Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 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) U vào :220(VAC) U ra :220(VDC) Tần số : 50 (HZ) Page 1 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 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 Page 2 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 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 Page 3 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 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 Page 4 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 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. Page 5 ~ = = ~ acquy HTCC1 HTCC2 Chỉnh lưu/nạp nghịch lưu tải Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48  UPS quay:Dùng máy điện quay để thực hiện chức năng nghịch lưu.l b. UPS gián tiếp(off-line)và UPS trực tiếp(on-line):  Off –line UPS: • 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. Page 6 ~ = ~ = acquy = ~ M G M G HTCC2 chỉnh lưu Bộ nạp nghịch lưu điều khiển chuyển mạch tĩnh ~ = = ~ = F acquy chỉnh lưu/nạp nghịch lưu Lọc Tải HTCC1 HTCC Đồ án điện tử cơng suất - Nguyễn kiên Trung tự động hố 4_K48  On-line UPS: Việc cung cấp điện được liên tục trong phạm vi sai số cho phép của tần số và điện áp,khơng phụ thuộc vào trạng thái của HTCC hơn nữa trong hệ thống có chuyển mạch tĩnh nênkhơng có sự cố,hỏng hóc nếu tải buộc phải được chyển trực tiếp về HTCC chính.Sơ đồ này dung cho cơng suất trung bình và cao(>40KVA). 5.Các thành phần của UPS: Chỉnh Lưu Nghòch lưu Ắc quy Chuyển mạch tónh Tải ĐK bằng tay HTCC2 HTCC1 Page 7 ~ = = ~ acquy chỉnh lưu/nạp Nghịch lưu TẢI HTCC Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 a) Hệ thống cung cấp -HTCC1: Đường vào bình thường cung cấp cho Chỉnh lưu-nạp -HTCC2: Cung cấp cho chuyển mạch tĩnh,có tần số trùng HTCC1; HTCC2 có thể trùng HTCC1 b) Bộ chỉnh lưu-nạp Dùng để biến đổi áp xoay chiều thành 1 chiều để cung cấp cho bộ chỉnh lưu và nạp ắcquy. c) Ắc quy -Là nguồn dự trữ năng lượng điện cung cấp cho bộ nghịch lưu khi mất điện hoặc chất lượng điện suy giảm. d)Bộ Nghịch lưu - Nghịch lưu từ một chiều sang xoay chiều từ bộ Chỉnh Lưu hoặc ắcquy với tần số xác định. e)Chuyển mạch tĩnh -Chuyển tải của UPS từ bộ Nghịch lưu sang HTCC2 mà không làm gián đoạn cung cấp điện cho tải. Việc này xảy ra khi Nghịch lưu ngừng hoạt động hoặc bảo dưỡng 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 Page 8 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 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: T2 T1 R T3 T4 L E U1 Giá trị trung bình của điện áp trên tải α π cos 22 2 U U d = Giá trị trung bình của dòng điện qua tải: Page 9 Ud U2 Id 0 0 0 IT2,3 0 Id 0 IT1,4 I1,I2 Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48 R EUd I d − = Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là: 2 d V I I = Giá trị điện áp ngược mà Tiristor phải chịu 2max 2UU ng = GIá trị dòng thứ cấp máy biến áp: I 2 =1,11I d Công suất biến áp dba PS 23.1 = c.Nhận xét • Ưu điểm : điện áp ngược đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ • Nhược điểm : không dùng được cho tải có công suất lớn, nếu dùng gây ra hiện tượng công suất bij lệch pha. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha dòng tải chảy qua hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất diện áp và công suất trên van sẽ lớn. Sơ đồ cầu một pha hợp với những tải vừa và nhỏ. 2 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia: Giá trị trung bình của điện áp trên tải α π cos 2 63 2 U U d = Giá trị trung bình của dòng chạy qua tảI là: R EU I d d − = Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là: Page 10 T1 T2 T3 E R L A B C