Do An Dien Tu Cong Suat [PDF]

Zitiervorschau

Đồ án môn học

Điện tử công suất

LỜI NÓI ĐẦU Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển 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 tử công suất. Cũng với lý do đó, trong học kỳ này em được nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU”. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Khương Công Minh và thầy Lê Tiến Dũng trong quá trình làm đồ án môn học với đề tài trên. Mặc dù đã dành nhiều cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót nhất định, em mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy, cô.

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Kim Trúc

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 1

Đồ án môn học

Điện tử công suất

MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp………………………...Trang 3 Chương 2: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha. Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều (hệ T - Đ) có đảo chiều……………………………………………………………………..Trang 11 Chương 3: Tính chọn các phần tử mạch động lực..........…………..Trang 19 Chương 4: Tính chọn các phần tử mạch điều khiển……………….Trang 32 Chương 5: Mạch bảo vệ và kết luận……………………………….Trang 41 Tài liệu tham khảo……………………………………………..…..Trang 44

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 2

Đồ án môn học

Điện tử công suất

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP.

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 những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt , vì vậy máy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải... I- Tổng quan về động cơ điện một chiều: 1/ Phân loại : Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộn kích từ : Æ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Æ Động cơ điện một chiều kích từ song song. Æ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. Æ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 2/ Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ. Có nhiều phương pháp hãm tốc độ. - Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khăn Giá thành đắt hơn các máy điện khác 3/ Sơ đồ và nguyên lý hoạt động Uæ Rf E RKT

CKT IKT UKT

II- Đặc tính cơ của máy điện một chiều: Quan hệ giữa tốc độ và mômen động cơ gọi là đặc tính cơ của động cơ. ω = f(M) hoặc n = f(M). Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất. ωc= f(Mc) hoặc nc= f(Mc). SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 3

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ: ω = f(I) hoặc n = f(I). 1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-1) ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uæ Uæ = Eæ + (Ræ +Ræ)Iæ Rf Trong đó: Uæ - điện áp phần ứng, (V) E Eæ - sức điện động phần ứng,(V) RKT CKT Ræ - điện trở của mạch phần ứng Rf - điện trở phụ trong của mạch phần ứng IKT Với: Ræ = ræ + rcf + rb + rct UKT Trong đó: ræ - điện trở cuộn dây phần ứng. Hình 1- 1 rcf - điện trở cuộn cực từ phụ. rb- điện trở cuộn bù. rct- điện trở tiếp xúc chổi than. Sức điện động Eæ của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: Eæ =

pN φω = kφω 2πa

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 cấu tạo của động cơ. 2πa

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì: Eæ = Ke.φn 2πn n = 60 9.55 pN φn Vì vậy: Eæ= 60a pN là hệ số sức điện động của động cơ . Ke = 60a K ≈ 0.105K Ke = 9.55

Với: ω =

Từ các biểu thức trên, ta có: ω=

U æ Ræ + R f Iæ − Kφ Kφ

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 4

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác, mômen điện từ Mât của động cơ được xác định bởi: Mât= Kφ Iæ Suy ra:

Iæ =

M ât Kφ

Thay giá trị Iæ vào phương trình đặc tính của động cơ ta được: ω=

U æ Ræ + R f − .M ât Kφ ( Kφ ) 2

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là Mât= Me= M. Khi đó ta được: Ræ + R f U .M ω= æ − Kφ ( Kφ ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông φ = Const, thì các phương trình đặc tính cơ điện và phương tình đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu điển trên hình (1-2) là những đường thẳng. Theo các đồ thị trên, khi Iæ= 0 hoặc M = 0 ta có:

ω=

Uæ = ω0 Kφ

ω0: gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. U = I nm Còn khi ω = 0 ta có: I æ = Ræ − R f Và M = KφInm = Mnm Inm,

ω0 ωâm

ω

ω0

ω

ωâm I Iâm

I

Inm

Mâm Mnm a. Âàûc tênh cå âiãûn cuía âäüng cå b. Âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp âiãûn mäüt chiãöu kêch tæì âäüc láûp Hçnh 1-2

Inm,Mnm: được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch. Mặt khác từ phương trình đặc tính điện và phương trình đặc tính cơ cũng có thể được viết dưới dạng:

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 5

Đồ án môn học

Điện tử công suất

U æ RI ω= − = ω 0 − Δω Kφ Kφ ω=

Uæ R − .M Kφ ( Kφ ) 2

ω0 =

Uæ Kφ

RI æ RM = Kφ (Kφ ) gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M. 2/ Xét các ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ: Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thông động cơ φ, điện áp phần ứng Uæ, và điện trở phần ứng động cơ.Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó: Δω =

a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng: Giả thiết rằng Uæ=Uâm= Const và φ = φâm= Const.

ω0 TN(Rn) Rf1 Rf2 Hçnh 1-3 Mc

Rf3 Rf4

Muốn thay đổiđiện 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:

ω0 =

U âm = Const Kφ âm

Âộ cứng đặc tính cơ: ΔM (Kφ âm ) = = var β= Δω R æ + R f 2

Khi Rf càng lớn β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf=0 ta có đặc tính cơ tự nhiên: β TN =

(Kφ âm )2 Ræ

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 6

Đồ án môn học

Điện tử công suất

βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các đường đặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện rơi Rf ta được một họ đặc tính biến trở như hình (1-5) ứng với mổi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. b) Ảnh hưởng của điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông φ = φâm= const, điện trở phần ứng Ræ = const. Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có: Tốc độ không tải: ω

0x

=

U Kφ

x

ω ω0 ω01 ω02 ω03 ω04

= Var

âm

Độ cứng đặc tính cơ: β =−

( Kφ )2 Ræ

= Const

Uâm

Mc

U1 U2 U3 U4 M(I)

Hçnh 1-4

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song như trên (Hình 1-4). Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ củng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này củng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động. c) Ảnh hưởng của từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uæ= Uâm= Const. Điện trở phần ứng Ræ = Const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ. Trong trường hợp này: Tốc độ không tải:

ω

0x

=

U

x = Var Kφ x

( Kφ )2 Độ cứng đặc tính cơ: β = − x = Var R

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

æ

http://www.ebook.edu.vn

Trang 7

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông giảm thì ω0x tăng, còn β giảm ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông. Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

ω ω02 φ2 ω01 φ1 ω0 φâm

ω02 ω01

φ2

Mc

0

φ1 φâm

0

Inm

M

a. Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều b. Âàûc tênh cå cuía âäüng cå âiãûn mäüt kích từ độc lập khi giảm từ thông chiãöu kêch tæì âäüc láûp khi giaím tæì thäng Hçnh 1-5

U âm = Const Ræ

Dòng điện ngắn mạch:

Inm =

Mômen ngắn mạch:

Mnm=KφxInm=Var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính của động cơ khi giảm từ thông được biểu diễn ở hình (1-5)a. Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên, như ở hình (1-5)b. III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp điện áp: Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc của các máy sản xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động của các bộ phận làm việc. Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyển động của bộ phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ. Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều ưu điểm hơn với các loại động cơ khác, không những có thể điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng. Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng điện áp: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 8

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng những bộ biến đổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây : +Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ)(được sử dụng đối với đồ án này ) ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ) Thường sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển thyristor. Tốc độ động cơ thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm thông van thyristor.

T1

T2

T3

Hình 1-6

CKT

Â

KH

ÂK

+ Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hoá. Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống. + Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện. Hệ số công suất cos ϕ của hệ thống nói chung là thấp. Tính dẫn điện 1 chiều của van buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay. a) Sơ đồ thay thế tính toán:

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 9

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Từ phương trình đặc tính động cơ tổng quát:

ω=

Uu Ru − .M ⇒ ω = ω 0 − Δω Kφ ( Kφ ) 2

Ta thấy sự thay đổi Uu thì ω 0 sẽ thay đổi, còn Δω = const Vậy ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau.

Như vậy muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có bộ nguồn cung cấp điện một chiều thay đổi được điện áp ra. b) Bộ biến đổi T-Đ: Là phương pháp biến đổi điện tử, bán dẫn Ta xét hệ T-Đ : Chế độ dòng liên tục: Ed = Ed0 . cos α

E d 0 . cos α Ru + RCL .I − Kφ dm ( Kφ dm ) 2 E . cos α Ru + RCL ω = d0 − .M ⇒ ω = ω 0 − Δω 2 Kφ dm ( Kφ dm )

ω=

Vậy khi ta thay đổi góc điều khiển α = (0 ÷ π ) thì Ed thay đổi từ Ed0 đến – Ed0 và ta sẽ được 1 hệ đặc tính cơ song song nằm ở mức bên phải của mặt phẳng toạ độ.

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 10

Đồ án môn học

Điện tử công suất

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH TIA BA PHA. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (HỆ T – Đ) CÓ ĐẢO CHIỀU. I- Tổng quan về Tiristor : 1/ Cấu tạo: Là dụng cụ bán dẫn gồm 4 lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ nhau và có 3 cực anốt, catốt và cực điều khiển riêng G A

Kí hiệu:

P1 -

+ - + - + + N1- +P2 - + N2 + - + - + J3 J1 Ei J2

Hçnh 2-1

K

G

2/ Nguyên lý hoạt động: Khi tiristor được nối với nguồn một chiều E > 0 tức cực dương đặt vào anốt cực âm đặt vào catốt, thì tiếp giáp J1, J3 được phân cực thuận còn miền J2 phân cực ngược, gần như toàn bộ điện áp được đặt lên mặt ghép J2, điện trường nội tại E1 của J2 có chiều từ N1 hướng tới P2. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E1, vùng chuyển tiếp là vùng cách điện càng được mở rộng ra, không có dòng điện chạy qua tiristor mặc dù nó được đặt dưới 1 điện áp dương. a) Mở tiristor : Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với K ) thì các electron tư N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy về nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G1 - J3 - K - G , còn phần lớn điện tử dưới sức hút cuả điện trường tổng hợp của mặt J2 lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc do đó có động năng rất lớn sẽ bẻ gẫy các liên kết giữa các nguyên tử Si, tạo nên các điện tử tự do mới. Số điện tử này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si khác trong vùng chuyển tiếp. Kết quả của các phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện càng nhiều điện tử chạy vào vùng N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng đẫn điện ào SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 11

Đồ án môn học

Điện tử công suất

ạt làm cho J2 trở thành mặt ghép dẫn điện bắt đầu từ một diểm nào đó ở xung quanh cực rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ lan truyền khoảng 1m/100 μs. +E - Mäüt trong nhæîng biãûn phaïp âån giaín nháút âãø måí Tiristor âæåüc trçnh baìy trãn hçnh veî. . Khi âäúng måí K, nãúu Ig > Igst thç T måí ( Ig ≈ (1,1 ÷1,2 ). Igst )

Rt R1 T

K

G=

R2 -E Hçnh 2-2a

E (1,1 − 1,2) I gst

Ig : Giaï trë doìng âiãöu khiãøn ghi trong säø tay tra cæïu tiristor R2 = 100÷ 1000(Ω)

Có thể hình dung như sau : Khi dặt tiristor ở UAK > 0 thì tiristor ở tình trạng sẵn sàn mở cho dòng chảy qua, nhưng nó còn đợi tín hiệu Ig ở cực điều khiển, nếu Ig > Igst thì tiristor mở. b) Khoá Tiristos: Một khi tiristor đã mở thì tín hiệu thì tín hiệu Ig không còn tác dụng nữa. Để khoá tiristor có 2 cách : . Giảm dòng điện làm việc I xuống giá trị dòng duy trì Idt . Đặt một điện áp ngược lên tiristor UAK < 0, hai mặt J1, J3 phân cực ngược, J2 phân cực thuận. Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính UAK < 0 đang có mặt tại P1, N1, P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ Catốt về Anốt và về cực âm của nguồn điện áp ngoài. +E

+E

R

Rt1

C A T Hçnh 2-2b

Rt2 C

K

B T2

T1

Hçnh 2-2c

- Lúc đầu quá trình từ t0→ t1, dòng điện ngược khá lớn, sau đó J1, J3 trở nên cách điện. Còn một ít điện tử được giữ lại giữa hai mặt ghép, hiện tượng khuếch SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 12

Đồ án môn học

Điện tử công suất

tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J2 khôi phục lại tính chất của mặt ghép điều khiển. - Thời gian khoá toff được tính từ khi bắt đầu xuất hiên dòng điện ngược bằng 0 (t2) đây là thời gian mà sau đó nếu đặt điện áp thuận lên tiristor thì tiristor vẫn không mở, toff kéo dài khoảng vài chục μs. Trong bất kỳ trường hợp nào cũng không được đặt tiristor dưới điện áp thuận khi tiristor chưa bị khoá nếu không sẽ có nguy cơ gây ngắn mạch nguồn. Trên sơ đồ hình (b), việc khoá tiristor bằng điện áp ngược được thực hiện bằng cách đóng khoá K. còn sơ đồ (c) cho phép khóa tiristor một cách tự động. Trong mạch hình (c) khi mở tiristor này thì tiristor kia sẽ khoá lại. Giả thuyết cho một xung điện áp dương đặt vào G1→T1 mở dẫn đến xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch : +E - R1-T1 - -E, còn dòng thứ 2 chảy theo mạch +E - R2 -T1- -E. - Tụ C được nạp điện đến giá trị E, bản cực dương ở B, bản cực âm ở A. Bây giờ nếu cho một xung điện áp dương tác động vào G2→T2 mở nó sẽ đặt điện thế điểm B vào catốt của T1. Như vậy là T1 bị đặt dưới điện áp Uc = -E và T1 bị khoá lại. -T2 mở lại xuất hiện 2 dòng điện : Dòng thứ nhất chảy theo mạch: + E - R1C - T2 - -E. Còn dòng thứ hai chảy theo mạch: +E - R2 - T2 - -E. - Tụ C được nạp ngược lại cho đến giá trị E, chuẩn bị khoá T2 khi ta cho xung mở T1 c) Điện dung của tụ điện chuyển mạch: - Trong sơ đồ hình (b), (c) một câu hỏi được đặt ra là : Tụ điện C phải có giá trị bằng bao nhiêu thì có thể khoá được tiristor Như đã nói ở trên khi T1 mở cho dòng chảy qua thì C được nạp điện đến giá trị E. Bản cực “+” ở phía điểm B. tại thời điểm cho xung mở T2 (cả 2 tiristor điều mở), ta có phương trình mạch điện. du E = i.R1 + U c với i = C c dt du c +Uc Nên E = C.R1 dt Viết dưới dạng toán tử Laplace: P = C.R1 {P.[U c ( p ) − U c (0 )]} + U c ( p ) E Q.E 1 với a = Vì U c (0 ) = − E nên U c ( p ) = p( p + a ) R1 .C Từ đó ta có:

(

)

U c (t ) = E 1 − 2.e − at = U T 1 . Thời gian t là khoảng thời off

gian kể từ khi mở T2 cho đến khi UT1 bắt đầu trở thành dương, vậy ta có:

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 13

Đồ án môn học

Điện tử công suất

(

E 1 − 2.e R1 =

− a .toff

)= 0 → t

off

= 0,693 .R1C hoặc C =

t off 0,693.R1

1,44.I .t off E sẽ nhận được C = E I

toff :μ ; I : Ampe ; E : Volt ; C : μF d) Đặt tính Volt - Ampe của tiristor : Ia III II IH Ung

I0

IV

Ing

I

U

Uth Uch Hçnh 2-3

Đoạn 1 : Ứng với trạng thái khoá của tiristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua tiristor khi tăng U lên đến Uch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt đầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng điện. Tiristor chuyển sang trạng thái mở. Đoạn 2 : Ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2. Trong giai đoạn này mỗi lượng tăng nhỏ của dòng điện ứng với mọt lượng giảm lớn của điện áp đặt lên tiristor, đoạn này gọi là đoạn điện trở âm. Đoạn 3 : Ứng với trạng thái mở của tiristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thàng đẫn điện. Dòng chảy qua tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rải trên tiristor rất lớn khoảng 1V. Tiristor được giữ ở trạng thái mở chừng nào I còn lớn hơn dòng duy trì IH. Đoạn 4 : Ứng với trạng thái tiristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện rất lớn, khoảng vài chục mA. Nếu tăng U đến Ung thì dòng điện ngược tăng lên nhanh chóng, mặt ghép bị chọc thủng, tiristor bị hỏng. Bằng cách cho Ig lớn hơn 0 sẽ nhận được đặt tính Volt - Ampe với các Uch nhỏ dần đi.

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 14

Đồ án môn học

Điện tử công suất

II- Chỉnh lưu hình tia 3 pha: 1/ Sơ đồ và dạng sóng:

Hình 2-4

Hình 2-5 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 15

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha tiristor nối với tải như hình vẽ. ■ Điều kiện khi cấp xung điều khiển chỉnh lưu: +Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung tính. +Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương hơn pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên. ■ Góc mở tự nhiên: +Góc mở α được xác định từ lúc điện áp đặt lên van tương ứng chuyển từ âm đến 0 (từ đóng sang khoá) cho đến khi bắt đầu đặt xung điều khiển vào. +Điện áp gây nên quá trình chuyển mạch: điện áp dây. γ : góc dẫn +0 ≤α θ 2 . Tại θ 1 điện áp đặt lên u1 > 0, có xung kích khởi: T1 mở, khi đó:

⎧u v1 = 0 ⎪ ⎨u v 2 = u 2 − u1 < 0 ⎪u = u − u < 0 3 1 ⎩ v3 T1 mở, T2, T3 đóng, lúc này: +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u1 : ud = u1 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 1: id = Id = i1 +Dòng điện qua T2, T3 bằng 0: i2 = i3 = 0 Trong nhịp V1: uV2 từ âm chuyển lên 0, khi uV2 = 0 thì T2 mở, lúc này uV1 = u1 – u2 = 0 và bắt đầu âm nên T1 đóng, kết thúc nhịp V1, bắt đầu nhịp V2. *Nhịp V2: từ θ 2 − > θ 3

⎧u v 2 = 0 ⎪ Lúc này: ⎨u v1 = u1 − u 2 ⎪u = u − u 3 2 ⎩ v3 T2 mở, T1, T3 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u2: ud = u2 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 2: id = Id = i2 +Dòng điện qua T1, T3 bằng 0: i1 = i3 = 0 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 16

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Trong nhịp V2: uV3 từ âm chuyển lên 0, khi uV3 = 0 thì T3 mở, lúc này uV2 = u2 – u3 = 0 và bắt đầu âm nên T2 đóng, kết thúc nhịp V2, bắt đầu nhịp V3. *Nhịp V3: từ θ 3 − > θ 4

⎧u v 3 = 0 ⎪ u = u1 − u3 Lúc này: ⎨ v1 ⎪u = u − u 2 3 ⎩ v2 T3 mở, T1, T2 đóng. +Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp u3: ud = u3 +Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện dòng điện qua van 3: id = Id = i3 +Dòng điện qua T1, T2 bằng 0: i1 = i2 = 0 Trong nhịp V3: uV1 từ âm chuyển lên 0, khi uV1 = 0 thì T1 mở, lúc này uV3 = u3 – u1 = 0 và bắt đầu âm nên T3 đóng, kết thúc nhịp V3, bắt đầu nhịp V1. Trong mạch ,dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở dòng điện id cùng dạng sóng ud ,khi điện kháng tải tăng lên ,dòng điện càng trở nên bằng phẳng hơn ,khi Ld tiến tới vô cùng dòng điện id sẽ không đổi, id = Id . *Các giá trị trung bình: -Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu: π 2π T

1 3 U d = ∫ u d .dt = T 0 2π

6

+

π 6

Đặt U di 0 =

3

+α

∫ U m . sin θ .dθ = +α

3 6 U . cos α 2π

3 6 U : giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu của bộ chỉnh lưu 2π

điều khiển với α = 0 0 Suy ra U d = U di 0 . cos α *Hiện tượng trùng dẫn: +Vì trong thực tế điện cảm của nguồn và của tải đã kéo dài quá trình chuyển mạch, do vậy khi một tiristor này đang giảm dần dòng điện về 0 thì tiristor khác lại có dòng điện tăng lên với cùng tốc độ. Khoảng thời gian chuyển tiếp này có sự trùng dẫn. +Trong khoảng chuyển mạch được đặc trưng bằng góc chuyển mạch μ . Lúc này dòng điện tải là tổng dòng điện 2 tiristor cùng dẫn. Điện áp trên tải là trung bình của điện áp 2 pha đang dẫn. Hiện tượng chuyển mạch làm giảm điện áp trung bình. III- Hệ thống bộ chỉnh lưu - động cơ có đảo chiều Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung: Trong bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung, xung kích được đưa tới cả hai bộ chỉnh lưu nhưng với góc kích khác nhau, sao cho tổng điện áp DC của hai bộ chỉnh lưu là zero để không có dòng DC chạy qua móc vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Do đó: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 17

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Vd 1 + Vd 2 = 0 ⇒ Vd 0 cos α 1 + Vd 0 cos α 2 = 0 ⇒ cos α 1 + cos α 2 = 0

⇒ α 1 + α 2 = 180 0 (1) Công thức (1) cho thấy khi một bộ chỉnh lưu hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, bộ còn lại hoạt động ở chế độ nghịch lưu. Do hai bộ chỉnh lưu hoạt động ở các chế độ khác nhau, điện áp tức thời ngõ ra của chúng khác nhau, dẫn đến có dòng cân bằng xoay chiều chạy vòng trong hai bộ chỉnh lưu. Để giảm dòng cân bằng, cuộn kháng cân bằng L1 và L2 phải được thêm vào mạch chỉnh lưu như hình vẽ. Như vậy, mặc dù cả hai bộ chỉnh lưu đều hoạt động, khi động cơ đang làm việc theo một chiều nào đó thì chỉ có một bộ chỉnh lưu cung cấp dòng cho phần ứng động cơ, còn bộ chỉnh lưu kia chỉ tải dòng cân bằng. Quá trình đảo chiều động cơ diễn ra như sau: giả sử ban đầu động cơ hoạt động theo chiều thuận (góc phần tư thứ nhất) với bộ chỉnh lưu 1 ở chế độ chỉnh lưu. Khi đảo chiều, góc kích α 1 sẽ được tăng lên và α 2 giảm đi theo quan hệ (1). Sức điện động E của động cơ sẽ lớn hơn Vd 1 và Vd 2 , nên động cơ hoạt động ở chế độ hãm tái sinh ở góc phần tư thứ hai. Dòng phần ứng lúc này do bộ chỉnh lưu 2 cung cấp. Vì α 2 được giảm dần nên động cơ giảm tố, sau đó tăng tốc theo chiều ngược lại cho đến khi đạt tốc độ ổn định.

Hình 2-6 Ưu điểm: Bộ chỉnh lưu kép điều khiển chung có mạch điều khiển đơn giản hơn kiểu điều khiển riêng. Dòng điện phần ứng động cơ có thể đảo chiều một cách tự nhiên, nên hệ thống có độ ổn định tốc độ tốt trong suốt dải làm việc của đặc tính cơ. Nhược điểm: Việc thêm cuộn kháng cân bằng khiến hệ thống trở nên cồng kềnh, tăng giá thành, giảm hiệu suất và hệ số công suất. Đáp ứng quá độ trở nên chậm đi do thời hằng phần ứng tăng thêm. SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 18

Đồ án môn học

Điện tử công suất

CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC Sơ đồ mạch động lực:

Hình 2-7 I-Tính chọn van động lực: 1/ Điện áp ngược của van: Ulv = knv .U2 Ud 220 Với U2 = = =188,03 (V) K u 1,17 Trong đó: Ud : điện áp tải của van U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van Ku : hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, Ku = 1,17) Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, Knv = 6 ) Ulv = 6 .188.03 = 460.58 (V) Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc. Unv = Kdt u . Ulv = 1,6 . 460,58 = 736,93 (V) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 19

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Trong đó: Kdt u : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,6 – 2) 2/ Dòng điện làm việc của van: Ilv = Ihd Dòng điện hiệu dụng Ihd = Khd . Id =0,58 . 59,5 = 34,51 (A) Trong đó: Id : dòng điện tải Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (Tra bảng 8.2, Khd = 0,58) Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là: có cánh tản nhiệt với đủ diện tích bề mặt, cho phép van làm việc tới 40% Idm v Idm v = ki . Ilv = 1.4 . 34,51 = 48.09 (A) Trong đó: Ki =1.4 : hệ số dự trữ dòng điện.(Ki =1,1-1,4) Vậy thông số van là: Unv = 736,93 (V) Idm v = 48.09 (A) Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại XT2116-801 với các thông số định mức: -Dòng điện định mức của van: Idm = 50(A) -Điện áp ngược cực đại của van: Unv = 800 (V) -Độ sụt áp trên van: ∆U = 2 (V) -Dòng điện rò: Ir = 10 (mA) -Điện áp điều khiển: Udk = 3 (V) -Dòng điện điều khiển: Idk = 0,1 (A) II-Tính toán máy biến áp: 1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆⁄Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí. 2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: U1 = 380 (V) 3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Ud0 cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA Trong đó: αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,5 (V) : sụt áp trên tiristor ∆Udn ≈ 0 : sụt áp trên dây nối ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp Sơ bộ ∆UBA = 5% . Ud = 0,05 . 220 = 11 (V) Suy ra Ud0 =

220 + 2.1,5 + 0 + 11 = 237,61 (V) cos 10 0

Công suất biểu kiến máy biến áp: SBA = kS . Pdmax= kS . Ud0 . Id = 1,34 . 237,61 . 59,5 = 18944,64 (W) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Ud0 U2 = ku =

237,61 = 203,08 (V) 1,17

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 20

Đồ án môn học

Điện tử công suất

4/ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 =

2 . Id = 3

2 . 59,5 = 48,58 (A) 3

5/ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1 = kBA . I2 =

U2 203,08 . I2 = . 48,58 = 25,96 (A) 380 U1

► Tính sơ bộ mạch từ : 6/ Tiết diện sơ bộ trụ: S BA QFe = kQ m. f Trong đó: kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m: số trụ máy biến áp Suy ra: QFe = 6. 7/ Đường kính trụ: 4.Q Fe d= =

18944,64 = 67,43 (cm3) 3.50

4.67,43

= 9,27 (cm) π Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10 (cm) 8/ Chọn loại thép: Ta chọn loại thép 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm). Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 Tiristor

π

9/ Chọn tỷ số m =

h = 2,3 d

(m = 2 – 2,5)

Suy ra h = 2,3 . d = 2,3 . 10 = 23 (cm) Suy ra chọn chiều cao trục là 23 (cm) ► Tính toán dây quấn: 10/ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: U1 380 = = 146,96 (vòng) W1 = 4,44. f .BT .Q Fe 4,44.50.1.67,43.10 − 4 Chọn W1 = 147 (vòng) 11/ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: W2 =

U2 203,08 . W1 = . 147 = 135,65 (vòng) U1 380

Chọn W2 = 136 (vòng) 12/ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) 13/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: S1 =

I1 44,84 = = 16,3 (mm2) J1 2,75

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 16,4 (mm2) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 21

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 .b1 = 2,24 . 7,5 (mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J1 =

I1 44,84 = = 2,73 (A/mm2) S1 16,4

14/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: S2 =

I2 48,58 = = 17,6 (mm2) J2 2,75

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 17,6 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 . b2 = 2,24 . 8(mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J2 =

I2 48,58 = = 2,75 (A/mm2) S2 17,6

15/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: h − 2h g 23 − 2.1,5 . kc = . 0,92 W1l = b1 0,75 = 24,5 (vòng) ≈ 25 (vòng) h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5 (cm) Kc - hệ số ép chặt Tra bảng 4 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,92 16/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: n1l =

W1 147 = = 5,88 (lớp) W1l 25

Chọn số lớp n1l = 6 lớp Như vậy 147 vòng chia thành 6 lớp, 5 lớp đầu có 25 vòng, lớp thứ 6 có 22 vòng. Kết cấu dây quấn sơ cấp:thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục 17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: h1 =

b1 .W1l 0,75.25 = = 20,38 (cm) kc 0,92

18/ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 (cm) 19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm) 20/ Đường kính trong của ống cách điện: D1 = dFe + 2 . a01 – 2. S01 = 10 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 11,8 (cm) 21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + 2 . S01 = 11,8 + 2 . 0,1 = 12 (cm) 22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm) 23/ Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11) . n1l = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 22

Đồ án môn học

Điện tử công suất

24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2 . 1,404 = 14,81 (cm) 25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: D + Dn1 12 + 14,81 Dtb1 = t1 = = 13,41 (cm) 2 2 26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp; l1 = W1 . π . Dtb1 = π . 147 . 13,41 = 6189,78 (cm) = 61,89 (m) 27/ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd01 = 9 (mm) ♦ Kết cấu dây quấn: 28/ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 20,38 (cm) 29/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: W2l =

h2 20,38 . kc = . 0,92 = 23,44 (vòng) ≈ 24 (vòng) b2 0,8

30/ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: W2 136 n2l = = = 5,6 (lớp) Wl2 24 31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 6 (lớp), 5 lớp đầu có 23 vòng, lớp thứ 6 có 21 vòng. 32/ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: h2 =

W l2 b 2 kc

=

23.0,8 = 20 (cm) 0,92

33/ Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 14,81 + 2 . 0,9 = 16,61 (cm) 34/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 (mm) 35/ Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd22) . nl2 = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) 36/ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 . Bd2 = 16,61 + 2 . 1,404 = 19,42 (cm) 37/ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: Dt 2 + D n 2 16,61 + 19,42 Dtb2 = = = 18,02 (cm) 2 2 38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = π . W2 . Dtb2 = π . 136 . 18,02 = 7695,26 (cm) = 76,95 (m) 39/ Đường kính trung bình các cuộn dây: D12 =

D n1 + D n 2 12 + 19,42 = = 15,71 (cm) 2 2

Suy ra r12 =

D12 15,71 = = 7,85 (cm) 2 2

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 23

Đồ án môn học

Điện tử công suất

40/ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm) ♦ Tính kích thước mạch từ: 41/ Đường kính trụ d = 10 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 6 bậc. 42/ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Qbt = 2 . (1,6 . 9,5 + 1,1 . 8,5 + 0,7 . 7,5 + 0,6 . 6,5 + 0,4 . 5,5 + 0,7 . 3) = 76 (cm2) 43/ Tiết diện hiệu quả của trụ: QT = khq . Qbt = 0,95 . 76 = 72,2 (cm2) 44/ Tổng chiều dày các bậc thang của trụ: dt = 2 . (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 (cm) 45/ Số lá thép dùng trong các bậc: 16 . 2 = 64 (lá) 0,5 11 Bậc 2: n2 = . 2 = 44 (lá) 0,5 7 Bậc 3: n3 = . 2 = 28 (lá) 0,5 6

Bậc 1: n1 =

Bậc 4: n4 =

. 2 = 24 (lá)

0,5 4 . 2 = 16 (lá) Bậc 5: n5 = 0,5 7 Bậc 6: n6 = . 2 = 28 (lá) 0,5

Ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau: -Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = dt =10,2 (cm) -Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 9,5 (cm) Tiết diện gông: Qbg = a .b = 9,5 . 10,2 = 96,9 (cm2) 46/ Tiết diện hiệu quả của gông: Qg = khq . Qbg = 0,95 . 96,9 = 92,06 (cm2) 47/ Số lá thép dùng trong một gông: hg =

b 10,2 = = 204 (lá) 0,5 0,5

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

U1 220 = = 0,93 (T) 4,44. f .W1 .Q T 4,44.50.147.72,2.10 − 4

49/ Mật độ từ cảm trong gông: 72,2 Q Bg = BT . T = 0,93 . = 0,73 (T) 92,06 Qg 50/ Chiều rộng cửa sổ: c = 2 . (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 24

Đồ án môn học

Điện tử công suất

= 2 . (1 + 1,404 + 0,9 + 1,404) +2 = 11,42 (cm) 51/ Khoảng cách giữa 2 tâm trục: c’ = c + d = 11,42 + 10 = 21,42 (cm) 52/ Chiều rộng mạch từ: L = 2 . c + 3 . d = 2 . 11,42 + 3 . 10 = 52,84 (cm) 53/ Chiều cao mạch từ: H = h + 2 . a = 23 + 2 . 9,5 = 42 (cm) 54/ Thể tích của trụ: VT = 3 . QT . h = 3 . 72,2 . 23 = 4981,8 (cm3) = 4,98 (dm3) 55/ Thể tích của gông: Vg = 2 .Qg . L = 2 . 92,06 . 52,84 = 9728,9 (cm3) = 9,73 (dm3) 56/ Khối lượng trụ: MT = VT . mFe = 4,98 . 7,85 = 39,09 (kg) 57/ Khối lượng gông: Mg = Vg . mFe = 9,73 . 7,85 = 76,38 (kg) 58/ Khối lượng sắt: MFe = MT + Mg = 39,09 + 76,38 = 115,47 (kg) 59/ Thể tích của đồng: VCu = 3 . (S1 . l1 + S2 .l2 ) = 3 . (16,3 . 10-4 . 61,89 .10 + 17,6 . 10-4 . 76,95 . 10) = 7,09 (dm3) 60/ Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = 7,09 . 8,9 = 63,1 (kg) ♦Tính các thông số của máy biến áp: 61/ Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C: R1 = ρ

l1 = 0,02133 . S1

61,89 = 0,081 ( Ω ) 16,3

62/ Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C:

l

76,95

2 R2 = ρ S 2 = 0,02133 . 17,6 = 0,093 ( Ω )

63/ Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp: RBA = R2 + R1 . (

W2 2 136 2 ) = 0,093 + 0,081 . ( ) = 0,16 ( Ω ) W1 147

64/ Sụt áp trên điện trở máy biến áp: ∆Ur = RBA . Id = 0,16 . 59,5 = 9,52 (V) 65/ Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp: Bd 1 + Bd 2 r XBA = 8 . π2 . (W2)2 . ( ) . (a12 + ) . ω . 10-7 hqd 3 = 8 . π2 . 1362 . (

8,305 1,404 + 1,404 ) . (0,009 + ) . 314 . 10-7 23 3

= 0,304 ( Ω ) 66/ Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp: SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 25

Đồ án môn học

LBA =

Điện tử công suất X BA

=

0,304 = 0,00097 (H) = 0,97 (mH) 314

ω 67/ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:

∆Ux = Rdt =

3

π

3

π

. XBA . Id = . XBA =

3

π

3

π

. 0,304 . 59,5 = 17,28 (V)

. 0,304 = 0,29 ( Ω )

68/ Sụt áp trên máy biến áp: 2 2 2 2 ∆UBA = ΔU r + ΔU x = 9,52 + 17,28 = 19,73 (V) 69/ Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100 U = Ud0 . cosαmin - 2 . ∆Uv – ∆UBA = 237,61 . cos100 – 2 . 1,5 – 19,73 = 211,27 (V) 70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: 2 2 ZBA = R BA + X BA = 0,16 2 + 0,304 2 = 0,34 ( Ω ) 71/ Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: ∆Pn = 3 . RBA . I2 = 3 . 0,16 . 48,482 = 1132,8 (W) ΔPn 1132,8 ∆Pn% = . 100% = . 100% = 5,98% S 18944,64 72/ Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ: P0 = 1,3 . nf . (MT . BT2 + Mg .Bg2) = 1,3 . 1,15 . (39,09 . 0,932 + 76,38 . 0,732) = 111,39 (W)

ΔP0 111,39 ∆P0 % = . 100% = .100% = 0,59 % 18944 ,64 S 73/ Điện áp ngắn mạch tác dụng:

R BA .I 2 0,16.48,58 Unr = . 100% = . 100% = 3,82 % U2 203,08 74/ Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx =

X BA .I 2 0,304.48,58 . 100% = . 100% = 7,27 % U2 203,08

75/ Điện áp ngắn mạch phần trăm: 2

2

Ur = U nr + U nx = 3,82 2 + 7,27 2 = 8,21 76/ Dòng điện ngắn mạch xác lập:

U2 203,08 = = 597,29 (A) I2nm = Z BA 0,34 77/ Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: −

Imax = 2 . I2nm . (1 + e SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

π .U nr U nx

) http://www.ebook.edu.vn

Trang 26

Đồ án môn học

Điện tử công suất

=

2 . 597,29 . (1 + e

−

π .0 , 0382 0 , 0727

) = 1006,93 (A)

Imax = 1006,93 (A) < idinh = 1800 (A) 78/ Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình: 2 . LBA .

di c dt di c dt

max

max

di c = U23 – U2a = 6 . U2 . sin( θ − α ) dt U2. 6 203,08. 6 = = = 256413,59 (A/s) 2.L BA 2.0,97.10 −3 di = 0,26 (A/ μ s) < ⎛⎜ ⎞⎟cp = 100 (A/ μ s) ⎝ dt ⎠

Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt. 79/ Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu:

U d .I d 220.59,5 η = = = 0,69 18944,64 S III- Thiết kế cuộn kháng lọc: 1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100. Với góc mở αmin là dự trữ, ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. -Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin , điện áp trên tải lớn nhất Ud max = Ud0 . cosαmin = Ud dm và tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm -Khi góc mở lớn nhất α = αmax , điện áp trên tải nhỏ nhất Ud min = Ud0 . cosαmax và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin Ta có: U d min ⎛ U d min ⎞ ⎟⎟ α max = arcos = arcos ⎜⎜ U d0 2 , 34 . U 2 ⎠ ⎝ Trong đó Ud min được xác định như sau: U ddm − I u .Ru ∑ n D = max = U d min − I u min .Ru ∑ n min

[

]

Udmin =

1 . U d min + (D − 1).I udm .Ru.∑ D

Udmin =

1 .[2,34.U 2 . cos α min + (D − 1).I udm .(Ru + R BA + Rdt )] D

SVTH: Nguyễn Thị Kim Trúc - Lớp 03Đ2

http://www.ebook.edu.vn

Trang 27

Đồ án môn học

Điện tử công suất

Udmin =

1 ⎡ 3 ⎛ ⎞⎤ .⎢2,34.U 2 . cos α min + (20 − 1).I udm .⎜ Ru + R BA + . X BA ⎟⎥ π 20 ⎣ ⎝ ⎠⎦

Udmin =

1 ⎡ 3 ⎛ ⎞⎤ .⎢2,34.203,08. cos10 + (20 − 1).59,5.⎜ 0,187 + 0,16 + .0,304 ⎟⎥ π 20 ⎣ ⎠⎦ ⎝

Udmin = 59,43 (V) Suy ra a max

⎛ U d min = arcos ⎜⎜ ⎝ U d0

⎞ ⎛ U ⎟⎟ = arcos ⎜ d min ⎜ 2,34 .U 2 ⎠ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛

59,43 ⎞ 0 ⎟ = 82,81 ⎝ 2,34.203,08 ⎠

= arcos ⎜

2/ Xác định các thành phần sóng hài:

Ud ≈

3 6 cos α + ∑ U kn sin (3θ − ϕ1 ) 2π n

3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở α = α max . Ta có:

U d + uσ = E + Ru ∑ I d + Rn ∑ iσ + L

diσ dt

Cân bằng 2 vế:

U σ = Riσ + L Nên U σ = L

di dt

vì Riσ