CHƯƠNG 2 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT

Chia sẻ: Nguyen Trong Chi | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

576
lượt xem 102
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mạch chỉnh lưu có điều khiển tia 3F có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt động được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ. Mạch dùng nguồn 3F nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG 2 - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT 2.1.Cac mach chinh lưu ́ ̣ ̉ 2.1.1.Mach chinh lưu hinh tia ba pha ̣ ̉ ̀ UG α G1 α G2 α G3 α G1 t U 0 Π 2Π 3Π t Ud IT1 t0 t 1 t2 t3 t4 t IT2 t IT3 t Id t t Hình 2.1: Sơ đồ và dạng điện áp mạch chỉnh lưu hình tia ba pha a.Nguyên lý hoạt động: t0 ÷ t1 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3 . t1 ÷ t2 : T1 thông Ud = Ua , Id = IT1 . t2 ÷ t3 : T2 thông Ud = Ub , Id = IT2 . t3 ÷ t4 : T3 thông Ud = Uc , Id = IT3 . b.Các công thức cơ bản: - Điện áp trên tải 5π +α 2π 1 3 6 Ud = 2π ∫ U d (t )d (t ) = 0 2π ∫π 2 .U 2 . sin(t )d (t ) α+ 6 3 2U 2 3 6 = . 3. cos α = U 2 cos α 2π 2π 1
Ud - Dòng điện trên tải: I d = Rd Id - Dồng điện qua van: IT = 3 - Giá trị trung bình của điện áp chỉn lưu: U d 0 = 1,17U 2 - Điện áp ngược trên van: U ng = 2,45U 2 - Dòng điện phía thứ cấp: I2 = 0,58Id - Dòng điện phía sơ cấp:I1 = 0,47Id.Kba - Công suất tải: Pd = Ud0.Id - Công suất máy biến áp: Sba = 1,35Pd Nhận xét: Mạch chỉnh lưu có điều khiển tia 3F có cấu tạo phức tạp, muốn mạch hoạt động được cần mắc biến áp để đưa điểm trung tính ra tải, mỗi van chỉ làm việc trong 1/3 chu kỳ vì vậy dòng điện trung bình chạy qua van nhỏ. Mạch dùng nguồn 3F nên công suất tăng lên rất nhiều, dòng điện tải đến vài trăm ampe. 2.1.2.Mach chinh lưu có điều khiển câu ba pha đôi xứng ̣ ̉ ̀ ́ 2
UG U G1 U G2 t U G3 t U G4 t U G5 t U G6 t U T1 T3 T5 T1 t t Ud T6 T2 T4 T6 T2 Id t IT1, T4 t IT1 IT4 IT1 IT3, T6 t IT6 IT3 IT6 IT2, T5 t IT5 IT2 IT5 IT2 U ng t t Hình 2.2: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng a.Nguyên lý hoạt động. Mỗi Tiristor được phát 2 xung điều khiển. - Xung thứ nhất xác địnhgóc mở . - Xung thứ 2 đảm bảo thông mạch tải. b.Một số công thức cơ bản. -Điện áp trên tải: U = Ucosα = 2,34Ucosα . -Dòng điện trên tải: I = . -Dòng điện trung bình qua van: I = . -Điện áp ngược đặt lên van: U =2,45U 3
-Dòng điện phía thứ cấp: I = 0,816I . -Dòng điện phía sơ cấp: I = 0,816I.K . -Công suất máy biến áp: S = 1,05P . -Công suất tải: P = UI . Nhận xét: Mạch chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3F thường được sử dụng rộng rãi trong thực tế, mạch cho ra chất lượng điện áp bằng phảng, dòng điện chạy qua tải liên tục trong suốt quá trình làm việc. Mạch chỉnh lưu này thường được áp dụng với những mạch có công suất lớn vì dòng điện chạy qua mỗi van chỉ chỉ chạy trong 1/3 chu kỳ. 2.1.3.Mach chinh lưu có điều khiển câu ̣ ̉ ̀ ba pha không đôi xứng ́ -Một số công thức cơ bản: 3 6U 2 -Điện áp trên tải: U d = (1 + cos α ) . 2π -Dòng điện trên tải: I = . -Dòng điện trung bình qua van: I = . -Điện áp ngược đặt lên van: U =2,45U -Công suất máy biến áp: S = 1,05P . -Công suất tải: P = UI 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. 4
Hình 2.3: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng 2.1.4.Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha không đối xứng 5
Hình 2.4: Sơ đồ và dạng điện áp chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng chảy của Tiristor và của điốt không bằng nhau. Góc dẫn của điốt là : λD = π + α Góc dẫn của Tiristor là : λT = π − α Giá trị trung bình của điện áp tải: 1π 2U 2 U d = ∫ 2 U 2 sin θdθ = (1 + cos α) πα π 2 2U 2 U d max = π πU d max π.64,8 Do đó : U2 = = = 72V 2 2 2 2 Giá trị trung bình của dòng tải : 6
Ud Id = Zt Dòng qua Tiristor: 1 π π−α IT = ∫ Id dθ = Id 2π 2π α Dòng qua Điốt: 1 π+ α π+α ID = ∫ I d dθ = I d 2 π 2π α Giá trị hiệu dụng của dòng chạy qua sơ cấp máy biến áp: 1 π 2 α I2 = ∫ I d dθ = I d 1 − π α π 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. 2.2.Chọn mạch chình lưu phù hợp - 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. 2.3.Tinh toan cac thông số với mach đã chon ́ ́ ́ ̣ ̣ 7
Qua phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha không đối xứng dùng cho mạch lực mạch nạp ắc qui tự động . Phương án này vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật vừa bảo đảm cho việc thiết kế. Như đã phân tích ở trên: Ta chọn phương án thiết kế cho mạch nạp ắc qui là sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng. Có sơ đồ nguyên lý mạch lực như sau : Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch lực  Số liệu cho trước: Điện áp nguồn 3 pha : 220/380V ; f = 50 Hz Yêu cầu đầu ra (Nguồn một chiều tự động nạp acquy ): U = 16.2V I = 80A  Số liệu tính toán và chọn lựa van. Từ yêu cầu của đề bài ta có: - Điện áp thứ cấp của biến áp: Từ công thức: U = .( 1 + cosα ) Điện áp U đạt max khi góc α = 0. ⇒ U = = ≈ 18V - Dòng điện trung bình chảy qua van: I = = = 40A 8
- Điện áp ngược đặt lên van là: U = .U = .18 ≈ 25.5V Chọn van Để đảm bảo cho các van hoạt động tốt chúng ta chọn van phải có hệ số dự trữ về điện áp: k = 1,6 , hệ số dự trữ về dòng điện: k = 1,2. Do vậy: - Chúng ta chọn van chịu được điện áp ngược U = 25,5.1,6 = 40,8V - Dòng điện trung bình chảy qua van là: I = 40.1,2 = 48A  Với các thông số về dòng điện, điện áp như trên ta tiến hành tra sổ tay chọn được các van như sau: - Chọn Tiristor loại : TЧ-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.3, tr 28 có các thông số như sau: + Dòng điện trung bình qua van: I=50A. + Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U=0,1÷ 1kV. + Tổn thất điện áp: ∆U = 1,3V. + Thời gian khóa: t = 10,5µs. + Tốc độ tăng điện áp: = 100V/µs + Tốc độ tăng dòng điện: = 100A/µs + Dòng điện điều khiển: I = 0,9A. + Điện áp điều khiển: U = 3V - Chọn Diot loại: B-50 – Do Liên Xô (cũ) chế tạo: Sách “Điện tử công suất” của Nguyễn Bính, Bảng 1.1, tr 8 có các thông số như sau: + Dòng điện trung bình qua van: I=50A. + Điện áp ngược cực đại đặt nên van: U=0,1÷ 1kV. + Tổn thất điện áp: ∆U = 0,7V. 2.4.Mach bao vệ Tiristor. ̣ ̉ 9
Tiristor và Diôt cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp, vì vậy cần mắc thêm mạch bảo vệ quá điện áp. Người ta chia ra 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp: -Nguyên nhân nội tại: đấy là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn. Khi khoá Tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược hành trình, tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đường dây nguồn dẫn đến các Tiristor. Vì vậy giữa các anôt và catôt của Tiristor xuất hiện quá điện áp. -Nguyên nhân bên ngoài: những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi cắt đóng tải một máy biến áp trên đường dây, khi một cầu chì bảo vệ chảy, khi có sấm sét… Để bảo vệ mạch quá áp người ta thường dùng mạch L – C, (xem hình bên dưới): Hình 2.6: Mạch bảo vệ Tiristor Mạch R – C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên Mạch R – C đấu giữa các pha thứ cấp của máy biến áp là bảo vệ quá điện áp do đóng cắt tải ( dòng điện từ hóa ) máy biến áp gây nên. 10
Thông số của R – C phụ thuộc ào mức độ quá điện áp có thể xảy ra, tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây, dòng điện từ hoá máy biến áp .v.v…  Theo kinh nghiệm đã có ta chọn: C = 0.22 µF R = 50 Ω 2.5.Tinh toan may biến ap ́ ́ ́ ́ - Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp: U = 1,11.U ≈ 18V I = 1,11I ≈ 89A - Công suất biểu kiến máy biến áp: S = U.I = 18.89 = 1602VA. -Chọn mạch từ 3 trụ , tiết diện tính theo công thức: Q=K . Trong đó : C - Số trụ mạch từ. f - Tần số nguồn. K=5÷ 6 Q = 5. ≈ 13cm . Đường kính trụ : d = = ≈ 4cm. Chọn lõi thép có tiết diện 13 cm làm bằng vật liệu sắt từ dày 0,2mm, lá thép dập hình chũ E và chữ I ghép lại. Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B = 1,1T Chọn chỉ số m = = 2,3 ⇒ h = m.d = 2,3.4 = 9,2cm. Chọn chiều cao trụ h = 9cm. Tính toán dây quấn: Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: W = = = 693 vòng Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: W = W = 693 = 57 vòng. 11
Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: J = J = 2,75 A/mm Dòng điện sơ cấp của máy biến áp là: I = = =7.28A Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: S = = = 2.65mm Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: S = = = 32,36mm. Đường kính dây quấn sơ cấp: d= = = 1,84mm Đường kính dây quấn thứ cấp: d = = = 6,42mm Theo sách điện tử công suất ta chọn dây tiết diện tròn như sau: d = 1,81 mm ; 22,9 gam/m d = 7 mm ; 220gam/m 12