Đồ án Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay

gược UBA, đến khoảng t5 á t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA. Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình 2.12b trị số điện áp tải được tính theo công thức (2-7). Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc a > 600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình 2.12d (khi góc mở các Tiristo a =900 với tải thuần trở). Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng (các đường nét mảnh trên giản đồ Ud của các hình vẽ 2.12b, c, d), cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khoá. Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa. Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điều khiển không đối xứng. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển như mô tả trên hình 2.13a. Trên hình 2.13b mô tả giản đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lưu (đường cong trên cùng), sóng điện áp tải Ud (đường cong nét đậm thứ hai trên hình 2.13b), khoảng dẫn các van bán dẫn T1,T2,T3,D1,D2,D3. Các Tiristo được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tiristo của pha kế tiếp. Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2). Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristo được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu. Các điôt tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều. Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4 á t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4 á t5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5 á t6. Hình 2.7 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng a- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đường cong Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn. Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800. Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha. Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển dễ dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn. So với các loại chỉnh lưu thì chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất. Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu, từ các ưu nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu, với các tải là động cơ điện một chiều có công suất vừa phải như trên, thì sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha là hợp lí hơn cả, bởi lẽ ở công suất này để tránh mất đối xứng biến áp ( không thể thiết kế theo sơ đồ một pha hoặc tia ba pha vì sẽ mất đối xứng điện áp nguồn ), ngoài ra do tải yêu cầu hoàn trả năng lượng về lưới nên sơ đồ thiết kế ta chọn là sơ đồ cầu 3 pha có điều khiển đối xứng. Hình 2-8 :Sơ đồ nguyên lí mạch động lực 2.2. tính toán sơ đồ mạch động lực Thông số của động cơ: : Uđm=200 (V) ;nđm=980 (vòng/phút); Iưđm=70A; h=0,9 ;số đôi cực p=2. Các thông số cơ bản còn lại của động cơ được tính: U2a ;U2b ;U2c : Sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn . E : Sức điện động của động cơ . R ,L : Điện trở và điện cảm trong mạch . R= 2.Rba+Rư+Rk+Rdt . L= 2.Lba+Lư+Lk . Rk,Lk là điện trở và điện kháng của máy biến áp qui đổi về thứ cấp : Rba=R2+R1. Lba=L2+L1.. Rk ,Lk là điện trở và điện kháng cuộn lọc . Rdt điện trở mạch phần ứng động cơ được tính gần đúng như sau : Rư=0,5 .(1-h).(W)=0,5 .(1-0,9) . Lư là điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức Umanxki_Lindvit : Lư =g .=0,25 . Trong đó g=0,25 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù . 2.2.1. Tính chọn Thyristor : Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải ,điều kiện toả nhiệt ,điện áp làm việc ,các thông số cơ bản của van được tính như sau : +)Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu : Unmax=Knv.U2 =Knv .=.200 = 209.33 (V). Trong đó : Knv = Ku= Điện áp ngược của van cần chọn : Unv = KdtU . Un max =1,8 . 209,33 = 376,794 Lấy bằng 377 (V) Trong đó : KdtU : hệ số dự trữ điện áp , Chọn KdtU =1,8 . +) Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng : Ilv = Ihd = Khd .Id = = (A) (Do trong sơ đồ cầu 3 pha ,hệ số dòng hiệu dụng :Khd =) . Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt ; Không có quạt đối lưu không khí ,với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn : Iđm =Ki . Ilv =3,2 . 45,847 = 147 (A) (Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn Ki =3,2) từ các thông số Unv ,Iđmv ta chọn 6 Thysistor loại 151RC40 có các thông số sau : Điện áp ngược cực đại của van : Un = 400 (V) Dòng điện định mức của van : Iđm =150 (A) Đỉnh xung dòng điện : Ipik =4000 (A) Dòng điện của xung điều khiển : Iđk =150 (mA) Điện áp của xung điều khiển : Uđk =2,5(V) Dòng điện rò : Ir =8 (mA) Dòng điện tự giữ :Ih =50 (mA) Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : DU = 1,7 (V) Tốc độ biến thiên điện áp : =200 (V/ms) Thời gian chuyển mạch : tcm = 80 (ms) Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax=125 oC. 2.2.2. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu . +)Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây D/Y làm mát bằng không khí tự nhiên . +)Tính các thông số cơ bản : 1. Tính công suất biểu kiến của Máy biến áp : S = Ks . Pd =Ks . =1,05 . 2. Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : Up =380 (V) 3. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : Udo .cos amin =Ud +2. DUv +DUdn + DUba Trong đó : amin =100 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới DUv =1,6 (V) là sụt áp trên Thyristor DUdn 0 là sụt áp trên dây nối DUba = DUr + DUx là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. Chọn sơ bộ : DUba =6% .Ud =6% .200 = 12 (V) Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có : Ud0 == Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp : U2= =(V) 4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp : I2 =(A) 5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = KbaI2 = .I2 = . (A) *)Tính sơ bộ mạch từ (Xác định kích thước bản mạch từ) 6. Tiết diện sơ bộ trụ . QFe =kQ . Trong đó : kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát ,lấy kQ = 6 . m : số trụ của máy biến áp f : tần số xoay chiều , ở đây f = 50 (Hz) Thay số ta được : QFe=6 . 7. Đưòng kính trụ : d = = Chuẩn đoán đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 11 (cm) 8. Chọn loại thép: $330 các lá thép có độ dày 0,5 mm Chọn mật độ từ cảm trong trụ Bt = 1(T) 9. Chọn tỷ số: m= = 2,3 , suy ra h = 2,3 . d = 2,3.9 = 20,7 (cm) Ta chọn chiều cao trụ là 21 cm. *)Tính toán dây quấn . 10. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: W1= = =288,1(vòng). Lấy W1= 288 vòng . 11. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp : W2 = .W1=(vòng). Lấy W2= 71 vòng. 12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1= J2= 2,75 (A/mm2). 13. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: S1 = =(mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 12,30 (mm2). Kích thước dây dẫn có kể cách điện: S1cđ = a1.b1= 1,81.3,05 =(mm x mm). 14. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J1= = (A/mm2). 15. Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp: S2 = = (mm2). Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật ,cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S2= 23,6 (mm2). Kích thước dây dẫn có kể cách điện : S2cđ = a2.b2 = 3,05.7,4 (mm x mm). 16. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp: J2= = (A/mm2). *)Kết cấu dây dẫn sơ cấp : Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục. 17. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp: W11= . kc=(vòng). Trong đó : kc= 0,95 là hệ số ép chặt . h : là chiều cao trụ . hg : là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp . Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5 cm . 18. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n11= = (lớp). 19. Chọn số lớp: n11=6 lớp . Như vậy có 288 vòng chia thành 6 lớp chọn 6 lớp đầu vào có 48 vòng. 20. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h1= = (cm). 21. Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01= 0,1 cm. 22. Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp: a01= 1,0 cm . 23. Đường kính trong của ống cách điện : Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =9 + 2.1 - 2.0,1 = 10,8 (cm). Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1= Dt + 2.S01=10,8 + 2.0,1= 11 (cm). 25. Chọn bề dầy giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11= 0,1 mm. 26. Bề dầy cuộn sơ cấp: Bd1= (a1+cd11).n11= (1,81 + 0,1).6 = 1,146 (cm). 27- Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1= Dt1+2.Bd1=11 + 2.1,146= 13,29 (cm). 28. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: Dtb1= =(cm). 29. Chiều dài dây quấn sơ cấp: l1 = W1.p.Dtb= p.288. 12,145 = 109,83 (m). 30. Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd12= 1,0 cm *) Kết cấu dây quấn thứ cấp . 31. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1= h2 = 15,41 (cm). 32. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp: W12= = (vòng). 33. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: n12= = = (lớp). 34. Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: n12= 4 lớp . Chọn 3 lớp đầu có 18 vòng ,lớp thứ 4 có 71-3.18 = 17 (vòng). 35. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: h2= = (cm). 36. Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1+ 2.cd12 = 13,29 + 2.1 = 15,29 (cm). 37. Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22= 0,1 (mm). 38. Bề dầy cuộn sơ cấp: Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,305 + 0,01).4= 1,26 (cm). 39. Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 15,29 + 2.1,26 = 17,81 (cm). 40. Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: Dtb2= = (cm). 41. Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = p.W2.Dtb2 = p.71.16,55 = 36,9 (m). 42- Đường kính trung bình các cuộn dây: D12= = (cm). r12==(cm) . 43. Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp : a22= 2 (cm). *)Tính kích thước mạch từ . 44. Với đường kính trụ d= 9 cm ,ta có số bậc là 5 trong nửa tiết diện trụ . 45. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Qbt= 2.( 8,6.1,1 + 7,7.0.85 + 6,3.0,7 + 4,8.0,5 + 2,8. 0.3) = 47,31 (cm2). 46. Tiết diện hiệu quả của trụ: QT= khq.Qbt = 0,95. 47,31 = 45 (cm2). 47. Tổng chiều dày các bậc thang của trụ: dt = 2.(1,1 + 0,85 + 0,7 + 0,5 + 0,3)= 6,9 (cm). 48. Số lá thép dùng trong các bậc: Bậc 1 n1= lá. Bậc 2 n2= lá. Bậc 3 n3= lá. Bậc 4 n4= lá. Bậc 5 n5= lá. *)Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ ,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 = 6,9 cm. Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ : a = 8,5 cm. Tiết diện gông : Qbg= a x b = 58,65 (cm2). 49. Tiết diện hiệu quả của gông: Qg= khq.Qbg = 0,95 .58,65 = 55,72 (cm2). 50. Số lá thép dùng trong một gông: hg = = (lá). 51. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: BT = = (T). 52. Mật độ từ cảm trong gông: Bg = BT. = 1,32. = 1,06 (T). 53. Chiều rộng cửa sổ: c = 2.(cd01+Bd1+cd12+Bd2) + cd22 = 2.(1 + 1,146 +1,0 +1,26) + 2 = 10,812(cm). 54. Tính khoảng cách giữa hai tâm trục: c’ = c+d = 10,812 + 9 = 19,812 (cm). 55. Chiều rộng mạch từ: L= 2.c +3.d = 2. 10,812 + 3.9 = 48,624 (cm). 56. Chiều cao mạch từ: H = h + =21 + 2. 8,5 = 38 (cm). *) Tính khối lượng của sắt và đồng . 57. Thể tích của trụ: VT = 3.QT.h = 3. 45. 21 = 2835 (cm3). 58. Thể tích của gông: Vg = 2.Qg.L = 2. 55,72. 55,756 = 6213,45 (cm3). 59. Khối lượng của trụ: MT= VT . mFe = 2,835. 7,85 = 22,25 (Kg). 60. Khối lượng của gông: Mg = Vg . mFe = 6,21345 . 7,85 = 48,78 (Kg). 61. Khối lượng của sắt: MFe= MT+Mg = 22,25 + 48,78 = 71,03 (Kg). 62. Thể tích đồng: VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.() . = 2,207 (dm3). 63. Khối lượng của đồng: MCu = VCu . mCu = 2,207 . 8,9 = 19,64 (Kg). *) Tính các thông số của máy biến áp . 64. Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0 C . R1= r.= 0,02133. (W). Trong đó r75 = 0,02133 (W). 65. Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C . R2= r.= 0,02133. (W). 66. Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp: RBA = R2 + R1= 0,0356 + 0,44 = 0,062 (W). 67. Sụt áp trên điện trở máy biến áp: DUr = RBA.Id = 0,062 . 70 = 4,34 (V). 68. Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp: XBA= 8 .p2.(W)2..w.10-7 = 8.p2.712..314.10- = 0,1116(W). 69. Điện cảm máy biến áp qui đổi về thứ cấp: LBA = = = 0,000355 (H) = 0,355 (mH). 70. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: DUx = XBA.Id = 0,1116. 70 = 7,46 (V). Rdt =.XBA = 0,168 (W). 71. Sụt áp trên máy biến áp: DUBA= = = 8,63 (V). 72. Điện áp trên động cơ khi có góc mở: amin= 100 U = Ud0.Cosamin - 2.DUV - DUBA = 218,5.cos100 - 2.1,6 - 8,63 = 203,35 (V). 73. Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp: ZBA = = = 0,128 (W). 74. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: DPn = 3.RBA .I2 = 3. 0,062.= 607,5 (W). DP% = .100 = = 4,13 % 75- Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ: P0 = 1,3.nf . (MT.BT2+Mg.Bg2) = 1,3.1,15.(22,25.1,322 + 48,78 .1,062) Po = 140 (W). DP % = .100 = = 0,95 % 76. Điện áp ngắn mạch tác dụng: Unr= .100 =.100 = 3,8 % 77. Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = .100 = .100 = 6,15 % 78. Điện áp ngắn mạch phần trăm: Un= == 7,82 (V). 79. Dòng điện ngắn mạch xác lập: I2nm= = = 729,53 (A). 80. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Imax = = = 1211,5 (A). < Ipik = 2800 (A). Ipik :Đỉnh xung max của Thyristor . 81. Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng chuyển mạch . Giả sử chuyển từ mạch T1 sang T3 ta có phương trình . 2.LBA . = U23 – U2a = max= = = 322159,65 (A/s) . max = 0,32 (A/ms) <cp = 100 (A/ms) . Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt . 82. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: h = = = 95,22 %. 2.2.3. Thiết kế cuộn kháng lọc . 1.Xác định góc mở cực tiểu và cực đại . Chọn góc mở cực tiểu amin= 10o .Với góc mở amin là dự trữ ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới . Khi góc mở nhỏ nhất a=amin thì điện áp trên tải là lớn nhất . Ud max = Udo .Cos amin =Ud đm và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax=nđm. Khi góc mở lớn nhất a = amax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất . Ud min = Udo.Cos amax và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin . Ta có : amax = arcos = arcos (*) Trong đó Ud min được xác định như sau . D = = Ud min = Ud min = = Thay số: Ud min = Ud min= 31,28 (V). Thay số vào( *) ta được amax = arcos = arcos = 81,770 2.Xác định các thành phần sóng hài . Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier ta chuyển gốc toạ độ sang điểm q1,khi đó điện áp tức thời trên tải khi Thyristor T1 và T4 dẫn : Ud = Uab = Với q = W.t Điện áp tức thời trên tải điện Ud không sin và tuần hoàn với chu kì : t = = = Trong đó P =6 : Là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới . Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud : Ud = . = . Trong đó : a = = . an = = bn= = . == . Ta có: =.. Vậy ta có biên độ của điện áp : Uk.n = Uk.n = 2. .. Uk.n = .. Ud . 3. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc . Từ phân tích trên ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn ,có nghĩa là đập mạch của điện áp, dòng điện càng tăng lên. Sự đập mạch này làm xấu 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 ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im 0,1.Iư đm . Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn . Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở a =amax Ta có : Ud+u~ = E+RuS.Id + RuS .i~ + L. Cân bằng hai vế : U = R.i~ +L. vì R.i~ << L. nên U = L.. Trong các thành phần xoay chiều bậc cao, thì thành phần sóng bậc k=1 có mức độ lớn nhất gần đúng ta có : U~ = U1m.Sin(6q +j) nên : I = = = Im.Cos(6q+j1). Vậy: Im = 0,1 Iưđm Suy ra : L r = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp . Trong đó U1m = 2. U1m = 2. = 74,17(V) Thay số : L = = 0,0056 (H) = 5,6 (mH). Điện cảm mạch phần ứng đã có : Lưc = Lư+ 2.LBA = 3,5 + 2.0,355 = 4,21 (mH). Điện cảm cuộn kháng lọc . Lk = L- Lưc = 5,6 - 4,21 = 1,39 (mH). - Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc . Các thông số ban đầu : Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc : Lk= 1,39 (mH). Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Im = 70 (A). Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10% Iđm= 7 (A). Do dòng điện cuộn kháng lớn và điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở của cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng . Zk = Xk = 2.p.f.Lk = 2.p.6.50.1,39.10-3 = 2,62 (W). Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc . DU = Z . = 2,62. = 12,97 (V). 3- Công suất của cuộn kháng lọc . S = DU. = 12,97 . = 64,2 (VA). 4- Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc . Q = kQ . = 2.31 (cm2). KQ là hệ số phụ thuộc phương thức là mát ,khi làm mát bằng không khí tự nhiên .kQ = 5 . Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn : Chọn Q = 4,25 (cm2). 5- Với tiết diện trụ Q = 4,25 (cm2). Chọn loại thép $330A ,tấm 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 dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm thì trong cuộn cảm sẽ xuất hiện một sức điện động Fk : Fk= 4,44.w.f’.BT.Q Gần đúng ta có thể viết : Ek = DU = 12,97 (V). W = = 28,6 (vòng). Lấy w = 29 vòng . 8- Ta có dòng điện chạy qua cuộn kháng . i(t) = Id + i1mCos(6q + j1). Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng . Ik= = 70,17 (A). 9- Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng . S1= = 27,09 (mm2). Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật , cách điện cấp B , chọn Sk=27,6mm2. Với kích thước dây : ak x bk =3,80 x 8,00 (mm x mm). Tính lại mật độ dòng : j = (A/mm2). 11-Chọn tỷ số lấp đầy : Klđ = = 0,7 . 12- Diện tích cửa sổ: Qcs= = 11,43 (cm2). 13- Tính kích thước mạch từ : Qcs = c x h Chọn : m = Suy ra : h= 3.a = 3.20 =60 (mm). c = = 1,9 cm = 19 mm. 14- Chiều cao mạch từ . H = h + a = 60 +20 = 80 (mm). 15- Chiều dài mạch từ . L = 2.c + 2.a = 2.19 + 2.20 = 78 (mm). 16- Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây hg = 2 mm. 17- Tính số vòng trên một lớp : w1= =8 (vòng). 18-Tính số lớp dây quấn : n1 = (lớp). 19- Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: a01 = 3mm. Cách điện giữa các lớp: cd1 = 0,1mm. 20- Bề dầy cuộn dây: Bd =(ak + cd1 ).n1 =(3,8+ 0,1).4= 15,6(mm). 21- Tổng bề dầy cuộn dây: Bd S=Bd +a01 = 15,6 +3= 18,6(mm). 22- Chiều dài của vòng dây trong cùng: l1 = 2(a+b)+2.pa01 = 2(20+25) + 2.p.3 = 108,8 (mm). 23- Chiều dài của vòng dây ngoài cùng: l2 = 2(a+b) + 2p.(a01 + Bd ) = 2.(20+25) + 2p(3+15,6)=206,8(mm) . 24- Chiều dài trung bình của một vòng dây: ltb = == 157,8(mm). 25- Điện trở của dây quấn ở 75o R= R= với r75 =0,02133 (W.mm2 /m) Điện trở suất của đồng ở 75o c . ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng 26- Thể tích sắt: vfe=2.a.b.h+2.a/2.b.l=a.b.(2h+1). =( dm3 ). 27- Thể tích sắt: Mfe = Vfe . mfe = 0,139.7,85=1,09 (kg). trong đó mfe là khối lượng riêng của sắt mfe =7,85 (kg/dm3 ) . 28- Khối lượng đồng: M cu = V cu . m cu = s k ltb.. w. m cu = 27,6.157,8.29.8,9. (kg) =1,12(kg). Trong đó: mcu =8,9 ( kg/dm3 ). 2.2.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ . Hình 2.11 .Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ . 2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn: Khi làm việc với dòng điện có dòng điện chạy qua trên van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất Dp, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó, nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. +Tính toán cánh tản nhiệt . + Tổn thất công suất trên 1 Tiristo: Dp = DU. Ilv = 1,7.30,41 = 68,7` (w). + Diện tích bề mặt toả nhiệt: Sm =Dp/km .t Trong đó: Dp - tổn hao công suất (w). t - độ chênh lệch so với môi trường. chọn nhiệt độ môi trường Tmt =400 c. Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristo Tcp =1250 c. Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv =800 c . t = Tlv - Tmt = 400 c. Km hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn Km = 8 [ w/m2 .0 C ] . chọn loại cánh toả nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh . a x b =10 x 10 (cm x cm). Tổng diện tích toả nhiệt của cánh S = 12.2.10.10=2400(cm2 ) . 3. Bảo vệ quá dòng điện cho van: +Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng mạch khi quá tải và ngắn mạch tiristo, ngắn mạch đầu ra độ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. + Chọn 1 apomat có: . Idm = 1,1 Illv= 1,1.22,33 ( A ) =24,56 ( 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 Ilv = 2,5.22,33 =24.56 (A). Dòng quá tải : Iqt =1,5 Ilv = 1,5.22,33=55,83 ( A ). Từ thông số trên ta chọn aptomat SA63B do hãng Fuji chế tạo có các thông số sau: . Chọn cầu dao có dòng định mức: Iqt = 1,1Ilv =1,1.22,3 = 24,56 (A). cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động . +Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristo, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu : Nhóm 1cc: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc : I1cc =1,1. I2 = 1,1 . 57,15 = 62,87 (A) . Nhóm 2 cc: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc : I2cc =1,1. Ihd = 1,1 . 40,41= 44,45 (A) . Nhóm 3 cc: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc: I3cc =1,1. Id = 1,1 . 70 = 77(A) . Vậy chọn cầu nhẩy nhóm: 1cc loại 70 A. 2cc loại 50 A. 3cc loại 80 A. 4. Bảo vệ quá điện áp cho van: Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristo được thực hiện bằng cách mắc R- C song song với Tiristo. Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anod và catod của Tiristo. Khi có mạch R- C mắc song song với Tiristo tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristo không bị quá điện áp. Hình 2.12 .Mạch R_C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch . Theo kinh nghiệm:R1 = (5) W ; C1 = (0,25 ) mF. Chọn tài liệu [4] : R1 = 5,1W ; C1= 0,25 mF. Hình 2.13 .Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới . +Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch R-C như hình 8.35 nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây . Trị số RC được chọn theo tài liệu [4] :R2= 12,5 W ;C2 = 4 mF. +Để bảo vệ van do cắt đột biến áp non tải ,người ta mắc một mạch R – C ở đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha phụ bằng các điôt công suất bé . Hình 2.14 Mạch cầu ba pha dùng điôt tải RC bảo vệ do cắt MBA non tải. Thông thường giá trị tự chọn trong khoảng 10 0 mF. Chọn theo tài liệu [4] : R3 = 470 W ; C3 = 10 mF. Chọn giá trị điện trở: R4= 1,4 (KW) CHươNG 3:thiết kế mạch điều khiển 3.1. Yêu cầu và nhiệm vụ của mạch điều khiển. 3.1.1. Yêu cầu mạch điều khiển: Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi tiristor, nó có vai trò quyết định đến chất lượng, độ tin cậy của bộ biến đổi. Hệ thống mạch điều khiển phải đáp ứng được các yêu cầu sau: - Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển. - Yêu cầu về biên độ xung điều khiển. - Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung: càng cao thì việc mở càng tốt. - Yêu cầu về sự đối xứng của xung trong các kênh điều khiển. - Yêu cầu về độ tin cậy: + Xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ, dao động điện áp nguồn. + Cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm. - Yêu cầu về lắp ráp vận hành: Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh. 3.1.2. Chức năng: Nhiệm vụ của mạch điều khiển: Tạo ra các xung và ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu. Chức năng của mạch điều khiển: + Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kì dương của điện áp đặt trên anôt- catôt của tiristor. + Tạo ra các xung đủ điều kiện mở tiristor. Độ rộng xung được tính theo biểu thức sau: Idt- dòng duy trì của tiristor. di/dt – tốc độ tăng trưởng của dòng tải. + ổn định dòng điện ra tải và bảo vệ hệ thống khi xảy ra sự cố quá dòng hay ngắn mạch tải. 3.2. Nguyên tắc điều khiển. Để điều chỉnh góc mở của các tirisor trong nửa chu kì điện áp dương ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: + Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. + Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos. 3.2.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”: Theo nguyên tắc này người ta dựng hai điện áp: - Điện áp đồng bộ (ur), vượt trước điện áp anot- catot của tiristor một góc là : nếu uAK=Um.sint thì ur=Um.. - Điện áp điều khiển (uđk) - điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ (theo hai chiều dương và âm). t uđk (ur + uđk) ur ur udk 0 α Hình 3.1 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “ARCCOS” Trê