Chỉnh lưu đảo chiều điều khiển riêng

Tính chọn Thyristor cho bộ chỉnh lưu điều khiển

Trang 1

Đề bài:

+ Chỉnh lưu đảo chiều điều khiển riêng

+ Cho đồ thị răng cưa

+ Cho động cơ một chiều kích từ độc lập:

Trang 3

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 + ΔUv + ΔUBA

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

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

ΔUBA: độ sụt áp trên máy biến áp (chọn ΔUBA = 5%.Ud)

235

k

E U

Trang 4

78 , 3 43 , 100

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

đm = = =

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

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

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

Fe = . .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

Q Fe = =

4

Trang 5

6.2 Đường kính của trụ:

) ( 36 , 6 14 , 3

75 , 31 4

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:

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

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

π

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:

Trang 6

] [ 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= ρ S L

Trong đó:

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

6

Trang 7

23 , 1

63 , 139 02133 , 0

93 , 47 02133 , 0

1

2 1 2

539

142 42 , 2 21 , 0

=

w

w R R

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

11 d'

h h

=

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

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]

Trang 8

+ 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 22

'

d

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

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 ).(

.(

) (

h

r w

X ba

Trong đó:

r: bán kính trong của cuộn dây thứ cấp (r = 6,36/2 = 3,18 cm)

ω: tần số góc của lưới điện (ω = 314 [rad/s])

h: là chiều cao của trụ

7 2

3

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

30

18 , 3 (

) 142 ( 14 , 3

=

ba X

=> Xba = 1,69 [Ω]

Từ đó, ta được điện cảm của máy biến áp quy đổi về thứ cấp:

8

Trang 9

69 , 1

=> 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 ngược của các Thyristor Các thông số của Thyristor được tính như sau:

+ Điện áp ngược của Thyristor:

Điện áp làm việc của van:

Trang 10

d nv nv

lv

k

U k U k

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

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 R mắc 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

Trang 11

(du/dt)lớn Vì nếu trên van có tốc độ tăng trưởng của điện áp lớn thì Thyristor có thể chuyển từ trạng thái đóng sang trạng thái dẫn mà không cần có tín hiệu điều khiển trên cực điều khiển G Tốc độ tăng trưởng điện áp (du/dt) sẽ sinh ra dòng 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 mở cho dòng điện ngoài mong muốn đi qua Khi kích mở Thyristor thì tụ điện C sẽ phóng điện qua Thyristor và điện trở R sẽ hạn chế dòng điện này

Mạch bảo vệ RC được chọn theo kinh nghiệm:

C = 1 [µF]

R = 1 [kΩ]

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:

Trang 12

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

φ φ

đm

k

R k

U

φ φ

Trang 13

=>

đm

đm đm

đm

I R U k

ω

1500 60

14 , 3 2

17 58 , 1 220

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

Cho nên ta có họ đặc tính cơ:

Trang 14

ω[v/ph]

M[N.m]

Trang 15

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

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

Trang 16

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.φđm = 1,23 = const

Phương trình cân bằng điện áp của động cơ:

dt

dI L I R E

U − = u + u.

u

u u

R

L p p

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

1

/ 1 )].

( ) ( [ ) (

+

−

=

Với:

T = Lư/Rư: quán tính điện từ

Phương trình chuyển động của hệ thống:

dt

d J M

R

1

Trang 17

-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 hệ thống là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mômen kéo của động cơ Ngoài ra nó còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc, …

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

) 1 ).(

) (

1 (

/ )

1 ).(

1 (

/ )

T p T

T p T T p

R K K T

p T

p

R K K p

S

b i b

i

i CL b

i

i CL

Đặt:

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

Trang 18

Do đó:

) 1 ).(

1 ( ) (

T p T

p

K p

2 2 1

1 )

(

p p

− +

+

+ +

=

] 2 2 1

1 1

[ ) 1 ).(

1 (

2 2 1

1 )

(

2 2

p p

T p T

p K

p p

p R

si si i

σ σ

ττ

) 1 (

2

) 1 ).(

1 ( ) (

p p

K

T p T

p p

R

si

si i

σ

+ +

=

Chọn τσ = Tsi thì:

)

1 1 (

2

) 1 ( ) (

T p T

K

T p

T K

T p p

R

si si si

si

Đặt:

si si Ri

T K

2

= hằng số khuếch đại của bộ điều chinh tốc độ

Như 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

Trang 19

5 Tổng hợp mạch vòng tốc độ:

Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ:

) 1 ).(

2 1 (

.

/

ω

T p p

T p

J

K K

K S

si

i đm

ω ω

s

s o

T p p

J

K S

+

=

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun:

2 2

2 2 1

1 )

(

p p

− +

+ +

=

] 2 2 1

1 1

[ ) 1 (

.

2 2 1

1 )

(

2 2

p p

T p p J K

p p

p R

s

σ σ

ω ω

σ σ

ω

ττ

1

Mc_

Soω

Trang 20

Chọn τσ = Tsω thì:

ω ω

ω

s

s T K

J p

R

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 )

(

) (

ω ω

ω

s s

đ p T p p T U

Trang 21

6 Mô phỏng hệ thống:

6.1 Mạch vòng dòng điện:

Sơ đồ mạch vòng dòng điện:

Trang 22

Kết quả mô phỏng:

22

Trang 23

6.2 Mạch vòng tốc độ:

Sơ đồ mạch vòng tốc độ:

Trang 24

Kết quả mô phỏng:

24

Trang 25

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: 9

2.1.Tính chọn Thyristor cho bộ chỉnh lưu điều khiển: 9

2.2.Tính chọn bộ bảo vệ cho Thyristor: 10

2.3.Đồ thị điện áp và dòng điện trên tải của bộ chỉnh lưu điều khiển: 11

3.Xây dựng họ đặc tính cơ: 12

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: 23

Mục lục 25

Tiêu đề	Chỉnh lưu đảo chiều điều khiển riêng
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Đồ án
Năm xuất bản	2025
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	25
Dung lượng	443,5 KB