ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Lời nói đầu
***
Điện tửcông suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh
kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độchuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng.
Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước ta các thiết bị bán
dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh vực sinh hoạt.
Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu…..
đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và
điện tử công suất nói riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công
nghiệp này..
Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp
mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những
kiến thức về điện tửcông suất. Đồ án môn học “Thiết kế hệ truyền động cầu ba phađộng cơ điện một chiều theo phương pháp arcos” giúp em có điều kiện nghiên cưu sâu
hơn về chủ đề này. Đồ án gồm có 5 chương:
Chương 1:Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và phương pháp
điều chỉnh tốc độ.
Chương 2:Tổng quan về bộ chỉnh lưu thyristor cầu ba pha. Thiết kế sơ đồ nguyên lý
hệ thống chỉnh lưu- đông cơ điện một chiều( hệ T-D) kích từ độc lập.
Chương 3:Tính chọn mạch động lực.
Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý arcos, hệ thống mạch bảo vệ.
Chương 5: kết luận và tài liệu tham khảo.
Với sự hướng dẫn rất nhiệt tình của cô giáo Trương Thị Bích Thanh và các thầy cô
trong bộ môn, em đã hoàn thành đồ án của mình cùng sự học hỏi và mở mang kiến
thức.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành
nhiệm vụ của mình!
Đà nẵng, ngày 13 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Kỳ Thịnh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
1
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.
I. Tổng quan về động cơ một chiều.
1. Cấu tạo: thành phần chính của động cơ điện một chiều gồm có stator, rotor.
a) Stator (phần cảm ) .
Stator hay phần cảm là thành phần đứng yên được hình thành từ các lá thép kĩ thuật, cực từ,
dây quấn. Hình dạng của phần cảm trình bày trong hình vẽ 1.1
Hình 1.1 Stator của máy điện một chiều.
Stator gồm có các bộ phận chính như sau:
- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi thép và dây quấn kích từ lồng
ngoài lõi thép cực từ .Cực từ chính làm bằng lá thép kĩ thuật điện ép lại tán chặt.
- Cực từ phụ:cục từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi
chiều.lõi thép cực từ phụ thường làm bằng thép khối,trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn.
- Gông từ: dung làm mạch từ, nối liền các cực từ đòng thời dung làm vỏ máy.
- Các bộ phận khác: nắp máy, chổi than.
b) Phần quay(rotor):
- Rotor hay phần ứng của động cơ, gồm có lõi
thép, dây quấn phần ứng,cổ góp, trục máy…
- Lõi thép phần ứng dung để dẫn từ, có dạng
hình trụ thường được làm bằng các lá thép kĩ
thuật điện, 2 mặt có phủ 2 lớp cách điện ghép
lại,được dập lỗ để gắn rotor với trục,măỵ ngoài
được dập các rảnh để đặt dây quấn.
- Dây quấn phần ứng là thành phần sinh ra sđđ
và có dòng điện chạy qua, thường làm bằng dây
đồng bọc
cách điện gồm nhiều phần tử
Hình vẽ 1.2: cấu tạo của Roto máy điện một
chiều
mắc nối tiếp với nhau, đặt trong rảnh của phần ứng tạo thành vòng kín
-Cổ góp (vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
2
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2. Phân loại máy động cơ một chiều: Tùy theo cách kích từ của cực từ chính, ta phân
loại động cơ như sau:
1) Động cơ một chiều kích từ độc lập: mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về mạch
điện với mạch kích từ.
2) Động cơ một chiều kích từ song song: mạch kích từ nối song song với mạch phần ứng.
3) Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: mạch kích từ nối tiếp với mạch phần ứng.
4) Động cơ một chiều kích từ hổn hợp: vừa kích từ song vừa kích từ nối tiếp.
3. Nguyên lý làm việc động một chiều:
- Đầu tiên, cấp nguồn áp một chiều vào dây quấn phần cảm để tạo ra từ trường
kích từ ϕkt.
- Đồng thời cấp nguồn áp một chiều vào hai đầu phần ứng để tạo dòng điện I ư
qua các thanh dẫn trên phần ứng.
- Các thanh dẫn phần ứng mang dòng điện I ư và đặt trong từ trường kích từ sẽ
chịu tác động của lực điện từ F (hình H1.3a) tạo thành momen làm quay phần ứng.
- Cổ gốp bằng cách đảo chiều dòng điện đã đảm bảo cho Roto quay theo một
chiều không đổi .
- Khi phần ứng quay, các thanh dẫn trên phần ứng cùng di chuyển cắt đường sức
từ trường phần cảm nên trên các thanh dẫn hình thành các sđđ e.
Hình 1.3 nguyên lí hoạt động của động cơ một chiều
- Giá trị sđđ e được xác định theo biểu thức: e = Blv.
Trong đó : B ( T ) : từ cảm nơi thanh dẫn quét.
l(m) : chiều dài dây dẫn nằm trong từ trường.
v(m/s): tốc độ dài của thanh dẫn.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
3
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
II. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : là một dạng đặc biệt của động cơ
điện một chiều, khi mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về điện với mạch kích từ.
Nếu máy có công suất nhỏ, thì cực từ chính thường làm bằng nam châm vĩnh cửu, còn
máy có công suất lớn cần có nguồn kích từ riêng để điều chỉnh tốc độ trong phạm vi
rộng.
Hình vẽ 1.4: sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.
1. Đặc tính cơ :
Phương trình cân bằng điện áp:
Uư= Eư+ (Rư+ Rt)Iư
(1)
Trong đó: Uư: điện áp phần ứng
Eư : sức điện động phần ứng
Rư: điện trở của mạch phần ứng
Rt : điện trở phụ trong mạch phần ứng
Iư: dòng điện mạch phần ứng
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 động cơ được xác định theo biểu thức:
Eư=
pN
k (2)
2a
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 cuộn dây phần ứng
Φ: từ thông kích từ dưới một cực từ
ω: tốc độ góc rad/s
k=
pN
hệ số phụ thuộc tỉ lệ cấu tạo của động cơ.
2a
Trường hợp tốc độ góc được tính bằng n vòng/phút : Eư=kcΦn
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
(kc=0.105k) .
4
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Từ phương trình
(1) và (2)
ta có :
Ru R f
Uu
I u .(phương trình đặc tính cơ điện )
k
k
Mặt khác mômen điện từ Mdt của động cơ tỉ lệv ới từ thông và dòng điện phần ứng
được xác định bởi: Mđt= KΦIư .
Suy ra :
Ta lại có :
M dt
.
k
R Rf
U
u u
M dt .
2
k
(k)
Iư =
Trong trường hợp nếu tổn hao là nhỏ và ta bỏ qua nó thì có thể nói : Mdt=Mcơ=M.
Và ta có dạng mới của phương trình trên :
Ru R f
Uu
M dt .
2
k
(k)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
Nếu bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng , từ thông của động cơ Φ = const thì
các phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thị của
chúng được biểu diễn trên hình là những đường thẳng.
a)
b)
Hình vẽ 1.5 : a) đồ thị đặc tính cơ điện
b) đồ thị đặc tính cơ
Uu
.
k
Ta có thể viết lại là: o .
R
R
Iu
M dt hoặc
Gọi R=Rư+Rf ta có
2
k
k
- Từ đồ thị ta có khi Iư và M bằng không thì : o
Δω được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M (hay I)
- Độ cứng của đặc tính cơ :
k .
dM
d
Ru R f
2
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
5
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
2.Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ:
Dựa vào phương trình đặc tính cơ :
Ru R f
Uu
M dt .
2
k
(k)
Ta thấy có ba đặc tính ảnh hưởng đến đặc tính cơ là Uư điện áp phần ứng, Φ từ thông
động cơ và điện trở phần ứng.
a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:
Giả thiết Uư = Uđm= const và Φ= Φđm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần
ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng.
Ta có : o
U dm
const .
k dm
2
k dm
Độ cứng đặc tính cơ :
Ru R f
Khi Rf=0 ta có TN
k dm 2 có giá trị lớn nhất,
Ru
gọi là đặc tính cơ tự nhiên.
Dể thấy với Rf càng lớn thì độ cứng càng
giảm(như đồ thị).
Ứng với một phụ M c , Rf tăng thì tốc độ giảm Hình vẽ 1.6: đồ thị đặc tính cơ khi thayđôi điện trở
đồng thời điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm
b) Ảnh hưởng của từ thông động cơ:
Giả thiết điện áp phần ứng Uư= Uđm=const , không nối thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng,tức Rư= const. Thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ sẽ làm thay đổi từ thông
.
U dm
var
k
k 2 var
Độ cứng:
Ru R f
Ta có : o
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì ωx tăng còn β sẽ giảm. Ta có đồ thị đặc tính cơ với ωx tăng và độ cứng
của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.
a)
b)
Hình vẽ 1.7 a) đặc tính cơ điện khi giảm từ thông .
b) đặc tính cơ khi giảm từ thông.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
6
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
c) Ảnh hưởng của điện áp:
Giả thiết từ thông Φ = Φdm=const, điện trở phần ứng Rư= const. Khi thay đổi
điện áp theo hướng giảm so với Udm.
ta có: tốc độ không tải : o
U
var .
k dm
2
k dm
Độ cứng đặc tính cơ :
Ru R f
const
Như vậy họ đặc tính cơ là những đường tuyến tính
song song như hình 1.8:
Hình vẽ 1.8: đồ thị đặc tính cơ khi thay dổi Uư .
3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập:
- Động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm so với các động cơ khác, không
những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển
đơn giản.
- Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện có 3 phương pháp:
+Điều chỉnh điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng .
+Điều chỉnh từ thông động.
+Điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
a) phương pháp điều chỉnh bằng cách điều chỉnh điện trở phụ mắc
thêm vào phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ :
Ru R f
Uu
M dt
2
k
(k)
hay: o
Dể tháy thấy rằng khi thay đổi Ruf thì ω0= const còn Δω thay đổi , vì vậy ta
sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh có cùng ω0 và dốc dần khi Ruf càng
lớn với tải như nhau thì tốc độ càng thấp:
Hình vẽ 1.9: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi Rf
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi Rf
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
7
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Như vậy: 0ω1>ω2>…, nhưng nếu ta tăng Rưf đến một giá trị
nào đó thì sẽ làm cho M ≤Mc và như thế động cơ sẽ không quay được và động cơ làm
việc ở chế độ ngắn mạch, ω=0.Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf thì tốc độ vẫn bằng 0,
nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa.
* Nhận xét: Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời Inmvà Mnm
cũng giảm. Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi khởi
động.
- Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện nhất.
- Nhược điểm : + Độcứng đặc tính cơ thấp.
+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn .
+ Phạm vi điều chỉnh hẹp.
b) phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông động:
Từ phương trình đặc tính cơ :
Ru R f
Uu
M dt
2
k
(k)
hay: o
Ta thấy rằng khi thay đổi Φ thì ωo và Δω đều thay đổi , vì vậy ta sẽ được đặc tính
điều chỉnh dốc dần ( độ cứng β càng giảm) và cao hơn các đường đặc tính cơ tự nhiên
khi Φ càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông.
Hình vẽ 1.10: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Φ.
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Φ.
Nhưvậy : Φđm > Φ1>Φ2>… thì ωđm < ω1< ω2<…, nhưng nếu giảm Φ quá nhỏ thì có
thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép , hoặc làm cho điều kiện chuyển
mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao , hoặc để đảm bảo chuyển mạch bình thường
thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên trục động
cơ giảm nhanh, dẫn đển động cơ bị quá tải.
*Nhận xét: - Ưu điểm : Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thât năng lượng nhỏ.
- Nhược điểm :+Dải điều chỉnh không rộng.
+ Tốc độ nhỏ nhất bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (φ=φđm) .
+ Tốc độ lớn nhất ωmax bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch
của động cơ.
Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8.
Nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công
nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên.
c) phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng :
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
8
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Từ phương trình đặc tính cơ :
Ru R f
Uu
M dt
2
k
(k)
hay: o
Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì ωo thay đổi còn Δω=const nên β không đổi, vì vậy
ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau.Với một giá trị Mc thì
U tăng thì ω tăng tuyến tính theo. Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộ nguồn một
chiều thay đổi được điện áp ra , thường dùng các bộ biến đổi.
Hình vẽ 1.11: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Uư.
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Uư.
Các bộ biến đổi có thể là bộ biến đổi dùng máy phát một chiều, bộ biến đổi từ
(mạch khuyếch đại từ), bộ biến đổi điện tử bán dẫn (các bộ chỉnh lưu có điều
khiển,các bộ băm điện áp. . .).
Nhận xét : - Ưu điểm : + không gây tổn hao phụ trong động cơ
+ dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1
+ độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh
+ dễ tự động hóa
- Nhược điểm : + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi
trơn điện áp ra.
+ điều khiển phức tạp hơn.
e) sơ lược về phương pháp được chọn : phương
pháp điều khiển động cơ một chiều bằng bộ chỉnh
lưu Thyristor hệ T-Đ. Bộ chỉnh lưu thyristor là một
loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp biến đổi
dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Việc điều
chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến đổi được thực hiện
bằng cách điều chỉnh góc mở α của Thyristor.
Ud một chiều được đặc lên phần ứng của động
Hình vẽ 1.12: sơ đồ nguyên lí hệ truyền đông T-Đ.
cơ Ud=Uư.
Phương trình đặc tính cơ trở thành :
Ru R f
Ud
M dt
2
k
(k)
Phương pháp này mang tất cả các ưu điểm của việc điều khiển động
cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, cộng với đó là tính ưu việc
của bộ chỉnh lưu như rất gọn nhẹ, không tổn hao nhiều công suất.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như hiện nay thì phương pháp này
càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong các lĩnh vực khác.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
9
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THYRISTOR, CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU
KHIỂN HOÀN TOÀN VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH
LƯU- ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU(HỆ T-D) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP :
I.THYRISTOR: là linh kiện điện tử công suất có điều khiển cơ bản nhất, được sử
dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật.
1. Cấu tạo: gồm 4 lớp bán dẫn liên tiếp, tạo thành 3 lớp chuyển tiếp p-n.
Thyristor gồm ba cực : anot (A), catot(K), cực điều khiển(G)- như hình vẽ 2.1
* Kí hiệu :
Hình vẽ 2.2: cấu tạo Thyristor.
2. Nguyên lý hoạt động
a) Sự phân cực :
- phân cực ngược : khi UAK < 0
thyristor làm việc như một diốt bị
phân cực ngược và chỉ cho dòng điện
rò đi qua. Ở giá trị điện áp ngược lớn
từ 100V đến 3000V, tùy theo loại
Thyristor, năng lượng điện tử thiểu
số đủ sức ngay ra hiệu ứng thác làm
dòng điện tăng đột ngột, thyristor bị
đánh thủng.
Hình 2.1: kí hiệu thyristor.
Hình vẽ 2.3: đặc tính vôn-ampe.
-Phân cực thuận : UAK>0 . Ban đầu, Thyristor không dẫn vì có một lớp PN bị phân cực
ngược. Nhưng nếu bị mồi bởi điện áp thuận lớn hoặc một xung dương vào ngõ G thì
Thyristor trở nên dẫn điện như một diot phân cực thuận. Để giải thích cho hoạt động của
thyristor ta xem thyristor gồm hai tranzitor mà bagơ của tranzitor này nối với colector của
tranzito kia- như hình 2.4.
Hình vẽ 2.4:sơ đồ tương đương của thyrisror.
+ tăng điện áp thuận: khi tăng điện áp thuận, điện áp tren các lớp PN tăng lên khi năng
lượng đủ lớn tạo nên sự va chạm dây chuyền làm cho thyristor trỡ nên dẫn điện. Trị số
VB được gọi là điện áp mở.
+ mồi xung vào cực điều khiển G: Nếu đưa vào cực G một xung thì Thyristor sẽ được
mồi với điện áp thuận thấp hơn. Như sơ đồ hình 2.4, Ig làm chi T2 mở làm tăng dòng Ic2,
cũng là dòng điều khiển Ib1 của T1 , làm T1 mở, Ic1 tăng lại làm cho Ib2 tăng nên nhanh
chóng cả T1 T2 bảo hòa . Tồn tại tại giá IH mà nếu IA0 tức là khi
6
7
và nếu t kích xung dương vào cực G thì
6
V1 sẽ đóng. V1 đóng thì UV1=0 => uV3=u3-u1<0 nên v3 bị ngắt.
Xét tương tự với nhóm K.
b) Góc kích: Gọi θ là vị trí kích xung và góc α được cho bởi công thức :
6
6
.
được gọi là góc đóng tự nhiên do mạch quyết định nhắm đảm bảo UAK của
thyristor lớn hơn không. Góc α được gọi là góc mở hay góc điều khiển, có độ lớn tính từ
khi xuất hiện điện áp khóa trên Thyristor đang xét cho đến khi kích mở nó.
6
7
nên α=(0,π).
6
c)Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
1
3 3
U d ( ) U dA U dK
U Cos .
2 d
m
6
U
3 6
U 2 .Cos với U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp pha U 2 m .
2
U d ( )
U d ( )
2
6
α=(0,π). nên
3 6
U 2 U d ( )
3 6
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
U2.
11
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
d) Các tham số quan trọng khác :
Id
.
3
- Điện áp ngược lớn nhất lên van phải chịu: U nguônmax 6U 2 .
- Trị số trung bình của điện áp qua van : I v
- Công suất tính toán máy biến áp: Sb.áp=1,05Pd
3. Khảo sát dạng sóng điện áp theo các góc α khác nhau :
a)góc
Giá trị U
6
3 6
d( )
6
b) góc
Giá trị U
: đồ thị udA , UdK và Ud.
3
3 6
d( )
3
c) góc
2
6
9 2
U2 .
2
: đồ thị UdA,UdKvà Ud.
U 2 .Cos
U 2 .Cos
3
3 6
U2 .
2
: đồ thị UdA,UdKvà Ud.
Giá trị U
d( )
2
3 6
U 2 .Cos
2
0V .
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
12
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
4. Hiện tượng trùng dẫn:
a) Định nghĩa :là hiện tượng các nhánh chứa thyristor cùng dẫn điện.
b) Nguyên nhân: Trên thực tế quá trình làm việc nguồn có cảm kháng nên làm cho
dòng điện qua các thyristor không thể thay đổi đột ngột. Vì vậy sự chuyển mcachj giưa
các thyristor không diển ra tức thời mà kéo dài một khoảng thời gian, hình thành trạng
thái cùng dẫn điện.
Hình 2.8 : sơ đồ,dạng sóng biểu diển hiện tượng trùng dẫn.
c) Hệ quả :
-Làm giảm áp tải. U dx U doCos
6..Lb
.I d
-Làm hạn chế góc điều khiển(αmax=π-γ-μ) làm giảm phạm vi điều khiển.
-Làm biến dạng áp ra.
5. Hiện tượng sóng hài:
Sóng hài của dòng điện qua nguồn, ví dụ qua pha 1.
i1=iv1-iv4
Trị hiệu dụng qua nguồn được xác định bởi công thức :
1
I
2
2
i
1
0
2
d
2
I d ( với giả thuyết không đổi chiều).
3
Phân tích Fourier dòng điện ta có :
I d t
2 3
1
1
Sint Sin5t Sin 7t....
5
7
Dòng điện qua nguồn ngoài thành phân cơ bản luôn có thành phần song hài
bậc cao 6k 1 ,k=1,2,3 :
Hiện tượng song hài của dòng điện gây nhiều bấc lợi cho hệ thống điện lưới nên ta
phải khử bỏ.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
13
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU- ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
(HỆ T- Đ ) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:
1. Sơ đồ nguyên lý :
Hình 2.10: sơ đồ nguyên lý đầy đủ hệ truyền động T- Đ.
2. Sơ lược về mạch động lực: gồm có 3 thành phần chính: máy biến áp, bộ nguồn
chỉnh lưu thyristor, bộ lọc điện áp ra.
a) Máy biến áp:
- nhiệm vụ :
+ Cung cấp điện áp nguồn có độ lớn phù hợp với yêu cầu của tải.
+ Cách ly áp nguồn của bộ chỉnh lưu với lưới điện. Do đó, tải có thể chạy ngắn mạch
trong một thời gian ngắn.
+ Tác dụng lọc song hài bậc cao.
+ Tạo cảm kháng chuyển mạch, do đó hạn chế biến dạng gây ra trong quá trình chuyển
mạch…
b) bộ nguồn chỉnh lưu thyristor:
- là bộ phân quan trọng nhất của mạch động lực, đóng vai trò biến đổi dòng điện xoay
chiều thành một chiều đặc lên phần ứng của động cơ. Ta có thể điều chỉnh giá trị điện áp
ra qua đó điều chỉnh để dàng tốc độ.
- Phương trình đặc tính cơ trở thành :
Ru R f
Ud
M dt
2
k
(k)
với U d ( )
3 6
3 6
U 2 .Cos
U 2 .Cos
k
Ru R f
(k)
2
M dt
- Dể thấy khi thay đổi góc kích α thì tốc độ ω cũng thay đôi theo.
c) bộ lọc: Nhiệm vụ lọc bớt các thành phần xoay chiều nâng cao chất lượng áp ra đảm
bảo yêu cầu của tải.
d) Bộ điều khiển:nhận tín hiệu điều khiển và tín hiệu đồng bộ, tạo xung kích mở
thyristor với góc kích α xác định.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
14
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC.
1.Mô tả khái quát số liệu ban đầu và yêu cầu của tải:
a) Số liệu ban đầu của tải.
- Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- Pđm=2,2kW
- Uđm=220V
- nđm=1500vòng /phút
- Iđm=12.85A
- Rư=0,187Ω
- Rkt=133Ω
-Wkt=1800
- J=0,56kgm2
b)Số liệu ban đầu của nguồn điện lưới ba pha: 220/380V 50Hz.
c) Các hằng số của cơ bản :
Bảng 01.
Của phần tính toán chọn thyristor
Hệ số điện áp tải:ku
Hệ số hiệu dụng dòng điện:khd
3 6
Hệ số điện áp ngược:kn
Hệ số dự trử điện áp:kudt
2,34
6 2.45
Hệ số dự trử dòng điện
1
0,58
3
1,2
1,8
2. Tính toán thiết kế mạch động lực
a) Tính chọn van động lực:
Hai thông số quan trọng để khi chọn van là điện áp ngược và dòng điện.
- Điện áp làm việc tối đa của van:
Ulv=kn.U2=kn.
Ud
220
2,45.
230V
ku
2.34
cộng với giá trị dự trử : Unv=kn.Ulv=1,8.230=414V.
-Tính dòng điện van:
Ihd=khd.Id=0,58.12,85=7,453A
cộng với giá trị dự trử Iđm=1,2.7,453=8,9A
- Thyristor được chọn: BTW42-600RC
bảng giá trị :
Kí hiệu Un
Iđm Ipik
Ig
Ug
Ih
Ir
Max Max Max
Max Max Max Max
(V) (A) (A)
(A) (V) (A) (A)
BTW42- 600 10
150
50m 1,5 75m 3m
600RC
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
ΔU dU
tcm
Max dt
(s)
(V/s)
(V)
2
1000 35μ
Tmax
Max
(oC)
125
15
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
b) Tính chọn máy biến áp:
Chọn máy biến áp nối Δ/Y làm mát bằng không khí.
Các thông số cơ bản :
- 1. Công suất biểu kiến :
S=ks.UđmIđm=1,05.220.12.85=2968 (VA)
ks =1,05 là hệ số công suất máy biến áp với bộ chỉnh lưu cầu ba pha.
-2. Điện áp sơ cấp máy biến áp :
bằng điện áp lưới : U1=Udây=380V.
-3.Điện áp thứ cấp máy biến áp:
- điện áp chỉnh lưu khi có tải;
Udo.Cos αmin =Ud+2.ΔUv+ΔUba+ΔUdn.
Trong đó :
Ud- điện áp chỉnh lưu.
ΔUv-diện áp sụt áp trên các van.
ΔUba-sut áp trên biến áp khi có tải. chọn sơ bộ Uba=6%Ud=13,2V
ΔUdn-sụt áp trên dây nối. nhỏ coi như bằng không.
αmin=100. góc dự trử .
=> Udo=(220+2*2+13,2+0)/Cos10=240V.
Điện áp phần thứ cấp U2=
Ud
241
=
103V
k u 2,34
2
2
Id
.12,85 10,5 A
3
3
U
103
-5 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp :I1= 2 I 2
.10,5 2,89 A
U1
380
-4 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp: I2=
Tính chọn sơ bộ mạch từ:
-6 Tiết diện của bộ trụ máy biến áp:
ta có QFe=KQ.
Sba
2968
6.
26,54
m. f
3.50
Trong đó : KQ là hằng số phụ thuộc làm mác có giá trị KQ=6.
Sba công suất biểu kiến máy biến áp :
f : tần số ngồn xoay chiều :50Hz
m số trụ chọn m=3.
Do máy biến áp có công suất <10kVA nên chon trụ có thiết diện hình chử nhật .
QFe=a.b=5.5,34 với : a: là chiều rộng
b là chiều dày.
-8 Chọn loại thép
các lá thép có độ dày tiêu chuẩn d = 0.35 mm
Chọn mật đọi từ cảm Bt =1,5T
h
a
-9 Chọn tỉ số m = 2,3 suy ra h = 2,3.a = 2,3. 5 =11,5 cm
Ta chọn chiều cao của trụ là 12 cm
Tính toán dây quấn:
-10 Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp
W1 =
U1
380
430 vòng
4,44 f .Qfe.Br 4,44.50.26,54.10 4.1,5
-11 Số vòng dây mỗi pha dây quấn thứ cấp máy biến áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
16
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
W2 =
U2
103
.W 1
.430 116 vòng
U1
380
-12 Tính chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô chọn J1=J2 =2,7 A/mm2.
-13 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
S1
I 1 2,89
1,07(mm 2 )
J1
2,7
Chọn dây dẫn hình tròn, cách điện cấp B.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn :S1=1,131(mm2) d=1,2mm
2
S1= 2.π=
.3,1415 (mm2)
-14 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
J1
I 1 2,89
2,55( A / mm 2 )
S1 1,131
-15 Tiết diện dây quấn thứ cấp của máy biến áp.
I 2 10,5
3,89(mm 2 )
J 21 2,7
S2
Chọn dây dẫn hình chử nhật, cách điện cấp độ B
Chuẩn hóa tiết diện S2=3,89mm2.
S2=a2.b2=1,23.3,28 (mm)2.
-16 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
I 21 10,5
2,699( A / mm2 ) .
S 2 3,89
J2
Kết cấu dây quấn sơ cấp:
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm theo chiều dọc trục
-17 Tính sơ bộ số vòng day trên một lớp của cuộn sơ cấp:
W11
h 2hg
d
kc
12 2.0,5
.0,95 87 (vòng)
0,12
kclà hệ số ép chặc chọn kc=95%.
-18 Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n111
W1 430
4,94 (lớp)
W11 87
-19 Chọn số lớp n22=5 Như vậy có 430 vòng chia thành 5 lớp mỗi lớp 86.
-20 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: h1
W1.b 86.0,12
9,9(cm) cm
KC
0,95
-21 Chọn bề dầy giữa hai lớp dây quấn ở cuộn sơ cấp: cd22=0,01mm
-22 Bề dầy cuộn sơ cấp : Bd2=(d+cd22).n11=( 0.12+0,001).5=0,61 cm
-23 Chọn vật liệu cách điện giữu cuộn dây và trụ có độ dầy: cd 01=0,1cm
-24 Kích thước thiết diện cuộn sơ cấp :
atb1
btb1
at 2.cd 01 at 2.cd 01 2Bd1 5 2.0,1 5 2.0,1 2.0,65 5,85 cm
2
2
b 2.cd 01 at 2.cd 01 2Bd1 5,34 2.0,1 5 2.0,1 2.0,65 6,19 cm
t
2
2
-25 Chiều dài dây quấn sơ cấp:
l1=W1.2.(atb+btb)=430.2.(5,85+6,19).10-2=103m
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
17
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Kết cấu dây quấn thứ cấp:
-26 Chọn bề dày cách điện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp: cd12=0,1(cm)
-27 Chọn chiều cao của cuộn thứ cấp:h1=h2=9,9cm
h2
9,9
kc
.0,95 29(vong)
b2
0,328
W
116
-29 Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: n12 2
4 (lớp)
W12 29
-28 Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp: W12
-30 Chọn số lớp dây quấn thứ cấp : chọn 4 lớp mỗi lớp có 29 vòng.
-31 Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp : h21
W2 .b1 29.0,328
10(cm)
KC
0,95
-32 Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp dây quấn ở cuộn thứ cấp : cd2=0,01 mm
-33 Bề dầy cuộn sơ cấp : Bd2=(a2+cd12).n12=(0,123+0,001).4=0,496 cm
-34 Kích thước thiết diện cuộn sơ cấp :
atb 2
at 2.cd 01 2Bd1 at 2.cd 01 2Bd1 2cd12 2Bd 2
2
5 2.0,1 2.0,65 5 2.0,1 2.0,65 2.0,1 2.0,496
7,096 cm
2
b 2.cd 01 2Bd1 bt 2.cd 01 2Bd1 2cd12 2Bd 2
btb 2 t
2
5,34 2.0,1 2.0,65 5,34 2.0,1 2.0,65 2.0,1 2.0,496
=7,436cm
2
-35 Chiều dài dây quấn sơ cấp: l2=W2.2.(atb2+btb2)=116.2.(7,096+7,436).10-2=34m
-36 Chọn khoản cách giữa hai cuộn thứ cấp : cd22=2cm.
Tính kích thước mạch từ :
-37 Chiều rộng cửa sổ :
c 2.cd 01 cd12 Bd1 Bd 2 cd 22 2.0,1 0,1 0,65 0,495 2 4,69cm .
=> c=5cm.
-38 kiểm thử độ hợp lý của cửa sổ :
Cửa sổ của máy biến áp ba pha được cho là hợp lý khi :
Δc=c-2Bd=(0,5-2)cm.
b
ta có Δc=5-2.(0,1+0,1+0,91+0,665)=1,45cm
=> khoảng cách đã chọn là hợp lý.
-39 Khoảng cách giữa hai tâm trục:
H h
c’=c+at=5+5=10cm.
-40 Chiều rộng của mạch từ :
C=2.c+3.a=2.5+3.5=25cm
-41 Chiều cao của mạch từ :
c
a
c
H=h+2a=12+2.5=22cm.
C hình mạch từ :
Tính khối lượng của sắt và đồng:
Hình vẽ 3.1: mô
- 41 Thể tích của sắt :
VFe QFe .3h 2c 26,54.3.12 2.25 2176cm3 2,176dm3
-42 Khối lượng của sắt :
mFe=VFe.dFe=2,176.7,8=17kg
-43 Thể tích khói đồng :
VCu=3.(S1.l1+S2.l2)=3.(1,131.103.+3,89.34)=780cm3=7,8dm3
-44 Khối lượng của đồng :mCu=VCu.dCu=0,9.7,8=7kg
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
18
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Tính các thông số của máy biến áp :
-45 Điện trở của cuộn dây sơ cấp máy biến áp ở 75oC :
l1
103
0,02133
1,94
S1
1,131
R1
-46 Điện trở của cuộn dây thứ cấp máy biến áp ở 75oC
R2
l2
34
0,02133
0,18
S2
3,89
-47 Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp:
W 2
116
0,18 1,94.
RBA R2 R1
0,7
W
430
1
-48 Sụt áp trên điện trở máy biến áp:
ΔUr=RBA.Id=0,7.12,85=9,2V
-49 Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp:
X BA 8. 2 .W 2
rtb=
Stb
rtb
B Bd 2
4,6
0,65 0,496 2
7
.(at 2 d 1
)..10 7 8. 2 .1162.
. 0,1
.10 .314.10 0,5
hqd
3
8,9
3
atb 2 .btb 2
7,096.8,436
4,6cm
3,14
-50 Điện cảm máy biến áp qui về thứ cấp:
LBA=
X BA
0.5
1,6mH
314
- 51 Sụt áp trên điện kháng máy biến áp :
ΔUx=
= 0,5.12,85=6,7V
-52 Sụt áp trên máy biến áp :
ΔUBA= U r2 U X2 9,122 6,7 2 11,3
-53 Điên áp động cơ khi có góc mở αmin=100.
U=UdoCosαmin-2.ΔUv-ΔUBA=243.Cos100-2*2-11,3=224V
-54 Tổng trở ngắn mạch qui đỗi về phía thứ cấp :
2
2
ZBA RBA
X BA
0,722 0,52 0,87
-55 Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp :
ΔPn=3.RBA.I2=3.0.72.10,52=310W
ΔP%=
Pn
238
.100
.100 8 %
S
2968
-57 Điện áp ngắn mạch tác dụng :
Unr =
RBA I 2
0,72.10,5
.100
.100 7,3% .
U2
103
-58 Điện áp ngắn mạch phản kháng:
Unx =
X BA I 2
0,5.10,5
.100
.100 5,1% .
U2
103
-59 Điện áp ngắn mạch phần trăm:
Un = U nr2 U nx2 7,32 5,12 8,9 % .
-60 Dòng điện ngắn mạch xác lập:I2nm=
U2
103
122 A
Z BA 0,84
-61 Kiểm tra máy biến áp thiết kế:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
19
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Điều kiện điện kháng không để hạn chế tốc độ biến thiên của đong điện chuyển mạch.
Giả sử mạch chuyển từ T1 sang T3, ta có phương trình:
dic
U 23 U 2 a 6 .U 2 .Sin ( )
dt
dic
6 .U 2
6 .103
max
0,56 A / s
dt
2.LBA
2.0,45mH
2.LBA .
dic
di
max 0,56 A / s c cp (10 100) A / s
dt
dt
Vậy máy biến áp thết kế sử dụng tốt.
-63Hiêu suất thiết bi chỉnh lưu:
U đm. I đm 220.12,85
95,2%
S
2968
+Ta có các thông số của MBA.
Công suất máy biến áp biểu
kiến
Điện áp pha sơ cấp
Điện áp pha thứ cấp
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp
Số vòng dây mổi pha sơ cấp
Số vòng dây mổi pha thứ cấp
Chiều dài dây quấn sơ cấp
Chiều dài dây quấn thứ cấp
Điện trở trong cuộn sơ cấp
Điện trở trong cuộn thứ cấp
Điện trở quy đổi về thứ cấp
Điện kháng quy đổi về thứ
cấp
Điện cảm quy đổi về thứ cấp
Điện áp ngắn mạch phần trăm
SBA = 2968VA
U1 = 380 V
U2 = 104 V
I1 = 2,89 A
I2 = 10,05 A
W1 = 430vòng
W2 = 116vòng
l1 = 103 m
l2 = 37 m
R1 = 1,9Ω
R2 = 0,2 Ω
RBA = 0,72Ω
XBA = 0,5Ω
LBA = 1,5 mH
Un = 8,9 %
Bảng 3-1 các thông số của máy biến áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
20
- Xem thêm -
.PDF 
37 
568 
102 
