ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PID BKĐN

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤTLỜI MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công nghiệp nói chung và

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn đã được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này hết sức cần thiết đối với lại kỹ sư ngành điện Điện áp một chiều là loại năng lượng được sử dụng rộng rãi trong hệ các truyền động điện và trang thiết bị Các thiết bị sử dụng điện áp một chiều đều có dải điềuchỉnh rộng, trơn láng, đó là một yêu cầu lớn cần phải có trong các thống tự động truyền động điện Việc sản xuất cấp điện một chiều để sử dụng cho thiết bị điện một chiều có nhiều tốn kém và phức tạp, để đơn giản mà lại rất hiệu quả thì ta dùng các bộ chỉnh lưu

Để cấp nguồn cho tải một chiều, cần thiết kế các bộ chỉnh lưu Các bộ chỉnh lưu biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều Các loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh lưu có điều khiển hoặc không điều khiển tùy thuộc vào yêu cầu của tải

Theo dạng xoay chiều cấp nguồn, có thể chia thành một pha hay ba pha Các thông

số quan trọng của chỉnh lưu là: dòng điện và điện áp tải; dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp của máy biến áp; số lần đập mạch trong một chu kì Chỉnh lưu có thể là loại có hoặc không có điều khiển, trong đề tài này em được giao nhiệm vụ nghiên cứu về chỉnh lưu có điều khiển dùng bộ PID

Nội dung đề tài: “Thiết kế bộ chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển tốc độ động

cơ điện một chiều kích từ độc lập dùng điều khiển PID”

Nguồn điện lưới xoay chiều ba pha: 220V/380V

Tải là động cơ điện một chiều có:

Pdm=3KW; Udm= 220V; ndm= 800 vòng/phút; ŋdm= 0.85; Rư= 0.3Ω

Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5÷1,8

Hệ số dự trữ dòng điện: Ki= 1,1÷ 1,4

Đề tài gồm các chương chính:

Chương 1: Tổng quan động cơ điện một chiều

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

Điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều dùng điều khiển PID

1

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Chương 2: Chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển hoàn toàn

Các phương pháp điều khiển

Phương pháp lựa chọn

Chương 3: Thiết kế tính chọn mạch động lực, mạch bảo vệ

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

Chương 5: Mô phỏng và kết luận

Việc làm đồ án đã giúp em ôn lại và hiểu sau hơn lý thuyết mà mình đã học qua cácmôn Điện tử công suất , Lý thuyết điều khiển tự động, Truyền động điện… biết vận dụng lý thuyết vào thực tiễn Và em đã cố gắng vận dụng tất cả những kiến thức cùng với sự tìm tòi nghiên cứu để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao

Trong quá trình làm đồ án không thể tránh khỏi sai sót mong quý thầy cô chỉ bảo để

em được hiểu thêm, có kiến thức nhất định để phục vụ cho chuyên ngành của mình sau này

Em xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy Giáp Quang Huy, giảng viên khoa Điện, và các thầy cô khoa Điện đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, Ngày….Tháng … Năm……

Sinh viên thực hiện

NGÔ THỊ BÍCH HẰNG

2

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

3

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Hiện nay động cơ điện một chiều vẫn được dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều từ vài W đến hàng

MW Đây là loại động cơ đa dạng và linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu mômen, tăng tốc,

và hãm với tải trọng nặng Động cơ điện một chiều cũng dễ dàng đáp ứng với các truyền động trong khoảng điều khiển tốc độ rộng và đảo chiều nhanh với nhiều đặc tuyến quan

hệ mômen – tốc độ

Trong động cơ điện một chiều, bộ biến đổi điện chính là các mạch chỉnh lưu điều khiển Chỉnh lưu được dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ Chỉnh lưu

ở đây sử dụng chỉnh lưu tia ba pha

1.1.1 Nguyên lý cấu tạo động cơ điện một chiều

Giống như các loại động cơ điện khác, động cơ điện một chiều cũng gồm có stator

và rotor… Động cơ điện một chiều gồm có các phần chính là stator, rotor, cổ góp và chổi điện

Mặt cắt ngang trục máy điện một chiều

Stator: còn gọi là phần cảm, gồm dây quấn kích thích được quấn tập trung trên các

cực từ stator Các cực từ stator được ghép cách điện từ các lá thép kỹ thuật điện được dập định hình sẵn có bề dày 0,5-1mm, và được gắn trên gông từ bằng thép đúc, cũng chính là vỏ máy

4

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Rotor: còn được gọi là phần ứng, gồm lõi thép phần ứng và dây quấn phần ứng

Lõi thép phần ứng có hình trụ, được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, được đặt vào các rãnh trên lõi thép rotor Các phần tử dây quấn rotor được nối tiếp nhau thông qua các lá góp trên cổ góp Lõi thép phần ứng và cổ góp được cố định trên trục rotor

Cổ góp và chổi điện: làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng.

1.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều

Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành các loại sau:Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn riêngbiệt so với phần ứng Trường hợp đặc biệt, khi từ thông kích từ được tạo ra bằng nam châm vĩnh cữu, người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu

Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ được nối song song với mạch phần ứng

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Dây quấn kích từ có hai cuộn, dây quấn

kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp Trong đó, cuộn kích từ song song

thường là cuộn chủ đạo Hình 1.1 trình bày các loại động cơ điện một chiều

Hình 1.1: Các loại động cơ điện một chiều

a, Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

b, Động cơ điện một chiều kích từ song song

c, Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

d, Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

5

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn

có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau Do cóphiến góp, chiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi.Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư

ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động

Trong phạm vi của đề tài này chỉ xét đến đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

M (kФ)2

RuRf

0

Rf=0 Rf Rf

Rf Rf1 M

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

a Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng:

Đây là phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều.Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ U = Uđm, Φ =

Φđm và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Ta thấy khi điện trở càng lớn thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do

đó càng mềm hơn

Hình 1-2 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

Ứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ Như vậy, khi

ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên

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 điệntrở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục

7

0 01 02 03 04

Uđm U1 U2 U3 U4

b Phương pháp điều khiển điện áp phần ứng:

Giả thiết từ thông φ = φđm= const, điện trở phần ứng Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm, ta có:

Tốc độ không tải:

Độ cứng đặc tính cơ:

Hình 1-3 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp phần ứng

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính

cơ song song như trên

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này củng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

8

x ox

dm

U K

b Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

a Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông

02 01 0

0

2 1 đm

0

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

c Phương pháp thay đổi từ thông Ф

Giả thiết điện áp phần ứng Uư= Uđm= const Điện trở phần ứng Rư = const Muốnthay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ Trong trường hợp này:

Tốc độ không tải :

Độ cứng đặc tính cơ :

Hình 1-4 Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông Φ

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi

từ thông giảm thì ω0x tăng, còn β giảm ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và

độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

Dòng điện ngắn mạch: Inm = Udm/Ru= const

Momen ngắn mạch: Mnm= KφxInm

1.3 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU DÙNG ĐIỀU KHIỂN PID

1.3.1 Khái quát về bộ điều khiển PID

Cấu trúc của bộ điều khiển PID gồm có ba thành phần là khâu khuếch đại (P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D) Khi sử dụng thuật toán PID nhất thiết phải lựa chọn chế độ làm việc là P, I hay D và sau đó là đặt tham số cho các chế độ đã chọn Một cách tổng quát, có ba thuật toán cơ bản được sử dụng là P, PI và PID

β = − Φ

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Hình 1-5: Cấu trúc bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID có cấu trúc đơn giản, dễ sử dụng nên được sử dụng rộng rãi trong điều khiển các đối tượng SISO theo nguyên lý hồi tiếp Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chất lượng

Bộ điều khiển PID được mô tả bằng mô hình vào-ra:

u(t) = KP ( e(t) + +TD)

e(t) – tín hiệu đầu vào.

u(t) – tín hiệu đầu ra; kp– hệ số khuếch đại; T I – hằng số tích phân;

T D – hằng số vi phân

Các thông số kp, kI, kD là các thông số của bộ PID mà ta phải lựa chọn, vànếu lựa chọn phù hợp thì bộ điều khiển sẽ hoạt động tốt (tín hiệu đặt và tín hiệu thực tế rất xác với nhau, thõa các chỉ tiêu về chất lượng)

Tiêu chí để đánh giá chức lượng bộ điều khiển PID: Độ lọt vố ( POT%), thời gian xác lập (txl), sai số xác lập ( exl ) Mong muốn rằng các giá trị này càng nhỏ càng tốt

Phương pháp xác định tham số của bộ điều khiển PID:

Bằng tính toán: Giải thuật Ziegler-Nichols 1,2 (cách một cho hệ tác động chậm và cách hai cho hệ tác động nhanh)

Bằng thử sai: Phương pháp thực nghiệm, giải thuật tìm kiếm

10

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

1.3.2 Nguyên lý xây dựng bộ điều khiển PID

a Luật điều khiển tỷ lệ P

Tín hiệu điều khiển U(t) tỷ lệ với tín hiệu vào e(t) Phương trình vi phân mô tả động học:

U(t) = KP.e(t)

Trong đó: U(t): Tín hiệu ra của bộ điều khiển e(t): Tín hiệu vào

Hình 1-6: Sơ đồ khuếch đại thuật toán biểu diễn luật điều khiển tỷ lệ

- Ưu điểm: Bộ điều khiển có tính tác động nhanh khi đầu vào có tín hiệu sai lệch thì tác động ngay tín hiệu đầu ra

- Nhược điểm: Hệ thống luôn tồn tại sai lệch dư, khi tín hiệu sai lệch đầu vào của

bộ điều khiển bé thì không gây tín hiệu tác động điều khiển, muốn khắc phục nhược điểm này thì ta phải tăng hệ số khuếch đại Km Như vậy hệ thống sẽ kém

ổn định

b Luật điều khiển tích phân I

- Tín hiệu điều khiển U(t) tỷ lệ với tích phân của tín hiệu đầu vào e(t)

- Phương trình vi phân mô tả động học: U(t)= dt

Trong đó: U(t): Tín hiệu điều khiển

e(t): Tín hiệu vào của bộ điều khiển

Ti: Hằng số thời gian tích phân

KI=1/TI:Độ lợi tích phân

11

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

- Xây dựng sơ đồ mạch khuếch đại thuật toán

Hình 1-7: Sơ đồ mạch khuếch đại thuật toán biểu diễn luật điều khiển tích

phân

- Ưu điểm: Bộ điều khiển tích phân loại bỏ được sại lệch dư của hệ thống, ít chịu ảnh hưởng tác động của nhiễu cao tần

- Nhược điểm: Bộ điều khiển tác động chậm đến tính ổn định của hệ thống

c Luật điều khiển vi phân D

- Tín hiệu ra của bộ điều khiển tỷ lệ với vi phân tín hiệu vào

- Phương trình vi phân mô tả toán học:

U(t) = TD

Trong đó: e(t): Tín hiệu vào của bộ điều khiển

U(t): Tín hiệu điều khiển

Td: Hằng số thời gian vi phân

- Xây dựng sơ đồ bằng khuếch đại thuật toán:

Hình 1-8: Sơ đồ khuếch đại thuật toán biểu diễn luật điều khiển vi phân

- Ưu điểm: Luật điều khiển vi phân đáp tính tác động nhanh đây là một đặc tính mà trong điều khiển tự động thường rất mong muốn

- Nhược điểm: Khi trong hệ thống dùng bộ điều khiển có luật vi phân thì hệ thống dễ

bị tác động bởi nhiễu cao tần Đây là loại nhiễu thường tồn tại trong công nghiệp

- Các luật tỷ lệ, vi phân, tích phân thường tồn tại những nhược điểm riêng Do vậy để khắc phục các nhược điểm trên người ta thường kết hợp các luật đó lại để có bộ điều

12

ĐỒ ÁN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

khiển loại bỏ các nhược điểm đó, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của các hệ thống trong công nghiệp

- Xây dựng bộ điều khiển PID bằng khuếch đại thuật toán:

Hình1-9 Sơ đồ khuếch đại thuật toán của bộ PID

1.3.3 Sơ đồ khối của bộ điều khiển động cơ điện một chiều

Hình 3.7 Sơ đồ khối của bộ điều khiển động cơ một chiều

Mạch điều khiển (PID) nhận hiệu của giá trị điện áp đặt (mong muốn) và giá trị điện áp phản hồi từ máy phát tốc, sau đó xử lý tín hiệu sai số e(t) cấp ra Udk, sau cùngmong muốn phát ra xung đúng thời điểm vào mạch công suất để điều khiển động cơ

13

Bộ Điều khiển PID PPU Động cơ

Máy phát tốc

CHƯƠNG 2: CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐIỀU KHIỂN

HOÀN TOÀN

2.1. Chỉnh lưu tia ba pha-chỉnh lưu bán sóng

Hình 2 Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển và các dạng

sóng điện áp, dòng điện trên các van Thyristor

Các điện áp pha lệch nhau góc 1200

U1= Umsinθ; U2=Umsin (θ-) ; U3 = Um.sin(θ-); θ=ωt

Điều kiện cấp xung điều khiển chỉnh lưu: Thyristor mở trong khoảng thời gian

mà điện áp của một pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong 1/3 chu kì, đồng thời cấp xung điều khiển tới van trong khoảng thời gian này thì thyristor mới mở (vd:V1 lớn nhất,nằm trên cùng,kích xung => V1 thông dòng) Nếu có các Thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia, vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên

Góc mở α: Thời điểm chuyển mạch tự nhiên đến lúc đưa xung vào (0 α < Π)

1 3 3

1 2 2

1

u u u

u u u

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1

+Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0

Trong nhịp V1: UV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1

– u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2

Nhịp V2: từ θ2 –θ3.Tại θ2 điện áp đặt lên u2> 0, có xung kích khởi: T2 mở, khi đó:

2 1 1

2 0

u u u

u u u

u

v

v

v

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

T2 mở, T1, T3 đóng Lúc này:

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2

+Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 –

u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3.Nhịp V3: từ θ3 –θ1.Tại θ3 điện áp đặt lên u3> 0, có xung kích khởi: T3 mở, khi đó:

+Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3

+Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3

+Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3

– u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1.Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện

id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳnghơn, khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id

Trị trung bình của điện áp tải:

5 6

2

6

3 6 2

3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :

- Bộ biến đổi Thyristor có nhiệm vụ biến dòng điện xoay chiều của lưới thành dòngđiện một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ Nó có thể điều khiển suất điện động

bộ biến đổi nên có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ

- Trong bộ biến đổi Thyristor : máy Biến áp lực có nhiệm vụ biến đổi điện áp lướicho phù hợp với điện áp cung cấp cho động cơ , tạo điểm trung tính , tạo pha chochỉnh lưu nhiều pha,hạn chế biên độ dòng ngắn mạch,giảm di/dt < di/dt cp nhằm bảo vệvan…

- Hệ thống Thysitor : nắn dòng cho phù hợp với động cơ

- Bộ điều khiển dùng làm biến thiên góc α

,do đó biến thiên Uö dẫn đến thay đổi ω

- Bộ lọc gồm tụ điện Co và cuộn kháng L nhằm lọc các thành phần sóng hài bậc caosao cho K sb < K sb cp ,với K sb cp phụ thuộc yêu cầu của tải

3.3 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN MẠCH ĐỘNG LƯC :

3.3.1 TÍNH CHỌN THYRISTOR:

1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv U2

Với U2 =

d u

U k

= 1,17

220

=188,03 (V) Trong đó: Ud : Điện áp tải

U2 : Điện áp nguồn xoay chiều của van

ku : Hệ số điện áp tải (Tra bảng 8.1: ku = 1,17)

knv : Hệ số điện áp ngược (Tra bảng 8.1:knv = 6)

Ulv : Điện áp ngược của van

Ulv = 6×188,03 = 460,58 (V)

 Unv = k u Ulv = 1,8× 460,58 = 829,04 (V) chọn k u = 1,8

2/ Dòng điện làm việc của van:

- Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van:

Ilv = Ihd

- Dòng điện hiệu dụng Ihd = khd Id =0,58 × 16,04 = 9,3 (A)

Trong đó: khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.( khd =

13

 Chọn Thyristor loại T15.1N900UOB với các thông số định mức:

- Dòng điện định mức của van: Iđm = 18 (A)

- Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 900 (V)

- Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 270(A)

- Điện áp của xung điều khiển: Uđk = 2(V)

- Dòng điện của xung điều khiển: Iđk = 40 (mA)

- Dòng điện rò: Ir = 5 (mA)

- Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,95 (V)

- Tốc độ biến thiên điện áp dt

du

= 50V/s

- Thời gian chuyển mạch : t cm= 60 µs

- Nhiệt độ làm việc cho phép : Tmax =125

o C

.3.2. TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU:

Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiên bằngkhông khí

 THÔNG SỐ CƠ BẢN :

1/Điện áp các cuộn dây:

- Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V)

- Phương trình cân bằng điện áp khi có không tải:

Udo.cos α min = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆Uba

2 Uv cos

+ × + +

=238,52 (V)

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2 =

do u

U K

=

238,52 1,17 = 203,86(V)2/Dòng điện các cuộn dây:

- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

I2 =

2 3

×I2 =

203,86 380

m f

Công suất biến áp nguồn cấp được tính :

Sba = kS Pdmax = kS×Udo×Id = 1,345 × 238,52 × 16,04 = 5145,78 (W)

Trong đó : ks là hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực(ks = 1,345)

Suy ra: QFe = 6

5145, 78

3 50 ×

= 35,14 (cm2) 2/Đường kính trụ :

= 2,3 (m = 2 – 2,5)

h = 2,3×dFe = 2,3×8 = 18,4 (cm)  chọn chiều cao trụ là 18 (cm)

 TÍNH TOÁN DÂY QUẤN :

1/ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:

W2 = 1

2

U U

×W1 =

203,86 380

× 487 = 261,26 (vòng) ≈ 262 (vòng)3/ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)

4/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: S1 = 1

1

J I

=

7,05 2,75 = 2,6 (mm2) Chọn S1 = 2,62(mm2)

5/ Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 b1 = 1,16 2,44 (mm)

6/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: S2= 2

2

J I

=

13,15 2,75

=4,78(mm2) Chọn S2 = 4,87(mm2)

7/ Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 b2 = 1,08 4,70(mm)

-Khi góc mở lớn nhất α = αmax , điện áp trên tải nhỏ nhất Ud min = Udo cosαmax

và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin

U d

u u ddm

R I U

R I U

min min

.17,1.20

a

arcos

min

d do

U U

1,17

d

U U

Ud = Ua = 2.U2 cos

2 3

Trong đó p = 3 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới

- Khai triển chuỗi Fourier của điện áp Ud:

Ud =

0 1

2 21

Vậy ta có biên độ điện áp:

2 2

n n

U L