Đồ án Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

(A) Ta lấy Iđmv = 145 (A). Trong đó : Ki - hệ số dự trữ dòng điện. Với điều kiện làm việc của van ta đã chọn như trên thì Ilv = (10 ¸ 30 )%.Iđmv. Do vậy ta chọn Ilv = 25%.Iđmv, suy ra Ki = 4. 4. Chọn Tiristor : Từ các thông số Unv, Iđmv đã xác định ở trên, để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, nên ta chọn van có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích tỏa nhiệt. Tra bảng phụ lục 2 [1], ta chọn 6 Tiristor loại 151RC40 có các thông số như sau : - Điện áp ngược cực đại của van : Unv max = 400 (V). - Dòng điện định mức của van : Iđmv =150 (A). - Dòng điện đỉnh cực đại : Ipik max = 4000 (A). - Dòng điện xung điều khiển : Ig max = 150 (mA). - Điện áp xung điều khiển : Ug max = 2,5 (V). - Dòng điện duy trì : Ih max = 50 (mA). - Dòng điện rò : Ir max = 8 (mA). - Sụt áp lớn nhất trên Tiristor ở trạng thái dẫn : DUmax = 1,7 (V). - Tốc độ biến thiên điện áp : (). - Thời gian chuyển mạch của Tiristor : tcm = 80 (ms). - Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 (0C). II. Tính tóan máy biến áp cho bộ chỉnh lưu : Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ đấu dây r! Y, làm mát bằng không khí tự nhiên. Tính tóan các thông số của máy biến áp : 1. Công suất biểu kiến của máy biến áp : (V.A) Ta lấy S = 6563 (V.A). Trong đó : KS – hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực. Theo bảng 8.2 [1] tra được 2. Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1 = 380 (V). 3. Điện áp pha thứ cấp : - Phương trình điện áp khi có tải : Từ phương trình trên, suy ra được : Trong đó : là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới; (V) là độ sụt áp trên Tiristor; (V) độ sụt áp trên dây nối; là độ sụt áp trên máy biến áp gồm có sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. Ta chọn sơ bộ sụt áp của máy biến áp là (V). Thay số vào ta được : (V) Ta lấy (V) - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : (V) Trong đó : là hệ số điện áp chỉnh lưu, (bảng 8.1 [1]). 4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : (A) Trong đó : là hệ số dòng điện chỉnh lưu,( bảng 8.1 [1] ). 5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : (A) Tính sơ bộ mạch từ. 6. Tiết diện sơ bộ của trụ : (cm2) Trong đó : KQ – hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy KQ = 6; m - là số trụ của máy biến áp, với m = 3; f – tần số nguồn xoay chiều, f = 50 Hz. 7. Bề rộng và bề dày của trụ : Đối với máy biến áp có công suất SBA = 6563 (V.A) < 10 KVA, nên ta chọn dạng trụ hình chữ nhật. Ta có : Trong đó : a – bề rộng của trụ; b – bề dày của trụ. Mặt khác theo kinh nghiệm thì thường chọn : , ta chọn : suy ra : b = 1,5.a Vậy ta có : QFe = a.b = 1,5.a2 = 39,687 (cm2) Suy ra : (cm) b = 1,5.a = 1,5.5,14 = 7,71 (cm) Ta lấy a = 5,2 (cm) và b = 7,7 (cm). 8. Chọn loại thép : Chọn loại thép $ 330, các lá thép có độ dày : 0,5 mm. Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ là BT = 1 Testla. 9. Tính sơ bộ chiều cao của trụ : Chọn tỉ số ,( theo trang 257 [1] ). Suy ra : h = 2.a = 2.5,2 = 10,4 (cm). Vậy chọn chiều cao của trụ là 10 (cm). Tính toán dây quấn. 10. Số vòng dây quấn mỗi pha của cuộn sơ cấp máy biến áp : (vòng). Lấy W1 = 431 (vòng). 11. Số vòng dây mỗi pha của cuộn dây thứ cấp máy biến áp : (vòng). Lấy W2 = 54 (vòng). 12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong dây dẫn máy biến áp. Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, ta chọn : J1 = J2 = 2,75 () 13. Tiết diện dây quấn sơ cấp máy biến áp : (mm2) - Chọn dây dẫn tròn cách điện cấp B. - Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 2,378 (mm2). - Kích thước dây dẫn có kể cả cách điện : dn = 1,84 (mm) = 0,184 (cm), ( phụ lục 8 [1]) (mm2) 14. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp : () 15. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : (mm2) - Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B. - Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S2 = 18,9 (mm). - Kích thước dây dẫn kể cả cách điện : a2 = 2,24 (mm) b2 = 8,6 (mm) Scđ = a´b =2,24´8,6 = 19,264 (mm2) ( theo phụ lục 9 [1] ) 16. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp : () Kết cấu dây quấn sơ cấp. 17. Kiểu dây quấn : Thực hiện theo kiểu dấy quấn đồng tâm, bố trí theo chiều dọc trục. 18. Tính sơ bộ số vòng dây trong một lớp của cuộn sơ cấp. (vòng) Lấy W1 = 44 (vòng). Trong đó : + dn = 0,184 (cm) là độ dày một vòng dây. + Kc = 0,92 là hệ số ép chặt dây quấn. + h = 10,4 (cm) là chiều cao trụ. + ho là khoảng cách đến gông đến cuộn sơ cấp, chọn sơ bộ ho = 0,8 (cm); (xác định theo trang 269 [1]). 19. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : (lớp) 20. Chọn số lớp dây cuộn sơ cấp : Chọn số lớp n11 = 10 lớp, vậy có 431 vòng dây được chia thành 10 lớp. Chọn 9 lớp đầu có số vòng của mỗi lớp là 44 vòng. Suy ra, số vòng của lớp thứ 10 có : 431 – 9. 44 = 35 (vòng). 21. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : (cm) 22. Chọn ống quấn dây : Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 (cm) 23. Khoảng cách từ trụ đến cuộn sơ cấp : a01 = 0,5 (cm) 24. Kích thước bên trong của ống cách điện : at = a + 2.a01 – 2.S01 = 5,2 + 2.0,5 – 2.0,1 = 6 (cm) bt = b + 2.a01 – 2.S01 = 7,7 + 2.0,5 – 2.0,1 = 8,5 (cm) 25. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớp trong của cuộn dây sơ cấp : at1 = at +2.S01 = 6 + 2.0,1 = 6,2 (cm) bt1 = bt + 2.S01 = 8,5 + 2.0,1 = 8,7 (cm) 26. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1 (mm) = 0,01 (cm) 27. Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = (dn + cd11).n11 = (0,184 + 0,01).10 = 1,94 (cm) 28. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớp ngoài của cuộn dây sơ cấp : an = at1 + 2.Bd1 = 6,2 + 2.1,94 = 10,08 (cm) bn1 = bt1 + 2.Bd1 = 8,7 + 2.1,94 = 12,58 (cm) 29. Chiều dài trung bình mỗi cạnh của một vòng dây cuộn sơ cấp : (cm) (cm) 30. Chiều dài dây quấn sơ cấp : (cm) Vậy l1 = 16188,33 (cm) = 161,883 (m) 31. Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp : cd12 = 1 (cm) Kết cấu dây quấn thứ cấp. 32. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp : h2 = h1 = 8,8 (cm) 33. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp : (vòng) Lấy W12 = 9 (vòng) 34. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp : (lớp) 35. Chọn số lớp dây cuộn thứ cấp : Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n12 =6 lớp, mỗi lớp có số vòng dây bằng nhau và bằng 9 vòng dây. 36. Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp : (cm) 37. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớp trong của cuộn thứ cấp : (cm) (cm) 38. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22 = 0,1 (mm) = 0,01 (cm) 39. Bề dày cuộn sơ cấp : (cm) 40. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớp ngoài của cuộn thứ cấp : (cm) (cm) 41. Chiều dài trung bình mỗi cạnh của một vòng dây cuộn thứ cấp : (cm) (cm) 42. Chiều dài dây quấn thứ cấp : (cm) Vậy l2 = 3182,5 (cm) = 31,825 (m) 43. Chiều dài trung bình mỗi cạnh vòng dây của cả hai cuộn sơ cấp và thứ cấp : (cm) (cm) 44. Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp : a22 = 1,5 (cm) Tính kích thước mạch từ. 45. Tiết diện tòan bộ trụ : QFe = a.b = 5,2.7,7 = 40,04 (cm2) 46. Tiết diện hiệu quả của trụ : QT = Khq.QFe = 0,95.40,04 = 38,04 (cm2) 47. Số lá thép dùng trong một trụ : (lá) Trong đó : b = 77 (mm) Độ dày của một lá thép là: 0,5 (mm) 48. Chọn gông có tiết diện chữ nhật và có cùng kích thước với trụ : Qb.g = ag.bg = QFe = a.b = 5,2.7,7 = 40,04 (cm2) Trong đó : ag = a = 5,2 (cm) là chiều cao của trụ; bg = b = 7,7 (cm) là chiều dày của gông. 49. Tiết diện hiệu quả của gông : QG = Khq.Qb.g = 0,95.40,04 = 38,04 (cm2) 50. Số lá thép dùng trong một gông : (lá) 51. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ : (T) 52. Mật độ từ cảm trong gông : (T) 53. Chiều rộng cửa sổ : (cm) 54. Khoảng cách giữa hai tâm trục : (cm) 55. Chiều rộng mạch từ : (cm) 56. Chiều cao mạch từ : (cm) L c a c h H b Sơ đồ kết cấu lõi thép máy biến áp chỉnh lưu. Tính khối lượng của sắt và đồng. 57. Thể tích của trụ : (cm3) » 1,187 (dm3) 58. Thể tích của gông : (cm3) » 2,889 (dm3) 59. Khối lượng của trụ : (kg) Trong đó : mFe = 7,85 ( ) là khối lượng riêng của sắt. 60. Khối lượng của gông : (kg) 61. Khối lượng của sắt : (kg) 62. Thể tích của đồng : = 2,959 (dm3) Trong đó : S1, S2 là tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp; l1, l2 l là tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp. 63. Khối lượng đồng : (kg) Trong đó : mCu = 8,9 () là trọng lượng riêng của đồng. Tính các thông số của máy biến áp. 64. Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0C : (W) Trong đó : = 0,02133 () là điện trở suất của đồng ở 75 0C. 65. Điện trở cuộn dây thứ cấp máy biến áp : (W) 66. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp : (W) 67. Sụt áp trên điện trở máy biến áp : (V) 68. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp máy biến áp : = = 0,098 (W) Trong đó : + W2 = 54(vòng) là số vòng dây quấn thứ cấp máy biến áp; + h = 10,4 (cm) là chiều cao cửa sổ lõi thép; + Rbk – bán kính trong của cuộn thứ cấp máy biến áp : (cm) + a12 = 10 (mm); + Bd1 = 1,94 (cm) = 19,4 (mm); + Bd2 = 1,404 (cm) = 140,4 (mm); 69. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp : (mH) = 0,312 (H) 70. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp : (V) 71. Sụt áp trên máy biến áp : (V) 72. Điện áp trên động cơ khi có góc mở amin = 100 : (V) 73. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp : (W) 74. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp : (W) % 75. Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ : (W) % Trong đó : nf = 1,15 là hệ số kể đến 15 % tổn hao. 76. Điện áp ngắn mạch tác dụng : % 77. Điện áp ngắn mạch phản kháng : % 78. Điện áp ngắn mạch phần trăm : % 79. Dòng điện ngắn mạch xác lập : (A) 80. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại : (A) Vậy ta có : Imax = 684,22 (A) < Ipik = 4000 (A) Þ đảm bảo cho van vẫn làm việc được bình thường. 81. Kiểm tra máy biến áp : Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng điện chuyển mạch. Þ (A/s) » 0,188 (A!ms) Vậy : = 0,188 (A/ms) < ()½cp =180 (A/ms) . 82. Hiệu suất của thiết bị chỉnh lưu : = 95,2 % III. Thiết kế cuộn kháng lọc. Với các bộ nguồn một chiều thì độ nhấp nhô của điện áp là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng. Đối với bộ nguồn một chiều dùng chỉnh lưu có điều khiển thì điện áp ra có tính chu kì. Điện áp này có thể phân tích thành tổng của điện áp không đổi và các điện áp điều hòa tần số cao. Chính vì vậy, sẽ xuất hiện thành phần xoay chiều chạy trong mạch gây ảnh hưởng không tốt cho thiết bị điện một chiều. Để hạn chế ảnh hưởng của thành phần xoay chiều thì ta phải đưa vào mạch tải những bộ lọc thành phần xoay chiều, thông thường là dùng cuộn điện kháng để lọc thành phần xoay chiều. Sau đây là các bước tính toán thiết kế cuộn kháng lọc : 1. Xác định góc mở cực tiểu và góc mở cực đại : Chọn góc mở cực tiểu amin =100. Với góc mở amin là góc mở dự trữ có thể bù được sự suy giảm điện áp lưới. - Khi góc mở nhỏ nhất a = amin thì điện áp trên tải là lớn nhất : Udmax = Udo.cosamin = Udđm ; và Udmax tương ứng với tốc độ động cơ là lớn nhất : n = nmax = nđm . - Khi góc mở lớn nhất a = amax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất : Udmin = Udo.cosamax ; và Ud min tương ứng với tốc độ động cơ nhỏ nhất : n = nmin . Vậy ta có được : - Tính Ud min : + Tốc độ góc định mức : (rad!s) + Tốc độ góc nhỏ nhất : Trong đó: Mn min = Mc max = KM.Mđm · Giả sử cho động cơ làm việc với mômen cản lớn nhất và bằng 2 lần mômen định mức. Ta chon hệ số quá tải KM = 2. · Ta có : (Wb) · Mômen định mức : Mđm = (K.Fđm).Iđm = 0,898.62,5 = 56,125 (N.m) · Độ cứng đặc tính cơ của động cơ: Vậy tốc độ góc nhỏ nhất của động cơ là : (rad!s) + Dải điều chỉnh của động cơ là : + Mặt khác ta có : Suy ra : = 21,838 (V) Mà theo trên ta có : 0 Vậy : Góc mở nhỏ nhất là : amin = 10 0. Góc mở lớn nhất là : amax = 78,750. 2. Xác định các thành phần sóng hài : Theo lí thuyết chuỗi Furier thì điện áp chu kì có thể khai triển thành tổng của điện áp một chiều và các thành phần điện áp điều hòa có tần số khác nhau, công thức khai triển như sau : Trong đó : ao – điện áp của thành phần một chiều; ak, bk – biên dộ điện áp của sóng điều hòa bậc k; Để thuận tiện trong việc khai triển chuỗi Furier, ta chuyển tọa độ sang điểm O’() (tại góc thông tự nhiên), khi đó điện áp tức thời trên tải khi Tiristor T1 và T4 dẫn : ; với . Điện áp tức thời trên tải Ud là không hình sin và tuần hoàn với chu kì : Trong đó : p = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Vậy ta có : · · Suy ra biên độ của điện áp điều hòa là : Trong đó : Ta có : Vậy : Ý Nhận xét : Vậy biên độ của các thành phần sóng điều hòa có giá trị thay đổi theo góc điều khiển a, góc điều khiển càng lớn thì sóng hài càng tăng. 3. Xác định điện cảm của cuộn kháng lọc : Từ những phân tích ở trên, ta nhận thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ của sóng hài càng lớn, nghĩa là độ đập mạch của điện áp và dòng điện sẽ tăng lên. Chính sự đập mạch đó sẽ làm xấu đi chế độ chuyển mạch của vành góp, đồng thời gây ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ. Để hạn chế sự đập mạch này thì ta phải mắc nối tiếp với phần ứng của động cơ điện một cuộn kháng lọc đủ lớn để có IK £ 0,1.Iưđm. Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, thì cuộn kháng còn có tác dụng hạn chế vùng làm việc gián đoạn. Ta cần xác định giá trị điện kháng lọc ứng với khi a = amax, vì lúc này trên tải có sóng hài bậc cao lớn nhất. Ta có phương trình cân bằng điện áp : Cân bằng hai vế của phương trình ta được : Vì nên ta có thể bỏ qua Vậy ta có : (3 - 1) Trong các thành phần xoay chiều thì thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có : Từ biểu thức (1 - 3) ta có : ; với và . Suy ra : Vậy : Þ Trong đó : (V) Vậy : (H) Ta chọn L = 0,0032 (H) = 3,2 (mH). - Điện cảm của cuộn kháng lọc : (mH) Ta chọn : LK = 0,67 (mH). Trong đó : + Lư – điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức Umaxki – Lindvil đã xác định ở phần tính toán các thông số cơ bản của động cơ, ta có được : Lư = 1,91 (mH). + LBA – điện cảm của máy biến áp. 4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc : Các thông số ban đầu : - Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc : LK = 0,67 (mH); - Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Im = Iưđm = 62,5 (A); - Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10%.Iđm = 0,1.62,5 = 6,25 (A). 4.1 . Xác định tổng trở của cuộn kháng : Do điện cảm của cuộn kháng lọc lớn và điện trở của cuộn kháng lọc lại bé, nên ta có thể coi tổng trở của cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng. (W). 4.2. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc : (V) 4.3. Công suất của cuộn kháng lọc : (VA) a!2 c a L H h b Kết cấu mạch từ cuộn kháng lọc. 4.4. Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng : (cm2) Trong đó : f’ = 6.f = 6.50 = 300 (Hz); KQ = 5 là hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát bằng không khí tự nhiên. Ta lấy Q = 1,6 (cm2). 4.5. Chọn loại thép : Với tiết diện trụ Q = 1,6 (cm2), ta chọn loại thép 330A, lá thép dày 0,35 (mm). Tiết diện trụ Q = a.b = 1,6 (cm2). Chọn Þ b = 1,3.a ; Vậy ta có : 1,3.a2 = 1,6 (cm2) Þ a = 1,11 (cm); b = 1,44 (cm). Lấy : a = 1,2 (cm) = 12 (mm); b = 1,4 (cm) = 14 (mm). 4.6. Chọn mật độ từ cảm trong trụ : BT = 0,8 (T). 4.7. Số vòng dây của điện kháng : Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong cuộn kháng xuất hiện một sức điện động EK : Gần đúng, ta có thể coi : (V). Vậy ta có : (vòng); Lấy W = 32 (vòng). 4.8. Dòng điện chạy qua cuộn kháng : Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng là : (A) Trong đó : I1m = 0,1.Iưđm = 6,25 (A). 4.9. Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J = 2,75 (A!mm2). 4.10. Tiết diện dây quấn cuộn kháng : (mm2) Chọn dây theo tiêu chuẩn, ta chọn dây dẫn hình chữ nhật, cách điện cấp B, ta chọn SK = 23,6 (mm2). Có các kích thước : aK.bK = 3,28´7,4 (mm´mm). Tính lại mật độ dòng điện : (A!mm2) 4.11. Chọn hệ số lấp đầy : 4.12. Diện tích cửa sổ : (mm2) = 11,13 (cm2) 4.13. Tính kích thước mạch từ : Chọn Þ h = 3.a = 3.1,2 = 3,6 (cm) = 36 (mm) Vậy chiều rộng cửa sổ cực từ là : (cm) = 31 (mm). 4.14. Chiều cao mạch từ : (cm) = 48 (mm) 4.15. Chiều dài mạch từ : (cm) = 86 (mm) 4.16. Chọn khoảng cách từ gông đến cuộn dây : hg = 2 (mm) = 0,2 (cm) 4.17. Tính số vòng dây trên một lớp : (vòng) Lấy W1 lớp = 4 (vòng). 4.18. Tính số lớp dây quấn : (lớp) Vậy có 8 lớp dây, mỗi lớp dây có 4 vòng dây. 4.19. Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ : a01 = 3 (mm) Chọn khoảng cách cách điện giữa các lớp dây : cd1 = 0,1 (mm) 4.20. Bề dày cuộn dây : (mm) 4.21. Tổng bề dày cuộn dây : (mm) 4.22. Chiều dài của vòng dây trong cùng : (mm) 4.23. Chiều dài của vòng dây ngoài cùng : (mm) 4.24. Chiều dài trung bình của một vòng dây : (mm) 4.25. Điện trở của dây quấn ở 75 0C : (W) Với (W.mm2!m) là điện trở suất của đồng ở 75 0C. Ta thấy rằng, giá trị điện trở của dây quấn cuộn kháng rất bé nên ta giả thiết ban đầu bỏ qua giá trị điện trở của cuộn kháng là đúng. 4.26. Thể tích sắt : (dm3) 4.27. Khối lượng sắt : (kg) Trong đó : mFe – khối lượng riêng của sắt, mFe =7,85 (kg!dm3) 4.28. Khối lượng đồng : (kg) Trong đó : mCu = 8,9 (kg!dm3) là khối lượng riêng của đồng. IV. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực : 1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn : Khi làm việc với dòng điện chạy qua van thì trên van có sụt áp, do vậy sẽ có tổn hao công suất trên van DP, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác vì van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp, nếu quá nhiệt độ cho phép thì van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt thì ta phải tính chọn và thiết kế hệ thống cánh tản nhiệt để làm mát van bán dẫn. - Tổn thất công suất trên một Tiristor : (W) - Diện tích bề mặt tỏa nhiệt : (m2) Trong đó : DP – tổn hao công suất trên van, (W); KM – hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn KM = 8 (W!m2.0C); t - độ chênh nhiệt độ so với môi trường. Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 40 0C. Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristor là Tcp = 125 0C. Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt Tlv = 80 0C. (0C) - Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước của mỗi cánh là : a´h1 Chọn : a = b =10 (cm) = 100 (mm); h0 = 1 (cm) = 10 (mm); h1 = 8,5 (cm) = 85 (mm); h = 95 (mm); c = 3 (mm); z = 5,8 (mm). (Chọn theo trang tài liệu [2] ) Vậy tổng diện tích tản nhiệt của cánh là : (cm2) = 0,204 (m2) Hình dáng và kích thước giới hạn cánh tản nhiệt của một van bán dẫn h z c h1 h0 a b 2. Bảo vệ quá dòng cho van bán dẫn : Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực tự bảo vệ mạch điện khi quá tải và ngắn mạch Tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. - Chọn Aptomat có các thông số sau : + Dòng điện định mức : (A) Ta lấy Iđm = 13 (A); + Điện áp định mức : (V) Aptomat có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. + Chỉnh định dòng điện ngắn mạch : (A) Chọn Inm = 28 (A) + Chỉnh định dòng điện quá tải : (A) - Chọn cầu dao có dòng định mức như sau : (A) Chọn Iqt = 13 (A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sữa chữa hệ thống truyền động. - Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu và ngắn mạch ở mạch điều khiển mở máy. + Nhóm 1CC : Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC : (A) + Nhóm 2CC: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2CC : (A) + Nhóm 3CC : Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 3CC : (A) + Nhóm 4CC : Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 4CC : (A) Þ Vậy ta chọn cầu chảy của các nhóm như sau : Nhóm 1CC loại 60 (A); Nhóm 2CC loại 40 (A); Nhóm 3CC loại 70 (A); Nhóm 4CC loại 13 (A). - Chọn công tắc tơ : Ta dùng một công tắc tơ để mở máy cho động cơ, có các thông số sau : + Dòng điện định mức của công tắc tơ : (A) Chọn Iđm = 12 (A) + Điện áp định mức của công tắc tơ : (V) 3. 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. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tích tụ trong lớp bán dẫn sẽ phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Chính sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược sẽ gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anốt và Katốt của Tiristor. Khi có mạch R – C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện áp. · · R C T Theo kinh nghiệm, thường chọn : R2 = ( 5 ¸ 30 ) (W) C2 = ( 0,25 ¸ 4 ) (mF) Ta chọn : R2 = 5 (W) C2 = 0,25 (mF) - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mạch R – C như hình vẽ sau : · · · · · C R C R C R Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung điện áp gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây. Trị số R1, C1 được chọn theo kinh nghiệm : R1 = ( 5 ¸ 20 ) (W) C1 = 4 (mF) Ta chọn : R1 = 10 (W) C1 = 4 (mF) CHƯƠNG IV TÍNH CHỌN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. I. Lí thuyết mạch về mạch điều khiển : Nhiệm vụ của mạch điều khiển là nhằm tạo ra xung điều khiển trong nửa chu kì dương điện áp Anốt của Tiristor. 1. Nguyên tắc điều khiển : Có hai nguyên tắc điều khiển Tiristor : - Điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng. - Điều khiển theo nguyên tắc nằm ngang. a. Điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng : Ü Điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính : - Trong vùng điện áp dương Anốt của Tiristor, ta tạo một điện áp tựa biến thiên tuyến tính theo dạng răng cưa . - Dùng một điện áp một chiều gọi là để so sánh với điện áp tựa nói trên. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì cho phát xung điều khiển mở Tiristor. U t t t Xđk Xđk URC URC a Uđk Khi ta điều chỉnh giá trị từ giá trị 0 đến đỉnh điện áp thì giao điểm của hai đường này sẽ thay đổi tương ứng từ ( 0 ¸1800 ). Vậy góc mở a của Tiristor phụ thuộc tuyến tính vào giá trị . Vì vậy, trong thực tế nguyên tắc này được ứng dụng rộng rãi.  Ü Điều khiển theo nguyên tắc cosin : - Cần tạo một điện áp hình sin uS lệch pha với điện áp hình sin ở Anốt của Tiristor một góc 900 điện. Giả sử điện áp trên Anốt của Tiristor có dạng uA = Um.sinwt thì điện áp uS = Um.coswt. - Dùng một điện áp một chiều Uđk có thể điều chỉnh giá trị theo hai chiều dương và âm. Tại thời điểm Uđk = uS thì cho phát xung điều khiển. Vậy khi ta cho thay đổi giá trị điện áp một chiều Uđk = - Um đến giá trị Uđk = + Um thì ta có thể điều chỉnh được góc mở a từ ( 0 ¸ p ), ta nhận thấy góc a phụ thuộc phi tuyến vào giá trị Uđk , vậy a là một hàm theo giá trị , a = f(Uđk). UA =Um.sinwt uS =Um.coswt U t t t Xđk Xđk a Uđk 2. Điều khiển theo nguyên tắc nằm ngang : - Dùng mạch L – C để để tạo ra một điện áp lệch pha so với điện áp Anốt của Tiristor. Nhờ có các phần tử lệch pha L, C sẽ tạo ra một điện áp dịch pha udf lệch pha (cụ thể là chậm pha) so với điện áp hình sin ở Anốt của Tristor một góc là a . Tại thời điểm udf = 0 thì cho phát xung mở Tiristor. Vậy chỉ cần điều chỉnh giá trị L và C là có thể thay đổi được góc mở Tiristor. Tuy nhiên, việc điều chỉnh giá trị L và C là rất phức tạp. Vì vậy nên nguyên tắc điều khiển theo phương nằm ngang là ít được dùng trong thực tế. uA=Um.sinwt udf U t t t Xđk Xđk URC URC a 3. Kết luận : Trong các nguyên tắc điều chỉnh nói trên thì ta nhận thấy nguyên tắc điều khiển theo phương thẳng đứng tuyến tính là đơn giản nhất, vì góc mở a phụ thuộc tuyến tính vào điện áp một chiều Uđk nên việc điều khiển sẽ thuận lợi hơn. Vậy ta chọn nguyên tắc điều khiển theo phương thẳng đứng tuyến tính để thiết kế mạch điều khiển Tiristor. II. Cấu trúc mạch điều khiển : G K A Urc Uđk UAT ĐF SS TX,KĐ 1. Sơ đồ khối của mạch điều khiển : 2. Nhiệm vụ từng khối : - Khâu đồng pha (ĐF) : có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc, trùng pha với điện áp dương Anốt của Tiristor. - Khâu so sánh (SS) : có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa Urc và điện áp điều khiển Uđk, xác định thời điểm Urc = Uđk thì phát xung đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại. - Khâu tạo xung khuếch đại (TXKĐ) : có nhiệm vụ tạo xung điều khiển có biên độ và độ rộng xung phù hợp đủ để mở Tiristor một cách tin cậy trong mọi chế độ làm việc trong toàn dải điều chỉnh của hệ. Mặt khác, để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung kích mơ, nhằm đảm bảo cho Tiristor mở một cách chắc chắn thì ta dùng bộ phát xung chùm có tần số cao để tạo xung điều khiển cho Tiristor. Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuếch đại ta đưa chèn thêm một cổng AND với tín hiệu nhận từ khâu so sánh và bộ phát xung chùm. Từ bộ phát xung chùm đưa đến Đưa đến khâu KĐ Khâu SS đưa tới & III. Thiết kế các khâu trong mạch điều khiển : 1. Thiết kế khâu đồng pha : Ta có một số sơ đồ dùng làm khâu đồng pha để tạo điện áp răng cưa như sau : · Æ · · Hình b. - E C D R2 Æ R1 Æ Æ Æ · · · U1 U2 Urc Hình a - E C D2 D1 R2 Æ R1 Æ Æ Æ Æ · · · · U1 U2 Urc · GHÉP QUANG Æ · Æ · Hình c. + E C D R2 Æ R1 Æ Æ · · Urc Tr C Æ Æ · · · · · · Hình d. R1 Æ Æ · · U1 U2 Urc OA2 - + · OA1 + - D R3 R2