Thiết kế mạch băm xung một chiều có đảo chiều

trì cho dòng điện theo chiều cũ và khép mạch qua S2,Đ4. Trạng thái 2: E<Et : Động cơ làm việc ở góc phần tư thứ 2 (chế độ hãm) +Trong khoảng 0t1 :Động cơ trả năng lượng về nguồn thông qua các Điôt Đ1,Đ2 (IĐ1=IĐ2=It) +Trong khoảng t1T :S4 dẫn ,dòng tải khép mạch qua Đ2 ,S4 (IĐ2=IS4=It) Trạng thái 3: E=Et : +Trong khoảng 0t0: Et >E :Động cơ trả năng lượng về nguồn qua Đ1 và Đ2 (IĐ1=IĐ2=It) +Trong khoảng t0t1 :E>Et : Động cơ làm việc ở chế độ động cơ Năng lượng từ nguồn qua S1 ,S2 cấp cho động cơ +Trong khoảng t1t2: S1 khóa ,S4 mở .Năng lượng tích luỹ trong điện cảm sẽ cấp cho động cơ và duy trì dòng điện qua Đ2 ,Đ4 +Trong khoảng t2T :Khi năng lượng dự trữ trong điện cảm hết ,suất điện động động cơ sẽ đảo chiều dòng điện và dòng tải sẽ khép mạch qua S4 ,Đ2 +E 0 0 0 0 0 0 0 0 t t t t t t t t it it it Ut UG3 UG2 UG4 UG1 -E Để động cơ làm việc theo chiều ngược lại ,luật điều khiển các van sẽ thay đổi theo chiều ngược lại. Lúc đó van T4 luôn dẫn, T1 luôn khóa; cặp vanT2 và T3 đóng mở ngược pha nhau. UG3 UG2 UG4 UG1 t t t 0 0 0 0 +E -E ● Các biểu thức tính toán: +Giá trị dòng trung bình qua tải Ta có Do đó R.It +E=U +Dòng trung bình qua van Với Rút gọn ta có IS =It +Dòng trung bình qua Điôt +Giá trị trung bình điện áp ra tải Ut=U Vậy để điều khiển động cơ ta chỉ cần điều khiển để điều chỉnh điện áp ra tải c.Phương phỏp điều khiển đối xứng Cỏch 1: Điện ỏp ra đơn cực tớnh (Unipolar Voltage Switching) Nguyờn tắc điều khiển Chu kỡ đúng cắt của cỏc van bỏn dẫn là 2T; S1 dẫn trong khoảng , S2 dẫn trong khoảng ;S3 dẫn trong khoảng , và S4 dẫn trong khoảng . +Chế độ làm việc ở gúc phần tư 1() t t t 0 0 t t t * Trong khoảng 1, S1 và S2 được kớch dẫn, động cơ được nối với nguồn U, dũng phần ứng tăng. * Trong khoảng2, S2 tắt, S3 được kớch dẫn, do phần ứng cú tớnh chất điện cảm nờn dũng qua phần ứng ngắn mạch qua S1 và D3. Lỳc này điện ỏp đặt lờn động cơ là 0, dũng trong động cơ giảm. * Trong khoảng 3, S2 lại được kớch dẫn, S3 tắt, do đú động cơ được cấp điện ỏp U từ nguồn, dũng qua phần ứng tăng. * Trong khoảng 4, S4 được kớch dẫn, S1 tắt, do đú dũng qua phần ứng khộp mạch qua S2 và D4, dũng qua phần ứng giảm do ngược chiều suất điện động E. +Chế độ làm việc ở gúc phần tư 2(). Để chuyển từ chế độ động cơ sang chế độ hóm tỏi sinh bằng cỏch sthay đổi chiều dũng điện tức là tức là giảm γ hoặc tăng E.Để quỏ trỡnh điều khiển được đơn giản ta chọn phương phỏp giảm γ gần tới 0,5 mà do tớnh quỏn tớnh của động cơ nờn E biến đổi chậm, do đú , dũng qua phần ứng đổi chiều. t t t 0 0 t t t * Trong khoảng 1: S1 và S3 nhận tớn hiệu điều khiến, sức điện động sinh ra dũng điện chảy qua D1 và S3. Trong khoảng này, dũng qua phần ứng tăng và tớch lũy năng lượng trong điện khỏng mạch phần ứng. * Trong khoảng 2: S3 tắt, S1 và S4 được kớch dẫn, do tớnh chất điện khỏng nờn dũng qua phần ứng sẽ qua D1, U và D4, năng lượng được đưa trả về nguồn, dũng qua phần ứng giảm. * Trong khoảng 3: S1 tắt, S2 và S4 được kớch dẫn, khi đú dũng qua phần ứng khộp mạch qua S2 và D4, dũng qua phần ứng tăng. * Trong khoảng 4: S1 và S4 được kớch dẫn, S2 tắt,dũng phần ứng chảy qua D1, U và D4,năng lượng phần ứng trả về nguồn, dũng qua phần ứng giảm. Chế độ làm việc của động cơ ở cỏc gúc phần tư 3 và 4 ứng với . Cỏch 2: Điện ỏp ra đảo cực tớnh (Bipolar Voltage Switching) Nguyờn tắc điều khiển theo phương phỏp điều khiển này cỏc cặp van S1 và S2; S3 và S4 lập thành hai cặp van mà trong mỗi cặp thỡ hai van được điều khiển đúng cắt đồng thời. Tớn hiệu điều khiển được tạo ra bằng cỏch so sỏnh điện ỏp điều khiển với điện ỏp tựa (thường là dạng xung tam giỏc): -Nếu Udk>utua thỡ S1 và S2 được kớch dẫn; S3 và S4 được kớch tắt. -Nếu Udk<utua thỡ S1và S2 được kớch tắt; S3 và S4 được kớch dẫn. ● Biểu đồ dạng súng dũng, ỏp trờn tải t t t t t t 1 2 3 4 ● Chế độ hoạt động: +Trong khoảng 1: S1 và S2 được kớch dẫn, S3 và S4 được kớch tắt, động cơ được nối với nguồn U, dũng qua phần ứng tăng đến giỏ trị Imax. +Trong khoảng 2:S1và S2 được kớch tắt,S3 và S4 được kớch dẫn,nhưng do tải cú tớnh cảm khỏng nờn dũng điện phần ứng khộp mạch qua D3 và D4 về nguồn, S3 và S4 bị đạt điện ỏp ngược bởi hai diode D3 và D4 nờn khoỏ, dũng id giảm từ Imax về 0. +Trong khoảng 3:S3 và S4 được kớch dẫn, điện ỏp đặt lờn động cơ là –U, dũng id tăng theo chiều ngược lại (giảm từ 0 về Imin theo chiểu dương). +Trong khoảng 4: S3 và S4 được kớch tắt, S1 và S2 được kớch dẫn, nhưng do trước đú dũng id chạy theo chiều ngược lại nờn dũng id tiềp tục chảy theo chiều cũ, khộp mạch qua cỏc diode D1 và D2 về nguồn; S1 và S2 bị đặt điện ỏp ngược bởi hai diode D1 và D2 phõn cực thuận nờn khoỏ, do đú id giảm theo chiều ngược lại từ Imin về 0. *) Kết luận: +) Chọn mạch lực Qua cỏc mạch phõn tớch ở trờn ta thấy để phự hợp đảo chiều động cơ (một cỏch chủ động) ta chọn bộ chopper lớp E (cầu BXDC), mạch này cho phộp năng lượng đi theo 2 chiều Ud, Id cú thể đảo chiều một cỏch độc lập. Hơn nữa mạch này rất thụng dụng (dựng trong DC-DC, DC-AC converter) do đú việc tỡm mua cỏc phần tử cũng dễ dàng hơn +) Chọn phương phỏp điều khiển Trong mạch này ta chọn cỏch điều khiển không đối xứng. Đây là phương pháp diều khiển thông dụng và cho chất lượng điện áp ra tốt nhất. Mặt khỏc cỏch điều khiển này cho phộp chỳng ta đảo chiều động cơ dễ dàng do khi đảo chiều (chuyển chế độ làm việc) ta chỉ việc điều chỉnh chiết áp theo mạch điều khiển. +)Chọn van bỏn dẫn Trong sơ đồ chopper lớp E ta chọn van bỏn dẫn là IGBT vỡ: IGBT là phần tử kết hợp khả năng đúng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu quỏ tải lớn của transistor thường, tần số băm điện ỏp cao thỡ làm cho động cơ chạy ờm hơn Cụng suất điều khiển yờu cầu cực nhỏ nờn làm cho đơn giản đỏng kể thiết kế của cỏc bộ biến đổi và làm cho kớch thước hệ thống điều khiển nhỏ ,hơn nữa nú cũng làm tiết kiệm năng luợng (điều khiển) IGBT là phần tử đúng cắt với dũng ỏp lớn, nú đang dần thay thế transistor BJT nú ngày càng thụng dụng hơn do đú việc mua thiết bị cũng đơn giản hơn.Cựng với sự phỏt triển của IGBT thỡ cỏc IC chuyờn dụng điều khiển chỳng (IGBT Driver) ngày càng phỏt triển và hoàn thiện do đú việc điều khiển cũng chuẩn xỏc và việc thiết kế cỏc mạch điều khiển cũng đơn giản, gọn nhẹ hơn. Sơ đồ mạch lực : II.3 THIẾT KẾ MẠCH LỰC Chọn tần số băm xung f = 400 Hz II.3.1 Tớnh toỏn chọn van II.3.1.1 Chọn Diode cụng suất Qua phõn tớch cỏc mạch lực trờn ta thấy: +Dũng điện trung bỡnh chạy qua Diode ID = (1-)It Với giỏ trị dũng điện định mức động cơ là Itđm =35(A) Chọn chế độ làm mỏt là van cú cỏnh toả nhiệt với đủ diện tớch bề mặt và cú quạt thụng giú, khi đú dũng điện làm việc cho phộp chạy qua van lờn tới 50 % . Lỳc đú dũng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax ==70(A) Qua cỏc biểu đồ ta thấy :Điện ỏp ngược cực đại đặt lờn mỗi Diode (bỏ qua sụt ỏp trờn cỏc van ) là Ungmax=E=100(V) Chọn hệ số quỏ điện ỏp ku = 2.5 Ungv =ku.Ungmax = 2.5*100=250 (V). Từ hai thụng số trờn ta chọn 4 Diode với cỏc thụng số sau : Ký hiệu ItbMAX(A) UnMAX(V) Iđ(A) SWPC08NO75 75 800 1300 Trong đú : Imax :dũng điện làm việc cực đại cho phộp qua van Ungv : điện ỏp ngược cực đại cho phộp đặt lờn van Ipik : đỉnh xung dũng điện ΔU :tổn hao điện ỏp ở trạng thỏi mở của Diode Ith : dũng điện thử cực đại Ir :dũng điện rũ ở nhiệt độ 250 C Tcp : nhiệt độ cho phộp làm việc. II.3.2 Chọn cỏc van bỏn dẫn Xuất phỏt từ yờu cầu về cụng nghệ ta phải chọn van bỏn dẫn là loại van điều khiển hoàn toàn là IGBT. +Tớnh dũng trung bỡnh chạy qua van: Qua phõn tớch cỏc mạch lực trờn ta thấy: Dũng điện trung bỡnh chạy qua van là : IS =It Với giỏ trị dũng điện định mức động cơ là Itđm =35(A) + Chọn chế độ làm mỏt là van cú cỏnh toả nhiệt với đủ diện tớch bề mặt và cú quạt thụng giú, khi đú dũng điện làm việc cho phộp chạy qua van lờn tới 50 % . Lỳc đú dũng điện qua van cần chọn : Iđmv = ki Imax ==70(A) Qua cỏc biểu đồ ta thấy :Điện ỏp ngược cực đại đặt lờn mỗi bóng IGBT (bỏ qua sụt ỏp trờn cỏc van ) là Ungmax=E=100(V) Chọn hệ số quỏ điện ỏp ku = 2.5 Ungv =ku.Ungmax = 2.5*100=250(V). Từ cỏc tớnh toỏn trờn ta chọn 4 van IGBT …cú cỏc thụng số sau: Chủng loại Icmax (A) Vce (V) Pd max(W) Vce Bão hoà Ices UGE max (v) UGEth max (v) IGE(mA) IXSH40N60 70 600 1200 2,5 1000 ±20 1500 III.Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu một chiều cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Thông số động cơ : +Điện áp định mức phần ứng động cơ Uđm=100 (V) +Dòng điện định mức phần ứng động cơ Iđm=35(A) 1.Tính toán máy biến áp chỉnh lưu . +)Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây D/Y làm mát bằng không khí tự nhiên . Máy biến áp công suất nhỏ ,chỉ cỡ chục KVA trở lại ,sụt áp trên điện trở lớn khoảng 4% ,sụt áp trên cuộn kháng ít hơn khoảng 2% .Điện áp sụt trên 2 Điôt khoảng 2V +)Tính các thông số cơ bản : 1-Tính công suất biểu kiến của Máy biến áp : S = Ks . Pd 2-Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : Up =380 (V) 3-Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : Udo =Ud +2. DUv +DUdn + DUba Trong đó : 2.DUv =2 (V) là sụt áp trên 2 Điôt mắc nối tiếp DUdn 0 là sụt áp trên dây nối DUba = DUr + DUx là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp . Chọn sơ bộ : DUba =6% .Ud =6% .100 = 6 (V) Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có : Ud0 ==100+2+0+6=108(V) Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp : U2= ==43,2 (V) 4-Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp : I2 === 28,6 (A) 5-Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = KbaI2 = .I2 = . 28,6 = 3,25 (A) *)Tính sơ bộ mạch từ (Xác định kích thước bản mạch từ) 6-Tiết diện sơ bộ trụ . QFe =kQ . Trong đó : kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6. m là số trụ của máy biến áp f là tần số xoay chiều, ở đây f = 50 (Hz) Ta có công suất biểu kiến của máy biến áp là : S2= 3.U2.I2=3.43,2.28,6=2471,04(VA) S1=3.U1.I1=3.380.3,25=3705(VA) Thay số ta được : QFe=6 . =4,5273(cm2) 7-Đưòng kính trụ : d = = = 2,4 (cm) Chuẩn đoán đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 2,5(cm) 8-Chọn loại thép $330 các lá thép có độ dày 0,5 mm Chọn mật độ từ cảm trong trụ Bt =1 (T) 9-Chọn tỷ số m= = 4,3 , suy ra h = 4,3 . d = 4,3.2,5 = 10,75 (cm) Ta chọn chiều cao trụ là 12( cm) *)Tính toán dây quấn . 10- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp . W1== = 3773 (vòng) Lấy W1= 3773 vòng 11- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp : W2 = .W1=.3773 = 429(vòng) Lấy W2= 429( vòng) 12- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp . Với dây dẫn bằng đồng ,máy biến áp khô ,chọn J1= J2= 2 (A/mm2) 13- Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp . S1 = = = 1,625(mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật ,cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 6.8(mm2) Kích thước dây dẫn phần cách điện S1cđ = a1.b1= 1,1.2.5 =2.75(mm x mm) 14- Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp . J1= = = 1.968 (A/mm2)< 2(A/mm2); thoả mãn giá trị đã chọn. 15- Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp . S2 = = = 14,3 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật ,cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S2= 14.5 (mm2) Kích thước dây dẫn phần cách điện : S2cđ = a2.b2 = 3,64.1,5=5.46 (mm x mm) 16- Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp . J2= = =1.97(A/mm2)<2(A/mm2); thoã mãn giá trị đã chọn. *)Kết cấu dây dẫn sơ cấp : Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục 18- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp . W11= . kc=.0,95 = 44 (vòng) Trong đó : kc= 0,95 là hệ số ép chặt . h là chiều cao trụ . hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp . Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5 cm . 19- Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n11= = = 86 (lớp) 20- Chọn số lớp n11= 315 lớp. Như vậy có 314lớp_ mỗi lớp 44 vòng 21- Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h1= = = 11,58 (cm) 22- Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01= 0,1 cm. 23- Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp a01= 1,0 cm . 24- Đường kính trong của ống cách điện . Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =2,5 + 2.1 - 2.0,1 = 4,3 (cm) 25- Đường kính trong của cuộn sơ cấp . Dt1= Dt + 2.S01=4,3 + 2.0,1= 4,5 (cm) 26- Chọn bề dầy giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11= 0,1 mm 27- Bề dầy cách điện cuộn sơ cấp . Bd1= (a1+cd11).n11= (1,1 + 0,1).3 =3,6 (cm) 28- Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp . Dn1= Dt1+2.Bd1=4,5 + 2.3,6= 11,7 (cm) 29- Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp . Dtb1= == 8,1 (cm) 30- Chiều dài dây quấn sơ cấp . l1 = W1.p.Dtb= p.3773.8,1.10-2 =959,625 (m) 31- Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :cd01= 1,0 cm *) Kết cấu dây quấn thứ cấp . 32- Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp . h1= h2 = 11,58 (cm) 33- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp . W12= = = 31(vòng) 34- Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp . n12= = = 14 (lớp) 35- Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n12= 14 lớp , 13 lớp đầu31 vòng, lớp cuối cùng 26 vòng. 36- Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp h2= = = 11,88 (cm) 37- Đường kính trong của cuộn thứ cấp. Dt2 = Dn1+ 2.a12 = 11,7 + 2.1,1 =14 (cm) 38- Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22= 0,1 (mm) 39- Bề dầy cuộn sơ cấp . Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,364 + 0,01).2= 0,748 (cm) 40- Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 14 + 2.0,748 =15,496 (cm) 41- Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp . Dtb2= = = 14,75 (cm) 42- Chiều dài dây quấn thứ cấp . l2 = p.W2.Dtb2 = p.429.14,75 = 198,69 (m) 43- Đường kính trung bình các cuộn dây . D12= = =14,748 (cm) r12= = 7,347 (cm) 44- Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp :a22= 2 (cm) *)Tính kích thước mạch từ . 45- Với đường kính trụ d= 8 cm ,ta có số bậc là 3 trong nửa tiết diện trụ . 46- Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ . Qbt= 2.(1,6.5,5+1,1.4,5+0,7.3,5) = 32,4 (cm2) 47- Tiết diện hiệu quả của trụ . QT= khq.Qbt = 0,95.14 =13,3 (cm2) 48- Tổng chiều dày các bậc thang của trụ . dt = 2.(1,6+1,1+0,7)= 6,8 (cm) 49- Số lá thép dùng trong các bậc . Bậc 1 n1= = 64 lá Bậc 2 n2= = 44 lá Bậc 3 n3= = 28 lá *)Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ ,ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau . Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ : b = dt = 6,8 cm Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ : a = 5,5 cm Tiết diện gông Qbg= a x b = 37,4 (cm2) 50- Tiết diện hiệu quả của gông . Qg= khq.Qbg = 0,95 .37,4 ~ 36 (cm2) 51- Số lá thép dùng trong một gông . hg = = = 136 (lá) 52- Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ . BT = = = 0,2(T) 53- Mật độ từ cảm trong gông . Bg = BT. = 1,5 .= 0,56 (T) 54- Chiều rộng cửa sổ . c= 12mm 55- Tính khoảng cách giữa hai tâm trục . c’ = c+d = 1,2 + 2,5 = 3,7 (cm) 56- Chiều rộng mạch từ . L= 2.c +3.d = 2.1,2 + 3.2,5 = 9,9 (cm) 57- Chiều cao mạch từ . H = h + 2.a = 11,58 + 2.5,5 = 22,58 (cm) *) Tính khối lượng của sắt và đồng . 58- Thể tích của trụ . VT = 3.QT.h = 3.13,3.11,58=462,04 (cm3) 59- Thể tích của gông . Vg = 2.Qg.L = 2.36.9,9 = 712,8 (cm3) 60- Khối lượng của trụ . MT= VT . mFe = 462,04 . 15,14.10-3 = 7 (Kg) 61- Khối lượng của gông . Mg = Vg . mFe = 712,8.15,14.10-3 = 10,79 (Kg) 62- Khối lượng của sắt . MFe= MT+Mg = 7+10,79= 18(Kg) 63- Thể tích đồng . VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.(1,6513.10-4.9596,25+ 14,5.10-4.1986,9) = 14 (dm3) 64- Khối lượng của đồng . MCu = VCu . mCu = 14.17,16 = 240,2(Kg) *) Tính các thông số của máy biến áp . 65- Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0 C . R1= r.= 0,02133. = 12,4 (W) Trong đó r75 = 0,02133 (W) 66- Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C . R2= r.= 0,02133. = 0,3 (W) 67- Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp . RBA = R2 + R1=0,3+ 12,4 =0,46 (W) 68- Sụt áp trên điện trở máy biến áp . DUr = RBA.Id = 0,46 . 35 = 16,1(V) 69- Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp . XBA= 8 .p2.(W2)2..w.10-7 = 8 .p2.4292..314.10-7 = 0,987 (W) 70- Điện cảm máy biến áp qui đổi về thứ cấp . LBA = = = 3,14 (mH) 71- Sụt áp trên điện kháng máy biến áp . DUx = XBA.Id = .0,987.35 = 33 (V) Rdt =.XBA = 0,943 (W) 72- Sụt áp trên máy biến áp . DUBA= = =36,72 (V) 73- Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp . ZBA = = = 1,089(W) 74- Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp . DPn = 3.RBA .I2 = 3.0,46.28,62 = 1128,78 (W) DP% = .100 = .100 = 0,01 % 75- Điện áp ngắn mạch tác dụng . Unr= .100 = .100 = 30,45 % 76- Điện áp ngắn mạch phản kháng . Unx = .100 = .100 =65,34 % 77- Điện áp ngắn mạch phần trăm . Un= == 72,08% 78- Dòng điện ngắn mạch xác lập . I2nm= = = 40(A) 79- Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu . h = = ~99 % 2.Tính chọn Thyristor : Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải ,điều kiện toả nhiệt ,điện áp làm việc ,các thông số cơ bản của van được tính như sau : +)Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu : Unmax=Knv.U2 =Knv .=.100 = 104,67 (V). Trong đó : Knv = Ku= Điện áp ngược của van cần chọn : Unv = KdtU . Un max =2,5 . 104,67 = 261,675(v) Trong đó : KdtU - hệ số dự trữ điện áp ,chọn KdtU =2,5 . +) Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng : Ilv = Ihd = Khd .Id = ==20,21 (A) (Do trong sơ đồ cầu 3 pha ,hệ số dòng hiệu dụng :Khd =) . Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt ; Không có quạt đối lưu không khí ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn : Iđm =Ki . Ilv =3,2 .20,21 = 64,672 (A) (Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn Ki =3,2) từ các thông số Unv ,Iđmv ta chọn 6 Diode loại 1N 1195 do nhà sản xuất IR sản xuất có các thông số sau : Điện áp ngược cực đại của van : Un = 300 (V) Dòng điện định mức của van : Iđm =25 (A) Dòng điện thử cực đại : Ith =30 (A) Dòng điện rò : Ir =10 (mA) Sụt áp lớn nhất của Diode ở trạng thái dẫn là : DU = 1,4 (V) Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax=150 oC Tớnh toỏn thiết kế bộ lọc Tớnh toỏn trị số điện cảm : Lấy hệ số đập mạch ra là kdmr = 0.011. Vỡ mạch chỉnh lưu là cầu 1 pha bỏn điều khiển nờn hệ số đập mạch chỉnh lưu là : kcl = 0,057 Từ đú hệ số san bằng : ksb = Tải có điện trở tương đương là: Trị số điện cảm của cuộn khỏng lọc : Dũng điện 1 chiều trung bỡnh qua cuộn cảm Id = 35A Sụt ỏp một chiều trờn cuộn khỏng lọc (thường nằm trong khoảng5ữ10%Ut): ∆Uckl = 5V Sụt ỏp xoay chiều cho phộp tối đa trờn cuộn khỏng lọc lấy ∆U~ = 5V nhiệt độ mụi trường nơi đặt cuộn khỏng Tmt = 40oC Độ chờnh lệch nhiệt độ tối đa cho phộp giữa cuộn dõy điện cảm và mụi trường là ∆T = 50oC . Tớnh kớch thước lừi thộp Kớch thước cơ sở : a = 2,6. Cỏc kớch thước khỏc tớnh theo a. b = 1,5a = 1,5.5,32 = 8 (cm) , c = 0,8. a = 0,8.5,32 = 4,3 (cm), h = 3.a = 3.5,32 = 16 (cm) Tiết diện lừi thộp : Sth = a.b = 128 ( cm2 ) Diện tớch cửa sổ : Scs = h.c = 16.4,3 = 68,8(cm2 ) Độ dài trung bỡnh đường sức : lth = 2.(a + h + c) = 2.(5,32 + 16+ 4,3) = 51,24(cm) Độ dài trung bỡnh của dõy quấn : ldq = 2.(a + b) + . c =2.(5,32 + 8) + .4,3 = 40,142(cm) Thể tớch lừi thộp : Vth= 2ab.(a + h + c) = 2.5,32.8.(5,32 + 16+ 4,3) =2180,78(cm3 ) Tớnh điện trở dõy quấn ở 20oC đảm bảo độ sụt ỏp cho phộp : Số vũng dõy của cuộn cảm : (vũng) Tớnh toỏn mật độ trường : (A/m) Tớnh cường độ từ cảm : (T) Tớnh hệ số theo H và B : Tớnh trị số điện cảm nhận được : trị số này lớn hơn 5% yờu cầu nờn chấp nhận được Tiết diện dõy quấn : =18 mm2 chọn dõy quấn dẹt kớch thước 6 x 3 = 18 mm2 Xỏc định khe hở tối ưu : lkk = 1,6.10-3. w.Id = 1,6.10-3.278.37,67 = 16,76mm Vỡ vậy miếng đệm sẽ cú độ dày : lđệm = 0,5.lkk = 0,5.16,76 = 8,38 mm Tớnh kớch thước cuộn dõy : Chọn lừi cuốn dõy cú độ dày 8mm . Độ cao sử dụng để quấn dõy là : hsd = h - 2∆c = 24,87 – 1 = 23,87 cm Số vũng dõy trong một lớp : .Vậy mỗi lớp quấn 41 vũng. Số lớp dõy : n = w/w’ = 278/40 = 6,95 .Do đú cần quấn 7 lớp. Nếu lấy khoảng cỏch giữa 2 lớp dõy quấn ( giành cho cỏch điện ) là ∆cd=1mm thỡ độ dày của cả cuộn dõy là 7.(0,3 + 0,1) = 2,8cm < 6,69cm = c nờn cuộn dõy lọt trong cửa sổ. Kiểm tra chờnh lệch nhiệt độ (xác định nhiệt độ tối đa của cuôn dây) Tổn thất trong dõy quấn đồng : Tổng thể tớch bề mặt cuộn dõy: Scu = 2.hsd.(a+b+.∆cd)+1,4. ∆cd.( ∆cd+2.a) = =2.23,87.(8,29+12,44+.3)+1,4.3.(.3+2.8,29)=1548,561(cm2) Hệ số phỏt nhiệt α : để đơn giản cú thể lấy α = 0,008 Độ chờnh lệch nhiệt độ : < 50oC Nhiệt độ tối đa trờn cuộn dõy: Tmax = Tmt + ΔT = 40+23,15 = 63,150C IV Mạch điều khiển IV.1. Yêu cầu chung của mạch điều khiển Các yêu cầu chung với mạch điều khiển là: - Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển đó là phảI thay đổi được độ rộng xung điều khiển . - Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển. - Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung (càng cao thì việc mở càng tốt thông thường - Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và với góc điều khiển cần thiết. - Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển min đến max tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tải của mạch lực. - Cho phép động cơ làm việc với các chế độ đã tính toán như chế độ khởi động, hãm tái sinh, đảo chiều quay... - Có độ đối xứng điều khiển tốt, tức là góc điều khiển với mọi van không vượt quá 10 đến 30 điện. - Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt: không được gây ra các nhiễu vô tuyến. - Độ tác động của mạch điều khiển nhanh. - Thực hiện các yêu cầu bảo vệ các van nếu cần như ngắt các xung điều khiển khi có sự cố, thông báo các hiện tượng không bình thường của lưới và bản thân mạch mạch điều khiển . - Có độ tin cậy cao IV.2. Nguyên lý chung của mạch điều khiển Nguyên tắc chung của mạch điều khiển là so sánh một điện áp một chiều UĐK thay đổi được với một điện áp tam giác có tần số cao số cao. Điểm cân bằng giữa Utg và Uđk sẽ là điểm phát xung điều khiển để mở các van bán dẫn. Bằng cách thay đổi UĐK ta sẽ thay đổi được độ rộng xung điều khiển trong khi vẫn giữ tần số điều khiển không đổi. UĐKK *) Tính toán mạch điều khiển. Sơ đồ chung của mạch điều khiển là: UĐ Logic Phân xung Tạo trễ (chống ngắn mạch) IG BT Cách ly quang Tạo dao động Tạo xung răng cưa So sánh Tạo UĐK II.4.1) Chọn các khâu của mạch điều khiển . a) Khâu tạo dao động và khâu tạo điện áp tam giác. Người ta thường dùng khuếch đại thuật toán để tạo ra xung chữ nhật và xung giác . ở đây ta dùng 2 khuếch đại thuật toán :OA1 là 1 trigger smith đầu vào không đảo, OA2 là một khâu tích phân. Chúng tạo thành 1 mạch phát xung chữ nhật và xung tam giác chuẩn. Bằng việc nối mạch Trigger Smith nối tiếp với mạch tích phân có phản hồi sẽ tạo nên dao động: xung chữ nhật ở đầu ra mạch Trigger Smith và xung tam giác ở đầu ra OA2. +) Xét OA1 có dạng: Đây là Trigger Smith đầu vào không đảo với tín hiệ vào của OA1 là Ura2. Điểm lật trạng thái được xác định như sau: Giả thiết IC lý tưởng ta có: UP=UN=0 Ura.R=-Ura.R Với giả thiết các OA là lý tưởng thì ta coi Ura =E và dạng Ura(t) là xung vuông với 2 điểm lật trang thái là . b ) Với OA2: Đây là mạch tích phân. Điện áp vào của mạch tích phân là Ura1 Ta có Ura= Ta có đồ thị dạng Ura(t) và dạng điện áp trên tụ C: Do điểm lật trạng thái của OA1 là nên giá trị đầu vào của Ura là - và giá trị cuối của Uralà + ( quá trình tích phân thuận) và quá trình tích phân ngược thì giá trị đầu ra của Ura là - - Trong khoảng 0t thì Ura =+E= const Ta có: Ura=- Ura = -.E.t1+=- 2 = E.t1 t1=2RC. Từ hình vẽ ta thấy thời gian nạp phóng bằng nhau( với hằng số thời gian RC) và điện áp cuối quá trình phóng nạp có độ lớn bằng nhau. Do đó ta có xung ra đối xứng. Chu kì dao động: T= t1+t2= 2. t1 = 4. RC Hay tần số xung f== 2)Khâu so sánh: Để xác định thời điểm mở van IGBT ta sẽ so sánh 2 tín hiệu là Utựa và Uđk.Ta sẽ dùng khuếch đại thuật toán để thực hiện nhiệm vụ này bởi vì những lý do sau: +Tổng trở vào của OA rất lớn nên không gây ảnh hưởng tới các điện áp đưa vào so sánh ,nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để không tác động sang nhau. +Tầng vào của OA thường là khuếch đại vi sai, mặt khác số tầng nhiều nên hệ số khuếch đại khá lớn. Vì thế độ chính xác so sánh cao, độ trễ không quá vài ms. +Khâu so sánh dùng OA cũng có 2 kiểu đấu các điện áp là so sánh 2 cửa và so sánh 1 cửa. So sánh 1 cửa Hai điện áp Utựa và Uđk được đưa tới cùng 1 cực của OA thông qua 2 điện trở đầu vào R1,R2. Cửa còn lại, để tăng độ chính xác so sánh thì đấu qua điện trở R3=R1//R2 xuống đất. Điểm lật trạng thái là Un=Up=0 =0 Udk=-.Utựa Biểu thức này cho thấy điện áp ra đảo ngược trạng thái thì 2 điện áp so sánh cần phải trái dấu nhau. b)So sánh 2 cửa: Udk và Utựa tới 2 cực khác nhau của OA. Điện áp ra tuân theo quy luật : Ura=Ko.(U+-U-) Với Ko là hệ số khuếch đại của OA Điểm lật trạng thái ứng với Utựa=Uđk. +Khi Utựa >Uđk thì DU= Utựa- Uđk > 0 Uso sánh =+Ura max. +Khi Utựa < Uđk thì DU<0 Uso sánh =- Ura max. Như vậy các điện áp đưa vào so sánh phải cùng dấu thì mới có hiện tượng thay đổi trạng thái đầu ra.Và độ chênh lệch tối đa giữa 2 cửa trạng thái khi làm việc không được vượt quá giới hạn cho phép của loại OA đã chọn. Kết luận: Ta sẽ sử dụng sơ đồ so sánh 2 cửa. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Khi điều chỉnh Uđk thì ta sẽ điều chỉnh được g= tức là điều chỉnh được độ rộng xung. Từ đó sẽ điều chỉnh được điện áp ra tải. 3)Bộ đảo dấu . Vì