PHẦN IV
THIẾT KẾVÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. Yêu cầu và nguyên tắc điều khiển
1. Mục đích và yêu cầu
- Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộbiến đổi Tiristor có vai
trò quyết định đến chất lượng, độtin cậy của bộbiến đổi. Mạch điều khiển
rất đa dạng, nhưng với hệthống mạch lực cụthểcủa mạch nạp cần có một
hệ điều khiển thích ứng. Với mạch này, hệ điều khiển sẽphát xung mở 2Tiristor
T1 và T2. Các Tiristor sẽmởkhi thoảmãn đồng thời 2 điều kiện :
+ Một điện áp dương đủlớn đặt lên 2 cực của Tiristor theo hướng từAnôt đến Katốt.
+ Xung điện áp dương đưa vào cực điều khiển phải đủlớn (biên độ, độrộng)
Đểlàm thay đổi điện áp ra tải chỉcần thay đổi thời điểm phát xung điều
khiển, tức là thay đổi góc mởcủa các van. Ưu điểm của Tiristor là chỉcần
dòng và áp điều khiển nhỏnhưng có thểchịu được dòng và áp rất lớn chảy qua.
- Hệthống mạch điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu:
+ Phát xung điều khiển chính xác và đúng thời điểm mà người thiết kế đã
tính toán sẵn.
+ Các xung điều khiển phát ra phải đủlớn vềbiên độvà độrộng đểmởcác van.
+ Xung điều khiển phải có độ đối xứng cao và đảm bảo được phạm vi điều chỉnh góc mở.
+ Dạng xung được điều chỉnh thích hợp và tác động nhanh.
+ Đảm bảo hoạt động tốt, độtin cậy cao khi điện áp nguồn thay đổi giá trị biên độ.
Ngoài ra hệthống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện ra tải
và bảo vệhệthống khi xảy ra sựcốquá dòng hay ngắn mạch tải.
39 trang |
Chia sẻ: maiphuongdc | Lượt xem: 2400 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Phân tích yêu cầu và giới thiệu chung về công nghệ nạp ắc qui tự động, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
điện (V)
rb - điện trở trong của ắc qui khi phóng điện ( Ω )
Trong quá trình nạp sức điện động En của ắc qui được tính theo công thức :
En = Un - In.rb
trong đó : En - sức điện động của ắc qui khi nạp điện ( V )
In - dòng điện nạp ( A )
Un - điện áp đo trên các cực của ắc qui khi nạp điện
( V )
rb - điện trở trong của ắc qui khi nạp điện ( Ω )
Dung lượng phóng của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng
lượng của ắc qui cho phụ tải, và được tính theo công thức :
Cp = Ip.tp
trong đó : Cp - dung dịch thu được trong quá trình phóng ( Ah )
Ip - dòng điện phóng ổn định trong thời gian phóng điện
tp ( A )
tp - thời gian phóng điện ( h ).
Dung lượng nạp của ắc qui là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng
lượng của ắc qui và được tính theo công thức :
Cn = In.tn
trong đó :
Cn - dung dịch thu được trong quá trình nạp ( Ah )
In - dòng điện nạp ổn định trong thời gian nạp tn ( A )
tn - thời gian nạp điện ( h ).
3.1. Đặc tính phóng của ắc qui.
Đặc tính phóng của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức
điện động, điện áp ắc qui và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian
phóng khi dòng điện phóng không thay đổi .
Từ đặc tính phóng của ắc qui như trên hình vẽ ta có nhận xét sau:
- Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 đến tp = tgh, sức điện động
điện áp, nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời
gian này độ dốc của các đồ thị không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn
định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng
điện của ắc qui ( dòng điện phóng ).
- Từ thời gian tghtrở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột .Nếu ta
tiếp tục cho ắc qui phóng điện sau tgh thì sức điện động ,điện áp của ắc qui
sẽ giảm rất nhanh .Mặt khác các tinh thể sun phát chì (PbSO4) tạo thành
trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan ( biến đổi hoá học) trong
quá trình nạp điện trở lại cho ắc qui sau này. Thời điểm tgh gọi là giới hạn
phóng điện cho phép của ắc qui, các giá trị Ep, Up, ρ tại tgh được gọi là các
giá trị giới hạn phóng điện của ắc qui. ắc qui không được phóng điện khi
dung lượng còn khoảng 80%.
- Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian nào, các giá trị sức
điện động, điện áp của ắc qui, nồng độ dung dịch điện phân lại tăng lên, ta
gọi đây là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của ắc qui. Thời gian hồi phục
này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của ắc qui
( dòng điện phóng và thời gian phóng ).
3.2. Đặc tính nạp của ắc qui.
Đặc tính nạp của ắc qui là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức
điện động , điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị
số dòng điện nạp không thay đổi .
Từ đồ thị đặc tính nạp ta có các nhận xét sau :
- Trong khoảng thời gian từ tn = 0 đến tn = tgh thì sức điện động, điện áp ,
nồng độ dung dịch điện phân tăng dần.
- Tới thời điểm ts trên bề mặt các bản cực âm xuất hiện các bọt khí (còn gọi
là hiện tượng" sôi " ) lúc này hiệu điện thế giữa các bản cực của ắc qui đơn
tăng đến 2,4 V . Nếu vẫn tiếp tục nạp giá trị này nhanh chóng tăng tới 2,7 V
và giữ nguyên. Thời gian này gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng cho
phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi tuần
hoàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của ắc qui.
- Trong sử dụng thời gian nạp no cho ắc qui kéo dài từ 2 ÷ 3 h trong suốt
thời gian đó hiệu điện thế trên các bản cực của ắc qui và nồng độ dung dịch
điện phân không thay đổi . Như vậy dung lượng thu được khi ắc qui
phóngđiện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no ắc qui.
- Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ắc qui, nồng độ dung
dịch điện phân giảm xuống và ổn định. Thời gian này cũng gọi là khoảng
nghỉ của ắc qui sau khi nạp.
- Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắc
qui. Dòng điện nạp định mức đối với ắc qui là In = 0,1C10 .
Trong đó C10 là dung lượng của ắc qui mà với chế độ nạp với dòng điện
định mức là In = 0,1C10 thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
Ví dụ với ắc qui C = 180 Ah thì nếu ta nạp ổn dòng với dòng điện bằng 10%
dung lượng ( tức In = 18 A ) thì sau 10 giờ ắc qui sẽ đầy.
4. Sự khác nhau giữa ắc qui chì và ắc qui axit .
Cả hai loại ắc qui này đều có một đặc điểm chung đó là tính chất tải thuộc
loại dung kháng và sức phản điện động. Nhưng chúng còn có một số đặc
điểm khác biệt sau :
5. Các phương pháp nạp ắc qui tự động.
Có ba phương pháp nạp ắc qui là
+ Phương pháp dòng điện.
+ Phương pháp điện áp.
+ Phương pháp dòng áp.
5.1. Phương pháp nạp ắc qui với dòng điện không đổi.
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi
loại ắc qui, bảo đảm cho ắc qui được no. Đây là phương pháp sử dụng trong
các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc qui hoặc nạp sử chữa cho
các ắc qui bịi Sunfat hoá. Với phương pháp này ắc qui được mắc nối tiếp
nhau và phải thoả mãn điều kiện :
Un ≥ 2,7.Naq
Trong đó: Un - điện áp nạp
Naq - số ngăn ắc qui đơn mắc trong mạch
ắc qui axit ắc qui chì
- Khả năng quá tải không cao, dòng - Khả năng quá tải rất lớn
nạp lớn nhất đạt được khi quá tải dòng điện nạp lớn nhất khi
là Inmax = 20%C10 đó có thể đạt tới 50%C10
- Hiện tượng tự phóng lớn, ắc qui - Hiện tượng tự phóng nhỏ
nhanh hết điện ngay cả khi không
sử dụng.
- Sử dụng rộng rãi trong đời sống - Với những khả năng trên
công nghiệp, ở những nơi có nhiệt thì ắc qui kiềm thường sử
độ cao va đập lớn nhưng đòi hỏi những nơi yêu cầu công
công suất và quá tải vừa phải. cao quá tải thường xuyên và
sử dụng với các thiết bị công
suất lớn.
- Dùng trong xe máy , ôtô, các động - Dùng trong công nghiệp
cơ máy nổ công suất vừa và nhỏ. hàng không, hàng hải và
những nơi nhiệt độ hoạt động
môi trường là thấp.
- Giá thành thấp. - Giá thành cao.
Trong quá trình nạp sức điện động của ắc qui tăng dần lên, để duy trì dòng
điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch nạp biến trở R. Trị số giới hạn
của biến trở được xác định theo công thức :
n
aqn
I
NU
R
0,2−=
Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng điện không đổi là thời gian
nạp kéo dài và yêu cầu các ắc qui đưa vào nạp có cùng dung lượng định
mức. Để khắc phục nhược điểm thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng
phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong
trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng ( 0,3 ÷ 0,6 )C10
tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ắc qui bắt đầu sôi. Dòng điện
nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10
5.2. Phương pháp nạp với điện áp không đổi.
Phương pháp này yêu cầu các ắc qui được mắc song song với nguồn nạp.
Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi vaf được tính bằng ( 2,3 ÷ 2,5 ) V
cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp
ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.Tuy nhiên dùng phương pháp
này ắc qui không được nạp no. Vì vậy nạp với điện áp không đổi chỉ là
phương pháp nạp bổ xung cho ắc qui trong quá trình sử dụng.
5.3. Phương pháp nạp dòng áp.
Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng
được những ưu điểm của mỗi phương pháp.
Đối với yêu cầu của đề bài là nạp ắc qui tự động tức là trong quá trình nạp
mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự
đã đặt sẵn thì ta chọn phương án nạp ắc qui là phương pháp dòng áp.
- Đối với ắc qui axit: Để bảo đảm thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì
trong khoản thời gian tn = 8h tương ứng với 75÷80 % dung lượng ắc qui ta
nạp với dòng điện không đổi là In = 0,1C10. Vì theo đặc tính nạp của ắc qui
trong đoạn nạp chính thì khi dòng điện không đổi thì điện áp, sức điện động
tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời
gian 8 h ắc qui bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi
thời gian nạp được 10 h thì ắc qui bắt đầu no, ta nạp bổ xung thêm 2 ÷ 3 h.
- Đối với ắc qui kiềm : Trình tự nạp cũng giống như ắc qui axit nhưng do
khả năng quá tải của ắc qui kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng
nạp In = 0,2C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In =
0,5C10 .
Các quá trình nạp ắc qui tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp
ổn áp với điện áp bằng điện áp trên 2 cực của ắc qui, lúc đó dòng nạp sẽ từ
từ giảm về không.
Kết luận :
- Vì ắc qui là tải có tính chất dung kháng kèm theo sức phản điện động cho
nên khi ắc qui đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong
ắc qui sẽ tự động dâng nên không kiểm soát được sẽ làm sôi ắc qui dẫn đến
hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn
định dòng nạp cho ắc qui.
Khi dung lượng của ắc qui dâng lên đến 80% lúc đó nếu ta cứ tiếp tục giữ
ổn định dòng nạp thì ắc qui sẽ sôi và làm cạn nước. Do đó đến giai đoạn này
ta lại phải chuyển chế độ nạp ắc qui sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được
giữ cho đến khi ắc qui đã thực sự no. Khi điện áp trên các bản cực cuẩ ắc qui
bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về không, kết thúc
quá trình nạp.
- Tuỳ theo loại ắc qui mà ta nạp với các dòng điện nạp khác nhau
+ ắc qui axit : dòng nạp In = 0,1C10 ; nạp cưỡng bức với dòng
điện nạp In = 0,2C10 .
+ ắc qui kiềm : dòng nạp In = 0,2C10; nạp cưỡng bức với
dòng điện nạp In = 0,5C10 .
- Từ các phân tích ở trên ta rút ra các số liệu sau:
+ Dòng nạp lớn nhất Inmax = Idmax = 90 A
+ Điện áp Udmax = 64,8 V
PHẦN II
PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN SƠ ĐỒ
I. Chỉnh lưu điều khiển đối xứng sơ đồ cầu 3 pha
1. Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ gồm 6 Tiristor được chia làm hai nhóm:
- Nhóm Katot chung : T1, T3, T5
- Nhóm Anot chung : T2, T4, T6
Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin
Giá trị trung bình của điện áp trên tải
απθθπ
απ
απ
cos63sin2
2
6 2
6
5
6
2
UdUU d == ∫
+
+
Từ công thức trên ta thấy maxdd UU = khi 1cos =α
Khi đó ta có 63
max
2
dUU π=
Thay giá trị VU d 8,64max = ta có 68,272 =U V
Điên áp các pha thứ cấp của máy biến áp là:
)
3
2sin(39
)
3
2sin(39
sin39
πθ
πθ
θ
+=
−=
=
c
b
a
U
U
U
Giá trị trung bình của dòng thứ cấp máy biến áp.
maxmax2 3
2
dII =
Từ số liệu ban đầu thay AI d 90max = có AI 5,73max2 =
Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là:
A
I
I dTBV 303
max
max ==
Giá trị điện áp ngược mà Tiristor phải chịu
VUUUU ddng 04,6805,13
6 maxmax2max ==== π
Công suất biến áp
kVAIUS ddba 1,610.90.8,64.33
3
maxmax === −ππ
Nhận xét : Với sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển thì điện áp ra Ud ít
đập mạch ( trong một chu kì đập mạch 6 lần ) do đó vấn đề lọc rất đơn giản,
điện áp ngược lên mỗi van nhỏ, công suất biến áp nhỏ nhưng mạch phức tạp
nhiều kênh điều khiển.
2. Đường đặc tính biểu diễn
II. Chỉnh lưu cầu 3 pha bán điều khiển
1. Sơ đồ nguyên lý
Trong sơ đồ này sử dụng 3 Tiristor ở nhóm Katot chung và 3 Diot ở
nhóm Anot chung.
Giá trị trung bình của điện áp trên tải
21 ddd UUU −=
Trong đó : Ud1 là thành phần điện áp do nhóm Katot chung tạo
nên
Ud2 là thành phần điện áp do nhóm Anot chung tạo
nên
πθθπ
απθθπ
απ
απ
απ
απ
2
63sin2
2
3
cos
2
63sin2
2
3
2
6
11
6
7
22
2
6
11
6
7
21
UdUU
UdUU
d
d
==
==
∫
∫
−
−
−
−
Vậy )cos1(2
63 2 απ +=
UU d
Ta nhận thấy maxdd UU = khi 1cos =α
khi đó ta có V
UU d 68,27
63
max
2 == π
Điện áp thứ cấp máy biến áp
)
3
2sin(39
)
3
2sin(39
sin39
πθ
πθ
θ
+=
−=
=
c
b
a
U
U
U
Giá trị trung bình của dòng chảy trong Tiristor và Diot
A
III ddiotTBV 303
max
maxmax ===
Giá trị dòng điện ngược lớn nhất
AUUUU ddng 04,6805,13
6 maxmax2max ==== π
Công suất biến áp
kVAIUS ddba 1,610.90.8,64.33
3
maxmax === −ππ
Nhận xét :Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài nhưng chỉnh lưu cầu 3
pha không đối xứng có quá trình điều chỉnh đơn giản , kích thước gọn nhẹ
hơn.
2. Đường đặc tính biểu diễn
III. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng
1. Sơ đồ nguyên lý
Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng
nhau.
Góc dẫn của điốt là : απλ +=D
Góc dẫn của Tiristor là : απλ −=T
Giá trị trung bình của điện áp tải
∫ +== π
α
απθθπ )cos1(
2sin21 22
UdUU d
π
2
max
22 UU d =
Do đó V
UU d 72
22
8,64.
22
max
2 === ππ
Giá trị trung bình của dòng tải
t
d
d Z
UI =
Dòng qua Tiristor
π
απθπ
π
α 22
1 −== ∫ ddT IdII
Dòng qua Điốt
∫+ +== απ
α π
απθπ 22
1
ddD IdII
Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua sơ cấp máy biến áp
π
αθπ
π
α −== ∫ 11 22 dd IdII
Nhận xét : Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển 1 pha không đối xứng có cấu tạo đơn
giản, gọn nhẹ , dễ điều khiển , tiết kiệm van . Thích hợp cho các máy có
công suất nhỏ và vừa.
2. Đường đặc tính biểu diễn
Kết luận :
Cả hai phương án dùng sơ đồ chỉnh lưu đối xứng cầu ba pha và chỉnh lưu
không đối xứng cầu ba pha đều có nhiều kênh điều khiển, nhiều Tiristor nên
giá thành cao không kinh tế.
Do yêu cầu của đầu bài, vì số kênh điều khiển ít nên ta chọn sơ đồ chỉnh
lưu điều khiển cầu 1 pha đông đối xứng. Chúng có một số ưu điểm:
- Hiệu suất sử dụng máy biến áp cao hơn một số sơ đồ như cầu 1 pha đối
xứng.
- Đơn giản hơn vì số lượng Tiristor giảm xuống chỉ còn 2 nên mạch điều
khiển có ít kênh điều khiển hơn, bảo đảm kinh tế hơn.
- Cùng một dải điều chỉnh điện áp một chiều thì cầu không đối xứng điều
khiển chính xác hơn
Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha không đối
xứng dùng cho mạch lực mạch nạp ắcqui tự động . Phương án này vừa đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế.
PHẦN III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC
Ta chọn phương án thiết kế cho mạch nạp ắcqui là sơ đồ chỉnh lưu cầu 1
pha không đối xứng. Sơ đồ nguyên lý mạch lực như sau :
T1 D 64,8 V
~ 220 V Rf
T2 D Rs
I. Tính chọn van mạch lực.
1. Số liệu cho trước
Điện áp nguồn 3 pha : 220/380 V ; f = 50 Hz
2. Yêu cầu đầu ra : Nguồn một chiều tự động nạp ắcqui
Udmax = 64,8 V
Idmax = 90 A
Để bảo đảm cho van làm việc tin cậy , an toàn ở mọi điều kiện ta chọn :
vanng
thuc
ng UU maxmax 7,0≤
Trong đó : -
thuc
ngU max là điện áp ngược trên van khi làm việc ở chế độ định
mức.
-
van
ngU max là điện áp ngược trên van khi van khoá .
( tra sổ tay )
3. Tính toán với sơ đồ đã chọn
VUUU d
thuc
ng 1028,6422
2 max2max ==== ππ
Do đó điện áp ngược trên van khi khoá là:
V
UU
U
thuc
ng
thuc
ngvan
ng 1706,0
102
6,07,05,0
maxmax
max ===÷=
Dòng điện trung bình qua van
A
I
I dthucTBV 452
90
2
max
max ===
Vì tải có công suất nhỏ nên ta chọn điều kiện làm mát cho van là làm mát tự
nhiên, dùng cánh tản nhiệt chuẩn với đối lưu không khí.
Ta có maxmax )3,02,0( TBV
thuc
TBV II ÷=
Do đó A
III
thuc
TBV
thuc
TBV
TBV 18025,0
45
25,0)3,02,0(
maxmax
max ===÷=
Vậy điều kiện để chọn van là:
AI
VU
TBV
van
ng
180
170
max
max
≥
≥
Trong sơ đồ này chế độ làm việc của Tiristor và Điốt như nhau nên điều kiện
chọn van giống nhau.
- Van điều khiển TB – 200
Thông số van như sau :
svdtdu
sAdtdi
VU
AI
st
VU
AI
kVU
g
g
off
TBV
van
ng
μ
μ
μ
/1000/
/200/
5
35,0
20
4,2
200
8,005,0
max
max
<
=
=
=
=
=Δ
=
÷=
- Điốt :
Chọn loại B – 200
Thông số như sau :
VU
VU
AI
im
tb
7,0
1000100
200
=Δ
÷=
=
II. Mạch bảo vệ Tiristor :
T
R C
Để bảo vệ van ta dùng mạch RC đấu song song với van nhằm bảo vệ quá
áp do tích tụ điện khi chuyển mạch gây nên.
Các thiết bị bán dẫn nói chung cũng như Tiristor rất nhạy cảm với điện áp và
tốc độ biến thiên điện áp (
dt
du ) đặt lên nó .
Các nguyên nhân gây nên quá áp thì chia thành hai loại :
- Nguyên nhân bên ngoài : Do cắt đột ngột mạch điện cảm,do biến đổi đột
ngột cực tính của nguồn, khi cầu chảy bảo vệ đứt hoặc khi có sấm sét.
- Nguyên nhân bên trong ( nội tại ) : Khi van chuyển từ trạng thái mở sang
trạng thái khoá, do sự phân bố không đều điện áp trong các van mắc nối tiếp.
Ở đây ta quan tâm đến việc bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân bên
trong gây ra.
i
t
Nguyên nhân quá điện áp trên van là do sự suất hiện dòng điện ngược chảy
qua mỗi van khi nó chuyênr từ trạng thái mở sang trạng thái khoá. Dòng
điện ngược này suy giảm rất nhanh do vậy sẽ suất hiện sự quá điện áp
dt
diLU qda =
Để khắc phục hiện tượng quá điện áp này ta dùng mạch R-L-C nhưng do
mạch đã có tính chất điện cảm nên ta chỉ cần dùng mạch R-C đấu song song
như hình vẽ.
Khi van khóa dòng điện ngược sẽ chuyển từ van sang mạch bảo vệ.
III. Tính toán máy biến áp lực
- Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp : Theo sách thiết kế máy
biến áp ; tra với sơ đồ cầu ta có :
U2 = 1,11Udmax = 1,11.64,8 = 72 V
I2 = 1,11Idmax = 1,11.90 = 100 A
- Công suất biểu kiến MBA :
S2 = U2.I2 = 72.100 = 7,2 kVA
- Chọn mạch từ 3 trụ , tiết diện trụ tính theo công thức
fC
SKQ
.
2=
Trong đó : - C : Số trụ mạch từ
- f : Tần số nguồn
- K = 5 ÷ 6
2750.5
72005 ==Q cm2
Chọn lõi thép có tiết diện 30 cm2 làm bằng vật liệu sắt từ dày 0,5 mm , lá
thép dập hình chữ ψ và chữ I ghép lại
Tính số vòng/vôn. Theo công thức kinh nghiệm có :
5,130
45 ===
Q
KWo vòng/vôn
- Số vòng cuộn sơ cấp :
3305,1.220.11 === oWUW vòng
- Số vòng dây cuộn thứ cấp :
1085,1.7222 === oWUW vòng
- Dòng điện thứ cấp :
7,32220
100.72
1
22
1 === U
IUI A
Chọn mật độ dòng điện J = 3 A/mm2
Ta có tiết diện dây quấn 9,103
7,321
1 === J
Is mm2
3,333
1002
2 === J
Is mm2
Đường kính dây quấn sơ cấp 7,3
9,10.44 1
1 === ππ
sd mm
Đường kính dây quấn sơ cấp 5,6
3,33.44 2
2 === ππ
sd mm
Theo sách điện tử công suất ta có dây tiết diện tròn như sau
d1 = 4,1 mm ; 117 gam/m
d2 = 7 mm ; 220 gam/m
PHẦN IV
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. Yêu cầu và nguyên tắc điều khiển
1. Mục đích và yêu cầu
- Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristor có vai
trò quyết định đến chất lượng, độ tin cậy của bộ biến đổi. Mạch điều khiển
rất đa dạng, nhưng với hệ thống mạch lực cụ thể của mạch nạp cần có một
hệ điều khiển thích ứng. Với mạch này, hệ điều khiển sẽ phát xung mở
2Tiristor
T1 và T2. Các Tiristor sẽ mở khi thoả mãn đồng thời 2 điều kiện :
+ Một điện áp dương đủ lớn đặt lên 2 cực của Tiristor theo hướng từ Anôt
đến Katốt.
+ Xung điện áp dương đưa vào cực điều khiển phải đủ lớn (biên độ, độ
rộng)
Để làm thay đổi điện áp ra tải chỉ cần thay đổi thời điểm phát xung điều
khiển, tức là thay đổi góc mở của các van. Ưu điểm của Tiristor là chỉ cần
dòng và áp điều khiển nhỏ nhưng có thể chịu được dòng và áp rất lớn chảy
qua.
- Hệ thống mạch điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu:
+ Phát xung điều khiển chính xác và đúng thời điểm mà người thiết kế đã
tính toán sẵn.
+ Các xung điều khiển phát ra phải đủ lớn về biên độ và độ rộng để mở các
van.
+ Xung điều khiển phải có độ đối xứng cao và đảm bảo được phạm vi điều
chỉnh góc mở.
+ Dạng xung được điều chỉnh thích hợp và tác động nhanh.
+ Đảm bảo hoạt động tốt, độ tin cậy cao khi điện áp nguồn thay đổi giá trị
biên độ .
Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện ra tải
và bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố quá dòng hay ngắn mạch tải.
2. Nguyên tắc điều khiển.
Để điều chỉnh góc mở của các Tiristor trong nửa chu kì điện áp dương ta
thường dùng hai nguyên tắc điều khiển : Thẳng đứng tuyến tính và thẳng
đứng arccos.
a. Nguyên tắc điều chỉnh thẳng đứng tuyến tính
Theo nguyên tắc này ta dùng hai điện áp :
- Điện áp đồng bộ , có dạng răng cưa, đồng bộ với điện áp đặt trên Anốt và
Katốt của Tiristor, kí hiệu là Ur .
- Điện áp điều khiển là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên độ,
kí hiệu là Uc
Dạng đồ thị được biểu diễn như hình sau :
Tổng đại số của Ur + Uc được đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng
cách làm biến đổi Uc ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra
tức là thời điểm điều chỉnh góc α .
Khi Uc = 0 ta có α = 0
Uc 0
Quan hệ giữa α và Uc được biểu diễn qua công thức sau :
maxr
c
U
Uπα =
Người ta thường chọn Ur max = Uc max
b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS
Theo nguyên tắc này người ta cũng dùng cả hai điện áp để điều chỉnh góc
mở α của Tiristor.
- Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên
độ theo hai hướng ( âm và dương ).
Ur
Uc
Ur
Ur +
Uc
α α
ϖt
uc
- Điện áp đồng bộ Ur vượt trước điện áp UAK của Tiristor một góc bằng
2
π
Nếu UAK = A.sinωt
Thì Ur = B.cosωt
Dạng đồ thị được biểu diễn như hình sau:
Từ điện áp UAK ta tạo ra Ur . Tổng đại số Ur + Uc được đưa đến đầu vào
khâu so sánh.
Khi Ur + Uc = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh:
Uc + Bcosα = 0.
Nên )arccos( B
U c−=α . Chọn B = Ucmax
Khi đó Uc = 0 ta có α = π/2
Uc = Ucmax α = π
Uc = -Ucmax α = 0
II. Sơ đồ khối và chức năng
Dựa trên nguyên tắc điều khiển và yêu cầu của công nghệ ta thiết lập
được sơ đồ khối của bộ điều khiển
Ung ĐF SS KĐ
Tạo xung
Uc
0
Ur
Ur + Uc
α Uc
ϖt
Uđk
Trong đó:
Ung : Điện áp nguồn
Uđk : Điện áp điều khiển
- Khâu đồng pha ( ĐF ) có nhiệm vụ tạo điện áp trùng pha với điện áp anôt
của Tiristor. Tín hiệu đồng pha thường có các dạng sau:
+ Răng cưa
+ Chữ nhật
+ Thang
+ Cosin
- Khâu so sánh có nhiệm vụ giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk tìm
thời điểm hai điện áp này bằng nhau ( Uđk = Urc ). Tại thời điểm hai điện áp
này bằng nhau thì phát xung đầu ra để gửi sang tầng khuyếch đại và tạo
xung
- Khối khuyếch đại và tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở
Tiristor. Xung mở Tiristor có yêu cầu : Sườn trước đốc thẳng đứng để đảm
yêu cầu mở tức thì khi có xung điều khiển ( Thường là xung kim hoặc xung
chữ nhật ) đủ độ rộng xung với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của
Tiristor đủ công suất cách ly mạch điều khiển và mạch động lực ( vì điện áp
mạch động lực quá lớn ).
III. Mạch điều khiển.
I. NGUYÊN TẮC ỔN ÁP ỔN DÒNG:
Mạch nạp ác quy tự động phải sử dụng hai nguyên tắc:
1. Ổn dòng trong giai đoạn đầu của quá trình nạp.
2. Ổn áp trong giai đoạn nạp ác quy no.
Muốn thực hiện được điều này ta phải biết được chế độ ổn áp và ổn
dòng của bộ chỉnh lưu.
Trong trường hợp này ta xét bộ chỉnh lưu mmột pha- 2
1 chu kỳ
Z t¶i§K B§
U®Æt
1. Nguyên tắc ổn dòng:
Ban đầu bộ chỉnh lưu chạy không tải với điện áp không tải U0 . Khi
nối tải dòng điện qua tải quá độ tăng dần tới giá trị ổn định. Tại đây bộ biến
đổi thực hiện quá trình ổn dòng như sau:
a) ổn dòng theo sườn trước:
Nguyên tắc điều khiển Uđk = Ud + Uf
_Ban đầu điện áp ra của bộ chỉnh lưu là điện áp không tải Ud = U0, Id = 0 khi
nối tải vào dòng điện Id tăng dần kéo theo điện áp phản hồi Uf tăng. Do Uđk
= Uf + Ud Nên Uđk tăng dẫn tới điện áp ra của bộ chỉnh lưu giảm dần. Do Ud
giảm dần làm tốc độ tăng dòng điện giảm cho tới khi Id = Iôd . Tại giá trị ổ
định Id0 điện áp bộ chỉnh lưu là U0đ
_Nếu vì một lý dô nào đó dòng điện tăng hơn I0đ → Uf tăng → Uđk tăng làm
điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu giảm xuống Ud < U0đ. Chính vì điều này làm
dòng điện chỉnh lưu giảm dần với tốc độ ổn định.
_Ngược lại nếu Id giảm ( Id < I0d ) dòng điện sẽ tự động tăng tới giá trị ổn
định.
b) Theo sườn sau:
_Ban đầu điện áp bộ chỉnh lưu là Ud = U0, Id = 0
_ Nối tải dòng điện tăng dần Uf tăng dần → Uđk tăng làm điện áp ra giảm.
_Dòng điện chỉnh lưu đang duy trì ổn định. Vì một lý do nào đó dòng điện
tăng dẫn đến Uf tăng làm Uđk giảm làm góc mở α tăng Ud giảm nhỏ hơn U0d
dòng điện sẽ giảm dần tới giá trị ổn định.
Tương tự như vậy nếu dòng điện giảm.
Kết luận:
Như vậy nếu thựu hiện ổn dòng ta phải:
_Phản hồi âm dòng điện nếu điều khiển theo sườn sau.
_Phản hồi dương dòng điện nếu điều khiển theo sườn trước.
2. Nguyên tắc ổn áp:
Ban đầu bộ chỉnh lưu chạy không tải với điện áp không tải U0 . Khi
nối tải dòng điện qua tải quá độ tăng dần tới giá trị ổn định. Tại đây bộ biến
đổi thực hiện quá trình ổn áp như sau:
a) ổn áp theo sườn trước:
Nguyên tắc điều khiển Uđk = Ud + Uf
_Ban đầu điện áp ra của bộ chỉnh lưu là điện áp không tải Ud = U0, Id = 0 khi
nối tải vào dòng điện Id tăng dần kéo theo điện áp phản hồi Uf tăng. Do Uđk
= Uf + Ud Nên Uđk tăng dẫn tới điện áp ra của bộ chỉnh lưu giảm dần. Do Ud
giảm dần tới Uôđ
_Nếu vì một lý dô nào đó điện áp tăng hơn Uôđ → Uf tăng → Uđk tăng làm
điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu giảm xuống Ud = Uôđ.
_Ngược lại nếu Ud giảm điện áp sẽ tự động tăng tới giá trị ổn định.
b) Theo sườn sau:
_Ban đầu điện áp bộ chỉnh lưu là Ud = U0, Id = 0
_ Nối tải điện áp tăng dần Uf tăng dần → Uđk tăng làm điện áp ra giảm.
_Điện áp chỉnh lưu đang duy trì ổn định. Vì một lý do nào đó điện áp tăng
dẫn đến Uf tăng làm Uđk giảm làm góc mở α tăng Ud giảm dần tới giá trị ổn
định. Tương tự như vậy nếu dòng điện giảm.
Kết luận:
Như vậy nếu thựu hiệ
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nap_ac_quy_7819_3256.pdf