Do-an-DTCS-han

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIÊP

___*****___

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

Giáo viên phụ trách : Đỗ Trọng Tín Họ và tên : Nguyễn Ngọc Thăng Lớp : Tự động hóa 1 – K 47 Nhóm ĐAĐTCS : I Số hiệu sinh viên : 20022615

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc Hà Nội 7− 2005

MỤC LỤC MỤC LỤC..........................................................................................................................................................2 ĐỀ BÀI : ............................................................................................................................................................4 LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................................................................5 CHƯƠNG 1 :......................................................................................................................................................6 TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU............................................................................................6 I. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.............................................................................................6 1. Phần tĩnh hay stato ........................................................................................................................6 2. Phần quay hay rôto ........................................................................................................................7 II. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG:...........................................................................................................8 III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ........................................................................9 IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.......................................9 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng..................................................................9 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông................................................................................10 3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng..........................................................................10 CHƯƠNG 2 :....................................................................................................................................................11 CHỌN PHƯƠNG ÁN......................................................................................................................................11 1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng.............................................................................11 2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng........................................................................13 3. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng...............................................................................14 CHƯƠNG 3 :...................................................................................................................................................16 THIẾT KẾ MẠCH LỰC................................................................................................................................16 I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC....................................................................................................................16 1. Sơ đồ...................................................................................................................................................16 2.Nguyên lý hoạt động...........................................................................................................................17 II .TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ:.............................................................................................................18 1 . Tính toán chọn máy biến áp:...........................................................................................................18 2. Tính chọn van.....................................................................................................................................25 3. Tính toán bộ lọc.................................................................................................................................26

2

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

4. Tính toán bảo van mạch lực...............................................................................................................29 CHƯƠNG 4 :....................................................................................................................................................32 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.................................................................................................................32 I. CÂÚ TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN.........................................................................................................32 1. Cấu trúc điều khiển ngang.................................................................................................................32 2 .Cấu trúc điều khiển dọc....................................................................................................................33 3. Chức năng điều khiển.......................................................................................................................34 II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. .............................................................................................................35 1.Nguyên lý hoạt động :.........................................................................................................................37 2.Dạng điện áp mạch điều khiển............................................................................................................37 III.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN......................................................................................................39 1. Tính toán khâu đồng pha.................................................................................................................39 2. Khâu tạo điện áp răng cưa................................................................................................................40 3. Khâu so sánh......................................................................................................................................43 ................................................................................................................................................................43 4 . Khâu phát xung chùm.......................................................................................................................44 5 . Khâu khuếch đại xung và biến áp xung............................................................................................45 6. Khâu tạo nguồn nuôi.......................................................................................................................49 ................................................................................................................................................................49 Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ®Ó cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung vµ nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é...................................................................................................49 7. Tính biến áp nguồn nuôi và đồng pha................................................................................................50 8 .Khâu phản hồi tốc độ........................................................................................................................52 CHƯƠNG 5:.....................................................................................................................................................54 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN..............................................................................................................54 ...........................................................................................................................................................................54 KẾT LUẬN......................................................................................................................................................55 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................................................56

3

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

ĐỀ BÀI : ThiÕt kÕ nguån cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp kh«ng ®¶o chiÒu cã c¸c th«ng sè sau: U®m I®m ( A ) UkÝch tõ ( V ) IkÝch tõ ( A ) Ph¹m vi ®iÒu chØnh (V) tèc ®é 220 140 220 15 20:1

Yªu cÇu : M¹ch ph¶i ®¶m b¶o ®é tr¬n vµ æn ®Þnh tèc ®é ,®ång thêi cã kh©u b¶o vÖ qu¸ t¶i vµ ch«ng mÊt kÝch tõ .

-

§å ¸n gåm 5 ch¬ng nh sau : Ch¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ ®éng c¬ mét chiÒu Ch¬ng II : Chän ph¬ng ¸n m¹ch lùc Ch¬ng III : TÝnh to¸n m¹ch lùc Ch¬ng IV : M¹ch ®iÒu khiÓn Ch¬ng V : M« pháng m¹ch ®iÒu khiÓn

4

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

LỜI NÓI ĐẦU Trong nÒn s¶n suÊt hiÖn ®¹i ,m¸y ®iÖn mét chiÒu ®îc coi lµ mét lo¹i m¸y ®iÖn quan träng . Nã ®îc dïng lµm ®éng c¬ ®iÖn ,m¸y ph¸t ®iÖn hay dïng trong c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¸c . §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh tèc ®é rÊt tèt ,v× vËy m¸y ®îc dïng nhiÒu trong nh÷ng ngµnh c«ng nghiÖp cã yªu cÇu cao vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é nh c¸n thÐp ,hµm má ,giao th«ng vËn tai … MÆc dï ®éng c¬ ®iÖn cã nhiÒu øng dông trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp ,nhng lu«n ®i kÌm víi nã lµ nh÷ng yªu cÇu vÒ ®iÖn ¸p ,dßng ®iÖn …ChÝnh v× vËy cÇn mét ph¬ng ph¸p nh»m ®¸p øng ®îc nh÷ng yªu cÇu trªn . §iÖn tö c«ng suÊt lµ lÜnh vùc kü thuËt hiÖn ®¹i ,nghiªn cøu nh÷ng øng dông c¸c linh kiÖn b¸n dÉn lµm viÖc ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch vµo qu¸ trinh biªn ®æi ®iÖn n¨ng . HiÖn nay c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt chiÕm hon 30% trong sè c¸c thiÕt bÞ cña mét xÝ nghiÖp hiÖn ®¹i . Nhê chñ tr¬ng më cöa ngµy cµng cã thªm nhiÒu xÝ nghiÖp míi, d©y truyÒn s¶n xuÊt míi ,®ßi hái c¸n bé kü thuËt vµ kü s ®iÖn nh÷ng kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt vÒ vi m¹ch vµ vi xö lý . XuÊt ph¸t tõ yªu cÇu thùc tÕ vµ tÇm quan träng cña bé m«n ®iÖn tö c«ng suÊt c¸c thÇy c« trong bé m«n ®iÖn tö c«ng suÊt ®· cho chóng em tõng bíc tiÕp xóc víi viÖc thiÕt kÕ th«ng qua ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt . §èi víi nh÷ng sinh viªn n¨m thø 3 ,®©y lµ lÇn ®µu tiªn tiÕp xóc víi thùc tÕ .ChÝnh v× v©y , trong qu¸ tr×nh thc hiÖn ®å ¸n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt nªn em kÝnh mong th©y c« th«ng c¶m vµ bá qua cho chóng em .

5

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« trong bé m«n Tù ®éng ho¸ xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp vµ ®¨c biÖt lµ thÇy gi¸o §ç TRäNG TÝN ®© tËn tinh hø¬ng dÉn em hoµn thµnh ®å ¸n nµy .

Sinh viªn D¬ng §øc Anh

Chương 1 : TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, có nhiều ưu việt hơn so với 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 độ rộng. Động cơ điện một chiều được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao vể điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…

I. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Cấu tạo động cơ điện một chiều có thể chia thành hai phần chính là phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto) 1. Phần tĩnh hay stato Đây là phần đứng yên của động cơ, bao gồm các bộ phận chính sau: a. Cực từ chính : Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 mm đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ nhỏ có thẻ

6

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ cũng được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c. Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong động cơ điện lớn thường dùng thép đúc. Có thể dùng gang làm vỏ máy trong động cơ điện nhỏ. d. Các bộ phận khác : - Nắp động cơ : Để bảo vệ động cơ khỏi bị những vật ngoài rơi vào làn hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong động cơ điện nhỏ và vừa, nắp động cơ còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp động cơ thường làm bằng gang. - Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. 2. Phần quay hay rôto Phần quay gồm có những bộ phận sau: a. Lõi sắt phần ứng Lõi sắt phần ứng dùng để đẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những động cơ cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi động cơ làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép chặt trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn hơn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết

7

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. b. Dây quấn phần ứng Dây quấnphần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong động cơ điện nhỏ (công suất dưới vài kilôoat) thương dùng dây có tiết dện tròn. Trong động cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn đựợc cách điện cẩn thẩn với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra so sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlit. c. Cổ góp Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. d. Các bộ phận khác : - Cánh quạt : dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ. - Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt. II. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG: Phương trình đặc tính cơ điện :

ω=

Phương trình đặc tính cơ :

ω=

Ru + R f Uu Iư Kφ Kφ Ru + R f Uu Kφ

-

( Kφ ) 2

M

Từ phương trình đặc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ: - Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. - Ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch giảm, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với 1 phụ tải nhất định. - Ảnh hưởng của từ thông : Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng Ikt động cơ. Khi giảm từ thông thì vận tốc động cơ tăng.

8

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.

Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, dây cuốn kích từ sinh ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó Eư = 0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điện Iư sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > Mc) rôto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn. IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Từ biểu thức :

ω=

Ru + R f Uu M Kφ ( Kφ ) 2

ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện được bằng cách thay đổi các đại lượng Φ, Rư, U. 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng ω Mc Ứng với mỗi giá trị của Rf có một đặc tính cơ khác nhau trong đó Rf = 0 là đặc ω0 tính cơ tự nhiên. Ta thấy nếu Rf càng lớn thì đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng cao nghĩa là tốc độ thay đổi nhiều khi tải thay đổi. Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng

Rn(TN)

9 Rf1

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ có công suất nhỏ

2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và sức điện động quay của động cơ Eư = K.Φ.ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến: ek dφ ik = + ωk rb + rk

dt

trong đó

rk – điện trở dây quấn kích thích rb – điện trở của nguồn điện áp kích thích ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích Thường khi điều chỉnh điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản. ( Kφ ) 2 Vì βΦ = nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm từ thông Ru

để tăng tốc độ cho động cơ

n

(3) (2) (1) 3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng 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.

10

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

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

ω

ω01

Udm(TN) ω03 U1 ω04

Chương 2 : CHỌN PHƯƠNG ÁN Nguồn điện một chiều cấp cho động cơ điện một chiều có thể lấy được từ nhiều cách khác nhau. Lấy trực tiếp từ máy phát điện một chiều hoặc có thể dùng bộ biến đổi một chiều. Trong thực tế, bộ biến đổi một chiều có thể dễ dàng thiết kế nhờ các mạch chỉnh lưu sử dụng các van bán dẫn. Hơn nữa, các mạch chỉnh lưu sử dụng van điều khiển còn có thể dễ dàng điều khiển được theo yêu cầu của từng loại tải. Do các ưu điểm đó, ta sẽ thiết kế nguồn một chiều thông qua các mạch chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ lưới điện. Dưới đây là một số mạch chỉnh lưu cơ bản và hay được sử dụng.

1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng

- Các van dẫn lần lượt theo từng cặp (T1, T2) và (T3, T4).

11

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

- Góc mở van α, góc dẫn các van λ 0 – α : T1, T2 dẫn α – α + λ : T3, T4 dẫn, đồng thời T1, T2 khóa lại Công thức: 2 2 U2cosα = 0,9U2cosα π U Idα = dα Rd Id Iv = 2

Udα =

Sba = 1,23Pd Ungmax = 2 U2 I2 = 1,11Id * Nhận xét:

12

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp tải lớn hơn 10V. Dòng tải có thể lên tới 100A. Ưu điểm của nó là không nhất thiết phải có biến áp nguồn. Tuy nhiên do số lượng van gấp đôi hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng tưng gấp đôi. Do đó nó không phù hợp với tải cần có dòng lớn nhưng điện áp nhỏ. 2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng

- Dòng điện id phẳng do Ld rất lớn. - Hoạt động của mạch với góc điều khiển α θ : 00 – 30 + α : T3 dẫn θ : 30 + α – 1500 + α : T1 dẫn θ : 150 + α – 2700 + α : T2 dẫn Các van hoạt động riêng, độc lập

T1 T2

L1

T3 R1

Công thức: 3 6 U2cosα = 1,17U2cosα 2π U Idα = dα Rd Id Iv = 3

Udα =

Sba = 1,35Pd Ungmax = 6 U2 I2 = 0,58Id * Nhận xét: Chỉnh lưu tia 3 pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính ra tải. Công suất máy biến áp này hơn công suât một chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho

13

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm ampe), mặt khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều.

3. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng - Hoạt động của mạch: các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm katốt chung UKC, các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt chung UAC.

- Công thức: Udα = Udocosα =

3 6 U2cosα π

U dα id = Id = Rd I Itbv = d 3 Ungmax = 6 U2

Sba = 1,05Pd I2 = 0,816Id * Nhận xét: Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế vì nó có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép có thể đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch nhỏ 5%. Nếu có sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các loại trên. Đồng thời, công suất mạch chỉnh lưu này có thể rất lớn đến hàng trăm kW.

14

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

Nhược điểm của mạch này là sụt áp trên van gấp đôi sụt áp trên van trong mạch sơ đồ hình tia. Chọn mạch van: Theo yêu cầu của đề bài: Uđm = 220V, Iđm = 140A ta có công suất của động cơ là Pđm = Uđm. Iđm = 220*140 = 30800 W = 30,8 kW Công suất này khá lớn nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha. Mặt khác yêu cầu nguồn cung cấp cho động cơ phải điều chỉnh được điện áp, điện áp điều chỉnh phải trơn nên ta chọn van phải là van điều khiển. Như vậy ta sẽ chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Ta sử dụng lưới điện ba pha có điện áp pha 220V, như vậy điện áp ra của mạch 3 6 U2cosα = 2,34.220.cosα = 514,8cosα π Ud Suy ra α = arccos 514,8

chỉnh lưu là: Udα =

Theo đề bài: dải điều chỉnh của động cơ là 20:1, điện áp định mức của động cơ là 220V ứng với vận tốc định mức của động cơ. Như vậy điện áp ứng với vận tốc nhỏ nhất điều chỉnh được của động cơ là 220:20 = 11V. 220 Ud = arccos = 64,70 514,8 514,8 11 Ud Với Ud = 11V thì αmax = arccos = arccos = 88,80 514,8 514,8

Với Ud = 220V thì αmin = arccos

(αmin - αmax ) nằm trong khoảng điều chỉnh được của góc mở α (khoảng nhỏ hơn 1500). Như vậy ta có thể sử dụng mạch chỉnh lưu này đấu trực tiếp vào lưới điện, không cần thông qua biến áp.Nhng do gãc ®iÒu khiÓn αmin qu¸ lín nªn cÇn dïng mét biÕn ¸p nh»m t¨ng dµi ®iÒu chØnh . Kết luận: Qua xem xét và tính toán ở trên, ta chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng và cần dùng biến áp nguồn

15

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc Chương 3 :

THIẾT KẾ MẠCH LỰC I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Sơ đồ

16

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc A

B

C

AT K

K

K

BA

R

R

C R

C C

T4 R

T1 R

C T6

R

T3 R

C T2

R

C

C T5

R

C

C

A V L

§ FT

KT

~

RI

~ RI

0

K

220V

K

2.Nguyên lý hoạt động §iÖn ¸p líi sau khi qua At«m¸t vµ R¬le ®îc ®a tíi biÕn ¸p lùc .BiÕn ¸p lùc cã nhiÖm vô thay ®æi ®iÖn ¸p ®Õn gi¸ trÞ mong ®îi ,tõ ®©y ®iÖn ¸p ®îc cung cÊp cho hÖ th«ng chØnh lu Thyristo

17

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

cÇu 3 pha ®èi xøng . Sau ®ã cung cÊp ®éng c¬ lµm viÖc víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p nµy .§éng c¬ ho¹t ®éng ®¬c lµ do mét hÖ thèng kÝch tõ ®éc lËp . Kh©u ph¸t tèc dung ®Ó diÒu chØnh diÑn ¸p lµm viÖc cña ®éng c¬ . II .TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ: Th«ng qua ph¬ng ¸n lùa chän chØnh lu cÇu 3 pha ë ch¬ng 2 cïng víi s¬ ®å m¹ch lùc ®· tr×nh bµy ë trªn ta thÊy cÇn tÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ sao cho thËt phï hîp . C¸c thiÕt bÞ chÝnh cÇn tÝnh to¸n ë ®©y bao gåm : M¸y biÕn ¸p ,van ,thiÕt bÞ b¶o vÖ ,cuén c¶m . 1 . Tính toán chọn máy biến áp: C¸c ®¹i lîng cÇn thiÕt cho tÝnh to¸n mét m¸y biÕn ¸p chØnh lu cÇu 3 pha a. §iÖn ¸p chØnh lu kh«ng t¶i Ud0 = Ud +∆Uba +∆Uv +∆Uck Trong ®ã : Ud0 : §iÖn ¸p chØnh lu kh«ng t¶i Ud : §iÖn ¸p chØnh lu . ∆Uba : Sôt ¸p trªn biÕn ¸p . ∆Uv : Sôt ¸p trªn van . ∆Uck : Sôt ¸p trªn cuén kh¸ng Do theo yªu cÇu cña ®Ò bµi ,®èi víi s¬ ®å cÇu 3 pha ta cã c¸c th«ng sè sau : ku =2.34 ; ks =1.05 ; kγ =3/π ; m = 3 ; Theo c¸c gi¸ trÞ sôt ¸p trªn van ta tÝnh ®îc nh sau : Ud0 =

U d + ∆U ba + ∆U v + ∆U ck (1) 1 − ( a + b + ∆U1 )

Trong ®ã : ∆Uba =11 (V) ;

∆Uv = 1.15 (V) ; ∆Uck =11 (V) ; ∆U1

=0.05 a=

b=

m * kγ k 2u *ks

* e x = 0.0399

2m * e = 0.0209 k u * ks Î 2

Thay vµo c«ng thøc 1 ta cã :

18

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng Ud0 =

NguyÔn ngäc

220 + 2 *1.15 + 11 + 11 = 274.74 ≈ 275(V ) 1 − ( 0.0399 + 0.0209 + 0.05)

b . X¸c ®Þnh c«ng suÊt tèi ®a cña t¶i : Pdmax = Ud0*Id =275*140 =38500 (W) =38.5(kW) c . C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p nguån ®îc tÝnh Sba =ks * Pdmax =1.05*38500 =40.425(VA) 40(kVA) d . §iÖn ¸p ®Þnh møc phÝa thø cÊp : U2®m =

≈

Ud0 275 = = 124(V ) 1 − ∆U 1 * ku (1 − 0.05) * 2.34

(

)

HÖ sè m¸y biÕn ¸p : kba =

U1dm 220 = = 1.78 U 2 dm 124

e . TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ : TiÕt diÖn trô QFe cña lâi thÐp biÕn ¸p ®îc tÝnh tõ c«ng thøc : QFe =kQ

S ba m* f

Trong ®ã :

kQ : HÖ sè phô thuéc lµm m¸t . Chän kQ = 5 Theo thùc nghiÖm s¶n suÊt th«ng thêng : QFe =5*

Sba = 81.64 ≈ 84(cm2 ) 3 * 50

§êng kÝnh trô: d=

4.Q Fe 4.84.64 = = 10,20(cm) π π

ChuÈn ho¸ ®êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 10(cm) Chän lo¹i thÐp E330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm f. TÝnh to¸n d©y quÊn m¸y biÕn ¸p . * / TÝnh to¸n ®iÖn ¸p cña c¸c cuén d©y . - §iÖn ¸p cuén d©y thø cÊp : U2 =

U D0 275 = = 117.52(V ) kU 2.34

- §iÖn ¸p cuén d©y s¬ cÊp U1 b»ng ®iÖn ¸p nguån cÊp . */ Tinh dßng ®iÖn trong c¸c cuén d©y . Ta cã : I1 =

k s1 * Pmax 1.05 * 38500 = = 183.75( A) U1 220

19

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng I2 =

NguyÔn ngäc

S 2ba 1.05 * 38500 = = 343.98( A) U2 117.52

* / TÝnh vßng d©y cña mçi cuén d©y ; Ta cã : Sè V«n/vßng = 4.44*B*Q*f*10-4 B = 1.5 (T); Q=84(cm2); f = 50(Hz) Thay sè : Sè vßng d©y cña cuén mét : Sè V«n/vßng = 4.44*1.5*84*50*10-4 =1.8648 W1 = ( Sè V«n/vßng)*U1 = 1.8648*220 = 410(vßng) W2 =(Sè V«n/ vßng)*U2 = 1.8648*124 = 232 (vßng) * / TÝnh to¸n tiÕt diÖn d©y quÊn . SCu =

I J

Trong ®ã : I : Cêng ®ä ßng ®iÖn trong c¸c cuén d©y J : MËt ®é dßng ®iÖn trong c¸c cu«n d©y Chän J = 2.75 ( A/mm2 ) Thay sè : SCu1 =

183.75 = 66(mm 2 ) ⇒ D1 = 2.75

(

4 * S1 ≈ 9 mm Π

)

Chän SCu2 = Scu1 = 66(mm2) ⇒ D2 = D1 = 9(mm) g . TÝnh to¸n kÝch thíc m¹ch tõ . Do theo yªu cÇu cña ®Çu bµi , ë ®©y c«ng suÊt lín nªn ph¶i dïng trô cã nhiÒu bËc . Chän l¸ thÐp cã ®é dµy : 0.5(mm) DiÖn tÝch cña sæ cÇn thiÕt : QCS = QCS1 +QCS2 Víi : QCS1 = kl®*W1*SCu1 ; QCS1 = kl®*W2*SCu2 Trong ®ã : QCS1, QCS2 : PhÇn do cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp chiÕm chç W1 ,W2 : Sè vßng d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp kl® : HÖ sè lÊp ®Çy , chän kl® = 2.5 Thay sè : Q CS = 2.5*410*66 + 2.5*232*66 =105930 (mm2) =106 (cm2)

20

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

h .TÝnh kÝch thø¬c cöa sæ : Khi ®· cã diÖn tÝch cöa sæ Q CS cÇn chän c¸c kÝch thíc c¬ b¶n lµ chiÒu cao h vµ chiÒu réng ccña cöa sæ m¹ch tõ .Tuú theo thiÕt kÕ mµ chän gi¸ trÞ c¬ b¶n c vµ h . Thong thßng chän theo hÖ sè phô nh sau : m=

h c b = 2.5 ; n = = 0.5 ; l = = 1 ÷1.5 a a a

TÝnh to¸n ta ®îc : a = 10 (cm) ; b = 12(cm) ; c = 6(cm) ; h = 25(cm) ChiÒu réng toµn bé m¹ch tõ lµ : C = 2*c +3*a = 42 (cm) ChiÒu cao toµn bé m¹ch tõ la : H = h + 2*a = 45 (cm)

i . TÝnh kÕt cÊu d©y quÊn . D©y quÊn ®îc bè trÝ theo däc trô , mçi quËn d©y quÊn thµnh nhiÒu líp . Mçi líp ®îc quÊn liªn tôc, c¸c vßng d©y s¸t nhau, C¸c líp d©y c¸ch nhau b»ng mét b×a c¸ch ®iÖn. - Sè vßng d©y trªn mçi líp: + KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp : Khi d©y quÊn tiÕt ch÷ nhËt :

21

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng W1L=

h − 2h g bn

NguyÔn ngäc

k e = 25 − 2 * 0.5 * 0.95 = 48.51 ≈ 49(vong ) 0.47

Trong ®ã: h : chiÒu cao cöa sæ. bn : bÒ réng d©y quÊn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn. hg : kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn víi g«ng: hg = 5(mm) ke : hÖ sè Ðp chÆt ke = 0.95 Sè líp d©y trong cöa sæ ®îc tÝnh b»ng tû sè sè vßng d©y W cña cuén W1 hoÆc W2 cÇn tÝnh trªn sè vßng d©y trªn mét líp. W1d =

W1 410 = 8,45(lop ) = W1l 49

ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp : w .b 49.0,47 h1 = 11 1 = = 24,24(cm) ke 0,95 − TÝnh chiÒu dµi cña c¸c cuén d©y ®ång Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy : S01=0,1 (cm) Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén s¬ cÊp a01= 1,0(cm) §êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn Dt = dfe + 2 . a01 – 2 .S 01 = 10 + 2.1 - 2.0,1 = 11,8(cm) §êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp Dt1 = Dt + 2 . S01 = 11,8 + 2 . 0,1 = 12(cm) Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén s¬ cÊp cd11 = 0,1(mm) BÒ dµy cuén s¬ cÊp Bd1 = (a1 + cd11) . n11 = (1,45+0,1).6,1 = 8,9(mm) = 0,89(cm) §êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2.0,89 = 13,78(cm) §êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp : Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (12 + 13,78 )/2 = 12,89 (cm) ChiÒu dµi d©y cuén s¬ cÊp : l1 = W1 . π . Dtb = 410. π. 12,89 = 16603,0 (cm) = 166,03 (m) Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp : cd01 = 1,0(cm) + KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp

22

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp h1 = h2 = 25 (cm) TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn 1 líp: w12 =

h2 25 .k e = .0,95 ≈ 58 (vßng) b2 0,41

TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn trªn cuén thø cÊp : n12 =

w2 232 = = 4 (líp) w12 58

(Chän sè líp d©y cuèn n12 = 4 líp ,). ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp :

h2 =

w 12 .b 2 34.0,41 = = 14,67 (cm) ke 0,95

Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén thø cÊp lµ: a12= 1,0 (cm) §êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp : Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 13,78 + 2.1,0 = 15.78 (cm) ⇒ rt2 = Dt2/2 =7,89 (cm) Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp cd22 = 0,1(mm) BÒ dÇy cuén thø cÊp : Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,145 + 0,01) . 4 = 0,62 (cm) §êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp: Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 15,78+ 2 . 0,62 = 17,02(cm) §êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp : Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (15,78 + 17,02) / 2 = 16,4(cm) ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp : l2 = π . w2 . Dtb2 = π. 232.14,76 = 11953,13(cm) ⇒l2 ≈ 119,53 (m) §êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y: D12 = ( Dt1 + Dn2 ) / 2 = (12 + 17,02 )/2 = 14,51(cm) ⇒ r12 = D12/2 =6,43 (cm) j) Khèi lîng s¾t: Khèi lîng s¾t b»ng tÝch thÓ tÝch s¾t trô vµ g«ng nh©n víi träng lîng cña s¾t. MFe = VFe . mFe VFe : thÓ tÝch khèi s¾t.

23

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

VFe = QFe .( 3h+ 2c) = 0.84* (3*2,5 +2*5) = 14,7 (dm ) 3

mFe = 7,85. QFe(3h+ 2c) = 115,395 (kg) l) Khèi lîng ®ång: Khèi lîng ®ång ®îc tÝnh t¬ng tù khèi lîng s¾t. MCu = VCu . mCu Trong ®ã: VCu : thÓ tÝch khèi ®ång. VCu = SCu . l SCu : tiÕt diÖn d©y ®ång. l : chiÒu dµi d©y ®ång. mCu = 8,9 Kg/dm3. Thay sè : MCu = 8,9. SCu . l = 16.7(kg) m) Tæng sôt ¸p bªn trong biÕn ¸p * §iÖn ¸p r¬i trªn trë: W ∆Ur = [R2 + R1  2  W1

2

  ] Id 

Trong ®ã: R1, R2: ®iÖn trë thuËn cña c¸c cuén d©y R1 = ρCu

166030 l1 = 0.0000172* =0.043 (Ω) 66 s l2 119530 s 66

R2 = ρCu = 0.000072* Víi ρCu = 0,0000172 Ωmm. Id : dßng t¶i mét chiÒu. * §iÖn ¸p ra trªn quËn kh¸ng: ∆Ux =

=0.031 (Ω)

1 m f ΧnΙd Π

Trong ®ã: R Χ n = 8Π 2 .W22  bk  h

Bd + Bd 2   ω.10 −7  cd + 1  3  

mf: sè pha biÕn ¸p. W2 : sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p. Rbk: b¸n kÝnh d©y thø cÊp. l : chiÒu cao l¸ thÐp.

24

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

h : ChiÒu cao cöa sæ lâi thÐp cd : bÒ dµy c¸ch ®iÖn cña c¸c cuén d©y víi nhau . Chän cd = 2 (mm) Qua tÝnh to¸n: Xn = 0.00597 (Ω) ∆Ux = 0.800(V) §iÖn kh¸ng MBA quy ®æi vÒ thø cÊp: Lba =

X ba 0,00597 = = 19,014( µH ) w 314

h) §iÖn trë ng¾n m¹ch Rnm

W = R2 +  2  W1

2

  * R1 

Rnm = 0. 014 o) Tæng trë ng¾n m¹ch 2 Z nm = rnm2 + x nm =

0.014 2 + 0.00597 2 =0.015(Ω)

p) TÝnh ®iÖn ¸p phÇn tr¨m ng¾n m¹ch Unm% = 100.

Ι m Z nm = 1.79 (%) U 2m

q) Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch: Inm =

U 2m 117 = 7800( A) = Z nm 0.015

NhËn xÐt: kÕt qu¶ tÝnh ®îc ë trªn chØ hoµn toµn cã ý nghÜa vÒ lý thuyÕt cßn thùc tÕ khi l¾p biÕn ¸p cÇn quan t©m ®Õn rÊt nhiÒu vÊn ®Ò kh¸c nh: lµn m¸t, c¸ch ®iÖn… 2. Tính chọn van C¸c van trong m¹ch chØnh lu c«ng suÊt lµm viÖc víi dßng ®iÖn lín, ®iÖn ¸p cao, c«ng suÊt ph¸t nhiÖt trªn nã kh¸ m¹nh v× vËy c«ng viÖc chän van ph¶i hîp lý míi ®¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng tin cËy. Khi chän van cÇn quan t©m tíi 2 chØ tiªu: chØ tiªu dßng ®iÖn vµ chØ tiªu ®iÖn ¸p. *) TÝnh chän van theo chØ tiªu dßng ®iÖn: Theo yªu cÇu cña ®Ò bµi: I = 140(A), tra b¶ng 1.1 ta cã: Itby=

Ιd = 46,67(A) 3

Khi lµm viÖc, dßng diÖn qua ®éng c¬, c¸c van thêng xuyªn

25

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

lµm viÖc ë chÕ ®é qu¸ t¶i nªn ta chän hÖ sè dù tr÷ klv = 2. ë ®©y ta sö dông chÐ ®é lµm m¸t tù nhiªn, dßng ®iÖn cho phÐp chØ b»ng 25% dßng ®Þnh møc. Nh vËy dßng trung b×nh qua van: Iv = 46,67.1,5:25%= 280(A) *) TÝnh chän van theo chØ tiªu ®iÖn ¸p - §é dao ®éng cña ®iÖn ¸p: ± 10% - TrÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p nguån U2 lín nhÊt: U2max = U2+ 10%U2 = 123,59 + 12,359 U2max = 135,949 (v) Tra theo b¶ng ta cã: U2ngmax = 6 U2max = 333,00(v) Chän hÖ sè dù tr÷ vÒ ¸p cho van b»ng 1,7 th× ®iÖn ¸p qua van: U2v = 1,7U2ngmax = 1,7 . 333 = 566,11(v) Tra theo sæ tay ®iÖn tö c«ng suÊt ta chän van Thyristo T14320-6 3. Tính toán bộ lọc. V× hÖ sè ®Ëp m¹ch c hØnh lu cÇu 3 pha lµ: K®mv = 0,057 nªn m¹ch läc cã hÖ sè san b»ng: Ksb =

k dmv 0,057 = = 9,5 k dmr 0,006

Ta cã ®iÖn trë t¬ng ®¬ng: R=

U d 220 = = 1,57( Ω ) Id 140

Do R1 kh«ng lín , Ksb kh«ng lín nªn bé läc ®îc chän lµ ®iÖn c¶m L =

Rd 1,57 k sb2 − 1 = mm .w1 6.2Π 50 2

9,5 2 − 1 = 7,87

(mH) *) TÝnh kÝch thíc lâi thÐp: - KÝch thíc c¬ së: a = 2,6

4

LI d2

Chän a = 10 (cm) b = 1,2a = 12 (cm) c = 0,8a = 8(cm) h= 3a = 30(cm)

26

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

- TiÕt diÖn lâi thÐp: Sth = ab = 10.12 = 120 (cm2) - DiÖn tÝch cña sæ :

ς cs = h.c = 30.8 = 240 (cm2)

- §é dµi trung b×nh ®êng søc: lth = 2 (a+b+c) = 2(12+8+10) = 60(cm) - §é dµi trung b×nh d©y quÊn: ldq= 2(a+b) + πc = 2(10+12) + π8 = 69,13(cm) - ThÓ tÝch lâi thÐp: Vth = 2ab (a+h+c) = 11520 (cm3) *) TÝnh ®iÖn trë cña d©y quÊn ë t0 = 200C ®¶m b¶o ®é sôt ¸p cho phÐp: ∆U = 7,5%U®m = Tmt = 400C ; Theo tÝnh to¸n: r20 =

7,5 x 220 = 16,5(v) 100

∆T = 500C

∆U / I d 16,5 = −3 1 + 4,26.10 ( Tmt + ∆T − 20 ) 140[1 + 4,26.10 −3 (90 − 20)]

r20 = 0,091(Ω) *) Sè vßng d©y cña cuén c¶m W = 414

r20 .s cs 0,091.240 = 414 = 232(V ) l dq 69,13

*) TÝnh mËt ®é tõ trêng H = 100 *

W .I d 232.140 = 100 * = 54133( A / m) l th 60

*) TÝnh cêng ®é tõ c¶m ∆U .10 4 16,5.10 4 = = 0,0267(T ) β= 4,44W . f m .sth 4,44.232.50.6.120

*) TÝnh hÖ sè tõ thÈm: Theo thùc nghiÖm ta cã:  H  µ = 542.    1000 

−0, 75

.10 −6 = 0.272.10 − 4

TrÞ sè ®iÖn c¶m nhËn ®îc µ .W 2 .s th 0,272.10 −4 .232 2 .120 = = 0,0293( H ) Ltt = 100.l th

100.60

27

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

*) TiÕt diÖn d©y quÊn s = 0,072.

l dq .s cs r20

69,13.240 = 360,74(mm) 0,091

=

§êng kÝnh cña d©y quÊn d = 1,13 s = 6,27(mm) Chän d©y cã d= 6(mm) *) X¸c ®Þnh khe hë tèi u: lkk = 1.6.10-3. W .I = 1,6.10-3.232.22,0 = 51,968(m) V× trªn ®êng ®i m¹ch tõ cã hai ®o¹n khe hë nªn miÕng ®Öm c¬ ®o chiÒu dÇy b¨ng 1/2lkk. l®Öm = 0,5.lkk = 26(mm) *) KÝch thíc cuén d©y Chän d©y quÊn dÇy 0,5mm, ®é cao sö dông d©y quÊn. hssd = h - 2∆C = 30-2.05 = 29 (cm) - Sè vßng d©y trong 1 líp: W' =

hsd 29 = = 48,3 hd 0,6

VËy 1 líp quÊn 48 vßng. - TÝnh sè líp d©y: n=

W 232 = = 4,83 W ' 48

VËy cÇn quÊn 5 líp. - §é dµy cña c¶ cuén d©y ∆cd = n(d + ∆cd) Trong ®ã: ∆cd = 1(mm) ∆cd = 5(0,6 + 0,1) = 3,5(cm) §é dµy cña quËn d©y ∆cd b»ng mét nöa kÝch thíc cöa sè c = 8(cm) nªn d©y lät vµo trong cöa sæ. *) KiÓm tra chªnh lÖch nhiÖt ®é: PCu =

1,02.∆U .I d 1,02.16,8.140 = = 2172(W ) −3 1 + 4,26.10 .(Tmt − 20) 1 + 4,26.10 −3.20

SCu = 2hsd (a+b+π∆cd) + 1,4. ∆cd ( π∆cd + 2a) SCu = 3065,6 (cm2) HÖ sè ph¸t nhiÖt: 6

α = 1,03. 10-3 §é chªnh lÖch nhiÖt ®é: ∆Τ =

5 W = 0,008 0 hsd C.cm

ΡCu 2172 = = 88.56 α .S Cu 0,008.3065,6

28

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

∆Ttt < ∆T cho phÐp ⇒ Tho¶ m·n

4. Tính toán bảo van mạch lực. Trong bé chØnh lu phÇn tö kÐm kh¶ n¨ng chÞu ®îc c¸c biÕn ®éng m¹nh cña biÕn ¸p vµ cña dßng ®iÖn chÝnh lµ c¸c van b¸n dÉn. *) B¶o vÖ vÒ qu¸ dßng Thùc tÕ do yªu cÇu cña ®Ò bµi mµ b¾t buéc ta ph¶i dïng ®Õn biÕn ¸p. V× vËy thùc chÊt trong m¹ch ®· cã b¶o vÖ qu¸ dßng nªn chØ cÇn l¾p atomat ®Çu m¹ch biÕn ¸p. *) B¶o vÖ qu¸ ¸p do phÝa nguån xoay chiÒu g©y ra, ë ®©y ta dïng m¹ch RC ®Ó chèng qu¸ ¸p nguån kiÓu riªng rÏ tõng pha. +) TÝnh hÖ sè biÕn ¸p cña van k=

U cp U tt

+) TÝnh n¨ng lîng tõ trêng tÝch luü W = 0,5. Lµ. I2µmax =

trong biÕn ¸p: sba .I µ max 2 2 .I 2 .ω

Trong ®ã: Lµ : ®iÖn c¶m tõ ho¸ biÕn ¸p 2 I µmax:biªn ®é dßng tõ ho¸ Sba : c«ng suÊt biÕn ¸p I2 : dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p +) TÝnh gi¸ trÞ nhá nhÊt Cmin =

2W C* U 22max

+) Ph¹m vi ®iÒu chØnh gi¸ trÞ ®iÖn trë pha U 2 max α U α .Rmin ≤ R ≤ 2 max .Rmax U µ max I µm0

Th«ng thêng qua tÝnh to¸n vµ kinh nghiÖm ngêi ta thêng chän R = 80(Ω) C = 0,25(µF) *) B¶o vÖ c¸c sung ¸p trªn van BiÖn ph¸p b¶o vÖ th«ng dông nhÊt hiÖn nay lµ dïng m¹ch RC m¾c song song víi van vµ cµng gÇn van cµng tèt ®Ó x©y dùng d©y ng¾n tèi ®a. Thùc chÊt chØ cÇn tô C song v× van sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn phãng cña tô qua van lµm nãng thªm cho van nªn cÇn dïng mét ®iÖn trë R nh»m h¹n chÕ dßng nµy trong ph¹m vi

29

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

10 ÷ 50A. Tuy nhiªn cã thÓ dïng ph¬ng ph¸p ®å thÞ tÝnh gÇn ®óng. +) TÝnh hÖ sè qu¸ ¸p trªn van

:

K=

U ngcp U ntt

Trong ®ã : Ungcp: ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt thêng xuyªn ®Æt lªn van Untt : ®iÖn ¸p ngîc thùc tÕ lín nhÊt - Tra b¶ng vµ ®å thÞ: X¸c ®Þnh C*, R*, R*max theo k +) TÝnh tèi ®a gi¶m dßng lín nhÊt khi van kho¸ -

di (max) = 2π . f Y .I y max dt

Trong ®ã: fy: tÇn sè chuyÓn m¹ch cña van Iymax: gi¸ trÞ dßng ®iÖn lín nhÊt qua van tríc khi kho¸. +) TÝnh c¸c trÞ sè: 2Q

* Cmin = U .C min ngtt

U ng .L'

Rmin

* 2Q ≤ R' ≤ Rmax

U ng L' 2Q

+) KiÓm tra tèc ®é t¨ng ¸p thuËn qua van du/dt

du U max = .R f dt 2

víi Rf

®iÖn trë t¶i NÕu gi¸ trÞ nµy vît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp cña van th× l¹i tÝnh l¹i nh ®Çu. +) TÝnh c«ng suÊt ®iÖn trë Theo thùc nghiÖm ®îc tÝnh gÇn ®óng: PR = fy. C. U2ymax Trªn ®©y lµ toµn bé c«ng viÖc tÝnh to¸n cña m¹ch ®éng lùc. HÇu nh ®îc dùa trªn kinh nghiÖm thùc tÕ cña c¸c thÇy c« gi¸o. V× vËy cã mét sè kÕt qu¶ thùc tÕ ®îc c«ng nhËn.

30

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

31

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc Chương 4 :

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Sau khi thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc ta nhËn thÊy cÇn cã mét hÖ thèng ®óng ®Ó ®iÒu khiÓn m¹ch lùc nãi trªn. M¹ch ®iÒu khiÓn nµy ph¶i ®¸p øng ®îc nhu cÇu cÇnthùc hiÖn cña m¹ch ®iÒu khiÓn. Cã hai hÖ ®iÒu khiÓn c¬ b¶n lµ hÖ ®ång bé vµ hÖ kh«ng ®ång bé - HÖ ®ång bé: Trong hÖ nµy gãc ®iÒu khiÓn më, van α lu«n ®îc x¸c ®Þnh xuÊt ph¸t tõ mét thêi ®iÓm cè ®Þnh cña ®iÖn ¸p m¹ch lùc. V× vËy trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i cã mét kh©u thùc hiÖn nhiÖm vô nµy gäi lµ kh©u ®ång bé ®Ó ®¶m b¶o m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo nhÞp cña ®iÖn ¸p lùc. - HÖ kh«ng ®ång bé: Trong hÖ nµy α kh«ng x¸c ®Þnh theo ®iÖn ¸p lùc mµ ®îc tÝnh dùa vµo tr¹ng th¸i cña t¶i chØnh lu vµ gãc ®iÒu khiÓn cña lÇn ph¸t xung më van ngay tríc ®ã. Do ®ã m¹ch ®iÒu khiÓn lo¹i nµy kh«ng cÇn kh©u ®iÒu khiÓn ®ång bé. Tuy nhiªn ®Ó bé chØnh lu ho¹t ®éng b×nh thêng b¾t buéc ph¶i thùc hiÖn ®iÒu khiÓn theo m¹ch vßng kÝn. HiÖn nay ®¹i ®a sè c¸c m¹ch chØnh lu ®iÒu khiÓn thùc hiÖn theo s¬ ®å ®ång bé v× kh©u ®ång bé cã u ®iÓm ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ dÔ thùc hiÖn. I. CÂÚ TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1. Cấu trúc điều khiển ngang. a. S¬ ®å

§B 1

DF

TX

2

3

K§X 4

U®k 32

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc 5

Trong ®ã:

1 - Kh©u ®ång bé 2 - Kh©u dÞch pha 3 - Kh©u t¹o xung 4 - Kh©u khuyÕch ®¹i xung 5 - Kh©u t¹o U®k

a. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn ngang. Kh©u ®ång bé thêng t¹o ra ®iÖn ¸p h×nh sin cã gãc lÖch pha cè ®Þnh so víi ®iÖn ¸p lùc. Kh©u dÞch pha cã nhiÖm vô thay ®æi gãc pha cña ®iÖn ¸p theo t¸c ®éng cña ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. Xung ®iÒu khiÓn ®îc t¹o ra ë kh©u t¹o xung (TX) vµo thêi ®iÓm khi ®iÖn ¸p dÞch pha UDF qua ®iÓm O. Xung nµy nhê kh©u khuyÕch ®¹i xung K§X ®îc t¨ng ®ñ c«ng suÊt göi tíi cùc ®iÒu khiÓn cña van. Nh vËy gãc α hay thêi ®iÓm ph¸t xung më van thay ®æi ®îc nhê sù t¸c ®éng cña U®k lµm ®iÖn ¸p UDF di chuyÓn theo chiÒu ngang cña trôc thêi gian. 2 .Cấu trúc điều khiển dọc. a. S¬ ®å cÊu tróc

§B

Utù¹

1

SS+TX

2

3 U®k

Trong ®ã:

K§X 4

5

1 - Kh©u ®ång bé 2 - Kh©u t¹o Utùa 3 - Kh©u t¹o xung vµ so s¸nh 4 - Kh©u khuyÕch ®¹i xung 5 - Kh©u t¹o U®k

b. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn U®ãng kh©u ®ång bé thêng t¹o ra ®iÖn ¸p h×nh sin cã gãc

33

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

lÖch pha cè ®Þnh so víi ®iÖn ¸p lùc. Kh©u t¹o UT t¹o ra ®iÖn ¸p tùa cã d¹ng cè ®Þnh theo chu kú do nhÞp ®ång bé cña U§B . Kh©u so s¸nh x¸c ®Þnh ®iÓm c©n b»ng cña hai ®iÖn ¸p U T vµ U§K ®Ó ph¸t ®éng kh©u t¹o xung TX. Nh vËy trong nguyªn t¾c nµy thêi ®iÓm ph¸t xung më van hay gãc ®iÒu khiÓn thay ®æi do sù thay ®æi trÞ sè cña U§K . Theo ®å thÞ ®ã lµ sù di chuyÓn däc trôc biªn ®é. 3. Chức năng điều khiển. - Ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c van lùc theo ®óng pha vµ gãc ®iÒu khiÓn α cÇn thiÕt. - §¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc αmax + αmin t¬ng øng víi ®iÖn ¸p ra cña t¶i m¹ch lùc. - Cho phÐp bé chØnh lu lµm viÖc b×nh thêng víi c¸c chÕ ®é kh¸c nhau do t¶i yªu cÇu nh chÕ ®é khëi ®éng, chÕ ®é nghÞch lu, chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc. - Cã ®é ®èi xøng xung ®iÒu khiÓn tèt, kh«ng vît qu¸ 10 ÷ 30 ®iÖn tøc lµ gãc ®iÒu khiÓn víi mäi van kh«ng ®îc lÖch qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp. - §¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ tin cËy khi líi ®iÖn xoay chiÒu giao ®éng c¶ vÒ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµ tÇn sè. - Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«ng nghiÖp tèt. - §é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh, díi 1ms. - Thùc hiÖn c¸c yªu cÇu vÒ b¶o vÖ bé chØnh lu tõ h¸ ®iÒu khiÓn nÕu cÇn nªn ng¾t xung ®iÒu khiÓn khi sù cè, th«ng b¸o c¸c hiÖn tîng kh«ng b×nh thêng cña líi ®iÖn vµ b¶n th©n bé chØnh lu. - §¶m b¶o xung ®iÒu khiÓn ph¸t tíi c¸c van lùc ®Ó më ch¾c ch¾n van, ph¶i tho¶ m·n yªu cÇu: + §ñ c«ng suÊt + Cã sên xung ®èi xøng ®Ó më van chÝnh x¸c vao thêi

34

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

®iÓm quy ®Þnh, thêng tèc ®é t¨ng ¸p ®iÒu khiÓn ph¶i ®¹t 10V/µ s tèc ®é t¨ng ®iÒu khiÓn. + §é réng xung ®iÒu khiÓn ®ñ cho dßng qua van kÞp vît trÞ sè dßng ®iÖn duy tr× Idt cña nã ®Ó khi ng¾t van vÉn gi÷ ®îc trµng th¸i dÉn. + Cã d¹ng phï hîp víi s¬ ®å chØnh lu vµ tÝnh chÊt t¶i. II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. Trong qu¸ tr×nh t×m hiÓu nguyªn t¾c diÒu khiÓn cña ®«ng c¬ ®iÑn ta ®· x©y dùng ®îc s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nh trang bªn .

35

S¥ §å M¹CH §IÒU KHIÓN

1.Nguyên lý hoạt động : TÝn hiÖu xoay chiÒu sau khi ®i qua biÕn ¸p nguån ®îc chØnh lu bëi 2 §ièt §1 vµ §2. §iÖn sau chØnh lu so s¸nh víi ®iÖn ¸p chuÈn U0 ®Ó t¹o tÝn hiÖu ®ång bé trïng víi thêi ®iÓm diÖn ¸p líi ®i qua ®iÓm 0 . Khi tÝn hiÖu ®ång bé ©m tô C ®îc n¹p vµ ngîc lai khi tÝn hiÖu ®ång bé d¬ng tô C phãng . Nh vËy ë ®Çu ra cña IC sÏ cã tÝn hiÖu r¨ng ca .Sau ®ã tÝn hiÖu r¨ng ca ®îc so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (LÊy tõ kh©u ph¶n håi tèc ®é ) b»ng khuÕch ®¹i thuËt to¸n . Bé OA7 lµ mét ®a hµi ®îi dao ®éng t¹o xung chïm cã tÇn sè cao víi môc ®Ých gi¶m kÝch thø¬c cña m¸y biÕn ¸p xung .TÝn hiÖu cao tÇn trén víi tÝn hiÖu sau khi so s¸nh råi tiÕp tôc ®îc trén víi tÝn hiÖu ph©n phèi nh»m tao ra tÝn hiªu cho tõng Thyristo riªng biÖt .Nh÷ng tÝn hiÖu nµy ®ùoc khuÕch ®¹i vµ th«ng qua biÕn ¸p xung ®a trùc tiÕp lªn cùc ®iÒu khiÓn cña Thyristo . Do yªu cÇu cña ®Ò bµi lµ dïng s¬ ®å cÇu 3 pha nªn cÇn thiÕt kÕ 3 kªnh t¬ng tù nhau cho c¸c pha A , B , C .

2.Dạng điện áp mạch điều khiển

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng u1

NguyÔn ngäc

0

θ

u2 0

u0

θ

u3 0

θ

u4 0

u®k

θ

u5 0

θ

u6 0

θ

u7 0

θ

u8 0

θ

u9 0

θ

38

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt Th¨ng

NguyÔn ngäc

III.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. 1. Tính toán khâu đồng pha. a. Nguyªn lý ho¹t ®éng

u1 0

θ

u2 u0

0

θ

u3 0

θ

§iÖn ¸p xoay chiÒu 220v ®îc ®a qua m¹ch chØnh lu mét pha hai nöa chu kú. Nöa chu kú ®Çu U2 >0 vµ U2' ⇒ §1 dÉn. Nöa chu ký sau U2