BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Chương 1TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG I.. Khái niệm:  Là loại máy điện quay sử dụn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật

-o0o -Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoài Nam Lớp: 221DADTCS2002

GVHD: Th.S Võ Khánh Thoại

1.Tên đề tài:

Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

2 Các số liệu ban đầu:

1 Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha 220/380V

2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Chương 4: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch điều khiển

Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận

Chương 6: Mô phỏng mạch trên Matlab/Simulink

4 Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiẻn và bảo vệ

5 Tài liệu tham khảo:

Các tài liệu môn học

(Giáo viên HD ký mỗi lần SV đến Giáo viên hướng dẫn

gặp thông qua đồ án)

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG

CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG

I Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

1 Khái niệm:

 Là loại máy điện quay sử dụng điện một chiều

Động cơ điện một chiều là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng

Máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ khi E < U, lúc đó dòng điện Iư ngược chiều với E

Động cơ 1 chiều được dùng phổ biến trong công nghiệp, trong ngành giao thông vận tải và những nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng

Trong phân tích các hệ thống truyền động, thường biết trước đặc tính cơ M c (ω) của máy sản xuất.

Đạt được trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu tốc độ, mô men, dòng điện động cơ,…cần phải tạo ra những đặc tính cơ nhân tạo của động cơ tương ứng.

Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức và được sử dụng như loạt số liệu cho trước.

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M).

1.1Cấu tạo và hoạt động

Hình 1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

 Khi động cơ làm việc, các dây dẫn phần ứng chuyển động trong từ trường của phần cảm nên trong chúng lại xuất hiện suất điện động cảm ứng, sinh ra dòng cảm ứng ngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng Vì thế sức điện động cảm ứng này còn gọi là sức phản điện.

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Động cơ điện một chiều

1.2.1 Đặc điểm

+ Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau.

 Khi nguồn có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song Ở đây động cơ kích từ song song được coi như kích từ độc lập nên ta coi hai động cơ này như nhau.

 Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ được cấp điện

từ một nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng Ở động cơ điện một chiều kích từ song song thì cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn Trường hợp này mà nguồn điện có công suất lớn hơn nhiều so với công suất

cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự động cơ kích từ độc lập.

Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều

a) Sơ đồ nối dây động cơ kích từ độc lập b) Sơ đồ nối dây động cơ kích từ song song

1.3 Phương trình đặc tính:

1.3.1 Phương trình cân bằng điện áp :

U ư =E ư +(R ư +R f ).(I ư ) Trong đó: U ư – Điện áp phần ứng (V).

R ư = r ư + r cf + r cb + r ct – Điện trở phần ứng động cơ (Ω).).

Bao gồm:

r ư – Điện trở cuộn dây phần ứng;

r cf – Điện trở cực từ phụ;

r cb – Điện trở cuộn bù (nếu có);

r ct – Điện trở tiếp xúc của chổi than trên cổ góp r cf

R f – Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω).).

I ư – Dòng điện mạch phần ứng (A).

E ư – Sức điện đồng phần ứng động cơ (V)

Được xác định theo công thức: E ư = K Ф ω

Trong đó: K =2 πaa pN hệ số cấu tạo của động cơ.

Với: p – Số đôi cực từ chính.

N – Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.

a – Số mạch nhánh đấu song song của cuộn dây phần ứng.

Ф– Từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb) Phương trình đặc tính cơ:

ω= U ư KФФ đm - R ư+R fư

(KФФ đm)2 M

Momen điện từ của động cơ tỷ lệ với từ thông Ф và dòng điện phần ứng I ư :

M = KФIư

1.3.2 Phương trình đặc tính cơ điện:

Từ phương trình chính, công thức tính sức điện động, công thức thể hiện mối quan hệ giữa momen điện từ và dòng điện phần ứng I ư Ta được phương trình đặc tính cơ điện:

ω = U ư KФФ đm – R ư+R fư

KФФ đm .Iư

Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω là một hàm của momen M được gọi là phương trình

đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Nếu dùng đơn vị tốc độ là vòng/phút thì phương trình đặc tính cơ sẽ trở thành:

(KФФ đm)2 M

 Ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng cách thay đổi các đại lượng R ư ,U, 

 Điều khiển tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện

tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn cứ vào một số chỉ tiêu sau:

 Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt và được đánh giá thông qua:

S%= ❑d− ¿

❑d ¿x100 Mong muốn: sai số  đ =  s% càng nhỏ càng tốt.

 Tính liên tục( độ trơn dải điều chỉnh)

 =  i + 1/ i

 i + 1  i : hệ thống điều khiển liên tục

 i + 1  i : hệ thống điều khiển nhảy cấp Mong muốn   1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trong suốt dải điều chỉnh

 Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) là tỉ số giữa giá trị lớn nhất

và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tải đã cho:

D=❑❑Max

Min

Mong muốn D càng lớn càng tốt Ngoài ra còn các chỉ tiêu khác như: chỉ tiêu kinh tế, kích thước.

I.4 Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện:

Từ các phương trình đặc tính cơ-điện và phương trình đặc tính cơ, với giả thiết phần ứng được bù đủ và f = const có thể vẽ được các đặc tính cơ-điện và đặc tính cơ là những đường thẳng.

hình 1.4 Đường đặc tính

a) Đường đặc tính cơ-điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập b) Đường đặc tính cơ của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập

I.5 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ:

I.5.1 Điều chỉnh R phần ứng bằng cách mắc điện trở phụ R f :

- Nguyên lý điều khiển

Trong phương pháp này người ta giữ U ư=U đm ; Ф=Ф đmvà nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.

 Đặc điểm của phương pháp

 Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém và sai số tốc độ càng lớn

 Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức ( chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm)

 Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục

Mincàng nhỏ Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D = 3 : 1

 Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn

 Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.

I.5.2 Thay đổi điện áp phần ứng:

- Nguyên lý làm việc Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển.)

Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const ; Φ=Φđm = const

 Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì:KФ = U ư−I đm R ư

ω đm

 Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động

cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng ω0=U ư

KФФthay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng.

Hình 1.6 Đường đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

bằng thay đổi điện áp mạch phần ứng

 Tốc độ không tải lý tưởng:

 Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng thấp

 Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.

 Độ cứng đặc tính cơ cao và được giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh

 Chỉ thay đổi tốc độ về phía giảm

 Rất dễ tự động hóa khi dùng chỉnh lưu có điều khiển

 Phương pháp này điều khiển với mômen không đổi vì  và Iư đều không đổi

- Đánh giá chi tiêu điều khiển

 Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ bằng sai số tốc độ của đặc tính cơ tự nhiên)

 Tính liên tục: điện áp của động cơ được điều khiển bằng bộ biến đổi Các bộ biến đổi hiện nay đều có công suất bé nên có thể điều chỉnh liên tục

 Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1

 Đây là phương pháp duy nhất có thể điều chỉnh liên tục tốc độ động cơ trong vùng tốc

độ thấp hơn tốc độ định mức đối với động cơ một chiều

I.6 Thay đổi từ thông:

Ta có: Rf = 0 ; RưΣ = Rư =const ; Uư=Uđm = const

 Ta thay đổi dòng kích từ I kt để thay đổi từ thông

 Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( =

max) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông  tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức.

Hình 1.7 Đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của ĐCĐ 1 chiều kích từ độc lập khi giảm từ

β=−(KФ Ф x)

2

R ư

 Ta thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên.

Ta nhận thấy rằng khi từ thông thay đổi thì:

 Dòng điện ngắn mạch không đổi: I nm=U đm

R ư =const

 Mômen ngắn mạch thay đổi: M nm=KФ Ф x I nm

Khi ta giảm từ thông thì tốc độ động cơ tăng lên và độ cứng của đặc tính cơ giảm Nhưng nếu cứ tiếp tục giảm dòng kích từ thì tới một lúc nào đó tốc độ không tăng được nữa vì do mômen điện từ của động cơ giảm Phương pháp thay đổi từ thông

để điều chỉnh theo chiều tăng ( từ tốc độ định mức ), phạm vi điều chỉnh rộng, tổn hao điều chỉnh nhỏ(ưu) nhưng không điều chỉnh ở dưới tốc độ định mức(nhược)

Do vậy thông thường được áp dụng hợp với phương pháp khác nhằm tăng phạm vi điều chỉnh.

- Đặc điểm của phương pháp:

 Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng

 Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức

 Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch

 Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với công suất không đổi

- Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển

 Sai số tốc độ lớn: đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính tự nhiên.

 Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy Có thể điều khiển trơn trong dải điều chỉnh D = 3 :1

 Tính liên tục: vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta có thể điều khiển liên tục với   1

 Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục

và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích

từ = (1 – 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp).

 Qua việc xét ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ta thấy phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta chọnphương pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

I.7 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng:

hạn so với động cơ các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu

Hình 1.8 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập dùng bộ biến đổi điều khiển

|β|

Hình 1.9 Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh điện áp

 Trong khi giảm tốc độ theo cách giảm điện áp phần ứng, nếu giảm mạnh điện

áp, nghĩa là chuyển nhanh từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp thì cùng với quá trình giảm tốc có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh Chẳng hạn, cũng trên hình 1.9, động cơ đang làm việc tại điểm A với tốc độ lớn ωA trên đặc tính cơ 1 ứng với điện áp U1 Ta giảm mạnh điện áp phần ứng từ U1 xuống U3 Lúc này

động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A trên đường 1 sang điểm E trên đường

3 (chuyển ngang với ωA=ωE) Vì ωE lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ω03 của đặc tính cơ 3 nên động cơ sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh trên đoạn

EC của đặc tính 3.

 Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), vì từ thông của động

cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lí tưởng ω 0 = KФ Φ U thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng Do

đó ta thu được họ đặc tính mới song song và thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên tức

là vùng điều khiển tốc độ nằm dưới tốc độ định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi

mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

ω max=ω 0 max−M đm

|β|

ω min=ω 0 min−M đm

|β|

 Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải

có mômen ngắn mạch là: M nmmin=M cmax=KФ M M đm Trong đó KФ M là hệ số quá tải về mômen Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết:

- Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω 0 max, M đm, KФ M là xác định, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do

độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

|β|ω 0 min ≤ s cp

- Vì các giá trị M đ m, ω 0 min, S cp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép Để làm việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín

- Trong suốt quá trình điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đường thẳng ω=ω đ m, M=M đ m và các trục tọa độ Tổn hao năng lượng chính là tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ

-E b=E ư+I ư(R b+R ưđ)

(k Ф đm)2

η ư= ω¿

ω¿ +M¿

.(ω¿ )x−1

Chương 2:

Lý thuyết về chỉnh lưu cầu ba pha

-Mạch chỉnh lưu: là mạch gồm các linh kiện điện - điện tử dùng để biến đổi dòngxoay chiều (AC) thàng dòng một chiều (DC). Mạch chỉnh lưu được sử dụng trongcác bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, trong các mạch tách sóng tín hiệu vôtuyến điện

-chỉnh lưu cầu 3 pha Chỉnh lưu cầu 3 pha được chia thành 2 loại nhỏ là:

+Chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển: Mạch chỉnh lưu sẽ gồm 6 diode

+Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển: Mạch chỉnh lưu gồm 6 thyristor

2.1 Chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển.

`

`

D1

❑√3√2U 2 f sin sin ωt dωt = 2.32 πa√6 U 2 f = 2.1,17.U 2 f

Trị dòng điện trung bình qua tải ở trạng thái xác lập:

c

2.1.Chỉnh lưu cầu ba pha điểu khiến đối xứng

a)Sơ đổ động lực ; b) Giản đổ các đường cong cơ bản khi a = 30" ;

c,d) Điện áp tải khi góc mờ a= 60'’ và a= 90“

-Thyristor T1, T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp dương, nhómcatod (NK) T2, T4, T6 tạo thành một chỉnh lưu tia cho điện áp âm, hai chỉnh lưunày ghép lại thành cầu ba pha

-Theo hoạt động: dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia,

do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor đòi hỏi cấp hai xung điều khiển đồng thời(một xung ở nhóm NA, một xung ở nhóm NK) Ví dụ tại thời điểm tị trên hình b)cần mở Tiristor T1 của pha A phía NA cấp xung X1, đồng thời tại đó cấp thêmxung X4-> X1-4 cho Thyristor T4 của pha B phía NK Các thời điểm tiếp theocũng tương tự Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theođúng thứ tự khi cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha cóđiện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn Ví dụ trong khoảng t1 ÷ t2 pha A cóđiện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, dòng điện được chạy từ A về B

-Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn

và bằng điện áp dây khi van khoá Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 (đường cong cuốicùng của hình1.11b) trong khoảng t1 ÷ t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảngt3 ÷ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng van T5 dẫn T1

sẽ chịu điện áp ngược UCA

-Khi góc mở các tiristor lớn lên tới góc a> 60˚ và thành phần điện cảm của tải quánhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình 1.11d (cho trườnghợp góc mở các Tiristor a =90° với tải thuần trở) Trong các trường hợp này dòngđiện chạy từ pha này về pha kia là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện

áp dây đạt lên chúng (các đường nét mảnh trên giản đồ của các hình 1.11b,c,d), chotới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tựkhoá

-Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là cầnphải mở đồng thời hai tiristor theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khănkhi chế tạo, vận hành và sửa chữa Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điềukhiển không đối xứng

2.3.CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN KHÔNG ĐỐI XỨNG.

2.3 Giản đồ các đường cong

-Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (NA hoặc NK) có điều khiển và mộtnhóm không điều khiển như mô tả trên hình 1.12a Trên hình mô tả giản đồ điện ápchỉnh lưu Uf, sóng điện áp tải Ud, khoảng dẫn các van bán dẫn T1, T2, T3, D1, D2,D3 Các Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Thyristor củapha kế tiếp Ví dụ T1 dẫn từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phátxung mở T2) Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Thyristor được dẫn từ thờiđiểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu Các điốt tự động dẫn khi điện ápđặt lên chúng thuận chiều.

-Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liêntục khi góc mở các tiristor nhỏ hơn 60°, khi góc mở tăng lên và thành phần điện

cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn

-Theo dạng sóng điện áp tải, trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mởđạt tới 180° Người ta có thể coi điện áp Người ta có thể coi điện áp trung bình trêntải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha

Utb = 3√3

2 πa Uf(max)(1+cosα) = ) = 2 πa3 Uday(max)(1+cosα) = )

- Điểu khiển các thyristor trong chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng

dể dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn

-Khác với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, trong sơ đồ này việc điềukhiển các van bán dẫn được thực hiện đơn giản hơn Ta có thể coi mạch điều khiểncủa bộ chỉnh lưu này như điều khiển một chỉnh lưu tia ba pha

Chương 3 Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch

động lực

3.1 Sơ đồ mạch động lực :

Hình 3.1 Mạch động lực

πa là hệ số điện áp tải.

-Điện áp ngược của van cần chọn:

Ilv = Ihd = Khd Id = I d

√3 = 64,17

√3 = 37,04 (A) Trong đó: Khd = 1

√3 là hệ số dòng hiệu dụng cầu ba pha

-Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tỏa nhiệt và đầy đủ diện tích tỏa nhiêt;Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng định mức cảu van cầnchọn:

Iđm = Ki Ilv = 1,4 37,04 = 51.856 (A)

Trong đó: Ki = 1,1÷1,4 là hệ số lưu trữ dòng điện

Từ các thông số U , I ta chọn 6 Thysistor loại T60N600BOC có các thông số:

Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400 (A)

Dòng điện của xung điều khiển : Iđk = 150 (mA)

Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 1,4 (V)

Dòng điện tự giữ : Ih = 200 (mA)

Dòng điện rò : Ir = 25 (mA)

Sụt áp lớn nhất của Thysistor ở trạng thái dẫn là: ΔU = 1,8 (V)U = 1,8 (V)

Tốc độ biến thiên của điện áp : dU dt =400 (V/µs)

Tốc độ biến thiên của dòng điện : dI dt =200 (A/µs)

Thời gian chuyển mạch : tcm = 180 (µs)

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 125 (oC)

3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu:

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ΔU = 1,8 (V)/Y làm mát bằng không khí tựnhiên:

– Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

Up = 380 (V)

– Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

+ Góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới:

Sơ cấp: ΔU = 1,8 (V)Udnsc = ρ l sc

S sc = 1,72.10−8 14088

0,03 = 8.10-3 (V) Thứ cấp: ΔU = 1,8 (V)Udntc = ρ l tc

S tc = 1,72.10−8 14088

0,05 = 1,7.10-3 (V)

ΔU = 1,8 (V)Udn = ΔU = 1,8 (V)Udnsc + ΔU = 1,8 (V)Udntc ≈ 0 (V)

+ Sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp:

ΔU = 1,8 (V)Uba = ΔU = 1,8 (V)Ur + ΔU = 1,8 (V)Ux

Chọn sơ bộ: ΔU = 1,8 (V)Uba = 6% Ud = 6%.220 = 13,2 (V)

+ Phương trình cân bằng điện áp:

Udo cos α) = min = Ud + 2.ΔU = 1,8 (V)Uv + ΔU = 1,8 (V)Udn + ΔU = 1,8 (V)Uba

↔ Udo = U d+2 ∆ Ucos α v+∆ U dn+∆ U ba

min = 220+2.3,1+ 0+13,2

cos100 = 243,4 (V)+ Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp:

+ Tiết diện sơ bộ trụ:

QFe = kQ √ S ba

m f = 6 √14823,523 50 = 59,64 (cm2)

Trong đó: kQ = 6 là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát

Chọn chiều cao của trụ là 21 (cm).

– Tính toán dây quấn

+ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

W1 = U1

4,44 f Q Fe B T = 380

4,44 50 59,64 10−4 1 = 287 (Vòng)Lấy W1 = 287 (Vòng)

+ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:

W2 = U2

U1 W1 = 104,05380 287 = 78,5 (Vòng)

Lấy W2 = 78 (Vòng)

+ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:

Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô:

Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)

+ Tiết diện dây quấn sơ cấp máy biến áp:

S1 = I1

J1 = 14,342,75 = 5,21 (mm2)

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

Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 6 (mm2)

+ Kích thước dây dẫn có kể cách điện:

S1cđ = a1 b1 = 0,9 6,9 = 6,21 (mm2)

+ Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

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

Chuẩn tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 21,5 (mm2)

Kích thước dây dẫn kể cả cách điện

Trong đó: kc = 0,95 là hệ số ép chặt

H là chiều cao của trụ

hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp

Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5 cm

+ Tính sơ bộ lớp dây cuộn sơ cấp:

n1l = W1

W11 = 28725 = 11,48 (lớp) Chọn số lớp n1l = 12 lớp, như vậy có 294 vòng chia cho 12 lớp 11 lớp đầu có 25vòng, lớp thứ 12 có 287 – 11 25 = 12 vòng

Dn1 = Dt1 + 2 Bd1 = 11 + 2 1,17 = 13,34 (cm)+ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:

Dtb1 = D t 1+¿D n1

+ Chiều dài dây quấn sơ cấp:

l1 = W1 π Dtb1 = 287 π 12,17 = 10972,9234 (cm)+ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp:

– Kết cấu dây quấn thứ cấp:

+ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

+ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp:

W21 = h2

b2 kc = 18,160,753 0,95 = 22,9 (vòng)Chọn số vòng dây = 23 vòng

+ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:

n21 = W2

W21 = 7823 = 3,39 (lớp)+ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n21 = 4 lớp Chọn 3 lớp đầu 19 vòng, lớp thứ 4

có 78 – (3 19) = 21 vòng

+ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:

h2 = W21

k c b2 = 0,9523 0,74 = 18,23 (cm)+ Đường kính trong của cuộn thứ cấp:

Dn2 = Dt2 + 2 Bd2 = 15,34+ 2 1,56 = 18,46 (cm)+ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:

Dtb2 = D t 2+D n 2

2 = 15,34+18,462 = 16,9 (cm)+ Chiều dài của dây quấn thứ cấp:

l2 = π W2 Dtb2 = π 78 16,9 = 4141,24 (cm)+ Đường kính trung bình giữa các cuộn dây:

D12 = D t 1+D n 2

D 14,73

+ Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:

BT = 4,44 f W U1

1 Q T = 380

4,44 50 294 52,25 10−4 = 1,1142 (T)+ Mật độ từ cảm trong gông:

Bg = BT.Q T

Q g = 1,142 52,2574,8 = 0,797 [T]+ Chiều rộng cửa sổ:

c = 2.(a01+Bd1+a12+Bd2)+a22 = 2.(1+1,08+1+1,2)+2 = 10,56 (cm)+ Tính khoảng cách giữ hai tâm trục:

c’ = c + d = 10,56 + 9 = 19,56 (cm)

+ Chiều cao mạch từ:

H = h + 2.a = 21 + 2 8,5 = 38 (cm) – Tính khối lượng của sắt và đồng

+ Thể tích của trụ:

VT = 3 QT.h = 3 52,25 21 = 3291,75 (cm3)+ Thể tích của gông:

Vg = 2 Qg.L = 2 71,06 48,12 = 6838,84 (cm3)+ Khối lượng của trụ:

MT = VT.mFe = 3,292 7,85 = 25,84 (Kg)+ Khối lượng của gông :

– Tính các thông số của máy biến áp:

+ Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C: