Đồ Án Điện Tử Công Suất Thiết Kế Bộ Chỉnh Lưu Hình Tia Ba Pha [PDF]

Zitiervorschau

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

LỜI MỞ ĐẦU 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 chố độ chuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng. Ngày này, không chỉ riêng gì các nước phát triển ngay cả ở nước ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và trong lĩnh vự sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như xi măng, thủy điện, giấy, 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 mình chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này. Với mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất. Cũng với lỹ do đó, trong học kỳ này chúng em được nhận đồ án môn học điện tử công suất với đề tài: “ Thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha”. Với hướng dẫn của Cô giáo: Nguyễn Thị Điệp, chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đồ án. Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án của chúng em hoàn thiện hơn. Chúng em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Khắc Việt

1

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

2

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

MỤC LỤC

3

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Đề tài: Thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha mắc trực tiếp vào lưới điện 3x380(V), 50Hz. Mạch cấp cho phụ tải thuần trở; yêu cầu Ud = (100 - 200)V; Id = 210 A; kđm = 0,1.

Chương I: Giới thiệu chung về bộ chỉnh lưu Phần 1: Các vấn đề chung của bộ chỉnh lưu 1.1: Cấu trúc a) Định nghĩa: Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng lượng dòng điện một chiều. Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế.Sơ đồ cấu trúc thường gặp được của mạch chỉnh lưu như hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Trong sơ đồ máy biến áp làm 2 nhiệm vụ chính là: - Chuyển từ điện áp của lưới điện xoay chiều U 1 sang điện áp U2 thích hợp với yêu cầu của tải. Tùy theo tải mà máy biến áp có thể tăng áp hoặc giảm áp. - Biến đổi số pha của nguồn lưới sang số pha theo yêu cầu của mạch van. Thông thường số pha của lưới lớn nhất là 3. Song mạch van có thể cần số pha là 6, 12… Trường hợp tải yêu cầu mức điện áp phù hợp với lưới điện và mạch van đòi hỏi số pha như lưới điện thì có thể bỏ máy biến áp. - Mạch van ở đây là các van bán dẫn được mắc với nhau theo cách nào đó để có thể tiến hành quá trình chỉnh lưu. - Mạch lọc nhằm đảm bảo biến áp (hoặc dòng điện) một chiều cấp cho tải bằng phẳng theo yêu cầu.

4

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

1.2: Phân loại Chỉnh lưu được phân loại theo một số cách sau đây: a) Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van: Một pha, hai pha, ba pha, sáu pha, … b) Phân loại theo loại van bán dẫn trong mạch Hiện nay chủ yếu dùng hai loại van là điôt và thyristor, vì thế có ba loại mạch sau: - Mạch van dùng toàn điôt được gọi là chỉnh lưu không điều khiển. - Mạch van dùng toàn thyristor được gọi là chỉnh lưu điều khiển. - Mạch chỉnh lưu dùng cả hai loại điôt và thyristor gọi là chỉnh lưu bán điều khiển. c) Phân loại theo sơ đồ mắc các van với nhau Có hai kiểu mắc van: - Sơ đồ hình tia: Ở sơ đồ này số lượng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van. Tất cả các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau hoặc catôt chung hoặc anôt chung. - Sơ đồ cầu: Ở sơ đồ này số lượng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van. Trong đó một nửa số van mắc chung nhau catôt, nửa kia lại mắc chung nhau anôt. Như vậy, khi gọi tên một mạch chỉnh lưu, người ta dùng ba dấu hiệu trên để chỉ cụ thể mạch đó. 1.3: Luật dẫn van Mạch van để thực hiện quá trình chỉnh lưu có khá nhiều, tuy nhiên chúng đề tuân theo hai kiểu mắc với nhau là mắc catôt chung và mắc anôt chung. Vì thế chỉ cần nhận biết hai quy luật dẫn này, ta có thể phân tích toàn bộ các mạch van chỉnh lưu có trong thực tế.

5

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

1.3.1: Nhóm van đấu catôt chung

Hình 1.2: Sơ đồ van đấu catôt chung Luật dẫn được phát biểu như sau: Van có khả năng dẫn là van có điện thế anôt của nó dương nhất trong nhóm, tuy nhiên nó chỉ dẫn được nếu điện thế anôt này dương hơn điện thế ở điểm catôt chung . Ví dụ ở thời điểm hiện tại ta có: >>…> Và đồng thời > thì van sẽ dẫn. Nếu coi sụt áp trên van bằng 0 thì khi D 1 đã dẫn ta thấy = . Điều nãy dẫn đến điện áp trên các van còn lại sẽ âm: = - = - 0) nhưng vẫn phải có tín hiệu điều khiển thì nó mới cho phép dòng chạy qua. Khi thyristor phân cực thuận, phần lớn điện áp rơi trên lớp tiếp giáp J 2 như hình vẽ.

Hình 1.7: Hiệu ứng dU/dt tác dụng như dòng điều khiển Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược nên độ dày của nó mở ra, tạo ra vùng không gian nghèo điện tích, cản trở dòng điện chạy qua. Vùng không gian này có thể coi như một tụ diện có điện dung Cj2. Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dòng điện của tụ có thể có giá trị đáng kể, đóng vai trò như dòng điều khiển. Kết quả là thyristor có thể mở ra khi chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G.

13

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Tốc độ tăng điện áp là một thông số phân biệt thyristor tần số thấp với thyristor tần số cao. Ở thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 V/μs còn với các thyristor tần số cao dU/dt có thể lên tới 500 đến 2000 V/μs. 1.8.5: Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs) Khi thyristor bắt đầu mở không phải mọi điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn của nó đều dẫn dòng đồng đều. Dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ở một vài điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan tỏa dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết diện. Nếu tốc độ tăng dòng điện quá lớn có thể dẫn tới mật độ dòng điện ở các điểm dẫn ban đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá nhanh dẫn đến hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn. Tốc độ tăng dòng cho phép ở các thyristor tần số thấp vào khoảng 50 ÷ 100A/μs, với các thyristor tần số cao dI/dt vào khoảng 500 ÷ 2000A/μs. Trong các bộ biến đổi phải luôn có các biện pháp đảm bảo tốc độ tăng dòng dưới giá trị cho phép. Điều này đạt được nhờ mắc nối tiếp các phần tử bán dẫn với các điện kháng nhỏ, lõi không khí hoặc đơn giản hơn là các xuyến ferit lồng lên nhau. Các xuyến ferit rất phổ biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm bằng cách thay đổi số xuyến lồng lên thanh dẫn. Xuyến ferit còn có tính chất của cuộn cảm bão hòa, khi dòng qua thanh dẫn còn nhỏ điện kháng sẽ lớn để hạn chế tốc độ tăng dòng. Khi dòng đã lớn ferit bị bão hòa từ, điện cảm giảm gần như bằng không. 1.9: Đưa ra một số hình ảnh thực tế của van thyristor

14

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Hình 1.8: Hình dạng vài loại Thyristor thông dụng 1.10: Ứng dụng trong thực tế • Truyền động động cơ điện một chiều có điều khiển (công suất hàng MW). • Nguồn cho mạch kích từ máy phát điện. • Các hệ thống giao thông dùng điện một chiều. • Công nghệ luyện kim màu, công nghệ hóa học. • Thiết bị hàn điện một chiều, mạ kim loại, nạp điện acquy.

Phần 3: Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha tải Rd, Ld, Ed

Hình 1.9: Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha tải Rd, Ld, Ed

Hình 1.10: Đồ thị điện áp dòng điện mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha tải Rd, Ld, Ed 15

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Giả thiết tải : Rd, Ld, Ed chuyển mạch tức thời. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: •

u1 = U m sin θ u 2 = U m sin(θ −

2π ) 3

u 3 = U m sin(θ −

4π ) 3

• •

Nhịp V1: khoảng thời gian từ

θ1 − > θ 2

. Tại

θ1

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 3 1  v3 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 uV2 = 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 − > θ3

u v 2 = 0  u v1 = u1 − u 2 u = u − u 3 2  v3

Lúc này: 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.

16

Đồ án Điện Tử Công Suất

Nhịp V3: từ

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

θ3 − > θ 4

u v3 = 0  u v1 = u1 − u 3 u = u − u 2 3  v2 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 uV1 = 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: T

Ud =

1 3 u . dt = d T ∫0 2π

π 2π + +α 6 3

∫ U m . sin θ .dθ =

π +α 6

3 6 U . cos α 2π

Đặt : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu điều khiển với suy ra .

17

α = 00

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Tải bản FULL (file word 38 trang): https://bit.ly/2OjHCF2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

Hình 2.1: Sơ đồ mạch lực Việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cả về kinh tế lẫn kỹ thuật việc tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn bấy nhiêu.Hơn nữa việc chọn thiết bị chính xác còn nâng cao chất lượng, hiệu suất của hệ thống.Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hiệu suất kém hoặc không làm việc được làm tang chi phí cho nhà đầu tư. Vì vậy, việc tính toán thiết bị phải đáp ứng được yêu cầu sau đây: + Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thong số phù hợp với thiết bị. +Về mặt kinh tế, thiết bị được chọn trong khi thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý.

18

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Với các số liệu cho trước như sau: • • • • •

Điện áp nguồn ba pha: 380 (V) Ud = (V) Id = 210 (A) Kdm = 0,1 Tần số: 50 Hz

2.1: Thông số chọn van 2.1.1: Điện áp ngược của van Ung max = knv .U2

Với U2 = Trong đó: • • • • •

Ud ku

220 1,17

=

= 188,03 (V)

Ud : Điện áp tải của van U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 1.1: ku = 1,17) knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 1.1: knv = ) Ung max : Điện áp ngược của van Ung max = .188,03 = 460,58 (V) Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn

hơn điện áp làm việc. Uv = kdtU.Ung max = 1,8.460,58 = 829,04 (V) Trong đó: kdtU là hệ số dự trữ về điện áp cho van (Thường lấy bằng 1,8) 2.1.2: Dòng điện làm việc của van Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Ilv = Ihd = khd . Id =0,58.210 = 121,8 (A) Trong đó: • khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (khd = 0,58). • Ihd : Dòng điện hiệu dụng của van. • Id : Dòng điện tải. Tải bản FULL (file word 38 trang): https://bit.ly/2OjHCF2

Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

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% Iv. Iđm v = ki . Ilv = 1,4.121,8 = 170,52 (A) Trong đó: ki là hệ số dự trữ dòng điện. ki = (1,1 ÷ 1,4) Vậy thông số van là: Unv = 829,04 (V) 19

Đồ án Điện Tử Công Suất

GVHD: Ths.Nguyễn Thị Điệp

Iđm lv = 170,52 (A) Chọn Thyristor loại T14-200 với các thông số định mức (Tra bảng phụ lục 2): Iđỉnh Irò Cấp (A) (mA) điện áp 500 T14-200 3,5 200 200 25 3 - 16 2-6 0 Itb (A): Dòng điện trung bình tối đa cho phép chảy qua van. Iđỉnh (A): Trị số biến dòng điện dạng sin. Irò (mA): Dòng điện rò khi van ở trạng thái khóa. Cấp du/dt: Tốc độ tăng điện áp. tph: Phân cấp theo thời gian phục hồi tính chất khóa của van. Cấp di/dt: Tốc độ tăng dòng. (V): Sụt áp thuận trên van ở dòng định mức. Uđk(V): Điện áp điều khiển. Iđk(A): Dòng điều khiển. Ký hiệu

• • • • • • • • •

Uđk (V)

Iđk (mA)

Itb (A)

tph

(V)

1 - 4 2 - 6 1,75

2.2: Các phần tử bảo vệ mạch động lực 2.2.1: Bảo vệ quá nhiệt cho van Làm mát bằng nước tuần hoàn với lưu lượng 10 (lít/phút) , nhiệt độ nước làm mát khoảng 25. 2.2.2: Bảo vệ quá dòng Do công nghệ chế tạo Van bán dẫn nên phát triển nên khi chọn Van ta đã chọn Van có dòng điện định mức lớn hơn nhiều so với dòng điện làm việc do đó có thể bỏ qua sự quá dòng điện lâu dài. Vì vậy chúng ta chỉ cần xem xét các biện pháp bảo vệ quá dòng ngắn hạn cho van bán dẫn. a) Dùng cầu chì bảo vệ Ta dùng 2 nhóm cầu chì để bảo vệ Van dùng để chống lại sự cố ngắn mạch. • Nhóm 1: Lắp đặt ở các pha từ nguồn ra: I1cc = 1,2.Id = 1,2.210 = 252 (A) Ta chọn loại cầu chì GSGB300 có các thông số là: Idm = 300A; Udm = 600V(AC), 350V(DC) • Nhóm 2: Lắp nối tiếp với Thyristor : I2cc = 1,2.Ilv = 1,2 . 70 = 84 (A) Ta chọn cầu chì GSGB110 có các thông số sau: Idm = 110A; Udm = 600V(AC), 400V(DC) 20

2839858