Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu thyristor và nghịch lưu

= 4,5.100 = 450(A) Trong đó: ki là hệ số dự trữ dòng điện, chọn ki = 4,5 Từ các thông số Unv = 80(V); Iđmv = 450 (A) ta chọn : Bốn Diod loại SH04C500 có các thông số sau: -Dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 500(A) -Điện áp ngược của Diod : Un = 400 (V) -Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 5500(A) -Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diod : ΔU = 1,5(V) -Dòng điện thử cực đại : Ith = 1600(A) -Dòng điện dò ở 250C : Ir = 50(mA) -Nhiệt độ cho phép : Tcp = 180(0C) II.1.2.Tính toán máy biến áp chỉnh lưu: Điện áp lưới sau khi qua bộ chỉnh lưu cầu có điều khiển cấp điện một chiều cho bộ nghich lưu ,giá trị điện áp ra khỏi bộ chỉnh lưu là: UCL=0,9.ULuới=0,9.220 =198 (V). Sau khâu chỉnh lưu ta dùng tụ lọc để cho điện áp ra bằng phẳng hơn.Và giá trị điện áp ra lớn nhất sau khi lọc là U= 220 =310 (V) với giá trị tụ C là lớn. ở đây ta chọn điện áp vào cuộn sơ cấp máy biến áp là : U1=220 (V). 1-Tính các thông số cơ bản của máy biến áp: a) Điện áp chỉnh lưu không tải: Udo = Ud + 2.Uv +Udn + Uba Trong đó: Uv = 1,5(V) sụt áp trên Diod. Udn: sụt áp trên dây nối amin= 100 góc dữ trự có suy giảm điện lưới: r: Điện trở suất của đồng ở 750C r75= 0,02133 W.mm2Ôm Sdn: Tiết điện của dây nối, chọn mật độ dòng điện là j = 2,75 A/mm2 Uba = Ur + Ux – sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. Với máy biến áp làm việc ở tần số cao, do đó tổn hao trong máy biến áp có lớn hơn so với máy biến áp làm việc ở tần số 50Hz. Ta chọn sơ bộ Uba = 15%Ud Uba = 0,15.25=3,75(V) Udo = 25 +2.1,5 + 3,75 + 0,47 = 32,42(V) b) Công suất tối đa của tải: Pđmax = Udo.Id = 32,42.200 = 6480(W) c) Công suất biến áp nguồn: Sba = Ks.Pđmax = 1,23.6480 = 7970,4(VA) Ks : hệ số công suất theo sơ đồ mạch. d) Điện áp của các cuộn dây: - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 = e) Dòng điện của các cuộn dây: - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 = Id=200(A) K2=1 với sơ đồ chỉnh lưu cầu. - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1 = kba.I2 = Trong đó k1, k2 là các hệ số tra trong bảng 2(TKTBĐTCS) 2-Tính toán sơ bộ mạch từ. a) Tiết diện trụ: QFe của lõi thép biến áp: Chọn trụ hình chữ nhật. QFe = kq. Trong đó: kq – Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kq = 6 m – số trụ của máy biến áp, m = 1 f – tần số nguồn xoay chiều, f = 1000 Hz Thay số: QFe = 6 b) Chọn thép 330 các lá thép có độ dày 0,3 mm. Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT =0,7 (T) 3-Tính toán dây quấn. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: vòng Lấy W1= 42 vòng Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: (vòng) Lấy W2= 7 (vòng) Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô chọn j1= j2 =2,75 A/mm2. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn S1= 11,1 mm2. Kích thước dây có kể cách điện S1cđ = a1.b1 =1,45.8 (mm.mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: Tiết diện dây thứ cấp máy biến áp: Tra bảng VI.2( TKMĐ_Trần Khánh Hà- Nguyễn Hồng Thanh) tiết diện dây chuẩn của dây dẫn thứ cấp máy biến áp: S2 = 73,06 mm2 Tiết diện kể cả cách điện: S2cđ = a2.b2 = 4,4.16,8 (mmm.mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp: 4) Tính kích thước mạch từ. chọn mạch từ có dạng như hình vẽ: C c b H h a a) Chọn trụ hình chữ nhật với các kích thước QFe = a.b, trong đó: a là bề rộng trụ; b là bề dày trụ. Thường thì b/a = 1- 1,5. Ta chọn b/a = 1,2. a.b = 1,2a2 = QFe = 16,94(cm2) a = b = 1,2a = 1,5.3,67 = 4,5(mm). b) Chọn kích thước cửa sổ: Gọi c là chiều rộng cửa sổ; h là chiều cao cửa sổ. Theo kinh nghiệm ta có m = h/a = 2,3; n = c/a = 1,5 là các hệ số phụ. Từ đó ta có: h = m.a = 2,3.3,67 = 8,56(cm) c = n.a = 1,5.3,67 = 5,64(mm) c) Chiều rộng toàn bộ mạch từ: C = 2.c + 2.a = 2.5,64 + 2.3,67 = 18,8(cm) e) Chiều cao mạch từ: H = h + a = 8,65 + 3,67 = 12,41(cm) 5) Kết cấu dây quấn. Dây quấn được bố trí theo dọc trụ với mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp, mỗi lớp dây được quấn liên tục các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng các bìa cách điện. ở đây ta chọn bìa cách điện giữa các lớp dây dày 0,1(mm); giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp là 1(mm); lớp cách điện trong cùng và ngoài cùng là 1(mm). a)Kết cấu dây quấn sơ cấp Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ. - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp: =5vòng Trong đó: kc: hệ số ép chặt kc= 0,95 h: Chiều cao trụ hg:Khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp, chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg= 1 cm - Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: (lớp) Chọn số lớp n11= 9 lớp. Như vậy có 42 vòng có 5 lớp, chọn 4lớp đầu có 9 vòng, lớp thứ 5 có: 42 – 4.9 = 6 vòng. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: b)Kết cấu dây thứ cấp: Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1= h2= 5,26 (cm) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp: vòng Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn thứ cấp: (lớp) Chọn số lớp n11= 3 lớp. Như vậy có 2 lớp đầu quấn 3 vòng ,lớp cong lại quấn 1 vòng. - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: c) Bề dày mỗi cuộn dây: Bd = (a + cd).n Trong đó: Bd – bề dày cuộn dây cần tính cd – bề dày cách điện giữa các lớp. a - đường kính dây - Với cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd1).n11 = (1,45 + 0,1).5 = 7,75(mm) Với cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd2).n12 = (4,4 + 0,1).3 =13,23(mm) 6) Khối lượng sắt và đồng sử dụng: Thể tích của trụ: VT = QT.h = 16,94.5,26 = 89,1 (cm3) =0,089 (dm3) Thể tích của gông: Vg= 2.QT.h +2.Qg.h = 2.16,94.5,26+2.3,67.4,5.3,67=299,43(cm3) = 0,299 (dm3) Khối lượng của trụ: MT= VT.mFe = 0,098.7,85 = 0,7 (kg) Khối lượng của gông: MG= Vg.mFe = 0,299.7,85 = 2,35 (kg) Khối lượng của sắt: MFe= MT+MG = 0,7 + 2,35 =3,05 (kg) Khối lượng của đồng: MCu = VCu.mCu (kg) Trong đó: VCu: thể tích cuộn dây đồng mCu: khối lượng riêng của đồng; mCu = 8,9(kg/dm3) VCu = SCu . l Với: l: là chiều dài của các cuộn dây SCu: là tiết diện dây dẫn Chiều dài dây quấn được tính bằng cách lấy chiều dài mỗi vòng dây nhân với số vòng dây trong cuộn. Các vong dây trong cuộn có chu vi khác nhau nên chúng ta lấy chu vi trung bình để tính. Coi cuộn đây là khối hộp chữ nhật thì chu vi trung bình vòng dây hình chữ nhật bằng: 2.(atb + btb). Như vậy chiều dài dây đồng được tính theo công thức: l = W.2.(atb + btb) Trong đó: W- số vòng dây của mỗi cuộn atb;btb – chiều dài trung bình mỗi cạnh của vòng dây hình chữ nhật. Chúng ta đi tính atb và btb của cuộn sơ cấp và thứ cấp: atb1 = btb1 = atb2 = = btb2 = = - Chiều dài cuộn dây sơ cấp: l1 = W1.2.(atb1 + btb1) = 42.2.(5,54 + 6,28) = 992,88(cm) = 9,93(m) - Chiều dài cuộn dây thứ cấp: l2 = W2.2.(atb2 + btb2) = 7.2.(7,3+ 8,12) = 215,88(cm) = 2,16(m) Thể tích của đồng: VCu= S1.l1 + S2.l2 = 11,1.10-4.9,93.10 +73,06.10-4.2,16.10 = 0,268 dm3 Khối lượng của đồng: MCu= VCu.mCu= 0,268.8,9 = 2,3 (kg) 7)Tính các thông số của máy biến áp. Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C r75= 0,02133 Wmm2/m : Điện trở suất cảu đồng ở 750C. Điện trở cuộn thứ cấp của máy biến áp ở 750C: Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp: Điện trở máy biến áp quy đổi về sơ cấp : Sụt áp trên điện trở máy biến áp: Điện áp rơi trên điện kháng: ΔUX = mf.Xba.Id/ Trong đó: mf: số pha máy biến áp Xba: điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp : Xn = () W2: số vòng dây thứ cấp máy biến áp Rbk: bán kính trong cuộn dây thứ cấp(m) Rbk được tính theo: Chu vi trong = 2(atb2 - Bd2 + btb2 - Bd2) = 2(7,3 –1,32 +8,12 – 1,32) = 2..Rbk Từ đó suy ra Rbk = h: chiều cao cửa sổ mạch từ(m) cd: bề dày các lớp cách điện giữa các cuộn dây với nhau(m) Bd1, Bd2: bề dày cuộn dây sơ cấp và thứ cấp (m) Điện kháng máy biến áp quy đổi về sơ cấp : Điện cảm máy biến áp quuy đổi về thứ cấp: Sụt áp trên điện kháng của máy biến áp: Sụt áp trên máy biến áp: Điện áp trên tải mạ điện khi có góc mở amin= 100 U=Udo.cosamin -DUVD- DUVT- DUba- DUdn Thay số ta được: U = 32,42.cos100- 2.1,5- 3,75- 0,47 = 24,7 (V) Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: tổn hao không tải : P0= 1,2.G.()1,3 .p.B2 Trong đó p là suất tổn hao ứng với B=0,7 tra bảng (Thiết kế máy biến áp) với thép ký hiệu 3404 dày 0,3mm ta có p=0,24 (W/kg). P0= 1,2.5,3.()1,3 .0,24.0,72 =40(W) Điện áp ngắn mạch tác dụng: Điện áp ngắn mạch phản kháng: Điện áp ngắn mạch %: II.3.Tính chọn tranzitor và điốt cho khâu nghịch lưu. Tr2 Ut Zt D3 D1 D2 D4 it a b iS Cd Ed Tr3 Tr4 Tr1 Hình 3-3.Sơ đồ nghịch lưu cầu t2 t1 T2 T4 iS Hình 3-4.Dạng đường cong dòng điện và điện áp. T1, T3 Hoạt động của sơ đồ : Giả thiết Tr2và Tr4 đang mở cho dòng chảy qua (từ a đến b). Khi t=0 cắt xung điều khiển mở Tr2và Tr4 bằng cách cắt xung điều khiển cấp vào cực bazơ của Tr2và Tr4,,và sau đó cấp xung mở điều khiển vào cực bazơ của Tr1và Tr3 , Tr1và Tr3 dẫn, thì khi đó dòng tải i=-Im không đảo chiều một cách đột ngột nó tiếp tục chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch : D1- E - D3- tải – D1. và suy giảm dần. D1và D3 dẫn dòng khiến Tr1và Tr3 vừa kịp mở bị khoá lại.Điện áp tải là U=E. Khi t=t1, i=0 ,D1 và D3 bị khoá lại. Tr1và Tr3 mở lại nếu còn xung điều khiển và dòng tải tăng trưởng chạy theo chiều từ a đến b. Đến nửa chu kỳ tiếp theo Khi cắt xung điều khiển mở Tr1và Tr3 thì Tr1và Tr3 khoá và sau đó cấp xung mở điều khiển vào cực bazơ của Tr2và Tr4 , Tr2và Tr4 dẫn, thì khi đó dòng tải i=Im không đảo chiều một cách đột ngột nó tiếp tục chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch : D2- E – D4- tải – D2. Ta có dạng sóng điện áp và dòng điện như trên hình vẽ. 1- Biểu thức của dòng tải : Khi cho xung mở Tr1và Tr3 ta có phương trình : Dưới dạng toán tử laplace ta có : pI(p) – i(0) + aI(p)=aE/Rp trong đó sơ kiện i(0)=-Im ,a=R/L. Tương tự khi cho xung mở Tr2và Tr4 ta có phương trình : 2- Dòng nguồn is : Ta quy ước :iS >0 khi nguồn cung cấp năng lượng cho tải tức khi Tranzitor dẫn dòng, iS < 0 khi tải trả năng lượng về nguồn tức khi Diốt dẫn dòng. 3- Tính dòng qua điốt và tranzitor : ở đây Zt tổng trở tương đương đã được qui đổi : Với Zt=Rt+XL trong đó : Rt=Rba+Rt’ Rba : điện trở máy biến áp qui đổi về sơ cấp. Rt’: điện trở của tải được qui đổi về thứ cấp của máy biến áp(với tải mạ điện thì ta coi tính chất của tải là tải điện trở) XL=Xba : Trở kháng của máy biến áp quy đổi về sơ cấp. I1 Xba Rba Rt’ U1 I1 U1 Zt Sơ đồ tươmg đương : Ta có : Zt= ,Zt= Với Xba=1,152(W) Rba=0,042(W) do Rba nhỏ nên ta có thể coi Rt’ằRt. ị Rt’= Từ đường cong dòng điện : khi t=t1 thì i=0. ị 0=(1) với Im= a= E: là điện áp một chiều do khâu chỉnh lưu cấp. qua khâu nghịch lưu thì ta có điện áp xoay chiều U1 với biểu thức tính theo sơ đồ nghịch lưu cầu (ở đây ta tính cho thành phần sóng cơ bản) : u1= giá trị hiệu dụng U1=ị E= từ (1) ị ịt1=0,02(ms) là thời gian mỗi điốt cho dòng chảy qua trong một chu kỳ. - Trị trung bình của dòng qua điốt : ID=-0,67+1,1=0,43(A) - Trị trung bình của dòng qua tranzitor : ITr=14,5-1=13,5(A) Vậy ta có dòng trung bình qua Tranzitor và qua điốt là : ITr=13,5(A) ID=0,43(A) . Ta có thể tính được dòng nguồn is theo biểu thức : i là dòng điện tải có phương trình : i=Imsin(q-j). Với j góc lệch pha của dòng điện và điện áp : j=arctg(Xba/R)=arctg(1,152/7,3) ằ 90 =p/20 ị i=41,67sin(q-p/20) ị Dựa vào các giá trị dòng điện tính ở trên để chọn tranzitor và điốt. 4- Chọn tranzitor : Với dòng làm việc của tranzitor ITr=13,5(A) - Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt,không quạt đối lưu ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn : Iđm=Ki.ITr=5.13,4=67,5 (A) Ki hệ số giữ trữ dòng điện, chọn Ki=5. - Điện áp ngược lớn nhất mà điốt phải chịu với sơ đồ cầu: Unmax = Knv.U1ba = Knv. Trong đó: Knv = ; Ku = Ud : Điện áp trên tải. Un = Điện áp ngược của van cần chọn: Unv = KdtU.Unmax Trong đó: KdtU là hệ số dự trữ điện áp, chọn KdtU = 2,5 Từ đó ta có: Unv = KdtU.Unmax = 2,5.345,4 = 863,5 (V) Ta chọn 4 tranzitor loại 2SD1165 với các thông số định mức: - Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch là : UCBO = 1000(V) - Điện áp giữa Emito và Bazơ khi hở mạch Colecto : UEBO = 6 (V) - Dòng diện lớn nhất ở Collecto có thể chụi đựng được : ICmax = 100 (mA) - Công suất tiêu tán ở Colecto : PC = 1250 (W) - Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1= 125 0C - Hệ số kuyếch đại : b = 150 - Dòng làm việc của Colecto :Ic =ITr= 13,5 (A) - Dòng làm việc của Bazơ : 5- Chọn điốt : với dòng làm việc ID=0,43 (A) - Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt,không quạt đối lưu. Iđm=Ki.ID=4.0,43=1,72 (A) Ki hệ số giữ trữ dòng điện, chọn Ki=4. - Điện áp ngược lớn nhất mà điốt phải chịu với sơ đồ cầu: Un = Điện áp ngược của van cần chọn: Unv = KdtU.Unmax Trong đó: KdtU là hệ số dự trữ điện áp, chọn KdtU = 1,8 Từ đó ta có: Unv = KdtU.Unmax = 1,8.345,4 = 621,72 (V) - Chọn Bốn Diod loại 1N2456R có các thông số sau: -Dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 20(A) -Điện áp ngược của Diod : Un = 700 (V) -Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 450(A) -Tổn hao điện áp ở trạng thái mở của Diod : ΔU = 1,1(V) -Dòng điện thử cực đại : Ith = 20(A) -Dòng điện dò ở 250C : Ir = 5(mA) -Nhiệt độ cho phép : Tcp = 150(0C) II.3.Chọn tụ lọc sau khâu chỉnh lưu có điều khiển: Với sơ đồ chỉnh lưu cầu : Ta có : C= (sách điện tử công suất lớn ứng dụng) w=2pf=314(rad/s) rd : điện trở tương đương. ta có thể lấy rd= km= với Um : điện áp lớn nhất mà tụ có thể nạp được. ở đây Um=310 (V) => km= =>C= II.4.Chọn tiristor và điốt cho mạch chỉnh lưu có điều khiển Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng điện tải, sơ đồ đã chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc . Các thông số cơ bản của van động lực được tính: 1- Điện áp ngược của van được tính: Unv = knv.UL Trong đó: Ul: điện áp nguồn xoay chiều. Knv: hệ số điện áp ngược. Với sơ đồ chỉnh lưu cầu không đối xứng tra bảng 1(TLHDTKTBĐ ĐTCS): KNV = Thay vào ta có: (V) 2- Dòng điện của van được chọn theo dòng điện trung bình của sơ đồ, dòng điện trung bình được tính: Ilv = Itb =ktb.I1 (4-3) Trong đó: Itb, I1: dòng điện hiệu dụng của van và dòng sơ cấp máy biến áp. Ktb: hệ số xác định dòng điện trung bình ( tra bảng 2 TLHDTKTBĐ ĐTCS ) Từ bảng tra ta được: Thay vào (4-3) ta được: Ilv = Ihd = 0,5.29,47 =14,8 (A) Với các thông số làm việc ở trên và chọn điều làm việc của là có cánh toả nhiệt với đầy đủ diện tích toả nhiệt và không có quạt đối lưu. Thông số cần chọn có của van động lực là: Điện áp ngược của van cần chọn: Unv = KdtU.Unmax Trong đó: KdtU là hệ số dự trữ điện áp chọn kdtu= 2. Unv = 2.310 = 620 (V) Dòng điện của van cần chọn: IđmV = ki.Ilv = 4.14,8 = 59,2 (A) Ki hệ số giữ trữ dòng điện, chọn Ki=4. Với sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển không đối xứng cùng cực tính thì dòng qua điốt bằng dongd qua tiristor , do đó ta chọn điốt cũng có các thông số như sau: Unv = 620(V) IđmV = 59,2 (A) Theo cách đó ở đây chúng ta có thể chọn ( tra bảng 4,5 TLHDTKTBĐ ĐTCS ) +) Diod loại CR60-080 có thông số: - Điện áp ngược trên van: Unv = 800 V - Dòng điện làm việc của van: Ihd =60 A - Độ sụt áp trên van: DU = 1,1 V - Dòng điện rò: Ir = 100m A, Ipik= 900 A - Nhiệt độ cho phép: 2000C +)Tiristor loại CS35-08104 có thông số: - Điện áp ngược trên van: Unv = 800 V - Dòng điện làm việc của van: Iđm = 60 A - Độ sụt áp trên van: DU = 1,6 V - Dòng điện rò: Ir = 6 mA, dòng điện đỉnh xung Ipik = 1200 A - Điện áp điều khiển Ug= 3 V - Dòng điện điều khiển Ig = 150 mA - Nhiệt độ cho phép: 1250C II.5Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực. II.5.1.Tính cho mạch chỉnh lưu có điều khiển (I). Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ . Tải Mạ CD AP 1CC 1CC R R C C 2CC 2CC 3CC 3CC 2CC R C 2CC M A D1 T1 D2 T2 C R C R Hình 3-5 .Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ . 1-Bảo vệ quá dòng điện: Khi ngắn mạch xảy ra, dòng điện ngắn mạch rất lớn có thể chọc thủng van bán dẫn. Ngắn mạch có hai dạng: + Ngắn mạch ngoài là các sự cố xảy ra bên ngoài thiết bị biến đổi như ngắn mạch đầu ra của thiết bị biến đổi, ngắn mạch giữa các pha của nguồn điện xoay chiều hoặc ngắn mạch phụ tải. Để bảo vệ sự cố ngắn mạch ngoài ta sử dụng các aptomat + Ngắn mạch trong chính là van bị ngắn mạch do quá áp hoặc quá nhiệt. Khi van bị ngắn mạch, có thể aptomat có thời gian tác động chậm nên để đảm bảo an toàn cho van thì ta mắc thêm dây chảy tác động nhanh. Mỗi van mắc nối tiếp với một dây chảy. Chọn aptomat: Nguyên tắc chọn các thiết bị này là dòng định mức Idm = ( 1,1 đ 1,3 ) .I1 Ta chọn AP có 1 iếp điểm chính đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. Idm = 1,1.I1=1,1.29,47=32,4(A) Uđm=220(V) Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inm = 2,5 .I1 Dòng quá tải: Iqt = 1,5 .I1 Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu Nhóm 1cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc I1cc =1,2. I1= 1,2 . 29,47= 35,36A) Nhóm 2 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc =1,2. Iv = 1,2 . 14,8 = 17,5 (A) Nhóm 3 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc =1,2. I1= 1,2 . 29,47= 35,36A) vậy chọn cầu chảy nhóm: 1cc loại 40A 2cc loại 20 A 3cc loại 40 A 2-Bảo vệ quá điện áp Giống như hầu hết các thiết bị bán dẫn, thysistor rất nhạy với điện áp cao với sự quá điện áp trong thời gian rất ngắn củng có thể làm hỏng van. Những yếu tố điện áp ảnh hưởng lớn nhất tới van cần bảo vệ là: Điện áp đặt vào lớn quá thông số của van. Xung điện áp do chuyển mạch van. Xung điện áp từ phía lưới xoay chiều, nguyên nhân thường gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây. + Để bảo vệ van khi làm việc dài hạn mà không bị quá điện áp chúng ta phải chọn các van theo điện áp ngược đựt lên van. + Để bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van ta dùng mạch R-C mắc song song với các van bán dẫn. Khi có sự chuyển mạch van suất hiện xung điện áp ở bề mặt lớp tiếp giáp của van do có mạch R-C tạo thành mạch vòng phóng các xung điện áp quá độ đó bảo vệ được van an toàn. R C T Các thông số của mạch R-C có thể tính chính xác tuy nhiên việc tính chính xác mất rất nhiều thời gian và phụ thuộc thông số của van và phụ tải. Thông thường, người ta thường chọn các thông số gần đúng theo kinh nghiệm. Chọn R và C như sau: R = ( 5 á 30 ) W C = (0,5á 4) mF + Để bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch R-C nhằm lọc các xung điện áp cao. Khi suất hiện xung điện áp trên đường dây nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như lằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây. Trị số của R,C cũng được tính theo kinh nghiệm như sau: R = ( 5 á 20 ) W C = 4 mF Mạch động lực R1 C1 A B C 3- Bảo vệ quá nhiệt cho van . Khi van làm việc, dòng điện chạy qua van sinh ra tổn thất công suất DP làm phát nóng van. Để nhiệt độ của van không vượt quá nhiệt độ cho phép ( Tcp = 1250C ) thì phải gắn vào vỏ van bộ tản nhiệt. Bộ tản nhiệt gồm các tấm tản nhiệt, có thể chứa cả quạt. Tốc độ nhiệt ra ngoài phụ thuộc rất nhiều vào diện tích toả nhiệt . Vì vậy tấm tản nhiệt thường được làm bằng nhôm, chế tạo theo hình gấp khúc . Hiện nay với mỗi loại van Tiristor, tranzitor đều được chế tạo có kèm bộ tản nhiệt theo tiêu chuẩn. Do đó ta chọn bộ tản nhiệt của van đã được chế tạo sẵn . 4-Bảo vệ quá dong điện cho tranzitor. Lấy tín hiệu dòng qua điện trở Sun RS Chỉnh lưu Nghịch lưu Udd VR1 R6 +E R4 R1 R5 R2 R3 R7 IS Xung điều khiển tranzitor Hình 3-6.Mạch bảo vệ quá dòng cho tranzitor Để bảo vệ quá dòng cho tranzitor ta dùng sun ( Rs)để lấy tín hiệu từ nguồn một chiều qua khâu nghịch lưu cấp cho nghịch lưu như trên hình vẽ.Vì tín hiệu phản hồi từ sun nhỏ nên được khuyếch đại qua khuyếch đại thuật toán OA1.Tín hiệu qua khâu khuếch đại được đưa vào khâu so sánhvà được đưa vào cổng AND trong khâu điều khiển tranzitor. Khi dòng điện vượt quá mức cho phép ,điện áp qua sun tăng lên quá mức so với điện áp đặt Udd và bộ so sánh có giá trị âm ở đầu ra khi đó ở đầu ra của cong AND không có tín hiệu, cắt xung diều khiển mở tranzitor. Trên mạch lực ta dùng sun loại 50A-75mV để lấy tín hiệu phản hồi. Ta chọn ngưỡng bảo vệ dòng Ibv = 1,2.29,47 = 35,5 (A) ,khi đó điện áp trên điện trở Shunt đạt Ushunt = 24 mV. Chọn hệ số khuếch đại là k=125 khi đó điện áp đưa vào cổng so sánh U=125.0,024=3(V). vậy ta đặt Udd=3(V). Chọn R1= R3=1(kW); R2= R4=125R1=125.1=125 (kW); chọn R5= R6=3,3(kW); II.5.2Tính cho mạch chỉnh lưu không điều khiển (II) . Tải Mạ M A 1CC 1CC 2CC 2CC 3CC 3CC 2CC 2CC D1 T1 D2 T2 Hình 3-7.Sơ đồ mạch động lực có bảo vệ 1- Bảo vệ quá dòng điện cho van: Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Diode, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu Nhóm 1cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc I1cc =1,2. I2 = 1,2 . 200 = 240 (A) Nhóm 2 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc =1,2. Iv = 1,2 . 100 = 120 (A) Nhóm 3 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc =1,1. Id = 1,2 . 200 = 240 (A) Chương IV Thiết kế mạch điều khiển hệ hở và hệ kín I. Thiết kế mạch điều khiển cho khâu nghịch lưu Từ nguồn điện một chiều được lấy từ khâu chỉnh lưu chúng ta có thể biến đổi thành nguồn điện xoay chiều có tần số mong muốn thông qua khâu nghịch lưu, bằng việc đóng mở các van bán dẫn theo một tần số nào đấy. ở đây ta thiết kế bộ nguồn điều khiển đóng mở các van để tạo ra tần số yêu cầu là f=1000Hz. Tr2 Ut Zt D3 D1 D2 D4 it a b iS Cd Ed Tr3 Tr4 Tr1 Hình4-1.Sơ đồ mạch động lực khâu nghịc lưu u t1 T tcm t2 t t1 Điện áp đầu ra có dạng : Với t1là khoảng dẫn của các tranzitor Tr1và Tr3 trong mọt chu kỳ. t2là khoảng dẫn của các tranzitor Tr2và Tr4 trong mọt chu kỳ. Để đảm bảo cho các van sau khi cắt xung điều khiển trở về trạng thái khoá hoàn toàn rồi sau đó mới phát xung mở các van tiếp theo ta phải có một khoảng thời chuyển mạch. Với tcm>tOFF của van. Ta phải thiết kế mạch điều khiển để cấp xung điều khiển các tranzitor sao cho tạo được điện áp đầu ra có dạng như trên hình vẽ. Để có thể tạo ra các khoảng thời gian trễ khác nhau ta dùng các IC đếm . 1- Sơ đồ mạch điều khiển: Tong mạch điều khiển ta dùng hai loại IC đếm 4017 và 4020. Sơ đồ chân IC. Q11 Q12 Q13 Q5 Q4 Q6 Q3 VSS 16 15 14 13 12 11 10 9 VDD Q10 Q9 Q7 Q8 MR CP Q0 HEF4020B Q6 Q1 Q0 Q2 Q6 Q7 Q3 VSS 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 VDD MR CP0 CP1 CP0 Q9 Q4 Q8 HEF4017 1 2 3 4 5 6 7 8 Nguyên lý hoạt động của các IC : IC 4017: IC 4017 là bộ đếm vòng modul 10, có 10 đầu ra Q0áQ9 .Các chân CP0, CP1 là đầu vào của các xung đếm.Nếu đặt đầu xoá MR=1 thì đầu ra Q0=1.Khi đặt đầu xoá MR=0 và chân CP1=0 thì khi đó có xung đếm ở đầu vào ở chân CP0 thì bộ đếm sẽ đếm và các trạng thái đầu ra sẽ thay đổi trạng thái theo các xung đầu vào. Tương tự khi chân CP0 ở mức cao khi đó có xung đếm ở đầu vào ở chân CP1 thì bộ đếm sẽ đếm. CP0 CP1 MR Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Hình4-2.Sơ đồ các trạng thái đầu ra của bộ đếm IC4017 Đầu ra C10 dùng để chia tần số. Từ xung 0á4 ta có C10=1, từ xung 4á9 ta có C10=0. IC4020 : Tương tự ta cũng có đầu ra của IC sẽ thay đổi trạng thái theo các xung đầu vào.Với UC 4020 có 12 đầu ra. Các đầu ra sẽ lật trạng thái với số xung đầu vào là 2n với n=(1á12) Hình4-3.Sơ đồ các trạng thái đầu ra của bộ đếm IC4020 Q12 Q13 1 2 3 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 2048 4096 8192 Q4 Q5 Q6 Q7 CP0 MR Q0 Q3 Q8 Q9 Q10 Q11 Bảo vệ quá dòng cho tranzitor Hình4-4.Sơ đồ mạch điều khiển cho tranzitor Nguyên lý hoạt động của mạch : Với IC-4017 đầu ra Q0 sẽ ở mức cao khi ta nối các chân MR=CP1=0 (khi này không có tín hiệu xung đầu vào chân CP0). Ta lấy tín hiệu ra từ chân Q0 để cấp xung điều khiển cho hai tranzitor T1 và T3, đông thời ta dùng 1 IC 4020 (IC2) để đếm khoảng thời gian dẫn của các tranzitor T1 và T3 .Khi hết khoảng thời gian dẫn đó thì đầu một ra của IC-4020 có tín hiệu và tín hiệu này được đưa vào chân cấp xung đếm đầu vào CP0 của IC-4017, có xung vào IC-4017 thực hiện chức năng đếm hay đầu ra Q1 có tín hiệu (hay ở mức cao) ,khi đó đầu ra Q0 về mức lôgic thấp (không có tín hiệu ra) cắt xung điều khiển cấp cho tranzitor T1 và T3 ,hai tranzitor này trở về trạng thái khoá. Đầu ra Q1 của IC-4017 được nối vào chân MR của 1 IC-4020 (IC3) thông qua 1tranzitor.Bình thường khi không có tín hiệu cấp vào chân bazơ của tranzitor thì tranzitor này khoá và đầu vào của chân MR luôn ở mức cao( bộ đếm không hoạt động vì đầu vào chân MR ở mức cao, bộ đếm chỉ hoạt động khi đầu vào chân MR ở mức thấp) .Khi có tín cấp vào chân bazơ của tranzitor thì tranzitor này dẫn thì đầu vào chân MR được nối với đất có nghĩa tín hiệu đầu vào chân MR ở mức thấp và bộ đếm bắt đầu hoạt động. Và IC này có chức tính khoảng thời gian trễ (hay khoảng thời gian chuyển mạch của tranzitor).Khi hết khoảng thời gian chuyển mạch thì một đầu ra của IC2 sẽ có tín hiệu và t