LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ
thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị
điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều. Và đặc biệt các
ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hàng ngày đã và
đang được phát triển hết sức mạnh mẽ.
Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công
nghiệp thì ngành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối
ưu nhất. Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hoá - hiện đại hoá của Nhà nước,
các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động
điều khiển vào trong sản xuất. Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp
điều khiển an toàn, chính xác. Đó là nhiệm vụ của ngành điện tử công suất cần
phải giải quyết.
Chính vì vậy đồ án môn học điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết cho
mỗi sinh viên TĐH. Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của mỗi sinh
viên, và cũng là điều kiện để cho sinh viên ngành TĐH tự tìm hiểu và nghiên
cứu kiến thức về điện tử công suất. Với chương trình đào tạo của nhà trường
cùng với yêu cầu của khoa em được phân công thiết kế đồ án môn học điện tử
công suất có đề tài: “Thiết kế BBĐ xoay chiều một chiều tự động duy trì
điện áp ra theo lượng đặt trước”.
Đồ án này gồm 6 chương:
Chương 1. Thiết kế sơ đồ mạch động lực.
Chương 2. Thiết kế mạch điều khiển.
Chương 3. Tính chọn thiết bị.
Chương 4. Xây dựng các quan hệ cơ bản.
Chương 5. Thuyết minh nguyên lý toàn hệ thống.
Sau đây là phần tính toán, thiết kế đồ án môn học của em.
1
CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
1. Đặt vấn đề
Trong kỹ thuật điện rất nhiều trường hợp yêu cầu biến đổi nguồn điện áp
xoay chiều thành nguồn điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp một chiều đầu
ra. Để thực hiện việc này người ta có nhiều cách khác nhau, ví dụ như dùng tổ
hợp động cơ - máy phát, dùng bộ chỉnh lưu... nhưng phổ biến nhất và có hiệu
suất cao nhất là sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu bằng các phần tử bán dẫn. Các sơ
đồ chỉnh lưu (bộ biến đổi xoay chiều – một chiều) là các bộ biến đổi ứng dụng
tính chất dẫn dòng một chiều của các phần tử điện tử bán dẫn để biến đổi điện
áp xoay chiều thành điện áp một chiều một cách trực tiếp.
Hiện nay các phần tử điện tử hầu như không được dùng trong các sơ đồ
chỉnh lưu vì có kích thước lớn, hiệu suất thấp. Các phần tử chủ yếu được sử
dụng hiện nay là các thyristor và các điôt bán dẫn. Các sơ đồ chỉnh lưu có nhiều
dạng khác nhau và được ứng dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ như là
để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, cung cấp điện áp một chiều cho các
thiết bị mạ điện, điện phân, cung cấp điện áp một chiều cho các thiết bị điều
khiển, các đèn phát trung tâm và cao tần…. Các sơ đồ chỉnh lưu cũng được dùng
từ công suất rất nhỏ đến công suất rất lớn.
1.2. Chọn bộ biến đổi.
Bộ nguồn chỉnh lưu thường được phân loại theo các cách như sau:
* Theo cách nối dây : Mạch chỉnh lưu hình tia, hình cầu
* Theo số pha: Mạch chỉnh lưu 1 pha, 2 pha, 3 pha
* Theo cách điều khiển: Không điều khiển, có điều khiển, bán điều khiển
Với yêu cầu của đề tài có một số phương án sau:
1.2.1. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia hai pha.
a. Sơ đồ nguyên lý.
BA là máy biến áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, BA có nhiệm vụ như sau:
Tạo ra hệ thống điện áp xoay chiều hai pha không có trong lưới điện công
nghiệp. BA có một cuộn sơ cấp được đặt điện áp nguồn xoay chiều một pha u1,
hai cuộn dây thứ cấp là W21 và W22 có số vòng bằng nhau và được đấu như hình
2
1. Như vậy trên W21 và W22 ta có các điện áp u21 và u22 thoả mãn quan hệ u21 =
u22, đây là hệ thống điện áp xoay chiều hai pha cần thiết.
Đảm bảo sự cách ly về điện giữa mạch động lực của sơ đồ chỉnh lưu với nguồn
điện áp xoay chiều trong một số trường hợp cần thiết để đảm bảo an toàn cho
người vận hành và sửa chữa.
Giá trị điện cảm tản của BA tham gia làm giảm tối đa tăng của dòng qua
van khi mở van làm hạn chế được giá trị diT/dt để bảo vệ van, vì vậy khi đã sử
dụng máy biến áp để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu thì không cần phải đưa điện
cảm vào mạch nguồn mà chỉ cần lựa chọn máy biến áp có giá trị điện áp ngắn
mạch phần trăm lớn ( uN % = 7 – 10 % ).
Các Thyristor T1, T2 biến điện áp xoay chiều thành một chiều.
- Ed, Ld, Rd các phần tử phụ tải.
b. Giản đồ dòng điện, điện áp của các phần tử .
Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha ứng với trường hợp tải Ld = ∞
3
T2
Rd
T1
W1
Ld
W21 Ud
W22
Ed
i2
1
iT
1
id
U21
U22
iT2
i2
2
i
1
BA
U1
*
*
*
°
°
c. Các biểu thức tính toán cơ bản:
Ud =udo
cos
α
; udo = (
2 2
π
)u2 = 0,9u2
U2 – giá trị hiệu dụng của điện áp một pha bên thư cấp BA.
4
0
uud (nét
đậm)
u22
u21
v1v2v3
2
π
π
ααα
iT1
t
ω
v3
v2
Id
v1
0
2
π
π
i1
iT2
0
v1
π
Id
2
π
t
ω
t
ω
2
π
π
Id/k
ba
v1
0
0
t
ω
uT1
2u21
u21
v1
π
v2
2
π
v3
t
ω
ITtb =
2
Id
UTth max =UTng max = 2
2
u2, I2 =
2
Id
, I1 =
Id
Kba
.
1.2.2. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha dùng 4 thyristor
+ Sơ đồ nguyên lý.
Trong đó:
- BA là máy biến áp một pha cung cấp điện áp cho mạch chỉnh lưu
- W1 là cuộn dây sơ cấp có điện áp sơ cấp u1
- W2 là cuộn dây thứ cấp có điện áp thứ cấp u2
- Các Thyritor T1,T2 T3,T4 làm nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều thành điện
áp môt chiều, 4 van này được phân làm 2 nhóm : +T1,T3 được đấu Katot chung
+T2,T4 được đấu Anot chung
- Ed, Ld, Rd là các phần tử phụ tải
Giản đồ điện áp và dòng điện như hình 1.2
5
Rd
Ld
Ed
udu1
T3
T1
T2
T4
BA
u2