Mục lục

Mở đầu 1

Chương I: một số linh kiện bán dẫn và các mạch logic cơ bản . 3

1.1Điôt .. 4

1.1.1 Điôt công suất . 4

1.1.2 Điôt ổn áp .. 8

1.1.3 điôt phát quang (Đèn LED).. 9

1.2 Tranzito công suất 10

1.2.1 Cấu tạo.. 10

1.2.1 Nguyên tắc hoạt động 11

1.2.3 Cách thức điều khiển tranzito.. 12

1.2.4 ứng dụng của tranzito công suất.. 15

1.2.5 Các thông số kỹ thuật cơ bản của tranzito.. 16

1.3 Thyristor 17

1.3.1 Cấu tạo.. 17

1.3.2 Nguyên lý làm việc 18

1.3.3 ứng dụng của thyristor.. 21

1.3.4 Các thông số chủ yếu của thyristor. . 22

1.4 Triac 23

1.4.1 Cấu tạo.. 24

1.4.2 Nguyên lý làm việc 24

1.4.3. Đặc tính volt-ampe của triac 25

1.4.4 Mạch điều khiển .. 26

1.4.5 ứng dụng của triac. . 28

1.4.6 Các thông số của triac .. 28

1.5 Các phần tử logic cơ bản . 29

1.5.1 Mạch AND dùng điôt bán dẫn . 30

1.5.2 Mạch OR . 31

1.5.3 Cổng NOT .. . 33

1.5.4 Mạch điện cổng NAND (Mạch và đảo) .. 35

1.6 Mạch Tích phân 36

1.7 Mạch Vi phân . 37

1.8 Bộ ghép quang- opto- Couplers . 38

1.8.1 Đại cương 38

1.8.2 Cơ chế hoạt động . 38

1.8.3 Tính chất cách điện 39

1.8.4 Hiệu ứng trường 39

1.8.5 Sự lão hoá 40

1.8.6 Hệ số truyền đạt .. 40

1.8.7 Bộ ghép quang với phototriac 40

Chương 2: giới thiệu về mạch xoay chiều ba pha và động cơ ba pha . 44

2.1 Mạch điện ba pha . 44

2.1.1 Dòng điện sin 44

2.1.2 Mạch điện ba pha 44

2.2 Động cơ ba pha. 45

2.2.1 Khái quát về động cơ không đồng bộ .. 45

2.2.2 Khái quát về động cơ đồng bộ . 51

Chương 3: ảnh hưởng của nguồn điện đến sự làm việc của động cơ ba pha .. 54

3.1 ảnh hưởng của nguồn đến quá trình khởi động của động cơ ba pha .. 55

3.1.1 ảnh hưởng của điện áp .. 55

3.1.2 ảnh hưởng của tần số 55

3.1.3 ảnh hưởng của mất pha. 56

3.1.4 ảnh hưởng của mất thứ tự pha .. 56

3.1.5 ảnh hưởng của nguồn kh xứng . 56

3.2 ảnh hưởng của nguồn đến sự làm việc của động cơ ba pha 57

3.2.1 ảnh hưởng của điện áp .. 57

3.2.2 ảnh hưởng của tần số . 57

3.2.3 ảnh hưởng của nguồn không đối xứng . 58

3.2.4 ảnh hưởng của nguồn khi mất thứ tự pha và mất pha 60

Chương 4: một số phương pháp bảo vệ động cơ ba pha . 61

4.1 bảo vệ ngắn mạch . 61

4.2 bảo vệ bằng áp tô mát. 63

4.3 bảo vệ thấp áp, quá áp và mất đối xứng 65

4.3.1 Sơ đồ nguyên lý 65

4.3.2 Nguyên lý hoạt động . 67

4.3 Nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất .. 71

4.3.1 Yêu cầu của mạch bảo vệ 71

4.3.2 Nhiệm vụ của mạch bảo vệ 71

4.3.3 Mạch bảo vệ động cơ 71

Kết luận và đề nghị 83

1. Kết luận . 83

2. Đề nghị..85

Mở đầu

Hiện nay điện năng đã và đang là nguồn năng lượng chính tạo đà cho sự phát triển của mọi, ngành mọi lĩnh vực đời sống, kinh tế, quốc phòng của mỗi quốc gia. ở mỗi thời kỳ khác nhau năng lượng điện thâm nhập vào quá trình sản xuất, phục vụ các mục đích của con người cũng khác nhau. Nhưng một điều rõ ràng là xã hội càng phát triển, hiện đại thì nhu cầu về điện năng càng lớn và nó càng được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên năng lượng điện chỉ mang tính ưu việt khi các thông số của nó như dòng điện, điện áp, tần số ổnđịnh ở mức cho phép. Còn khi lưới điện xảy ra sự cố như mất một pha, ngắn mạch, chế độ mất đối xứng về điện áp hoặc đảo thứ tự pha nếu không có các biện pháp bảo vệ tin cậy thì sẽ gây tác hại rất xấu đến thiết bị điện và rất nguy hiểm cho người sử dụng.

Vì vậy việc nghiên cứu, thiết kế ứng dụng các thiết bị bảo vệ là vấn đề rất quan trọng. Các thiết bị điện càng tinh vi càng hiện đại thì càng cần thiết phải bảo vệ. Yêu cầu của bảo vệ khi ấy phải rất tin cậy, chính xác và độ chắc chắn cao.

Chế độ không đối xứng của lưới điện ba pha gây qua tải, phát nóng và tăng tổn thất trong máy phát, động cơ không đồng bộ, máy biến áp. làm cho thiết bị điện hoạt động không tin cậy hoặc bị hỏng.

Chế độ mất đối xứng rất nguy hiểm mà động cơ không đồng bộ thường gặp là mất pha hoặc thứ tự pha thay đổi. Khi đó động cơ bị quá tải, mômen quay giảm, nhiệt độ tăng cao làm cháy hỏng cách điện. Thiệt hại do động cơ bị hỏng hóc, làm gián đoạn quy trình công nghệ của nhà máy, xí nghiệp, gây ra các hậu quả nghiêm trọng.

để bảo vệ động cơ điện và các thiết bị điện ba pha nói chung người ta sử dụng các thiết bị bảo vệ như: cầu chảy, áptômát, rơle.. nhưng trong nhiều trường hợp chúng ta chưa đạt được nhu cầu cần thiết của bảo vệ. Chẳng hạn đểbảo vệ động cơ khi bị qua tải người ta thường dùng các loại rơle nhiệt, songtrong nhiều trường hợp rơle nhiệt không tác động, nhất là khi động cơ bị mất pha và đảo pha. Vì thế nhiều quốc gia trên thế giới đã đầu tư mạnh mẽ cho việc nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu mới của khoa học kỹ thuật trên cơ sở phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, điện tử công suất. vào việc nghiên cứu và chế tạo thiết bị bảo vệ.

Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa nền kinh tế của đất nước chúng ta cần sử dụng nhiều thiết bị bán dẫn công suất được đưa vào trong các mạch điều khiển để tạo nên sự thay đổi sâu sắc và vượt bậc trong lĩnh vực sản xuất và trong việc phục vụ đời sống hàng ngày.

Theo đó là sự bùng nổ của khoa học kỹ thuật, điều này kéo theo sự phát triển và hoàn thiện của các triac, diod, thyristor các bộ biến đổi ngày càng hiện đại, gọn nhẹ, độ tác động nhanh, dễ ghép nối với các vi mạch điện tử.

Để tiếp thu các tiến bộ của khoa học kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới công nghệ để đưa tự động hóa vào sản xuất em xin giới thiệu đề tài.

“Nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất.”

ở nước ta, nhiều năm gần đây một số đơn vị khoa học kỹ thuật đã đầu tưnghiên cứu chế tạo thiết bị bảo vệ chống mất pha và đảo pha đối với động cơđiện. Cơ sơ của việc nghiên cứu chế tạo dựa trên những tư liệu nước ngoài vàcải tiến một số thiết bị sẵn có cho phù hợp với điều kiện nước ta.

Hiện nay nền kinh tế phát triển theo xu hướng thị trường, ngành thiết bịđiện cũng được đa dạng hoá. Các thiết bị bảo vệ cũng vì thế mà phong phú, nhiều chủng loại, chế tạo theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau. Bên cạnh những ưu việt về tính năng kỹ thuật, phạm vi sử dụng. Các thiết bị này còn bộc lộ nhiều trở ngại là giá thành cao. Đặc biệt là trong nông nghiệp, đối với các cơ sở kinh tế nhỏ, xí nghiệp xay sát, chế biến nông sản, các trạm bơm công suất nhỏ thì việc sử dụng các thiết bị bảo vệ đắt tiền cho động cơ là một bài toán nan giải.

Do còn hạn chế về mặt trình độ và thời gian nghiên cứu, kinh nghiệmcon nhiều non kém nên đề tài này chắc không thiếu những sai sót, chưa đượchoàn thiện. Rất mong được sự góp ý, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các cán bộ khoa học kỹ thuật và các bạn đồng nghiệp quan tâm đến đề tài này.

2 Mục đích đề tài

- Tìm hiểu về các linh kiện bán dẫn và các phần tử logic.

- Nghiên cứu về động cơ ba pha và sự mất cân bằng pha.

- ứng dụng các linh kiện bán dẫn và phần tử logic vào việc nghiên cứu, thiết kế mạch bảo vệ động cơ.

3 nội dung đề tài

Đề tài ứng dụng điện tử công suất trong Nghiên cứu thiết kế mạch bảo vệ động cơ dùng bán dẫn công suất là một đề tài rộng. Các phương pháp nghiên cứu ứng dụng đòi hỏi mất nhiều thời gian. Vì thời gian làm đồ án có hạn nên đề tài được giới hạn như sau.

Chương1: Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn và một số mạch logic cơbản

Chương 2: Giới thiệu về mạch điện xoay chiều và động cơ ba pha

Chương 3: ảnh hưởng của nguồn điện đến sự làm việc của động cơ bapha

Chương 4: Một số phương pháp bảo vệ động cơ ba pha

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thiết kế, tính toán mạch điện trên lý thuyết.

- Tổ hợp các tín hiệu phát hiện mất pha và đảo pha trên chính các pha của nguồn, từ hai pha liên tiếp nhau để đảm bảo đúng thứ tự các pha. Việc tổ hợp các tín hiệu này được thực hiện trên các mạch logic của Nhật: 4011, 4049,

4081.

- Tiến hành lắp ráp khảo nghiệm trong thực tế để hiệu chỉnh lại mạch.