CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA KHÔNG ĐẢO

Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp: 4.. Sụt áp trên điện trở mba: 5... Điện cảm mba quy đổi về thứ cấp:7.. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: 8.. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ

CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC

Thông số động cơ điện một chiều:

Pđm = 10 KW

Iđm = 63 A

Uđm = 220 V

Nđm=1000 vòng/phút

η = 0.87623

I-Tính chọn van động lực:

1/ Điện áp ngược của van:

Ungmax = knv U2

Với U2 =

U d

K u = = 94,017(V)

Trong đó: Ud : điện áp tải một chiều

U2 : trị hiệu dụng điện áp nguồn xoay chiều của van

Ku : hệ số điện áp tải chỉnh lưu cầu 3 pha ( Ku = =2,34)

Knv : hệ số điện áp ngược chỉnh lưu cầu 3 pha ( Knv = √6)

Ungmax = √6.94,017= 230,294 (V)

Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp ngược lớn nhất

Unv = Kdt u Ungmax = 1,6 230,294 = 368,47(V)

Trong đó: Kdt u : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,4 – 1,6)

2/ Dòng điện làm việc của van:

Ilv = Ihd

Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd Id = √633 = 36,37(A)

Trong đó: Id : dòng điện tải

Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng

( chỉnh lưu cầu ba pha : Khd = )

Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt và có quạt thông gió, cho phép van làm việc tới 70% Idm v .( Idm v > 1,43 Ilv )

Idm v = ki Ilv = 1,4 36,37 = 50,92 (A)

Trong đó: Ki : hệ số dự trữ dòng điện.(1,2 - 1,4)

Vậy thông số van là: Unv = 368,47 (V)

Idmv = 50,92(A)

Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại 151RC40 với các thông số định mức:

-Dòng điện định mức của van: Iđm = 150 (A) -Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 400 (V) -Độ sụt áp trên van: ∆U = 1,7 (V) -Dòng điện rò: Ir = 8 (mA) -Điện áp điều khiển: Udk = 2,5 (V) -Dòng điện điều khiển: Idk = 0,15 (A) -Dòng điện đỉnh: Ipikmax = 4000 (A)

-Tốc độ biến thiên điện áp: =200 (V/s)

-Thời gian chuyển mạch: tcm =80 μs

-Nhiệt độ làm việc cực đại: Tmax = 125ºC

II-Tính toán máy biến áp:

1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Y, làm mát tự nhiên bằng không khí

2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:

U1 = 380 (V)

3 / Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Phương trình cân bằng điệnáp khi có tải

là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới

Ud điện áp chỉnh lưu

ΔU v = 2ΔU (V) sụt áp trên các van

ΔU BA = ΔU r +ΔU x sụt áp bên trong máy biến áp khi có tải

Chọn sơ bộ ∆U BA = 6% = 0,06 220 = 13,2(V)

ΔU dn ≈ 0 sụt áp trong dây nối

3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

U2 = = = 101,1 (V) 4/ Xác định công suất tối đa của tải

Pdmax = Udo.Id = 236,6.63 = 14905,8 (VA)

5/Công suất biến áp nguồn cấp là:

Sba=ks Pdmax= 1,05.14905.8 = 15651,09(VA) = 15,65(kVA)

ks hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực

4/ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

I2 = Id = 63= 51,439(A)

5/ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:

I1 = kBA I2 =

U2

U1 I2 = 51,439 = 13,68 (A)

*Tính sơ bộ mạch từ

6/ Tiết diện sơ bộ trụ:

QFe = kQ√ S BA

m.f (cm2) Trong đó:

kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m: số trụ máy biến áp

Suy ra: QFe = 6 √15651,09

3.50 = 61,29 (cm2)

10/ Đường kính trụ:

Ta chọn trụ hình vuông:

d =√4Q Fe

π =√4.61,29

π =8,834(cm) Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm) 11/ Chọn loại thép:

Ta chọn loại thép 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm) Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T

12/ Chọn tỷ số m =

h

Suy ra h = 2,3 d = 2,3 12= 27,6 (cm) Suy ra chọn chiều cao trục là 28 (cm)

*Tính toán dây quấn

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

W1 = U1

4,44 f Q Fe B T = 4,44.50 61,29.1 10380 −4 =279,28 (vòng) Chọn W1 = 279 (vòng)

11/ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:

W2 =

U2

U1 W1 = 279,28 = 74.3 (vòng) Chọn W2 = 74 (vòng)

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

Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô:

chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) 13/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

S1 = I1

J1 = 16 ,38 2,75 = 5.95 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B

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

(xem lại) Kích thước dây có kể cách điện: S1= a1xb1= 1,68 x 8 (mm)

(phụ lục bảng 9 sách Điện tử công suất) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

J1 =

I1

S1 =

16.38

6 = 2,73 (A/mm2) 14/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

S2 =

I2

J2 =

51,439 2,75 = 18.9 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 18,9 (mm2)

(xem lại) Kích thước dây có kể cách điện: S2= a2xb2= 4,7 x 10,8 (mm)

Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

J2 =

I2

S2 =

51,439 2,75 = 2.75(A/mm2)

*Kết cấu dây quấn sơ cấp

15/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp:

W1l =

h−2hg

b1 kc = 0,95s

= 29,7(vòng) ≈ 30(vòng)

h - chiều cao trụ

hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5(cm)

Kc - hệ số ép chặt Tra bảng 13.2 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,95 16/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:

n1l =

W1

W1l = = 5,7(lớp) Chọn số lớp n1l = 6 lớp Như vậy 172 vòng chia thành 6 lớp ,mỗi lớp 30 vòng

17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:

h1 =

b1.W1l

k c = = 25,26(cm) 18/ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày :

S01 = 0,1 (cm)

19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm)

20/ Đường kính trong của ống cách điện:

D1 = dFe + 2 a01 – 2 S01 = 12 + 2 1 – 2 0,1 = 13,8 (cm) 21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp:

Dt1 = D1 + 2 S01 = 13,8 + 2 0,1 = 14 (cm) 22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp:

cd11 = 0,1 (mm)

23/ Bề dày cuộn sơ cấp:

Bd1 = (a1 + cd11) n1l = (1,68 + 0,1) 6 = 10,68 (mm)

24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:

Dn1 = Dt1 + 2 Bd1 = 14 + 2 1,068 = 16,136 (cm)

25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:

Dtb1 =

D t 1 +D n 1

26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp;

l1 = W1 π Dtb1 = 172 π 15,068 = 8142,1 (cm) = 81,421 (m) 27/ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp:

cd01 = 1 (cm)

28/ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

h1 = h2 = 25,26 (cm)

29/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:

W12 =

h2

b2 kc = 0,95 = 22,22 (vòng) ≈ 23 (vòng) 30/ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:

n12 =

W2

Wl2 = = 2 (lớp)

31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 2 (lớp)

Như vậy 46 vòng chia làm 2 lớp, mỗi lớp 23 vòng

32/ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:

h2 =

Wl2b2

k c = = 26,15 (cm)

33/ Đường kính trong của cuộn thứ cấp:

Dt2 = Dn1 + 2 cd01 =16,136 + 2 1 = 18,136 (cm)

34/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp:

cd22 = 0,1 (mm)

35/ Bề dày cuộn thứ cấp:x

Bd2 = (a2 + cd22) nl2 = (4,7 + 0,1) 2 = 9,6 (mm)

36/ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:

Dn2 = Dt2 + 2 Bd2 = 18,136 + 2 0,96 = 20,056 (cm)

37/ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:

Dtb2 =

9 0,5 .2=36 = = 19,096 (cm) 38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp:

l2 = π W2 Dtb2 = π 46 19,096 = 2759,6 (cm)

= 27,6 ( m)

39/ Đường kính trung bình các cuộn dây:

Dtb =

D n1 + D n2

Suy ra r12 =

D12

2 = = 9,048 (cm)

40/ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm)

*Tính kích thước mạch từ

41/ Đường kính trụ d = 12 (cm) nên chọn số bậc là 6 trong nữa tiết diện trụ (tra bảng 41a của tài liệu 4)

42/ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:

Qbt = 2.(115x18 + 105x11 + 90x10 + 75x8 + 60x6 + 40x4) = 104,9(cm2)

43/ Tiết diện hiệu quả của trụ:

QT = khq Qbt = 0,95 104,9 = 99,66 (cm2)

44/ Tổng chiều dày các bậc thang của trụ:

dt = 2 (18 + 11 + 10 + 8 +6 +4) = 114 (mm) = 11,4 (cm)

45/ Số lá thép dùng trong bậc:

- Bậc 1 : n1 = lá

- Bậc 2 : n2 = lá

- Bậc 3 : n3 = lá

- Bậc 4 : n4 = lá

- Bậc 5 : n5 = lá

- Bậc 6 : n6 = lá.Ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau:

-Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ:

bg = dt =11,4 (cm)

- Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: ag=11,5(cm)

Tiết diện gông: Qbg = ag bg =11,5 11,4 = 131,1 (cm2)

46/ Tiết diện hiệu quả của gông:

Qg = khq Qbg = 0,95 131,1 = 124,55 (cm2)

47/ Số lá thép dùng trong một gông:

48/ Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:

49/ Mật độ từ cảm trong gông:

) 50/ Chiều rộng cửa sổ:

c = 2 (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2 (1 + 1,068 + 1 + 0,96) +2 = 10,056 (cm)

51/ Khoảng cách giữa 2 tâm trục:

c’ = c + d = 10,056 + 12 = 22,056 (cm) 52/ Chiều rộng mạch từ:

L = 2 c + 3 d = 2 10,056 + 3 12 = 56,112 (cm) 53/ Chiều cao mạch từ:

H = h + 2 ag = 28 + 2 11,5 = 51 (cm) 54/ Thể tích của trụ:

VT = 3 QT h = 3 99,66 28 = 8371,44(cm3) = 8,37144 (dm3)

55/ Thể tích của gông:

Vg = 2 Qg L = 2 124,55 56,112 = 13977,5 (cm3) = 13,9775 (dm3)

56/ Khối lượng trụ:

MT = VT mFe = 8,37144 7,85 = 65,7 (kg) 57/ Khối lượng gông:

Mg = Vg mFe =13,9775 7,85 = 109,72 (kg) 58/ Khối lượng sắt:

MFe = MT + Mg = 65,7 +109,72 = 175,42 (kg) 59/ Thể tích của đồng:

VCu = 3 (S1 l1 + S2 l2 )

= 3 ( 13,2 10-4

.814,21 + 49,29 10-4 276)

= 7,3 (dm3) 60/ Khối lượng đồng:

MCu = VCu mCu = 7,3 8,9 = 64,97 (kg)

 Tính các thông số của máy biến áp

1 Điện trở trong cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0C :

(Ω)

ρ75=0,02133 Ωmm 2 /m

2 Điện trở trong cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75 0C :

( Ω )

3 Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:

4 Sụt áp trên điện trở mba:

5 Điện kháng mba quy đổi về thứ cấp:

X BA =8 π2.(W2)2 (r tb

h1).(cd 10+B d 1 +B d 2

3 ).ω.10−7

X BA = 0,063(Ω)

6 Điện cảm mba quy đổi về thứ cấp:

7 Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:

8 Sụt áp trên máy biến áp:

9 Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin =100:

U =U d 0 cosαmin−2ΔU v −ΔU BA

U= 236,6.cos0 0 -2.1,7 – 11,51 = 221,69(V).

10 Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: