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

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

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

~
=
=
~
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

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

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

thật tốt lắm, khi cần chất lượng điện áp ra tốt hơn thì dùng sơ đồ nhiều
pha hơn.
3.Chỉnh lưu điều khiển đối xứng sơ đồ cầu 3 pha
a.Sơ đồ nguyên lý
Page 11
U2
G1 G3 G5 G1
G3
G5 G1
Ud
Id
T1 T1 T1
ngT1
U
Uab
Uac
α

G2G6
G4
G2G6G4G2
T4 T4
2
,I
I
1
Uac
Uab
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
T4 T1

6
2
U
dUU
d
==
∫
+
+
Giá trị trung bình của dòng điẹn qua tải

R
EU
I
d
d
−
=
Giá trị trung bình của dòng chạy qua 1 Tiristor là:

3
max
max
d
TBV
I
I
=

Giá trị điện áp ngược mà Tiristor phải chịu

lên mỗi van nhỏ, công suất biến áp nhỏ nhưng mạch phức tạp nhiều kênh điều
khiển.
II.Kết luận v à lựa chọn:
Qua phân tích 3 phương án trên ta nhận thấy, phương pháp chỉnh lưu 1 pha
có ưu điểm là gọn nhẹ, tiết kiệm được linh kiện, van. Mặc dù chất lượng điện áp
chỉnh lưu không cao bằng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha nhưng với công suât nhỏ dưới
10 kw thì có thể dùng sơ đồ một pha.Do đó ta quyết định chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu
1 pha. Trong chỉnh lưu cầu 1 pha ta chọn phương án chỉnh lưu cầu 1 pha điều
khiển đối xứng vì yêu cầu độ tin cậy cao,độ ổn định và chất lượng điện áp cao.
Nếu dùng sơ đồ cầu 1 pha điều khiển không đối xứng thì sẽ tiết kiệm van hơn
nhưng dảI điều khiển góc ỏ sẽ hẹp hơn.
Page 13
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
CHƯƠNG III:
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC
I.Thiết kế mạch lực:

Page 14
S¬ ®å m¹ch lùc
T4
220 VAC
R
C
C
R
C
R
R
C
R1

K
T2
T3
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
Sơ đồ mạch lực gồm có:
1.Các trirristor T1,T2,T3,T4: làm nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều thành điện
áp một chiêù để cung cấp cho tải.
2.BOX: là hộp điều khiển,nối với mạch lực để điều khiển đóng mở các van.
3.BAL:biến áp lực :biến điện áp lưới thành điện áp cần cho đầu vào của bộ
biến đổi.
4.AP:Aptomat đóng cắt nguồn vào BAL,có bảo vệ quá tải và ngắn mạch
5.công tắc tơ K có hệ thống nút ấn điều khiển đóng mở từ xa.
6.Vôn kế và ampe kế để đo các thông số của mạch.
7.Rơle bảo vệ dòng điện cực đại.
8.Biến dòng BD để lấy dòng ra đo và để cấp cho cuộn day cuả rơle bảo vệ.
9. .Các mạch bảo vệ RC để bảo vệ van khỏi tốc độ tăng trưởng nhanh của điện áp.
10.Biến trở VR để lấy điện áp phản hồi.
II.Tính toán máy biến áp lực:
- Chọn sơ đồ Máy biến áp một pha làm mát tự nhiên bằng không khí,mạch
từ hình chữ E.
1. Điện áp sơ cấp MBA:
)(220
1
VU =
2. Điện áp thứ cấp MBA
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
BAvd
UUUU ∆+∆+=
+
2

2
2
0
V
UUU
U
baVd
=
+
++
=
+
∆+∆+
=
α
3. Hệ số biến áp: k
ba
=
25,1
220
274
1
2
==
U
U
4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:I
2
=1,11*I
d

S
KQ
ba
QFe
=
K
Q
: hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, lấy K
Q
=6.
m: số trụ của biến áp (ba pha:m=3 ; một pha: m=1 )
f: tần số nguồn điện xoay chiều, f=50 Hz.
Thay số:
)(73
50
73800
*6
*
2
cm
fm
S
KQ
ba
QFe
===
Để đảm bảo cho kích thước của máy biến áp được phù hợp đảm bảo yêu cầu công nghệ
người ta thường chọn chiều dài a và chiều dày b sao cho
25,1=
a

-4
= 4.44*1*50*73*
4
10
−
=1,6 vôn/vòng
Với : +B:Mật độ từ thông.
+Q
fe
:Diện tích tiết diện lõi sắt
+f : tần số lưới
7. Số vòng dây sơ cấp máy biến áp:
138
6,1
220
1
1
===
X
U
W
(vòng)
8. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp của máy biến áp:

171
6.1
274
2
2
===

0
C)
Kích thước kể cả cách điện S
1cđ
=2mmì 6mm
11. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp.
)(1,10
3
3,30
2
2
2
2
mm
J
I
S ===
Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thủy tinh cấp cách điẹn B (130
0
C)
Kích thước kể cả cách điện S
2cđ
=2mmì6 mm
Page 17
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
III.Tính chọn van và bảo vệ van:
1.Tính chọn van:
Chế độ làm việc của các van rất khắc nhiệt, rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt
độ của van tăng lên do công suất tổn hao trên van gây ra. Khi nhiệt độ của van cao
hơn nhiệt độ môI trường xung quanh nhiệt lượng được truyền vào môI trường. Nếu

Chọn hệ số an toàn là:K
i
=2
Vậy dòng qua van cần chọn là:I
đm
=I
T thực
*K
i
=54,8*2=109,6(A)
Page 18
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
Điện áp ngược đặt lên van:U
ng
=
2
U
2
=1,41*274=387(V)
Chọn hệ số an toàn là:K
u
=1.5
Vậy điện áp ngược lớn nhất mà van phảI chịu được là:387*1.5=580(V).
Page 19
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
Từ các thông số trên tra bảng chọn van ta chọn : 4 Thysistor loại
HTS150/06VG1 do Mỹ sản xuất có các thông số sau :
Điện áp cực đại của van : U = 600 (V)
Dòng điện định mức của van : I
đm

khoá tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược lại hàng
trình tạo ra dòng điện trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh
chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các
điện cảm. Do vậy giữa anot và catot của tiristor xuất hiện quá điện áp.
- Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên
như khi cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi có sấm sét.....
Mạch trợ giúp dùng để
+ Giảm bớt hoặc triệt tiêu quá dòng hoặc quá áp
Page 20
1
1.5
2 2.5 k
0.1
0.2
0.3
0.5
1
2
3
5
R*,C*
C*min
R*max
R*min
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
+ Giảm tổn hao công suất do đóng cắt
+ Truyền năng lượng phát nhiệt ra ngoài hoặc sang hướng khác có lợi
Có 2 loại mạch trợ giúp RC:
- Mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ
điện tích khi chuyển mạch gây nên.

*
max
(k), R
*
min
(k)
- Tính di/dt|
max
khi chuyển mạch
- Xác định điện lượng tích tụ Q= f(di/dt), sử dụng các đường cong tra trong sổ tay
tra cứu
-
Page 21
Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48

Đồ thị chọn R*, C*
Tính các thông số trung gian
C = C
*
min
im
U
Q2

R
*
min
Q
im
2

ld
=1.1*I
1
= 1.1*27,26=29,986(A)
Chọn I
đm
=50A
+ U
đm
=600 VAC
+ Dòng ngắn mạch
Inm= 10*I
đm
= 10*50=500(A)
+ Dòng quá tải :
I
quá tải
= 1,1.I
đm
=55A
Chọn I
quá tải
=60A
2.Biến dòng, Ampe kế , rơle dòng điện,vôn kế:
a.Biến dòng
Dùng để đo lường đưa ra mạch đo , đo giá trị dòng điện hiệu dụng thứ cấp
Máy biến áp và đưa vào cuộn dây rơle dòng điện.
Chọn biến dòng loại 60/5A công suất 10(VA)
b.Ampe kế : Chọn loại có thang đo 5A
c.Rơle dòng điện cực đại

Đồ án điện tử công suất - Nguyễn kiên Trung tự động hoá 4_K48
Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên Anod và
có xung áp dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi tiristor đã mở thì xung điều
khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng điện chảy qua tiristor do thông số của mạch
động lực quyết định
Mạch điều khiển có chức năng :
- Điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện
áp đặt trên Anod – Catod của Tiristor
- Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor độ rộng
xung t
x
> 10 µs
Độ rộng xung được xác định theo biểu thức:
t
x
=
dtdi
I
dt
/
Trong đó I
dt
: dòng duy trì của Tiristor
di/dt: tốc độ tăng trưởng của dòng tải
Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi góc α
2. Cấu trúc của mạch điều khiển Tiristor
Hiệu điện áp u
đk
-u
rc