Xem mẫu
- 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 1qua dung dÞch ®iÖn f©nb¶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 2V2,4V .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 2h3h , 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 20s
®Õn 100s)
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 = 0,97F
- 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 50s , chän R4 = 100 :
C2 = 0,45F
19
nguon tai.lieu . vn
