Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoặc bể điện phân

Đồ án điện tử công suất: Giáo viên hướng dẩn:Dương Văn Nghi Sinh viên : Đề tài : Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoặc bể điện phân Phương án Điện áp 1 chiều định mức Dòng điện 1 c

Đồ án điện tử công suất:

Giáo viên hướng dẩn:Dương Văn Nghi

Sinh viên :

Đề tài :

Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoặc bể điện phân

Phương án Điện áp 1 chiều

định mức

Dòng điện 1 chiều định mức

Nguồn nuôi

Lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt,

ph-ơng tiện sản xuất, giao thông vận tải, khai thác mỏ địa chất,thông tin liên lạc, kỹ thuật điện tử, cơ khí chính xác, thiết bị y tế, trang trí bao bì Vậy mạ điện là gì ?

Một cách đơn giản nhất có thể hiểu mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hoá đáp ứng đợc cácyêu cầu kỹ thuật mong muốn

Mạ kim loại không chỉ làm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mòn mà còn có tác dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho các dụmh cụ máy móc và đồ trang sức

Ngày nay không riêng gì ở nớc phát triển mà ngay trong nớc ta kỹ thuật mạ đã có nhng bớc phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất cung nh trong kinh doanh

Kỹ thuật mạ đòi hỏi phải không ngừng phát triển nghiên cứu cải tiến kỹ thuật ,máy móc chuyên dùng thiết bị dây chuyền sản xuất đồng bộ

tự động hoá với độ tin cậy cao Điều này sẽ giúp nâng cao chất lợng mạ

và hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm môI trờng

Để có một lớp mạ tốt ngoàI những yếu tố khác thì nguồn điện dùng để mạ là rất quan trọng

Đối với sinh viên tự động hóa, môn học điện tử công suất là một môn rấtquan trọng Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong khoa em đã tng bớc tiếp cận môn học Để có thể lắm vững lý thuyết đẻ áp dụng vào thực tế, ở học kỳ này em đợc các thầy giao cho đồ án môn học với đề tài :Thiết kế nguồn mạ một chiều Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế

Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự chỉ bảo của các rhầy cô giáo trong bộ môn và đặc biệt là thầy Dương Văn Nghi đã giúp em hoàn thành đồ án này

Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm cha có lên em không tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ Cuối cùng em xinchân thành cảm ơn !

Chơng I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện

Đề tàI thiết kế nguồn mạ một chiều là một đề tàI có giá trị thực tế lớn, bởi vì trong công nghệ mạ nguồn điện một chiều là một yếu tố quan trọng

Để thấy rõ giá trị của đề tàI, trớc hết ta cần phải nắm rõ một số kháI niệm cũng nh các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện phân

Ta dựa vào sơ đồ điện phân nh sau:

có thể lấy ra một số điện áp cần thiết cho một số qui trình.

VD : Mạ niken thờng dùng điện áp 6V hay 12V Để mạ Crôm dùng 12V Để đánh bóng điện hóa nhôm thờng dùng điện áp 12 – 24V

2 Anốt :là điện cực nối vơí cực dơng của nguồn điện một chiều Trớc khi điện phân anốt cần phải đánh sạch dầu mỡ, lớp gỉ… Tuỳ

Anốt dùng trong mạ điện có hai loại : anốt hòa tan và anốt không hoà tan Anốt hoà tan đợc dùng tronh các trờng hợp mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, mạ thiếc… Tuỳ Trong quá trình điện phân anốt tan vào dung dịch mạtheo phản ứng ở điện cực :

2

2

Cu e Cu

Ni e Ni

Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân và đI đến catốt Phản ứng điện hóa ở anốt là phản ứng oxi hóa

Anốt không hòa tan dùng trong trờng hợp mạ Crôm Khi điện phân

ở bề mặt

anốt không hoà tan cũng diễn ra quá trình oxi hóa H2O,OH ,Cl … Tuỳ

2 2 4 4

2 2

O O H e OH

Cl e Cl

Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thờng chính là O2 hay Cl2

3 Catốt : là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều Trong mạ điện catốt là vật mạ Trên bề mặt vật mạ luôn diễn ra phản ứng khử các ion kim loại mạ Ví dụ nh :

Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loại nền đồng thời cho lớp mạ

đồng đều, bóng sáng hấp dẫn, trớc khi mạ ta cần phải gia công cho bề mặt chi tiết bằng phẳng, bóng và sạch các chất dầu mỡ màng oxít

Catố vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thờng ngập dới mặtnớc 8 – 15cm và cách đáy bể khonảg 15cm Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt, không để gây ra hiên tợng phóng điện trong chất điện phân Tuyệt đối không để chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch điện

4 Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ thờng có hai phần :

_ Thành phần cơ bản : gồm muối và hợp chất chứa iôn của kim loại mạ vàmột số hoá chất thiết yếu khác, nếu thiếu hóa chất này thì dung dich không thể dùng để mạ đợc

_ Thành phần thứ hai : bao gồm các chất phụ gia

+ Chất làm bóng lớp mạ

+Chất đệm giữ cho pH của dung dịch ổn định

+Chất giảm sức căng nội tại đảm bảo lớp mạ không bong nứt +Chất san bằng đảm bảo cho lớp mạ đồng đều hơn

+Chất làm tăng độ dẫn điện cho lớp mạ đồng đều hơn

+Chất chống thụ động hóa anốt nhằm ổn định mạ

Một số đặc điểm dung dịch mạ :

_ Dung dịch mạ cần phải có độ đẫn điện cao Độ đẫn điện của dung dịch không những chỉ giảm đợc tổn thấtđiện trong quá trình mạ mà còn làm cho lớp mạ đồng đều hơn

_ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng trong một khoảng pH nhất định Ví dụ mạ Niken pH=4,5 đến 5,5 Mạ kẽm trong dung dịch amôniclorua pH= 4,5 đến 5,5 Mạ kẽm trong dung dịch axít pH= 3,5 đến 4,0… Tuỳ

_ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng cao trong một khoảng nhiệt độ nhất định VD mạ Niken khoảng nhiệt độ là 55  70 C, mạ vàng

_ Mỗi dung dịch có một khoang mật độ dòng catốt thích hợp.

_ Dung dịch chứa muối phức của kim loại thờng cho lớp mạ có chất lợng tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu đợc từ nuối đơn VD lớp mạ thu đợc từ dung dịch 2 

4 )

Zn tốt hơn lớp mạ thu đợc từ dung dịch muối CuSO4

5 Bể điện phân : làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt Thành

và mặt trong của bể thờng đợc lót bằng chất dẻo có độ bền hóa học, bền nhiệt Lớp chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nớc không thấm qua đợc Mặt ngoài sơn nhiều lớp chống gỉ Bể mạ thờng có dạng hình chữ nhật, điều này giúp cho lớp mạ đợc phân bố đều hơn bể có hình dạng khác Có nhiều

bể mạ nh bể mạ tĩnh, thùng mạ quay, … Tuỳ

Trên dây là toàn bộ sơ đồ tổng quát của quá trình mạ bằng điện phân.Trong công nghệ mạ còn có một số yêu cầu về gia công bề mặt trớc khi mạ.Yêu cầu bề mặt trớc khi mạ :

- Trớc khi mạ vật cần mạ đợc tiến hành gia công cơ khí để có bề mặt bằng phẳng, đồng thời tẩy xóa các lopứ gỉ, đánh bóng bề mặt theo yêu cầu sử dụng

- Tẩy sạch dầu mỡ các hợp chất hóa học khác có thể có trên bề mặt vật mạ

Tóm lại trớc lúc chi tiết vào bể điện phân, bề mặt cần phải thật bằng phằng, sắc nét bóng tuyệt đối sạch dầu mỡ, các màng oxit có thể có Trong điều kiện nh vậy lớp mạ thu đợc mới có độ bóng tốt, không sớc, không sần sùi, bóng đều toàn lớp mạ đồng nhất nh ý

Phơng pháp gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ :

- Phơng pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô, mài tinh, đánh bóng quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay

- Phơng pháp gia công hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa sạch

Sự lựa chọn phơng pháp gia công cho hiệu qủa tốt nhất lại có giá thành rẻ,

đòi hỏi ngời kỹ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ và nhất là phải có kinhnghiệm sản xuất Bất kỳ thiếu sót nào dù nhỏ hoặc đánh giá không đúng công việc chuẩn bị bề mặt đều dẫn đến giảm sút chất lợng và hình thức lớp mạ Chất lợng lớp mạ phụ thuộc một cách cơ bản vào phơng pháp đợclựa chọn, kỹ thuật và điều kiện tiến hành chuẩn bị bề mặt lớp mạ Không bao giờ chúng ta coi nhẹ việc chuẩn bị bề mặt vật mạ

1.Cỏc nguồn điện một chiều dựng cho mạ điện

Trong công nghệ mạ điện thì nguồn điện là một yếu tố hết sưc quan trọng,nó quyết định nhiều đến chất lượng lớp mạ thu được.Nguồn điện một chiều có thể là ắc quy,máy phát điện một chiều ,bộ biến đổi.Chúng ta phân tích để quyết định lựa chọn phương án:

1 Ắc quy :

Trong công nghệ mạ điện ắc quy chỉ được sử dụng trong phòng thínghiệm hay sản xuất ở qui mô nhỏ.Do hạn chế về lượng điện tích nên ắc quychỉ dùng để mạ các chi tiết nhỏ,còn với các chi tiết lớnthì không dùng ắc quyđược Đặc biệt khi dòng điện mạ đòi hỏi lớn thì ắc quy không thể đáp ứngđược Vì vậy mà trong công nghệ mạ người ta ít sử dụng ắc quy làm nguồnmạ

2 Máy phát điện một chiều :

Trong công nghệ mạ điện ,dùng máy phát điện một chiều khắc phục đượcnhược điểm của ắc quy Máy phát điện một chiều trong thực tế có thể được

sử dụng rộng rãi trong qui mô sản xuất lớn Nhưng giá thành đầu tư cho máy phát điện một chiều lớn ,cơ cấu điều khiển hoạt đọng khá phức tạp Máy phát điện một chiều với nhiều nhược điểm :cổ góp mau hỏng ,thiết bị cồng kềnh ,làm việc có tiếng ồn lớn Máy phát điện một chiều cần thường xuyên bảo trì sửa chữa Chính vì vậy mà trong công nghiệp người ta không thường dùng máy phát điện một chiều

3 Bộ biến đổi :

Hiện nay trong công nghiệp thì dòng điện xoay chiều được sử dụng rộngrãi Công nghệ chế tạo các thiết bị bán dẩn ngày càng hoàn thiện ,các thiết bịhoạt đọng với độ tin cậy cao Đặc biệt công nghệ sản xuất Thyritor đã đạt nhiều thành tựu Chính vì vậy các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều ngày càng được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp Ngày nay trong công nghệ mạ điện thì bộ biến đổi được sử dụng rộng rãi nhất Các bộ biến đỏi dùng trong quá trình mạ điện , điện phân có thể cho ra các điện áp như:3V,6V.12V,24V,30V,50V.Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện thế cho phù hợp Bộ biến đổi với các ưu điểm : thiết bị gọn nhẹ ,tác động nhanh ,dễ tự động hoá ,dễ điều khiển và ổn định dòng Chiphí đầu tư cho bộ biến đổi rẻ ,hiệu quả làm việc cao và ổn định.So với dùng nguồn mạ là ắc quy hoặc máy phát điện một chiều thì bộ biến đổi đáp ứng được cả yêu cầu về mặt kinh tế và các tiêu chuẩn kỹ thuật

Vây chúng ta chọn phương án là dùng bộ biến đổi.

2 Các phương án chỉnh lưu

Mạch chỉnh lưu có rất nhiều :chỉnh lưu 1 pha ,chỉng lưu 3 pha ,chỉnh lưu

có điều khiển ,chỉnh lưu khong điều khiển.Trong yêu cầu của đồ án là thiết

kế nguồn mạ có điện áp không cao và dòng điện lớn Do nguồn nuôi là lưới

điện xoay chiều 3 pha nên ta xét các phương án có khả năng thực hiện như sau:

- Chỉnh lưu cầu một pha

- Chỉnh lưuhình tia ba pha

- chỉnh lưu cầu ba pha

- Chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng

Phương án 1: Chỉnh lưu cầu một pha

Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 1 pha

Với u 2 2U2 sin  với    t.

a.Khi tải thuần trở R:

Khi θ =α :cho xung điều khỉên mở T1,T2 và Ud=U2,hai Thyristor sẽ khoá khi

u2=0

Khi θ =П+α :cho xung điều khiển mở Tα :cho xung điều khiển mở T3,T4 và Ud=-U2

Dòng qua tải là dòng gián đoạn hai Thyristor sẽ khoá khi

Giản đồ đường cong điện áp, dòng điện tải,dòng ở các van voi   30 0

,tải thuần trở.

Giá trị trung bình của điện áp tải:Ud =    



cos 1 2 sin

Giá trị trung bình dòng tải là:

R

U

Giá trị trung bình dòng qua thyristor: I  T I d/ 2

Do mỗi cặp thyristor chỉ dẩn trong 1 nửa chu ky của nguồn

d d d

d d

 sin



cos

c.Ưu và nhược điểm của sơ đồ này là:

Phương án 2 Chỉnh lưu hình tia ba pha

a.Sơ đồ nguyên lý :

Sơ đồ như hình vẽ ,ba pha điện áp dịch pha nhau 1200 Từ đó thấy rằng ,tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn hai pha kia

) 240 sin(

2

) 120 sin(

Điện áp của van T1 b.

Điện áp van T1 là:

c.

a-Sơ đồ động lực ; b-Giản đồ các đường cong khi góc mở  =300 tải thuần trở ; c- Giản đồ các đường cong khi  =600 .tải thuần trở

ở đây Vd,Id lần lượt là điện áp và dòng ở tải

I1,I2,I3 lần lượt là dòng qua van T1,T2,T3

VT1 là điện áp trên van T1

Nguyên tắc mở và điều khiển cac van ở đay là khi anốt của van nao dương hơn hai van còn lai van đó mới được kích mở Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc mở tự nhiên của cac van bán dẩn Các thyristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại điểm góc thông tự nhiên (trong chỉnh lưu ba pha ,góc mở nhỏ nhất  =00 sẽ dịch pha so với điện áp pha 1 goc 300)

Theo hình b,c tại mỗi thời điểm nao đó chỉ có 1 van dẩn ,như vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục (đường cong I1,I2,I3 trên hình b)

Còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ

hơn Tuy nhiên trong cả hai trường hợp dòng điện trung bình qua van đều bằng 1/3Id.Trong khoảng thời gian van dẫn , điện áp của van bằng 0,dòng điện của van bằng dòng điện tải ,trong khoảng thời gian van khoá dòng điện của van bằng 0 điện áp của van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có van khoá và pha có van đang dẫn

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở của các thyristor.Nếu góc mở   30 0 các đường cong Ud,Id liên tục ,khi góc mở   30 0 điện áp và dòng điện tải gián đoạn

áp ud có đoạn âm,song dòng điện id chỉ có 1 chiều duy nhất

Trị số trung bình điện áp của tải sẽ được tính theo công thức :

Ud =Ud0 cos nếu điện áp tải liên tục

Khi điện áp tải gián đoạn(điển hình khi tải tuần trở và góc mở lớn )

Trong đó Ud0 = 1,17.U2f

Ud0 là điện áp chỉnh lưu tia ba pha khi van là điốt

U2f là điện áp thứ cấp biến áp

b Ưu và nhược điểm của sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha :

+α :cho xung điều khiển mở TƯu điểm :

- Công suất máy biến áp này lớn hơn công suất máy biến áp 1 chiều là 1.35 lần , ít gây méo mó lưới điện

- Sụt áp trong mạch van nhỏ nhưng vẫn kém chất lượng hơn mạchchỉnh lưu cầu và sáu pha hình tia

+α :cho xung điều khiển mở TNhược điểm :

- Giá trị dòng trung bình của van lực mới chỉ lúc lam việc

mớibăngdf 1/3dòng điện 1 chiều ,mà mạ điện lại yêu cầu cung cấp dòng 1 chiều lớn nên sẽ có rất nhiều hạn chế khi chọn van lực…

Phưong án 3 Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng

) 240 sin(

2

) 120 sin(

2

sin 2

2 2

2 2

2 2

U u

U u

c

b

a

a.Hoạt động của sơ đồ :

Giả thiết T5,T6 đang cho dòng điện đi qua ta có bảng tổng quát hoá các quátrình ở các van :

Thời điểm Mở Khóa

6 /

9

6 /

7

6 /

5

6 /

T T T T T T

4 3 2 1 6 5

T T T T T T

a.

b

a trường hợp   60 0,b   30 0 với tải thuần trở

Trường hợp tải trở cảm với L đủ lớn ,dòng Id như là không thay đổi

3 sin

2 2

2 6

5

6

U d

U

Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van : U ngmax  6U2  2 , 45U2

Dòng điện trung bình chạy qua van

3

d T

I

I 

+α :cho xung điều khiển mở T Ưu điểm :

- Số xung áp chỉnh lưu trong 1chu kỳ lớn , độ đập mạch của điện áp chỉnhlưu lớn ,chất lượng điện áp cao

- ít làm méo lưới điện

+α :cho xung điều khiển mở T Nhược điểm :

- Sụt áp trong mạch chỉnh lưu gấp đooi ở so đồ tia nên không phù hợp với điện ap thấp dưới 10 V

Điện áp chỉnh lưu trung bình trong sơ đồ có giá trị như trung bình cộng điện áp đầu ra hai chỉnh lưu tia 3 pha

2 1 , 17 2

2

6 3

Do có cuộn kháng cân bằng nên dòng tải gần như phẳng hoàn toàn

Dòng trung bình qua van là :

6

d tbv

I

Công suất biến áp nguồn là:S ba  1 , 26P d

b.Dạng sóng cơ bản là:

c Ưu,nhược điểm của sơ đồ:

+α :cho xung điều khiển mở T Ưu điểm:

- Điện ỏp ra cú độ bằng phẵng cao,cú độ đập mạch lớn nhất ,chất lượng tốt

- Dũng trung bỡnh qua van nhỏ bằng 1/6 dũng qua tải thớch hợp dũng tải cao

- Ít làm mộo lưới điện

+α :cho xung điều khiển mở T Nhược điểm :

- Số van sử dụng lớn giỏ thành cao

- Mỏy biến ỏp phức tạp cú số cuộn thứ cấp nhiều.Dũng điện mạ khỏ lớn và điện ỏp thấp căn cứ vào ưu nhược điểm của phương

ỏn này ,ta quyết dịnh chọn bộ biến đổi dựng làm nguồn mạ là:

chỉnh lưu tia 6 pha cú cuộn khỏng cõn bằng.

Sơ đồ mạch lực

I Tính toán máy biến áp

1 Các thông số cơ bản của máy biến áp

Ta chọn kiểu máy biến áp ba pha trụ, sơ đồ đầu dây /Y làm mát tự nhiênY làm mát tự nhiênbằng không khí, điện áp phía sơ cấp là 380V

Để đa tới tải một điện áp ra Ud theo yêu cầu cần phải tính đến nhiều yếu tốnhằm bù hết các sụt áp trên đờng ra tải.Ngoài các sụt áp bình thờng nh sụt áptrên điện kháng máy biến áp, trên điện trở cuộn dây, điện trở dẫn, sụt áp trêncác van lực còn tồn tại sụt áp chỉ có trong mạch chỉnh lu gọi là sụp áp dohiện tợng chuyển mạch Vì vậy nhiệm vụ đầu tiên quan trọng là xá định điện

áp các cuộn dây thứ cấp của máy biến áp(MBA) Diện áp một chiều tổngquát tơng ứng tải định mức đợc tính nh sau:

Ud=Uddm+Uluoi+Uvan+Uck+UR+Ur

Trong đó ta có:

a> Uddm là điện áp một chiều ra tải định mức

b> Uvan là sụt áp trung bình trên các van bán dẫn Có thể chọn sơ bộ

Uvan=2V

c> Uluoi là sụt áp nguồn xoay chiều dới trị số định mức vì lới điện không

ổn định.Số liệu này tuỳ thuộc vào trạng thái cụ thể của nơi đặt bộchỉnh lu nhng không vợt quá 20% điện áp định mức

d> Uck là sụt áp trên cuộn kháng cân bằng

e> UR là tổng sụt áp do thành phần một chiều dòng tải gây ra trên các

Với m là số pha MBA, Sba là tổng công suất MBA, er là hệ số phụthuộc Sba Vậy sụt áp này có thể tính theo biểu thức:

+ Sụt áp trên dây dẫn phía dơi xoay chiều: U = Id.Rr, trong thực tếtính toán thờng bỏ qua sụt áp này

+ Sụt áp trên dây dẫn phía một chiều: Ur= = Id.Rr=, phụ thuộc vào dâydẫn cụ thể( tiết diện dây và chiều dài từ bộ chỉnh lu đến tải)

+ Sụt áp trên điện trở dây cuốn bộ lọc một chiều Urloc

f> U là sụt áp do hiện tợng chuyển mạch gây ra điện kháng phía xoay chiều là đáng kể Biểu thức tính sụt áp này có dạng U= k.Xa.Id với

k phụ thuộc vào sơ đồ mạch van, thờng có quan hệ k=2/Y làm mát tự nhiênmdm trong đó Xa là tổng toàn bộ điện cảm phía xoay chiều, gồm:

+ Điện cảm lới điện Xal =

với m là số pha lới điện, U1 là điện áp sơ cấp MBA, Snm là công suấtngắn mạch lới điện

+ Điện cảm dây cuốn MBA đã quy đổi về thứ cấp BA, có biểu thức tơng

tự nh điện trở dây cuốn với hệ số tỷ lệ khác

+ Điện cảm bản thân dây nối: Xdn = .Ldn.2.f.L*ldn

ở đây L* là điện cảm dây nối trên một đơn vị chiều dài, ldn là chiều dàidây nối

Từ các biểu thức sụt áp trên ta tính đợc

Ud =

)

(

xdd rdd

ck r

rloc van

ddm

U P c b a

U U

U U

U U

x k k k

e k m

.

.

2 2



; b =

p u

r

k k

e m

.

.

2 ; c =

nm u

r

S k

k m

Công suất lới hữu hạn nên không đợc bỏ qua c.Pd mà phải dùng cách tínhquay vòng Giả sử cần nâng Ud lên 15%

(

van ddm

U P c b a

U U

Kết quả này rất khác so với 27,6V nên cần quay vòng lần hai

Pd = Ud.Id = 135,11.15000= 2026650(W) thay vào biểu thức tính Ud ta có

Nếu quay vòng thêm vài vòng nữa sẽ đợc trị số Ud ổn định xấp xỉ 425.8V

Điện áp Ud khi điện áp nguồn bằng định mức

là:Ud(dm)=

05 , 0 1

8 425

3 448 )





Hệ số MBA: kba= 0 99

17 383

380 2

1





U U

Công suất MBA:

Sba = kp.Pd = kp.Ud.Id = 1,26.86,84.6000 = 656510,4(VA) = 656,5104 kVA Dòng điện cuộn thứ cấp: I2 = ki.Id = 0,29.6000 = 1740(A)

Dòng điện cuộn sơ cấp: I1 = 480 , 46 ( )

12 , 5

6000 41 , 0

41 , 0

A k

S ba

. trong đó kQ là hệ số phụ thuộc phơng thức làm mát VớiMBA làm mát tự nhiên bằng không khí, chọn kQ = 6 m là số pha MBA, m =3

Ta có: QFe = 6 396 , 94 ( )

50 3

4 ,

94 , 396 4 4

-Chọn loại thép 330, lá thép đọ dày 0,5mm và chon sơ bộ mật độ từ cảmtrong lõi thép là B = 1T.

-m=h/Y làm mát tự nhiênd với h là chiều cao trụ MBA M=22,5 Chọn m=2,4

 h = 2,4.22,5=54(cm)

3 Tính toán dây quấn

-Số vòng dây quấn mỗi pha sơ cấp:

1 10 94 , 396 50 44 , 4

380

.

J1 = J2 = 2,75 A/Y làm mát tự nhiênmm2

-Tiết diện dây dẫn sơ cấp: S1 = 174 , 7 ( )

75 , 2

46 ,

46 ,

4 Kết cấu dây quấn sơ cấp

-Tính sơ bộ vòng dây trên 1 lớp cuộn dây sơ cấp: Wl1 = c

g k b

h h

2

1



trong đó kc = 0,95 là hệ ssố ép chặt Hg = 1,5cm là khoảng cách từ gông đếncuộn sơ cấp Vậy Wn = 0 , 95 54 , 2

410 , 0

5 , 1 2 4 , 26





(vòng)-Tính sơ bộ số lớp cuộn dây sơ cấp: nl1=  

2 , 54

-Chiều cao thực tế cuộn dây sơ cấp là: h1 = 0 , 410 20 , 28 ( )

95 , 0

47

Ư 1 1

cm b

-Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÑn gi÷a c¸c líp cuén d©y s¬ cÊp cdl1 = 0,1mm BÒ dÇycuén s¬ cÊp lµ: Bd1 = (a1+cdl1).nl1 = (2,26+0,1).4 = 9,44(mm)

-§êng kÝnh ngoµi cuén s¬ cÊp:

1 1

l1 = W1..Dtb1 = 185.3,14.13,95 = 8103,6(cm) = 81,036(m)

5 KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp

-Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn cuén s¬ cÊp – thø cÊp cd01 = 1cm, chän s¬ bé chiÒucao cuén thø cÊp h2 = h1 = 20,28cm

V× cã hai cuén thø cÊp trªn mét pha, ta chän h2 = 10 , 14 ( )

2

28 , 20

cm



-Sè vßng d©y trªn mét líp: Wl2 = 0 , 95 18 , 9

51 , 0

14 , 10

h

(vßng)

-TÝnh s¬ bé líp d©y cuèn thø cÊp: nl2 = 0 , 79

9 , 18

15

¦

¦ 2

-ChiÒu cao thùc tÕ cuén thø cÊp h2 = 0 , 510 8 , 05 ( )

95 , 0

15

-§êng kÝnh cuén thø cÊp: Dt2 = Dn1+2cd01= 14,9+2.1 = 16,9(cm)

-Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn líp d©y cuèn thø cÊp cdl2 = 0,1mm

BÒ dÇy cuén thø cÊp: Bd2 = a2+cdl2 = 16,80+0,1 = 16,90(mm) = 1,69(cm)

§êng kÝnh ngoµi cuén thø cÊp:

Với mCu = 8,9kg/Y làm mát tự nhiêndm3 là khối lợng riêng của đồng.

II Chọn van bảo vệ van

+Làm mát tự nhiên: dựa vào sự đối lu không khí quanh van, hiệu suất van chỉ

đạt 25-30%

+Làm mát cỡng bức bằng gió: tạo luồng không khí với tốc độ lớn qua van,

đẩy nhanh quá trình truyền nhiệt của van vào môi trờng, hiệu suất van chỉ đạt60%

+Làm mát bằng nớc: van đợc gắn thêm tấm đồng rỗng cho nớc chảy qua,chophép van đạt đợc hiệu suất 90% nhng hệ thống làm mát kiểu này phức tạp,chỉ áp dụng khi yêu cầu công suất tải lớn

Nh vậy với yêu cầu cụ thể của đề tài này: Công suất tải không lớn, ta chọnkiểu làm mát cỡng bức bằng gió v=6m/Y làm mát tự nhiêns2 và có cánh tản nhiệt

a> Điện áp ng ợc trên van

Theo sổ tay hớng dẫn ta có Ungmax = 2,45U2

Với hệ số dự trữ điện áp ku=1,7 ta có:

Ungmax = 2,45 ku U2 = 2,45.1,7.30,20 = 125,8(V)

b> Dòng điện làm việc của van

Dòng trung bình qua van Itbv = 1667 ( )

-dòng cho phép tối đa qua van ở điều kiện chuẩn: Icp = 320A

-dòng quá tải ngắn hạn cho phép qua van không quá vài ms:

Ix = 650A

-Trị số đỉnh dòng hình sin cho phép qua van trong một lần Iđ=6000A-Dòng dò: Idò=25mA

-Cấp điện áp: 3-16 ta chọn loại cấp 3 là đợc

-Cấp du/Y làm mát tự nhiêndt : 2-6

-Cấp di/Y làm mát tự nhiêndt : 2-6

-Sụt áp thuận trên van ở dòng định mức: U = 1,75V

-Điện áp điều nhỏ nhất đảm bảo dòng điều khiển mở van: Uđk=3,5V

-Dòng điều khiển nhỏ nhất đảm bảo mở van Iđk=200mA

-Cấp thời gian phục hồi tính chất khoá của van: tph=1-4

2.Bảo vệ van

a> Bảo vệ quá áp

 Nguyên nhân gây quá áp

- Quá áp từ lới điện đa tới: do sét đánh vào đờng dây lới điện, do

đóng ngắt các phụ tải chung nguồn với bộ chỉnh lu Quá pá loạinày có thể gấp 4-5 lần điện áp hoạt động

- Quá áp do đóng gắt các khối choc năng của bản thân bộ chỉnh u:

l-+Đóng biến áp lực chỉnh lu+Đóng mạch chỉnh lu sau khi đóng biến áp lựu gây ra tốc đọtăng áp du/Y làm mát tự nhiêndt tới 1000V/Y làm mát tự nhiêns

+Ngắt biến áp nguồn khi không tải gây quá áp đến 5 lần điện áplàm việc

+Ngắt tải khỏi mạch chỉnh lu gây quá áp do ảnh hởng của các

điện cảm trong mạch điện

Hai loại quá áp ở trên mang tính ngẫu nhiên -Quá áp do hiện tợng chuyển mạch giữa các van khi làm việc.Loại

này mang tính chất chu kỳ, thờng xuyên xảy ra và gắn liền với sựhoạt động của mạch chỉnh lu

+Khi van chuyển từ khoá sang dẫn, điện áp trên van đột ngột giảm từ giá trịxác định xuống gần bằng 0 ; đột biến này truyền tới các van khác dới dạngxung điện áp rất mạnh

+Khi van chuyển từ dẫn sang khoá, do hiện tợng di tản điện tích khỏi van rấtnhanh, dòng qua van giảm với tốc độ lớn gây đột biến áp khi trong mạch có

di

max khi chuyển mạch

+Xác đinh lu lợng tích tụ Q=f(di/Y làm mát tự nhiêndt) , sử dụng các đờng cong trong sổ tay tracứu

+Tính các thông số trung gian

C = C*

min

im U

R Q

2 2

* max





Trong đó L là điện cảm của mạch RLC

Cuối cùng ta chọn mạch bảo vệ RC với các thông số : R=85

C=0,25F

c> Bảo vệ quá dòng

*Bảo vệ tốc đọ tăng dòng di/Y làm mát tự nhiêndt cho Thyristor

Khi Thyristor bắt đầu dẫn, không cho phép dòng tăng giới hạn cho phép

để bảo vệ phải có điện cảm phái xoay chiều nhằm hạn chế tốc đọ tăngdòng Tuy nhiên bản thân điện cảm tản của các cuộn biến áp đã giữ vaitrò điện cảm bảo vệ, ta không cần quan tâm vấn đề này nữa

*Bảo vệ dòng điện dạng xung

Khi mạch có sự cố, dòng qua van tăng nhanh và thờng kéo dài cỡ 10ms.Vì vậy cần có các phần tử hạn chế sự tăng trởng dòng sự cố xuống đếnmức cho phép Có các biện pháp sau:

-Tác động vào mạch điều khiển: ngắt xung điều khiển_phơng pháp này sẽ

đợc trình bày khi tính toán mạch điều khiển

l-Ta chọn thiết bị aptomat 1 chiều vì độ tác động nhanh cao hơn, đợc mắc ở

đầu ra mỗi van chỉnh lu Ta dùng aptomat có nhãn hiệu BA-20 do liên xôchế tạo có: dòng điện định mức 5000A

điện áp một chiều định mức 1000V

d> Bảo vệ quá nhiệt độ cho van

Khi làm việc với dòng điện chảy qua, trên van có sụt áp, do đó có tổn haocông suất P, sinh nhiệt đốt nóng van Van chỉ làm việc dới nhiệt độ cho

phép Tcp nào đó,nếu không sẽ gây hỏng van.Vì vậy ta phải thiết kế hệthống tản nhiệt hợp lý bằng cánh tản nhiệt.

Tổn thất công suất trên một Thyristor:

P = U.Ilv = 1,75.240 = 420(W)

Diện tích bề mặt toả nhiệt:

Sm =



m K

420

 (m2)Chọn loại cánh tản nhiệt 24 cacnhs, kích thớc mỗi cánh

Sù ®Ëp m¹ch cña ®iÖ ¸p chØnh lu lµm cho dßng ®iÖn t¶i còng ®Ëp m¹ch theo,lµm xÊu ®i chÊt lîng dßng ®iÖn mét chiÒu.V× vËy ta ph¶i thiÕt kÕ bé läc ®iÖnc¶m: dïng mét ®iÖn c¶m nèi tiÕp víi t¶i, ®iÖn kh¸ng c¶u ®iÖn c¶m L cµnglín so víi ®iÖn trë t¶i cµng tèt TrÞ sè ®iÖn c¶m läc tÝnh theo c«ng thøc:

L=

dmr dm

dm

d sb

dm

d

k m

m

R k

m

R

).

1 (

.

2 1

Ta cã: ksb= 38

0015 , 0

057 , 0

50 2 6

03 , 0 1

2.ThiÕt kÕ kÕt cÊu cuén kh¸ng läc

C¸c kÝch thíc lâi thÐp cña cuén läc 1 chiÒu thÓ hiÖn ë h×nh vÏ díi ®©y

I U

mt d

Chọn sụt áp một chiều tối đa cho phép trên cuộn kháng lọc

6 , 405 10 12 , 1 414

S r

(vòng) chọnW=30(vòng)

2.4 Mật độ từ tr ờng

8 , 124

800 30 100

Ư 100

m A l

I W

10 4

8 , 202 300 30 44 , 4

10

1000

6 6

75 , 0 6

75 , 0

m H

8 , 202 30 10 59

l

S W

Trị số này lớn hợn 5% giá trị yêu cầu L=0,6mH nên chấp nhận đợc

2.8 Tiết diện dây quấn