chọn sơ bộ máy biến áp nguồn

Đề bài:+ Chỉnh lưu đảo chiều điều khiển riêng + Cho đồ thị răng cưa + Cho động cơ một chiều kích từ độc lập:... Tính chọn Thyristor cho bộ chỉnh lưu điều khiển: Để tính chọn Thyri

Đề bài:

+ Chỉnh lưu đảo chiều điều khiển riêng

+ Cho đồ thị răng cưa

+ Cho động cơ một chiều kích từ độc lập:

1 Chọn sơ bộ máy biến áp nguồn:

1.1 Các thông số của máy biến áp:

+ Điện áp trên cuộn dây sơ cấp:

U1đm = 380 [V]

+ Phương trình cân bằng điện áp:

Ed = Ud + ΔUUv + ΔUUBA

Với: Ud: điện áp định mức của động cơ (Ud = Uđm = 220 V)

ΔUUv: độ sụt áp trung bình trên các ThyristorChọn ΔUUv = 2.2 = 4 [V] {sụt áp trên một van là: 2V}

ΔUUBA: độ sụt áp trên máy biến áp (chọn ΔUUBA = 5%.Ud)ΔUUBA = 5%.220 = 11 [V]

235

k

E U

78 , 3 43 , 100

380 2

U

U K

+ Dòng điện ở cuộn dây thứ cấp:

I2đm = ksđ.Id = 0,816.Iđm = 0,816.17 => I2đm = 13.87 [A]

ksđ: hệ số dòng điện của sơ đồ cầu 3 pha (ksđ = 0,816)+ Dòng điện ở cuộn dây sơ cấp:

] [ 67 , 3 78 , 3

87 , 13 2

K

I I

BA

đm

Vậy ta cần dùng máy biến áp có các thông số:

Công suất của máy biến áp: SBA = 4,2 [kVA]

Hệ số máy biến áp: KBA = 3,78

Điện áp định mức ở sơ cấp: U1đm = 380 [V]

Điện áp định mức ở thứ cấp: U2đm = 100,43 [V]

Dòng điện định mức ở sơ cấp: I1đm = 3,67 [A]

Dòng điện định mức ở thứ cấp: I2đm = 13,87 [A]

1.2 Tính thiết kế máy biến áp:

Chọn máy biến áp ba pha ba trụ

6.1 Thiết diện của trụ:

f m

S K

Q

Với: QFe: thiết diện của trụ máy biến áp

KQ: hệ số (KQ = 5,6  6,4) Chọn KQ = 6

m: số pha của máy biến áp (m = 3)

f: tần số lưới điện (f = 50 Hz)

SBA: công suất biểu kiến máy biến áp (SBA = 4,2 kVA = 4200 VA)Từ đó, ta được:

) ( 75 , 31 50 3

4200

4

6.2 Đường kính của trụ:

) ( 36 , 6 14 , 3

75 , 31 4

4

cm Q

Chọn đường kính trụ theo tiêu chuẩn: d = 7 (cm)

Chọn loại thép kỹ thuất điên: 330 có độ dày 0.5 (mm)

Chọn mật độ từ cảm trong trụ: B = 1 [T]

6.3 Tính toán số vòng dây của dây quấn:

Từ công thức:

U1 = 4,44.f.w1  mVà:  m = B.QFe

Ta được:

4

1 1

10 75 , 31 1 50 44 , 4

380

44 ,



Fe

Q B f

U w

=> w1  539 [vòng]

1

2 1

2

U

U w

w

 => 539 100380,43

1

2 1

U

U w w

=> w2  142 [vòng]

6.4 Tính toán đường kính dây của dây quấn:

Chọn dây dẫn làm bằng đồng có tiết diện tròn có mật độ dòng điện sơ bộ:

J = (2,5  3,5) [A/mm2] Chọn J = 3 [A/mm2]Tiết diện dây dẫn ở cuộn sơ cấp:

] [ 22 , 1 3

67 ,

22 , 1 4

4 1



S d

=> Chọn d1 = 1,25 [mm] => S1 = 1,23 [mm2]Đường kính dây dẫn sơ cấp kể cả cách điện: d’1 = 1,35 [mm]

Tính lại mật độ dòng điện trong dây dẫn sơ cấp:

] [ 98 , 2 23 , 1

67 ,

87 ,

62 , 4 4

Tính lại mật độ dòng điện trong dây dẫn sơ cấp:

] [ 82 , 2 91 , 4

87 ,

6.5 Tính chiều dài của các cuộn dây quấn:

Đường kính trong của cuộn dây sơ cấp:

6.6 Tính điện trở của các cuộn dây quấn:

Từ công thức tính điện trở: R  S L

Trong đó:

 : điện trở suất dây quấn (với dây đồng:  = 0,02133 [Ω].mm2/m])Điện trở của dây quấn sơ cấp:

6

23 , 1

63 , 139 02133 , 0

93 , 47 02133 , 0

1

2 1

142 42 , 2 21 , 0

R BA

=> RBA = 0,38 [Ω]]

6.7 Tính điện cảm của các cuộn dây quấn:

+ Kết cấu dây quấn sơ cấp: thực hiện theo cách quấn đồng tâm

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

1

h h

w  g



Trong đó:

h: chiều cao của trụ Chọn h = 30 [cm]

hg: khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Chọn hg = 1 [cm]d’1: đường kính dây quấn sơ cấp kể cả lớp cách điện

do đó:

] [ 215 10

35 , 1

1 30

1

w    Số lớp dây ở cuộn sơ cấp là:

5 , 2 215

539 11

1

w

w n

Lấy n11 = 3 [lớp] Trong đó: 2 lớp có 215 vòng dây và 1 lớp có 109 vòng.Chiều cao của cuộn dây sơ cấp:

h11 = w11.d’1 = 215.1,35.10-1

=> h11 = 29,03 [cm]

Bề dày cuộn sơ cấp:

B1 = d’1.n11 = 1,35.10-1.3 => B1 = 0,41 [cm]

+ Kết cấu dây quấn thứ cấp: thực hiện theo cách quấn đồng tâm

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

2

h h



Trong đó:

h: chiều cao của trụ Chọn h = 30 [cm]

hg: khoảng cách từ gông đến cuộn dây thứ cấp Chọn hg = 1 [cm]d’2: đường kính dây quấn thứ cấp kể cả lớp cách điện

do đó:

] [ 112 10

60 , 2

1 30

1

w    Số lớp dây ở cuộn thứ cấp là:

27 , 1 112

142 22

2

w

w n

Lấy n22 = 2 [lớp] Trong đó: 1 lớp có 112 vòng dây và 1 lớp có 30 vòng.Chiều cao của cuộn dây thứ cấp:

1 12

2 2

3 ).(

.(

) (



a h

r w

3

52 , 0 41 , 0 01 , 0 ).(

30

18 , 3 (

) 142 ( 14 , 3

69 , 1







ba ba

X L

=> Lba = 5.10-3 [H] = 5 [mH]

2 Tính chọn mạch lực:

2.1 Tính chọn Thyristor cho bộ chỉnh lưu điều khiển:

Để tính chọn Thyristor ta cần dựa vào các yếu tố: dòng tải, điện áp ngượccủa các Thyristor Các thông số của Thyristor được tính như sau:

+ Điện áp ngược của Thyristor:

Điện áp làm việc của van:

d nv nv

lv

k

U k U k

U  2  trong đó: knv: hệ số điện áp ngược của van (knv = 6 = 2,45)

ku: hệ số điện áp tải (ku = 2,34)

Do đó:

34 , 2

220 45 , 2

 d đm

tbv

I I

2.2 Tính chọn bộ bảo vệ cho Thyristor:

Để bảo vệ cho các Thyristor ta dùng mạch bảo vệ RC (mạch gồm điện trở Rmắc song song với tụ điện C) mắc song song với mỗi Thyristor

Mạch này sẽ bảo vệ cho Thyristor khi tốc độ tăng áp

và tăng dòng trên van trong quá trình chuyển trạng thái

của van Ngoài ra, nó còn giúp cho Thyristor hoạt động

ổn định khi điện áp trên van có tốc độ tăng trưởng

10

RC

K

T

A

(du/dt)lớn Vì nếu trên van có tốc độ tăng trưởng của điện áp lớn thì Thyristorcó thể chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái dẫn mà không cần có tín hiệuđiều khiển trên cực điều khiển G Tốc độ tăng trưởng điện áp (du/dt) sẽ sinh radòng điện đặt trên tụ điện C của mạch bảo vệ:

dt

du C

i Chính dòng điện này nó giữ vai trò như dòng điều khiển IG để Thyristor mởcho dòng điện ngoài mong muốn đi qua Khi kích mở Thyristor thì tụ điện C sẽphóng điện qua Thyristor và điện trở R sẽ hạn chế dòng điện này

Mạch bảo vệ RC được chọn theo kinh nghiệm:

C = 1 [F]

R = 1 [k]

2.3 Đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của bộ chỉnh lưu điều khiển:

Sơ đồ mạch chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha:

Đồ thị Ed (t) và Id (t)

3 Xây dựng họ đặc tính cơ:

Phương trình họ đặc tính cơ có dạng:

M k

R k

E

đm đm

) (

cos

2 0

đm

k

R k

U

.

=>

đm

đm đm

đm

I R U k



1500 60

14 , 3 2

60

2

17 58 , 1 220

(dấu “-” thể hiện chiều điện áp đặt vào động cơ đã đổi chiều Tức là: động cơđã được đảo chiều quay)

Cho nên ta có họ đặc tính cơ:

ω[v/ph]

M[N.m]

4 Tổng hợp mạch vòng dòng điện:

4.1 Mô hình toán học của bộ chỉnh lưu:

Trong đó:

KCL: hệ số khuếch đại của chỉnh lưu

5 , 4

235 0





rcm

d CL

U

E K

=> KCL = 52,22

Tb: hằng số thời gian

Tb = Tđk + Tvo

Với:

Tđk: chu kỳ phát xung điều khiển (Chọn: Tđk = 0,001 [s])

Tvo: hằng số thời gian chuyển mạch chỉnh lưu

1000 3 2

1

2

1



f m m

T

e vo

4.2 Mô hình toán học của động cơ một chiều kích từ độc lập:

Do động cơ có kích từ độc lập nên: k. đm = 1,23 = const

Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:

dt

dI L I R E

U   u  u.

u

u u

u u

R

L p p

I R p I p L p I R p E p

=> I p U p E p R p u T

1

/ 1 )].

( ) ( [ ) (







Với:

T = Lư/Rư: quán tính điện từ

Phương trình chuyển động của hệ thống:

dt

d J M

R

1

/ 1

-4.3 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện:

Trong các hệ thống truyền động tự động thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện

là mạch vòng cơ bản Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng điện trong các hệthống là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mômen kéo của động cơ Ngoài ra nócòn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc, …

+ Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng điều chỉnh dòng điện khi bỏ qua ảnhhưởng của sức điện động E (do ảnh hưởng của E đến mạch vòng dòng điện làkhông lớn) là:

) 1 ).(

) (

1 (

/ )

1 ).(

1 ).(

1 (

/ )

T p T

T p T T p

R K K T

p T

p T

p

R K K p

S

b i b

i

i CL b

i

i CL oi

Tsi = Ti + Tb (Chọn thiết bị đo có: Ti = 0,0022)

Ksi = KCL.Ki/R (Chọn thiết bị đo có: Ki = 0,011)

Vì Ti.Tb << (Ti + Tb) nên ta có thể bỏ qua phần tử: p2.Ti.Tb

/ 1



i

i

T p

K

1

Do đó:

) 1 ).(

1 ( ) (

T p T

p

K p

S

si

si oi





Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun:

2 2

2 2 1

1 )

(

p p

1 1

[ ) 1 ).(

1 (

2 2 1

1 )

(

2 2

2 2

p p

T p T

p K

p p

p R

si si i

2

) 1 ).(

1 ( ) (

p p

K

T p T

p p

R

si

si i

1 1 (

2

2

) 1 ( ) (

T p T

K

T p

T K

T p p

R

si si si

si

Đặt:

si si

T K

2

 hằng số khuếch đại của bộ điều chinh tốc độNhư vậy, bộ điều chỉnh tốc độ là khâu: tỷ lệ – tích phân (PI)

Cuối cùng ta được sơ đồ cấu trúc:

Hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là:

2

2 2 2 1

1 )

(

) (

p T p T p

U

p I

si si

5 Tổng hợp mạch vòng tốc độ:

Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ:

) 1 ).(

2 1 (

.

/

T p

J

K K

K S

si

i đm o

T p p J

K S



Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun:

2 2

2 2 1

1 )

(

p p

1 1

[ ) 1 (

.

2 2 1

1 )

(

2 2

2 2

p p

T p p J K

p p

p R

K

1

p J.

1

Mc_

Soω

2 )

( Như vậy, Bộ điều chỉnh tốc độ là một khâu tỷ lệ (P)

Cuối cùng ta được sơ đồ cấu trúc của mạch vong tốc độ:

Hàm truyền đạt của mạch vòng tốc độ là:

) 1 (

2

1 )

(

) (

6 Mô phỏng hệ thống:

6.1 Mạch vòng dòng điện:

Sơ đồ mạch vòng dòng điện:

Kết quả mô phỏng:

22

6.2 Mạch vòng tốc độ:

Sơ đồ mạch vòng tốc độ:

Kết quả mô phỏng:

24

Mục lục

1.Chọn sơ bộ máy biến áp nguồn: 3

1.1 Các thông số của máy biến áp: 3

1.2 Tính thiết kế máy biến áp: 4

2.Tính chọn mạch lực: 10

2.1 Tính chọn Thyristor cho bộ chỉnh lưu điều khiển: 10

2.2 Tính chọn bộ bảo vệ cho Thyristor: 11

2.3 Đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của bộ chỉnh lưu điều khiển: 12

3.Xây dựng họ đặc tính cơ: 13

4.Tổng hợp mạch vòng dòng điện: 15

4.1 Mô hình toán học của bộ chỉnh lưu: 15

4.2 Mô hình toán học của động cơ một chiều kích từ độc lập: 16

4.3 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện: 17

5.Tổng hợp mạch vòng tốc độ: 19

6.Mô phỏng hệ thống: 21

6.1 Mạch vòng dòng điện: 21

6.2 Mạch vòng tốc độ: 21

Mục lục 21