Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy 3 tầng trở hàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập-Tự do-Hạnh phúc HÀ NỘI ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI:Thiết kế phần chỉnh lưu của bộ nguồn liên tục UPS Các thông số kĩ thuật: Công suất ra : 6 (KVA) Uvào :220(VAC) Ura :220(VDC) Tần số : 50 (HZ) Lời nói đầu Ngày nay trong các nhà máy công nghiệp hiện đại ,các thiết bị điện tử công suất ngáy càng được sử dụng nhiều.Việc thay thế các phần tử động có tiếp điểm và kích thước lớn bằng các phần tử tĩnh không có tiếp điểm,kích thước nhỏ,công suất lớn đã làm cho các thiết bị máy móc công nghiệp phát triển lên một tầm cao mới . Đó là nhiêm vụ của điện tử công suất. Sinh viên nghành tự động hoá không thể không biết về điện tử công suất nên việc học điên tử công suất là hết sức cần thiết.Trong quá trình học tập ở trên lớp do thời gian có hạn nên không thể tìm hiểu được nhièu về môn học quan trọng này,chính vì vậy làm đồ án môn học sẽ đã chúng em hiểu thêm được rấ nhiều về môn học cũng như các bài toán thực tế. Trong quá trình làm đồ án này em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn: ĐỖ TRỌNG TÍN . Thầy đã giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình giúp em hoàn thành được đồ án này. Mặc dù em đã cố gắng rất nhiều ,song không thể tránh khỏi thiếu sót và sai lầm nhất định.Em rất mọng nhận được sự góp ý và chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ môn.Em xin trân thành cảm ơn. Hà Nội ngày 20 tháng 5 năm 2006 Sinh viên thực hiện Nguyên Kiên Trung Mục lục Lời nói đầu………………………………………………………………2 Chương 1 GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ………………………4 1.cumg cấp năng lượng điện cho nhưng tải nhạy cảm…………..4 2.Giải pháp dùng UPS…………………………………………...4 3.Chưc năng của UPS……………………………………………5 4.Phân loại UPS………………………………………………….5 5.Các thành phần của UPS………………………………………7 6.Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật đối với bộ chỉnh lưu…………...8 Chương 2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN…………….9 I.Giới thiệu các phương án………………………………………...9 II.Kết luận và lựa chọn…………………………………………....13 Chương 3 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC………….14 I.Thiết kế mạch lực………………………………………………..14 II.Tính toán mạch lực……………………………………………..15 III.Tính chọn van và bảo vệ van………………………………….18 IV.Chọn các thiết bị khác…………………………………………21 Chương 4 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN..23 I.Yêu cầu đối với mạch điều khiển………………………………..23 II.Nhiệm vụ của mạch điều khiển…………………………………23 III.THiết kế mạch điều khiển………………………………………30 IV.Tính toán mạch điều khiển……………………………………..31 Bảng thông số các linh kiện dùng trong thiết kế …………………….43 Mô phỏng………………………………………………………………...47 Kết luận ………………………………………………………………….48 Tài liệu tham khảo………………………………………………………49 CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TỔNG QUAN VỀ BỘ NGUỒN LIÊN TỤC UPS 1.Cung cấp năng lượng điện cho những tải quan trọng: Trong thực tế có rất nhiều những nơi đòi hỏi phải được cung cấp điện một cách lien tục như:phòng cấp cứu ở các bệnh viện ,phòng máy tính lưu trữ thong tin,…Nếu để mất điện kết quả sẽ không lường trước được.Yêu cầu đặt ra là phải cung cấp điện một cách liên tục. Trong mạng lưới điện có rất nhiều nguyên nhân có thể gây mất điện đột xuất như:sét đánh vào đường dây,vào trạm phân phối điện,máy phát điện;Cành cây rơi vào gây ngắn mạch và đứt dây;Sự hư hỏng trong hệ thống cung cấp;… 2.yêu cầu và giải pháp dùng UPS: Điều cần chú ý trước hết của những sự cố và những hậu quả của nó về phương diện : An toàn cho con người An toàn cho thiết bị ,nhà xưởng Mục tiêu vận hành kinh tế Từ đó phải tìm cách loại bỏ nhưng sự cố ra khỏi hệ thống.Có nhiều giải pháp kĩ thuật khác nhau,những giải pháp này được so sánh trên cơ sở của 2 tiêu chuẩn sau để đánh giá: Liên tục cung cấp điện Chất lượng cung cấp điện Phụ tải ưu tiên thông thường có các thiết bị điện tử nhạy cảm đòi hỏi việc cung cấp liên tục,yêu cầu một “Giao diện công suất” giữa nguồn cung cấp và tải,nó cung cấp một điện áp mà không có bất kì sự cố nào dù rất nhỏ ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp trong phạm vi sai số cho phép về biên độ và tần số.Bộ nguồn có chức năng làm việc tin cậy như vậy là UPS(Unteruptible power system). 3.Chức năng của UPS: Hoạt động như một giao diện giữa hệ thống cung cấp và những tải nhạy cảm. UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện lien tục,chất lượng cao,không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp. UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy: Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung cấp , đặc biệt khi hệ thống cung cấp ngừng hoạt động. phạm vi sai số cho phép tuỳ theo yêu càu của thiết bị điện tử nhạy cảm (Ví dụ :GALAXY_sai số cho phép của biên độ 0.5%;Tần số: 1%). UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, đọc lập và lien tục thong qua các khâu trung gian:Acquy và chuyển mạch tĩnh. 4.Phân loại UPS: a. UPS tĩnh tĩnh và quay: UPS tĩnh: Sử dụng những bộ chuyển đổi tĩnh thực hiện chức năng nghịch lưu. ~ = = ~ acquy HTCC1 HTCC2 Chỉnh lưu/nạp nghịch lưu tải HTCC1 UPS quay:Dùng máy điện quay để thực hiện chức năng nghịch lưu.l ~ = ~ = acquy = ~ M G M G HTCC2 chỉnh lưu Bộ nạp nghịch lưu điều khiển chuyển mạch tĩnh b. UPS gián tiếp(off-line)và UPS trực tiếp(on-line): Off –line UPS: HTCC ~ = = ~ = F acquy chỉnh lưu/nạp nghịch lưu Lọc Tải Trong quá trình vận hành bình thường ,nguồn lưới cung cấp trực tiếp cho tải thong qua bộ lọc F mà không qua nghịch lưu. Không đáp ứng được với các phụ tải như:các trung tâm máy tính,tổng đài điện thoại,và không điều chỉnh được tần số. On-line UPS: HTCC ~ = = ~ acquy chỉnh lưu/nạp Nghịch lưu TẢI Việc cung cấp điện được liên tục trong phạm vi sai số cho phép của tần số và điện áp,không phụ thuộc vào trạng thái của HTCC hơn nữa trong hệ thống có chuyển mạch tĩnh nênkhông có sự cố,hỏng hóc nếu tải buộc phải được chyển trực tiếp về HTCC chính.Sơ đồ này dung cho công suất trung bình và cao(>40KVA). 5.Các thành phần của UPS: HÖ thèng cung cÊp -HTCC1: §­êng vµo b×nh th­êng cung cÊp cho ChØnh l­u-n¹p -HTCC2: Cung cÊp cho chuyÓn m¹ch tÜnh,cã tÇn sè trïng HTCC1; HTCC2 cã thÓ trïng HTCC1 Bé chØnh l­u-n¹p Dïng ®Ó biÕn ®æi ¸p xoay chiÒu thµnh 1 chiÒu ®Ó cung cÊp cho bé chØnh l­u vµ n¹p ¾cquy. ¾c quy -Lµ nguån dù tr÷ n¨ng l­îng ®iÖn cung cÊp cho bé nghÞch l­u khi mÊt ®iÖn hoÆc chÊt l­îng ®iÖn suy gi¶m. d)Bé NghÞch l­u - NghÞch l­u tõ một chiÒu sang xoay chiÒu tõ bé ChØnh L­u hoÆc ¾cquy víi tÇn sè x¸c ®Þnh. e)ChuyÓn m¹ch tÜnh -ChuyÓn t¶i cña UPS tõ bé NghÞch l­u sang HTCC2 mµ kh«ng lµm gi¸n ®o¹n cung cÊp ®iÖn cho t¶i. ViÖc nµy x¶y ra khi NghÞch l­u ngõng ho¹t ®éng hoÆc b¶o d­ìng UPS. 6.Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thụât đối với bộ chỉnh lưu: Nhiệm vụ:Biến điện áp từ xoay chiều sang một chiều để: Cung cấp cho nghịch lưu Nạp thường trực cho acquy Yêu cầu kĩ thuật: Điện áp nguồn:220 VAC; tần số:f=50hz Công suất: 6KVA Điện áp ra: 220 VD CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN I.GIỚI THIỆU CÁC PH ƯƠNG ÁN : Để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều thì ta có thể dùng bộ biến đổi có điều khiển hoặc không điều khiển hoặc điều khiển không đối xứng.Nhưng với yêu cầu về chất lượng và độ tin cậy của UPS thì ta có các phương án sau: 1.Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng: Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÖn qua t¶i: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu GI¸ trÞ dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2=1,11Id C«ng suÊt biÕn ¸p c.NhËn xÐt ¦u ®iÓm : ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn mçi van trong s¬ ®å nhá Nh­îc ®iÓm : kh«ng dïng ®­îc cho t¶i cã c«ng suÊt lín, nÕu dïng g©y ra hiÖn t­îng c«ng suÊt bij lÖch pha. S¬ ®å chØnh l­u cÇu mét pha dßng t¶i ch¶y qua hai van nèi tiÕp, v× vËy tæn thÊt diÖn ¸p vµ c«ng suÊt trªn van sÏ lín. S¬ ®å cÇu mét pha hîp víi nh÷ng t¶i võa vµ nhá. 2 S¬ ®å chØnh l­u 3 pha h×nh tia: Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua t¶I lµ: Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu GI¸ trÞ dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2=0,58Id C«ng suÊt biÕn ¸p ¦u vµ nh­îc ®iÓm cña chØnh l­u tia 3 pha *­u ®iÓm : so víi chØnh l­u mét pha th× chØnh l­u tia 3 pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p mét chiÒu tèt h¬n, biªn ®é ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch thÊp h¬n, thµnh phÇn sãng hµi bËc cao bÐ h¬n. *nh­îc ®iÓm : s¬ ®å chØnh l­u tia 3 pha cã chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra t¶i ch­a thËt tèt l¾m, khi cÇn chÊt l­îng ®iÖn ¸p ra tèt h¬n th× dïng s¬ ®å nhiÒu pha h¬n. 3.ChØnh l­u ®iÒu khiÓn ®èi xøng s¬ ®å cÇu 3 pha a.S¬ ®å nguyªn lý S¬ ®å gåm 6 Tiristor ®­îc chia lµm hai nhãm: Nhãm Katot chung : T1, T3, T5 Nhãm Anot chung : T2, T4, T6 Gãc më a ®­îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sin Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ®iÑn qua t¶i Gi¸ trÞ trung b×nh cña dßng ch¹y qua 1 Tiristor lµ: Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc mµ Tiristor ph¶i chÞu GI¸ trÞ dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2=0,816Id C«ng suÊt biÕn ¸p NhËn xÐt : §iÖn ¸p chØnh l­u lµ ®­êng cong b¸m theo ®­êng ®iÖn ¸p d©y.d¹ng dßng ®iÖn gièng hÖt d¹ng ®iÖn ¸p khi t¶I thuÇn trë,vµ bÞ san ph¼ng khi L=. Giíi h¹n cña sù liªn tôc dßng ®iÖn lµ: Víi s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn th× ®iÖn ¸p ra Ud Ýt ®Ëp m¹ch ( trong mét chu k× ®Ëp m¹ch 6 lÇn ) do ®ã vÊn ®Ò läc rÊt ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p ng­îc lªn mçi van nhá, c«ng suÊt biÕn ¸p nhá nh­ng m¹ch phøc t¹p nhiÒu kªnh ®iÒu khiÓn. II.KÕt luËn và lùa chän: Qua ph©n tÝch 3 ph­¬ng ¸n trªn ta nhËn thÊy, ph­¬ng ph¸p chØnh l­u 1 pha cã ­u ®iÓm lµ gän nhÑ, tiÕt kiÖm ®­îc linh kiÖn, van. MÆc dï chÊt l­îng ®iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng cao b»ng s¬ ®å chØnh l­u cÇu 3 pha nh­ng víi c«ng su©t nhá d­íi 10 kw th× cã thÓ dïng s¬ ®å mét pha.Do ®ã ta quyÕt ®Þnh chän s¬ ®å chØnh l­u cÇu 1 pha. Trong chØnh l­u cÇu 1 pha ta chän ph­¬ng ¸n chØnh l­u cÇu 1 pha ®iÒu khiÓn ®èi xøng v× yªu cÇu ®é tin cËy cao,®é æn ®Þnh vµ chÊt l­îng ®iÖn ¸p cao. NÕu dïng s¬ ®å cÇu 1 pha ®iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng th× sÏ tiÕt kiÖm van h¬n nh­ng d¶I ®iÒu khiÓn gãc α sÏ hÑp h¬n. Ch­¬ng iii: thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc I.ThiÕt kÕ m¹ch lùc: S¬ ®å m¹ch lùc gåm cã: 1.C¸c trirristor T1,T2,T3,T4: lµm nhiÖm vô biÕn ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p mét chiªï ®Ó cung cÊp cho t¶i. 2.BOX: lµ hép ®iÒu khiÓn,nèi víi m¹ch lùc ®Ó ®iÒu khiÓn ®ãng më c¸c van. 3.BAL:biÕn ¸p lùc :biÕn ®iÖn ¸p l­íi thµnh ®iÖn ¸p cÇn cho ®Çu vµo cña bé biÕn ®æi. 4.AP:Aptomat ®ãng c¾t nguån vµo BAL,cã b¶o vÖ qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch 5.c«ng t¾c t¬ K cã hÖ thèng nót Ên ®iÒu khiÓn ®ãng më tõ xa. 6.V«n kÕ vµ ampe kÕ ®Ó ®o c¸c th«ng sè cña m¹ch. 7.R¬le b¶o vÖ dßng ®iÖn cùc ®¹i. 8.BiÕn dßng BD ®Ó lÊy dßng ra ®o vµ ®Ó cÊp cho cuén day cu¶ r¬le b¶o vÖ. 9. .C¸c m¹ch b¶o vÖ RC ®Ó b¶o vÖ van khái tèc ®é t¨ng tr­ëng nhanh cña ®iÖn ¸p. 10.BiÕn trë VR ®Ó lÊy ®iÖn ¸p ph¶n håi. II.TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p lùc: Chän s¬ ®å M¸y biÕn ¸p mét pha lµm m¸t tù nhiªn b»ng kh«ng khÝ,m¹ch tõ h×nh ch÷ E. §iÖn ¸p s¬ cÊp MBA: §iÖn ¸p thø cÊp MBA Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i: Trong ®ã: =5 gãc dù tr÷ khi cã suy gi¶m ®iÖn ¸p l­íi. sôt ¸p trªn thyristor. : sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ d©y kh¸ng MBA. Chän s¬ bé: Tõ ph­¬ng tr×nh trªn suy ra: HÖ sè biÕn ¸p: kba= Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp MBA:I2=1,11*Id S®m=Ud.Id => =>I 2=1,11*27,3=30,3(A). C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p: Sba=1,23*Pd=1,23*6 =7,38 (KVA) TiÕt diÖn s¬ bé trô: K: hÖ sè phô thuéc vµo ph­¬ng thøc lµm m¸t, lÊy K=6. m: sè trô cña biÕn ¸p (ba pha:m=3 ; mét pha: m=1 ) f: tÇn sè nguån ®iÖn xoay chiÒu, f=50 Hz. Thay sè: §Ó ®¶m b¶o cho kÝch th­íc cña m¸y biÕn ¸p ®­îc phï hîp ®¶m b¶o yªu cÇu c«ng nghÖ ng­êi ta th­êng chän chiÒu dµi a vµ chiÒu dµy b sao cho dùa vµo tiÕt diÖn trô QFe = a.b = 73 ( cm2) ta chän a =7,5 ( cm); b =10 ( cm ) 8.Chän lo¹i thÐp '381, c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0.35 mm. Chän s¬ bé mËt ®é tõ c¶m trong trô B=1(T). 9.§­êng kÝnh quy trßn cña trô: 10.Chän tØ sè m=h/d=2,1(th­êng m=2:2,5) => h=2,1*9,6=20(cm) 11.TÝnh sè v«n/vßng X=4,44 B*QFe*f*10-4 = 4.44*1*50*73* =1,6 v«n/vßng Víi : +B:MËt ®é tõ th«ng. +Qfe:DiÖn tÝch tiÕt diÖn lâi s¾t +f : tÇn sè l­íi Sè vßng d©y s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: (vßng) Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p: (vßng) Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp MBA Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p. TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt bäc sîi thñy tinh cÊp c¸ch ®iÑn B (1300C) KÝch th­íc kÓ c¶ c¸ch ®iÖn S1c® =2mm× 6mm TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp m¸y biÕn ¸p. Chän d©y dÉn cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt bäc sîi thñy tinh cÊp c¸ch ®iÑn B (1300C) KÝch th­íc kÓ c¶ c¸ch ®iÖn S2c® =2mm×6 mm III.TÝnh chän van vµ b¶o vÖ van: 1.TÝnh chän van: ChÕ ®é lµm viÖc cña c¸c van rÊt kh¾c nhiÖt, rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é. NhiÖt ®é cña van t¨ng lªn do c«ng suÊt tæn hao trªn van g©y ra. Khi nhiÖt ®é cña van cao h¬n nhiÖt ®é m«I tr­êng xung quanh nhiÖt l­îng ®­îc truyÒn vµo m«I tr­êng. NÕu nhiÖt ®é cña van v­ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp sÏ ph¸ hñy van, v× vËy lµm m¸t cho van lµ mét vÊn ®Ò rÊt quan träng. Th«ng th­êng van ®­îc g¾n lªn mét c¸nh t¶n nhiÖt víi th«ng sè phï hîp. Cã c¸c biÖn ph¸p lµm m¸t th­êng gÆp : + Lµm m¸t tù nhiªn : chØ dùa vµo sù ®èi l­u kh«ng khÝ xung quanh van, hiÖu suÊt lµm viÖc cña van thÊp chØ kho¶ng 25%. + Lµm m¸t b»ng giã c­ìng bøc : t¹o luång kh«ng khÝ víi tèc ®é lín qua van ®Ó ®Èy nhanh qóa tr×nh truyÒn nhiÖt cña van vµo kh«ng khÝ, hiÖu suÊt lµm viÖc cña van lµ 35% + Lµm m¸t b»ng n­íc : van ®­îc g¾n thªm tÊm ®ång rçng cho n­íc ch¶y qua. §©y lµ biÖn ph¸p lµm m¸t rÊt hiÖu qu¶ hiÖu suÊt lµm viÖc cña van ®¹t ®Õn 90%, nh­ng hÖ thèng lµm m¸t phøc t¹p chØ phï hîp víi yªu cÇu c«ng suÊt lín vµ cã nguån n­íc t¹i vÞ trÝ l¾p ®Æt thiÕt bÞ. Ta cã: IT===13,7(A) Chän chÕ ®é lµm m¸t lµ th«ng giã tù nhiªn nªn H=25%. IT thùc==54,8(A) Chän hÖ sè an toµn lµ:Ki=2 VËy dßng qua van cÇn chän lµ:I®m=IT thùc*Ki=54,8*2=109,6(A) §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn van:Ung=U2=1,41*274=387(V) Chän hÖ sè an toµn lµ:Ku=1.5 VËy ®iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt mµ van ph¶I chÞu ®­îc lµ:387*1.5=580(V).Tõ c¸c th«ng sè trªn tra b¶ng chän van ta chän : 4 Thysistor lo¹i HTS150/06VG1 do Mü s¶n xuÊt cã c¸c th«ng sè sau : §iÖn ¸p cùc ®¹i cña van : U = 600 (V) Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =150 (A) Dßng ®iÖn cña xung ®iÒu khiÓn : IG =0,15 (A) §iÖn ¸p cña xung ®iÒu khiÓn : UG =1,4 (V) Sôt ¸p lín nhÊt cña Thyristor ë tr¹ng th¸i dÉn lµ : DU = 2,0 (V) Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p : =200 (V/ms) Tèc ®é biÕn thiªn dßng ®iÖn :=180 (A/ms) Thêi giankho¸ :Toff = 125 (ms) NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp :Tmax=125 oC 2. B¶o vÖ van : Thyristor rÊt nh¹y c¶m víi ®iÖn ¸p qu¸ lín so víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc hoÆc tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p qu¸ lín cã thÓ dÉn tíi háng van. §Ó b¶o vÖ van ng­êi ta th­êng dung m¹ch trî gióp RC *Ng­êi ta chia lµm 2 lo¹i nguyªn nh©n g©y ra qu¸ ®iÖn ¸p: Nguyªn nh©n néi t¹i: §ã lµ sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong c¸c líp b¸n dÉn. Khi kho¸ tiristor b»ng ®iÖn ¸p ng­îc, c¸c ®iÖn tÝch nãi trªn ®æi ng­îc l¹i hµng tr×nh t¹o ra dßng ®iÖn trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n. Sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ng­îc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m. Do vËy gi÷a anot vµ catot cña tiristor xuÊt hiÖn qu¸ ®iÖn ¸p. Nguyªn nh©n bªn ngoµi: Nh÷ng nguyªn nh©n nµy th­êng x¶y ra ngÉu nhiªn nh­ khi c¾t kh«ng t¶i mét m¸y biÕn ¸p trªn ®­êng d©y, khi cã sÊm sÐt..... M¹ch trî gióp dïng ®Ó Gi¶m bít hoÆc triÖt tiªu qu¸ dßng hoÆc qu¸ ¸p Gi¶m tæn hao c«ng suÊt do ®ãng c¾t TruyÒn n¨ng l­îng ph¸t nhiÖt ra ngoµi hoÆc sang h­íng kh¸c cã lîi Cã 2 lo¹i m¹ch trî gióp RC: M¹ch RC ®Êu song song víi Tiristor nh»m b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do tÝch tô ®iÖn tÝch khi chuyÓn m¹ch g©y nªn. M¹ch RC ®Êu gi÷a c¸c pha thø cÊp MBA lµ ®Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do c¾t kh«ng t¶i MBA g©y nªn *C¸c b­íc tÝnh to¸n( Tham kh¶o s¸ch §TCS cña t¸c gi¶ NguyÔn BÝnh) +Gäi U®mp ,Uimp lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt lªn van 1 c¸ch cã chu k× +Gäi U®mnp ,Uimnp lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cho phÐp cña ®iÖn ¸p thuËn vµ ng­îc ®Æt lªn van 1 c¸ch kh«ng cã chu k× - X¸c ®Þnh hÖ sè qu¸ ®iÖn ¸p theo c«ng thøc: - X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè trung gian: C*min(k) , R*max(k), R*min(k) - TÝnh di/dt|max khi chuyÓn m¹ch - X¸c ®Þnh ®iÖn l­îng tÝch tô Q= f(di/dt), sö dông c¸c ®­êng cong tra trong sæ tay tra cøu - §å thÞ chän R*, C* TÝnh c¸c th«ng sè trung gian C = C*min R*min£ R £ R*max Trong ®ã L lµ ®iÖn c¶m cña m¹ch RLC Cuèi cïng ta chän IV.Chän aptomat,ampe kÕ ,r¬le b¶o vÖ : 1.Aptomat Cã chøc n¨ng ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc khi ®ãng, më hoÆc söa ch÷a ®ång thêi tù ®éng b¶o vÖ qu¸ t¶i hoÆc ng¾n m¹ch ®Çu ra bé ChØnh L­u , ng¾n m¹ch thø cÊp M¸y biÕn ¸p Chän AP lµ lo¹i xoay chiÒu 1 pha cã: I®m = 1,1.Ild =1.1*I1= 1.1*27,26=29,986(A) Chän I®m =50A U®m =600 VAC Dßng ng¾n m¹ch Inm= 10*I®m = 10*50=500(A) Dßng qu¸ t¶i : Iqu¸ t¶i = 1,1.I®m =55A Chän Iqu¸ t¶i =60A 2.BiÕn dßng, Ampe kÕ , r¬le dßng ®iÖn,v«n kÕ: a.BiÕn dßng Dïng ®Ó ®o l­êng ®­a ra m¹ch ®o , ®o gi¸ trÞ dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp M¸y biÕn ¸p vµ ®­a vµo cuén d©y r¬le dßng ®iÖn. Chän biÕn dßng lo¹i 60/5A c«ng suÊt 10(VA) b.Ampe kÕ : Chän lo¹i cã thang ®o 5A c.R¬le dßng ®iÖn cùc ®¹i Dïng ®Ó b¶o vÖ qu¸ dßng cho m¹ch ChØnh L­u Chän r¬le th­êng dïng PT81 d.V«n kÕ : chän loai cã thang ®o 250V Ch­¬ng IV ThiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch ®iÒu khiÓn I. Yªu cÇu ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn lµ kh©u quan träng trong bé biÕn ®æi tiristor v× nã ®ãng vai trß chñ ®¹o trong viÖc quyÕt ®Þnh chÊt l­îng vµ ®é tin cËy cña bé biÕn ®æi . Yªu cÇu cña m¹ch ®iÒu khiÓn cã thÓ tãm t¾t trong 6 ®iÓm chÝnh sau: + yªu cÇu vÒ ®é réng cña xung + Yªu vÒ ®é lín cña xung + Yªu cÇu vÒ ®é dèc s­ên tr­íc cña xung + Yªu cÇu vÒ sù ®èi xøng cña xung + Yªu cÇu vÒ ®é tin cËy §iÖn trë kªnh ®iÒu khiÓn ph¶i nhá h¬n ®Ó tiristor kh«ng tù më khi dßng rß t¨ng xung ®iÒu khiÓn Ýt phô thuéc vµo dao ®éng nhiÖt ®é , dao ®éng ®iÖn ¸p nguån cÇn khö ®­îc nhiÔu c¶m øng ®Ó tr¸nh më nhÇm + Yªu cÇu vÒ l¾p r¸p vËn hµnh ThiÕt bÞ thay thÕ dÔ l¾p r¸p vµ ®iÒu chØnh - DÔ l¾p vµ mçi khèi cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ®éc lËp II. Nguyªn lý chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn 1. NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn: NhiÖm vô cña m¹ch ®iÒu khiÓn lµ t¹o ra c¸c xung vµo ë nh÷ng thêi ®iÓm mong muèn ®Ó më c¸c Tiristor cña bé chØnh l­u trong m¹ch ®éng lùc. Tiristor chØ më cho dßng ®iÖn ch¶y qua khi cã ®iÖn ¸p d­¬ng ®Æt trªn Anod vµ cã xung ¸p d­¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn. Sau khi tiristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông g× n÷a, dßng ®iÖn ch¶y qua tiristor do th«ng sè cña m¹ch ®éng lùc quyÕt ®Þnh M¹ch ®iÒu khiÓn cã chøc n¨ng : - §iÒu chØnh vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Anod – Catod cña Tiristor - T¹o ra ®­îc c¸c xung ®ñ ®iÒu kiÖn më tiristor ®é réng xung tx > 10 ms §é réng xung ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: tx= Trong ®ã Idt: dßng duy tr× cña Tiristor di/dt: tèc ®é t¨ng tr­ëng cña dßng t¶i §èi t­îng cÇn ®iÒu khiÓn ®­îc ®Æc tr­ng bëi gãc a 2. CÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn Tiristor SS 1 U®k - 1 2 3 4 T HiÖu ®iÖn ¸p u®k-urc ®­îc ®­a vµo kh©u so s¸nh 1, lµm viÖc nh­ mét trig¬ Khi u®k-urc = 0 th× trig¬ lËt tr¹ng th¸i, ë ®Çu ra cña nã ta nhËn ®­îc mét chuçi xung d¹ng ²sinus ch÷ nhËt ” Kh©u 2 lµ ®a hµi 1 tr¹ng th¸i æn ®Þnh Kh©u 3 lµ kh©u khuyÕch ®¹i xung Kh©u 4 lµ biÕn ¸p xung B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo u®k cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn, tøc lµ ®iÒu chØnh gãc a 3. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Trong thùc tÕ ng­êi ta th­êng dïng 2 nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn: th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh vµ th¼ng ®øng “arccos” ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh vÞ trÝ xung trong nöa chu kú d­¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn Tiristor a. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh UAK a a a Urc U®k + Urc wt wt 0 0 U®k Theo nguyªn t¾c nµy, ng­êi ta th­êng dïng 2 ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc biªn ®é §iÖn ¸p ®ång bé Urc cã d¹ng r¨ng c­a,®ång bé víi ®iÖn ¸p Anod-Catod Tæng ®¹i sè cña Urc + U®k ®­a ®Õn ®Çu vµo cña mét kh©u so s¸nh. B»ng c¸ch lµm biÕn ®æi U®k ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung ra tøc lµ ®iÒu chØnh ®­îc gãc a. Khi U®k = 0 ta cã a = 0. Khi U®k 0. Quan hÖ gi÷a a vµ U®k nh­ sau: b. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng arccos UAK Uđk Ur Uđk Uđk+Urc wt a 0 Urc Theo nguyªn t¾c nµy còng cã 2 ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®ång bé Urc v­ît tr­íc ®iÖn ¸p Anod-Catod Tiristor mét gãc b»ng p/2 ( NÕu UAK = Asinwt th× Ur = Bcoswt) §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k lµ ®iÖn ¸p 1 chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc theo 2 h­íng Trªn h×nh vÏ ®­êng nÐt ®øt lµ ®iÖn ¸p anèt – catèt tiristor, tõ ®iÖn ¸p nµy ng­êi ta t¹o ra Urc . Tæng ®¹i sè Urc + U®k ®­îc ®­a ®Õn ®Çu vµo cña kh©u so s¸nh . Khi Urc + U®k = 0 ta nhËn ®­îc mét xung ë ®Çu ra cña kh©u so s¸nh : U®k + B.cosa = 0 Do ®ã a = arccos(-U®k/B) Th­êng lÊy B = U®k max Khi U®k = 0 th× a =p/2 Khi U®k = - U®k max th× a= 0 Nh­ vËy khi cho U®k biÕn thiªn tõ - U®k max ®Õn + U®kmax th× a biÕn thiªn tõ 0 ®Õn p. Nguyªn t¾c nµy ®­îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ chØnh l­u ®ßi hái chÊt l­îng cao. NhËn xÐt: Theo yªu cÇu thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn ta thÊy nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh lµ phï hîp, ta chän nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn nµy. 4.Giíi thiÖu c¸c kh©u a)KhuyÕch ®¹i thuËt to¸n V1 Ud Vsat Vsat ChÕ ®é lµm viÖc ChÕ ®é tuyÕn tÝnh V2 = A.ud; A = 104¸105 lµ hÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p. §Ó thùc hiÖn chÕ ®é nµy ph¶i cã ú udú £ ChÕ ®é b·o hoµ: ú udú > ; V2 = Vsat ú udú < ; V2 = -Vsat øng dông: OA ®­îc sö dông réng r·i trong kü thuËt ®iÒu khiÓn tù ®éng: t¹o hµm sè, t¹o c¸c bé ®iÒu chØnh P, PI, PID, t¹o c¸c ®a hµi, c¸c trig¬, c¸c kh©u so s¸nh, v.v.. b. Kh©u ®ång pha §©y lµ kh©u cã nhiÖm vô x¸c ®Þnh thêi ®iÓm mèc ®Ó tÝnh gãc më a. Nã liªn hÖ chÆt chÏ vÒ pha víi ®iÖn ¸p lùc. Bªn c¹ch ®ã nã cßn ®Ó c¸ch li m¹ch ®iÒu khiÓn vµ m¹ch lùc ë ®Çu vµo hÖ ®iÒu khiÓn. Do vËy mµ khèi ®ång pha cã thÓ dïng biÕn ¸p ®Ó c¸ch li hoÆc dïng phÇn tö otocupler (phototransistor). - Trong kh©u nµy ta chän biÕn ¸p ®Ó c¸ch li kÕt hîp víi bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ diode chØnh l­u ®Ó taä ra xung ®ång bé. S¬ ®å m¹ch: c. Kh©u t¹o r¨ng c­a: Trong thùc tÕ cã rÊt nhiÒu m¹ch t¹o ra Utùa. VÝ dô: - M¹ch chØ dïng diode, tô ®iÖn vµ ®iÖn trë ghÐp l¹i víi nhau nh­ h×nh 1. - M¹ch dïng transistor vµ c¸c linh kiÖn ®iÖn tö kh¸c nh­ h×nh 2. - M¹ch dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh­ h×nh 3. H×nh 1. H×nh 2 H×nh 3. ë s¬ ®å h×nh 1 ta cã mét m¹ch t¹o Utùa t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, dÔ l¾p ®Æt, rÎ tiÒn nh­ng cã nh­îc ®iÓm rÊt lín lµ ®iÖn ¸p r¨ng c­a tr¶i dµi qu¸ 1/2 chu k× cña ®iÖn ¸p l­íi lµm cho viÖc x¸c ®Þnh gãc ®iÒu khiÓn tõ ®iÖn ¸p r¨ng c­a rÊt khã kh¨n. ë s¬ ®å h×nh 2 m¹ch còng kh¸ ®¬n gi¶n, ®iÖn ¸p tùa còng tr¶i ra c¶ 1/2 chu k× cña ®iÖn ¸p l­íi nh­ng do ®ãng më transistor ë vïng l©n cËn kh«ng nªn m¹ch ho¹t ®éng kÐm tin cËy. ë s¬ ®å h×nh 3 do khuÕch ®¹i thuËt to¸n ho¹t ®éng cã ®é tin cËy cao nªn t¹o ra tÝn hiÖu Utùa cã chÊt l­îng rÊt tèt. d.kh©u so s¸nh §Ó x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm cÇn më Tiristo chóng ta cÇn so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ Urc. ViÖc so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®ã cã thÓ ®­îc thùc hiÖn b»ng K§TT K§TT cã hÖ sè khuyÕch ®¹i v« cïng lín, chØ cÇn mét tÝn hiÖu rÊt nhá (cì mV) ë ®Çu vµo, ®Çu ra ®· cã ®iÖn ¸p nguån nu«i, nªn viÖc øng dông K§TT lµm kh©u so s¸nh lµ hîp lý. C¸c s¬ ®å so s¸nh dïng K§TT trªn h×nh (2.b) vµ 2.c) rÊt th­êng gÆp trong c¸c s¬ ®å m¹ch hiÖn nay. ¦u ®iÓm h¬n h¼n cña c¸c s¬ ®å nµy lµ cã thÓ ph¸t xung ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c t¹i U®k = Urc. e.Kh©u khuyÕch ®¹i xung Víi nhiÖm vô t¹o xung phï hîp ®Ó më Tiristo nh­ ®· nªu ë trªn, tÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng th­êng ®­îc thiÕt kÕ b»ng Tranzitor c«ng su©t.TÇng khuyÕch ®¹i cuèi cïng b»ng s¬ ®å darlington nh­ trªn h×nh vÏ th­êng hay ®­îc dïng trong thùc tÕ. ë s¬ ®å nµy hoµn toµn cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu vÒ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt, khi hÖ sè khuyÕch ®¹i ®­îc nh©n lªn theo th«ng sè cña c¸c tranzitor. §èi víi mét sè s¬ ®å m¹ch, ®Ó gi¶m c«ng suÊt cho tÇng khuyÕch ®¹i vµ t¨ng sè l­îng xung kÝch më, nh»m ®¶m b¶o Tiristo më mét c¸ch ch¾c ch¾n, ng­êi ta hay ph¸t xung chïm cho c¸c Tiristo. Nguyªn t¾c ph¸t xung chïm lµ tr­íc khi vµo tÇng khuyÕch ®¹i, ta ®­a chÌn thªm mét cæng vµ (&) víi tÝn hiÖu vµo nhËn tõ tÇng so s¸nh vµ tõ bé ph¸t xung chïm . f.Kh©u ph¸t xung chïm ®iÓn h×nh 0A -E +E + R1 R2 R3 C UC Ur U2 kVsat Vsat UC -Vsat T1 T2 -kVsat Trong thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn, th­êng hay sö dông K§TT. Do ®ã ®Ó ®ång d¹ng vÒ linh kiÖn, kh©u t¹o chïm xung còng cã thÓ sö dông K§TT, nh­ s¬ ®å vÏ d­íi ®©y. III.ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn: A.S¬ ®å vµ nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn: 1 .S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn:(trang bªn) 2. nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch: Khi cÊp nguån ®iÖn 220 V vµo s¬ cÊp cña BA ®ång pha ,®iÖn ¸p thø cÊp cña BA ®­îc h¹ ¸p vµ ®­a qua m¹ch chØnh l­u hai nöa chu k× D1 , D2 .§iÖn ¸p U1 lµ ®iÖn ¸p mét chiÌu h×nh sin lÊy phÇn d­¬ng vµ ®Æt vµo cöa céng cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA1 t¹i ®©y so s¸nh víi ®iÖn ¸p U0 ®Æt tr­íc vµ ®­îc ®­a vµo cöa ®¶o cña OA1 NÕu U1 <U0 th× U2 ë ®Çu ra cña OA1lµ ®iÖn ¸p ©m(-Ubh) ®ièt D3 më lóc nµy tô C1 ®­îc n¹p ®iÖn theo c«ng thøc UC1= . Vµ U3=Uc1. Khi U1>U0 th× U2=+Ubh diode D3 bÞ kho¸ tô C1 phãng ®iÖn .U3 ®­îc x¸c