Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay

Do ưu điểm của động cơ một chiều về điều chỉnh tốc độ nên hiện nay động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các lĩnh vực như giao thông vận tải, cơ khí luyện kim… vì v

Ngô Thị Nguyệt Anh 1 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Lời nói đầu

Trong quá trình sản xuất truyền động điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất Đặc biệt trong dây truyền sản xuất

tự động hiện đại, truyên động điện đóng vài trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Vì vậy các hệ truyền động luôn luôn được quan tâm nghiên cứu và nâng cao chất lượng để đáp ứng với yêu cầu công nghệ mới

Ngày nay do ứng dụng tiến bộ kỹ thuật điện tử, tin học, các hệ truyền động điện ngày càng phát triển và có những thay đổi đáng kể Đặc biệt do công nghệ sẩn xuất các thiết bị điện tử công suất ngày càng hoàn thiện nên các bộ biến đổi điện tử công suất trong hệ truyện động diện không những đáp ứng được độ nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần làm giảm kích thước giá thành của hệ Một trong các hệ đó là hệ truyền động của động cơ điện một chiều

Do ưu điểm của động cơ một chiều về điều chỉnh tốc độ nên hiện nay động

cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi đặc biệt trong các lĩnh vực như giao thông vận tải, cơ khí luyện kim… vì vậy việc điều khiển động cơ điện một chiều

là một trong những vấn đề quan trọng trong lĩnh vực truyền động điện Để điều khiển động cơ điện thì có rất nhiều hệ như MF- ĐC, Hệ XA- ĐC, CL-ĐC Đối với mỗi hệ lại có những ưu nhược điểm riêng Khí chế tạo các thiết bị điện tử công suất đòi hỏi có những kiến thức không chỉ mạch động lực mà còn những kiến thức về mạch điều khiển và tính chọn các thiết bị thế nào cho hợp lý cũng rất cần thiết

Vì thế việc tìm hiều một cách tỷ mỷ về lĩnh vực điện tử công suất là việc cần

thiết, nên trong đề tài của em “Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay” được trình bày gồm 4

chương:

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ

Chương 2: Lựa chọn thiết kế mạch động lực

Chương 3: Lựa chọn thiết kế mạch điều khiển

Chương 4: Thiết kế vòng kín theo nguyên lý tối ưu hóa module

Do hạn chế về nhiều mặt nên để tài không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét của các thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Nguyễn Vũ Thanh, các thầy cô trong

bộ môn TBĐ - ĐT, khoa SPKT và các bạn cùng khóa đã nhiệt tình, quan tâm, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án này

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2009

Sinh viên Ngô Thị Nguyệt Anh

Mục lục

Lời nói đầu 1

Danh sách hình vẽ 4

Mở đầu 6

Chương 1 Tổng quan về các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ 8

1.1 Động cơ một chiều và các phương trình đặc tính cơ 8

1.1.1 Động cơ một chiều 8

1.1.2 Phương trình đặc tính 9

1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều 12

1.2.1 Thay đổi điện trở phụ 13

1.2.2 Thay đổi từ thông 14

1.2.3 Thay đổi điện áp phần ứng 15

1.2.4 Nhận xét chung về các phương pháp 16

CHƯƠNG 2 lựa chọn thiết kế mạch động lực 18

2.1 Chọn sơ đồ mạch động lực 18

2.1.1 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện/ 18

2.1.2 Khảo sát hệ truyền động chỉnh lưu _ động cơ 20

2.1.3 Chọn sơ đồ chỉnh lưu nguồn một chiều 24

2.2 tính toán sơ đồ mạch động lực 34

2.2.1 Tính chọn Thyristor : 35

2.2.2 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu 36

2.2.3 Thiết kế cuộn kháng lọc 49

2.2.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 57

CHươNG 3: thiết kế mạch điều khiển 62

3.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của mạch điều khiển 62

3.1.1 Yêu cầu mạch điều khiển: 62

3.1.2 Chức năng: 62

3.2 Nguyên tắc điều khiển 63

3.2.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”: 63

3.2.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính: 65

3.3 Sơ đồ khối mạch điều khiển 65

3.3.1 Khâu đồng pha 67

3.3.2 Khâu so sánh 69

Ngô Thị Nguyệt Anh 3 Sư phạm kỹ thuật điện K50

3.33 Tạo xung chùm điều khiển 70

3.3.4 Khâu khuếch đại 72

3.4 Sơ đồ mạch điều khiển 75

3.4.1 Sơ đồ mạch điều khiển của Tiristor.(trang bên) hinh3.11 75

3.4.2 Nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển: 76

3.5 Tính toán mạch điều khiển 76

3.5.1 Tính biến áp xung: 77

3.5.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng: 78

3.5.3 Chọn cổng AND: 79

3.5.4 Chọn tụ C3 và R9: 80

3.5.5 Tính chọn bộ tạo xung chùm: 80

3.5.6 Tính chọn tầng so sánh: 81

3.5.7 Tính chọn khâu đồng pha: 82

3.5.8 Tạo nguồn nuôi: 83

3.5.9 Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha: 83

Chương 4: thiết kế mạch vòng kín theo nguyên lý tối ưu module 89

4.1 Khái quát chung về điều khiển tối ưu module 89

4.1.1 Sơ qua về phương pháp dùng bộ khuếch đại tổng: 89

4.1.2 Phương pháp điều khiển tối ưu module: 90

4.2 Mô hình hệ thống chỉnh lưu_động cơ đơn giản 90

4.2.1 Hàm truyền của động cơ một chiều kích từ độc lập: 91

4.2 2 Hàm truyền của bộ thyristor 92

4.3 Nguyên lý điều khiển tối ưu modul 93

4.4 Hệ thống điều khiển động cơ một chiều hai mạch vòng 97

4.5 Cấu trúc cơ bản của hệ tự động điều chỉnh tối ưu module hai mạch vòng 98

4.6 Mô phỏng hệ thống động cơ một chiều 99

kết luận 109

tài liệu tham khảo 110

Danh sách hình vẽ

H.1.1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện kích từ độc lập 8

H.1.2: Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 10

H.1.3: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 10

H.1.4: Các đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thay đổi Rf mạch điện phần ứng 12

H.1.5: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi

giảm từ thông 14

H.1 6 Các đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập 16

H.2.1 Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi van 21

H.2-2 Đặc tính cơ của động cơ trong hệ CL- Đ 23

H.2.3 Chỉnh lưu tia ba pha 26

H.2.4 Đường cong điện áp tải khi góc mở  = 600 27

H.2.5 Chỉnh lưu tia sáu pha 28

H.2.6 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng 29

H.2.7 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng 31

H.2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 33

H.2.9 Các bậc thang ghép thành trụ 41

H.2.10 Kết cấu mạch từ cuộn kháng 52

H.2.11 Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 57

H.2.12 Mạch R_C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch 60

H.2.13 Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới 60

H.2.14 Mạch cầu ba pha dùng điôt tải RC bảo vệ do cắt MBA non tải 61

H.3.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 63

H.3.2 Nguyên lý điều khiển chỉnh lưu 64

H.3.3 Sơ đồ mạch điều khiển 65

H.3.4: Hình dạng xung điều khiển Thyristor 67

H.3.5 Sơ đồ đấu dây biến áp đồng pha 67

H.3.6 Khâu đồng pha dùng KĐTT 68

H.3.7 Sơ đồ các khâu so sánh thường gặp 70

H.3.8 Một số sơ đồ chùm xung 72

H.3.9 Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm 73

H.3.10 Sơ đố các khâu khuếch đại 78

H.3.11 Sơ đồ mạch điều khiển 81

H.3.12 Sơ đồ nguyên lí tạo nguồn nuôi 12V 83

Ngô Thị Nguyệt Anh 5 Sư phạm kỹ thuật điện K50

H.3.13 Kích thước mạch từ biến áp 85

Mở đầu

1 Tên đề tài

Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều

kích từ độc lập không đảo chiều quay

2 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây kỹ thuật điện tử và bán dẫn công suất lớn

phát triển mạnh mẽ, các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm: có khả năng

điều khiển rộng, có chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và trọng lượng thấp, độ tin

cậy và độ chính xác cao… ứng dụng của chúng vào việc biến đổi năng lượng là

điều khiển điện áp và dòng điện xoay chiều thành một chiều và ngược lại ngày

càng sâu, rộng

Khi chế tạo các thiết bị điện tử công suất đòi hỏi có những kiến thức không

chỉ mạch động lực mà cả kiến thức về mạch điều khiển và tính chọn các thiết bị

thế nào cho hợp lý cũng rất cần thiết

Hiện nay động cơ một chiều được sử dụng rộng rãI trong các lĩnh vực như

giao thông vận tải, cơ khí, ….do có ưu điểm về ổn định tốc độ Vì vậy việc điều

khiển động cơ một chiều là một trong những vấn đề quan trọng trong truyền

động điện

Vì vậy trong đồ án này tôi đi nghiên cứu về “ Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu

cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập” để làm rõ hơn về động cơ điện một

chiều kích từ độc lập Hy vọng đề tài này sẽ giúp ích cho các bạn đang và muốn

nghiên cứu về động cơ một chiều

3 Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

✓ Đối tượng nghiên cứu:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay

✓ Mục tiêu nghiên cứu:

Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều kích từ độc

lập không đảo chiều quay

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

✓ Thiết kế mạch động lực cho động cơ điện một chiều

✓ Thiết kế mạch điều khiển cho động cơ điện một chiều

✓ Thiết kế mạch vòng kín theo nguyên lý tối ưu module ổn định tốc độ

5 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài “ Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay” dành cho sinh viên chuyên

ngành điện các trường trung học chuyên nghiệp và cao đẳng, đại học

và các trung tâm đào tạo nghề điện

Ngô Thị Nguyệt Anh 7 Sư phạm kỹ thuật điện K50

6 Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp và phân tích lý thuyết làm cơ sở thiết kế mạch động lực

và mạch điều khiển phù hợp với thông số yêu cầu, qua đó thiết kế mạch

vòng kín theo nguyên lý tối ưu module điểu khiển để ổn định động cơ

7 Dự kiến kết cấu nội dung

Dự kiến kết cấu nội dung của đề tài gồm 4 chương:

Thiết kế mạch điều khiển

Chương này trình bày về nhiệm vụ, yêu cầu và nguyên tắc hoạt

động của mạch điều khiển qua đó lựa chọn mạch điều khiển đưa ra các

thông số để tính toán mạch phù hợp với yêu cầu của đề bài

Chương 4:

Thiết kế mạch vòng kín theo nguyên lý tối ưu module

Chương này sẽ trả lời cho câu hỏi:

✓ Thế nào là nguyên lý tối ưu module?

✓ Mục đích làm gì?

✓ Xây dựng các hàm truyền thế nào?

✓ Kết quả mô phỏng matlap ra sao?

8 Dự kiến kết quả nghiên cứu

✓ Thiết kế mạch động lực, mạch điều khiển phù hợp với yêu cầu đặt ra

✓ Thiết kế mạch vòng theo nguyên lý tối ưu module để ổn định

động cơ

9 Lĩnh vực ứng dụng

✓ Là tài liệu học tập cho sình viên ngành điện tìm được lời giải cần thiết khi nhận một bài toán thiết kế các bộ nguồi điện tử công suất

✓ Là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư và các cán bộ nghiên cứu khi thiết kế,

lắp đặt, sửa chữa, vận hành các thiết bị điện tử công suất

Chương 1 Tổng quan về các phương pháp điều chỉnh tốc độ

của động cơ 1.1 Động cơ một chiều và các phương trình đặc tính cơ

1.1.1 Động cơ một chiều

Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến ở các hệ thống truyền động chất lượng cao, trong công nghiệp, giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện )

Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm có các dây quấn phần cảm và phần ứng Các dây quấn phần cảm có dòng điện một chiều tạo nên từ trường và

từ thông cực từ  qua phần ứng Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng

có bọc cách điện Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Kết cấu của cổ góp gồm có nhiều phiến đồng

có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mi ca và hợp thành một trụ tròn Chức năng của vành góp và các chổi điện là để làm khép mạch dòng điện trong các thanh dẫn phần ứng, dưới một cực nào đó, theo một chiều đã cho, không phụ thuộc vào tốc độ đã cho

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc rộng

Ngô Thị Nguyệt Anh 9 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Với Rư = rư + rcf + rb + rct

rư : điện trở cuộn dây phần ứng rcf : điện trở cuộn cực từ phụ

rb : điện trở cuộn bù rct : điện trở tiếp xúc của chổi điện

Sức điện động Eư của phần ứng của động cơ được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

p : số đôi cực từ chính

N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a : số đôi mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng

Biểu thức (1 -3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi :

Mđt= KIư (1 - 4) Suy ra:

Thay giá trị Iư vào (1 - 3) ta được:

dt u

M I

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất sắt thì mô men cơ trên trục động

cơ bằng mô men điện từ, ta kí hiệu là M Nghĩa là Mđt = Mcơ = M

Đây là phưong trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ngô Thị Nguyệt Anh 11 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Theo các đồ thị trên, khi I ư = 0 hoặc M = 0 ta có :

Theo các đồ thị trên, khi I u =0 hoặc M=0 ta có:

Inm , Mnm : là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch

Mặt khác phương trình đặc tính (1- 3) và (1 - 6) cũng có thể được viết ở dạng:

 : là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M

Ta có thể biểu diễn đặc tính cơ điện và đặc tính cơ trong hệ đơn vị tương đối với điều kiện từ thông là định mức ( = đm)

Trong đó:

* = /o , I* = I / Iđm , M* = M / Mđm, R* = R / Rcb ,

(Rcb = Uđm / Iđm- được gọi là điện trở cơ bản)

Từ (1 - 3) và (1 - 6) ta viết đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ở đơn vị tương đối: *=1-R*.I* (1 - 12) * = 1 - R* M* (1 - 13)

1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều

Từ phương trình đặc tính cơ (1 - 6) ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều có thể thực hiện được bằng cách thay đổi một trong

ba đại lượng sau:

➢ Điện trở phụ trên mạch phần ứng

➢ Thay đổi từ thông

➢ Thay đổi điện áp phần ứng

Ngô Thị Nguyệt Anh 13 Sư phạm kỹ thuật điện K50

1.2.1 Thay đổi điện trở phụ

Giả thiết rằng Uư = Uđm = const và  = đm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng

Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

dm o

dm

U

const K

2( dm)

TN

u

K R

độ xác lập khi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ Rf

1.2.2 Thay đổi từ thông

Giả thiết điện áp phần ứng Uư = Uđm = const Điện trở phần ứng Rư = const Muốn thay đổi từ thông  ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ

Trong trường hợp này :

Tốc độ không tải : ox = Uđm / K x = var

Độ cứng đặc tính cơ :  = - (K x)2 / Rư = var

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

Vì vậy khi từ thông giảm thì ox tăng, còn  sẽ giảm Ta có một họ đặc tính cơ với ox tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông như H.1 -

5

Ngô Thị Nguyệt Anh 15 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Mnm = K x Inm = var

Và Inm = Uđm / Rư = const

Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên

Do điều kiện đổi chiều, lực ly tâm, các động cơ thông dụng hiện nay có thể

điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này trong giới hạn 1: 2 Cũng có thể sản xuất ra những động cơ giới hạn điều chỉnh 1 : 5 thậm chí 1 : 8 nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt Do đó cấu tạo và công nghệ phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên

1.2.3 Thay đổi điện áp phần ứng

Phương pháp này thường chỉ áp dụng được đối với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hoặc động cơ điện kích từ song song làm việc ở chế độ

Hình1 - 5 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

khi giảm từ thông

kích từ độc lập Bởi vì đối với động cơ kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp thì khi thay đổi điện

áp phần ứng đặt vào động cơ thì điện áp kích từ cũng thay đổi dẫn đến từ thông

 thay đổi.Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một

họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên Như H.1 - 6

Hình 1 6 Các đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Chú ý: khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ :Ta thấy rằng khi thay đổi

điện áp (giảm áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ

giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định

Nói chung vì không cho phép vượt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức không được áp dụng hoặc chỉ được thực hiện trong một phạm vi rất hẹp Phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện ngắn mạch khi khởi động

1.2.4 Nhận xét chung về các phương pháp

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông  được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi được tốc độ liên tục và kinh tế Trong quá trình điều chỉnh, hiệu suất  = const vì sự điều chỉnh dựa trên sự tác dụng lên mạch kích thích có công suất rất nhỏ so với công suất của động cơ Cần chú

ý rằng, bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với điện áp định mức

Ngô Thị Nguyệt Anh 17 Sư phạm kỹ thuật điện K50

và kích thích tối đa ( = max) nên chỉ có thể điều chỉnh theo chiều hướng giảm

, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức Hơn nữa việc điều chỉnh từ thông không hạn chế được dòng điện ngắn mạch khi khởi động (Iư =U \

Rư ) Chính vì điều đó mà giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện

cơ khí và đổi chiều dòng điện của máy điện

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng Rư, chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc

độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện, vì vậy phương pháp này chỉ được áp dụng ở những động cơ điện có công suất lớn và trung bình, cụ thể trên thực tế thường dùng đối với động cơ điện trong cần trục

Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp phần ứng cũng chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp lớn hơn điện áp định mức của động cơ điện Ưu điểm của phương pháp này là không gây thêm tổn hao trong động cơ điện, có thể thay đổi tốc độ được vô cấp Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh được

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc tạo ra các loại nguồn điện một chiều có thể điều khiển được không còn là một vấn đề phức tạp Các nguồn điện một chiều như chỉnh lưu, băm áp … ngày càng trở nên thông dụng Việc ứng dụng các bộ nguồn này vào lĩnh vực điều khiển động cơ điện một chiều là rất hợp lý và thuận tiện Ưu điểm của các bộ nguồn này là có độ tác động nhanh, kích thước gọn nhẹ, công suất lắp đặt nhỏ, giá thành hợp lý Do những ưu điểm nổi bật trên và sự phù hợp với yêu cầu đầu bài đã cho nên phương pháp điều chỉnh tốc độ được dùng ở đây là phương pháp điều chỉnh điện

áp phần ứng đặt vào động cơ

CHƯƠNG 2 lựa chọn thiết kế mạch động lực 2.1 Chọn sơ đồ mạch động lực

2.1.1 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện

Điều chỉnh 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 Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện, tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện (nguồn và động cơ điện ) để thay đổi tốc độ quay của trục động cơ điện

Tốc độ làm việc của truyền động điện do công nghệ yêu cầu và được gọi

là tốc độ đặt, hay tốc độ mong muốn Trong quá trình làm việc, tốc độ của động

cơ thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực so với tốc độ đặt Trong các hệ truyền động điện tự động thường dùng các phương pháp khác nhau để ổn định tốc độ động cơ

Để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền động điện thường căn

cứ vào một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản, các chỉ tiêu này cũng được tính đến khi thiết kế hoặc chỉnh định các hệ thống truyền động điện

Ngô Thị Nguyệt Anh 19 Sư phạm kỹ thuật điện K50

➢ Độ trơn của điều chỉnh tốc độ

Độ trơn của điều chỉnh tốc độ được định nghĩa :

Trong đó: i : giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp i

i+1: giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i + 1)

Từ chỉ tiêu độ trơn của điều chỉnh tốc độ ta có thể phân loại :

Hệ điều chỉnh vô cấp nếu  = i+1 / i→1, tức là hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá trị trong suốt dải điều chỉnh

- Hệ điều chỉnh có cấp nếu nó chỉ có thể làm việc ổn định ở một số giá trị của

tốc độ trong dải điều chỉnh

Gía trị tốc độ cực đại max bị hạn chế bởi độ bền cơ học của động cơ và với động

cơ điện một chiều nó còn bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của vành góp Tốc độ nhỏ nhất min bị chặn dưới bởi yêu cầu về mô men khởi động, về khả năng quá tải và về sai số tốc độ làm việc cho phép

➢ Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và điều chỉnh tải

Với các động cơ điện một chiều và xoay chiều thì chế độ làm việc tối ưu thường

là chế độ định mức của động cơ Để sử dụng tốt động cơ khi điều chỉnh tốc độ cần lưu ý đến các chỉ tiêu như: dòng điện động cơ không vượt quá dòng điện

định mức, đảm bảo khả năng quá tải về mômen (trong khoảng thời gian ngắn), đảm bảo yêu cầu về ổn định tĩnh khi có nhiễu…trong toàn dải điều chỉnh

Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh sao cho đặc tính điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầu đặc tính của tải Nếu đảm bảo được điều kiện này, thì tổn thất trong quá trình điều chỉnh sẽ là nhỏ nhất

➢ Chỉ tiêu kinh tế và các chỉ tiêu khác

Chỉ tiêu kinh tế có ý nghĩa quan trọng, nhiều khi là chỉ tiêu quyết định cho việc chọn các phương án điều chỉnh Chỉ tiêu kinh tế thể hiện ở vốn đầu tư, chi phí vận hành hệ thống và ở hiệu quả do áp dụng phương pháp điều chỉnh đem lại Trong chi phí vận hành thì tổn thất năng lượng khi biến đổi và khi điều chỉnh đóng vai trò quan trọng, ngoài ra hệ số công suất cos của hệ thống cũng góp phần ảnh hưởng không nhỏ đến chi phí vận hành

Ngoài các chỉ tiêu chung đã nêu ở trên, trong từng trường hợp cụ thể còn dùng các chỉ tiêu khác nữa để đánh giá hệ truyền động điện, ví dụ độ trơn điều chỉnh, khả năng tự động hoá hệ thống Việc đánh giá chung hệ truyền động điện là bài toán tối ưu đa mục tiêu, tuỳ từng trường hợp có thể chọn ra các chỉ tiêu ưu tiên để quyết định chọn lựa các phương án điêù chỉnh

2.1.2 Khảo sát hệ truyền động chỉnh lưu _ động cơ

➢ Sơ đồ nguyên lý và phương pháp điều chỉnh

Bộ biến đổi van điều khiển là một bộ nguồn điện áp một chiều Khi nối vào mạch phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập ta sẽ được một hệ thống

van_động cơ theo sơ đồ sau:

Ngô Thị Nguyệt Anh 21 Sư phạm kỹ thuật điện K50

H.2.1 Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi van

Bộ biến đổi van -động cơ trực tiếp biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều có thể điều chỉnh được để cung cấp cho mạch phần ứng động

cơ Một bộ biến đổi van có thể bao gồm: máy biến áp lực, tổ van, kháng lọc, thiết bị bảo vệ và hệ thống diều khiển Trong đó máy biến áp điện lực dùng để biến đổi điện áp lưới cho phù hợp với cấp điện áp của động cơ Ngoài ra còn biến đổi số pha, tạo điểm trung tính khi cần thiết, hạn chế biên độ của dòng ngắn mạch giảm tốc độ, tăng dòng trong van và cải thiện dạng sóng dòng điện nhận từ lưới Kháng lọc có tác dụng lọc thành phần dòng điện xoay chiều, hạn chế vùng dòng điện gián đoạn và hạn chế vùng dòng điện cân bằng với nhữnh hệ chỉnh lưu có đảo chiều Hệ thống điều khiển có tác dụng tạo ra các xung điều khiển với góc mở  điều khiển được

Tổ van thường là bộ chỉnh lưu tiristo có điều khiển, có suất điện động Eb phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển với thời điểm đặt xung áp điều khiển

đã chọn t ( t = ) lên các van Tuỳ theo yêu cầu mà ta có thể dùng nguồn chỉnh lưu thích hợp như: chỉnh lưu một pha, sáu pha, chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu tia

Với hệ biến đổi van đông cơ có một số đặc điểm: về ưu điểm của chỉnh lưu động cơ là: độ tác động nhanh, cao, không gây ồn và dễ tự động Do các van

có hệ số khuếch đại cao nên có thể thiết lập hệ tự động vòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải thiện các đặc tính làm việc của hệ

Bên cạnh đó hệ CL- Đ còn có những nhược điểm là: do các van bán dẫn

có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao làm gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp lưới xoay chiều Ngoài ra khả năng linh hoạt chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, hệ đảo chiều phức tạp, hệ số quá tải về dòng và áp của các van kém, hệ số cos nói chung là thấp tuy nhiên do những ưu điểm nói trên hệ CL-

Đ hiện nay trên thực tế dùng rất rộng rãi

2 dm

.K

cos.Ebm

;Rkh

RRb

-).K(





=

+

+



=



Ngô Thị Nguyệt Anh 23 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Hình 2-2 Đặc tính cơ của động cơ trong hệ CL- Đ

Nhận thấy đặc tính cơ của hệ CL- Đ mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên và đặc mềm hơn tính cơ của hệ F- Đ bởi thành phần đẳng trị do hiện tượng chuyển

mạch các van .Xba

.2

pR

Phương trình đặc tính cơ ở chế độ dòng gián đoạn

Giới hạn giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục là đường elíp như

trên Hình 2-8 Toạ độ của điểm biên giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn B(Iblt , blt ) được xác định :

.K

cos.E





=

 do dòng phần ứng Iư = 0 thì đặc tính cơ

của hệ chuyển từ liên tục sang vùng gián đoạn Giá trị của 0 được xác định

2.1.3 Chọn sơ đồ chỉnh lưu nguồn một chiều

2.1.3.1 Chọn phương án chỉnh lưu

Để cung cấp nguồn 1 chiều cho động cơ một chiều, ta phải sử dụng một mạch chỉnh lưu biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành năng lượng dòng điện 1 chiều Thực tế có rất nhiều phương án có thể sử dụng được, tuy nhiên để có

một mạch chỉnh lưu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét một cách tổng quan

về các sơ đồ chỉnh lưu

Các bộ chỉnh lưu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta chỉ xét các mạch chỉnh lưu có điều khiển

Ngô Thị Nguyệt Anh 25 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Vì ta thiêt kế nguồn cung cấp cho cho động cơ một chiều, tải có yều cầu

về việc hoàn trả về lưới nên đòi hỏi chất lượng khá cao về điện áp, hơn nữa ở đây nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu được lấy trực tiếp từ nguồn (3 pha) Do vậy dưới đây ta sẽ bỏ qua các phương án chỉnh lưu 1 pha và 2 pha, chỉ xét các phương án chỉnh lưu từ 3 pha trở lên

2.1.3.2 Chỉnh lưu tia ba pha

Khi biến áp có ba pha đấu sao (  ) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van như hình 2.9a, ba catod đấu chung cho ta điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 1200theo các đường cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 1200 ) Từ đó thấy rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn hai pha kia

Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào dương hơn van đó mới được kích mở Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn Các Tiristior chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (như vậy trong chỉnh lưu ba pha, góc mở nhỏ nhất  = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300)

Hình 2.3 Chỉnh lưu tia ba pha

a Sơ đồ động lực; b- Giản đồ đường các cong khi góc mở  = 30 0 tải thuần trở; c- Giản đồ các đường cong khi  = 60 0 các đường cong gián

đoạn

Theo hình 2.3 b,c tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, như vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục( đường cong I1,I1,I3 trên hình 2.3b), 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 của các van đều bằng 1/3.Id Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng van khoá dòng điện van bằng 0 Điện áp của van phải chịu bằng điện dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn Ví dụ trong khoảng t2  t3 van T1 khoá còn T2 dẫn do đó van T1 phải chịu một điện áp dây UAB, đến khoảng t3  t4 các van T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc này T1 chịu điện

áp dây UAC

Ud Id

UT1

I1 I2 I3

Ud

t Id

I1 I2 I3

t t

t

t

t t

t

b.

0

c.

Ngô Thị Nguyệt Anh 27 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc góc mở của các Tiristo Nếu góc mở Tiristo nhỏ hơn   300, các đường cong

Ud, Id liên tục, khi góc mở lớn hơn   300 điện áp và dòng điện tải gián đoạn (đường cong Ud, Id trên hình 2.3c)

Hình 2.4 Đường cong điện áp tải khi góc mở = 60 0

với a.- tải thuần trở, b.- tải điện cảm

Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các đường cong liên tục, nhờ năng lượng dự trữ trong cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu, như đường cong nét đậm trên hình 2.4b (tương tự như vậy là đường cong Ud trên hình 2.4b) Trên hình 2.4 mô tả một ví dụ so sánh các đường cong điện áp tải khi góc mở  = 600 tải thuần trở hình 2.10a và tải điện cảm hình 2.4b

33

Trong đó: Udo = 1,17.U2f điện áp chỉnh lưu tia ba pha khi van là điôt

U2f - điện áp pha thứ cấp biến áp

2.1.3.3 Chỉnh lưu tia sáu pha

Hình 2.5 Chỉnh lưu tia sáu pha

a.- Sơ đồ động lực; b.- đường cong điện áp tải

Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ở trên có chất lượng điện áp tải chưa thật tốt

lắm Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn

Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia sáu pha Sơ đồ động lực mô tả trên

hình 2.5a

Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha được cấu tạo bởi sáu van bán dẫn nối tới biến

áp ba pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn giống nhau

và ngược pha Điện áp các pha dịch nhau một góc là 600 như mô tả trên hình

2.5b Dạng sóng điện áp tải ở đây là phần dương hơn của các điện áp pha với

đập mạch bậc sáu Với dạng sóng điện áp như trên, ta thấy chất lượng điện áp

một chiều được coi là tốt nhất

Theo dạng sóng điện áp ra (phần nét đậm trên giản đồ hình 2.5b) chúng

ta thấy rằng mỗi van bán dẫn dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ So với các sơ

đồ khác, thì ở chỉnh lưu tia sáu pha dòng điện chạy qua van bán dẫn bé nhất Do

T5 B*

T6 C*

t

A C* B A* C B*

Ngô Thị Nguyệt Anh 29 Sư phạm kỹ thuật điện K50

T4 T2

đó sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn Trong trường hợp

đó chúng ta chỉ cần có van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn

2.1.3.4 Chỉnh lưu cầu ba pha

❖ Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 2.6a có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba Tiristo T1,T3,T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn T2,T4,T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lưu này ghép lại thành cầu ba pha

Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristo chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catod (-)) Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình 2.6b cần mở Tiristo T1 của pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristo T4 của pha B phía catod

Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn Ví dụ trong khoảng t1  t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng điện dược chạy từ A về B

A B C A

X1

X2 X3

I2 I4

I6 0

UT1

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van

của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau

Hình 2.6 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đường cong cơ bản,

c, d - điện áp tải khi góc mở = 60 0= 60 0

Ngô Thị Nguyệt Anh 31 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1  t3 như trên hình 2.11b Tiristo T1 nhóm anoddẫn, nhưng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1  t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2  t3

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 cuối cùng của hình 2.12b) trong khoảng t1  t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3  t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5  t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA

Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình 2.12b trị số điện

áp tải được tính theo công thức (2-7)

Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc   600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình 2.12d (khi góc mở các Tiristo  =900 với tải thuần trở) Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng (các đường nét mảnh trên giản đồ Ud của các hình vẽ 2.12b, c, d), cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khoá

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

❖ Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng

Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển như mô tả trên hình 2.13a Trên hình 2.13b mô tả giản đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lưu (đường cong trên cùng), sóng điện áp tải Ud (đường cong nét đậm thứ hai trên hình 2.13b), khoảng dẫn

các van bán dẫn T1,T2,T3,D1,D2,D3 Các Tiristo được dẫn thông từ thời điểm

có xung mở cho đến

khi mở Tiristo của pha kế tiếp Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung

mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2) Trong trường hợp điện áp

tải gián đoạn Tiristo được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu Các điôt tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4  t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha

B về pha A trong khoảng t4  t5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5  t6

T1

T2 T3

D1 D2

D3 0

Ngô Thị Nguyệt Anh 33 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện

áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, 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 ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800 Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha

là động cơ điện một chiều có công suất vừa phải như trên, thì sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha là hợp lí hơn cả, bởi lẽ ở công suất này để tránh mất đối xứng biến áp ( không thể thiết kế theo sơ đồ một pha hoặc tia ba pha vì sẽ mất đối xứng điện

áp nguồn ), ngoài ra do tải yêu cầu hoàn trả năng lượng về lưới nên sơ đồ thiết

kế ta chọn là sơ đồ cầu 3 pha có điều khiển đối xứng

2.2 tính toán sơ đồ mạch động lực

Thông số của động cơ: :

Uđm=200 (V) ;nđm=980 (vòng/phút); Iưđm=70A; =0,9 ;số đôi cực p=2

Các thông số cơ bản còn lại của động cơ được tính:

P U= dm.I dm. =200.70.0,9 12600(= W) 12,6(= kW)

U2a ;U2b ;U2c : Sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn

E : Sức điện động của động cơ

R ,L : Điện trở và điện cảm trong mạch

R= 2.Rba+Rư+Rk+Rdt

L= 2.Lba+Lư+Lk

Rk,Lk là điện trở và điện kháng của máy biến áp qui đổi về thứ cấp :

Hình 2-8 :Sơ đồ nguyên lí mạch động lực

Ngô Thị Nguyệt Anh 35 Sư phạm kỹ thuật điện K50

Rk ,Lk là điện trở và điện kháng cuộn lọc

Rdt điện trở mạch phần ứng động cơ được tính gần đúng như sau :

dm

I n p

U

2

60

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải ,điều kiện toả nhiệt ,điện

áp làm việc ,các thông số cơ bản của van được tính như sau :

+)Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu :

Unv = KdtU Un max =1,8 209,33 = 376,794 Lấy bằng 377 (V)

Trong đó : KdtU : hệ số dự trữ điện áp ,

Chọn KdtU =1,8

+) Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng :

Ilv = Ihd = Khd Id =

(Do trong sơ đồ cầu 3 pha ,hệ số dòng hiệu dụng :Khd =

3

1) Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt ; Không có quạt đối lưu không khí ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn :

Iđm =Ki Ilv =3,2 45,847 = 147 (A)

(Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn Ki =3,2)

từ các thông số Unv ,Iđmv ta chọn 6 Thysistor loại 151RC40 có các thông số sau :

Điện áp ngược cực đại của van : Un = 400 (V)

Dòng điện định mức của van : Iđm =150 (A)

Đỉnh xung dòng điện : Ipik =4000 (A)

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

Điện áp của xung điều khiển : Uđk =2,5(V)

Dòng điện rò : Ir =8 (mA)

Dòng điện tự giữ :Ih =50 (mA)

Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : U = 1,7 (V)

Tốc độ biến thiên điện áp :

dt

dU

=200 (V/s) Thời gian chuyển mạch : tcm = 80 (s)

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

2.2.2 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu

+)Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây /Y làm mát bằng không khí tự nhiên

Ngô Thị Nguyệt Anh 37 Sư phạm kỹ thuật điện K50

3 Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo cos min =Ud +2 Uv +Udn + Uba

Trong đó :

min =100 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới

Uv =1,6 (V) là sụt áp trên Thyristor

Udn 0 là sụt áp trên dây nối

Uba = Ur + Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến

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

m : số trụ của máy biến áp

f : tần số xoay chiều , ở đây f = 50 (Hz) Thay số ta được :

*)Tính toán dây quấn

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

W1=

T

Fe B Q f

U

44,4

12 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)

Ngô Thị Nguyệt Anh 39 Sư phạm kỹ thuật điện K50

13 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 12,30 (mm2)

Kích thước dây dẫn có kể cách điện:

15 Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp:

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

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S2= 23,6 (mm2)

Kích thước dây dẫn có kể cách điện : S2cđ = a2.b2 = 3,05.7,4 (mm x mm)

16 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:

*)Kết cấu dây dẫn sơ cấp :

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

17 Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:

W11=

1

.2

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

18 Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp :

Như vậy có 288 vòng chia thành 6 lớp chọn 6 lớp đầu vào có 48 vòng

20 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :

21 Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01= 0,1 cm

22 Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp: a01= 1,0 cm

23 Đường kính trong của ống cách điện :

Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =9 + 2.1 - 2.0,1 = 10,8 (cm)

24 Đường kính trong của cuộn sơ cấp:

Dt1= Dt + 2.S01=10,8 + 2.0,1= 11 (cm)

25 Chọn bề dầy giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11= 0,1 mm

26 Bề dầy cuộn sơ cấp: