II.Phương pháp điều khiển riêng

BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2 . Trật tự

hoạt động của bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu lôgic b1 và

b2. Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian. Trong

khoảng thời gian từ 0 -> t1 bộ BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu với α1 < π/2

còn bộ BĐ2 thì khoá . Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi iLĐ góc điều khiển α1

tăng đột biến lớn hơn π/2 dòng điện phần ứng giảm về không lúc này các

xung để khoá bộ BĐ1 . Thời điểm t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện

SI1. Trong khoảng thời gian trễ t= t 3 – t2 bộ BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng

điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t3 sđđ E vẫn còn dương, tín hiệu lôgic b2 kích

cho FX2 mở BĐ2 với góc α > π/2 và sao cho dòng điện phần ứng không

vượt quá giá trị cho phép động cơ được hãm tái sinh. Nếu nhịp điệu giảm α2

phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện

khởi động ngược không đổi , điều này được thực hiện bởi các mạch vòng

điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống trên sơ đồ của khối lôgic LOG ,

iLĐ , iL1 , iL2 là các tín hiệu lôgic đầu vào b1,b2 là các tín hiệu lôgic đầu ra để

khoá các bộ phát xung điều khiển.

iLĐ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1.

iLĐ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2.

i1L (i2L) = 1 có dòng điện chảy qua bộ BĐ1 và BĐ2

b1(b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1 và FX2.

Từ mạch lôgic trên ta có:

__



__



b1 = iLD . i1L + i2 L

__



b2 = iLD .i2 L + i1L



Nhận xét:

 Hệ truyền động van đảo chiều điểu khiển riêng có ưu điểm là làm

việc an toàn ,không có dòng điện cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi

nên không cần thiết kế cuộn kháng cân bằng ,song cần một khoảng

thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không.

R24

+E

R23

UI

R22



A5

-E



 Do nguyên tắc điều khiển riêng dùng hai bộ biến đổi làm việc độc lập,

trong một thời điểm thì chỉ có một bộ BĐ làm việc còn bộ BĐ kia phải

chắc chắn khoá( có nghĩa là dòng điện qua bộ BĐ này phải bằng “0”). Ta

sẽ dùng xenxơ dòng điện để nhận biết có dòng điện chạy qua bộ BĐ hay

không. xenxo dòng này ta dùng điện trở shunt .điện trở này khi có dòng

qua nó thì một điện áp cỡ 60 mV lấy ra ở đầu ra .tín hiệu này qua bộ

khuyếch đại thuật toán để khuyếch đại điện áp này



4



4

5

3

2

1

0



5

3

2

1

0



 Ta dùng một khâu thuật toán so sánh LM311: tín hiệu dòng điện qua

xenxơ được hạ trên một điện trở RS tạo ra tín hiệu điện áp Vi.

Đầu ra chân 7 mắc với nguồn nuôi +5V qua điện trở kéo lên 1kΩ. Đất của

bộ so chân 1 được mắc vào đầu nối đất của mạch. Cách mắc này dẫn đến

đầu ra có các trạng thái khả dĩ là 0 và 5V .Lôgic của mạch là:

V0 =5V đối với Vi > 0

V0 =0V đối với Vi < 0

Nếu V0 = 5V nghĩa là bộ BĐ đó có dòng điện chạy qua.

Nếu V0 = 0V có nghĩa là bộ BĐ đó không có dòng điện chạy qua .

 Do mạch điểu khiển riêng cần có thời gian tạo trễ nên ta chọn bộ tạo

trễ là mạch 555

+U

R1



8



4



7



3



R2



Ura



555

6



C1



5



2



a.



1



C2



Góc phục hồi

=10 thời gian phục hồi T off =555 µs

-6

F

T = R1.C1 = 555.10 chọn R1 = 470 Ω và C1 = 1,5 µ

θoff



o



Chương IV

Thiết kế và tính toán mạch lực

I. Tính chọn Tiristo



Khi lựa chọn van ta dựa vào 2 thông số cơ bản quan trọng nhất là

dòng điên qua van và điện áp ngược lớn nhất mà van chịu được , các thông

số cơ bản của van được tính như sau :

+ Điện áp ngược đặt lên van :

Ulv = Ung.max = knv . U2 = knv . Udm / ku

Trong đó :

knv , ku lần lượt là hệ số điện áp ngược và hệ số điện áp của mạch lực

Đối với sơ đồ cầu 1 pha thì : knv = 1,41 ; ku = 0,92

Uđm là điện áp cung cấp cho phần ứng : Uđm = 600V

Do đó :



Ung.max = 1,41.



600

0,9



= 940V



+ Dòng điện làm việc của van cần có

Ilv = Ihd = khd.Iđm

Trong đó :

Ihd là dòng điện hiệu dụng qua van

Khd là hệ số hiệu dụng ứng với sơ đồ cầu 1 pha khd = 0,71

Iđm là dòng điện qua tải ( cung cấp cho phần ứng )

Do đó :

Ilv = 0,71.5 = 3,55 A

Để sơ đồ làm việc tin cậy ta cần phải lưa chọn các van có độ dữ trữ ,

do đó ta chọn thông số của van :

+ Điện áp ngược của van cần chọn

Ung-v = kdt-U . Ung-max

Với Kdt =1,6 ÷ 2 là hệ số dữ trữ điện áp , chọn kdt -U = 1,6

Do đó :

Ungmax = 1,6.940 = 1504V ≈ 1,5 kV

+ Dòng điện hiệu dụng của van được chọn

Ihd-v = kdt-I .Ilv



Với kdt-i là hệ số dữ trữ dòng điện , chọn kdt-I = 4

Do đó :

Ihd-v = 4.3,55 = 14,2 A

- Dựa vào 2 thông số Ihd-v và Ung.max ta lựa chọn van có số liệu như bảng sau

Ký hiệu

T35-N1800 BOF



Un

(V)



Ihd

(A)



Ig

(A)



Ug

(V)



Ih

(A)



Ir

(A)



∆U

(V)



180

0



35



0,12 1,4



0,2



0,02



2



du

dt



(V/s



)

1000



TC Tmax

(µs) (0C)

120



125



Trong đó :

- Điện áp ngược van

- Dòng hiệu dụng van

- Dòng xung điều khiển

- Điện áp xung điều khiển

- Dòng điện giữ

- Dòng điện dò

- Độ sụt áp lớn nhất



: Un

= 1800 (V)

: Iđm

= 35 (A)

: Iđk max = 120(mA)

: Uđk max = 2 (V)

: Ih max = 200 (mA)

: Ir max =20 (mA)

: ∆U max = 2(V )



- Tốc độ thay đổi điện áp



:



- Thời gian chuyển mạch

- Nhiệt độ làm việc cho phép



: tcm = 120( µs )

:Tmax =125 0C



dU

= 1000(V / s )

dt



II. Tính toán MBA chỉnh lưu



Mạch điện phần ứng là mạch chỉnh lưu cầu 1 pha nên ta cần thiết kế

MBA 1 pha . Ta lựa chọn MBA có mạch từ là hình chữ E ( có 1 trụ ) được

làm mát bằng các lá tản nhiệt .

1.Tính toán thông số của MBA :

1. Điện áp sơ cấp của MBA là điện áp lưới : U1 = 220 V

2. Điện áp thứ cấp của MBA

- Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Ud0.cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Uba +∆Udn

Trong đó

αmin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới .

∆Uv = 1,6(v) sụt áp trên tiristor

∆Udn = 0 sụt áp trên dây nối



∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA.

Chọn sơ bộ

∆Uba = 6%.Ud = 6% . 600 = 36(V)

Từ phương trình cân băng điện áp tải ta có:

U do =



U d + 2.∆U v + ∆U dn + ∆U ba

cos α min



U do =



600 + 2.2 + 0 + 36

= 649,87(V )

cos 10 0



3. Công suất biểu kiến của MBA

Sba = ks.Pd-max

Trong đó :

+ ks : Hệ số công suất theo sơ đồ , với sơ đồ cầu 1 pha : ks = 1,23

+ Pd-max Công suất của phụ tải lúc cực đại

Pd-max = Udo.Id = 649,87.5=3249,35 W

Do đó : Sba = 1,23.3249,35 =3996,885VA

Điện áp pha thứ cấp :

U2 =



U do 649,87

=

= 722,07(V )

ku

0,9



Dòng điện hiệu dung thứ cấp MBA:

I 2 = I d = I dm = 5( A)



Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA:

I 1 = k ba .I 2 =



U2

722,07

.I 2 =

.5 = 16,41( A)

U1

220



- Tính toán từ mạch

Chọn mạch từ hình chữ Ε được ghép từ những lá tôn Silic loại 310 có

Bề dày tôn : 0,35mm

Tổn hao là : 1,7 W/kg

Tỷ trọng : d = 7,8kg/dm3

- Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5 mm

- Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B =1(T)

* Tính trụ

Tiết diện trụ sơ bộ của trụ T được tính theo công thức:

QFe = kQ.



S ba

m. f



Trong đó :

Sba là công suất pha của máy biến áp

KQ Hệ số phụ thuộc vào phương pháp làm mát với MBA làm mát

không khí : kQ = 6



m la số trụ của MBA :m =1

3996,885

1.50



Thay số : QFe = 6.



= 53,64cm2



Ta có : QFe = a.b = 53,64

Trong quá trình thiết kế ta thường chọn : 1<

Ta chọn : a= 6cm ; b = 8,94cm khi đó



b

a



b

< 1,5

a



= 1,49



c



Và n = a = 0,5 => c = 0,5a = 3cm

h



m = a = 2,5 => h = 2,5a = 15cm

Chọn chiều cao trụ h = 15(cm)



b



Hình 1 sơ đồ kết cấu máy

biến áp



H h



c



a

C



c



- Tính toán dây quấn

Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:

w1 =



U1

220

=

≈ 184,74 (vòng)

4,44. f 1 .QFe .BT

4,44.50.53,64.10 −4.1



Lấy w1 = 185 (vòng )

Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA:

w2 =



U2

722,07

.w1 =

.185 = 607,19

U1

220



(vòng)



Lấy w2 = 608 (vòng)

- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA với dây dẫn bằng đồng MBA

khô chọn :

J1 = J2 = 2,75(A/mm2)

Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA:

S1 =



I 1 16,41

=

= 5,97(mm 2 )

J1

2,75



Chọn dây dẫn tiết diện hình tròn , cách điện cấp B

- Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 6,29(mm2 ).

- Đường kính dây dẫn d1 = 2,83mm

- Đường kính dây dẫn kể cả cách điện dn1 = 2,95mm

Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA:

S2 =



I2

5

=

= 1,818(mm 2 )

J 2 2,75



Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B .

- Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 1,9113(mm2).

- Đường kính dây dẫn d2 = 1,56mm

- Đường kính dây dẫn kể cả cách điện dn2 = 1,65mm

- Kết cấu dây quấn sơ cấp :

Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ

Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

w11 =



h − 2.hg

b1



.k e =



15 − 0,59

.0,95 = 46,4 (vòng)

0,295



Lấy w1l = 46 vòng

Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt

h : chiều cao trụ

hg : khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp

hg = 2.dn1 = 2.2,95 = 0,59cm

- Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:

n11 =



w1 185

=

= 4,02

w11

46



(lớp)



Chọn lớp n11 = 4lớp.

Như vậy có 185 vòng chia làm 4 lớp , chọn 3 lớp đầu 46 vòng , lớp thứ 4 có

197 – 3 . 46 = 47 (vòng)

Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :

h1 =



w11 .b 0,295.46

=

= 14,28(cm)

ke

0,95



Chọn ống quấn làm bằng vật liệu cách điện lót giữa trụ và dây quấn có bề

dầy : d01=0,3 (mm)

Chọn lớp cách điện giữa các lớp dây quấn có bề dày cd1 = 0,1mm

- Đường kính của cuộn dây trong cùng

Dt1 = a 2 + b 2 + 2.d01= 6 +8,94 + 2. 0,03= 10,82 cm

- Đường kính của cuộn dây ngoài cùng

Dn1 + 2( dn1 + cd1 )n1 = 10,82 + 2( 0,295+0,01).4 = 13,26cm

- Đường kính của trung bình của cuộn dây sơ cấp

2



2



Dtb-1 =



Dt1 + Dn1

2



10,82 +13,26

2



=



= 12,04cm



- Chiều dài dây quấn sơ cấp

L1 = II.Dtb-1.w1 = 3,14.12,04.185 =6994,036cm

2.Kết cấu dây quấn thứ cấp

- Chọn chiều dài cao của cuộn dây thứ cấp h2 = h1 = 14,28cm

Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

w2 l =



h2 − 2.hg

b2



.ke =



14,28 − 0,33

.0,95 = 80,3 (vòng)

0,165



Lấy w1l = 80 vòng

Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt

h : chiều cao trụ

hg : khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp

hg = 2.dn2 = 2.0,165 = 0,33mm

- Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:

n2l =



w2 608

=

= 7,6

w21

80



(lớp)



Chọn lớp n21 = 8 lớp.

Như vậy có 608 vòng chia làm 8 lớp , chọn 7 lớp đầu 560 vòng , lớp thứ 8

có 608 – 7 . 80 = 49 (vòng)

Chọn ống quấn làm bằng vật liệu cách điện lót giữa trụ và dây quấn có bề

dầy : d02 = 0,3 (mm)

Chọn lớp cách điện giữa các lớp dây quấn có bề dày cd2 = 0,1mm

- Đường kính của cuộn dây trong cùng

Dt2 = Dn1+ 2.d02 = 13,32m

- Đường kính của cuộn dây ngoài cùng

Dn2=Dt2 + 2( dn2 + cd2 )n2 = 13,32+ 2(0,165+0,01).8 = 16,12cm

- Đường kính của trung bình của cuộn dây sơ cấp

Dtb-2=



Dt 2 + Dn 2

2



=



13,32 +16,12

2



= 14,72cm



- Chiều dài dây quấn sơ cấp

L2 = II.Dtb-2.w2 = 3,14.14,72.608 = 281022,24cm = 2810m

 Kiểm tra điều kiện của cựa sổ

- Chiều dày của dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi quấn lên trụ :

D = ( d01+ d02 ) + (dn1 + cd1)w1+ ( d02 + cd02).w2

= 0,3+ 0,3 + ( 2,95+ 0,1).4 + ( 1,65 + 0,1).8 = 26,8mm

- Khe hỏ không khí giữa dây quấn và mạch từ

E = C- D = 3- 2,505 = 0,495 cm => đủ để làm mát và cách điện

Như vậy kích thước của lõi thép mà ta thiết kế là phù hợp..



III. Tính chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực



1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn

Khi làm việc với dòng điện chạy qua trên van có sụt áp , do đó có tốn

hao công suất ∆p ,tốn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn .

Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép

Tcp nào đó nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng .

Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải

chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý .

+Tổn thất công suất trên 1 Tiristor

∆P=∆U.Ilv = 2.3,55 = 7,1(W)

Trong đó : ∆U Sụt áp trên van : ∆U = 2 (V)

Ilv Dòng làm việc chạy qua van Ilv = 3,55A

- Ta biết rằng nếu ∆P < 20W thì van có thể làm việc với dòng điện tối

đa là 10%Iđm mà không cần cánh tản nhiệt .Nhưng vì Ilv >10%Iđm

( 3,55 > 10%.35) nên ta phải thiết kế cánh tản nhiệt gắn lên van để toả

nhiệt cho các van

- Tổng diện tích bề mặt toả nhiệt :

S =



∆P

k m .τ



Trong đó :

∆p : tổn hao công suất (W)

T: độ chênh lệch so với môi trường

Tmt = 400C

Nhiệt độ làm việc cho phép của Tcp=1250C

Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv=800C

T=Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C

Km :Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ

Chọn Km=8 (w/m2. 0C)

Vậy:

Sm =



7,1

= 0,0221875( m 2 ) = 221,875cm 2

8.40



Chọn loại cánh toả nhiệt có 10 cánh

Kích thước mỗi cánh a.b= 5.5(cm2)

Tổng diện tích toả nhiệt của cánh

S=10.2.5.5 = 250(cm2)



2.Bảo vệ quá dòng điện của van

Dùng 1 aptômát để đóng ngắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá

tải và ngắt mạch Tiristor, ngắt mạch đầu ra độ biến đổi, ngắt mạch thứ cấp

MBA ngắt mạch ở chế độ nghịch lưu.Chọn 1 áptômát dựa vào các thông số

sau:

+ Điện áp định mức : Udm =220V

+ Dòng điện làm việc định mức : Iđm = 1,1.I1 = 1,1. 16,41 = 18,051A

+ Chỉnh định dòng ngắn mạch : Inm = 2,5. I1 = 1,5.16.41 = 41,025A

+ Dòng quá tải : Iqt = 1,5. Iđm = 1,5. 16,41 = 24,615A

Vậy ta chọn 1 áptômát có :

Loại

LK



Uđm (A)

220



Iđm( A)

20



Inm (A)

45



Iqr (A)

25



- Chọn 1 cầu giao để tạo khe hở an toàn khi sử chữa hệ truyền động.

- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor ngắn

mạch đầu ra của bộ CL.

+ Nhóm 1CC : Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1cc

I 1CC =1,1.I lv =1,1.5 = 5,5( A)



+ Nhóm 2CC : Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc

I 2 CC = 1,1.I hd = 1,1.3,55 = 3,095( A)

+ Nhóm 3CC : Dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc , dùng để

bảo vệ động cơ trong trường hợp mở máy :

I 3CC = k mm .I dm −DC = 5.5 = 25( A)



Vậy chọn cầu chảy nhóm 1CC, 2CC và 3CC có Iday chảy theo bảng sau :

Nhóm

Idc (A)



1CC

6



2CC

4



3CC

25



3.Bảo vệ quá điện áp cho van

Bảo vệ quá điện áp : do quá trình đónh cắt các Tiristor được thực hiện

bằng cách mắc R-C song song với Tiristor .Khi có sự chuyển mạch các điện

tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược

trong khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện

ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá

điện áp giữa anod và catod của Tiristor .



Khi có mạch R-C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng

điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện áp .

Theo kinh nghiệm R1 = ( 20 -> 100 ) Ω

C

R

C1 = ( 0,1-> 2) µF

Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện . ta mắc mạch R-C như mạch lọc này

mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây .

Chọn R1= 40 (Ω)và C1= 0,8µF

Chương V

Tính toán và thiết kế mạch điều khiển

I.Yêu cầu đối với mạch điều khiển

Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo vì nó

đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của

BBĐ. Yêu cầu của mạch điều khiển có thể tóm tắt trong 6 điểm chính sau:

+ Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển.

+ Yêu cầu về độ lớn xung điều khiển.

+ Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung (càng cao thì việc mở càng

tốt thông thường



di DK

≥ 0,1A/μ, ).

dt



+ Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển.

+ Yêu cầu về độ tin cậy.

. Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ để Tiristor không tự mở khi dòng

rò tăng.

.Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện

áp nguồn.

. Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm.

+ Yêu cầu về lắp ráp vận hành.

. Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh.

. Dễ lắp lẫn và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập.

II. Nguyên lý chung của mạch điều khiển.



1. Nhiệm vụ của mạch điều khiển

Là tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động

lực của bộ chỉnh lưu.