Điện áp ngắn mạch phần trăm: %2,538,396,3UUU 222nx 2 nrn =+=+= -Dòng điện ngắn mạch xác lập: )A(17,1344 012,0 13,16 Z UI ba 2 nm2 === -Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: )e1.(I.2I ln nn U U . m2max π−+= )A(4000I)A(1949)e1.(17,1344.2I ik 0338,0 0396,0. max =<=+= ρ π− Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 23 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 sang T2: )s/A(100) dt di()s/A(862,1/ dt di )s/A(10.62,18 10.45,2 13,16.22 L U.22) dt di( )sin(.U.22u dt di.L CPmax c 5 5 ba 2 max c 2c c ba μ=<μ= === α+θ== − Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt. -Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: %68%100. 1776 100.12. === S IU ddη III.3. Thiết kế cuộn kháng lọc Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu cũng làm cho dòng điện tải cũng đập mạch theo, làm xấu đi chất lượng dòng điện một chiều. Với công nghệ mạ điện thì nó làm cho chất lượng của lớp mạ không cao: lớp mạ không đều, không, không đạt được các tiêu chuẩn đã đưa ra: bền – bóng- đẹp… Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối tiếp với tải một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1.Iưdm. Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn . III.3.1.Xác định góc mở cực tiểu và cực đại + Chọn góc mở cực tiểu αmin=100. Với góc mở αmin là dữ trữ, ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. -Khi góc mở nhỏ nhất: α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất: Udmax=Udo.cosαmin =0,9.U2.cos10=0,9.24.cos10=21,27(V) -Khi góc mở lớn nhất: α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất: Udmin=Udo.cosαmax → 0 2 mind do mind max 87,7324.9,0 6arccos) U.9,0 Uarccos( U Uarccos ====α Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 24 III.3.2.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc Thông thường khi đánh giá ảnh hưởng của đập mạch dòng điện theo trị hiệu dụng của sóng hài cơ bản, bởi vì sóng cơ bản chiếm một tỷ lệ vào khoảng (2%÷5%) dòng điện định mức tải. Mặt khác trong sơ đồ chỉnh lưu thì thành phần sóng cơ bản (k=1) có biên độ lớn nhất. Biên độ sóng hài bậc càng cao thì càng giảm. Tác dụng của cuộn kháng lọc với các thành phần sóng hài bậc càng cao thì càng hiệu quả. Do vậy khi tính điện cảm của cuộn kháng lọc chỉ cần tính theo thành phàn sóng cơ bản là đủ. + Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc để lọc thành phần dòng điện đập mạch: dm * 1 maxbd L I%.I..m.k.2 100.UL ω= Trong đó: Ubdmax là biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu (V). k là bội số sóng hài, xét k=1. m là số lần đập mạch trong một chu kỳ, m=2. I1*% là trị số hiệu dụng của dòng điện sóng cơ bản (A) Iđm là dòng điện định mức của chỉnh lưu(A) I1*%<10%Iđm=10(A) + Khi tính Ubđmax thì thường tính cho trường hợp góc mở van lớn nhất αmax theo công thức: α+− α= 22222 max 0d maxbd tg.m.k1 1m.k cos.2 U U )V(2887,73tg.2.11 12.1 87,73cos.2.24.9,0U 222 22 0 maxbd =+−= )mH(15,3)H(10.46,31 100.10.314.2.2.2 100.28L 4L ≈==→ − Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc LCKL cần mắc thêm để lọc thành phần dòng điện đập mạch: LCKL = LL- Ld -Lba (Coi điện cảm tải Ld =0) →LCKL = 3,15 - 0,0245 = 3,1255 (mH) Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 25 III.3.3.Thiết kế cuộn kháng lọc + Các thông số ban đầu: -Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: LCKL = 3,1255 mH -Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Iđm = 100A -Biên độ dòng điện xoay chiều bậc1: I1m = 10%. Idm = 10A. 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 kháng của cuộn kháng lọc : Zk = XKL =2.π.f’ .LCKL =2π.2.50. 3,1255.10-3 = 1,964(Ω) -Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: 13,89(V) 2 10.964,1 2 I.ZΔU 1mk === -Công suất của cuộn kháng lọc: 98,2(VA) 2 1013,89. 2 I ΔU.S 1m === -Tiết diện từ cực chính của cuộn kháng lọc: )5(cm9,4 2.50 98,25. f SkQ 2'Q === (kQ = 5) Chọn trụ hình chữ nhật có tiết diện Q=5cm2 với chiều rộng trụ là a(cm), chiều dày trụ là b(cm) sao cho 3,1 a b = →b=1,3.a→1,3.a2 =5→ a= )cm(96,1 3,1 5 = Chọn a=2(cm) →b= )cm(5,2 2 5 = Chọn loại thép tồn tại 330 A tấm thép dày 0,35mm có chiều rộng a= 20mm và chiều dài b= 25mm. Chọn mật độ từ cảm trong trụ Bt = 0,8(T) Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng lọc thì trong điện cuộn kháng lọc sẽ xuất hiện một sức điện động: Ek=4,44.w.f’.Bt.Q Gần đúng coi Ek=ΔU = 13,89V. Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 26 87 0,8.5.104,44.2.50. 13,89 .Q4,44.f'.B ΔUw 4 T === − (vòng) -Dòng điện chạy qua cuộn kháng : ik = Id + I1m.cos(2.θ + ϕ1) -Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: )A(25,100) 2 10(100) 2 I(II 222m12dk =+=+= Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J=2,75(A/mm2) -Tiết diện dây cuốn cuộn kháng: )mm(45,36 75,2 25,100 J IS 2k === Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật cách điện cấp B có tiết diện dây: Sk=36,7(mm2) Với kích thứơc dây: ak = 4,7mm, bk =8mm. -Tính lại mật độ dòng điện: )2,73(A/mm 36,7 100,25 S IJ 2 k k === Chọn hệ số lấp đầy : k=0,7 -Diện tích cửa sổ: )(cm89,04)(mm0894 0,7 78.36,7 k w.SQ 22 td k cs ==== -Kích thứơc cửa sổ mạch từ: Qcs = c . h Chọn m = h/a = 3 →h =3 .a = 3. 20 = 60(mm) = 6(cm) →c = Qcs/h = 40,89/6 = 6,82 (cm) -Chiều cao mạch từ: H = h + a = 6 +2 =8(cm) -Chiều dài mạch từ: L =2c + 2a = 2.6 + 2.2 = 17,64(cm) Chọn khoảng cách từ gông đến cuộn dây: hg = 2mm -Tính số vòng dây trên một lớp: 7 8 2.260 b 2.hh w k g 1 =−=−= (vòng) -Tính số lớp dây quấn: 14,11 7 78 W Wn 1 1 === Chọn số lớp: n1 = 11(lớp) Chọn khoảng cách điện giữa dây quấn với trụ: a01=3mm Cách điện giữa các lớp cd1= 0,1mm Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 27 -Bề dày cuộn dây: Bd= (a1+ cd1) .n1 = (4,7 + 0,1).11 = 52,8(mm) -Tổng bề dày cuộn dây: Bd2= Bd + a01 = 52,8 + 3 = 55,8(mm) -Chiều dài của vòng dây trong cùng l =2(a+b)+2π. a01 = 2 .(20 +25) + 2.3,14.3 = 108,85(mm) -Chiều dài của vòng dây ngoài cùng l2 =2.(a+b) + 2π.(a01+Bd) = 2.(20 +25) + 2.π.(3+52,8) = 440,60(mm) -Chiều dài trung bình của vòng dây: )mm(73,274 2 6,44085,108 2 lll 21tb =+=+= -Điện trở của dây quấn ở 750 C: )Ω0,0125( 36,70 .78274,73.100,02133. S w.l.ρR -3 k tb 750 === Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng. III.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ III.4.1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các Thyristor Khi làm việc, do luôn có sụt áp trên van nên luôn có tổn hao công suất Δp. Tổn hao này sẽ 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 cho van. +Tính toán cách toả nhiệt: Tổn thất công suất trên 1 Thyristor: Δp=ΔU.Ilv =1,7.70,71=120,207(W) Diện tích bề mặt toả nhiệt: τ Δ= .k PS m tn Trong đó: Δp : tổn hao công suất (W) km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn km=8 (W/m2. 0C) τ - Độ chênh nhiệt độ làm việc so với nhiệt độ môi trường (Tmt = 400C) Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 28 Nhiệt độ cho phép làm việc của Thyristor: Tcp=1250C Chọn nhiệt độ làm việc: Tlv=800C τ→ =Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C → )m(3756,0 40.8 207,120S 2tn == =3756(cm2) Chọn loại cánh toả nhiệt có 20 cánh Kích thước mỗi cánh: S= a.b=10.10(cm2) Tổng diện tích toả nhiệt của cánh: Stn =20.2.10.10=4000(cm2) III.4.2.Bảo vệ quá dòng điện cho Thyristor Để bảo vệ quá dòng điện cho Thyristor thì thường sử dụng các thiết bị sau: +Áptômát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắnmạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra độ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. Dòng điện làm việc chạy qua Aptômát: )A(63,3 380.3 2387 380.3 SI balv === Aptômát cần chọn có: -Dòng điện định mức: Idm = 1,1 Ilv = 1,1.3,63 =3,993(A) -Điện áp định mức: Udm =380 V -Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. -Chỉnh định dòng ngắn mạch Inm =2,5 Ilv = 2,5.3,63=9,075 (A) -Dòng quá tải Iqt =1,5. Ilv = 1,5.3,63=54,45(A) Từ đó chọn Áptômát SA63B do hãng FuJi chế tạo, có: Iđm=60A, Uđm = 380 V. Chọn cầu dao có dòng định mức Iqt = 1,1. Ilv = 1,1. 3,63=3,993 A Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động và dùng để đóng, cắt bộ nguồn chỉnh lưu khi khoảng cách từ nguồn cấp tới bộ chỉnh lưu đáng kể. Dùng cầu chì dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Thyristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu. Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 29 Nhóm 1CC có dòng điện định mức dây chảy: I1cc =1,1. I2 = 1,1 . 70,71= 77,78(A) Chọn cầu chì nhóm 1CC là loại cầu chì ΠH – 2 – 100 do Liên Xô chế tạo với các giá trị dòng điện định mức: I1cc =80(A) và điện áp định mức Udm =220V. III.4.3. Bảo vệ quá điện áp cho Thyristor Thyristor rất nhảy cảm với điện áp quá cao so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp.Nguyên nhân gây ra quá điện áp được chia làm hai loại : + Nguyên nhân nội tại: Trong quá trình chuyển mạchThyristor đang đóng lại mở và ngược lại làm xuất hiện các xung điện áp trên mặt tiếp giáp p-n của Thyristor với tốc độ biến thiên điện áp dt du rất lớn có thể đánh thủng Thyristor. + Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi có sét đánh, khi đóng cắt máy biến áp nguồn. Cắt máy biến áp nguồn tức là cắt dòng điện từ hóa máy biến áp, bấy giờ năng lượng từ trường tích luỹ trong lõi sắt từ chuyển thành năng lượng điện chứa trong các tụ kí sinh, rất nhỏ giữ các dây cuốn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Điện áp này có thể lớn gấp 5 lần điện áp làm việc và đánh thủng Thyristor. Để bảo vệ Thyristor tránh hiên tượng quá điện áp thường dùng mạch R-C mắc song song với Thyristor. Khi đó mạch R- C song song với Thyristor tạo thành mạch vòng phóng điện tích quá độ. R hạn chế dòng điện của tụ C khi phóng điện (Thyristor chưa mở). Mạch R- C rất khó tính toán nên theo kinh nghiệm chọn: R=(10÷100)Ω C=(0,1÷ 2)μF, tụ xoay chiều Khi dòng điện càng lớn, điện trở R càng giảm và tụ C càng tăng. Do dòng làm việc lớn nhất của Thyristor là: Ilvmax =150(A) nên chọn: R=80(Ω) và C=0,3μF T C R Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 30 III.4.4. Bảo vệ chống tăng dòng dt di cho Thyristor Khi đang khoá mà có xung điều khiển và điện áp dương đặt lên Thyristor thì Thyristor mở ngay lập tức. Dòng qua Thyristor sẽ tăng lên với tốc độ lớn, có thể phá hỏng Thyristor do đốt nóng cục bộ. Để chống lại sự tăng dòng dt di cho Thyristor thì ta mắc cuộn cảm L nối tiếp với Thyristor. +Tính toán cuộn cảm L: Cuộn cảm L cần có giá trị điện cảm thoả mãn: maxngUdt di.L < )H(1)H(10 10.100 100 dt di U L 66 maxng μ===<→ − Chọn L=1(μ H) III.5. Phương pháp đảo chiều Do yêu cầu công nghệ là mạ điện có đảo chiều nên mạch lực phải sử dụng BBĐ có đảo chiều. BBĐ này sử dụng hai bộ chỉnh lưu tia 2 pha, mỗi bộ CL cung cấp dòng một chiều ra tải được mắc như hình vẽ: Có hai phương pháp đảo chiều: III.5.1. Phương pháp điều khiển chung: Phương pháp điều khiển chung là phương pháp cả hai bộ điều khiểu đều được phát xung điều khiển cùng một lúc, cùng hoạt động song hoạt động ở hai chế độ khác nhau- một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, một bộ làm việc ở chế độ nghịch lưu. Do vậy trong quá trình làm việc không cần có mạch lôgic, thời gian điều khiển nhanh, không có thời gian chết. Để tránh dòng xuyên giữa 2 BBĐ L T C R CL(+) Tải CL(-) Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 31 buộc phải đưa vào các cuộn kháng cân bằng. Các cuộn kháng này phải tồn tại ở cả hai đầu của tải. Như vậy trong phương pháp điều khiển chung thì làm tăng kích thước, giá thành thiết bị nhưng cho phép đảo chiều nhanh, không có thời gian chết. III.5.2.Phương pháp điều khiển riêng: Phương pháp điều khiển riêng là phương pháp mà và mỗi chiều dòng điện ra tải chỉ có một bộ được phát xung điều khiển để hoạt động còn bộ kia hoàn toàn được nghỉ, không được phát xung điều khiển. Khi đảo chiều phải đảm bảo bộ đang làm việc phải dừng làm việc hẳn thì mới phát xung để điều khiển mở van của bộ còn lại tức phải đo dòng điện tải id để biết khi nào id =0(A). Khi phát xung cho bộ còn lại làm việc thì lúc đầu phải làm việc ở chế độ nghịch lưu (đảm bảo tiêu tán hết năng lượng trên Ld) rồi mới dần dần chuyển sang chế độ chỉnh lưu, trong đó luôn khống chế không cho Id>Icp. Trong phươmg pháp điểu khiển riêng cần có một mạch lôgic đảo chiều. Nó làm cho bộ đảo chiều không nhanh, luôn có thời gian chết khi chuyển đổi hai chiều. Qua phân tích ở trên, để đảm bảo chất lượng mạ đảo chiều tốt nhất nên chọn phương pháp điều khiển riêng. Vì với mạ đảo chiều thì để chất lượng mạ tốt nhất, nên cấp dòng theo hai chiều thuận và ngược với thời gian thuận, ngược khác nhau. Sơ đồ mạch lực có dạng như hình III.2: Trong đó: Mạch chỉnh lưu có T1 và T2 là chỉnh lưu làm việc với thời gian thuận. Mạch chỉnh lưu có T3 và T4 là chỉnh lưu làm việc với thời gian nghịch. 220V T1 T2 R C T3 T4 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 32 Hai bộ chỉnh lưu thuận và nghịch được điều khiển bởi bộ logic gồm hai Timer định thì để điều chỉnh thời gian làm việc. Sơ đồ nguyên lý của Timer có dạng như hình III.3: Với thời gian làm việc của bộ Timer: Thời gian làm việc của bộ thuận : tthuận =1,1.R.C Thời gian làm việc của bộ nghịch : tnghịch =1,1.R2.C2 Thời gian nghỉ : tnghỉ = ln5.R1.C1 Theo điều kiện của đề tài thì : tthuận = 50÷200 (s) tnghịch =5÷20 (s) Từ đó ta có : Hình III.3. Sơ đồ nguyên lý hai Timer điều khiển thời gian thuận và nghịch Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 33 1,1.R.C = 200 Chọn C=10μ F 190KΩΩ419.10 31,1.10.10 200R ==−=→ 1,1.R2.C2 =20 Chọn C2 = 10μ F ΩΩ 19K19.1031,1.10.10 20 2R 3 ==−=→ Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 34 Chương IV THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN IV.1. Yêu cầu đối với mạch điều khiển + Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi (BBĐ) Thyristor vì nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của BBĐ. + Mạch điều khiển cho phép thay đổi góc điều khiển α trong phạm vi đúng theo yêu cầu tải (α min ÷ α max ). + Mạch điều khiển phải phát xung với công suất đủ lớn để mở chắc chắn Thyristor. + Mạch điều khiển phải đảm bảo độ đối xứng xung điều khiển (với mạch nhiều Thyristor). + Mạch điều khiển phải có chức năng bảo vệ khi có sự cố. + Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh Thyristor mở nhầm. + Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh. IV.2. Cấu trúc của mạch điều khiển Thyristor Ngày nay mạch điều khiển thường dùng được thiết kế theo kiểu thẳng đứng (dọc) (điều khiển đồng bộ). Sơ đồ cấu trúc chung có dạng sau: + ĐF là khâu đồng pha để tạo điện áp đồng pha, có tính chất cách ly nên dùng biến áp đồng pha. + RC là khâu tạo điện áp răng cưa. + SS là khâu so sánh điện áp răng cưa với điện áp điều khiển (Uđk - là điện áp một chiều). DX KĐX uD X ĐF RC SS uĐ B uR C uSS Tải R Uđk T Up h Uđ Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 35 + DX là khâu tạo dạng xung. + KĐX là khâu khuếch đại xung để đưa đến điều khiển đóng mở Thyristor. KĐX có tính chất cách ly nên dùng biến áp xung. + R là bộ hiệu chỉnh để tạo ra điện áp điều khiển thoả mãn yêu cầu công nghệ. Góc điều khiển α thay đổi là do điện áp điều khiển (Uđk) thay đổi. Khi Uđk =0÷URCmax thì α =0÷180 IV.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển IV.3.1. Khâu đồng pha 1. Sơ đồ nguyên lý của khâu đồng pha có dạng như hình IV.3.1a 2.Nguyên lý hoạt động ~220V D1 D2 u21 u22 VR1 R3 R1 R2 (1) (2) +E +E -E 0A1 Hình IV.3.1a- Sơ đồ nguyên lý của khâu đồng pha Hình IV.3.1b - Đồ thị điện áp của khâu đồng pha u21 u22 u1 θ Uđ θ u2 0 0 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 36 Trong khâu đồng pha có sử dụng máy biến áp đồng pha hạ áp, thứ cấp có điểm trung tính với điện áp ra 12V- 0V- 12V. Khi điện áp lưới xoay chiều 220V được