Đồ án Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha Động cơ một chiều

66 trang hoanguyen 5750

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha Động cơ một chiều", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_thiet_ke_mach_chinh_luu_cau_3_pha_dong_co_mot_chieu.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha Động cơ một chiều

Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha Động cơ một chiều GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN MẠNH HÀ SINH VIÊN THỰC HIỆN : LÊ VĂN NGHĨA MÃ SINH VIÊN : 105110055 NHÓM : 40 ĐÀ NẴNG 5/2012 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 1
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ GIỚI THIỆU Ngµy nay cïng víi viÖc ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c øng dông cña khoa häc kü thuËt trong c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lµ trong c«ng nghiÖp ®iÖn - ®iÖn tö th× c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö cã c«ng suÊt lín còng ®îc chÕ t¹o ngµy cµng nhiÒu. Vµ ®Æc biÖt c¸c øng dông cña nã vµo c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n vµ ®êi sèng hµng ngµy ®· vµ ®ang ®îc ph¸t triÓn hÕt søc m¹nh mÏ. Tuy nhiªn ®Ó ®¸p øng ®îc nhu cÇu ngµy cµng nhiÒu vµ phøc t¹p cña c«ng nghiÖp th× ®iÖn tö c«ng suÊt lu«n ph¶i nghiªn cøu ®Ó t×m ra gi¶i ph¸p tèi u nhÊt. §Æc biÖt víi chñ tr¬ng c«ng nghiÖp ho¸ - hiÖn ®¹i ho¸ cña Nhµ níc, c¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp cÇn ph¶i thay ®æi, n©ng cao ®Ó ®a c«ng nghÖ tù ®éng ®iÒu khiÓn vµo trong s¶n xuÊt. Do ®ã ®ßi hái ph¶i cã thiÕt bÞ vµ ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn an toµn, chÝnh x¸c. §ã lµ nhiÖm vô cña ®iÖn tö c«ng suÊt cÇn ph¶i gi¶i quyÕt. §Ó gi¶i quyÕt ®îc vÊn ®Ò nµy th× níc ta cÇn ph¶i cã ®éi ngò thiÕt kÕ ®iÖn tö c«ng suÊt. Lµ sinh viªn ngµnh TỰ ĐỘNG HÓA cÇn ph¶i tù trang bÞ cho m×nh cã mét tr×nh ®é vµ tÇm hiÓu biÕt s©u réng. ChÝnh v× vËy ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt lµ mét yªu cÇu cÊp thiÕt cho mçi sinh viªn Tự động hóa. §ã lµ ®iÒu kiÖn ®Ó cho sinh viªn tù t×m hiÓu vµ nghiªn cøu kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt. MÆc dï vËy, víi sinh viªn n¨m thø 4 cßn ®ang ngåi trong ghÕ nhµ trêng th× kinh nghiÖm thùc tÕ cßn cha cã nhiÒu, do ®ã cÇn ph¶i cã sù híng dÉn gióp ®ì cña thÇy gi¸o. Qua ®©y cho em ®îc göi lêi c¶m ¬n tíi thÇy NGUYỄN MẠNH HÀ ®· tËn t×nh chØ dÉn, gióp em hoµn thµnh tèt ®å ¸n m«n häc nµy. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: LÊ VĂN NGHĨA ĐT: 0988.312.362 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 2
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Phaàn I: TOÅNG QUAN VEÀ ÑIEÀU CHÆNH I. KHAÙI NIEÄM CHUNG: 1. Ñònh nghóa: Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô laø duøng caùc bieän phaùp nhaân taïo ñeå thay ñoåi caùc thoâng soá nguoàn nhö ñieän aùp hay caùc thoâng soá maïch nhö ñieän trôû phuï, thay ñoåi töø thoâng Töø ñoù taïo ra caùc ñaëc tính cô môùi ñeå coù nhöõng toác ñoä laøm vieäc môùi phuø hôïp vôùi yeâu caàu. Coù hai phöông phaùp ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô: Bieán ñoåi caùc thoâng soá cuûa boä phaän cô khí töùc laø bieán ñoåi tyû soá truyeàn chuyeån tieáp töø truïc ñoäng cô ñeán cô caáu maùy saûn suaát. Bieán ñoåi toác ñoä goùc cuûa ñoäng cô ñieän. Phöông phaùp naøy laøm giaûm tính phöùc taïp cuûa cô caáu vaø caûi thieän ñöôïc ñaëc tính ñieàu chænh. Vì vaäy, ta khaûo saùt söï ñieàu chænh toác ñoä theo phöông phaùp thöù hai. Ngoaøi ra caàn phaân bieät ñieàu chænh toác ñoä vôùi söï töï ñoäng thay ñoåi toác ñoä khi phuï taûi thay ñoåi cuûa ñoäng cô ñieän. Veà phöông dieän ñieàu chænh toác ñoä, ñoäng cô ñieän moät chieàu coù nhieàu öu vieät hôn so vôùi caùc loaïi ñoäng cô khaùc. Khoâng nhöõng noù coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä deã daøng maø caáu truùc maïch ñoäng löïc, maïch ñieàu khieån ñôn giaûn hôn, ñoàng thôøi laïi ñaït chaát löôïng ñieàu chænh cao trong daõy ñieàu chænh toác ñoä roäng. 2. Caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeå ñaùnh giaù heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä: Khi ñieàu chænh toác ñoä cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän ta caàn chuù yù vaø caên cöù vaøo caùc chæ tieâu sau ñaây ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng cuûa heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän: a) Höôùng ñieàu chænh toác ñoä: Höôùng ñieàu chænh toác ñoä laø ta coù theå ñieàu chænh ñeå coù ñöôïc toác ñoä lôùn hôn hay beù hôn so vôùi toác ñoä cô baûn laø toác ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän treân ñöôøng ñaëc tính cô töï nhieân. b) Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä (Daõy ñieàu chænh): Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä D laø tæ soá giöõa toác ñoä lôùn nhaát nmax vaø toác ñoä beù nhaát nmin maø ngöôøi ta coù theå ñieàu chænh ñöôïc taïi giaù trò phuï taûi laø ñònh möùc: D = nmax/nmin. Trong ñoù: - nmax: ñöôïc giôùi haïn bôûi ñoä beàn cô hoïc. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 3
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ - nmin: ñöôïc giôùi haïn bôûi phaïm vi cho pheùp cuûa ñoäng cô, thoâng thöôøng ngöôøi ta choïn nmin laøm ñôn vò. Phaïm vi ñieàu chænh caøng lôùn thì caøng toát vaø phuï thuoäc vaøo yeâu caàu cuûa töøng heä thoáng, khaû naêng töøng phöông phaùp ñieàu chænh. c) Ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô khi ñieàu chænh toác ñoä: Ñoä cöùng:  = M/ n. Khi  caøng lôùn töùc M caøng lôùn vaø n nhoû nghóa laø ñoä oån ñònh toác ñoä caøng lôùn khi phuï taûi thay ñoåi nhieàu. Phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä toát nhaát laø phöông phaùp maø giöõ nguyeân hoaëc naâng cao ñoä cöùng cuûa ñöôøng ñaëc tính cô. Hay noùi caùch khaùc  caøng lôùn thì caøng toát. d) Ñoä baèng phaúng hay ñoä lieân tuïc trong ñieàu chænh toác ñoä: Trong phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä, coù nhieàu caáp toác ñoä. Ñoä lieân tuïc khi ñieàu chænh toác ñoä  ñöôïc ñaùnh giaù baèng tæ soá giöõa hai caáp toác ñoä keà nhau: = n /n  i i+1 trong ñoù: - ni: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù i. - ni + 1: Toác ñoä ñieàu chænh ôû caáp thöù ( i + 1 ). Vôùi ni vaø ni + 1 ñeàu laáy taïi moät giaù trò moâmen naøo ñoù.  tieán caøng gaàn 1 caøng toát, phöông phaùp ñieàu chænh toác ñoä caøng lieân tuïc. Luùc naøy hai caáp toác ñoä baèng nhau, khoâng coù nhaûy caáp hay coøn goïi laø ñieàu chænh toác ñoä voâ caáp.  1 : Heä thoáng ñieàu chænh coù caáp. e) Toån thaát naêng löôïng khi ñieàu chænh toác ñoä: Heä thoáng truyeàn ñoäng ñieän coù chaát löôïng cao laø moät heä thoáng coù hieäu suaát laøm vieäc cuûa ñoäng cô  laø cao nhaát khi toån hao naêng löôïng P ï ôû möùc thaáp nhaát. phu f) Tính kinh teá cuûa heä thoáng khi ñieàu chænh toác ñoä: Heä thoáng ñieàu chænh toác ñoä truyeàn ñoäng ñieän coù tính kinh teá cao nhaát laø moät heä thoáng ñieàu chænh phaûi thoûa maõn toái ña caùc yeâu caàu kyõ thuaät cuûa heä thoáng. Ñoàng thôøi heä thoáng phaûi coù giaù thaønh thaáp nhaát, chi phí baûo quaûn vaän haønh thaáp nhaát, söû duïng thieát bò phoå thoâng nhaát vaø caùc thieát bò maùy moùc coù theå laép raùp laãn cho nhau. II. ÑAËC TÍNH CÔ CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN: 1. Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp: Khi nguoàn ñieän moät chieàu coù coâng suaát voâ cuøng lôùn vaø ñieän aùp khoâng ñoåi thì maïch kích töø thöôøng maéc song song vôùi maïch phaàn öùng, luùc naøy ñoäng cô ñöôïc goïi laø ñoäng cô kích töø song song. Uæ Trang: 4 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Rf E RKT CKT
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Uæ RKT CKT IKT Rf E Sô ñoàI noái daây cuûa ñoäng cô Sô ñoà noái daây cuûa ñoäng cô kích töø song song kích töø ñoäc laäp Khi nguoàn ñieän moät chieàu coù coâng suaát khoâng ñuû lôùn thì maïch ñieän phaàn öùng vaø maïch kích töø maéc vaøo hai nguoàn moät chieàu ñoäc laäp vôùi nhau, luùc naøy ñoäng cô ñöôïc goïi laø ñoäng cô kích töø ñoäc laäp. a) Phöông trình ñaëc tính cô: Theo sô ñoà treân coù theå vieát phöông trình caân baèng ñieän aùp cuûa maïch phaàn öùng nhö sau: Uö = Eö + (Rö + Rt)Iö (1-1) trong ñoù: Uö _ ñieän aùp phaàn öùng.(V) Eö _ söùc ñieän ñoäng phaàn öùng.(V) R _ ñieän trôû cuûa maïch phaàn öùng.( ) ö  R _ ñieän trôû phuï trong maïch phaàn öùng.( ) t  Iö _ doøng ñieän maïch phaàn öùng.(A) Vôùi Rö = rö + rcf + ri + rct rö _ ñieän trôû cuoän daây phaàn öùng. rcf _ ñieän trôû cuoän cöïc töø phuï. rb _ ñieän trôû cuoän buø. rct _ ñieän trôû tieáp xuùc cuûa choåi ñieän. Söùc ñieän ñoäng Eö cuûa phaàn öùng ñoäng cô ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc: pN E K (1-2) ö   2 a trong ñoù: p _ soá ñoâi cöïc töø chính, N _ soá thanh daãn taùc duïng cuûa cuoän daây phaàn öùng. a _ soá ñoâi maïch nhaùnh song song cuûa cuoän daây phaàn öùng,  _ töø thoâng kích töø döôùi moät cöïc töø, Wb.  _ toác ñoä goùc, rad/s. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 5
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ pN K _ heä soá caáu taïo cuûa ñoäng cô. 2 a Neáu bieåu dieãn söùc ñieän ñoäng theo toác ñoä quay n (vong/phuùt) thì E K n (1-3) ö c 2 n n vaø  60 9.55 pN Vì vaäy E n ö 60a  pN K : Heä soá söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô, c 60a K K 0.105K . c 9.55 Töø ñoù ta coù: U R R ö ö f I (1-4)  ö K K ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô. Maët khaùc moâmen ñieän töø Mñt cuûa ñoäng cô ñöôïc xaùc ñònh bôûi: M = K I (1-5) ñt  ö M suy ra I ñt ö K thay giaù trò Iö vaøo (1-4) ta ñöôïc: U R R ö ö f .M (1-6)  K 2 ñt  K Neáu boû qua caùc toån thaát cô vaø toån thaát theùp thì moâmen cô treân truïc ñoäng cô baèng moâmen ñieän töø, ta kyù hieäu laø M. Nghóa laø Mñt = Mcô = M. U R R ö ö f .M (1-7)  K 2  K Ñaây laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Giaû thieát phaàn öùng ñöôïc buø ñuû, töø thoâng cuûa ñoäng cô  const , thì caùc phöông trình ñaëc tính cô ñieän (1-4) vaø phöông trình ñaëc tính cô (1-7) laø tuyeán tính. Ñoà thò cuûa chuùng ñöôïc bieåu dieãn treân hình laø nhöõng ñöôøng thaúng. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 6
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ   o o ñm ñm Iâm Inm I Mâm Mnm M Ñaëc tính cô ñieän cuûa ñoäng cô ñieän Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp. moät chieàu kích töø ñoäc laäp. Theo caùc ñoà thò treân, khi Iö = 0 hoaëc M = 0 ta coù: U ö (1-8)  o K ñöôïc goïi laø toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng cuûa ñoäng cô. Coøn khi o 0 ta coù: o U I I (1-9) ö R R nm ö f vaø M K I M (1-  nm nm 10) Inm , Mnm ñöôïc goïi laø doøng ñieän ngaén maïch vaø moâmen ngaén maïch. Maët khaùc, phöông trình ñaëc tính (1-4), (1-7) cuõng coù theå ñöôïc vieát ôû daïng: U R ö .I (1-  ö o  K K 11) U R ö .M (1-  K 2 o   K 12) trong ñoù: U R R R . ö ö f o K SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 7
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ R R .I .M  K ö 2  K  ñöôïc goïi laø ñoä suït toác ñoä öùng vôùi giaù trò cuûa M. Ta coù theå bieåu dieãn ñaëc tính cô ñieän vaø ñaëc tính cô trong heä ñôn vò töông ñoái, vôùi ñieàu kieän töø thoâng laø ñònh möùc ,   ñm I M R trong ñoù  ,I ,M ,R  I M R o ñm ñm cb U ( R ñm ñöôïc goïi laø ñieän trôû cô baûn). cb I ñm Töø (1-4), (1-7) ta vieát ñöôïc ñaëc tính cô ñieän vaø ñaëc tính cô ôû ñôn vò töông ñoái:  1 R I (1- 13)  1 R M (1-14) 2. Xeùt aûnh höôûng caùc tham soá ñeán ñaëc tính cô: Töø phöông trình ñaëc tính cô (1-7) ta thaáy coù ba tham soá aûnh höôûng ñeán ñaëc tính cô: töø thoâng ñoäng cô , ñieän aùp phaàn öùng U vaø ñieän trôû phaàn öùng  ö ñoäng cô. Ta laàn löôït xeùt aûnh höôûng cuûa töøng tham soá ñoù. a) AÛnh höôûng cuûa ñieän trôû phaàn öùng: Giaû thieát U = U = const vaø const . ö ñm   ñm Muoán thay ñoåi ñieän trôû maïch phaàn öùng ta noái theâm ñieän trôû phuï Rt vaøo maïch phaàn öùng. Trong tröôøng hôïp naøy toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng: U ñm const o K  ñm M K 2 Ñoä cöùng cuûa ñaëc tính cô:  ñm var  R R  ö f Khi R caøng lôùn, caøng nhoû nghóa laø ñaëc tính cô caøng doác. ÖÙng vôùi t  Rf = 0 ta coù ñaëc tính cô töï nhieân: K 2  ñm (1- TN R ö 17) SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 8
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ coù giaù trò lôùn nhaát neân ñaëc tính cô töï nhieân coù ñoä cöùng hôn taát TN caû caùc ñöôøng ñaëc tính coù ñieän trôû phuï. Nhö vaäy khi thay ñoåi ñieän trôû phuï Rf ta ñöôïc moät hoï ñaëc tính bieán trôû coù daïng nhö hình veõ.  o TN(Rn) Rf 1 Rf 2 Rf3 Mc M Rf4 Hình veõ: Caùc ñaëc tính cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp khi thay ñoåi ñieän trôû phuï maïch phaàn öùng ÖÙng vôùi moät phuï taûi Mc naøo ñoù, neáu Rf caøng lôùn thì toác ñoä cô caøng giaûm, ñoàng thôøi doøng ñieän ngaén maïch vaø moâmen ngaén maïch cuõng giaûm. Cho neân ngöôøi ta thöôøng söû duïng phöông phaùp naøy ñeå haïn cheá doøng ñieän vaø ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô phía döôùi toác ñoä cô baûn. b) AÛnh höôûng cuûa ñieän aùp phaàn öùng: Giaû thieát töø thoâng const , ñieän trôû phaàn öùng R = const.   ñm ö Khi thay ñoåi ñieän aùp theo höôùng giaûm so vôùi Uñm , ta coù: U Toác ñoä khoâng taûi: x var ox K  ñm K 2 Ñoä cöùng ñaëc tính cô:  ñm const .  R ö Nhö vaäy khi thay ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô ta ñöôïc moät hoï ñaëc tính cô song song vôùi ñaëc tính cô töï nhieân.  o TN Uâm SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 9 U1 U2
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 01 02 03 04 Hình veõ: Caùc ñaëc tính cuûa ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp khi giaûm aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô. Ta thaáy raèng khi thay ñoåi ñieän aùp (giaûm aùp) thì moâmen ngaén maïch, doøng ñieän ngaén maïch cuûa ñoäng cô giaûm vaø toác ñoä cuõng giaûm öùng vôùi moät phuï taûi nhaát ñònh. Do ñoù phöông phaùp naøy cuõng ñöôïc söû duïng ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô vaø haïn cheá doøng ñieän khi khôûi ñoäng. c) AÛnh höôûng cuûa töø thoâng: Giaû thieát ñieän aùp phaàn öùng Uö = Uñm =const. Ñieän trôû phaàn öùng Rö = const. Muoán thay ñoåi töø thoâng ta thay ñoåi doøng ñieän kích töø Ikt ñoäng cô. Trong tröôøng hôïp naøy: U Toác ñoä khoâng taûi: ñm var ox K  x K 2 Ñoä cöùng ñaëc tính cô:  x var.  R ö Do caáu taïo cuûa ñoäng cô ñieän, thöïc teá thöôøng ñieàu chænh giaûm töø thoâng. Neân khi töø thoâng giaûm thì taêng, coøn seõ giaûm. Ta coù moät ox  hoï ñaëc tính cô vôùi taêng daàn vaø ñoä cuûa ñaëc tính giaûm daàn khi giaûm ox töø thoâng. Ta nhaän thaáy raèng khi thay ñoåi töø thoâng: U Doøng ñieän ngaén maïch: I ñm const nm R ö Moâmen ngaén maïch: M K I var nm  x nm SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 10
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Caùc ñaëc tính cô ñieän vaø ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô khi giaûm töø thoâng ñöôïc bieåu dieãn nhö hình veõ:   02 02  2 01  2 01 0 1 0 1  ñm TN Mc ,TN  ñm I Inm Mnm2 Mnm1 Mnm M Hình veõ: Ñaëc tính cô ñieän vaø ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp Vôùi daïng moâmen cuûa phuï taûi Mc thích hôïp vôùi cheá ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô thì khi giaûm töø thoâng toác ñoä ñoäng cô taêng leân. III. TOÅNG QUAN VEÀ ÑIEÀU CHÆNH: Ñoäng cô ñieän moät chieàu coù nhieàu öu ñieåm so vôùi caùc ñoäng cô khaùc, khoâng nhöõng coù khaû naêng ñieàu chænh toác ñoä deã daøng maø caáu truùc maïch ñieàu khieån ñôn giaûn. Ñeå ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän 1 chieàu trong thöïc teá coù 2 phöông phaùp: . Ñieàu chænh ñieän aùp caáp cho phaàn öùng ñoäng cô . Ñieàu chænh ñieän aùp caáp cho maïch kích töø cuûa ñoäng cô SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 11
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ñoái vôùi maùy ñieän nhieàu khi giöõ töø thoâng khoâng ñoåi vaø ñieàu chænh ñieän aùp treân phaàn öùng thì moâmen seõ thay ñoåi. Do ñoù ñoù toác ñoä seõ thay ñoåi. Ñeå ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng ta phaûi duøng nhöõng boä nguoàn ñieän aùp nhö maùy phaùt 1 chieàu, boä bieán ñoåi van hay khueách ñaïi töø. Boä bieán ñoåi BD duøng ñeå bieán ñoåi doøng ñieän xoay chieàu cuûa löôùi thaønh doøng 1 chieàu vaø ñieàu chænh giaù trò suaát ñieän ñoäng Eb cuûa noù theo yeâu caàu veà caùc chæ tieâu kó thuaät vaø naêng löôïng, phöông phaùp ñieàu aùp ñöôïc ñaùnh giaù toát. Tröôùc heát noù laø phöông phaùp ñieàu chænh trieät ñeå, nghóa laø noù coù theå ñieàu chænh toác ñoä trong baát kyø vuøng taûi naøo, keå caû khi khoâng taûi lyù töôûng. Phöông phaùp naøy ñaûm baûo ñöôïc sai soá toác ñoä nhoû, khaû naêng quaù taûi lôùn, daûi ñieàu chænh roäng vaø toån naêng löôïng ít. Maët khaùc, vì phaàn töû ñieàu chænh ñaët trong maïch ñieàu khieån cuûa boä bieán ñoåi vaø maïch coù coâng suaát nhoû neân tính ñieàu khieån cao, thao taùc nheï nhaøng vaø coù khaû naêng caûi thieän heä thaønh töï ñoäng voøng kín. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát cuûa phöông phaùp ñieàu aùp laø phaûi duøng boä bieán ñoåi ñieàu khieån khaù phöùc taïp neân voán ñaàu tö cô baûn cao vaø vaän haønh phí cao. Tuy nhieân, nhôø nhöõng öu ñieåm ñaõ neâu, phöông phaùp naøy taïo ra cho maùy saûn xuaát moät naêng suaát cao, ñoàng thôøi toån thaát naêng löôïng ít neân thôøi gian hoaøn voán nhanh. Do ñoù phöông phaùp ñieàu aùp ñöôïc söû duïng roäng raõi, chính vì vaäy noù ñem laïi cho ñoäng cô 1 chieàu moät vò trí quan troïng trong thöïc teá maø maùy ñieän xoay chieàu raát khoù caïnh tranh. Caáu truùc maïch ñoäng löïc cuûa heä truyeàn ñoäng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô ñieän 1 chieàu bao giôø cuõng caàn coù boä bieán ñoåi. Caùc boä bieán ñoåi naøy caáp cho phaàn öùng cuûa ñoäng cô hoaëc maïch kích töø cuûa ñoäng cô. Hieän nay, trong coâng nghieäp söû duïng caùc boä bieán ñoåi chính: Boä bieán ñoåi maùy ñieän goàm: ñoäng cô sô caáp keùo maùy phaùt 1 chieàu hoaëc maùy ñieän khueách ñaïi (KÑM) Boä bieán ñoåi ñieän töø: khueách ñaïi töø (KÑT) Boä bieán ñoåi chænh löu baùn daãn : chænh löu Tiristor (CLT) Boä bieán ñoåi xung aùp 1 chieàu: Tiristor hoaëc Transitor (BBÑXA) Töông öùng vôùi vieäc söû duïng caùc boä bieán ñoåi maø ta coù caùc heä truyeàn ñoäng nhö: Heä truyeàn ñoäng maùy phaùt – ñoäng cô (F – Ñ) Heä truyeàn ñoäng maùy ñieän khueách ñaïi – ñoäng cô (MÑKÑ – Ñ) Heä truyeàn ñoäng khueách ñaïi töø – ñoäng cô (KÑT – ÑC) Heä truyeàn ñoäng chænh löu Tiristor – ñoäng cô (T – Ñ) Heä truyeàn ñoäng xung aùp – ñoäng cô (XA – ÑC). Theo caáu truùc maïch ñieàu khieån caùc heä truyeàn ñoäng, ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu coù loaïi ñieàu khieån theo maïch chính (ta coù heä truyeàn ñoäng ñieàu chænh töï ñoäng) vaø loaïi ñieàu khieån maïch hôû (heä truyeàn ñoäng ñieàu khieån “hôû”). Heä ñieàu chænh töï ñoäng truyeàn ñoäng ñieän coù caáu truùc phöùc taïp, SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 12
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ nhöng coù chaát löôïng ñieàu chænh cao vaø daûi ñieàu chænh roäng hôn so vôùi heä truyeàn ñoäng “hôû”. Ngoaøi ra caùc heä truyeàn ñoäng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu coøn ñöôïc phaân loaïi theo truyeàn ñoäng coù ñaûo chieàu quay vaø khoâng ñaûo chieàu quay. Ñoàng thôøi tuøy thuoäc vaøo caùc phöông phaùp haõm, ñaûo chieàu maø ta coù truyeàn ñoäng laøm vieäc ôû moät goùc phaàn tö, hai goùc phaàn tö vaø boán goùc phaàn tö. Trong phaàn naøy, chuùng ta nghieân cöùu caùc tính chaát toång quaùt, cuõng nhö tính chaát rieâng cuûa töøng heä truyeàn ñoäng ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu. 1. Nguyeân lyù ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng: Ñeå ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng ñoäng cô moät chieàu caàn coù thieát bò nguoàn nhö maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp, caùc boä chænh löu ñieàu khieån v.v Caùc thieát bò nguoàn naøy coù chöùc naêng bieán naêng löôïng ñieän xoay chieàu thaønh moät chieàu coù söùc ñieän ñoäng Eb ñieàu chænh ñöôïc nhôø tín hieäu ñieàu khieån Uñk . Vì laø nguoàn coù coâng suaát höõu haïn so vôùi ñoäng cô neân caùc boä bieán ñoåi naøy coù ñieän trôû trong Rb vaø ñieän caûm Lc khaùc khoâng. ~ Rb Ræâ LK uâk b âk u BBÂ Â E (u ) Eæ Hình: Sô ñoà khoái vaø sô ñoà thay theá ôû cheá ñoä xaùc laäp ÔÛ cheá ñoä xaùc laäp coù theå vieát ñöôïc phöông trình ñaëc tính cuûa heä thoáng nhö sau: Eb – Eö = Iö(Rb + Röñ) E R R b b öñ .I  K. K. ö  ñm  ñm M U  o ñk  Vì töø thoâng cuûa ñoäng cô ñöôïc giöõ khoâng ñoåi neân ñoä cöùng ñaëc tính cô cuõng khoâng ñoåi, coøn toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng thì tuøy thuoäc vaøo giaù trò ñieän aùp ñieàu khieån Uñk cuûa heä thoáng, do ñoù coù theå noùi phöông phaùp ñieàu chænh naøy laø trieät ñeå. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 13
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ñeå xaùc ñònh giaûi ñieàu chænh toác ñoä ta ñeå yù raèng toác ñoä lôùn nhaát cuûa heä thoáng bò chaën bôûi ñaëc tính cô baûn, laø ñaëc tính öùng vôùi ñieän aùp phaàn öùng ñònh möùc vaø töø thoâng cuõng ñöôïc giöõ ôû giaù trò ñònh möùc. Toác ñoä nhoû nhaát cuûa daûi ñieàu chænh bò giôùi haïn bôûi yeâu caàu veà sai soá toác ñoä vaø veà moâmen khôûi ñoäng. Khi moâmen taûi laø ñònh möùc thì caùc giaù trò lôùn nhaát vaø nhoû nhaát cuûa toác ñoä laø: M ñm max omax  M ñm min omin  Ñeå thoûa maõn khaû naêng quaù taûi thì ñaëc tính thaáp nhaát cuûa daûi ñieàu chænh phaûi coù moâmen ngaén maïch laø: M M K .M , nm min c max M ñm trong ñoù KM laø heä soá quaù taûi veà moâmen. Vì hoï ñaëc tính cô laø caùc ñöôøng thaúng song song nhau, neân ñònh nghóa veà ñoä cöùng ñaëc tính cô coù theå vieát: 1 M M M ñm K 1 min nm min ñm M   M . ñm omax  1 omax M D  ñm K 1 M / K 1 M ñm  M  o max max ñk1 ñki M,I 0 Mâm Mnm min Hình: Xaùc ñònh phaïm vi ñieàu chænh SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 14
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Vôùi moät cô caáu maùy cuï theå thì caùc giaù trò , M , K laø xaùc ñònh, vì omax ñm M vaäy phaïm vi ñieàu chænh D phuï thuoäc tuyeán tính vaøo giaù trò cuûa ñoä cöùng  . Khi ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng ñoäng cô baèng caùc thieát bò nguoàn ñieàu chænh thì ñieän trôû toång maïch phaàn öùng gaáp khoaûng hai laàn ñieän trôû phaàn öùng ñoäng cô. Do ñoù coù theå tính sô boä ñöôïc: . / M 10 omax  ñm Vì theá vôùi taûi coù ñaëc tính moâmen khoâng ñoåi thì giaù trò phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä cuõng khoâng vöôït quaù 10. Ñoái vôùi caùc maùy coù yeâu caàu cao veà daûi ñieàu chænh vaø ñoä chính xaùc duy trì toác ñoä laøm vieäc thì vieäc söû duïng caùc heä thoáng “hôû” nhö treân laø khoâng thoûa maõn ñöôïc. Trong phaïm vi phuï taûi cho pheùp coù theå coi caùc ñaëc tính cô tónh cuûa truyeàn ñoäng moät chieàu kích töø ñoäc laäp laø tuyeán tính. Khi ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng thì ñoä cöùng caùc ñaëc tính cô trong toaøn daûi ñieàu chænh laø nhö nhau, do ñoù ñoä suït toác töông ñoái seõ ñaït giaù trò lôùn nhaát taïi ñaëc tính thaáp nhaát cuûa daûi ñieàu chænh. Hay noùi caùch khaùc, neáu taïi ñaëc tính cô thaáp nhaát cuûa daûi ñieàu chænh maø sai soá toác ñoä khoâng vöôït quaù giaù trò sai soá cho pheùp, thì heä truyeàn ñoäng seõ laøm vieäc vôùi sai soá luoân nhoû hôn sai soá cho pheùp trong toaøn boä daûi ñieàu chænh. Sai soá töông ñoái cuûa toác ñoä ôû ñaëc tính cô thaáp nhaát laø: omin min  s omin omin M s ñm s . cp  omin Vì caùc giaù trò M , , s laø xaùc ñònh neân coù theå tính ñöôïc giaù trò toái ñm omin cp thieåu cuûa ñoä cöùng ñaëc tính cô sao cho sai soá khoâng vöôït quaù giaù trò cho pheùp. Ñeå laøm vieäc naøy, trong ña soá caùc tröôøng hôïp caàn xaây döïng caùc heä truyeàn ñoäng ñieän kieåu voøng kín. Trong suoát quaù trình ñieàu chænh ñieän aùp phaàn öùng thì töø thoâng kích töø ñöôïc giöõ nguyeân, do ñoù moâmen taûi cho pheùp cuûa heä seõ laø khoâng ñoåi: M K .I M c.cp ñm ñm ñm Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä vaø moâmen naèm trong hình chöõ nhaät bao bôûi caùc ñöôøng thaúng ,M M vaø caùc truïc toïa ñoä. Toån hao naêng löôïng  ñm ñm chính laø toån hao trong maïch phaàn öùng neáu boû qua caùc toån hao khoâng ñoåi trong heä. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 15
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Eb = Eö + Iö (Rb + Röñ), 2 IöEb = IöEö + Iö (Rb + Röñ). Neáu ñaët Rb + Röñ = R thì hieäu suaát bieán ñoåi naêng löôïng cuûa heä seõ laø: I E ö ö  ö I E I2 R MR ö ö ö  K 2  ñm  ö  M R Khi laøm vieäc ôû cheá ñoä xaùc laäp ta coù moâmen do ñoäng cô sinh ra ñuùng * * baèng moâmen taûi treân truïc: M = Mc vaø gaàn ñuùng coi ñaëc tính cô cuûa phuï x taûi laø M thì c   ö  x 1  R .    ñm 1 x=0 x= -1 M ö 1 Mâm Hình: Quan heä giöõa hieäu suaát truyeàn ñoäng vaø toác ñoä vôùi caùc loaïi taûi khaùc nhau. Hình treân moâ taû quan heä giöõa hieäu suaát vaø toác ñoä laøm vieäc trong caùc tröôøng hôïp ñaëc tính taûi khaùc nhau. Ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp phaàn öùng laø raát thích hôïp trong caùc tröôøng hôïp moâmen taûi laø haèng soá trong toaøn daûi ñieàu chænh. Cuõng thaáy raèng khoâng neân noái theâm ñieän trôû phuï vaøo maïch phaàn öùng vì nhö vaäy seõ laøm giaûm ñaùng keå hieäu suaát cuûa heä. 2. Nguyeân lyù ñieàu chænh töø thoâng ñoäng cô: SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 16
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ñieàu chænh töø thoâng kích thích cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu laø ñieàu chænh moâmen ñieän töø cuûa ñoäng cô M K I vaø söùc ñieän ñoäng quay cuûa  ö ñoäng cô E K . Maïch kích töø cuûa ñoäng cô laø maïch phi tuyeán, vì vaäy heä ö  ñieàu chænh töø thoâng cuõng laø heä phi tuyeán: e d i k .  , k r r k dt b k trong ñoù rk _ ñieän trôû daây quaán kích thích, rb _ ñieän trôû cuûa nguoàn ñieän aùp kích thích, _ soá voøng daây cuûa daây quaán kích thích. k Trong cheá ñoä xaùc laäp ta coù quan heä: l i k ; f i k r r   k  b k Thöôøng khi ñieàu chænh töø thoâng thì ñieän aùp phaàn öùng ñöôïc giöõ nguyeân baèng giaù trò ñònh möùc, do ñoù ñaëc tính cô thaáp nhaát trong vuøng ñieàu chænh töø thoâng chænh laø ñaëc tính coù ñieän aùp phaàn öùng ñònh möùc, töø thoâng ñònh möùc vaø ñöôïc goïi laø ñaëc tính cô baûn (ñoâi khi chính laø ñaëc tính töï nhieân cuûa ñoäng cô). Toác ñoä lôùn nhaát cuûa daûi ñieàu chænh töø thoâng bò haïn cheá bôûi khaû naêng chuyeån maïch cuûa coå goùp ñieän. Khi giaûm töø thoâng ñeât taêng toác ñoä quay cuûa ñoäng cô thì ñoàng thôøi ñieàu kieän chuyeån maïch cuûa coå goùp cuõng bò xaáu ñi, vì vaäy ñeå baûo ñaûm ñieàu kieän chuyeån maïch bình thöôøng thì caàn phaûi giaûm doøng ñieän phaàn öùng cho pheùp, keát quaû laø moâmen cho pheùp treân truïc ñoäng cô giaûm raát nhanh. Ngay caû khi giöõ nguyeân doøng ñieän phaàn öùng thì ñaëc tính cô cuõng giaûm raát nhanh khi giaûm töø thoâng kích thích: 2 K 2  hay .  R   ö Do ñieàu chænh toác ñoä baèng caùch giaûm töø thoâng neân ñoái vôùi caùc ñoäng cô maø töø thoâng ñònh möùc naèm ôû choã tieáp giaùp giöõa vuøng chuyeån tính vaø vuøng baõo hoøa cuûa ñaëc tính töø hoaù thì coù theå coi vieäc ñieàu chænh laø tuyeán tính vaø haèng soá C phuï thuoäc vaøo thoâng soá keát caáu cuûa maùy ñieän: C C.i e  k r r k b k 3. Heä truyeàn ñoäng MF-DC: (F – Ñ) Phaàn öùng cuûa ñoäng cô ñieän 1 chieàu ñöôïc cung caáp töø 1 maùy phaùt ñieän rieâng coù khaû naêng bieán ñoåi söùc ñieän ñoäng trong 1 phaïm vi rieâng, maùy phaùt naøy do ñoäng cô sô caáp khoâng ñoàng boä 3 pha quay vaø coù toác ñoä quay cuûa maùy phaùt laø khoâng ñoåi. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 17
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ . Öu ñieåm noåi baät cuûa heä truyeàn ñoäng F – Ñ laø vieäc chuyeån ñoåi traïng thaùi laøm vieäc raát linh hoaït, khaû naêng ñieàu chænh vaän toác töông ñoái roäng, khaû naêng quaù taûi lôùn. . Nhöôïc ñieåm quan troïng cuûa heä F – Ñ laø duøng nhieàu maùy ñieän quay trong ñoù ít nhaát laø 2 maùy ñieän 1 chieàu, gaây tieáng oàn lôùn, coâng suaát laép maùy ít nhaát phaûi gaáp 3 laàn coâng suaát ñoäng cô chaáp haønh. Ngoaøi ra do maùy phaùt 1 chieàu coù töø dö, ñaëc tính töø hoùa coù treã neân khoù ñieàu chænh saâu toác ñoä. KT DM F Â 4. Heä truyeàn ñoäng khueách ñaïi töø ñoäng cô: A B C Sô ñoà nguyeân lyù: Khueách ñaïi töø ñöôïc duøng roäng raõi trong kyõ thuaät ñeå ñieàu chænh doøng ñieän vaø ñieän aùp. Trong tröôøng hôïp naøy ngöôøi ta duøng noù ñeå ñieàu chænh ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng ñoäng cô 1 chieàu ÑM. Phaàn töû ñieàu chænh chuû yeáu laø KÑT laø cuoän khaùng baõo hoøa ñöôïc noái theo sô ñoà treân. Trong maïch laøm vieäc ngöôøi ta noái caùc ñioát laøm nhieäm vuï chænh löu cho phuï taûi vaø taïo ra thaønh phaàn doøng töø hoaù KÑT. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 18
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ñieän aùp chænh löu treân ñaàu ra cuûa khueách ñaïi töø ñöôïc ñieàu chænh baèng caùc bieán ñoåi doøng trong cuoän daây ñieàu khieån cuûa noù. Cuoän ñoù coù theå quaán bao taát caû caùc loõi cuûa KÑT nhö baèng caùch bieán ñoåi doøng ñieàu khieån ta seõ bieán ñoåi ñöôïc maät ñoä töø thoâng trong loõi töø ôû nöûa cuoái chu kì ñieàu khieån ( töùc nöûa chu kì laøm vieäc). Chính maät ñoä töø thoâng naøy quyeát ñònh goùc baõo hoøa . Ñoái vôùi khueách ñaïi töø lyù töôûng trò soá cuûa suaát ñieän s ñoäng chænh löu: E = n1Um KÑT (1 cos ) 2 s Vieäc ñaûo chieàu quay ñoäng cô ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñaûo chieàu kích töø hoaëc ñoåi caùc daáu doøng phaàn öùng ñoäng cô. + Öu ñieåm: heä thoáng naøy hieäu suaát trung bình cao hôn heä thoáng F – Ñ nhöng thaáp hôn T – Ñ. + Nhöôïc ñieåm: khi duøng heä thoáng ñeå caáp ñieän aùp cho ñoäng cô ñieän 1 chieàu, vieäc duøng heä bieán ñoåi khueách ñaïi töø coù cöïc tính ñieän aùp ra thay ñoåi laø khoâng kinh teá, neân vieäc ñaûm baûo chieàu quay ñöôïc thöïc hieän baèng vieäc thöïc hieän ñaûo chieàu ñaàu daây phaàn öùng hoaëc ñaûo chieàu doøng kích töø. Do ñoù, vieäc ñaûo chieàu maát nhieàu thôøi gian. KÑT T N N T ÑM 5. Heä truyeàn ñoäng T – Ñ: Hieän nay ngöôøi ta söû duïng roäng raõi caùc boä bieán ñoåi van ñieàu khieån ñeå bieán naêng löôïng ñieän xoay chieàu thaønh ñieän 1 chieàu ñeå cung caáp cho caùc ñoäng cô ñieän 1 chieàu. Toác ñoä ñoäng cô ñieàu chænh baèng caùch thay ñoåi ñieän aùp chænh löu baèng caùch thay ñoåi thôøi ñieåm thoâng van. Öu ñieåm: öu ñieåm noåi baät cuûa heä T – Ñ laø ñoä taùc ñoäng nhanh khoâng gaây oàn vaø deã töï ñoäng hoùa, do caùc van baùn daãn coù heä soá khueách ñaïi coâng suaát raát cao, ñieàu ñoù raát thuaän tieän cho vieäc thieát laäp cho heä thoáng töï SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 19
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ ñoäng ñieàu chænh nhieàu vuøng ñeå naâng cao chaát löôïng ñaëc tính tónh vaø caùc ñaëc tính ñoäng cuûa heä thoáng. Nhöôïc ñieåm: chuû yeáu do caùc van baùn daãn coù tính phi tuyeán, daïng chænh löu cuûa ñieän aùp coù bieân ñoä ñaäp maïch gaây toån hao phuï trong maùy ñieän. Heä soá coâng suaát cos cuûa heä noùi chung laø thaáp. Tính daãn ñieän 1 chieàu cuûa van buoäc ta phaûi söû duïng 2 boä bieán ñoåi ñeå caáp ñieän cho ñoäng cô coù ñaûo chieàu quay. 6. Choïn phöông aùn: Trong thöïc teá truyeàn ñoäng naøo coù öu ñieåm thì cuõng coù nhöôïc ñieåm khaùc. Do ñoù tuøy tröôøng hôïp thöïc teá cuï theå ngöôøi ta choïn phöông aùn truyeàn ñoäng cho phuø hôïp vaø treân nguyeân taéc nhöôïc ñieåm laø ít nhaát. Trong phaàn ñoà aùn naøy ta duøng heä truyeàn ñoäng T – Ñ. Phaàn II: TOÅNG QUAN VEÀ PHÖÔNG AÙN ÑAÕ CHOÏN Nguyeân taéc cô baûn ñeå xaây döïng heä truyeàn ñoäng T – Ñ ñaûo chieàu: Giöõ nguyeân chieàu doøng ñieän phaàn öùng vaø ñaûo chieàu doøng kích töø Giöõ nguyeân doøng kích töø vaø ñaûo chieàu doøng phaàn öùng nhöng ñöôïc phaân ra 4 sô ñoà chính: . Truyeàn ñoäng duøng 1 boä bieán ñoåi caáp cho phaàn öùng vaø ñaûo chieàu quay baèng caùch ñaûo chieàu doøng kích töø . Truyeàn ñoäng duøng 1 boä bieán ñoåi caáp cho phaàn öùng caø ñaûo chieàu quay baèng coâng taéc töø chuyeån maïch ôû phaàn öùng ( töø thoâng giöõ khoâng ñoåi) . Truyeàn ñoäng duøng 2 boä bieán ñoåi caáp cho phaàn öùng ñieàu khieån rieâng SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 20
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ . Truyeàn ñoäng duøng 2 boä bieán ñoåi noái song song ngöôïc ñieàu khieån chung Tuy nhieân, moãi loaïi sô ñoà ñeàu coù öu nhöôïc ñieåm rieâng vaø thích hôïp vôùi töøng loaïi taûi vaø coâng ngheä. Ta choïn boä truyeàn ñoäng duøng 2 boä bieán ñoåi noái song song ngöôïc ñieàu khieån chung, bôûi noù duøng cho daõi coâng suaát vöøa vaø lôùn coù taàn soá ñaûo chieàu cao vaø thöïc hieän ñaûo chieàu eâm hôn. 1. Sô ñoà nguyeân lyù laøm vieäc: Sô ñoà goàm 2 boä bieán ñoåi G1 vaø G2 , ñaáu song song ngöôïc vôùi caùc cuoän khaùng caân baèng Lc. Töøng boä bieán ñoåi coù theå laøm vieäc ôû cheá ñoä chænh löu hoaëc nghòch löu. Caû 2 boä bieán ñoåi G1 vaø G2 ñeàu nhaän ñöôïc xung môû taïi moïi thôøi ñieåm. Ta goïi laø goùc môû ñoái vôùi G1, laø goùc môû ñoái vôùi G2, thì söï phoái hôïp 1 2 giöõa 2 giaù trò vaø phaûi ñöôïc thöïc hieän theo quan heä: 1 2 + = 180o 1 2 Söï phoái hôïp naøy laø tuyeán tính Giaû söû ta caàn ñoäng cô quay thuaän ta cho G laøm vieäc ôû cheá ñoä chænh löu 1 o = 0 90 , Ud > 0, G2 laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu Ui2 1  2 90o Ud1 = Uo cos > 0 1 Ui2 = Uo cos < 0 2 Caû 2 ñieän aùp Ud1 vaø Ui2 ñeàu ñaët leân phaàn öùng cuûa ñoäng cô. Ñoäng cô chæ tuaân theo Ud1 vaø quay thuaän. Ñoäng cô khoâng theå quay ngöôïc theo Ui2 vì caùc tiristor khoâng theå cho doøng chaïy qua. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 21
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Lc Lc Lc Lc Sô ñoà maïch heä T-D coù ñaûo chieàu 0 0 0° 30° 60° 90° uc2 uc1 120° 150° o o 180 180 180° Bieåu ñoà phoái hôïp tuyeán tính Khi = = o thì Ud1 = Ud2 = 0. Luùc naøy ñieän aùp ñaët leân phaàn öùng 1 2 90 cuûa ñoäng cô baèng khoâng. Ñoäng cô ôû traïng thaùi döøng. Giaû söû Uc laø ñieän aùp ñieàu khieån ôû boä ñieàu khieån caàn khôûi ñoäng ÑM quay thuaän ta cho Uc = Uc1 o o = o , 180 150 1 30 2 1 U = 3 , U = 3 d1 U i2 U 2 o 2 o G1 laøm vieäc ôû cheá ñoä chænh löu, coøn G2 laøm vieäc ôû cheá ñoä ñôïi SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 22
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Neáu baây giôø caàn giaûm cheá ñoä quay cuûa ñoäng cô ta cho Uc = Uc2 , caùc goùc môû 60o , 120o , 1 , 1 . Luùc naøy do quaùn 1 2 U U U U d1 2 o i2 2 o tính, neân söùc ñieän ñoäng E cuûa ñoäng cô vaãn coøn giöõ nguyeân trò soá öùng vôùi traïng thaùi tröôùc ñoù, > boä bieán ñoåi G1 bò khoaù laïi. E U d1 Maët khaùc, E U neân boä bieán ñoåi G laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu phuï i2 2 thuoäc, traû naêng löôïng tích luyõ trong ñoäng cô veà nguoàn ñieän xoay chieàu. Doøng ñieän phaàn öùng ñoåi daáu, chaûy töø M vaøo G2 ñoäng cô bò haõm taùi sinh, toác ñoä giaûm xuoáng giaù trò töông öùng vôùi . U d1 Neáu cho ñieän aùp ñieàu khieån Uc < 0 thì G2 seõ laøm vieäc ôû cheá ñoä chænh löu, coøn G1 laøm vieäc ôû cheá ñoä nghòch löu phuï thuoäc. Ñaëc ñieåm cuûa sô ñoà ñaûo doøng ñang xeùt laø coù 1 doøng ñieän luùc thì chaûy töø G1 vaøo G2 , luùc thì chaûy töø G2 vaøo G1 maø khoâng qua maïch taûi. Ngöôøi ta goïi noù laø doøng tuaàn hoaøn. Doøng tuaàn hoaøn laøm cho MBA vaø caùc tiristor seõ laøm vieäc naëng neà hôn, ñeå haïn cheá doøng ñieän tuaàn hoaøn ngöôøi ta duøng 1 ñieän caûm Lc. Giaù trò trung bình cuûa doøng tuaàn hoaøn: 3 6U 2 Icc * (sin 1 1 cos 1 ) X c Ñaët * Icc : goïi laø giaù trò töông ñoái cuûa doøng ñieän tuaàn hoaøn Icc Iccm Trong ñoù: 6U 2 : giaù trò cöïc ñaïi cuûa doøng tuaàn hoaøn Iccm * X c Quan heä * ñöôïc trình baøy treân hình veõ. Ñieän caûm Lc phaûi ñöôïc I cc f ( 1 ) tính toaùn sao cho giaù trò trung bình cuûa doøng ñieän tuaàn hoaøn trong tröôøng hôïp xaáu nhaát khoâng vöôït quaù giaù trò ñònh möùc cuûa Id . 1 1 3 5 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 23
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 30o 1  2 180o 2  0.9 0.3 0.2 0.1 o o o o o o 0 30 60 90 120 150 180 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 24
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Phaàn III: TÍNH CHOÏN MAÏCH ÑOÄNG LÖÏC A B C 1. Choïn ñoäng cô ñieän 1 chieàu: Coù caùc thoâng soá: Pñm = 31.5 kW Uñm = 220 V = 0.95 ñm Toác ñoä cuûa roâto: n = 1500 voøng/phuùt. ñm Ñieän aùp chænh löu khoâng taûi bao goàm: * U U U U U U do d r   SB SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 25
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ vôùi: Uñ : ñieän aùp chænh löu 220V : suït aùp treân ñieän trôû daây quaán MBA: =3%Ud U r U r : suït aùp treân ñieän khaùng daây quaán MBA vaø suït aùp do hieän töôïng U  truøng daãn: = 2%Ud U  : suït aùp treân 2 tiristor: = 2 * 2 = 4V U  U  : suït aùp treân ñieän khaùng caân baèng: = 0.8%Ud USB USB Vaäy ñieän aùp chænh löu khoâng taûi laø: 220 U 220 (3 2 0.8) 4 236.76 (V) do 100 + Giaù trò hieäu duïng cuûa ñieän pha thöù caáp MBA: U do 3.14 236.76 U 2 101.22(V) 3 6 3 6 + Ñieän aùp ngöôïc lôùn nhaát ñaët leân tiristor: U im 6U 2 6 101.22 247.94(V) + Doøng ñieän trung bình chaûy trong moãi tiritor: 1 3 I I I d d tb d 2 0 6 P 31.5 103 vôùi I ñm 150.72(A) d U 0.95 220  ñm 150.72 Vaäy I 25.12(A) tb 6 + Do toàn taïi doøng tuaàn hoaøn chaûy qua caùc boä bieán ñoåi G , G vaø MBA 1 2 maø khoâng qua phuï taûi neân cheá ñoä laøm vieäc cuûa MBA vaø tiristor naëng neà hôn. Tröôøng hôïp toài teä nhaát doøng tuaàn hoaøn: Icc = 4% Id. 2. Choïn tiristor: Theo thöïc teá ñeå choïn Tiristor laøm vieäc an toaøn ta phaûi choïn: Heä soá döï tröõ veà doøng ñieän K = 1.2 i Heä soá döï tröõ veà ñieän aùp K = 1.6 u Phaûi choïn Tiristor ít nhaát chòu ñieän aùp ngöôïc: Uim = 1.6 * 495.7 = 793.12 (V) vaø doøng ñieän trung bình Itb = 1.2 * 25.12 = 30.144 (A) Tra baûng ta choïn Tiristor T4-50 do Lieân Xoâ cheá taïo coù caùc thoâng soá sau: Itb = 50 (A) Uim = 0.1  1 (V) U = 1.3 (V) t = oof 11.5  20(s) SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 26
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ig = 0.9 (A) Ug = 3 (V) 3. Tính toaùn MBA ñoäng löïc: MBA trong heä thoáng naøy coù coâng suaát côõ trung bình. Do ñoù seõ coù lôïi veà daây quaán neáu ta taêng soá voøng daây sô caáp leân 3 laàn vaø giaûm tieát dieän ñi 3 laàn. Ñeå laøm ñöôïc vieäc naøy phía sô caáp phaûi noái vaø phía thöù caáp noái Y. Luùc naøy tæ soá bieán aùp laø: U 101.22 n 2 0.266 U 380 1 Giaù trò hieäu duïng cuûa doøng ñieän chaûy trong moãi pha thöù caáp cuûa MBA: I 150.72 I d 61.53 (A) 2 6 6 Giaù trò hieäu duïng cuûa doøng chaûy trong moãi pha sô caáp: I1 = n * I2 = 0.266 * 61.53 = 16.37 (A) Maïch töø: Coâng suaát bieåu kieán cuûa MBA: S 3U I 3 380 16.37 18661.8(W) 1 1 1 S 3U I 3 101.22 61.53 18684.2(W) 2 2 2 S = (S1 + S2) = 37346 W - Choïn maïch töø 3 truï, tieát dieän cuûa moãi truï tính theo coâng thöùc kinh nghieäm: S Q k c f vôùi MBA khoâ, k= 5  6 S : coâng suaát bieåu kieán cuûa MBA c : soá truï f : taàn soá nguoàn ñieän xoay chieàu; 37346 2 Q 6 94.67 (cm ) 3 50 Maïch töø ñöôïc laøm baèng caùc laù theùp kó thuaät ñieän gheùp laïi vôùi nhau ñeå giaûm doøng ñieän xoaùy, toån thaát 1.3 W/kg , troïng löôïng 7.5 Kg/dm3. Truï: 2 - Tieát dieän thoâ cuûa truï: 10 * 6 + 2 * 2 * 6 = 84 cm 2 - Tieát dieän hieäu quaû: 0.95 * 84 = 79.8 cm - Troïng löôïng: 7.5 * 0.798 * 2.4 * 3 = 43.1 kg Quilat (culasse): 2 - Tieát dieän thoâ: 10 * 10 = 100 cm SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 27
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 2 - Tieát dieän hieäu quaû: 0.95 * 100 = 95 cm - Troïng löôïng: 7.5 * 0.95 * 5 * 2 = 71.25 Kg - Troïng löôïng loõi theùp: 43.1 + 71.25 = 114.35 Kg Töø caûm: * Trong caùc truï treân Bm = 1.1 (T) thì trong caùc qui laùt ta seõ choïn: 79.8 B 1.1 0.924 (T) m 95 * Daây quaán: o Soá voøng daây treân moãi pha: Sô caáp: U1 380 n1 4 188 4.44f1QBm 4.44 50 83.10 1.1 voøng U 101.22 Thöù caáp: n n 2 188 50 voøng 2 1 U 380 1 Choïn maät ñoä doøng ñieän: J = J = 3 (A/mm2) o 1 2 o Ñöôøng kính daây phía sô caáp: 4I 4 16.37 d 1 2.6 mm 1 J 3 3.14 o Ñöôøng kính daây phía thöù caáp: 4I 4 61.53 d 2 5.1 mm 2 J 3 3.14 Tra baûng ta choïn daây coù: d = 2.38 mm; S = 6.92 mm2 ; 55.97 g/m ; 0.00278 1  / m 2 d2 = 5.2 mm ; S = 21.24 mm ; 189g/m ; r = 0.000811 / m OÁng daây quaán: loàng vaøo moãi truï 1 oáng daây quaán laøm baèng vaät lieäu caùch ñieän daøy 1 mm, coù baùn kính trong laø 72 mm. Vaäy baùn kính cuûa voøng daây sô caáp laø 74 mm. * Daây quaán sô caáp: 188 voøng chia thaønh 4 lôùp, giöõa 2 lôùp ñaët 1 tôø giaáy caùch ñieän, daøy 0.1 mm Beà daøy cuûa moãi daây quaán sô caáp laø: e1 = 4 * 2.83 + 0.4 = 11.72 mm SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 28
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 11.72 Baùn kính trung bình cuûa moãi daây quaán: 74 + 79.86 mm 2 3 Chieàu daøi cuûa daây quaán sô caáp: 2 79.85 10 188 94.32 m Ñieän trôû ôû nhieät ñoä 75o C laø: r 0.00278 94.32(1 0.000475) 0.262( ) 1  * Daây quaán thöù caáp: Giöõa daây quaán sô caáp vaø thöù caáp ñeå moät khoaûng caùch 8mm. Daây quaán thöù caáp goàm 100 voøng vaø chia thaønh 3 lôùp (3 * 30 + 10) giöõa 2 lôùp ñaët moät tôø giaáy caùch ñieän daøy 0.1mm. Beà daøy daây quaán thöù caáp: (mm) e 2 3 2.5 0.4 16 Baùn kính trung bình cuûa daây quaán thöù caáp: 74 + 11.72 + 8 + 8 = 101.72 (mm) Ñieän trôû daây quaán ôû nhieät ñoä 75o C laø: r 8.11 10 4 61.53(1 0.00475) 0.05( ) 2  Chieàu daøi cuûa daây quaán thöù caáp: l 2 101.72 10 3 50 31.94 m Ñieän khaùng moãi pha: r e e x 8 2n 2 (a 1 2 ) 10 7 2 h 2 36.8 11.72 16 8 3.142 502 (8 )10 3 314 10 7 0.02() 236 2 trong ñoù: r: baùn kính trung bình cuûa 2 cuoän daây r = e1 + e2 + 4 = 11.72 + 16 + 4 = 31.72 (mm) SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 29
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ h: chieàu cao 2 daây quaán h = 236 mm : taàn soá goùc, a= 0.008 Ñieän aùp rôi treân ñieän khaùng: 3XI 3 0.094 150.72 d U 13.53 (V) 3.14159 Ñieän aùp rôi treân ñieän trôû: 2 n 50 2 U r r 2 I 0.05 0.262 150.72 10.3 r 2 1 n d 188 1 (V) Ñieän aùp chænh löu khi ñaày taûi: U U U U 236.8 13.53 10.3 212.97 (V) d do r 4. Tính choïn cuoän khaùng san baèng doøng taûi: Cuoän khaùng san baèng doøng taûi ñöôïc maéc noái tieáp vôùi ñoäng cô nhaèm muïc ñích giaûm ñoä nhaáp nhoâ cuûa doøng ñieän chænh löu ñeå ñoäng cô laøm vieäc ñöôïc toát hôn, giaûm caùc toån thaát phuï trong ñoäng cô. Thaønh phaàn soùng baäc cao cuûa doøng chænh löu khoâng vöôït quaù 5% doøng taûi 150.72 I 5 7.536(A) d~ 100 giaù trò cuoän khaùng phaûi choïn sao cho ñaûm baûo ñieàu kieän naøy luùc ñoäng cô laøm vieäc ôû giaù trò ñònh möùc goùc môû 0 thì doøng taûi lôùn nhaát, thaønh phaàn xoay chieàu ñieän taûi lôùn nhaát. Khai trieån Furier ñieän aùp chænh löu: 3 6 2cos6 u d U 2 1 35 Pt maïch taûi luùc laøm vieäc: di ~ U E RI Ri L d U U d d d~ dt d d~ Caân baèng caùc thaønh phaàn 1 chieàu vaø xoay chieàu: Ud = E + RId di ~ U Ri L d d~ d~ dt di ~ thöïc teá thì Ri L d neân gaàn ñuùng ta coù: d~ dt di ~ U L d d~ dt SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 30
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 6 6U di ~ töùc laø: 2 cos6 L d 35 dt => 1 6 6 t 6 l . U 2 cos6d U 2 sin 6t L 35 0 35 L Giaù trò hieäu duïng cuûa thaønh phaàn soùng haøi naøy laø: 18 6 1 I U 2 35 L 2 theo ñieàu kieän raøng buoäc I 7.536 (A)  18 6U 1 2 7.536 35 L 2 18 6U 1 2 4 L 10.92 10 H 1.1 mH 2 35  7.536 2 L: toång giaù trò cuûa ñieän caûm cuoän khaùng san baèng vaø ñieän caûm cuûa phuï taûi ñoäng cô Lpt . L = Lsb + Lpt . vôùi U dm L pt L u  P.dm .Idm Trong ñoù:  : heä soá phuï thuoäc kieåu ñoäng cô, ta choïn ñoäng cô daïng coù buø  0.25 p : soá ñoâi cöïc tö,ø p = 2 2. .n 2 1500  157 rad / s dm 60 60 0.25 220 => L 1.06 10 3 H 1.06 mH pt 2 157 150.72 Vaäy cuoän khaùng san baèng ñöôïc choïn laø: Lsb = L – Lpt = 1.1 – 1.06 = 0.04 (mH) 5. Tính choïn cuoän khaùng caân baèng Lc Do ñaëc tính cuûa sô ñoà ñaûo doøng noái song song ngöôïc hình caàu coù 1 doøng tuaàn hoaøn icc luùc thì chaûy töø G1 vaøo G2 , luùc thì chaûy töø G2 vaøo G1. Ñeå haïn cheá doøng tuaàn hoaøn ngöôøi ta maéc theâm cuoän ñieän caûm L nhö c trong sô ñoà maïch löïc goïi laø cuoän khaùng caân baèng. Doøng caân baèng ñaït giaù trò lôùn nhaát khi goùc môû o o hoaëc o o 1 60 , 2 120 1 120 , 2 60 Giaù trò cöïc ñaïi cuûa doøng tuaàn hoaøn 6U 2 Iccm X CT vôùi XCT = 2XC + 2Xha SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 31
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ * Icc max Icc max 0.32 Iccm => 3U 2 56.07 Icc max 0.32 Iccm 0.32 X CT X CT Trong tröôøng hôïp xaáu nhaát laø doøng iccmax khoâng vöôït quaù 10% giaù trò doøng ñieän taûi. Töùc laø: 10I 150.12 I d 15.012(A) cc max 100 10 => 112.15 112.15 15.012 X CT 3.73  2X CT 2 15.012 X 3.73 Vaäy L CT 0.01(H) CT  314 vôùi LCT = 2LC + 2Lba => 1 vôùi X ba 0.094 4 L L 2L L 2.9 10 (H) C 2 CT ba ba  314 => 1 4 4 L 0.01 2 2.9 10 4.97 10 (H) C 2 6. Tính choïn thieát bò baûo veä: a) Coâng suaát toån thaát vaø laøm maùt: Khi Tiristor môû cho doøng chaûy qua, coâng suaát beân trong seõ ñoát noùng chuùng. Maët gheùp nôi bò noùng nhaát, ta duøng kí hieäu ñeå chæ nhieät ñoä maët Tj gheùp. laø nhieät ñoä lôùn nhaát cho pheùp Tjm Ñoái vôùi baùn daãn Ge : o Tjm 80 100 C Ñoái vôùi baùn daãn Si : o Tjm 150  200 C Tiristor raát nhaïy vôùi nhieät ñoä. Neáu khi laøm vieäc nhieät ñoä vöôït quaù nhieät ñoä cho pheùp thì duø thôøi gian raát nhoû cuõng coù theå phaù hoûng Tiristor. Vì Tjm vaäy vieäc tính toaùn nhieät ñoä maët gheùp laø caàn thieát. Nhieät ñoä khoâng khí moâi tröôøng laøm aûnh höôûng raát lôùn ñeán söï laøm vieäc an toaøn cuûa Tiristor. Khi khoâng laøm maùt thì khaû naêng chòu ñöôïc doøng khoaûng doøng ñònh möùc. Bieän phaùp laøm maùt thoâng duïng nhaát laø 30  50 % duøng quaït khoâng khí bao quanh caùnh taûn nhieät. Ñoái vôùi coâng suaát lôùn thì ta cho nöôùc tröïc tieáp chaûy qua caùnh taûn nhieät hoaëc ngaâm caùc thieát bò baùn daãn trong daàu bieán theá. b) Baûo veä quaù taûi vaø ngaén maïch baèng daây chaûy: Ñeå baûo veä Tiristor traùnh bò doøng ñieän phaù hoaïi, ngöôøi ta thöôøng duøng daây chaûy taùc ñoäng nhanh. Loaïi daây chaûy naøy thöôøng laøm baèng baïc laù ñaët trong voû söù coù chöùa caùt thaïch anh hoaëc nöôùc caát. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 32
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Hoaït ñoäng cuûa doøng chaûy chia thaønh 2 giai ñoaïn: Giai ñoaïn chaïy töø t = 0 ñeán khi xuaát hieän hoà quang. Giai ñoaïn hoà quang töø t ñeán t . hq c Doøng ñieän chaûy qua daây daãn sinh ra nhieät löôïng Q = i2Rt, coù nhieàu caùch ñaët daây chaûy ñeå baûo veä thieát bò baùn daãn. + Ñaët noái tieáp vôùi töøng Tiristor + Ñaët ôû töøng pha thöù caáp cuûa MBA + Ñaët noái tieáp vôùi nhoùm Tiristor noái song song + Ñaët ôû ñaàu ra cuûa thieát bò bieán ñoåi + Ñaët phía sô caáp cuûa MBA Caùc thoâng soá ñaët tröng cho doøng chaûy laø ñieän aùp ñònh möùc vaø doøng ñieän ñònh möùc. Khoâng neân ñaët ñaët daây chaûy vaøo ñieän aùp cao hôn ñieän aùp cuûa daây chaûy. Doøng ñieän ñònh möùc cuûa daây chaûy phaûi baèng hoaëc lôùn hôn doøng ñieän noù baûo veä, nhöng khoâng quaù 10%. Baûo veä rieâng bieät töøng Tiristor ñöôïc söû duïng trong tröôøng hôïp khi 1 Tiristor bò choïc thuûng nhöng vaãn yeâu caàu boä bieán ñoåi tieáp tuïc laøm vieäc. Neáu coù n Tiristor gheùp song song maø 1 Tiristor bò choïc thuûng thì doøng taûi chia ñeàu cho (n-1) Tiristor coøn laïi. Vaäy khi choïn doøng ñinh möùc cuûa doøng taûi caàn löu yù tröôøng hôïp naøy. imax imax t thq tc SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 33
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ c) Baûo veä quaù ñieän aùp cho Tiristor: Tiristor raát nhaïy caûm vôùi quaù ñieän aùp. Quaù ñieän aùp ñöôïc chia thaønh 2 nguyeân nhaân chính: Nguyeân nhaân noäi taïi: ñaây laø söï tích tuï ñieän tích döông trong caùc lôùp baùn daãn. Khi khoaù Tiristor baèng ñieän aùp ngöôïc, caùc ñieän aùp noùi treân ñoåi ngöôïc laø haønh trình taïo ra doøng ñieän ngöôïc trong thôøi gian raát ngaén. Söï bieán thieân nhanh choùng cuûa doøng ñieän ngöôïc gaây ra suaát ñieän ñoäng caûm öùng raát lôùn trong caùc ñieän caûm, luoân luoân coù caùc ñöôøng daây nguoàn daãn ñeán caùc Tiristor. Vì vaäy giöõa caùc anod vaø catod cuûa caùc Tiristor xuaát hieän quaù ñieän aùp. Nguyeân nhaân ngoaøi: nguyeân nhaân naøy xaûy ra ngaãu nhieân khi caét khoâng taûi 1 MBA, khi coù saám seùt Ñeå baûo veä quaù ñieän aùp ngöôøi ta duøng maïch RC Maïch RC noái song song vôùi caùc Tiristor nhaèm baûo veä quaù ñieän aùp do tích tuï ñieän tích khi chuyeån maïch gaây neân. Thoâng soá cuûa maïch RC vaøo möùc quaù ñieän aùp coù theå xaûy ra toác ñoä bieán thieân cuûa doøng ñieän chuyeån maïch, ñieän caûm treân ñöôøng daây, doøng ñieän töø hoaù MBA, vieäc tính toaùn töông ñoái phöùc taïp. i t SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 34 URC
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Theo kinh nghieäm, vôùi sô ñoà naøy ta coù theå choïn R = 25  , C = 47F Tuy nhieân, caùc loaïi Tiristor saûn xuaát gaàn ñaây coøn coù khaû naêng chòu ñöïng du dt v cao côõ 2000 cho pheùp baûo veä RC. s PHAÀN IV: TÍNH CHOÏN MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN Trong thöïc teá, ngöôøi ta duøng 2 nguyeân taéc ñieàu khieån 1. Nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng arccos: Theo nguyeân taéc naøy ngöôøi ta duøng 2 ñieän aùp Ñieän aùp ñoàng boä U vöôït tröôùt ñieän aùp anod – catod r SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 35
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ñieän aùp ñieàu khieån U laø ñieän aùp 1 chieàu coù theå ñieàu chænh ñöôïc c bieân ñoä theo 2 höôùng aâm vaø döông. Ñöôøng neùt ñöùt laø ñieän aùp anod – catod Tiristor, töø ñieän aùp naøy ngöôøi ta taïo ra Ur : ur t uc ur + uc Toång ñaïi soá Ur + Uc ñöôïc ñöa ñeán ñaàu vaøo cuûa khaâu so saùnh U c Bcos 0 => U c arccos B Ngöôøi ta laáy B = Ucmax Nhö vaäy, khi U bieán thieân töø - U ñeán U thì goùc bieán thieân töø c cmax cmax 0 1. Phaàn töû ta choïn laø vi maïch TCA 780 döïa treân nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng. 2. Nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng tuyeán tính: Theo nguyeân taéc naøy ngöôøi ta cuõng duøng 2 ñieän aùp Ñieän aùp ñoàng boä U coù daïng raêng cöa, ñoàng boä vôùi ñieän aùp ñaët treân r anod– catod cuûa Tiristor. Ñieän aùp ñieàu khieån U laø ñieän aùp 1 chieàu coù theå thay ñoåi ñöôïc c Toång ñaïi soá Ur + Uc ñöôïc ñöa ñeán ñaàu vaøo cuûa 1 khaâu so saùnh. Nhö vaäy, baèng caùch laøm bieán ñoåi Uc ngöôøi ta coù theå ñieàu khieån ñöôïc thôøi ñieåm xuaát hieän xung ra, töùc laø ñieàu khieån ñöôïc goùc môû . us SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 36 ucm
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ t 2 Quan heä giöõa vaø U laø: c U c U r max ngöôøi ta laáy U = U ñeå coù theå chaïy töø o cmax rmax 0 180 * Ta choïn vi maïch TCA 780 döïa treân nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng 16 9 TCA 780 1 8 TCA 780 laø moät vi maïch phöùc hôïp thöïc hieän ñöôïc 4 chöùc naêng cuûa moät maïch ñieàu khieån ñieän aùp ñoàng boä, taïo ñieän aùp raêng cöa ñoàng boä, so saùnh vaø taïo xung ra. Coù theå moâ taû hoaït ñoäng cuûa vi maïch TCA 780 baèng giaûn ñoà thoâng soá chuû yeáu cuûa TCA 780: Ñieän aùp nuoâi : U = 18 V. s Doøng ñieän tieâu thuï : I = 10 mA. s Doøng ñieän ra : I = 50 mA. Ñieän aùp raêng cöa : U = ( U – 2) (V). rmax s SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 37
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ñieän trôû trong maïch taïo ñieän aùp raêng cöa: . R 9 20k  500k Ñieän aùp ñieàu khieån : (V). U11 0.5  Us 2 Doøng ñieän ñoàng boä : . Is 200A Tuï ñieän : . C10 0.5F Taàn soá xung ra : f 10  500Hz . u5 u10 u11 u10 u11 u15 u14 u'15 chán u'14 12 näúi âáút Vi maïch TCA 780 3. Phoái hôïp goùc ñieàu khieån: Ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng cuûa ñoäng cô: Trong ñoù: Udo = const do vaäy toác ñoä cuûa ñoäng cô phuï thuoäc vaøo . Theo nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng, muoán thay ñoåi goùc môû thì thay ñoåi Uñk. Vôùi 2 boä Tiristor G1 vaø G2 laøm vieäc phoái hôïp ta duøng ñieàu khieån chung. Do ñoù ñieàu kieän: o 1 2 180 vôùi ta coù Uñk1, vôùi ta coù Uñk2. Do ñoù, ta phaûi ñieàu khieån sao 1 2 cho Uñk1+ Uñk2 = const. Muoán coù ñieàu ñoù, ta duøng maïch tröø sao cho: Uñk2 = Uconst – Uñk1 v 15 uâk1 R SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 38 R u1 uâk2 R
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Udk1 ñöa vaøo chaân 11 cuûa 3 TCA 780 ñieàu khieån G1 Udk2 ñöa vaøo chaân 11 cuûa 3 TCA 780 ñieàu khieån G2 Ñieàu khieån toác ñoä töùc laø thay ñoåi goùc môû hay chính laø thay ñoåi U . Trong dk tröôøng hôïp naøy ngöôøi ta duøng 1 bieán trôû. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 39
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ PHAÀN IV: TÍNH CHOÏN MAÏCH BAÛO VEÄ Ñoái vôùi chænh löu baùn daãn, khi tính toaùn cuõng nhö vaän haønh ta phaûi ñaët bieät löu yù ñeán vaán ñeà baûo veä quaù doøng ñieän vaø quaù ñieän aùp. Vì van baùn daãn coù kích thöôùc nhoû, nhieät dung beù vaø maät ñoä doøng ñieän qua maët tieáp giaùp p – n lôùn neân noù raát nhaïy vôùi quaù taûi veà doøng. Haèng soá thôøi gian phaùt noùng cuûa 1 baûn Silic trong van coâng suaát lôùn côõ chæ vaøi phaàn traêm giaây. Do ñoù, khaâu baûo veä doøng ñieän ñoøi hoûi phaûi coù ñoä taùc ñoäng nhanh. Maët van baùn daãn cuõng raát nhaïy vôùi quaù ñieän aùp. Chæ caàn toàn taïi 1 ñieän aùp ngöôïc lôùn hôn giaù trò cho pheùp trong khoaûng 1 2 s thì maët tieáp giaùp coù theå bò choïc thuûng veà ñieän. 1) Baûo veä quaù doøng ñieän: Coù 2 loaïi quaù doøng ñieän: ngaén maïch vaø quaù taûi a) Ngaén maïch: Duøng ñeå chæ caùc tröôøng hôïp söï coá taïo ra doøng ñieän quaù lôùn nhö ngaén maïch treân taûi, treân thanh daãn thöù caáp cuûa MBA (ngaén maïch beân ngoaøi), ngaén maïch caùc pha do choïc thuûng van (ngaén maïch beân trong), do ñoät bieán nghòch löu. b) Quaù taûi: Xuaát hieän trong khoâng gian laøm vieäc xaùc laäp hoaëc quaù ñoä. Noù coù giaù trò khoâng lôùn laém vaø cho pheùp toàn taïi laâu daøi hôn. Vì vaäy, ñeå baûo veä caùc Tiristor traùnh khoûi doøng ñieän phaù hoaïi, ta duøng caùc daây chaûy taùc ñoäng nhanh. Loaïi daây chaûy naøy coù theå laøm baèng daây chì hoaëc baïc laù ñaët trong voû söù coù chöùa caùt thaïch anh. * Hoaït ñoäng cuûa daây chaûy coù theå chia ra thanh 2 giai ñoaïn: Giai ñoaïn 1: giai ñoaïn chaûy töø t = 0 ñeán khi xuaát hieän hoà quang. Giai ñoaïn 2: giai ñoaïn hoà quang baét ñaàu ñeán khi caét. * Ñeå baûo veä quaù doøng ñieän cho boä bieán ñoåi, ta ñaët daây chaûy taïi 3 vò trí sau: + Vò trí 1: taïi ngoõ vaøo cuûa MBA + Vò trí 2: taïi ngoõ ra cuûa MBA + Vò trí 3: maéc noái tieáp vôùi moãi moät Tiristor moät daây chaûy Ta choïn loaïi daây chaûy coù kí hieäu vaø thoâng soá: AÙp ñònh möùc 220V, doøng ñònh möùc 2.5A 2. Baûo veä quaù ñieän aùp: Nhö ñaõ noùi ôû treân, coù 2 nguyeân nhaân gaây quaù ñieän aùp. ÔÛ phaàn naøy ta chæ ñeà caäp ñeán phaàn nguyeân nhaân beân ngoaøi. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 40
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Ñeå baûo veä quaù ñieän aùp ngöôøi ta thöôøng duøng maïch LRC baûo veä rieâng töøng Tiristor. L R R T C Caùc linh kieän baûo veä ñöôïc choïn töø caùc trò soá kinh nghieäm. C 0.011F R 10 1000 L 50 100H > Sau ñaây laø sô ñoà cuûa boä bieán ñoåi coù ñaày ñuû caùc phaàn töû baûo veä quaù doøng vaø quaù ñieän aùp. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 41
+15V 42 A 8 16 13 6 11 15 RA TCA780 Dz R1 5 1 9 10 12 14 R3 R R2 NH HÀNH Trang: Trang: Ạ A B C 8 16 13 6 11 15 N N M B RB TCA780 Ễ 5 1 9 10 12 14 S T1 T4 T3 T6 C 8 16 13 6 11 15 Rc TCA780 T5 T2 T 5 1 9 10 12 14 GVHD: NGUY Lc Lc 8 16 13 6 11 15 TCA780 Lc Lc 5 1 9 10 12 14 T'4 T'1 +15V R T'6 T'3 Uâk1 R Uâk2 8 16 13 6 11 15 R R TCA780 T'2 T'5 5 1 9 10 12 14 t t ấ 8 16 13 6 11 15 A TCA780 Ĩ 5 1 9 10 12 14 Công su ử L n t M ệ SÅ ÂÄÖ HÃÛ THÄÚNG TRUYÃÖN ÂÄÜNG CKT LÊ VĂN NGH ÂÄÖ AÏN MÄN HOÜC án Đi TRÆÅÌNG ÂHBK ÂAÌ NÀÔNG Khoa Âiãûn_ Låïp 01Â1 SVTH VOÎ NHÆ BÇNH TL ồ GVHD NGUYÃÙN BÃ SL Đ SVTH:
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ( HỆ T – Đ) A.TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC I-Tính chọn van động lực: 1/ Điện áp ngược của van: Điện áp ngược lớn nhất mà thyristo phải chịu: U d U n max knvU 2 k nv .220 230,4(V ) ku 3 Trong đó: Ud : điện áp tải của van U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van K : hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1, k 3 6 ) u u Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, knv = 6 ) 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 . Unmax = 1,7 . 230,4 = 391,7 (V) Trong đó: KdtU : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,5 – 1,8) 2/ Dòng điện làm việc của van: Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng: 1 Ilv I hd khd I d .63 36,37( A) 3 Trong đó: Id : dòng điện tải khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng. (Tra bảng 8.2, khd 1 3 ) Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là làm mát bằng nước có thể cho phép làm việc gần tới 100% Iđmv Idm v = ki . Ilv = 1,4 . 36,37 = 50,1 (A) Trong đó: ki =1.4 : hệ số dự trữ dòng điện.(ki =1,1-1,4) Vậy thông số van là: Unv = 391,7 (V) Idm v = 50,1 (A) Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại T60N600BOC với các thông số định mức: Điện áp ngược cực đại của tiristo : Unmax = 600 V SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 43
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Dòng điện định mức cực đại : Idmax = 60 A Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400 A Dòng điện xung điều khiển : Igmax = 150 mA Điện áp xung điều khiển : Ugmax = 1,4 V Dòng điện rò : Irmax = 25 mA Sụt áp lớn nhất ở trạng thái dẫn : Umax = 1,8 V Tốc độ biến thiên điện áp : du/dt =1000 V/s Thời gian chuyển mạch : tcm =180 µs Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 1250C 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 0 Trong đó: αmin = 10 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆Uv = 1,8 (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 = 6% . Ud = 0,06 . 220 = 13,2 (V) 220 2.2 0 13,2 Suy ra Ud0 = = 240,86 (V) cos100 Công suất biểu kiến máy biến áp: SBA = kS . Pdmax= kS . Ud0 . Id = 1,05 . 240,86 . 63 = 15932,9 (VA) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U d 0 240,86 U 2 102,93( A) k u 2,34 4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: 2 2 I2 = . Id = . 63 = 51,44 (A) 3 3 5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 44
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ U 2 102,93 I1 = kBA . I2 = . I2 = .51,44 = 13,93 (A) U 1 380 ► Tính sơ bộ mạch từ : 6. Tiết diện sơ bộ trụ: S BA Q = k Fe Q m. f Trong đó: kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m: số trụ máy biến áp 15932,9 3 Suy ra: QFe = 6. = 61,84 (cm ) 3.50 7. Đường kính trụ: 4.QFe 4.61,84 d = = = 8,87 (cm) Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm). Tính lại tiết diện trụ : d 2 Q 63,62(cm 2 ) Fe 4 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 Tesla h 9. Chọn tỷ số m = = 2,2 (m = 2 – 2,5) d Suy ra h = 2,2 . d = 2,2 . 9 = 19,8 (cm) Suy ra chọn chiều cao trục là 20 (cm) ► Tính toán dây quấn: 10. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: U 1 380 W1 = = 4 = 269,05 (vòng) 4,44. f .BT .QFe 4,44.50.63,62.10 Chọn W1 = 269 (vòng) 11. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: U 2 102,93 W2 = . W1 = . 269 = 72,86 (vòng) U 1 380 Chọn W2 = 73 (vòng) 12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: 2 Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm ) 13. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: I1 13,94 2 S1 = = = 5,07 (mm ) J1 2,75 Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B 2 Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 5,3 (mm ) Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 .b1 = 1,68 . 2,28 (mm) SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 45
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I1 13,94 2 J1 = = = 2,63 (A/mm ) S1 5,3 14. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: I 2 51,44 2 S2 = = = 18,7 (mm ) J 2 2,75 Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B 2 Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 18,9 (mm ) Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 . b2 = 3,8 . 5,1(mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: I 2 51,44 2 J2 = = = 2,72 (A/mm ) S 2 18,9 15. Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: h 2hg 20 2.1,5 W11 .kc .0.89 66,36 b1 0,228 Chọn W11 = 67 vòng. Trong đó: 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 = 0,89 16. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: W1 269 n1l = = = 4,015 (lớp) W1l 67 Chọn số lớp n1l = 4 lớp Như vậy 269 vòng chia thành 4 lớp, 3 lớp đầu có 67 vòng, lớp thứ 4 có 68 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: b1.W1l 0,228.68 h1 = = = 17,42 (cm) k c 0,89 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 = 9 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 10,8 (cm) 21. Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + 2 . S01 = 10,8 + 2 . 0,1 = 11 (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 = (1,68 + 0,1) . 4 = 7,12 (mm) 24. Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 11 + 2 . 0,712 = 12,424 (cm) 25. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 46
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ D D 11 12,424 D = t1 n1 = = 11,71 (cm) tb1 2 2 26. Chiều dài dây quấn sơ cấp; l1 = W1 . . Dtb1 = . 269 . 11,71 = 9896 (cm) = 98,96 (m) 27. Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd01 = 10 (mm) ♦ Kết cấu dây quấn: 28. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 17,42 (cm) 29. Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: h2 17,42 W2l = . kc = . 0,89 = 30,4 (vòng) ≈ 31 (vòng) b2 0,51 30. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: W2 73 n2l = = = 2,35 (lớp). Wl2 31 31. Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 3 (lớp), 2 lớp đầu có 24 vòng, lớp thứ 3 có 25 vòng. 32. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: W l2 b 2 25.0,51 h2 = = = 14,32 (cm) k c 0,89 33. Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 12,424 + 2 . 1 = 14,424 (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 = (3,8 + 0,1) . 3 = 11,7 (mm) 36. Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 . Bd2 = 14,424 + 2 . 1,17 = 16,764 (cm) 37. Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: Dt 2 Dn2 16,764 14,424 D = = = 15,6 (cm) tb2 2 2 38. Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = . W2 . Dtb2 = . 73 . 15,6 = 3577,65 (cm) = 35,78 (m) 39. Đường kính trung bình các cuộn dây: Dn1 Dn2 12,424 16,764 D12 = = = 14,6 (cm) 2 2 D12 14,6 Suy ra r12 = = = 7,3 (cm) 2 2 40. Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm) ♦ Tính kích thước mạch từ: 41. Đường kính trụ d = 9 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 5 bậc. 42. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: 2 Qbt = 62,9 (cm ), tra bảng 42a – tài liệu 2. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 47
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 43. Tiết diện hiệu quả của trụ: 2 QT = khq . Qbt = 0,891 . 62,9 = 56,05 (cm ) 44. Tổng chiều dày các bậc thang của trụ: dt = 2 . ( 15 + 10 + 6 + 4 + 5) = 80 (mm) = 8 (cm). 45. Số lá thép dùng trong các bậc: 15 Bậc 1: n1 = . 2 = 60 (lá) 0,5 10 Bậc 2: n2 = . 2 = 40 (lá) 0,5 6 Bậc 3: n3 = . 2 = 24 (lá) 0,5 4 Bậc 4: n4 = . 2 = 16 (lá) 0,5 5 Bậc 5: n5 = . 2 = 20 (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 =8 (cm) -Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 8,5 (cm) 2 Tiết diện gông: Qbg = a .b = 8.8,5 = 68 (cm ) 46. Tiết diện hiệu quả của gông: 2 Qg = khq . Qbg = 0,891 .68 = 60,6 (cm ) 47. Số lá thép dùng trong một gông: b 80 hg = = = 160 (lá) 0,5 0,5 48. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: U1 380 BT = = 4 = 1,126 (T) 4,44. f .W1.Q T 4,44.50.269.56,5.10 49. Mật độ từ cảm trong gông: QT 56,5 Bg = BT . = 1,126 . = 1,05 (T) Qg 60,6 50. Chiều rộng cửa sổ: c = 2 . (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2 . (1 + 0,712 + 1 + 1,17) +2 = 9,764 (cm) 51. Khoảng cách giữa 2 tâm trục: c’ = c + d = 9,764 + 9 = 18,764 (cm) 52. Chiều rộng mạch từ: L = 2 . c + 3 . d = 2 . 9,764 + 3 . 9 = 46,528 (cm) 53. Chiều cao mạch từ: H = h + 2 . a = 20 + 2 . 8,5 = 37 (cm) 54. Thể tích của trụ: 3 3 VT = 3 . QT . h = 3 . 56,05 . 20 = 3363 (cm ) = 3,363 (dm ) 55. Thể tích của gông: 3 3 Vg = 2 .Qg . L = 2 . 60,6 . 46,528 = 5639,2 (cm ) = 5,64 (dm ) 56. Khối lượng trụ: SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 48
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ MT = VT . mFe = 3,363 . 7,85 = 26,4 (kg) 57. Khối lượng gông: Mg = Vg . mFe = 5,64 . 7,85 = 44,27 (kg) 58. Khối lượng sắt: MFe = MT + Mg = 26,4 + 44,27 = 70,67 (kg) 59. Thể tích của đồng: VCu = 3 . (S1 . l1 + S2 .l2 ) = 3 . (5,3 . 10-4 . 98,96 .10 + 18,9 . 10-4 . 35,78 . 10) = 3,6 (dm3) 60. Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = 3,6 . 8,9 = 32,04 (kg) ♦Tính các thông số của máy biến áp: 61. Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C: 98,96 l1 R1 = = 0,02133 . = 0,4 (  ) S1 5,3 62. Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C: l 35,78 2 R2 = = 0,02133 . = 0,04 (  ) S 2 18,9 63. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp: W2 2 73 2 RBA = R2 + R1 . ( ) = 0,04 + 0,4 . ( ) = 0,07 (  ) W1 269 64. Sụt áp trên điện trở máy biến áp: ∆Ur = RBA . Id = 0,07 . 63 = 4,41 (V) 65. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp: B B 2 2 r d1 d 2 -7 XBA = 8 . π . (W2) . ( ) . (a12 + ) .  . 10 hqd 3 7,3 7,12 11,7 = 8 . π2 . 732 . ( ) . (0,01 + .10 3 ) . 314 . 10-7 17,42 3 = 0,1 (  ) 66. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp: X BA 0,1 LBA = = = 0,00032 (H) = 0,32 (mH)  314 67. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: 3 3 ∆Ux = . XBA . Id = . 0,1 . 63 = 6,01 (V) 3 3 Rdt = . XBA = . 0,1 = 0,955 (  ) 68. Sụt áp trên máy biến áp: 2 2 2 2 ∆UBA = U r U x = 4,14 6,01 = 7,3 (V) 0 69. Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 10 U = Ud0 . cosαmin - 2 . ∆Uv – ∆UBA 0 = 240,86 . cos10 – 2 . 1,8 – 7,3 = 226,3 (V) 70. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 49
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 2 2 2 2 ZBA = RBA X BA = 0,07 0,1 = 0,122 (  ) 71. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: 2 2 ∆Pn = 3 . RBA . I = 3 . 0,07 . 51,44 = 555,67 (W) Pn 555,67 ∆Pn% = . 100% = . 100% = 3,5% S 15932,9 72. Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ: 2 2 P0 = 1,3 . nf . (MT . BT + Mg .Bg ) = 1,3 . 1,15 . (26,4 . 1,1262 + 44,27 . 1,052) = 123 (W) P0 123 ∆P % = . 100% = .100% = 0,77 % 0 S 15932,9 73. Điện áp ngắn mạch tác dụng: RBA .I 2 0,07.51,44 Unr = . 100% = . 100% = 3,5 % U 2 102,93 74. Điện áp ngắn mạch phản kháng: X BA .I 2 0,1.51,44 Unx = . 100% = . 100% = 4,5 % U 2 102,93 75. Điện áp ngắn mạch phần trăm: 2 2 2 2 Ur = U nr U nx = 3,5 4,5 = 5,7% 76. Dòng điện ngắn mạch xác lập: U 2 102,93 I2nm = = = 843,7 (A) Z BA 0,122 77. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: .U nr U nx Imax = 2 . I2nm . (1 + e ) .3,5 4,5 = 2 . 843,7 . (1 + e ) = 1296,81 (A) Imax = 1296,81 (A) < Ipik = 1400 (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: di c 2 . L . = U – U = 6 . U . sin( ) BA dt 23 2a 2 dic U 2 . 6 102,93. 6 max = = 3 = 393947 (A/s) dt 2.LBA 2.0,32.10 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 50
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ di c di max = 0,4 (A/  s) < cp = 1000 (A/  s) dt dt Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt. 79. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: U d .I d 220.63  = S = 15932,9 = 0,87 III- Thiết kế cuộn kháng lọc: 1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: 0 Chọn góc mở cực tiểu αmin = 10 . 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 U d min d min max = arcos = arcos U d 0 2,34.U 2 Trong đó Ud min được xác định như sau: n U ddm I u .Ru  D = max = U I .R nmin d min u min u  1 U = .U D 1 .I .Ru.  dmin D ddm udm  1 U = .2,34.U .cos D 1 .I . R R R  dmin D 2 min udm u BA dt 1 3 Udmin = . 2,34.U 2 .cos min 20 1 .I udm . Ru RBA .X BA 20 1 3 Udmin = . 2,34.102,93cos10 20 1 .63. 0,3 0,07 .0,1 20 Udmin = 39,72 (V) U U d min d min Suy ra a max arcos = arcos U d 0 2,34.U 2 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 51
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 39,72 = arcos = 80,50 2,34.102,93 2/ Xác định các thành phần sóng hài: 3 6 U d cos U kn sin 3 1 2 n 3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở max . Ta có: di U d u E Ru I d Rn i L   dt Cân bằng 2 vế: di di U Ri L vì Ri L dt dt di U L Nên  dt Trong các thành phần xoay chiều bậc cao , thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có: U U1m sin 3 1 1 U i U dt 1m cos 3 I cos 3 Nên L  p2 fL 1 m 1 U I 1dm 0,1.I Vậy m 6.2 . f .L udm U1m Suy ra: L 6.2 . f .0,1Idm P=6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điên áp lưới. U d 0 cos max 2 2 U 2. 1 6 tg 1m 62 1 max 0 2,34.102,93.cos80,5 2 0 U 2. 1 36tg 80,5 1m 35 = 81,478 (V) 81,478 L 6.2. .50.0,1.63 = 0,00686 (H) = 6,86 (mH) Điện cảm mạch phần ứng đã có: Luc Lu 2.LBA Trong đó: Lu : điện cảm mạch phần ứng SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 52
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ U dm.30 220.30 Lu  . 0,25. = 0,00278 ( H ) = 2,78 (mH) .p.ndm.Idm .3.1000.63  0,25 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù. Luc = 2,78 + 0,32 . 2 = 3,42 (mH) Điện cảm cuộn kháng lọc: Lk = L – Luc = 6,86 – 3,42 = 3,44 (mH) 4/ Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: 1- Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé, ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng cuộn kháng: 3 Zk X k 2. . f .m.Lk 2. .6.50.3,44.10 6,48() 2- Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: I1m 6,3 U10 Zk . 6,48. 28,87(V ) 2 2 I1m 10%.Idm 10%.63 6,3(A) 3- Công suất của cuộn kháng lọc: I1m 6,3 S U10. 28.87. 128,6(VA) 2 2 4- Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc: S 128,6 2 Q kQ . 5. 3,27(cm ) f ' 6.50 Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn Chọn Q = 4,25 (cm2) 5- Với tiết diện trụ Q = 2,55 (cm2) Chọn loại thép 330A, là thép dày 0,35 (mm), a = 20 (mm), b = 25 (mm) 6- Chọn mật độ từ cảm trong trụ: BT = 0,8 T 7- Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong cuộn kháng sẽ xuất hiện một sức điện động EK: EK = 4,44 . W . f’ . BT . Q Gần đúng ta có thể viết: EK = ∆U = 17,2 (V) U 28,87 W ' 4 63,75(vòng) 4,44.f .BT .Q 4,44.6.50.0,8.4,25.10 Lấy W = 64 (vòng) 8- Dòng điện chạy qua cuộn kháng: i t I d I1m cos 6 1 Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: 2 2 2 I1m 2 6,3 I K Id 63 63,16(A) 2 2 2 9- Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm ) SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 53
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 10- Tiết diện dây quấn cuộn kháng: I K 63,16 2 S 22,967(mm ) K J 2,75 Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B 2 Chọn SK = 23,6 (mm ) Xem phụ lục 9, chọn kích thước dây aK . bK = 3,28 . 7,4 (mm) I K 63,16 2 Tính lại mật độ dòng điện J 2,676(A/ mm ) SK 23,6 11- Chọn hệ số lấp đầy: W.SK K ld 0,7 Q CS 12- Diện tích cửa sổ: 2 W.SK 64.23,6.10 2 QCS 21,58(cm ) K ld 0,7 13- Tính kích thước mạch từ: QCS = c . h h Chọn m 3, suy ra h = 3 . a = 3 . 20 = 60 (mm) a Q 21,58 c CS 3,6(cm) h 6 14- Chiều cao mạch từ: H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) 15- Chiều dài mạch từ: L = 2 . c + 2 . a = 2 . 36 + 2 . 20 = 112 (mm) 16- Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = 2 (mm) 17- Tính số vòng dây trên một lớp: h 2.hg 60 2.2 W1 7,568(vòng) 8(vòng) bK 7,4 18- Tính số lớp dây quấn: W 64 n1 8 (lớp) W1 8 Mỗi lớp 8 vòng. 19- Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: a01 = 3 (mm) Cách điện giữa các lớp: cd1 = 0,1 (mm) 20- Bề dày cuộn dây: Bd = (ak + cd1 ) . n1 = (3,28 + 0,1) . 8 = 27 (mm) 21- Tổng bề dày cuộn dây: B B a 27 3 30(mm) d  d 01 22- Chiều dài của vòng dây trong cùng: l1 2.(a b) 2. .a01 2.(20 25) 2. .3 108,85(mm) SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 54
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 23- Chiều dài của vòng dây ngoài cùng: l1 2.(a b) 2. .(a01 Bd ) 2.(20 25) 2. .(3 27) 278,5(mm) Chiều dài trung bình của 1 vòng dây: l1 l2 108,85 278,5 l 194,675(mm) tb 2 2 0 24- Điện trở của dây quấn ở 75 C: 3 ltb.W 194,675.10 .64 R 75. 0,02133. 0,0112() Sk 23,6 Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng. 25- Thể tích sắt: VFe = 2 .a . b . h + a . b . L = a . b . (2 . h + L). = 20 . 25 . 10-4 . (2 . 60 + 112) . 10-2 = 0,116 (dm3). 26- Khối lượng sắt: MFe = VFe . mFe = 0,116 . 7,85 = 0,91 (kg). 27- Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = Sk . ltb . W . mCu = 23,6 . 194,675 . 64 . 8,9 . 10-6 = 2,6 (kg). B. TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Tính toán mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về mở xung của tiristo. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển. Điện áp điều khiển tiristo : Uđk = 1,4V Dòng điện điều khiển Tiristo : Iđk = 0,15mA Thời gian mở Tiristo : Tcm = 180µs Độ rộng xung điều khiển : tx = 150µs Tần số xung điều khiển : fx = 3kHz Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = ±12V Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 4.1. Tính máy biến áp xung -Chọn vật liệu làm lõi sắt là sắt ferit HM. Lõi có dang xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa có: B = 0,3T; H = 30A/m, không có khe hở không khí. - Tỷ số biến áp xung: thường m = 2 – 3, chọn m = 3. - Điện áp thứ cấp của MBA xung: U2 = Uđk = 1,4V. - Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung: U1= mU2 = 3.1,4 = 5,2V . - Dòng điện sơ cấp MBA xung: I2 0,15 I 0,05. 1 m 3 - Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: B 0,3 3 tb 6 8.10 . 0 H 1,25.10 .30 - Thể tích lõi thép cần có: SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 55
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ  . .t .s .U .I 8.103.1,25.10 6.167.10 6.0,15.5,2.0,05 V Q.l tb 0 x x 1 1 B 2 0,32 V 7,24.10 7 m3 0,723cm3 Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 cm3. Với thể tích đó ta có các kích thước mạch từ như sau: a = 4,5 mm; b = 6 mm; Q = 0,27 cm2; d = 12 mm. D = 21 cm. Chiều dài trung bình mạch từ: l = 5,2 cm. - Số vòng dây sơ cấp MBA xung: Theo định luật cảm ứng điện từ: dB B U W Q W Q 1 1 dt 1 t x U t 5,2.167.10 6 W 2 x 107,2 1 B.Q 0.3.27.10 6 Lấy W1 = 108 vòng. - Số vòng dây thứ cấp: W 108 W 1 36 (vòng). 2 m 3 - Tiết diện dây quấn thứ cấp: I 0,05 S 1 0,00833mm2 . 1 J 6 2 Chọn J1 = 6A/mm . Chọn dây dẫn tròn tiết diện 0,0095 mm2, đường kính d = 0,11mm. - Tiết diện dây quấn thứ cấp: I 2 0,15 2 S2 0,0375mm . J 2 4 Chọn dây dẫn tròn tiết diện S = 0,04155 mm2, đường kính d = 0,23 mm. - Kiểm tra hệ số lấp đầy: d 2W d 2W 0,112.108 0,232.36 K 1 1 2 2 0,0223. ld d 2 122 Như vậy đủ diện tích cửa sổ lắp đầy. 4.2. Tính tầng khuếch đại cuối cùng Chọn Transisto công suất Tr3 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung, có các thông số sau: Transistor loại NPN, vật liệu bán dẫn là Si. Điện áp giữa colector và bazo khi hở mạch emitor : UCE0 = 40 V. Điện áp giữa emitor và bazo khi hở mạch collector : UEB0 = 4 V. Dòng điện lớn nhất collector có thể chịu đựng : ICmax = 500 mA. Công suất tiêu tán : Pc = 1,7 W. o Nhiệt độ lớn nhất o mặt tiếp giáp : T1 = 175 C. Hệ số khuếch đại : β = 50. Dòng làm việc của collector : IC3 = I1 = 50 mA. Dòng làm việc của bazo : IB3 = IC3/β = 1 mA. Chọn nguồn cung cấp cho MBA xung : E = +12 V. Với nguồn E = 12 V ta phải mắc them điện trở R10 nối tiếp với cục của Tr3: SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 56
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ E U1 12 5,2 R10 136 I1 0,05 Tất cả các diode trong mạch điều khiển dung loại 1N4009, có tham số: Dòng điện định mức : Iđm = 10 mA. Điện áp ngược lớn nhất : UN = 25 V. Điện áp cho diode mở thông : Um = 1 V. 4.3. Chọn cổng AND Toàn bộ mạch điều khiển dùng 6 cổng AND nên ta chọn 2 IC 4081 do hãng TOSHIBA chế tạo, mỗi IC 4081 có 4 cổng AND. Các thông số: Nguồn nuôi IC : Vcc = 3 ÷ 18V, ta chọn Vcc = 12 V. Nhiệt độ làm việc : -40 ÷ 85oC. Điện áp ứng với mức logic “1” : 2 ÷ 4,5 V. Dòng điện : < 1 mA. Công suất tiêu thụ : P = 300 mW. 4.4. Chọn tụ C3 và R9 Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazo của Transistor Tr3, chọn R9 thõa mãn điều kiện: U 4,5 R9 3 4500 4,5k I B3 10 Chọn R9 = 4,7 kΩ. Chọn C3R9 = tx = 167µs. Suy ra: tx 167 C3 0,0355F , chọn C3 = 0,033µF. R9 4700 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 57
58 NH HÀNH Trang: Trang: Ạ R8 N N M Ễ A4 C GVHD: NGUY 2 +E R7 R c D Rg 3 T R6 Tr1 il R2 U Dr L A C1 C iDr R1 A1 Urc R 3 4 R9 D1 R3 A t t U1 2 AND Hinh1: Så âäö nguyãn âäö lyïnguyãn kãnh khiãøn.Såmäüt Hinh1: âiãöu ấ Udk A iC R 3 5 Tr D A 2 Ĩ Công su ử n t ệ LÊ VĂN NGH án Đi ồ Đ SVTH:
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ R8 4.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật toán, do đó ta phải chọng 6 IC loại TL084 do hãng Texas chế tạo. Thông số của TL084: A Điện áp nguồn nuôi: Vcc = ± 18 V, chọn Vcc = ± 12V. Hiệu điện thế giữa 2 đầu vào: ±30 V. C Nhiệt độ làm việc : T = - 25 ÷ 85oC. 2 Công suất tiêu thụ : P = 680 mW. R7 6 Tổng trở đầu vào : Rin = 10 MΩ. R6 Dòng điện đầu ra : Ira = 30 pA. Mạch tạo xung chùm có tần số f = 3kHz hay chu kỳ của xung chùm: 1 T 334s. f R6 Ta có: T 2R8C2 ln(1 2 ) R7 Chọn R6 = R7 = 33kΩ thì T = 2,2R8C2. Vậy R8C2 = 151,8µs. Chọn C2 = 0,1µF có điện áp 16V. R8 = 1518Ω. Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch, ta chọn R8 là biến trở 2kΩ. 4.6. Tính chọn tầng so sánh Khuếch đại ta đã chọn loại TL084. U v 12 Chọn R4 R5 3 12.000 12k . Iv 10 Trong đó nếu nguồn nuôi là ±12V thì điện áp vào A3 là Uv = 12V. Dòng điện được hạn chế Ilv < 1mA. Do đó ta chọn R4 = R5 = 15kΩ., khi đó dòng vào A3: 12 I 0,0008A 0,8mA . lvmax 15.103 4.7. Tính chọn khâu đồng pha Điện áp được hình thành do sự nạp của tụ C1. Mặt khác để đảm bảo điện áp tựa có trong nửa chu kỳ điện áp là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được tính Tr = R3C1 = 0,005s. Tr 0,005 3 Chọn tụ C1 = 0,1µF thì điện trở R3 6 50.10  50k . C1 0,1.10 Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch, ta chon R3 là biến trở lớn hơn 50kΩ. Transistor Tr1 ta chọn loại A564 do hang KEC chế tạo, có thông số như sau: Transistor loại PNP, làm bằng Si. Điện áp giữa collecto và bazo, làm bằng Si. Điện áp giữa collecto và bazo, làm bằng Si. Điện áp cực đại giữa collecto và bazo : UCB0 = - 50V. Điện áp cực đại giữa emito và bazo : UBE0 = - 5V. Điện áp cực đại giữa emito và colecto : UCE0 = - 50V. Dòng điện colecto cực đại : ICmax = -100mA. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 59
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Hệ số khuếch đại cực : β = 120 Dòng bazo kích mở : I 100 I C 0,1mA. B  100 U N max 12 Giá trị điện trở R2: R2 12k . I B 0,1 Chon R2 = 12kΩ. Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : UA = 9 V. Điện trở R1 để hạn chế dòng đi vào A1, thường chọn R1 sao cho dòng đi vào A1 U A 9 nhỏ hơn 1 mA. Do đó: R1 3 9k . Iv 10 Chon R1 = 10kΩ. Tr1 R2 C1 R1 A1 D1 R3 A U1 2 Urc 4.8. Tạo nguồn nuôi Ta cần chọn nguồn điện áp ±12 V để cấp cho MBA xung nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đạt tốc độ. ( hình 8.30 trang 330 sách Lê Văn Doanh) Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng diode, điện áp thứ cấp MBA nguồn nuôi: 12 U 5,1V , ta chọn U2 = 9V. 2 2,34 Để ổn dịnh điện áp ra nguồn nuôi, ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912, các thông chung của vi mạch này như sau: Điện áp đầu vào : Uv = 7 ÷ 35V. Điện áp đầu ra : Ur = 12V với IC 7812; Ur = -12V với IC 7912. Dòng điện đầu ra : Ir = 0÷1A. Tụ điện C4, C5 dùng để lọc các song hài bậc cao. Chon C4 = C5 = C6 = C7 = 470µF. 4.9. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 1. Ta thiết kế MBA dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi. Chọn MBA kiểu ba pha ba trụ, trên mỗi trụ có 2 cuộn dây, 1 cuộn sây sơ cấp và 2 cuộn dây thứ cấp. 2. Điện áp lấy ra ở thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha lấy ra thứ cấp làm nguồn nuôi: U 2 U 2đph U N 9V . SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 60
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 3. Dòng điện thứ cấp MBA đồng pha: I2đph = 1 mA. 4. Công suất nguồn nuôi cấp cho MBA xung: 3 Pđph 6U 2đph.I2đph 6.9.1.10 0,054W . 5. Công suất tiêu thụ ở 6 IC TL084 và 2 IC 4081: PIC 6.0,68 2.0,3 4,68W . 6. Công suất MBA xung cấp cho cực tiristo: Px 6U đk .Iđk 6.1,4.0,15 1,26W . 7. Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi: PN Pđph PIC Px 0,054 4,68 1,26 5,994W . 8. Công suất MBA có kể đến 5% tổn thất trong máy: S 1,05(Pđph PN ) 1,05.(0,054 5,994) 6,35VA. 9. Dòng điện thứ cấp MBA: S 6,35 I2 0,1176A. 6U 2 6.9 10. Dòng điện sơ cấp MBA: S 6,35 I1 0,0096A. 3U1 3.220 11. Tiết diện trụ của MBA: S 6,35 Q k 6. 1,2345cm2. T Q mf 3.50 2 Chuẩn hóa tiết diện trụ: QT = 1,63 cm . Kích thước mạch từ là thép dày  0,5mm . Số lượng là thép: 68 lá; a = 12 mm; b = 16 mm; h = 30 mm. Hệ số ép chặt kc = 0,85. 12. Chọn mật độ từ cảm trong trụ là B = 1T, ta có số vòng dây sơ cấp: U1 220 W1 4 6080vòng. 4,44 fBQT 4,44.50.1.1,63.10 2 13. Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 A/mm . Tiết diện dâu quấn sơ cấp: S 6,35 2 S1 0,0035mm . 3U1.J1 3.220.2,75 Ta chọn dây dẫn tròn có đường kính d = 0,1 mm, có tiết diện 0,00785 mm2. 14. Số vòng dây quấn thứ cấp: W1.U 2 6080.9 W2 249 vòng. U1 220 SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 61
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ 15. Tiết diện dây quấn thứ cấp: S 6,35 2 S2 0,04276mm . 6U 2 J 2 6.9.2,75 Ta chọn dây dẫn tròn có đường kính d = 0,25 mm, có tiết diện 0,04909 mm2. 16. Chọn hệ số lấp đầy: klđ = 0,7. Với 2 2 (d1cdW1 d2cdW2 ) K 4 . lđ c.h 17. Chiều rộng của số: c 2 2 2 2 (d1cdW1 d2cdW2 ) 2. (0,12 .6080 0,28 .249) 4 4 8mm. c.klđ 0,7.30 Chọn c = 12 mm. 18. Chiều dài mạch từ: L = 2a + 3c = 5.12 = 60 mm. 19. Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 30 + 2.12 = 54 mm. 4.10. Tính chọn diode cho chỉnh lưu nguồn nuôi  Dòng điện hiệu dụng qua diode: I 0,1176 I 2 0,083A. Dhd 2 2  Điện áp ngược lớn nhất diode phải chịu: U N max 6U 2 22V.  Chọn diode có dòng định mức: Iđm ki I Dhd 10.0,083 0,83A.  Chọn diode có điện áp ngược lớn nhất: U n kU .U N max 2.22 44V.  Chọn diode loại Kπ208A có thông số như sau: Dòng điện định mức: Iđm = 1,5 A. Điện áp ngược cực đại: UN = 100 V. C. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB D. MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I-Mạch bảo vệ: 1/Giới thiệu : Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự đ ộng hoá Tuy nhiên những phần tử bán dẫn công suất rất khó tính toán và cũng hay bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau. SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 62
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Do đó cần phải bảo vệ các tiristor, cần phải tôn trọng các tỉ số giới hạn sử dụng do nhà chế tạo đã định với từng phần tử. - Điện áp ngược lớn nhất - Giá trị trung bình lớn nhất đối với dòng điện - Nhiệt độ lớn nhất đối với thiết bị di - Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện dt - Thời gian khoá toff - Thời gian mở ton - Dòng điện kích thích - Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố bất ngờ xảy ra gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện. Các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi làm việc với nhiệt độ quá nhiệt độ cho phép dù thời gian rất ngắn cũng có thể phá huỷ thiết bị. 0 0 Đối với bán dẫn Ge: TjM = 80 - 100 0 0 Đối với bán dẫn Si: TjM = 180 – 200 Nếu phần tử bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ còn 30% - 50%. Để cho các tiristor làm việc được tốt ta dùng quạt lám mát đối với các tiristor nhỏ. Đối với các tiristor có công suất lớn thì dùng nước hoặc dầu biến thế để làm mát. Khi cho xung điều khiển vào van thì ban đầu chỉ có những điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi mới lan dần ra xuất hiện ở những vùng có điện trường lớn. Về dòng di điện, nếu lớn thì tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt ghép J2 có thể tạo những dt di vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng. Có thể giảm nhỏ được bằng cách đặt một điện dt kháng bão hoà trong mạch anot của tiristor. Đặc điểm của cuộn kháng, khi mach từ chưa bão hoà thì có một điện kháng lớn, khi mạch từ bão hoà thì có điện kháng nhỏ. 2/ Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn: Khi làm việc với dòng điện chạy qua, trên van có sụt áp, do có tổn thất công suất P , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bàn dẫn chỉ cho phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép, nếu quá nhiệt dộ cho phép thì van bán dẫn sẽ bị hỏng. 1- Tổn thất công suất trên 1 tiristor: P U.Ilv 1,8.36,37 65,466(W) 2- Diện tích bề mặt toả nhiệt: P 65,466 2 Sn 0,2(m ) Kn. 8.40 Trong đó:  : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường. 0 Lấy Tmt = 40 C 0 Chọn Tlv trên cánh tản nhiệt là 80 C 0 Suy ra  = Tlv – Tmt = 40 C Kn : hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. 2 0 Chọn Kn = 8 W/m . C SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 63
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh a.b=10.10 (cm) Tổng diện tích tản nhiệt của cánh: S = 12 . 2 . 10 . 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ quá dòng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. 1- Chọn 1 aptomat có: Idm 1,1.Ild 1,1. 3.13,93 26,5(A) 27(A) Udm = 220 (V) Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: Inm 2,5.Ild 2,5. 3.13,93 60,32(A) 61( A) Dòng quá tải: I qt 1,5.Ild 1,5. 3.13,93 36,27(A) 37(A) 2- Chọn cầu dao có dòng định mức: I qt 1,1.Ild 1,1. 3.13,93 27(A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ truyền động. 3- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các tiristor ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC: I1CC = 1,1 . I2 = 1,1 . 51,44 = 56,6 (A) Nhóm 2CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 . Ihd = 1,1 . 36,37 = 40 (A) Nhóm 3CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 . Id = 1,1 . 63 = 69,3 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 60 (A), 2CC loại 40 (A), 3CC loại 70 (A) 4/ Bảo vệ quá điện áp cho van: - Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với tiristor. Chọn R1 = 5,1 (  ), C1 = 0,25 ( F ) Mạch RC bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 64
Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C như hình vẽ: Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới Chọn R2 = 12,5 (  ), C1 = 4 ( F ) SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 65
+15V 66 A 8 16 13 6 11 15 RA TCA780 Dz R1 5 1 9 10 12 14 R3 R R2 NH HÀNH Trang: Trang: Ạ A B C 8 16 13 6 11 15 N N M B RB TCA780 Ễ 5 1 9 10 12 14 S T1 T4 T3 T6 C 8 16 13 6 11 15 Rc TCA780 T5 T2 T 5 1 9 10 12 14 GVHD: NGUY Lc Lc 8 16 13 6 11 15 TCA780 Lc Lc 5 1 9 10 12 14 T'4 T'1 +15V R T'6 T'3 Uâk1 R Uâk2 8 16 13 6 11 15 R R TCA780 T'2 T'5 5 1 9 10 12 14 t t ấ 8 16 13 6 11 15 A TCA780 Ĩ 5 1 9 10 12 14 Công su ử L n t M ệ SÅ ÂÄÖ HÃÛ THÄÚNG TRUYÃÖN ÂÄÜNG CKT LÊ VĂN NGH ÂÄÖ AÏN MÄN HOÜC án Đi TRÆÅÌNG ÂHBK ÂAÌ NÀÔNG Khoa Âiãûn_ Låïp 01Â1 SVTH VOÎ NHÆ BÇNH TL ồ GVHD NGUYÃÙN BÃ SL Đ SVTH: