zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Đồ án môn học: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha - động cơ điện một chiều có đảo chiều

Chia sẻ: Giveaway For You GFY | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:45

Báo xấu

731
lượt xem 305
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án môn học: Thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha - động cơ điện một chiều có đảo chiều

Đồ án môn học Điện tử công suất LỜI NÓI ĐẦU Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng d ụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng. Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghi ệp và c ả trong lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và điện tử công suất nói riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này. Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ k ỹ thu ật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất. Cũng với lý do đó, trong học kỳ này em được nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHI ỀU CÓ ĐẢO CHIỀU”. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của th ầy Khương Công Minh và thầy Lê Tiến Dũng trong quá trình làm đ ồ án môn h ọc với đề tài trên. Mặc dù đã dành nhiều cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót nhất định, em mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy, cô. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Trúc MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 1
Đồ án môn học Điện tử công suất Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp………………………...Trang 3 Chương 2: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha. Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều (hệ T - Đ) có đảo chiều……………………………………………………………………..Trang 11 Chương 3: Tính chọn các phần tử mạch động lực..........………….. Trang 19 Chương 4: Tính chọn các phần tử mạch điều khiển………………. Trang 32 Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận……………………………….Trang 41 Tài liệu tham khảo……………………………………………..…..Trang 44 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 2
Đồ án môn học Điện tử công suất CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP. Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát đi ện hay dùng những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt , vì vậy máy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải... I- Tổng quan về động cơ điện một chiều: 1/ Phân loại : Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí c ủa cu ộn kích từ :  Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.  Động cơ điện một chiều kích từ song song.  Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.  Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 2/ Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ. Có nhiều phương pháp hãm tốc độ. - Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khăn Giá thành đắt hơn các máy điện khác 3/ Sơ đồ và nguyên lý hoạt động Uæ Rf E RKT CKT IKT UKT SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 3
Đồ án môn học Điện tử công suất II- Đặc tính cơ của máy điện một chiều: Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính c ơ c ủa đ ộng c ơ. ω = f(M) hoặc n = f(M). Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất. ωc= f(Mc) hoặc nc= f(Mc). Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong ω = f(I) hoặc n = f(I). mạch động cơ: 1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-1) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uæ Uæ = Eæ + (Ræ +Ræ)Iæ Rf Trong đó: Uæ - điện áp phần ứng, (V) Eæ - sức điện động phần ứng,(V) E Ræ - điện trở của mạch phần ứng RKT CKT Rf - điện trở phụ trong của mạch phần ứng Với: Ræ = ræ + rcf + rb + rct IKT Trong đó: ræ - điện trở cuộn dây phần ứng. Hình KT 1 U 1- rcf - điện trở cuộn cực từ phụ. rb- điện trở cuộn bù. rct- điện trở tiếp xúc chổi than. Sức điện động Eæ của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: pN φω = kφω Eæ = 2πa Trong đó: p- số đôi cực từ chính. N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng. a- số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng. φ- từ thông kích từ dưới một cực từ. ω- tốc độ góc,rad/s pN - hệ số cấu tạo của động cơ. k= 2πa Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eæ = Ke.φn 2πn n = Với: ω = 60 9.55 pN φn Vì vậy: Eæ= 60a pN là hệ số sức điện động của động cơ . Ke = 60a K ≈ 0.105K Ke = 9.55 Từ các biểu thức trên, ta có: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 4
Đồ án môn học Điện tử công suất U æ Ræ + R f ω= − Iæ Kφ Kφ Là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác, mômen điện từ Mât của động cơ được xác định bởi: Mât= Kφ Iæ M ât Suy ra: Iæ = Kφ Thay giá trị Iæ vào phương trình đặc tính của động cơ ta được: U æ Ræ + R f ω= − .M ât Kφ ( Kφ ) 2 Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen c ơ trên tr ục đ ộng c ơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mât= Me= M. Khi đó ta được: Ræ + R f U ω= æ− .M Kφ ( Kφ ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông φ = Const, thì các phương trình đặc tính cơ điện và phương tình đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu điển trên hình (1-2) là những đường thẳng. Theo các đồ thị trên, khi Iæ= 0 hoặc M = 0 ta có: Uæ ω= = ω0 Kφ ω0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. U Còn khi ω = 0 ta có: I æ = R − R = I nm æ f Và M = KφInm = Mnm Inm, ω0 ω ω ω0 ωâm ωâm I I Iâm Inm Mâm M nm a. Âàûc tênh cå âiãûn cuía b. Âàûc tênh cå cuía âäüng âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu cå âiãûn mäüt chiãöu kêch kêch tæì âäüc láûp tæì âäüc láûp Inm,Mnm: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Hçnh 1-2 Mặt khác từ phương trình đặc tính điện và phương trình đặc tính cơ cũng có thể được viết dưới dạng: U æ RI ω= = ω 0 − ∆ω − K φ Kφ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 5
Đồ án môn học Điện tử công suất Uæ R ω= − .M Kφ ( Kφ ) 2 Uæ ω0 = Kφ RI æ RM ∆ω = ( Kφ ) gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. = Kφ 2/ Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thông động cơ φ, điện áp phần ứng Uæ, và điện trở phần ứng động cơ.Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó: a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: Giả thiết rằng Uæ=Uâm= Const ω0 và φ = φâm= Const. TN(Rn) Rf1 Rf2 Rf3 Hçnh 1-3 Rf4 Mc Muốn thay đổiđiện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng: U âm ω0 = = Const Kφ âm Âộ cứng đặc tính cơ: ∆M ( Kφ âm ) 2 β= = = var ∆ω Ræ + R f Khi Rf càng lớn β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf=0 ta có đặc tính cơ tự nhiên: ( Kφ âm ) 2 β TN = Ræ βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện rơi Rf ta được một họ đặc tính biến trở như hình (1-5) ứng với mổi ph ụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 6
Đồ án môn học Điện tử công suất pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φâm= const, điện trở phần ứng Ræ = const. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có: Tốc độ không tải: ω ω0 U Uâm ω01 x ω = = Var 0x Kφ ω02 âm U1 ω03 Độ cứng đặc tính cơ: U2 ω04 U3 ( Kφ ) 2 β =− = Const U4 M(I) Mc Ræ Hçnh 1-4 Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song như trên (Hình 1-4). Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ng ắn m ạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này củng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. c) Ảnh hưởng của từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uæ= Uâm= Const. Điện trở phần ứng Ræ = Const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này: U ω = x = Var Tốc độ không tải: 0 x Kφ x (Kφ x )2 = Var Độ cứng đặc tính cơ: β = − R æ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 7
Đồ án môn học Điện tử công suất Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì ω0x tăng, còn β giảm ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông: ω ω02 ω02 φ φ2 ω01 φ1 2 ω01 φ1 Mc ω0 φâm φâm 0 M 0 Inm b. Âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn a. Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp khi Hçnhgiaím tæì thäng 1-5 U âm = Const Dòng điện ngắn mạch: Inm = Ræ Mnm=KφxInm=Var Mômen ngắn mạch: Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn ở hình (1-5)a. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, nh ư ở hình (1-5)b. III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp điện áp: Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc của các máy sản xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động của các bộ phận làm việc. Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyển động của bộ phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ. Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều ưu điểm hơn với các loại động cơ khác, không những có thể điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời đạt ch ất lượng đi ều ch ỉnh cao, dải điều chỉnh rộng. Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chi ều b ằng điện áp: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 8
Đồ án môn học Điện tử công suất Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng những bộ biến đổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây : +Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ)(được sử dụng đối với đồ án này ) ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ) Thường sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển thyristor. Tốc độ động cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho ph ần ứng đ ộng c ơ, đ ể thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khi ển, thay đ ổi th ời điểm thông van thyristor. CK T Â T3 T2 T1 KH ÂK Hình 1-6 + Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, đi ều đó thu ận l ợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống. + Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao ph ụ trong máy đi ện. H ệ s ố công suất cos ϕ của hệ thống nói chung là thấp. Tính dẫn điện 1 chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho đ ộng c ơ có đ ảo chiều quay. a) Sơ đồ thay thế tính toán: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 9
Đồ án môn học Điện tử công suất Từ phương trình đặc tính động cơ tổng quát: Uu Ru ω= .M ⇒ ω = ω 0 − ∆ω − Kφ ( Kφ ) 2 Ta thấy sự thay đổi Uu thì ω 0 sẽ thay đổi, còn ∆ω = const Vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau. Như vậy muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có bộ nguồn cung cấp điện một chiều thay đổi được điện áp ra. b) Bộ biến đổi T-Đ: Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 10
Đồ án môn học Điện tử công suất Ta xét hệ T-Đ : Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0 . cos α E d 0 . cos α Ru + RCL ω= − .I Kφ dm ( Kφ dm ) 2 E . cos α Ru + RCL ω = d0 .M ⇒ ω = ω 0 − ∆ω − Kφ dm ( Kφ dm ) 2 Vậy khi ta thay đổi góc điều khiển α = (0 ÷ π ) thì Ed thay đổi từ Ed0 đến – Ed0 và ta sẽ được 1 hệ đặc tính cơ song song nằm ở mức bên phải của mặt phẳng toạ độ. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH TIA BA PHA. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) CÓ ĐẢO CHIỀU. I- Tổng quan về Tiristor : 1/ Cấu tạo: Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau và có 3 cực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G + + + A K + P+ N P1 + N1 2 2 + + + J3 J 1 Ei J 2 G Hçnh 2-1 Kí hiệu: 2/ Nguyên lý hoạt động: Khi tiristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt cực âm đặt vào catốt, thì tiếp giáp J1, J3 được phân cực thuận còn miền J2 phân cực ngược, gần như toàn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J2, điện trường nội tại E1 của J2 có chiều từ N1 hướng tới P2. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp là vùng cách điện càng được mở SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 11
Đồ án môn học Điện tử công suất rộng ra, không có dòng điện chạy qua tiristor mặc dù nó được đặt dưới 1 điện áp dương. a) Mở tiristor : Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K ) thì các electron tư N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 - J3 - K - G , còn phần lớn điện tử dưới sức hút cuả điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc do đó có động năng r ất l ớn s ẽ bẻ gẫy các liên kết giữa các nguyên tử Si, tạo nên các đi ện tử t ự do m ới. S ố điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác trong vùng chuy ển tiếp. Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện càng nhi ều điện tử chạy vào vùng N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng đẫn điện ào ạt làm cho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một diểm nào đó ở xung quanh cực rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ lan truyền khoảng 1m/100 µs. + - Mäüt trong nhæîng biãûn phaïp âån giaín E nháút âãø måí Tiristor âæåüc trçnh baìy Rt trãn hçnh veî. R1 . Khi âäúng måí K, nãúu Ig > Igst thç T måí ( Ig ≈ (1,1 ÷ 1,2 ). Igst ) T K E G= (1,1 − 1,2) I gst R2 Ig : Giaï trë doìng âiãöu khiãøn ghi trong säø -E tay tra cæïu tiristor Hçnh 2- Có thể hình dung như sau : Khi dặRtiristor ÷ UAK >Ω ) thì tiristor ở tình trạng t 2 = 100 ở 1000( 0 2a sẵn sàn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì tiristor mở. b) Khoá Tiristos: Một khi tiristor đã mở thì tín hiệu thì tín hiệu Ig không còn tác dụng nữa. Để khoá tiristor có 2 cách : . Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì Idt . Đặt một điện áp ngược lên tiristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận. Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính UAK < 0 đang có mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ Catốt về Anốt và về cực âm của nguồn điện áp ngoài. +E +E R Rt1 Rt2 C C A B T2 T T1 K SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 12 Hçnh 2-2b Hçnh 2-2c
Đồ án môn học Điện tử công suất - Lúc đầu quá trình từ t0→ t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện. Còn một ít điện tử được gi ữ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển. - Thời gian khoá toff được tính từ khi bắt đầu xuất hiên dòng điện ngược bằng 0 (t2) đây là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên tiristor thì tiristor vẫn không mở, toff kéo dài khoảng vài chục µs. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuận khi tiristor ch ưa b ị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn. Trên sơ đồ hình (b), việc khoá tiristor bằng điện áp ngược được thực hiện bằng cách đóng khoá K. còn sơ đồ (c) cho phép khóa tiristor một cách tự động. Trong mạch hình (c) khi mở tiristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại. Giả thuy ết cho một xung đi ện áp dương đặt vào G1→T1 mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : +E - R1-T1 - -E, còn dòng thứ 2 chảy theo mạch +E - R2 -T1- -E. - Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm ở A. Bây giờ nếu cho một xung điện áp dương tác động vào G2→T2 mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào catốt của T1. Như vậy là T1 bị đặt dưới điện áp Uc = -E và T1 bị khoá lại. -T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch: + E - R1-C - T2 - -E. Còn dòng thứ hai chảy theo mạch: +E - R2 - T2 - -E. - Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi ta cho xung mở T1 c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch: - Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : Tụ điện C ph ải có giá trị bằng bao nhiêu thì có thể khoá được tiristor Như đã nói ở trên khi T1 mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E. Bản cực “+” ở phía điểm B. tại thời điểm cho xung mở T2 (cả 2 tiristor điều mở), ta có phương trình mạch điện. du E = i.R1 + U c với i = C c dt du Nên E = C.R1 c + U c dt Viết dưới dạng toán tử Laplace: P = C.R1 { P.[U c ( p ) − U c ( 0 ) ]} + U c ( p ) E Q.E 1 Vì U c ( 0 ) = − E nên U c ( p ) = với a = R .C p( p + a ) 1 ( ) U ( t ) = E 1 − 2.e − at = U Từ đó ta có: c T 1 . Thời gian t là khoảng thời off gian kể từ khi mở T2 cho đến khi UT1 bắt đầu trở thành dương, vậy ta có: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 13
Đồ án môn học Điện tử công suất t off ( ) E 1 − 2.e − a .toff = 0 → t off = 0,693.R1C hoặc C = 0,693.R1 1,44.I .t off E sẽ nhận được C = R1 = I E toff :µ ; I : Ampe ; E : Volt ; C : µF d) Đặt tính Volt - Ampe của tiristor : Ia III II IH Ung I0 U I Uth Uch Ing IV Hçnh 2-3 Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của tiristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua tiristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng điện. Tiristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2. Trong giai đoạn này mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn của đi ện áp đặt lên tiristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm. Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của tiristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn điện. Dòng chảy qua tiristor ch ỉ còn bị hạn ch ế b ởi đi ện tr ở mạch ngoài. Điện áp rải trên tiristor rất lớn khoảng 1V. Tiristor được gi ữ ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH. Đoạn 4 : Ứng với trạng thái tiristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đến Ung thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chóng, mặt ghép bị chọc thủng, tiristor bị h ỏng. Bằng cách cho Ig lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt - Ampe với các Uch nhỏ dần đi. II- Chỉnh lưu hình tia 3 pha: 1/ Sơ đồ và dạng sóng: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 14
Đồ án môn học Điện tử công suất Hình 2-4 Hình 2-5 Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y 0, 3 pha tiristor nối với tải như hình vẽ. ■ Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 15
Đồ án môn học Điện tử công suất +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. ■ Góc mở tự nhiên: +Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. +Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây. γ : góc dẫn +0 ≤α θ 2 . Tại θ 1 điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, khi đó: u v1 = 0  u v 2 = u 2 − u1 < 0 u = u − u < 0  v3 3 1 T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1 +Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0 Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi u V2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2. *Nhịp V2: từ θ 2 − > θ 3 u v 2 = 0  Lúc này: u v1 = u1 − u 2 u = u − u  v3 3 2 T2 mở, T1, T3 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2 +Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0 Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi u V3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 16
Đồ án môn học Điện tử công suất *Nhịp V3: từ θ 3 − > θ 4 u v 3 = 0  Lúc này: u v1 = u1 − u 3 u = u − u  v2 2 3 T3 mở, T1, T2 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3 +Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0 Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi u V1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1. Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn ,khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id . *Các giá trị trung bình: -Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: π 2π +α + T 63 1 3 36 T∫ ∫ U m . sin θ .dθ = U . cos α Ud = u d .dt = 2π 2π π 0 +α 6 36 Đặt U di 0 = U : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh 2π lưu điều khiển với α = 0 0 Suy ra U d = U di 0 . cos α *Hiện tượng trùng dẫn: +Vì trong thực tế điện cảm của nguồn và của tải đã kéo dài quá trình chuyển mạch, do vậy khi một tiristor này đang giảm dần dòng điện về 0 thì tiristor khác lại có dòng điện tăng lên với cùng tốc độ. Khoảng th ời gian chuyển tiếp này có sự trùng dẫn. +Trong khoảng chuyển mạch được đặc trưng bằng góc chuy ển m ạch µ . Lúc này dòng điện tải là tổng dòng điện 2 tiristor cùng dẫn. Điện áp trên tải là trung bình của điện áp 2 pha đang dẫn. Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp trung bình. III- Hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ có đảo chiều Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung: Trong bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung, xung kích được đưa tới cả hai bộ chỉnh lưu nhưng với góc kích khác nhau, sao cho tổng điện áp DC c ủa hai bộ chỉnh lưu là zero để không có dòng DC chạy qua móc vòng trong hai b ộ chỉnh lưu. Do đó: Vd 1 + Vd 2 = 0 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 17
Đồ án môn học Điện tử công suất ⇒ V d 0 cos α 1 + Vd 0 cos α 2 = 0 ⇒ cos α 1 + cos α 2 = 0 ⇒ α 1 + α 2 = 180 0 (1) Công thức (1) cho thấy khi một bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độ ch ỉnh lưu, bộ còn lại hoạt động ở chế độ nghịch lưu. Do hai bộ ch ỉnh l ưu ho ạt động ở các chế độ khác nhau, điện áp tức thời ngõ ra của chúng khác nhau, dẫn đến có dòng cân bằng xoay chiều chạy vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Để giảm dòng cân bằng, cuộn kháng cân bằng L1 và L2 phải được thêm vào mạch chỉnh lưu như hình vẽ. Như vậy, mặc dù cả hai bộ ch ỉnh l ưu đ ều hoạt đ ộng, khi động cơ đang làm việc theo một chiều nào đó thì ch ỉ có m ột b ộ ch ỉnh l ưu cung cấp dòng cho phần ứng động cơ, còn bộ chỉnh lưu kia chỉ tải dòng cân bằng. Quá trình đảo chiều động cơ diễn ra như sau: giả sử ban đầu động cơ hoạt động theo chiều thuận (góc phần tư th ứ nhất) với b ộ ch ỉnh l ưu 1 ở ch ế độ chỉnh lưu. Khi đảo chiều, góc kích α 1 sẽ được tăng lên và α 2 giảm đi theo quan hệ (1). Sức điện động E của động cơ sẽ lớn hơn Vd1 và Vd 2 , nên động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh ở góc phần tư thứ hai. Dòng phần ứng lúc này do bộ chỉnh lưu 2 cung cấp. Vì α 2 được giảm dần nên động cơ giảm tố, sau đó tăng tốc theo chiều ngược lại cho đến khi đạt tốc độ ổn định. Hình 2-6 Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơn kiểu điều khiển riêng. Dòng điện phần ứng động cơ có th ể đ ảo chiều một cách tự nhiên, nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ. Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh, tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất. Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do thời hằng phần ứng tăng thêm. CHƯƠNG 3 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 18
Đồ án môn học Điện tử công suất TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC Sơ đồ mạch động lực: Hình 2-7 I-Tính chọn van động lực: 1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv .U2 Ud 220 Với U2 = = 1,17 =188,03 (V) Ku Ud : điện áp tải của van Trong đó: U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van Ku : hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, Ku = 1,17) Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, Knv = 6 ) Ulv = 6 .188.03 = 460.58 (V) Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van c ần ch ọn phải lớn hơn điện áp làm việc. Unv = Kdt u . Ulv = 1,6 . 460,58 = 736,93 (V) Trong đó: Kdt u : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,6 – 2) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 19
Đồ án môn học Điện tử công suất 2/ Dòng điện làm việc của van: Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd . Id =0,58 . 59,5 = 34,51 (A) Id : dòng điện tải Trong đó: Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (Tra bảng 8.2, Khd = 0,58) Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v Idm v = ki . Ilv = 1.4 . 34,51 = 48.09 (A) Trong đó: Ki =1.4 : hệ số dự trữ dòng điện.(Ki =1,1-1,4) Vậy thông số van là: Unv = 736,93 (V) Idm v = 48.09 (A) Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại XT2116-801 với các thông s ố đ ịnh mức: -Dòng điện định mức của van: Idm = 50(A) -Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 800 (V) -Độ sụt áp trên van: ∆U = 2 (V) -Dòng điện rò: Ir = 10 (mA) -Điện áp điều khiển: Udk = 3 (V) -Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A) II-Tính toán máy biến áp: 1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí. 2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V) 3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Ud0 cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA Trong đó: αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,5 (V) : sụt áp trên tiristor ∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp Sơ bộ ∆UBA = 5% . Ud = 0,05 . 220 = 11 (V) 220 + 2.1,5 + 0 + 11 Suy ra Ud0 = = 237,61 (V) cos 10 0 Công suất biểu kiến máy biến áp: SBA = kS . Pdmax= kS . Ud0 . Id = 1,34 . 237,61 . 59,5 = 18944,64 (W) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Ud0 237,61 U2 = = = 203,08 (V) ku 1,17 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2 Trang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.