đồ án: " điện tử công suất"

Chia sẻ: Chip Bia Chip | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

248
lượt xem 77
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ăc-quy là loại bình điện hoá học dùng để tích trữ năng lượng điện và làm nguồn điện cung cấp cho các thiết bị điện như độngcơ điện, như bóng đèn, làm nguồn nuôi cho các linh kiện điện tử.v.v Các tính năng cơ bản của ăc-quy: .Sức điện động lớn ,ít thay đổi khi phóng nạp điện. .Sự tự fóng điện bé nhất. Năng lượng điện nạp vào bao giờ cũng bé hơn năng lượng điện mà ăc-quy phóng ra . Điện trở trong của ăc-quy nhỏ .Nó bao gồm...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: đồ án: " điện tử công suất"

Luận Văn Đồ án: Điện tử công suất
1 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt Giíi thiÖu chung vÒ ¾c-quy. Ch¬ng 1 ¡c-quy lµ lo¹i b×nh ®iÖn ho¸ häc dïng ®Ó tÝch tr÷ n¨ng lîng ®iÖn vµ lµm nguån ®iÖn cung cÊp cho c¸c thiÕt bÞ ®iÖn nh ®éng c¬ ®iÖn, nh bãng ®Ìn, lµm nguån nu«i cho c¸c linh kiÖn ®iÖn tö.v.v C¸c tÝnh n¨ng c¬ b¶n cña ¨c-quy: .Søc ®iÖn ®éng lín ,Ýt thay ®æi khi phãng n¹p ®iÖn. .Sù tù fãng ®iÖn bÐ nhÊt. .N¨ng lîng ®iÖn n¹p vµo bao giê còng bÐ h¬n n¨ng lîng ®iÖn mµ ¨c-quy phãng ra . .§iÖn trë trong cña ¨c-quy nhá .Nã bao gåm ®iÖn trë cña c¸c b¶n cùc ,®iÖn trë dung dÞch ®iÖn f©ncã xÐt ®Ðn sù ng¨n c¸ch cña c¸c tÊm ng¨n gi÷a c¸c b¶n cùc .Thêng trÞ sè ®iÖn trë trong cña ¨c-quy khi ®· n¹p ®iÖn ®Çy lµ 0.001 ®Õn 0.0015 vµ khi ¨c- quy fãng ®iÖn hoµn toµn lµ 0.02 ®Õn 0.025. Cã hai lo¹i ¨c-quy lµ: ¨c-quy a-xit (hay ¨c-quy ch×) vµ ¨c-quy kÏm (¨c-quy s¾t kÒn hay ¨c-quy cadimi-kÒn) .Trong ®ã ¨c-quy a -xit ®îc dïng fæ biÕn vµ réng r·i h¬n. 1.CÊu t¹o cña ¨c-quy : C¸c bé fËn chñ yÕu cña ¨c-quy a-xit gåm: -C¸c l¸ cùc d¬ng lµm b»ng PbO 2 ®îc ghÐp song song víi nhau thµnh mét bé chïm cùc d¬ng. -C¸c l¸ cùc ©m lµm b»ng Pb ®îc ghÐp song song víi nhau thµnh mét bé chïm cùc ©m. Bé chïm cùc ©m vµ chïm cùc d¬ng ®Æt xen kÏ nhau theo kiÓu cµi r¨ng lîc ,sao cho cø l¸ cùc ©m råi ®Õn mét l¸ cùc d¬ng . -L¸ c¸ch ®Æt gi÷a c¸c l¸ cùc ©m vµ l¸ cùc d¬ng ®Ó tr¸nh hiÖn tîng chËp m¹ch gi÷a c¸c ®iÖn cùc kh¸c dÊu. -vá b×nh ®iÖn ¨c-quy thêng lµm b»ng cao su cøng ( ªbonit ) ®óc thµnh hinh hép ,chÞu ®îc khÝ nãng l¹nh ,va ch¹m m¹nh vµ chÞu a-xit.Díi ®¸y b×nh cã c¸c ®Õ cao ®Ó d¾t c¸c l¸ cùc lªn ,khi mïn cña chÊt ho¹t ®éng rông xuèng th× ®äng díi r·nh ®Õ ,nh vËy tr¸nh ®îc hiÖn tîng chËp m¹ch gi÷a c¸c ®iÖn cùc do mïn g©y ra.N¾p ®Ëy ¨c-quy còng lµm vá cao su cøng ,n¾p cã c¸c lç ®Ó ®æ ®iÖn dÞch vµo b×nh vµ ®Çu cc luån qua . Nót ®Ëy ®Ó ®iÖn dÞch khái ®æ ra. -CÇu nèi b»ng ch× ®Ó nèi tiÕp c¸c ®Çu cùc ©m cña ng¨n ¨c-quy nµy víi cùc d¬ng cña ng¨n ¨c-quy tiÕp theo. 1
2 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt 2.Qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng lîng cña ¨c-quy : ¡c-quy lµ nguån cã tÝnh chÊt thuËn nghÞch ,nã tÝch tr÷ vµ gi¶i fãng n¨ng lîng díi d¹ng ®iÖn n¨ng .Qu¸ tr×nh ¨c-quy cung cÊp ®iÖn n¨ng cho m¹ch ngoµi gäi lµ qu¸ tr×nh fãng ®iÖn ,qu¸ tr×nh ¨c-quy ®îc dù tr÷ n¨ng lîng ®îc gäi lµ qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn. Trªn thÞ trêng hiÖn nay dïng fæ biÕn lµ ¨c-quy a-xit.Lo¹i ¨c-quy nµy cã b¶n cùc d¬ng lµ ®i-«-xÝt ch× ( PbO 2 ) ,c¸c b¶n cùc ©m lµ ch× ( Pb ), dung dÞch ®iÖn f©n lµ a-xit sunfuaric ( H2 SO 4 ) . Ph¶n øng ho¸ häc biÓu diÔn qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ n¨ng lîng cña ¨c-quy :  2 PbSO 4 + 4 H2 O PbO 2 + Pb + 2 H2 SO 4 ( H2 O ) a.Qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn cho ¨c-quy : Khi ®æ dung dÞch a-xit sunfuric vµo c¸c ng¨n cña b×nh th× trªn c¸c b¶n cùc sÏ sinh ra mét líp máng ch× sunfat PbSO 4 : PbO + H2 SO 4  PbSO 4 + H2 O §em nèi nguån ®iÖn mét chiÒu vµo hai ®Çu cña ¨c-quy th× dßng mét chiÒu sÏ ®îc khÐp kÝn qua m¹ch ¨c-quy vµ dßng ®ã ®i theo chiÒu: cùc d¬ng nguån mét chiÒu ®Çu cùc 1 ¨c-quy chïm b¶n cùc 1qua dung dÞch ®iÖn f©nb¶n cùc 2®Çu cùc 2 cña ¨c-quy cùc ©m nguån mét chiÒu. Dßng ®iÖn sÏ lµm cho dung dÞch ®iÖn f©n f©n ly: H2 SO 4  H  + SO 2  4 Cati«n H  theo dßng ®iÖn ®i vÒ fÝa chïm b¶n cùc nèi víi ©m nguån ®iÖn vµ t¹o ra f¶n øng t¹i ®ã: 2 H + PbSO 4  H2 SO 4 + Pb C¸c ani«n SO 2  4 ch¹y vÒ fÝa chïm b¶n cùc nèi víi cùc ®iÖn¬ng cña nguån ®iÖn t¹o ra f¶n øng t¹i ®ã : PbSO 4 + 2 H2 O + cc  2 H2 SO 4 + PbO 2 KÕt qu¶ lµ ë c¸c chïm b¶n cùc ®îc nèi víi b¶n cùc d¬ng cña nguån ®iÖn cã ch× ®i«-xit PbO 2 , ë chïm b¶n cùc kia cã ch× Pb . Nh vËy , hai lo¹i chïm cùc ®· cã sù kh¸c nhau vÒ cùc tÝnh . Khi n¹p ¨c-quy ,lóc ®Çu ®iÖn thÕ t¨ng dÇn tõ 2V2,4V .NÕu vÉn tiÕp tôc n¹p gi¸ trÞ nµy nhanh chãng t¨ng lªn 2,7V vµ gi÷ nguyªn.Thêi gian nµy gäi lµ thêi gian n¹p no ,nã cã t¸c dông lµm cho f©n tö c¸c chÊt t¸c dông ë s©u bªn trong lßng b¶n cùc ®îc biÕn ®æi hoµn toµn ,nhê ®ã sÏ lµm t¨ng thªm dung lîng fãng ®iÖn cña ¨c-quy .Trong sö dông thêi gian n¹p no cña ¨c-quy 2
3 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt thêng kÐo dµi kho¶ng 2h3h , trong kho¶ng thêi gian nµy hiÖu ®iÖn thÕ cña ¨c-quy vµ nång ®é dung dÞch ®iÖn f©n kh«ng thay dæi.Sau khi ng¾t m¹ch n¹p , ®iÖn ¸p ,søc ®iÖn ®éng , nång ®é dung dÞch ®iÖn f©n cña ¨c-quy gi¶m xuèng vµ æn ®Þnh, d©y gäi lµ thêi gian nghØ cña ¨c-quy sau khi n¹p . Cã thÓ n¹p ®iÖn cho ¨c-quy víi dßng ®iÖn cè ®Þnh hoÆc n¹p ë ®iÖn thÕ kh«ng ®æi . N¹p ë dßng ®iÖn cè ®Þnh sÏ nhanh nhng tèn n¨ng lîng h¬n chÕ ®é n¹p ë ®iÖn thÕ kh«ng ®æi. b.Qu¸ tr×nh fãng ®iÖn ë ¨c-quy : Trong qu¸ tr×nh fãng ®iÖn cña ¨c-quy , x¶y ra c¸c f¶n øng ho¸ häc sau: T¹i cùc d¬ng : H2 SO 4 + PbO 2 + 2 H  + 2e  PbSO 4 + 2 H2 O Pb + SO 2  4  PbSO 4 + 2e T¹i cùc ©m: Nh vËy khi ¨c-quy fãng ®iÖn , ch× sunfat l¹i ®îc h×nh thµnh ë hai chïm b¶n cùc , lµm cho c¸c b¶n cùc dÇn dÇn trë l¹i gièng nhau cßn dung dÞch a-xit bÞ f©n tÝch thµnh cati«n 2 H  vµ ani«n SO 2  4 , ®ång thêi qu¸ tr×nh fãng ®iÖn còng t¹o ra níc trong dung dÞch , do ®ã nång ®é cña dung dÞch gi¶m dÇn vµ søc ®iÖn ®éng cña ¨c-quy gi¶m dÇn . Qu¸ tr×nh fãng ®iÖn cña ¨c-quy còng cã thÓ chia lµm hai giai ®o¹n :ë giai ®o¹n ®Çu ®iÖn ¸p ,søc ®iÖn ®éng , nång ®é dung dÞch ®iÖn f©n cña ¨c-quy gi¶m chËm,®©y gäi lµ giai ®o¹n fãng æn ®Þnh hay thêi gian fãng ®iÖn cho fÐp cña ¨c-quy .Trong giai ®o¹n tiÕp theo ,®iÖn ¸p ¨c-quy sÏ gi¶m rÊt nhanh . 3. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña ¨c-quy : a.Søc ®iÖn ®éng cña ¨c-quy : Søc ®iÖn ®éng cña ¨c-quy ch× fô thuéc vµo nång ®é dung dÞch ®iÖn f©n Ngêi ta Eo = 0.85 +  (V) thêng sö dông c«ng thøc kinh nghiÖm : Eo : søc ®iÖn ®éng tÜnh cña ¨c-quy ®¬n : nång ®é dung dÞch ®iÖn f©n ë 15 0 c (g / cm3 ) . -Søc ®iÖn ®éng trong qu¸ tr×nh fãng ®iÖn cña ¨c-quy : Ep = Up + Ip.Rp Up lµ ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¨c-quy khi fãng ®iÖn. Rp lµ ®iÖn trë trong cña ¨c-quy . -Søc ®iÖn ®éng trong qu¸ tr×nh n¹p ®iÖn cña ¨c-quy : En = Un – In.Rn Un lµ ®iÖn ¸p ®o trªn c¸c cùc cña ¨c-quy khi n¹p ®iÖn. Rn lµ ®iÖn trë trong cña ¨c-quy . b.Dung lîng cña ¨c-quy ( C ): 3
4 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt Dung lîng fãng lµ ®¹i lîng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng cung cÊp n¨ng lîng cña ¨c-quy cho fô t¶i : Cp = Ip.Tp Tp lµ thêi gian fãng ®iÖn Dung lîng n¹p lµ ®¹i lîng ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng tÝch tr÷ n¨ng lîng cña ¨c-quy : Cn = In.Tn Tn lµ thêi gian fãng ®iÖn . 4
5 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt Ch¬ng 2 ThiÕt kÕ m¹ch chØnh lu. Bé chØnh lu ®îc thiÕt kÕ nh»m biÕn ®æi n¨ng lîng ®iÖn xoay chiÒu thµnh n¨ng lîng ®iÖn mét chiÒu. Theo d¹ng nguån cÊp xoay chiÒu,chóng ta chia c¸c bé chØnh lu thµnh mét pha , ba pha hay n pha . C¸c bé chØnh lu nµy cã thÓ lµ chØnh lu kh«ng ®iÒu khiÓn nÕu dïng van chØnh lu lµ diode , chØnh lu cã ®iÒu khiÓn nÕu dïng van chØnh lu lµ tiristo , vµ chØnh lu b¸n ®iÒu khiÓn nÕu van chØnh lu dïng c¶ diode lÉn tiristo . Víi c¸c sè liÖu cho tríc nh sau: . §iÖn ¸p ®Þnh møc cña ¨c-quy n»m trong kho¶ng 5V ®Õn 50V. . Dßng n¹p ®Þnh møc ¨c-quy lµ 50A . Dßng n¹p min cña ¨c-quy lµ 10A. C«ng suÊt nguån n¹p nhá h¬n 10kw nªn chän bé biÕn ®æi lµ bé chØnh lu mét pha . Ta cã thÓ dïng c¸c s¬ ®å sau : . ChØnh lu mét pha 2 nöa chu kú cã ®iÒu khiÓn. . ChØnh lu cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn ®èi xøng. . ChØnh lu cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng . A .C¸c ph¬ng ¸n thiÕt kÕ m¹ch chØnh lu : 1. ChØnh lu mét pha 2 nöa chu kú cã ®iÒu khiÓn: Trong s¬ ®å nµy ,m¸y biÕn ¸p f¶i cã hai T1 cuén d©y thø cÊp víi th«ng sè gièng hÖt nhau ,ë mçi nöa chu kú khi cã xung tíi ®iÒu khiÓn më tiristo cã mét van dÉn cho R E dßng ®iÖn ch¹y qua . §iÖn ¸p ®Ëp m¹ch trong c¶ hai nöa chu kú víi tÇn sè ®Ëp m¹ch b»ng hai lÇn tÇn sè ®iÖn ¸p xoay chiÒu . H×nh d¸ng c¸c T2 ®êng cong ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn t¶i (Ud,Id ) cho trªn h×nh vÏ . §iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i thuÇn trë Ud ®îc tÝnh theo c«ng thøc : Id  Ud  Udo (1  cos  ) 2 U,I Víi Udo lµ ®iÖn ¸p chØnh lu khi E kh«ng ®iÒu khiÓn vµ b»ng t Ud  0,9U2 T2 T1 T1 5
6 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt  lµ gãc më cña c¸c tiristo. §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt ®Æt lªn van : Un max  2 2 U2 Mçi van d·n th«ng trong mét nöa chu kú , do vËy dßng ®iÖn mµ van b¸n dÉn f¶i chÞu tèi ®a lµ b»ng 1/2 dßng ®iÖn t¶i Id TrÞ hiÖu dông cña dßng ®iÖn ch¹y qua van I hd  2 * NhËn xÐt : trong s¬ ®å nµy , dßng ®iÖn ch¹y qua van kh«ng qu¸ lín . Khi van dÉn ,®iÖn ¸p r¬i trªn van nhá.ViÖc ®iÒu khiÓn c¸c van b¸n dÉn ë ®©y t¬ng ®èi ®¬n gi¶n .Tuy vËy ,viÖc chÕ t¹o biÕn ¸p cã hai cuén d©y thø cÊp gièng nhau , mµ mçi cuén chØ lµm viÖc trong nöa chu kú ,lµm cho viÖc chÕ t¹o m¸y biÕn ¸p phøc t¹p h¬n vµ hiÖu suÊt sö dông biÕn ¸p xÊu h¬n , mÆt kh¸c ®iÖn ¸p ngîc cña c¸c van b¸n dÉn f¶i chÞu cã trÞ sè rÊt lín. 2. ChØnh lu cÇu mét fa cã ®iÒu khiÓn mét fa ®èi xøng: Trong nöa chu kú ®Çu , lóc U2 > E ®iÖn ¸p anod cña tiristo T1 d¬ng lóc ®ã catod cña T2 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn c¶ hai van T1 ,T2 ®ång thêi ,th× c¸c T1 T3 van nµy sÏ ®îc më th«ng ®Ó ®Æt ®iÖn ¸p R líi lªn t¶i , T1 , T2 sÏ dÉn ®Õn khi U2 < E. U2 Trong nöa chu kú sau , khi U2 > E , ®iÖn E ¸p anod cña tiristo T3 d¬ng T4 T2 lóc ®ã catod cña T4 ©m , nÕu cã xung ®iÒu khiÓn c¶ hai van T3 ,T4 ®ång Ud thêi ,th× c¸c van Id  nµy sÏ ®îc më th«ng ®Ó ®Æt ®iÖn ¸p U,I líi lªn t¶i. E §iÖn ¸p trung b×nh ®Æt lªn t¶i: t T3,T4 T1,T2 T1,T2 2 Ud  Udo(1  cos  ) víi Udo  0,9U2 Dßng trung b×nh ch¹y qua tiristo : Itb = Id/2 Id Dßng hiÖu dông ch¹y qua van : I hd  2 §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt ®Æt lªn van : Un max  U2 2 * NhËn xÐt : So víi s¬ ®å trªn ,ë s¬ ®å nµy ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt ®Æt lªn van chØ b»ng mét nöa,biÕn ¸p dÔ chÕ t¹o vµ cã hiÖu suÊt cao h¬n . Tuy nhiªn , s¬ ®å nµy 6
7 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt nhiÒu khi gÆp khã kh¨n trong viÖc më c¸c van ®iÒu khiÓn , nhÊt lµ khi c«ng suÊt xung kh«ng ®ñ lín . 3 . ChØnh lu cÇu mét pha cã ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng : ë nöa chu kú ®Çu , khi u2 > E , nÕu cã T1 D2 xung tíi më tiristo T1 , xuÊt hiÖn dßng E ch¹y qua T1 , D1 .ë nöa chu kú sau , khi u2 > E , nÕu cã xung ®iÒu khiÎn më tiristo U2 th× T2 vµ D2 th«ng, cho phÐp dßng qua t¶i R D1 T2 §iÖn ¸p trung b×nh ®Æt lªn t¶i: 2 Ud  Udo(1  cos  ) víi Udo  0,9U2 Víi Udo lµ ®iÖn ¸p chØnh lu khi kh«ng ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt ®Æt lªn van Ud Un max  U2 2 Id  Dßng hiÖu dông qua tiristo : U,I  E I T  Id 2 t Dßng hiÖu dông qua diode : T2,D2 T1,D1 T1,D1  ID  Id 2  Dßng trung b×nh qua diode : I tbD  Id 2  Dßng trung b×nh qua tiristo : I tbT Id  2 * NhËn xÐt : Ngoµi nh÷ng u ®iÓm cña s¬ ®å cÇu ®èi xøng th× ë s¬ ®å cÇu kh«ng ®èi xøng ,viÖc ®iÒu khiÓn më c¸c tiristo lµ ®¬n gi¶n h¬n . MÆt kh¸c , s¬ ®å nµy sö dông mét nöa sè van lµ diode vµ mét nöa sè van lµ tiristo nªn gi¸ thµnh cña van gi¶m . VËy ta dïng s¬ ®å chØnh lu cÇu mét fa cã ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng ®Ó thiÕt kÕ nguån n¹p cho ¨c-quy . 7
8 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt B . TÝnh to¸n m¹ch chØnh lu : 1 . TÝnh to¸n chän van : -Dßng hiÖu dông qua tiristo T1 D2  I T  Id E 2 -Dßng hiÖu dông qua diode U2  ID  Id R 2 D1 T2  Khi   6 : 1 I D  100 1   108 ( A ) 6 Ud 1 Id I T  100 1   91,3( A ) 6  U,I - §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt ®Æt lªn van E Un max  U2 2  - §iÖn ¸p chØnh lu trung b×nh khi kh«ng t¶i T2,D2 T1,D1 Id T1,D1 U2 2 U do  (1  cos  )   I T1 MÆt kh¸c Udo  Ud  Uv  Uba Trong ®ã : Uv lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn van khi I D1  van dÉn U d lµ ®iÖn ¸p trung b×nh trªn t¶i  I T2 Uba = Ur + UL lµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë  vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p I D2 -TÝnh sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p : M¸y biÕn ¸p  c«ng suÊt c÷ chôc KVA thuéc lo¹i MBA c«ng suÊt nhá ,sôt ¸p trªn ®iÖn trë kho¶ng 4%Ud , sôt ¸p trªn cuén kh¸ng kho¶ng 1,5% Ud. VËy Uba = 4%Ud + 1,5%Ud = 5,5%Ud - Sôt ¸p trªn van khi van dÉn : lÊy sôt ¸p trªn mçi van kho¶ng 1,7V  Uv = 1,7.2 = 3,4V  U do  U d + 5,5%Ud + 3,4V = 1,055 U d + 3,4 8
9 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt Udo . (1,055 U d  3,4 ) U2   66,84 ( V )  (1  cos ) 2 (1  cos  ) 2  Un max  U2 2  66,84 2  94,53( V ) * Chän van : hÖ sè dù tr÷ vÒ ¸p Ku = 1,6 HÖ sè dù tr÷ vÒ dßng Ki=1,8 . §iÖn ¸p ngîc cña van cã tÝnh ®Õn hÖ sè dù tr÷ : UN  UN max .Ku  94,53 .1,6  151,25 ( V ) Dßng ®Þnh møc qua diode : I Dm  I D .1,8  108 .1,8  194 ,4( A ) Ta chän lo¹i diode 1N3976 cã c¸c th«ng sè nh sau : Imax = 250A ; Un = 200 V ; Uv = 0,6V .Dßng ®Þnh møc qua tiristo : ImT  91,3.1,8  164,3A Víi ®iÒu kiÖn lµm m¸t tù nhiªn th× dßng lµm viÖc cña tiristo chØ b»ng mét fÇn ba dßng cho fÐp qua nã . Do ®ã , dßng cho fÐp qua tiristo lµ : 164,3.3 = 492,9A Ta chän lo¹i tiristo NLC510E cã c¸c th«ng sè nh sau : Imax = 550A ; Un = 500V ; Uv = 1,5V ; Igmax = 150mA ; Ugmax = 6,5V .  B¶o vÖ qu¸ ¸p cho tiristo : Trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng van cã thÓ f¶i chÞu c¸c xung ®iÖn ¸p rÊt lín so víi ®iÖn ¸p mµ van cã thÓ chÞu ®îc . C¸c xung ®iÖn ¸p ®ã cã thÓ lµ do c¸c nguyªn nh©n sau : - Xung ®iÖn ¸p do qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch van - Xung ®iÖn ¸p tõ fÝa líi xoay chiÒu mµ nguyªn nh©n thêng gÆp lµ do t¶i cã ®iÖn c¶m lín trªn ®êng d©y - Xung ®iÖn ¸p do c¾t ®ét ngét m¸y biÕn ¸p non t¶i . T §Ó b¶o vÖ van khái c¸c xung ®iÖn ¸p ta dïng m¹ch RC m¾c song song víi tiristo nh h×nh bªn . Khi cã xung ®iÖn ¸p trªn bÒ mÆt tiÕp gi¸p cña van , m¹ch RC m¾c song song víi van b¸n dÉn t¹o m¹ch vßng fãng ®iÖn tÝch tr¸nh sù qu¸ R C ¸p trªn van . Theo kinh nghiÖm ngêi ta thêng chän c¸c th«ng sè RC cã gi¸ trÞ : R = 10 ; C = 1 F 2. TÝnh to¸n MBA cho m¹ch chØnh lu : b * TÝnh c«ng suÊt MBA : e §iÖn ¸p chØnh lu kh«ng t¶i : Udo = U d + Uv  Uba = 2,1 +1,055 U d H a h  Udo = 2,1 + 1,055 . 50 = 54,95 (V)  Pdo = U do . I d = 54,95 . 100 = 5495 (W) c 9 D
10 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt  C«ng suÊt cña MBA :  S ba = Ks . Pdo = 1,23 . 5,495 = 6,76 KVA Trong ®ã Ks lµ hÖ sè c«ng suÊt MBA . LÊy Ks= 1,23 ( S¸ch híng dÉn thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt ) * TÝnh th«ng sè ¸p dßng cña c¸c cuén d©y: - §iÖn ¸p cuén thø cÊp : U do . (1,055 U d  2,2) U2   65,4( V )  (1  cos  ) 2 (1  cos  ) 2 - §iÖn ¸p cuén s¬ cÊp : U1 =220 V - Dßng ch¹y trong cuén thø cÊp : I 2  I T  91,3 A -Dßng ch¹y trong cuén s¬ cÊp : I1  S ba / U1  6,76 / 220  30,7 A * TÝnh to¸n d©y quÊn : U1 -Sè vßng cuén s¬ cÊp : W1  4,44 .f .Qfe.B Sba 6760  49,3cm 2 trong ®ã : Qfe lµ tiÕt diÖn trô Qfe = Kq 6 m.f 2 .50 víi : m lµ sè trô MBA Kq lµ hÖ sè fô thuéc f¬ng thøc lµm m¸t Chän lo¹i t«n cã B = 1,5 T 220  W1   134 vßng 4,44 .50 .49,3 .1,5 .10 4 65,4 -Sè vßng cuén thø cÊp : W2   40 vßng 4,44 .50 .49,3 .1,5 .10 4 -TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp : chän J = 2,75A/mm 2 Scu1  I1 / J  30,7 / 2,75  11,2mm2 ®êng kÝnh d©y s¬ cÊp : d1  4 .S1 /   3,77 mm -TiÕt diÖn d©y thø cÊp : Scu2  I2 / J  91,3  33,2mm2 d2  4 .S2 /   6,5mm * TÝnh kÝch thíc m¹ch tõ : m¹ch tõ dïng t«n silic cã träng lîng riªng 7,5kg/dm 3 - Chän trô h×nh ch÷ nhËt :diÖn tÝch Q=a.b=49,3cm 2 - Chän c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy lµ 0,4mm - Theo c¸c c«ng thøc kinh nghiÖm nh sau : b/a = 1,5 ; c/a =2 ; h/a = 2,5 ; e/a = 0,5 (S¸ch híng dÉn thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt ) 10
11 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt  a = 5,7cm ; b = 8,6cm ; c = 11,5cm ; h = 14,3 cm ; e = 2,87 cm  D = 2a + c =22,96 cm ; H = h + 2e = 20cm * TÝnh kÕt cÊu d©y quÊn : -Sè vßng d©y cña mçi líp : víi s¬ cÊp : Wl1 = h/d1 = 143/3,77  38 vßng víi thø cÊp : Wl2 = h/d2 = 143/6,5 = 22 vßng VËy sè líp cuén d©y s¬ cÊp : N1 = W1/Wl1 =134/38  4 líp Sè líp cuén d©y thø cÊp : N2 = W2/Wl2 = 40/22 = 2líp -BÒ dµy mçi cuén d©y S¬ cÊp : B1 = d1.N1 + cd .N1 = 3,77.4 +0,1.4 = 15,48mm Thø cÊp : B2 = 6,5.2 + 0,1.2 = 13,2 mm Trong ®ã cd lµ chiÒu dµy líp c¸ch ®iÖn ( cd = 0,1mm ) - Tæng bÒ dµy c¸c cuén d©y : B = B1 + B2 + cd + cd n = 15,48 + 13,2 + 1 + 0,1 = 29,78mm Trong ®ã cd lµ chiÒu dµy c¸ch ®iÖn trong ( cd = 1mm) cd n lµ chiÒu dµy c¸ch ®iÖn ngoµi ( cd n =0,1mm) * TÝnh khèi lîng ®ång vµ s¾t : . Mfe  Vfe.mfe; Vfe  2 .h.a.b  2 .D.a.b  3673 ,84 cm3  Mfe  7,5.3673 ,84 .10 3  27,5kg . Mcu  Vcu.mcu; mcu  8,9kg / dm 3 Vcu  Scu1 .l1  Scu2 .l2 l1  W1 ..Dtb ; Dtb=(Dt1 + Dn1)/2 Dt1 = a 2  b 2  cd t  5,7 2  8,6 2  0,1  10,42 cm Dn1  Dt1  (d1  cd).N1  10,42  (0,377  0,01).4  11,97 cm Dtb1  (10,42  11,97 ) / 2  11,2cm l1  W1 ..Dtb1  134 ..11,2  4712 ,5cm l1 lµ chiÒu dµi d©y qu¸n s¬ cÊp chiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp l2 ®îc tÝnh nh sau: Dt2  10,42;Dn2  Dt  (d2  cd).N2  11,74 cm Dtb2  (10,42  11,74 ) / 2  11,08 cm l2  W2 ..Dtb2  40 ..11,08  1391,65 cm trong ®ãDt,Dn lµ ®êng kÝnh trong vµ ngoµi cña cuén d©y (s¬ vµ thø cÊp ) Dtb lµ ®êng kÝnh trung b×nh cña cuén d©y (s¬ vµ thø cÊp ) Vcu  Scu1 .l1  Scu2 .l2 =11,2.47125 + 33,2.13916,5 = 0,99dm 3 VËy m cu = 0.99.8,9 = 8,9kg *TÝnh sôt ¸p bªn trong MBA : chän d©y s¬ cÊp cã ®êng kÝnh d1 = 4,1mm vµ ®iÖn trë trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi lµ ro = 0,00123/m. 11
12 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt D©y thø cÊp cã d2 = 6,5mm ; ro = 0,000811/m - §iÖn trë d©y qu¸n ë 75 o C lµ : S¬ cÊp : R1 = ( 1+ t)l1.ro = (1 + 0,004.75).47,125.0,00123 = 0,075 Thø cÊp : R2 = (1 + 0,004.75).13,9165.0,00811 = 0,015 - Sôt ¸p trªn ®iÖn trë cña MBA lµ : Ur = [R2 + R1.(W2/W2) 2 ].Id = 2,1V - Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng cña MBA lµ : 3 XId B1  B2 X  8  2 W2 2.(r / h)[cdo  ].10 7  0,0167  U = ; 3  trong ®ã cdo = 0,2mm lµ chiÒu dµy c¸ch ®iÖn c¸c cuén d©y s¬ vµ thø cÊp víi nhau  U = 0,0167.100/  = 0 ,53V VËy tæng sôt ¸p trªn MBA lµ : Uba = 0,53 + 2,1 = 2,63V 12
13 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt Ch¬ng 3 ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn A. Giíi thiÖu chung vÒ m¹ch ®iÒu khiÓn : * M¹ch ®iÒu khiÓn cã c¸c chøc n¨ng sau : - §iÒu khiÓn ®îc vÞ tri xung trong f¹m vi nöa chu kú d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt lªn anod vµ catod cña tiristo . - T¹o ®îc c¸c xung ®ñ ®iÒu kiÖn më ®îc tiristo ( xung ®iÒu khiÓn thêng cã biiªn ®é tõ 2V dÕn 10V ,®é réng xung thêng tõ 20s ®Õn 100s) I dt §é réng xung ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau : tx  di / dt I dt lµ dßng duy tr× cña tiristo * CÊu tróc cña mét m¹ch ®iÒu khiÓn nh sau : 2 4 1 3 Uc X SS §F Urc Trong ®ã : - §F : kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång fa - Urc : ®iÖn ¸p r¨ng ca - Uc : lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn - kh©u 1 : kh©u so s¸nh ®iÖn ¸p gi÷a Uc vµ Urc , khi Uc – Urc = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i . - kh©u 2 : kh©u t¹o xung chïm - kh©u 3 : lµ kh©u khuyÕch ®¹i xung - kh©u 4 : kh©u biÕn ¸p xung . B»ng c¸ch ®iÒu chØnh Uc ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn tøc lµ ®iÒu chØnh ®îc gãc  13
14 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt B. S¬ ®å nguyªn lý vµ ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn :  Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn : §iÖn ¸p h×nh sin sau khi qua MBA ®Ó t¹o ®iÖn ¸p ®ång fa , ®îc ®a vµo bé chØnh lu cÇu mét fa vµ qua kh©u so s¸nh A1 ®Ó t¹o ®iÖn ¸p d¹ng xung h×nh ch÷ nhËt UI . Do cã sù fãng n¹p cña tô C1 , ë ®Çu ra cña A2 cã ®iÖn ¸p d¹ng r¨ng ca UII . UII sau ®ã ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k qua kh©u A4 t¹o ®iÖn ¸p xung ch÷ nhËt . §iÖn ¸p nµy qua diode D13 chØ cßn l¹i c¸c xung d¬ng UIV. Thêi ®iÓm f¸t xung cña A4 ®îc ®iÒu chØnh nhê thay ®æi ®iÖn ¸p U®k . Do ®ã gãc ®iÒu khiÓn  c ã thÓ thay ®æi khi ®iÒu chØnh U®k Kh©u A3 vµ diode D2 t¹o xung chïm cã ®iÖn ¸p d¬ng UIII . §é réng cña c¸c xung nµy tuú thuéc vµo gi¸ trÞ R4 vµ C2 ®îc x¸c ®Þnh dùa trªn yªu cÇu cña tiristo cÇn ®iÒu khiÓn . C¸c ®iÖn ¸p UIV vµ UIII qua fÇn tö AND vµ ®îc ®a vµo kh©u khuyÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung ®Ó t¹o c¸c xung cã c«ng suÊt ®ñ lín ®Ó më c¸c tiristo . Khèi ph¶n håi dßng ®iÖn ( bao gåm c¸c kh©u A5 vµ A7 ) tù ®éng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn æn ®Þnh khi nã thay ®æi trong qu¸ tr×nh n¹p ¨c-quy vµ t¹o gi¸ trÞ dßng n¹p ban ®Çu theo yªu cÇu cña ¨c-quy . Khèi ph¶n håi ¸p (kh©u A10 ) tù ®éng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p khi ®iÖn ¸p thay ®æi . §iÖn ¸p f¶n håi ®îc so s¸nh víi ®iÖn ¸p ®Æt trªn biÕn trë VR1 . Khi ®iÖn ¸p f¶n håi Uf nhá h¬n ®iÖn ¸p ®Æt ( b»ng 93%U®m cña ¨c-quy ) th× ë ®Çu ra cña A6 xuÊt hiÖn xung ©m lµm kho¸ K2 vµ më K1 cho fÐp ¨c-quy vÉn n¹p theo dßng . Khi Uf lín h¬n ®iÖn ¸p ®Æt th× ë ®Çu ra cña A6 xuÊt hiÖn xung d¬ng lµm K2 më vµ K1 ®ãng , lóc nµy ¨c-quy chuyÓn sang chÕ ®é n¹p theo ¸p . Trong lóc n¹p theo ¸p , khi ®iÖn ¸p n¹p ®¹t gi¸ trÞ 113%U®m th× qu¸ tr×nh n¹p ®îc ng¾t nhê kh©u b¶o vÖ qu¸ ¸p ( gåm kh©u A9 , tranzito T4 vµ r¬le RH ) .  D¹ng ®iÖn ¸p cña c¸c kh©u trong m¹ch ®iÒu khiÓn nh sau : 14
15 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt 1,5   1 2 UI Ubh 0  - Ubh U II  U ®k Ubh  0  - Ubh U IV  0 U III   0  15
16 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt B. Ho¹t ®éng cña c¸c kh©u trong m¹ch ®iÒu khiÓn : 1. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång fa vµ ®iÖn ¸p r¨ng ca : R2 DZ +E D9 R1 D11 C1 D1 R3 A1 +E MBA +E  A2 D12 R27 D10 -E II -E R28  Nguyªn lý ho¹t ®éng : MBA t¹o ®iÖn ¸p ®ång fa víi ®iÖn ¸p ®Æt vµo m¹ch lùc . §iÖn ¸p h×nh sin sau khi qua chØnh lu ®îc ®a vµo kh©u so s¸nh A1 t¹o ®iÖn ¸p h×nh xung ch÷ nhËt . Do cã diode D1 nªn chØ cã xung d¬ng cña ®iÖn ¸p UI ®îc ®a vµo n¹p cho tô C1. Khi cã xung ©m , D1 kho¸ ,T1 më , tô C1 fãng ®iÖn qua R2 , A1 . Do qu¸ tr×nh fãng n¹p cña tô C1 nªn ta cã ®îc ®iÖn ¸p ra cña kh©u A2 cã d¹ng xung tam gi¸c . §iÖn trë R2 nh»m h¹n chÕ dßng qua tranzito T1 . Diode Dz m¾c song song tô C1 nh»m khèng chÕ ®iÖn ¸p ra UII kh«ng vît qu¸ U DZ . - Trong qu¸ tr×nh n¹p cho tô C1 : t UI dUII 1  C1 .  UII   UI.dt  Uo R3 .C1  R3 dt 0 t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu n¹p cho tô C1 , ®iÖn ¸p trªn tô b»ng 0 1 Ubh.t  UII   .UI.t   R3 .C1 R3 .C1 - §iÖn ¸p b·o hoµ : Ubh = E – 2 = 15 – 2 = 13V - thêi gian n¹p cho tô C1 lµ : tn = T/2 – 2 .1/ - chän ®iÖn ¸p dÆt UR28  15 V 1,5 U®f = 22 2 sin   sin 1  22 2 16
17 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt 30.00 20.00 U®f 10.00 Output 1,5V 0.00 UI -10.00 -20.00 0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m Time [s] 30.00 20.00 U®f 10.00 Output 0.00 -10.00 U II -20.00 0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m Time [s] 17
18 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt Thêi gian n¹p cho tô C1 lµ: 0,02 0,048 tn   2.  0,0097 s 2 314 Ubh.tn UII   R3 .C1 chän UII max = -Ubh = -13V  R3.C1 = tn = 0,0097 chän R3=10k  C1 = 0,0097/10000 = 0,97F - Trong qu¸ tr×nh fãng cña tô C1 : 1 UII   UI.t  Uof R2 .C1 trong ®ã : Uof = UIImax t lµ thêi gian fãng ®iÖn cña C1 t < 1/314 = 0,048/314 = 0,153ms 0,153 .10 3  R2   157 ,73  0,97 .10 6 chän R2 = 150  - chän c¸c ®iÖn trë R28 = 1k ; R29 = 9k - chän diode : c¸c diode D9 , D10 , D11 , D12 vµ D1 dïng lo¹i D-1001 cã c¸c th«ng sè I = 1A vµ Ung = 200 V. - chän diode Dz lo¹i BZ23-C15 cã ®iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i = 14,75 V - chän tranzito lo¹i C828 cã c¸c th«ng sè Uce = 30 V; Ice = 300mA ;  =30  100 - chän IC thuËt to¸n lo¹i A741 cã c¸c th«ng sè nh sau : Zvµo = 300k ; Zra = 60 ; En = 15V ; t = 55 o C  125 o C . 18
19 §å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt 2. Kh©u t¹o xung chïm : R4 +E A3 -E C2 R5 Uc R6 Ur  Nguyªn lý ho¹t ®éng : kh©u A3 thùc hiÖn so s¸nh 2 ®iÖn ¸p Ur vµ Uc , t¹o Uc Ubh chuçi xung ch÷ nhËt ë ®Çu ra . k.Ubh Ur  k.UIII1 trong ®ã k = R6/( R5 + R6)  X¸c ®Þnh chu kú xung ra : Tô C2 ®îc n¹p tõ ®iÖn ¸p Ubh qua R4. Chän ®iÖn ¸p trªn tô lóc b¾t ®Çu n¹p lµ  Uc(0) = -k.Ubh Ta cã biÓu thøc tÝnh thêi gian n¹p cho tô lµ : 2 .R6  R5 - Ubh T1 = R4 .C2 .ln R5 Chän R5 = R6 = 1k : T1 = 1,1.R4.C2 V× khi fãng vµ n¹p ®iÖn cho tô C2 th× dßng ®Òu ch¹y qua R4 nªn thêi gian fãng T2 = T1 VËy biÓu thøc tÝnh chu kú xung ra : T = T1 + T2 = 2,2R4.C2  Chän xung cã ®é réng lµ 50s , chän R4 = 100 :  C2 = 0,45F 19