TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.1 Khái niệm: Động cơ điện một chiều là loại máy điện một chiều biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng
Khi máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ thì công suất đầu vào là công suất điện cơ, công suất đầu ra là công suất cơ.
Hình 1 1: Hình ảnh động cơ điện một chiều.
1.1.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính gồm: phần tĩnh và phần động.
Hình 1 2: Cấu tạo động cơ điện một chiều.
1.1.3 Phân loại động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều được phân loại theo kích từ thành những loại sau:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng lẻ.
Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp được cấu tạo từ hai cuộn dây kích từ: một cuộn được mắc song song với phần ứng và một cuộn khác được mắc nối tiếp với phần ứng.
1.1.4 Nguyên lý động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường Khi hoạt động động cơ điện một chiều biến điện năng của dòng điện một chiều thành cơ năng.
ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.2.1 Đặc tính động cơ điện: Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ: M = f(ω).
1.2.2 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: nguồn một chiều cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lập nhau.
Hình 1 3: Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trình cân bằng điện áp:
Uư = Eư +(Rư + Rf).Iư
Sức điện động của phần ứng động cơ:
Momen điện từ của động cơ:
Phương trình đặc tính cơ - điện:
Hình 1 4: Hình ảnh đặc tính cơ – điện
Phương trình đặc tính cơ:
Đặc tính cơ tự nhiên là những thông số định mức của động cơ mà không cần sử dụng thiết bị hỗ trợ khác Mỗi động cơ chỉ sở hữu một đặc tính cơ tự nhiên duy nhất.
Phương trình đặc tính cơ – điện tự nhiên:
1.2.4 Đặc tính cơ nhân tạo: Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo.
Phương trình đặc tính cơ:
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.3.1 Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Khi thay đổi Rf, các đường đặc tính điều chỉnh cũng sẽ thay đổi, với cùng một tải, các đường này sẽ có độ dốc dần khi Rf tăng lên, dẫn đến tốc độ giảm.
Hình 1 6: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi R f Đặc điểm điều chỉnh:
Tốc độ không tải lý tưởng không đổi.
Chỉ cho phép điều chỉnh thay đổi tốc độ về phía giảm.
Khi Rf tăng, độ dốc đặc tính cơ càng lớn, đặc tính cơ càng mềm độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn.
Tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở phụ.
Khi tăng Rf đến một mức nhất định, động cơ sẽ không quay và hoạt động ở chế độ ngắn mạch Từ thời điểm này, việc thay đổi Rf sẽ không làm thay đổi tốc độ, dẫn đến việc không thể điều chỉnh tốc độ động cơ Do đó, phương pháp điều chỉnh này được coi là không triệt để Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường được sử dụng cho các động cơ cần trục, thang máy, máy nâng và máy xúc.
Tốc độ điều chỉnh thấp dẫn đến giá trị điện trở lớn hơn, làm giảm độ cứng và gây mất ổn định tốc độ khi có sự thay đổi tải Hơn nữa, tổn hao phụ trong quá trình điều chỉnh cũng rất cao, tỷ lệ thuận với tốc độ, nghĩa là tốc độ càng thấp thì tổn hao phụ càng lớn.
Phương pháp thay đổi Rf chỉ phù hợp khi khởi động động cơ.
1.3.2 Thay đổi từ thông kích từ của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Khi thay đổi thì và đều thay đổi, các đường đặc tính sẽ điều chỉnh dốc dần và cao hơn so với đặc tính cơ tự nhiên Điều này cho thấy rằng với cùng một tải, tốc độ sẽ tăng cao hơn khi từ thông giảm.
Hình 1 7: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi Đặc điểm điều chỉnh:
Khi giảm từ thông, tốc độ thay đổi sẽ tỉ lệ nghịch; tức là, khi từ thông giảm, tốc độ không tải lý tưởng sẽ tăng lên, dẫn đến tốc độ động cơ cũng gia tăng.
Dòng điện ngắn mạch không đổi.
Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.
Giảm dòng phần ứng momen trên trục là cần thiết để đảm bảo chuyển mạch bình thường, tránh tình trạng tốc độ động cơ vượt quá giới hạn cho phép hoặc làm xấu đi điều kiện chuyển mạch do dòng phần ứng tăng cao Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông cho phép điều chỉnh vô cấp và đạt được tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản Phương pháp này thường được áp dụng cho các máy như máy mài vạn năng và máy bào giường Việc điều chỉnh thực hiện trên mạch kích từ giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng, đồng thời thiết bị đơn giản và giá thành thấp.
Nhược điểm của việc điều chỉnh sâu là dẫn đến sai số tĩnh lớn và kém ổn định khi vận hành ở tốc độ cao Cụ thể, khi mức điều chỉnh càng sâu, sai số càng tăng Điều này khiến cho đặc tính của động cơ trở nên dốc, dẫn đến momen nhỏ hơn momen phụ tải, từ đó làm cho động cơ không thể hoạt động hiệu quả.
1.3.3 Thay đổi điện áp phần ứng của động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:
Khi thay đổi điện áp Uư, các đường đặc tính cũng sẽ thay đổi theo, dẫn đến sự điều chỉnh song song giữa chúng Để thực hiện việc thay đổi Uư, cần có một bộ nguồn một chiều có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra, thường sử dụng các bộ biến đổi để đạt được điều này.
Hình 1 8: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi U ư Đặc điểm điều chỉnh:
Tốc độ động cơ tăng/giảm theo chiều tăng/giảm của điện áp phần ứng.
Thay đổi được cả tốc độ không tải lý tưởng , và dòng điện ngắn mạch.
Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm vì chỉ có thể thay đổi với
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm việc giữ nguyên độ cứng đường đặc tính, do đó thường được áp dụng trong các máy cắt gọt kim loại Phương pháp này không chỉ đảm bảo tính kinh tế và giảm thiểu tổn hao năng lượng mà còn cho phép phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng Khi kết hợp với phương pháp điều chỉnh từ thông, người dùng có thể đạt được tốc độ lớn hơn và nhỏ hơn so với tốc độ định mức.
KẾT LUẬN CHUNG
Sau khi phân tích ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, chúng tôi nhận thấy rằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng là hiệu quả và triệt để nhất Do đó, chúng tôi quyết định chọn phương pháp này để điều khiển tốc độ của động cơ điện một chiều.
CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN
GIỚI THIỆU CHUNG
Chỉnh lưu là thiết bị biến đổi tĩnh giúp chuyển đổi năng lượng từ nguồn xoay chiều sang nguồn một chiều Các ứng dụng của chỉnh lưu bao gồm cung cấp nguồn cho các thiết bị một chiều như động cơ điện một chiều, bộ sạc acquy, mạ điện phân, máy hàn một chiều, nam châm điện và truyền tải điện một chiều cao áp.
Dựa theo số pha nguồn cấp cho các van chỉnh lưu: 1 pha, 2 pha, 3 pha, 6 pha… Dựa theo loại van bán dẫn:
Mạch chỉnh lưu không điều khiển.
Mạch chỉnh lưu điều khiển hoàn toàn.
Mạch chỉnh lưu bán điều khiển.
Dựa theo sơ đồ mắc van:
Sơ đồ hình tia: Số van bằng số pha nguồn cung cấp Các van đấu chung một đầu nào đó với nhau: Anode chung hoặc Cathode chung.
Sơ đồ hình cầu: Một nữa số van mắc chung nhâu Anode, một nữa số van mắc chung Cathode.
2.1.3 Đặc điểm của điện áp và dòng điện chỉnh lưu:
2.1.3.1 Điện áp chỉnh lưu: ud: Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu. uσ: Thành phần xoay chiều.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu (Ud) là một yếu tố quan trọng trong các hệ thống điện Số xung đập mạch của sóng điện áp chỉnh lưu (p) ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình chỉnh lưu Tần số của sóng điều hòa bậc 1 thành phần xoay chiều của Ud (fσ(1)) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng điện áp Cuối cùng, tần số điện áp lưới (f) cần được xem xét để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong các ứng dụng điện.
Giá trị hiệu dụng của điện áp chỉnh lưu:
Uσ: Giá trị hiệu dụng thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu.
2.1.3.2 Dòng điện chỉnh lưu: id: Giá trị tức thời của dòng điện chỉnh lưu. idσ: Thành phần xoay chiều.
Uσ(n): Giá trị hiệu dụng của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu.
: Tần số góc của sóng điều hòa bậc n thành phần xoay chiều.
Nhấp nhô của dòng tải: Do thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu gây ra.Nếu L → ∞ Iσ(n) → 0 id= Id Dòng phẳng tuyệt đối.
CHỈNH LƯU HÌNH CẦU 1 PHA ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN
2.2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý:
Hình 2 1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
Hình 2 2: Sơ đồ và đồ thị u, i của chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển
Xét ở những chu kỳ làm việc xác lập:
Khi điện áp u1 > 0, giả sử T2 và T4 đang dẫn dòng phản kháng với id = iT2 = iT4 = ipk > 0, trong khi T1 và T3 đang khóa với ud < 0 Khi điện áp u1 tiếp tục tăng và có xung điều khiển mở T1 và T3, thì id sẽ trở thành iT1 = iT3 > 0, trong khi T2 và T4 sẽ khóa lại, dẫn đến ud.
Trong () điện áp u2 > 0 T1, T3 vẫn đang dẫn dòng phản kháng id = iT1 = iT3 = ipk > 0, ud < 0. Đến u2 > 0 và có xung điều khiển T2, T4 mở id = iT2 = iT4 > 0; còn T1, T3 khóa, ud > 0.
Cứ như vậy, chúng ta sẽ điều khiển mở lần lượt từng cặp T1, T3 rồi đến T2, T4 cách nhau một góc
2.2.3 Điện áp và dòng điện chỉnh lưu:
Trị trung bình điện áp chỉnh lưu:
Dòng trung bình qua tải:
Trị trung bình dòng qua thyristor:
Áp khóa và áp ngược cực đại đặt lên linh kiện: Um
Hiện tượng trùng dẫn là trạng thái các nhánh thyristor ở cùng nhóm cùng dẫn điện tại thời điểm chuyển mạch.
Hình 2 3: Hiện tượng trùng dẫn chỉnh lưu cầu 1 pha.
Hình 2 4: Đồ thị dạng sóng khi xảy ra hiện tượng trùng dẫn
Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L nên trong mạch sẽ xảy ra hiện tượng trùng dẫn.
Giả sử T1, T3 đang mở cho dòng chảy qua iT1 = iT3 = Id Khi phát xung mở T2, T4
Do sự hiện diện của L, dòng iT1 và iT3 không giảm đột ngột về 0, trong khi dòng iT2 và iT4 cũng không tăng đột ngột từ 0 đến Id Khi đó, cả 4 van đều mở, ngăn cản dòng chảy và dẫn đến tình trạng ngắn mạch ở phụ tải.
Hệ quả của hiện tượng trùng dẫn:
Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp tải.
Hiện tượng chuyển mạch hạn chế phạm vi điều khiển điện áp điều khiển và do đó hạn chế phạm vi điều khiển điện áp chỉnh lưu.
Hiện tượng chuyển mạch làm biến dạng điện áp nguồn.
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU
Xung điều khiển đưa vào thyristor lúc điện áp đặt lên anode thyristor phải là xung dương.
Phải biết khi nào điện áp đặt lên thyristor dương.
Phải có điện áp đồng bộ: đồng bộ với điện áp khóa đặt lên thyristor.
Sơ đồ khâu phát xung – bộ điều khiển:
Hình 2 5: Sơ đồ khối điều khiển thyristor 2.3.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính:
Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều, trong khi điện áp đồng bộ Udb là điện áp răng cưa Điện áp so sánh được tính bằng uss = Uc - Udb Khi Uc bằng Udb, tức là uss = 0, đây là thời điểm diễn ra quá trình so sánh và tạo ra xung điều khiển.
Góc điều khiển: Điện áp chỉnh lưu: Ud = Udo.cos(kUc).
2.3.3 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos:
Điện áp điều khiển Uc là điện áp một chiều, trong khi điện áp đồng bộ Udb được xác định là một đường cosin, với công thức Udb = Umcos Để so sánh, điện áp so sánh uss được tính bằng Uc - Udb.
Khi Uc = Udb uss = 0 là thời điểm so sánh tạo xung điều khiển.
Khi thì Uc = Udb =Umcos Góc điều khiển Điện áp chỉnh lưu:
BỘ CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA KÉP ĐIỀU KHIỂN HOÀN TOÀN
Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn có cấu tạo gồm bộ chỉnh lưu cầu
1 pha có điều khiển mắc song song ngược với nhau.
Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha kép điều khiển hoàn toàn cho phép phân tích nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu Để hiểu rõ hơn, ta cần tách riêng sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển, với nguyên lý hoạt động được trình bày chi tiết trong phần trước.
2.4.3 Phương pháp điều khiển hai bộ biến đổi mắc song song ngược: Ở chế độ làm việc bình thường, trong hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược chỉ có một bộ cung cấp điện áp một chiều và điều chỉnh điện áp cho tải.
Khi chúng ta cần đảo chiều động cơ thì bộ biến đổi phải đổi trạng thái cho nhau. Để thực hiện điều này ta dùng 2 phương pháp:
Phương pháp điều khiển tuyến tính khống chế phụ thuộc hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược (điều khiển chung).
Phương pháp điều khiển độc lập hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược (điều khiển riêng).
Hình 2 9: Sơ đồ hai bộ chinh lưu mắc song song ngược 2.4.3.1 Điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc:
Phương pháp này sử dụng xung đồng thời cho hai bộ chỉnh lưu, trong đó xung điều khiển của hai bộ này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.
Với : góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 1.
: góc mở ứng với bộ chỉnh lưu 2. Điện áp chỉnh lưu trung bình trên phụ tải với giả thuyết là dòng liên tục, bỏ qua tổn hao.
Điện áp đầu ra của hai sơ đồ chỉnh lưu có thành phần một chiều giống nhau, do đó chúng không tạo ra thành phần điện áp khép vòng qua các van của cả hai sơ đồ.
Xét giản đồ dòng điện trong quá trình khống chế đảo chiều:
Hình 2 10: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều tuyến tính phụ thuộc.
Từ thời điểm t = 0 với tdc phát xung cho 2 bộ theo quan hệ:
Ud1 = Udocos BCL 1: làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
Ud1 = Udocos BCL 2: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ.
Từ thời điểm tdc đến t1 ta tiến hành tăng góc mở đồng thời giảm Điện áp trên BCL
Khi tốc độ động cơ giảm, động cơ vẫn duy trì tốc độ ổn định hơn so với điện áp chỉnh lưu do quán tính Suất điện động của động cơ lớn hơn điện áp chỉnh lưu, điều này cho phép BCL 2 hoạt động trong chế độ nghịch lưu.
Bộ chỉnh lưu 2 chuyển sang chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới đồng thời hãm cưỡng bức ta gọi là hãm tái sinh Khi Ud = 0.
Từ thời điểm t1 ta tiến hành giảm góc mở tăng để đảo chiều điện áp của hai bộ chỉnh lưu.
Ud1 = Udocos BCL1: làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ.
Ud1 = Ud0cos BCL2: làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
Sự xuất hiện dòng điện và hạn chế:
Khi cả hai sơ đồ chỉnh lưu hoạt động cùng lúc, mặc dù giá trị trung bình của điện áp đầu ra bằng nhau, nhưng giá trị tức thời của điện áp lại có sự khác biệt Sự chênh lệch điện thế tức thời này dẫn đến dòng điện khép vòng qua các van và các pha nguồn cung cấp mà không đi qua tải, được gọi là dòng cân bằng.
Do tổng trở của nguồn rất nhỏ, dòng điện cân bằng có thể đạt giá trị lớn, gây hỏng van và phá hủy chế độ làm việc của bộ biến đổi Để hạn chế dòng điện này, cần sử dụng các cuộn kháng, vì dòng cân bằng chỉ có thành phần xoay chiều Đặc điểm của điện cảm là hạn chế dòng xoay chiều nhưng cho phép dòng một chiều đi qua dễ dàng mà không gây tổn thất công suất tác dụng.
Phối hợp góc điều khiển: Điện áp đặt vào phần ứng của động cơ: Ud = Ud0cos.
Tốc độ của động cơ phụ thuộc vào Ud0, một hằng số không đổi Để thay đổi góc mở, cần điều chỉnh Uc theo nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Điều kiện đặt ra là Uc1 và Uc2 phải thỏa mãn Uc1 + Uc2 = const Để đạt được điều này, ta sử dụng mạch trừ.
Hình 2 11: Mạch trừ sử dụng OPAMP
Theo nguyên lý mạch OPAMP:
Vì I1 = I2 nên Uc2 = U2 – Uc1. Điều khiển tốc độ tức là thay đổi góc mở hay chính là thay đổi Uc Trong trường hợp này ta dùng một biến trở.
2.4.3.2 Phương pháp điều khiển đảo chiều theo phương pháp khống chế độc lập: Đây là phương pháp khống chế sao cho một thời điểm chỉ cho một bộ làm việc Thyristor mở dẫn dòng còn bộ kia không làm việc.
Xét giản đồ dòng điện của bộ chỉnh lưu:
Hình 2 12: Giản đồ dòng điện điều khiển đảo chiều khống chế độc lập
Giả sử BCL1 đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu ( và BCL 2 không có xung điều khiển nên không có dòng qua BCL 2.
Tại thời điểm tdc ta cần đảo chiều động cơ, BCL1 mất xung điều khiển nhưng iBCL1 chưa về 0 ngay mà giảm từ từ về 0.
Tại thời điểm t1, iBCL1 bằng 0, tuy nhiên, chúng ta chưa cấp xung để kích mở BCL2 ngay lập tức Phải đợi một khoảng thời gian tk để đảm bảo BCL1 khóa chắc chắn và khôi phục tính chất van của bộ này Trong khoảng thời gian tk, cả hai bộ chỉnh lưu không hoạt động.
Tại thời điểm t2 ta cấp xung để kích mở BCL 2 và chỉ duy nhất BCL 2 dẫn dòng.
Phương pháp khống chế sử dụng bộ logic có mạch tạo trễ thời gian tk giúp loại bỏ dòng cân bằng, do đó không cần cuộn kháng hạn chế dòng cân bằng Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là thời gian gián đoạn dòng lớn hơn nhiều so với phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc.
KẾT LUẬN CHUNG
Cả hai phương pháp điều khiển đều có khả năng điều chỉnh đảo chiều động cơ phù hợp với công nghệ hiện đại Tuy nhiên, để đảm bảo độ đáp ứng nhanh và không có gián đoạn dòng, phương pháp khống chế tuyến tính phụ thuộc là lựa chọn tối ưu.
THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC
GIỚI THIỆU CHUNG
3.1.1 Sơ đồ khối mạch động lực:
Hình 3 1: Sơ đồ khối mạch động lực 3.1.2 Chức năng của từng khối:
Chuyển đổi điện áp của lưới điện xoay chiều sang điện áp thích hợp với tải.
Biến đổi số pha của nguồn lưới (1,2,3,6,12,… pha ).
Cách ly với điện áp lưới.
Khối van chỉnh lưu : Các van bán dẫn ( Diode, thyristor, ….).
Khối lọc: Giúp điện áp đầu ra mạch chỉnh lưu là điện áp một chiều bằng phẳng theo yêu cầu.
TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC
Khi chọn van, hai thông số quan trọng nhất cần xem xét là dòng điện qua van và điện áp ngược lớn nhất mà van có thể chịu đựng Điện áp ngược lên van là yếu tố quyết định hiệu suất và độ bền của thiết bị.
Chỉnh lưu cầu 1 pha ta có:
Trong tính toán ta phải tính sao cho Ud lớn nhất, cos.
: Hệ số điện áp ngược.
: Hệ số điện áp mạch lực.
: Điện áp trung bình chỉnh lưu.
: Điện áp nguồn xoay chiều.
Dòng điện làm việc của van:
: Dòng hiệu dụng qua van
: Hệ số hiệu dụng ứng với sơ đồ cầu 1 pha
: Dòng qua tải Điện áp ngược của van cần chọn:
Với : Là hệ số dự trữ điện áp chọn
Dòng điện hiệu dụng của van cần chọn:
: Là hệ số dự trữ dòng điện chọn
Dựa vào 2 thông số và ta chọn van S7412M (Trang 659 [2])
Dòng điện làm việc cực đại:
Dòng điện xung điều khiển:
Điện áp xung điều khiển:
Độ sụt áp lớn nhất trên thyristor ở trạng thái dẫn:
Tốc độ biến thiên điện áp:
Nhiệt độ làm việc cho phép:
3.2.2 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu:
3.2.2.1 Điện áp chỉnh lưu trên tải:
Khi xảy ra sự suy giảm điện áp lưới, cần chú ý đến góc dữ trữ trên thyristor, sụt áp trên dây nối, và sụt áp trên điện trở cũng như điện kháng của máy biến áp (MBA) Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, nên chọn mức sụt áp sơ bộ khoảng từ 5% đến 10%.
3.2.2.2 Công suất tối đa của tải:
3.2.2.3 Công suất biểu kiến của MBA:
Hệ số công suất theo sơ đồ cầu 1 pha [4](Bảng 1.2) Công suất phụ tải lúc cực đại.
3.2.2.4 Tính toán sơ bộ mạch từ:
Tiết diện trụ QFe của lõi thép biến áp phụ thuộc vào hệ số kQ, trong đó kQ = 6 cho biến áp khô Ngoài ra, số pha của máy biến áp (m) và tần số (f) cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu suất của lõi thép biến áp.
3.2.2.5 Tính toán dây quấn biến áp: Điện áp cuộn dây sơ cấp: Điện áp cuộn dây thứ cấp:
Số vòng dây của mỗi cuộn được tính:
W: số vòng dây cần tính.
U: điện áp cuộn dây cần tính.
B: từ cảm (thường chọn trong khoảng 1T 1,8T) Chọn B = 1 (T)
Số vòng dây cuộn sơ cấp:
Số vòng dây cuộn thứ cấp:
Dòng điện của các cuộn dây:
3.2.2.6 Tính tiết diện dây dẫn:
I: dòng điện chạy qua cuộn dây.
J: mật độ dòng điện trong biến áp, thường chọn 2 2,75 () Chọn J = 2,75 ()
Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp: Đường kính dây quấn cuộn sơ cấp:
Tiết diện dây quấn cuộn thứ cấp: Đường kính dây quấn cuộn thứ cấp:
Chức năng: Để hạn chế thành phần xoay chiều của điện áp chỉnh lưu để giảm độ nhấp nhô của dòng điện và điện áp tải.
Ta chọn bộ lọc LC:
Hình 3 2: Sơ đồ mạch lọc LC
Thành phần Ud được qua tải cong thành phần xoay chiều đều bị lọc toàn bộ ở khâu lọc.
Hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu q: đánh giá chất lượng tại 1 điểm đo.
Hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu phụ thuộc vào số xung đập mạch p và góc điều khiển , q tốt nhất khi (Van diode)
Hệ số san bằng: đánh giá hiệu quả của khâu lọc.
Giả sử độ sụt áp một chiều trên bộ lọc không đáng kể:
Hệ số ksb càng lớn hơn 1 thì càng tốt nên ta chọn ksb = 11.
Chọn Cf 0 và Lf = 300 mH
KẾT LUẬN CHUNG
Qua kết quả tính toán ở trên ta chọn: Thysristor S7412M
Chọn bộ lọc LC với thông số: L = 300 mH, C = 100.
THIẾT KẾ CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
GIỚI THIỆU CHUNG
4.1.1 Sơ đồ khối điều khiển thyristor:
Hình 4 1: Sơ đồ khối điều khiển thyristor.
Khâu đồng pha có nhiêm vụ tạo ra điện áp tựa URC (thường là điện áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp của Thyristor.
Khâu so sánh có chức năng so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển Udk, nhằm xác định thời điểm hai điện áp này bằng nhau, từ đó phát xung ở đầu ra để gửi đến tầng khuếch đại.
Khâu tạo xung có vai trò quan trọng trong việc tạo ra xung mở Thyristor, yêu cầu xung phải có sườn trước dốc thẳng đứng để Thyristor mở ngay lập tức khi nhận được tín hiệu điều khiển Loại xung thường sử dụng là xung kim hoặc xung chữ nhật, cần đảm bảo độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Thyristor, đồng thời phải có đủ công suất và cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực, đặc biệt khi điện áp động lực cao.
4.1.2 Yêu cầu của mạch điều khiển:
Mạch điều khiển đóng vai trò quan trọng trong bộ biến đổi thyristor, ảnh hưởng đến chất lượng và độ tin cậy của thiết bị Các yêu cầu của mạch điều khiển có thể được tóm tắt thành 6 điểm chính.
Độ rộng xung điều khiển
Độ lớn xung điều khiển
Yêu cầu về độ dốc của răng
Sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển
Để đảm bảo độ tin cậy, điện trở kênh điều khiển cần phải thấp nhằm ngăn Thyristor tự mở khi dòng rò tăng Hơn nữa, xung điều khiển cũng nên ít phụ thuộc vào dao động.
Yêu cầu về lắp ráp và vận hành: Thiết bị thay thế để lắp ráp và điều chỉnh, mỗi khối có khả năng làm việc độc lập cao.
4.1.3 Nhiệm vụ mạch điều khiển:
Là tạo ra xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu.
Chức năng của mạch điều khiển:
Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anode – cathode của thyristor.
Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở thyristor độ rộng xung tx < 10 Biểu thức độ rộng xung:
Idt: dòng duy trì của thyristor.
: tốc độ tăng trưởng của dòng tải. Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điểu khiển là góc
Mạch điều khiển thyristor có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, nhưng tất cả đều dựa trên nguyên lý thay đổi góc pha Theo đó, có hai nguyên lý khống chế chính: khống chế ngang và khống chế đứng.
Khống chế ngang là kỹ thuật điều chỉnh góc bằng cách chuyển đổi điện áp sang dạng sóng hình sin theo phương pháp ngang so với điện áp tham chiếu Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là độ chính xác của góc điều khiển thấp, do nó phụ thuộc vào dạng điện áp và tần số của lưới điện.
Khống chế đứng là một phương pháp điều chỉnh góc thông qua việc dịch chuyển điện áp chủ đạo theo chiều thẳng đứng so với điện áp tựa Phương pháp này không chỉ mang lại độ chính xác cao mà còn có khoảng điều khiển rộng từ 0 đến 180 độ.
Có 2 phương pháp điều khiển thẳng đứng là tuyến tính và arccos.
Ta chọn phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính (đã trình bày ở chương 2)
4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TỪNG KHÂU:
Hình 4 2: Sơ đồ mạch khâu đồng pha.
Tại OPAMP A1: Trong nữa chu kỳ dương: U + (A1) > U - (A1) UB > 0 Trong nữa chu kỳ âm: U + (A1) < U - (A1) UB < 0 Tại OPAMP A2:
Khi UB > 0 thì T1 khóa U - (A2)> U + (A2) Ta xét mạch tích phân gồm: biến trở R3, tụ C1, và OPAMP A2 lúc đó Uđb = UC Vì UB = const hàm tuyến tính.
Khi UB < 0 thì T1 mở UB < U - (A2), diode D1 khóa Lúc này, U - (A2) = UC1 = 0
Có dòng qua tụ tăng Điện áp tại UC âm để cân bằng điện áp về 0.
Hình 4 4: Sơ đồ mạch khâu so sánh.
Tại OPAMP A3 ta có: U - (A3) = URC + Uđk ; U + (A3) = 0
Khi URC + Uđk > 0 U - (A3) > U + (A3) UD = Vcc
Khi URC + Uđk < 0 U - (A3) < U + (A3) UD = Vcc
Hình 4 5: Sơ đồ dạng sóng của U A , U B , U C ,U D
4.2.3 Khâu tạo xung chùm: Đối với một sơ đồ mạch, để giảm dòng công suất cho tầng khếch đại và tăng số lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảo cho thyristor mở một cách chắc chắn, người ta hay phát xung chùm cho các thyristor Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khếch đại, ta đưa chèn thêm một cổng AND với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình vẽ.
Hình 4 6: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm.
Hình 4 7: Sơ đồ mạch tạo xung chùm dùng khuếch đại thuật toán.
Giả sử lúc đầu ngõ ra UE = VccU + (A4) Lúc này, tụ C được nạp theo chiều từ ngõ ra qua
Khi tụ C nạp điện, điện áp trên tụ tăng dần cho đến khi đạt mức UC = U - (A4) > U + (A4), lúc này điện áp UE chuyển sang trạng thái bảo hòa âm UE = Vcc U + (A4) Sau đó, tụ C sẽ xả điện, làm giảm điện áp cho đến khi UC = U - (A4) < U + (A4) Quá trình nạp và xả của tụ C diễn ra luân phiên, tạo ra chùm xung đa hài UE.
Hình 4 8: Sơ đồ dạng sóng U E
Hình 4 9: Sơ đồ mạch khâu khuếch đại.
Để tạo xung phù hợp mở thyristor, tầng khuếch đại cuối cùng thường sử dụng transistor công suất Để có xung dạng kim gửi đến thyristor, biến áp xung (BAX) được sử dụng, kết hợp với transistor T2 để khuếch đại công suất Diode D2 và D3 được lắp đặt để bảo vệ T2 và cuộn dây sơ cấp của BAX khi T2 khóa đột ngột.
Trong điều khiển xung, độ rộng chỉ cần nhỏ (khoảng 10-200), nhưng thời gian mở của transistor công suất có thể kéo dài đến nửa chu kỳ (0.01s), dẫn đến công suất tỏa nhiệt dư lớn và kích thước dây quấn sơ cấp BAX tăng Để giảm công suất tỏa nhiệt T2 và kích thước dây quấn sơ cấp BAX, có thể thêm tụ nối tầng C3, giúp T2 chỉ mở khi dòng điện chạy qua trong thời gian nạp tụ, từ đó làm giảm đáng kể dòng điện hiệu dụng.
4.2.5 Sơ đồ mạch điều khiển:
Hình 4 10: Sơ đồ mạch điều khiển thyristor.
Hình 4 11: Giản đồ các đường cong mạch điều khiển.
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu mở Thyristor, do đó ta có thông số cơ bản để tính mạch điều khiển:
Điện áp điều khiển Thyristor: = 3 V
Độ rộng xung điều khiển: = 20s
Tần số xung điều khiển: = kHz
Độ mất đối xứng cho phép: Điện áp nuôi mạch điều khiển: U = 12V
Mức sụt biên độ xung: = 0,15
Lõi được làm từ vật liệu sắt ferit HM, có hình dạng hình xuyến, hoạt động với đặc tính từ hóa đạt 0,3T và 30A/m, đồng thời không có khe hở không khí.
Tỉ số biến áp: chọn m = 3
Điện áp thứ cấp của MBA xung: = = 3 V
Điện áp đặt lên cuộn thứ cấp MBA áp xung: = m = = 9V
Dòng điện thức cấp của MBA xung: = = 0,18A
Dòng điện sơ cấp của MBA xung: = = = 0,06A
4.3.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng:
Chọn Tranzitor công suất loại 2SC911 Tranzitor loại NPN vật liệu bán dẫn là silic.
Điện áp giữa Collector và Bazo khi hở mạch Emitter: = 40V
Điện áp giữa Emitter và Bazo khi hở mạch Collector: = 4V
Dòng điện lớn nhất mà Collector có thể chịu đựng: = 500 mA
Công suất tiêu tán ở Collector: = 1,7 W
Nhiệt độ lớn nhất của mặt tiếp giáp: Hệ số khuếch đại:
Dòng điện Collector max: IC3max = 0,5 A
Dòng điện làm việc của Collector:
Dòng điện làm việc của Bazơ: = = 1,2 mA
Ta thấy rằng với loại Thyristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé: = 3 V, 0,18 A.
Chúng ta chỉ cần một tầng khuếch đại để điều khiển Transistor hiệu quả Để cấp nguồn cho biến áp xung, cần sử dụng nguồn E = 15 V Khi sử dụng nguồn này, cần mắc thêm một điện trở nối tiếp với cực Emitter của T3, với mối quan hệ IC3 = I1 IE.
Tất cả các Diode trong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có tham số:
Điện áp ngược lớn nhất
Điện áp cho Diode mở thông
Toàn mạch điều khiển phải dùng 4 cổng AND nên ta chọn IC 4081 họ CMOS.
Hình 4 12: Sơ đồ chân IC 4081.
Mỗi IC 4081 có 4 cổng AND Các thông số của cổng AND là:
Nguồn nuôi IC: , ta chọn
Điện áp ứng với mức logic “1”:
Công suất tiêu thụ: (nW/1 cổng)
4.3.4 Chọn tụ C 3 và R 9 : Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ của Transistor T3, chọn R9 thỏa mãn điều kiện: Điện trở
4.3.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm:
Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật toán, do đó ta chọn 4 IC loại TL084 do hãng TexasInstrument, mỗi IC này có 4 khuếch đại thuật toán.
Hình 4 13: Sơ đồ chân IC TL084.
Thông số của IC TL084:
Điện áp nguồn nuôi: chọn Vcc Hiệu điện thế giữa hai đầu vào:
Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: )
Mạch tạo xung chùm có tần số ,hay chu kì của xung chùm:
Ta có chu kỳ dao động:
Chọn R6 = R7 = 33 kΩ thỡ T = 2ìR8ìC2ìln3 = 40 às.
Vậy ta cú: R8ìC2,2 às.
Chọn tụ C2 = 0,01 àF suy ra R8 = 1820 Ω Để thuận tiện cho lắp mạch thì ta chọn R8 là biến trở 2kΩ.
4.3.6 Tính chọn tầng so sánh:
Mỗi kênh điều khiển có 1 khuếch đại thuật toán đóng vai trò tầng so sánh ta chọn loại IC TL084 như trên.
Trong đó nguồn nuôi Vcc = ± 12V, thì điện áp vào A3, Uv = 12V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < 1 mA
Do đó ta chọn R4 = R5 kΩ, khi đó dòng điện vào A3:
4.3.7 Tính chọn khâu đồng pha: Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C1, mặt khác để đảm bảo phạm vi điều khiển rộng thì góc điều khiển α = 0 ÷ 180º thì hằng số thời gian tụ nạp được:
Chọn tụ C1 = 0,1 thì điện trở R3 = Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch R3 thường được chọn biến trở
R3 lớn hơn 10 để điều chỉnh.
Chọn tranzitor T1 loại A564 có các thông số:
Tranzitor loại PNP làm bằng Si. Điện áp giữa Emitter và Bazơ lúc mạch Collector: UEBO = 7V
Dòng điện lớn nhất có Collector có thể chịu được: IC-max = 100 mA
Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: TCP = 150º
Dòng cực đại của bazơ : IB1 = = 0,4 mA Điện trở để hạn chế dòng điện đi vào Bazơ Tranzitor T1 được chọn như sau:
Chọn R2 thõa mãn điều khiển:
R2 ≥ = = 30 kΩ Chọn điện áp đồng pha: UA = 15V Điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại đi vào khuếch đại thuật toán
A1 thường chọn R1 sao cho dòng vào khuếch đại thuật toán: Iv < 1 mA
Để cung cấp nguồn điện áp U = ± 12V cho máy biến áp xung nuôi IC và các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ, cũng như điện áp đặt tốc độ, ta cần chú ý đến điện áp thứ cấp của máy biến áp Cụ thể, trong mạch cầu 1 pha, điện áp thứ cấp của máy biến áp nguồn nuôi được xác định là U2 = 13,3 V, và chúng ta chọn U2 là 15V.
Để đảm bảo ổn định điện áp đầu ra cho nguồn nuôi, chúng ta sử dụng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912 Các thông số chung của hai vi mạch này rất quan trọng trong quá trình thiết kế mạch.
Điện áp đầu vào: UV = 7 ÷ 35V
Điện áp đầu ra: Ura = 12V với IC 7812
Điện áp đầu ra: Ura = -12V với IC 7912
Dòng điện đầu ra Ir = 0 ÷ 1A
Tụ điện C4, C5 dùng để lọc thành phần song hài bậc cao.
4.3.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha:
Máy biến áp được thiết kế để cung cấp điện áp đồng pha và nguồn nuôi cho các mạch điều khiển, bao gồm 4 mạch đồng pha và 4 IC TL084, từ đó tạo ra 16 khuếch đại thuật toán Loại máy biến áp được chọn là 1 pha 1 trụ, với mỗi trụ có 2 dây, bao gồm 1 cuộn sơ cấp và 1 cuộn thứ cấp Điện áp đầu ra từ cuộn thứ cấp sẽ được sử dụng làm điện áp đồng pha, trong khi nguồn nuôi cũng được lấy từ cuộn thứ cấp.
U2 = U2đp = 15 (V) Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha:
I2đp = IA1max = 1(mA) Công suất của MBA cung cấp cho việc tạo nên áp đồng pha:
Công suất tiêu thụ ở 4 IC TL084 sử dụng làm khuếch đại thuật toán.
Công suất MBA xung cấp cho cực 8 điều khiển Thyristor
Tổng công suất máy biến áp cung cấp:
Công suất MBA có kể đến 5% tổn, hao trong máy:
Dòng điện sơ cấp MBA:
Dòng điện thứ cấp MBA:
4.3.10 Chọn các Diode cho bộ chỉnh lưu:
Dòng điện hiệu dụng qua diode :
Chọn diode có dòng định mức : Điện áp ngược lớn nhất mà diode phải chịu:
Vậy chọn điôt loại KYZ 70 có các thông số sau :
MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN
GIỚI THIỆU CHUNG
Khi làm việc với chỉnh lưu bán dẫn, việc bảo vệ quá dòng điện và quá điện áp là rất quan trọng trong cả quá trình tính toán và vận hành.
Vì van bán dẫn có kích thước nhỏ và nhiệt dung thấp, nó rất nhạy cảm với quá tải dòng điện Hằng số thời gian phát nóng của bản silic trong van công suất lớn chỉ khoảng vài phần trăm giây, do đó yêu cầu bảo vệ cần có độ tác động nhanh cao.
Van bán dẫn rất nhạy cảm với quá điện áp; chỉ cần một điện áp ngược vượt quá giá trị cho phép trong thời gian ngắn, mặt tiếp giáp PN có thể bị chọc thủng điện.
Khi làm việc với dòng điện chạy qua, trên các van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất P sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn.
Cách khắc phục là dùng các cánh tản nhiệt:
Hình 5 1: Hình ảnh tản nhiệt thực tế.
Tổn thất công suất trên 1 Thyristor:
Diện tích bề mặt tản nhiệt:
: sụt áp lớn nhất trên Thyristor.
Ilv: dòng điện làm việc của Thyristor.
: độ chênh lệch nhiệt độ với môi trường.
Chọn nhiệt độ môi trường là 40 o C, nhiệt độ làm việc tối đa của Thyristor là 125 o C. Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt là 80 o C nên = 8040 @ o C
Km: hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ Chọn Km = 8 W/m 2 o C
Chọn loại cánh tản nhiệt 6 cánh kích thước mỗi cánh là 10 cm Tổng diện tích tản nhiệt của cánh là: S= 62 10 10 = 1200 cm 2 = 0,12 m 2
5.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN:
Có 2 loại quá dòng điện là: quá tải và ngắn mạch.
5.3.1 Bảo vệ dòng điện quá tải:
Sự cố tạo ra đồng điện quá lớn có thể xảy ra trong nhiều tình huống, như ngắn mạch trên tải, ngắn mạch ngoài ở thanh dẫn thứ cấp của MBA, hoặc ngắn mạch trong khi đo chọc thủng van Ngoài ra, hiện tượng này cũng có thể do đột biến nghịch lưu gây ra.
5.3.2 Bảo vệ dòng điện ngắn mạch:
Trong quá trình làm việc xác lập hoặc quá độ, các thyristor có thể gặp phải dòng điện phá hoại, do đó cần bảo vệ chúng bằng các dây chảy tác động nhanh Những dây chảy này thường được làm từ chì hoặc bạc và được đặt trong vỏ sứ chứa cát thạch anh Hoạt động của dây chảy được chia thành hai giai đoạn để đảm bảo hiệu quả bảo vệ.
Giai đoạn l: giai đoạn chảy từ t = 0 đến khi bắtt đầu xuất hiện hồ quang.
Giai đoạn 2 của quá trình hồ quang bắt đầu từ thời điểm t = thq cho đến khi dòng điện sự cố được cắt hoàn toàn tại t = tc Trong giai đoạn này, điện áp hồ quang tăng dần, dẫn đến việc dòng điện sự cố giảm dần về 0.
Hình 5 2: Hình ảnh các giai đoạn của dây chảy.
Khi dòng điện đi qua dây chảy, nó sẽ tạo ra nhiệt lượng theo công thức Q = i²Rt Để bảo vệ bộ biến đổi khỏi quá điện áp, chúng ta cần chọn dây chảy ở ba vị trí khác nhau.
Vị trí 1: Đặt tại ngỏ vào của MBA.
Vị trí 2: Đặt tại ngỏ ra của MBA.
Vị trí 3: Mắc nối tiếp với mỗi thyristor một dây chảy.
Hình 5 3: Sơ đồ bảo vệ các thiết bị biến đổi dùng cầu chì.
5.4 BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP:
Thyristor rất nhạy với điện áp quá lớn so với điện áp định mức ta gọi đó là quá điện áp, có 2 nguyên nhân gây ra quá điện áp:
Khi khóa thyristor bằng điện áp ngược, các điện tích đổi ngược hành trình tạo ra điện áp ngược trong khoảng thời gian ngắn từ 10-100 micro giây Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện sinh ra sức điện động cảm ứng lớn trong các điện cảm của đường dây nguồn dẫn đến thyristor Quá điện áp này là tổng của điện áp làm việc và điện áp cảm ứng.
Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên khi có sét đánh, khi cầu chì nhảy, khi đóng, cắt MBA nguồn.
Cắt MBA nguồn là quá trình ngắt dòng điện từ hóa MBA, khiến năng lượng từ trường tích lũy trong lõi sắt từ chuyển thành năng lượng điện trường trong các tụ điện nhỏ giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp Điện áp này có thể cao gấp 5 lần điện áp làm việc thông thường Để bảo vệ khỏi quá điện áp, người ta sử dụng mạch bảo vệ RLC cho từng thyristor.
Hình 5 4:Sơ đồ bảo vệ dùng mạch RLC.
Người ta thường chọn điện áp định mức của Thyristor là U > 1,2Uim, tuy nhiên trị số này vẫn nhỏ hơn nhiều so với các quá điện áp Các điện áp này có tốc độ tăng trưởng lớn, dẫn đến việc đạo hàm điện áp sinh ra dòng điện chảy qua tụ C, nối giữa anode và cathode của thyristor Dòng điện này được hạn chế bởi điện cảm L.
Khi kích mở thyristor, tụ điện C sẽ phóng điện qua thyristor, điện trở R hạn chế dòng điện này.
Các linh kiện bảo vệ có thể tính toán bằng công thức, nhưng thực tế người ta ưa dùng các trị số thực nghiệm:
Ta có thể dùng mạch RC để bảo vệ quá áp cho bộ biến đổi:
Hình 5 5: Hình ảnh dùng mạch RC để bảo vệ quá áp.
Mạch RC đấu song song với Thyristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên.
Mạch RC đấu giữa 2 pha thứ cấp của MBA để bảo vệ điện áp do cắt không tải MBA gây nên.
Thông số RC chịu ảnh hưởng bởi mức độ điện áp có thể xảy ra, tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch, điện cảm trên đường dây và dòng điện từ hoá của máy biến áp (MBA).
Việc xác định các thông số R và C thường tốn nhiều thời gian và thiếu tài liệu hướng dẫn Những tài liệu hiện có chủ yếu chỉ cung cấp phương pháp xác định thông số R và C thông qua đồ thị giải tích Tuy nhiên, do giá trị của các thông số trong bài toán rất nhỏ, việc xác định chúng bằng phương pháp đồ thị thường không đạt độ chính xác cao.
Do đó, ta chọn mạch RLC để bảo vệ, với các thông số theo thực nghiệm đã tìm được.
5.5 SƠ ĐỒ MẠCH BẢO VỆ CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC:
Hình 5 6: Sơ đồ mạch bảo vệ của mạch động lực.
KẾT LUẬN CHUNG
[1] “Điện tử công suất, Lý thuyết – Thiết kế - Ứng dụng” Lê Văn Doanh,
Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh.
[2] Giáo trình “Truyền động điện tự động” Ths Khương Công Minh
[3] Giáo Trình “Điện tử công suất”Ths Khương Công Minh.
[4] Tính toán thiết kế “Thiết bị điện tử công suất ” Trần Văn Thịnh.