Đồ án Nạp ác quy

Mục lục: Chương1: Giới thiệu chung về ắc qui. 1.1.khái niệm chung 1.2.ắc qui kiềm 1.2.1.Cơ chế hoạt động 1.2.2.Hiện tượng tự phóng điện 1.2.3.Tính năng của ắc qui kiềm 1.2.3.1.Sức điện động 1.2.3.2.Đường cong phóng nạp 1.2.3.3.ảnh hưởng của nhiệt độ: 1.3.Cấu tạo ắc qui kiềm: 1.4.Quá trình nạp ắc qui tự động: Chương2: Chọn mạch điều khiển. 2.1.Xét mạch 2.1.1.Một pha có điểm giữa 2.1.2.Một pha sơ đồ cầu: 2.1.3.Ba pha hình tia: 2.1.4.Ba pha sơ đồ cầu: 2.2.Chọn lựa: Chương3: Thiết kế tính toán mạch lực. 3.1.Các thông số chọn van điều khiển. 3.2.Chọn van: 3.3.Thiết kế máy biến áp lực. 3.3.1.Tính toán mạch từ. 3.3.2.Tính toán dây quấn: 3.3.2.1.Kết cấu dây dẫn sơ cấp: 3.3.2.2.Kết cấu dây quấn thứ cấp: 3.3.3.Tính kích thước mạch từ: 3.3.4.Tính khối lượng sắt và đồng: Chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực: Bảo vệ quá điện áp và quá dòng cho van: Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn. Chương4: Thiết kế mạch điều khiển. Chương 1: giới thiệu chung về ắc qui. 1.1.khái niệm chung ắc qui là một loại nguồn điện hoá học ,biến đổi năng lượng hoá học thánh năng lượng điện . quá trình biến đổi xảy ra trên các điện cực đặt cách biệt nhau ,do các phản ứng õi hoá khử ,làm thay đổi điện tích ở các điện cực và sinh ra dòng điện tử, taol nên dòng điện chạy trong mạch. Có hai lloại nguồn điện hoá học là: Nguồn sơ cấp:pin chỉ sử dụng một lần do các chất hoạt động khó tái sinh (discharge) Thứ cấp ắc qui sử dụng đựpc nhiều lần. Do quá ỷình hoá học là thuận nghịch ,các chất hoạt động có thể tái sinh lại dạng ban đầu.Bằng cách nối ắc qui với nguồn điện có chiều dòng điện khác với chiều dòng điện ắc qui phát ra. Khi đó quá trình: Nguồn điện hoá học nói chung và ắc qui nói riêng ngày càng được sử dụng rộng r rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng, công nông nghiệp, các ngành khoa học, giao thông vận tải …Như để khởi động động cơ ôtô sử dụng trên các đoàn tàu, máy bay, trong các thiết bị điện tử,đo lường công nghiệp. 1901:Êđitxơn(Mỹ), Iungne(Thuỵ Điển) cùng lúc tạo ra ắc qui kiềm. Êđitxơn tạo ra ắc qui sắt kiềm, đến năm 1903 được đưa vào sản xuất. Có hai loịa ắc qui là ắc qui axít và ắc nqui kiềm. So với ắc qui axít ắc qui kiềm đượ sử dụng phổ biến hơn bơ tuổi thọ lớn từ 800 đến 1000 chu kỳ (hơn so với tuổi thọ của ắc qui axít ). Độ bền chắc, gọn, nhẹ hơn. Làm việc gián đoạn tốt. Dùng rồi, để lâu, dùng lại vẫn tốt. Tuy nhiên sức điện động chúng nhỏ hơn:E=1,2V-1,4V so với 2,0V của ắc qui axít. ắc qui Fe | Ni: xe chạy điện, xe lửa, xe cần trục, đèn mỏ… ắc qui Cd | Ni: thiết bị liên lạc vô tuyến, đèn xách tay 1.2.ắc qui kiềm: 1.2.1.Cơ chế hoạt động: Điện cực dương: ôxy kiền khi đã nạp điện là tinh thể NiOOH khi đã phóng điện là Ni(OH)2 Khi nạp điện: phân cực anốt ion H+ tách khỏi mạng lưới tinh thể Ni(OH)2 khuếch tán vào trong dung dịch kết hợp với OH- làm giảm nồng độ kiềm Ni(OH)2 àNiOOH+H++e Để dẫn điện tốt người ta thường dùng bột graphit hoặc vẩy kền mỏng làm chất dẫn điện thêm vào chất hoạt động trong cực dương. Khi phóng điện NiOOH+H2O+eàNi(OH)2+OH- Tổng quát lại: theo lý thuyết ngày nay quá trình nạp và phóng điện của diện cực oxy kền có thể viết: Ni(OH)2+OH- à NiOOH+H2O+e 1.2.2.Hiện tượng tự phóng điện: ắc quy đã nạp điện để lâu dung lượng của nó giảm đi vì oxy dần dần thoát ra do phân huỷ oxýt kền giàu oxy. Nhất là mấy ngày đầu sau khi nạp. Điện thế điện cực oxyt kền mới nạp lớn hơn điện thế cân bằng điện cực oxy là 0,2 V. Oxyt kền giàu oxy sẽ oxy hoá nước để cho oxyt thoát ra: 2NiO2+H2O à2NiOOH +1/2O2 Đến khi cân bằng điện thế thì lúc này tự phóng điện tiếp tục xảy ra là do phân huỷ một phần NiOOH theo phản ứng: 2NiOOH+H2O à 2Ni(OH)2+1/2O2 Cho thêm họp chất catmi vào thành phần điện vực oxyt kền( 5%-10%) Cd/Ni thì giảm tự phóng điện khoảng 10-15% . Điện cực Fe: Fe +2OH-àFe(OH)2+2e Phản ứng tự phóng điện: Fe+2H2O à Fe(OH)2+H2 Fe+1/2O2 + H2O àFe(OH)2. Quá trìng xảy ra trong kiềm sắt kền Fe+2NiOOH+2H2OàFe(OH)2 + 2Ni(OH)2 Điện cực Catmi(Cd): Cd+2OH-àCd(OH)2 + 2e. Với điện cực catmi , quá trình tự phóng là rất bé. Quá trình tổng quát: Cd+2NiOOH +2H2OàCd(OH)2 +2Ni(OH)2 1.2.3.Tính năng của ắc qui kiềm: 1.2.3.1.Sức điện động Sức điên động (sđđ) của ắc qui kiềm Fe-Ni, và Cd-Ni ít thay đổi khi biến thiên nồng độ kiềm trong chất điện phân giải. Khi làm việc :sđđ phụ thuộc hoạt tính chất hoạt động cực dương.Hàm lượng oxy trong ôxyt kiềm. Sđđ của ắc qui kiềm Fe-Ni mới nạp 1,48V để lâu khí O2 thoát ra còn 1,35V. Sđđ của ắc qui kiềm Cd-Ni mới nạp 1,44V để lâu khí O2 thoát ra còn 1,35V. 1.2.3.2.Đường cong phóng nạp: Khi nạp:Fe | Ni thế tăng nhanh:1,65-1,7V cuối khi nạp 1,8-1,85V Khi phóng: Fe | Ni thế trung bình=1,25V ở Cd | Ni là: 1,2-1,25V ảnh hưởng mật độ đến quá trình nạp phóng: Khi mật độ dòng phóng tăng ít ảnh hưởmg đến dung lượng nhưng điện thế giảm mạnh. Khi nạp với dòng điện quá nhỏ thì ắc qui sẽ không được nạp điện mà tất cả điện vào chỉ dùng để làm cho khí thoát ra chủ yếu là khí H2. Không nên nạp với dòng điện lớn vì ion khí khuếch tán không kịp đến bề mặt điện cực, nghèo đi rất nhanh, ắc qui bị nóng lên mau chóng. Vì vặythờng nạp điệnvào ắc qui kiềm với dòng nạp=20% trị số dung lượng tiêu chuẩn của ắc qui. 1.2.3.3.ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến ắc qui. Điều kiện to: 20-35oC: chế độ phóng nạp bình thường. Điều kiện to: 40oC, sau 30 ngày thì ắc qui sẽ tự phóng hết 100% dung lượng. Hiệu suất sử dụng:điều kiện thường 75% dung lượng . Nếu có điều kiện bảo quản và sử dụng tốt thì ắc qui kiềm có thể sử dụng được đến 20-25 năm liền. 1.3.Cấu tạo ắc qui kiềm: Điện cực ắc qui kiềm là những hộp nhỏ bên trong chứa chất hoạt động. Những hộp đó gọi là lamen. Lamen làm bằng lá rất mỏng có lỗ tròn mạ kền, bên trong lamen nhồi chất hoạt động. Phần lớn các chi tiết làm ắc qui kiềm được mạ kền Ni. Lamen làm bằng lá thép dày 0,1mm có dùi lỗ nhỏ, kích thước 0,35x0,16mm để làm chất hoạt độngkhông lọt ra được. Bề mặt các lỗ bằng 12-18%bề mặt lá thép. Cực dương có nhiều lỗ (lamen) được mạ kền. Ghép các lămn bọc lại với nhau thành lá cực có khung kẹp lại cho chắc. Cực âm chiều rộng của lamen: 12,6 và 13,3mm. Chiều dày: 4,0-4,2mm. đường kính của lamen :4,6 và 6,35mm. Chiều dài: 114mm. Các lá cực ghép lại thành bộ chùm cực âm dương. để các cực không chạm vào nhau, dùng que ebonit chèn vào giữa chúng. Lớp vỏ cũng được mạ Ni. điện dịch có thể dùng NaOH, KOH. để tuổi thọ kéo dài thêm một lượng LiOH nhất định. ắc qui kiềm luôn được đậy kín nắp, có đổ một lớp dầu vadơlin để hạn chế quá trình cacbonat hoá (dung dịch hấp thụ CO2). 1.4.Quá trình nạp ắc qui tự động: Theo quá trình nạp hiện đại có 3 quá trình chính trong nạp ắc qui tự động. Khi áp ắc qui thấp do quá trình phóng vào khoảng 0,8V thì ta nạp khởi tạo với dòng không đổi (60A). Quá trình này làm áp ắc qui tăng dần tới khoảng 1,7V (1,65-1,7V) Tới áp 1,7V quá trình nạp no áp được giữ nguyên 1,7V. lúc này dòng giảm xuống tới =0,1à0,2A. Lúc đó chuyển qua quá trình nạp nổi. Với điện áp thấp hơn: 1,65V (duy trì). Trên thực tế đường dòng, sức điện độngkhi nạp không hoàn toàn phẳng nhẵn như trên đồ thị mà nằm trong một giải. Có giá trị cực đại vào khoảng 1,9V. Xác định được dòng nạp: 20%x300Ah=60A áp nạp: max 1,9x90= 171V bình thường 1,7x90= 153V. Trên thực tế, quá trình nạp ổn dòng xảy ra trong khoảng thời gian ngắn. từ 1 đến 2 giờ. Vậy ta dã xác định được yêu cầu dòng áp nạp là: Iđmax=60A. Uđmax=171V. Chương 2: Chọn mạch điều khiển. 2.1.Xét mạch: 2.1.1.Một pha có điểm giữa: Ud0=0,9U2 . . Ungmax= 2,38*U2= 2,38*190= 537,7V. Sba= 1,48*60*171=15184,8VA=15kVA. 2.1.2.Một pha sơ đồ cầu: . . Ungmax= 1,41*U2= 1,41*190= 267,9V. Sba= 1,23*60*171=12619,8VA=12kVA. 2.1.3.Ba pha hình tia: . . Ungmax= 2,45*U2= 2,45*146,145= 358,077V. Sba= 1,35*60*171=13851VA=13kVA. 2.1.4.Ba pha sơ đồ cầu: à. . Ungmax= 2,45*U2= 2,45*73,077= 179,038V. Sba= 1,05*60*171=10773VA=11kVA. Qua các sơ đồ trên ta thấy chưa cần đến sơ đồ hình tia 6 pha. Chọn sơ đồ cầu ba pha là hợp lý bởi vì: Iv=20A. Ungmax=179,03V Sba=10,7kVA là nhỏ nhất trong cả ba sơ đồ ở trên. 2.2.Chọn lựa: Trong sơ đồ cầu ba pha có hai loại không đối xứng và đối xứng. Sơ đồ không đối xứng có các ưu điểm: Hệ số công suất tốt. Cosφ cao. Mạch điều khiển nhỏ gọn. Đơn giản hơn. Giá thành rẻ. Nhược điểm của loại sơ đồ này là: không điều khiển sâu được điện áp. Nhưng đây là quá trình nạp ắc qui nên việc điều khiển sâu điện áp klhông quan trọng. Vậy việc chọn sơ đồ cầu bán điều khiển, có các Thyristor mắc K chung là hợp lý. Chương 3: Thiết kế tính toán mạch lực. 3.1.Các thông số chọn van điều khiển. Trong quá trình hoạt động. Trên các điện trở, van, cuộn dây có xụt áp. do đó Ud cấp cho mạch, yêu cầu khác với Udthực (Udt). Ud= Udt+ dUr+ dUx+ dUv. Xụt áp trên điện trở (của máy biến áp) dUr= 2.Id.rba. . Trong đó: . Sba=1,05.Ud.Id. Chọn er= 2%. . . . Xụt áp trên cuộn dây (của máy biến áp). (hiện tượng trùng dẫn). . chọn ex= 5%. . . Xụt áp trên van: Điốt: 1,4V. Thyristor: 2V. Ud= Udt+ dUr+ dUx+ dUv. Ud=171+ 0,0209Ud+ 0,0249Ud+ 1,4+ 2. . Vậy: Idmax= 60A. Udmax = 182,774V. // Do máy biến áp có tính chất điện cảm nên xảy ra hiện tượng trùng dẫn. . Ungmax = 2,45.U2=2,45.78,109=191,367V. 3.2.Chọn van: Ivthực= 3.Iv= 3.20= 60A. Ungmaxthực= 2.Ung=2.182,775= 365,55V. 3.2.1.Diot: Ta chọn làm mát bằng tản nhiệt không khí do: .(Nhỏ). Loại 1N2135. Imax = 60A. Un = 400V. Ipik = 700A. . Ith = 60A. Tcp =175 oC. 3.2.2.Thyristor: loại TF600M4EJ. Ungmax=400V. . . Ig= 150mA. Ug= 5V. Ir= 50mA. . . Tcm = 100μs. ToC= 125o. 3.3.Thiết kế máy biến áp lực. Xụt áp trên trở, cuộn dây của máy biến áp: . . Từ phương trình cân bằng điện áp ta có: . . Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: . Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: . Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: . Máy biến áp thiết kế ra phải thoả mãn các tham số kĩ thuật yêu cầu có kích thước hợp lý, bảo đảm độ bền về điện, cơ, nhiệt, kinh tế trong vận hành giá thành rẻ. Ngoài tính toán điện từ, việc tính toán máy biến áp liên quan rất mật thiết tới giai đoạn thứ hai, thiết kế kết cấu máy biến áp. 3.3.1.Tính toán mạch từ. Chọn mạch từ ba trụ tiết diện Qfe của mỗi trụ tính bởi công thức . kQ :hệ số phụ thuộc phương thức làm mát. Chọn phương thức làm mát tự nhiên kQ=6. m=3(3 trụ), f=50Hz. Thay số ta tính được: . Đường kính trụ: . Chuẩn đoán đường kính trụ theo tiêu chuẩn :0,08(m). Chọn loại thép cán lạnh 3411, các lá thép có độ dày 0,35mm. Chọn mật độ từ cảm trong trụ B=1,37(T). Chọn tỷ số: suy ra h=2,3.d=2,3.8=18,4(cm) Ta chọn chiều cao trụ là: 18cm. 3.3.2.Tính toán dây quấn: Số vòng dây quấn mỗi pha sơ cấp máy biến áp: . Chọn W1=246(vòng). Số vòng dây quấn mỗi pha thứ cấp máy biến áp: . Chọn W2=51(vòng). Chọn sơ bộ mật độ dòng trong máy biến áp, với dây dẫn bằng đồng máy biến áp khô, chọn: J1=J2=2,75(A/mm2) Tiết diện dây quấn: . Tiết diện dây sơ cấp máy biến áp: . Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1=3,80mm2. Kích thước dây dẫn có kể cách điện: S1cd=a1.b1=1,56.2,63(mm x mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: . Tiết diện dây thứ cấp máy biến áp: . Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2=18,40mm2. Kích thước dây dẫn có kể cách điện: S2cd=a2.b2=4,10.4,70(mm x mm). Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: . 3.3.2.1.Kết cấu dây dẫn sơ cấp: Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm phân bố theo chiều dọc trục. Tính số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp: (vòng). Trong đó: kc=0,95 là hệ số ép chặt. h = chiều cao trụ. hg = khoảng cách từ gông đến cuộn sơ cấp. (1,5cm). Số lớp dây ở cuộn sơ cấp: (lớp). Chọn số lớp n1l=5(lớp). Như vậy chọn 4lớp đầu có 50(vòng), lớp thứ 5 có 246-200=46(vòng). Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: . Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày δ01=0,1(cm). Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp a01=1(cm). Đường kính trong của ống cách điện: Dt = dFe+2.a01-2.δ01 = 8+2.1-2.0,1=9.8(cm). Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 =Dt+2.δ01 = 9,8+2.0,1 = 10(cm). Chọn bề dày giữa hai lớp cuộn sơ cấp: cdl1=0,1(mm). Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1+cdl1).nl1 = (0,156+0,01).5 = 0,83(cm). Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt+2.Bd1 = 10+2.0,83 = 11,66(cm). Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: . Chiều dài dây quấn sơ cấp: l1 = W1.π.Dtb1 = 246.π.10,83 = 8369,77(cm) = 83,7(m). Chọn bề dày cách điện cuộn sơ và thứ cấp: cd01 = 1(cm). 3.3.2.2.Kết cấu dây quấn thứ cấp: Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm phân bố theo chiều dọc trục. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 13,84(cm). Tính số vòng dây trên một lớp (vòng). Tính số lớp dây quấn thứ cấp: (lớp). Chọn số lớp dây quấn thứ cấp nl2 = 2 lớp. Chọn lớp đầu có 26 vòng, lớp thứ hai có 51-26 = 25 vòng. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: . Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1+2.a12 = 11,66+2.1 = 13,66(cm). Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd2 = 0,1(mm). Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2+cd2).nl2 = (0,41+0,01).2 = 0,84(cm). Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2+2.Bd2 = 13,66+2.0,84 = 15,34(cm). Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: . Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = π.W2.Dtb2 = π.50.14,5 = 2277,65(cm) = 22,777(m). Đường kính trung bình các cuộn dây: . . Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp là: a22 = 2(cm). 3.3.3.Tính kích thước mạch từ: Với đường kính trụ: d = 8cm, ta có trụ có số bậc là 4. Gồm có các lớp như sau: 75x14; 65x9; 55x6; 40x5(mm x mm). Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Qbt = 2.(7,5.1,4+6,5.0,9+5,5.0,6+4.0,5) = 43,3(cm2). Tiết diện hiệu quả của trụ: Qt = 0,95.43,3 = 41,135(cm2). Tổng chiều dài các bậc thang của trụ: Dt = 2.(1,4+0,9+0,6+0,5) = 6,8(cm). Số lá thép dùng trong bậc: Bậc 1: (lá). Bậc 2: (lá). Bậc 3: (lá). Bậc 4: (lá). Để đơn giản ta chọn gông tiết diện hình chữ nhật: Chiều dày gông = chiều dày trụ: b = dt =8(cm). Chiều cao gông = chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 7,5(cm). Qbg = 7,5.8 = 60(cm2). Tiết diện hiệu quả gông: Qg = 0,95.Qbg = 0,95.60 = 57(cm2). Số lá thép dùng trong một gông: (lá). Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: (T). Mật độ từ cảm trong gông: . Chiều rộng cửa sổ: c = 2.(a01+Bd1+a12+Bd2)+a22 = 2.(1+0,83+1+0,84)+2 = 9,34(cm). Khoảng cách giữa hai tâm trục: c’ = c+d = 9,34+8 = 17,34(cm). Chiều rộng mạch từ: L = 2.c+3.d = 2.9,34+3.8 = 42,68(cm). Chiều cao mạch từ: H = h+2.a = 18+27,5 = 33(cm). 3.3.4.Tính khối lượng sắt và đồng: Thể tích trụ: Vt = 3.Qt.h = 3.41,135.18 = 2221,29(cm3). Thể tích của gông: Vg = 2.Qg.L = 2.57.42,68 = 4865,52(cm3). Khối lượng của trụ: Mt = Vg.mFe = 4865,52.10-3.7,85 = 38,19(kg). Khối lượng của gông: Mg = Vt.mFe = 2221,29.10-3.7,85 = 38,19(kg). Khối lượng toàn bộ: MFe = Mt+Mg = 38,19+17,44 = 55,63(kg). Thể tích đồng: VCu = 3.(S1.L1+S2.L2) = 3.(3,8.10-4.837+18,4.10-4.227,77) = 2,2115(dm3). Khối lượng của đồng: MCu = VCu+mCu = 2,2115.8,9 = 19,68(kg). Chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực: Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ: (sd) Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn. Khi làm việc với dòng điện chạy qua, trên các van có sụt áp do đó có tổn hao công suất ΔP, tổn hao này sinh ra mhiệt đốt nóng van bán dẫn. Các loại van bán dẫn có thể làm việc mà không bị hư hỏng dưới một nhiệt độ (Tcp), ở đây diode là loại 1N2135 có Tcp = 175oC và Thyristor là loai CS35_08104 Tcp=125oC. Ta chọn toả nhiệt làm mát bằng không khí với cánh toả nhiệt do: Δp=I.ΔU=20.2,5=50(w) là nhỏ. Ta thiết kế cánh toả nhiệt như sau: Tổn thất trên Thyristor: ΔpT = ΔUT.Ilv = 20.1,8 = 36(w). Tổn thất trên Diode: ΔpD = ΔUD.Ilv = 20.1,4 = 28(w). Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40oC. Nhiệt độ cho phép Thyristor: TcpT = 125oC. Nhiệt độ cho phép Diode: TcpD = 175oC. Trở kháng nhiệt của tản nhiệt yêu cầu: . . Có thể chọn loại WA166 Diode: dài 30mm. Thyristor: dài 75mm. Bảo vệ dòng quá điện cho van: áptômát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng cắt mạch khi quá tải, ngắn mạch Thyristor, ngắn mậch đầu ra bộ biến đổi. Chọn một áptômát có Iđm = 1,1.Ilv = 1,1.20 = 22(A). Uđm = 220(V). Inm = 2,5.Ilv = 2,5.20 = 50(A). Iqt = 1,5.Ilv = 1,5.20 = 30(A). Cầu dao có cầu chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch Thyristor ở đầu ra bộ chỉnh lưu. I1CC = 1,1.I2 = 1,1.48,99 = 53,89(A). I2CC = 1,1.Ilv = 1,1.20 = 22(A). I3CC = 1,1.Id = 1,1.60 = 66(A). Bảo vệ quá điện áp và quá dòng cho van: Bảo vệ quá điện áp: Quá trình đóng cắt Thyristor, các điện tích tích tụ phóng ra tạo thành dòng điện ngược, gây ra sự biến thiên dòng điện, sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng lớn trong điện cảm làm cho quá áp AK. Mắc RC song song Thyristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích cho quá trình chuyển mạch. Bảo vệ quá dòng cho van: Khi Thyristor bắt dầu mở, không phải mọi thời điểm trên tiết diện tinh thể bán dẫn đều dẫn dòng đồng đều. Dòng điện sẽ chạy qua bắt đầu ở một số điểm gần với cực điều khiển nhất, sau đó sẽ lan toả dần sang các điểm khác trên toàn bộ tiết diện. Nếu tốc độ tăng dòng quá lớn có thể dẫn tới mật độ dòng điện ở các điểm dẫn ban đầu quá lớn, sự phát nhiệt cục bộ quá mãnh liệt có thể dẫn đến phá hỏng cục bộ, từ đó dẫn đến hỏng toàn bộ tiết diện tinh thể bán dẫn. Để bảo vệ quá dòng cho van mắc nối tiếp với các phần tử bán dẫn những điện kháng nhỏ, lõi không khí hoặc đơn giản hơn là các xuyến ferit lồng lên nhau. Xuyến ferit được dùng khá phổ biến vì cấu tạo đơn giản, dễ thay đổi điện cảm, có tính chất của cuộn cảm bão hoà. Khi dòng đã lớn ferit bị bão hoà từ, điện cảm giảm gần như bằng không. Vì vậy cuộn kháng kiểu này không gây sụt áp trên van trong chế độ dòng định mức. Tính biến áp nguồn nuôi và nguồn đồng pha: Dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển. Chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trên mỗi trụ có ba cuộn dây, gồm 1 cuộn sơ cấp, 2 cuộn thứ cấp. Điện áp lấy ra ở cuộn thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha và nguồn nuôi: .Ta chọn: U2 = U2dph = 9(V). Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2dph = 1(mA). Công suất nguồn nuôi cung cấp cho biến áp: Pdph = 6.U2dph.I2dph = 2.9.1.10-3 = 54(mW). Công suất tiêu thụ ở 4 IC LM348, và IC4081 đẻ tạo 3 cổng AND là: P5IC = 5.PIC = 5.0,68 = 3,4(W). Công suất biến áp xung cấp cho cực diều khiển Thyristor: PX = 3.Uđk.Iđk = 3.3.0,15 = 1,35(W). Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi: Pn = P5IC+PX+Pđph = 0,054+3,4+1,35 = 4,804(W). Công suất máy biến áp có kể 5% tổn thất: S = 1,05.Pn = 5,0442(W). Dòng thứ cấp máy biến áp: . Dòng sơ cấp máy biến áp: . Tiết diện trụ máy biến áp: . Chuẩn hoá tiết diện trụ theo tiêu chuẩn Qt = 1,63(cm2). Kích thước mạch từ lá thép σ = 0,5mm. Số lượng lá thép: 68 lá. Ta được các chiều của máy biến áp: a = 12mm; b = 16mm; c = 30mm. Hệ số ép chặt kc = 0,85. Chọn mật độ từ cảm BT=1T Số vòng dây sơ cấp: (vòng). Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75(A/mm2). Tiết diện dây dẫn sơ cấp: . . Chọn d1 = 0,1mm để đảm bảo độ bền cơ. Đường kính có kể cách điện: 0,12mm. Số vòng dây quấn thứ cấp: (vòng). Chọn W2 = 213(vòng). Tiết diện dây quấn thứ cấp: . Đường kính dây quấn thứ cấp: . Chuẩn hoá đường kính: d2 = 0,21mm. Đường kính có kể cách điện d2cd = 0,235mm. Chọn hệ số lấp đầy kld = 0,7: . Chọn c = 7mm. Chiều dài mạch từ: C = 2.c+3.a = 14+36 = 50(mm). Chiều cao mạch từ: H = h+2.a = 30+24 = 54(mm). Chọn diode cho bộ chỉnh lưu: . . Chọn diode loại KII208A có các thông số: Iđm = 1,5A. Ungmax = 100V. Mạch dùng biến áp xung điều khiển Thyristor: Chọn các phần tử cho mạch điều khiển Thyristor: Ig = 150mA; Ug = 1,4V; tx = 180μs. Diện tích xung điều khiển VO.t = 252Vμs. Với dòng điều khiển Ig = 150mA ta chọn loại biến áp xung IT Schaffner loại IT235, với hai cuộn dây có tỷ số máy biến áp 1:1, điện cảm Lp = 3mH. Hình dạng: (Type 5, đầu dây 8, tr190). Dòng sơ cấp biến áp xung: I1 = IG+Iμ. Vì điện áp đặt lên cuộn dây biến áp xung có giá trị không đổi nên dòng từ hoá iμ thay đổi tuyến tính theo thời gian: . Như vậy . Ta phải có: U1 = UGK+ΔUD = 1,4+1 = 2,4V. Vậy . I1max = IG+Iμ,max = 0,15+0,144 = 0,294(A). Với Un = 12V, chọn điện trở hạn chế: . Transistor phải chọn loại co dòng: ICmax > 0,294(A), và hệ số khuếch đại dòng β = 75, khi đó dòng khuếch đại badơ là 4mH phù hợp với đa số đầu ra của đa số các IC. Có thể chọn diode ổn áp DZ với UON = 6V khi đó: UCE,max = 12+6+1 = 19V. Chương 4: thiết kế mạch điều khiển. Thiết kế mạch điều khiển: Mạch điều khiển: Mạch điều khiển gồm các khâu: đồng pha, tạo răng cưa và tạo xung. điện áp đồng pha lấy từ thứ cấp máy biến áp qua một mạch lọc RC đưa đến đầu vào của KĐTT loại μA741. μA741 làm việc trong chế độ so sánh nên đầu ra sẽ cho ra điện áp dạng xung chữ nhật đối xứng. Điện áp dạng xung chữ nhật này có tần số của diện áp nguồn nên gọi là khâu đồng pha. Điện áp dạng xung chữ nhật đưa đến một khâu vi phân tạo ra bởi R2,C2 tạo nên dạng xung nhọn với biên độ bằng hai lần biên độ xung chữ nhật. Dạng xung nhọn này dùng để tạo ra xung tam giác nhờ KĐTT loại μA741. Để tạo ra dạng xung tam giác mong muốn ta cần xung chữ nhật ra khỏi KĐTT này có phần âm 1ms, và phần dương khoảng 9ms. Quá trình được thực hiện như sau: Khi xung chữ nhật chuyển từ dương sang âm, bản cực thứ hai của tụ C2 sẽ chuyển từ âm sang dương, điều này làm mở D2 để đưa bản tụ thành dương. Làm cho điện áp đầu ra không đảo nhỏ hơn điện áp đầu ra đảo, điện áp ra âm trong khoảng thời gian tụ phóng. Khi xung chữ nhật chuyển từ âm sang dương, bản cực thứ hai của tụ C2 sẽ chuyển từ dương sang âm, điều này làm mở D1 để đưa bản tụ thành dương. Làm cho điện áp đầu ra không đảo nhỏ hơn điện áp đầu ra đảo, điện áp ra âm trong khoảng thời gian tụ phóng. Dạng điện áp này được đưa vào bộ tạo xung răng cưa, gồm một KĐTT μA741, một tụ C, một diode ngược và một diode Zener ổn áp. Quá trình hoạt động của bộ tạo răng cưa như sau: Trong khoảng xung âm 1ms, diode ngược cho xung vào, tụ C nạp điện trong khoảng thời gian này. Trong khoảng xung dương 9ms tiếp sau, diode ngược ngăn xung vào, tụ C phóng điện trong khoảng 9ms. Để dạng xung tam giác ra về 0V đúng khoảng thời gian 10ms, ta điều chỉnh biến trở giảm nhỏ xuống. Xung tam giác này được so sánh với một điện áp điều khiển được phản hồi từ hệ thống qua một bộ so sánh là KĐTT, đầu ra của bộ so sánh được nối với một diode ngược để cắt bỏ phần âm. Còn phần dương có thời gian xung phụ thuộc vào điện áp điều khiển. Khoảng thời gian xung này chính là góc điều khiển α dùng để điều khiển Thyristor. Để điều khiển chắc chắn, ta thêm một bộ tạo xung vào, sau đó cho hai tín hiệu ra đi qua một cổng logíc tạo ra chùm xung. Chùm xung này cho qua một biến áp xung dùng để cách li mạch lực với mạch điều khiển. Biến áp xung ngoài phần chính là biến áp xung, còn có diode để ngắn mạch dòng tự cảm, và một transistor để đưa tín hiệu chùm xung vào. Bên thứ cấp biến áp xung có hai diode một dùng ngăn dòng ngược, và một ngăn điện áp ngược đặt lên hai đầu GK của Thyristor. Lúc này ta sẽ được áp điều khiển dạng chùm xung với góc điều khiển α được phản hồi về từ mạch đo, giúp cho Thyristor đong mở được theo mong muốn.