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

quạt đối lưu không khí. Khi đó chọn hệ số dự trữ dòng làm việc : kdtI = 1,8 Dòng điện làm việc cực đại của Thyristor: Ilvmax = 1,8.70,71=127,28(A) III.1.3. Chọn Thyristor Từ các thông số trên ta chọn Thyristor (theo dòng điện làm việc cực đại): 151RC có: Điện áp ngược cực đại của van : Ungmax = 100(V) Dòng điện định mức của van : Ilvmax= 150(A) Dòng điện đỉnh cực đại : Ipic max = 4000(A) Dòng điện của xung điều khiển : Ig max =150mA Điện áp của xung điều khiển : Ug max = 2,5(V) Dòng điện rò : Ir= 22mA Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn: DU = 1,7(V) Tốc độ biến thiên điện áp : Tốc độ biến thiên dòng điện : Thời gian chuyển mạch : tcm = 60ms Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép : tcp =1250C III.2. Tính toán máy biến áp (MBA) lực Chọn máy biến áp một pha thứ cấp có điểm trung tính, làm mát bằng không khí tự nhiên. + Công suất biểu kiến của MBA: S =ks.Pd =1,48.1200=1776(VA) (ks là hệ số công suất MBA, với mạch chỉnh lưu hình tia 2 pha: ks =1,48) Ta có phương trình cân bằng điện áp không tải: Ud0.cost= Ud + Trong đó: =100 – là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp =1,7 (V) - sụt áp trên Thyristor - là sụt áp trên dây nối - sụt áp trên điện trở và điện kháng =(5% Ud Chọn sơ bộ: =5% Ud =5%.12 =0,6(V) Suy ra Ud0 = + Điện áp sơ cấp MBA: U1 =220(V) + Điện áp thứ cấp MBA: U2 = + Công suất MBA khi không tải: Pdo =Id.Ud0 = 100.16,13 = 1613(V) + Công suất biểu kiến của MBA khi không tải: S0 =ks.Pd0 =1,48.1613=2387(VA) + Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA: I2 = + Dòng điện sơ cấp MBA: I1 = III.2.1. Tính toán sơ bộ mạch từ MBA Tiết diện trụ được tính theo công thức kinh nghiệm: QFe =kQ. Trong đó: kQ là hệ số phụ thược phương thức làm mát kQ =với MBA dầu kQ = với MBA khô, Chọn kQ =6 m- Số trụ của MBA, m=1 QFe =6. 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=(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: (vòng) Chọn W1 = 217(vòng) - Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA: (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: -Đường kính dây dẫn: d= Chọn dây dẫn tiết diện hình tròn, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 1,9113(mm2 ). -Kích thước dây có kể cách điện : Scđ1= (mm2). Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: -Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 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: 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 = 23, 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 h=4.c 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 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: 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 (vòng) -Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp : (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 : -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) -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 = = = 9,78(cm) -Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = p . W2 . Dtb2 = p.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 : (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) (vòng) -Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp: (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 : =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) 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 = p. W1. Dtb = p.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 : (với r = 0,02133 Wmm2/m) -Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 C: R2 = -Điện trở MBA quy đổi về thứ cấp: -Sụt áp trên điện trở máy biến áp : DUr = Rba . Id = 9,03.10-3 . 100 =0,903(V) -Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp : Trong đó: rt2 là bán kính trong dây quấn thứ cấp (cm) 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: -Sụt áp trên điện kháng MBA: -Sụt áp trên MBA: -Điện áp trên động cơ khi có góc mở amin =100 U = Udo.cosamin - DUv - DUba = 14,52.cos100 - 1,7 - 0,936=11,663(V) -Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp : -Tổn hao ngắn mạch trong MBA: -Điện áp ngắn mạch tác dụng: -Điện áp ngắn mạch phần kháng: Unx =Xba -Điện áp ngắn mạch phần trăm: -Dòng điện ngắn mạch xác lập: -Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Kiểm tra MBA thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến trên của dòng điện chuyển mạch . Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T2: Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt. -Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: 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 amin=100. Với góc mở amin là dữ trữ, ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. -Khi góc mở nhỏ nhất: a = amin thì điện áp trên tải là lớn nhất: Udmax=Udo.cosamin =0,9.U2.cos10=0,9.24.cos10=21,27(V) -Khi góc mở lớn nhất: a = amax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất: Udmin=Udo.cosamax 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: 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 amax theo công thức: 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) 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.p.f’ .LCKL =2p.2.50. 3,1255.10-3 = 1,964(W) -Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: -Công suất của cuộn kháng lọc: -Tiết diện từ cực chính của cuộn kháng lọc: (kQ = 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 b=1,3.a1,3.a2 =5a= Chọn a=2(cm) b= 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=DU = 13,89V. (vòng) -Dòng điện chạy qua cuộn kháng : ik = Id + I1m.cos(2.q + j1) -Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J=2,75(A/mm2) -Tiết diện dây cuốn cuộn kháng: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật cách điện cấp B có tiết diện dây: Sk=36,7(mm2) Với kích thứơc dây: ak = 4,7mm, bk =8mm. -Tính lại mật độ dòng điện: Chọn hệ số lấp đầy : k=0,7 -Diện tích cửa sổ: -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:(vòng) -Tính số lớp dây quấn: 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 -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)+2p. a01 = 2 .(20 +25) + 2.3,14.3 = 108,85(mm) -Chiều dài của vòng dây ngoài cùng l2 =2.(a+b) + 2p.(a01+Bd) = 2.(20 +25) + 2.p.(3+52,8) = 440,60(mm) -Chiều dài trung bình của vòng dây: -Điện trở của dây quấn ở 750 C: Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng. 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 Dp. 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: Dp=DU.Ilv =1,7.70,71=120,207(W) Diện tích bề mặt toả nhiệt: Trong đó: Dp : tổn hao công suất (W) km: Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn km=8 (W/m2. 0C) t - Độ chênh nhiệt độ làm việc so với nhiệt độ môi trường (Tmt = 400C) Nhiệt độ cho phép làm việc của Thyristor: Tcp=1250C Chọn nhiệt độ làm việc: Tlv=800C =Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C =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: 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. 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 PH – 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 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). T C R Mạch R- C rất khó tính toán nên theo kinh nghiệm chọn: R=(10100)W C=(0,1 2)mF, 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(W) và C=0,3mF III.4.4. Bảo vệ chống tăng dòng 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. L T C R Để chống lại sự tăng dòng 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: Chọn L=1(H) III.5. Phương pháp đảo chiều CL(+) Tải CL(-) 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 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 LCKL T1 T2 R C T3 T4 LCKL Tải Hình III.2. Sơ đồ nguyên lý mạch lực 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. Hình III.3. Sơ đồ nguyên lý hai Timer điều khiển thời gian thuận và nghịch 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 = 50200 (s) tnghịch =520 (s) Từ đó ta có : 1,1.R.C = 200 Chọn C=10F 1,1.R2.C2 =20 Chọn C2 = 10F 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 trong phạm vi đúng theo yêu cầu tải (min 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 DX KĐX uDX ĐF RC SS uĐB uRC uSS Tải R Uđk T Uph Uđ 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 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 thay đổi là do điện áp điều khiển (Uđk) thay đổi. Khi Uđk =0URCmax thì =0180 IV.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển IV.3.1. Khâu đồng pha ~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 1. Sơ đồ nguyên lý của khâu đồng pha có dạng như hình IV.3.1a 2.Nguyên lý hoạt động Hình IV.3.1b - Đồ thị điện áp của khâu đồng pha u21 u22 u1 Uđ u2 0 0 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 đưa vào sơ cấp của biến áp đồng pha, thì ở phía thứ cấp của biến áp ta thu được điện áp nhỏ hơn điện áp lưới. Điện áp này được đưa vào bộ chỉnh lưu điốt một pha hai nửa chu kỳ mắc theo sơ đồ K- chung. + Giả sử nửa chu kỳ đầu =0p , u21 dương hơn u22 nên D1 thông và D2 khoá, khi đó điện áp ra sau chỉnh lưu u1 =u21. + Nửa chu kỳ sau = p2p, u22 dương hơn u21, D2 thông và D1 khoá, khi đó u1 = u22. Vậy điện áp ra tại điểm (1) (u1) là điện áp một chiều gồm nhiều nửa hình sin ghép lại với nhau, có tần số đập mạch bằng hai lần tần số lưới (hình IV.3.1b). Điện áp u1 được đưa vào cửa không đảo của khâu so sánh OA1, cửa đảo của OA1 là điện áp một chiều phẳng Ud có giá trị: Ud = (với E=12V) Khi u1<Ud thì điện áp ra sau OA1 là u2 = -E u1>Ud thì điện áp ra sau OA1 là u2 = +E u1=Ud thì u2 lật trạng thái. Như vậy OA1 có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của u1 với Ud trên cửa đảo và điện áp ra u2 là một chuỗi xung hình chữ nhật âm - dương kế tiếp (hình IV.3.1b). 3. Tính toán khối đồng pha a, Tính BAĐF Biến áp đồng pha (BAĐF) có điện áp ra: 12V- 0V -12V. BAĐF được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện hình chữ E, dày cỡ 0,35mm. Lõi thép có tiết diện QFe = 12(cm2) Công suất biểu kiến của MBA: Sba = Công suất của tải sau chỉnh lưu: Pdmax= Số vòng dây của cuộn sơ cấp MBA: W1 =(vòng) Số vòng dây của cuộn thứ cấp MBA: W2 =(vòng) Dòng điện chạy qua các cuộn dây sơ cấp: I1 = (ks1 là hệ số phía sơ cấp, ks1 = 1,23) Dòng điện chạy qua các cuộn dây thứ cấp: I2 = (ks2 là hệ số phía thứ cấp, ks2 = 1,74) Chọn mật độ dòng điện qua các cuộn dây là J1=J2 =2,75(A/mm2) Tiết diện dây dẫn sơ cấp: S1= Đường kính dây dẫn sơ cấp: d1 = (mm) Tiết diện dây dẫn thứ cấp: S2= Đường kính dây dẫn thứ cấp: d2 = (mm) b, Tính toán các linh kiện khác Chọn E = 12V. Ta có: Ud = Uđmax.sinq0 với Uđf max = 12V và góc dự trữ điện áp:q = 100 Ud = 12.sinq0 = 12.sin100 = 2,08(V) I.R3 = 2,08V Chọn R3 = 1,5 (kW) Mặt khác: Ud = VR1=7,15 (kW) Chọn VR1 = 10 (kW) Thường chọn điện trở R1 và R2 sao cho dòng vào khuyếch thuật toán IV<1mA. R1 = R2 = U/I =9/10-3 = 9(kW) Chọn R1 = R2 = 10kW. IV.3.2. Khâu tạo điện áp răng cưa Hình IV.3.2a- Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo điện áp răng cưa D3 Dz VR2 R5 C1 R4 (2) (3) +E +E -E OA2 1. Sơ đồ nguyên lý của khâu tạo điện áp răng cưa có dạng như hình IV.3.2a Hình IV.3.2b- Đồ thị điện áp của khâu tạo điện áp răng cưa u2 u3 0 0 1 2 3 2. Nguyên lý hoạt động: *Từ 0 thì u2 là điện áp âm nên D3 thông, tụ C1 được nạp điện theo đường từ +E R5 VR2 C1, và được nạp cho đến khi áp trên tụ bằng điện áp trên điốt ổn áp Dz (uC1 =uDz). *Từ thì u2 dương, D3 khoá, tụ C1 phóng điện cho tới khi uC1 =0V. *Từ trở đi thì quá trình nạp và phóng liên tiếp của tụ được lặp đi lặp lại. Cứ như vậy ta thu được điện áp ra của OA2 (u3) có dạng xung răng cưa (hình IV.3.2b). +Biến trở VR2 dùng để điều chỉnh độ rộng xung răng cưa. +Điốt ổn áp Dz để hạn chế điện áp nạp trên tụ để răng cưa được tuyến tính. 3. Tính chọn khâu tạo điện áp răng cưa : Để điện áp tựa có trong một nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian nạp của tụ: Tn = (R5 +VR2) .C1 = 0,005 (s) Chọn tụ C1 = 0,1mF thì (R5 +VR2 )==50.103 Chọn điốt ổn áp có điện áp ngưỡng : UngD z = 9V UC1 = UD z =9V Chọn nguồn nạp : ± 12V. Giá trị của dòng nạp:=0,24(mA) Chọn: R5 = 10kW, VR2 = 50kW, R4 = 10kW IV.3.3. Khâu so sánh Uđk R6 R7 (3) (4) +E -E 0A3 HìnhV.23.3a- Sơ đồ nguyên lý của khâu so sánh 1. Sơ đồ nguyên lý của khâu so sánh có dạng như hình IV.3.3a 2. Nguyên lý hoạt động Điện áp răng cưa u3 được đưa vào cửa đảo của OA3 để so sánh với điện áp điều khiển (Uđk) ở cửa không đảo của OA3. - Khi URC>Uđk, điện áp ở đầu ra của OA3 (u4) có dạng xung âm hình chữ nhật. - Khi URC>Udk, u4 có dạng xung dương hình chữ nhật. - Khi URC=Uđk thì u4 lật trạng thái. Hình IV.3.3b- Đồ thị điện áp của khâu so sánh u4 u3 0 0 Uđk Vậy điện áp ra của OA3 (u4) có chuỗi xung hình chữ nhật âm dương liên tiếp (hình IV.3.3b). Điện áp răng cưa u3 được đưa vào cửa đảo của OA3 để so sánh với điện áp điều khiển (Uđk) ở cửa không đảo của OA3. - Khi URC>Uđk, điện áp ở đầu ra của OA3 (u4) có dạng xung âm hình chữ nhật. - Khi URC>Udk, u4 có dạng xung dương hình chữ nhật. - Khi URC=Uđk thì u4 lật trạng thái. Vậy điện áp ra của OA3 (u4) có chuỗi xung hình chữ nhật âm dương liên tiếp (hình IV.3.3b). Phần tử chính của khâu so sánh là IC thuật toán OA3 . 3. Tính chọn khâu so sánh : Dòng điện vào đượ