Đồ án Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu có điều khiển cho tải nạp ác quy

hoá thành Ni(OH)3. Chất điện phân KOH có thể xem như nó không tham gia vào phản ứng hoá học mà chỉ đóng vai trò chất dẫn điện, do đó sức điện động của ăcquy hầu như không phụ thuộc vào nồng độ chất điện phân. Sức điện động của ăc quy chỉ đựoc xác định dựa trên trạng thái của các chất tác dụng ở các tấm cực. Thông thường ăc quy kiềm được nạp điện hoàn toàn sức điện động sẽ đạt được khoảng 1,7 đến 1,85V. Khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn, sức điện động của ăcquy là 1,2 đến 1,4V. Như vậy điện thế phóng điện của ăc quy kiềm thấp hơn ăc quy axit. Nếu ở ăc quy axit điện thế phóng điện bình quân là 2V thì ở ăc quy kiềm chỉ là 1,2V. Hiện nay các nhà thiết kế, chế tạo ăc quy chưa dừng lại ở những kết quả đã đạt được, người ta đã chế tạo được những ăc quy kiềm mới khá nhỏ và nhẹ, nhưng vẫn có các thông số kỹ thuật của ăc quy axit. Những ăc quy mới đang hướng tới việc thay thế các bản cực bằng những hợp kim mới có khả năng chống han gỉ, giảm kích thước và tăng tính bền vững. Những tạp chất mới được trộn vào trong chất tác dụng sẽ cải thiện đặc tính phóng điện của ăcquy một cách đáng kể. Nhiều ăc quy mới đã không có cầu nối trên nắp và kết cầu vỏ bình cũng thay bằng những vật liệu rất nhẹ nên giảm được chiều dày thành bình, ăc quy cũng ít phải chăm sóc hơn. III, Các thông số cơ bản của ăc quy: Dung lượng : Là điện lượng của ăc quy đã được nạp đầy, rồi đem cho phóng điện liên tục với dòng điện phóng 1A tới khi điện áp của ăcquy giảm xuống đến trị số giới hạn quy định ở nhiệt độ quy định. Dung lượng của ăc quy được tính bằng ampe-giờ (Ah). Điệp áp : Tuỳ thuộc vào nồng độ chất điện phân và nguồn nạp cho ăc quy mà điện áp ở mỗi ngăn của ăc quy khi nó được nạp đầy sẽ đạt 2,6V đến 2,7V (để hở mạch), và khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn là 1,7V đến 1,8V. Điện áp của ăc quy không phụ thuộc vào số lượng bản cực của ăcquy nhiều hay ít. Điện trở trong : là trị số điện trở bên trong của ăc quy, bao gồm điện trở các bản cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các bản cực. Thường thì trị số điện trở trong của ăcquy khi đã nạp đầy điện là (0,001-0,0015)Ω và khi ăc quy đã phóng điện hoàn toàn là (0,02-0,025)Ω . IV, Đặc tính phóng của ăcquy: Đặc tính phóng của ăc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp ăcquy và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi. Từ đặc tính phóng của ăc quy ta có nhận xét: - Trong khoảng thời gian phóng từ t = 0 đến t = tgh (10h), sức điện  động, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên  trong đoạn này độ dốc của đường đặc tính không lớn, ta gọi đó là giai  đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với  mỗi chế độ phóng điện của ăc quy (dòng điện phóng). Hình 1: Đặc tính phóng nạp của ăc quy - Từ thời gian tgh trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột. Nếu ta tiếp  tục cho ăcquy phóng điện sau thời gian tgh thì sức điện động, điện áp - của ăcquy giảm rất nhanh. Mặt khác các tinh thể sunfat chì (PbO2) tạo - thành trong phản ứng sẽ có dạng thô rắn rất khó hoà tan (bị biến đổi  hoá học) trong quá trình nạp điện trở lại cho ăc quy sau này. Thời  điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của ăc quy, các giá trị EP,  UP, ρ tại tgh được gọi là các giá trị phóng điện của ăc quy, ăc quy  không được phóng điện khi dung lượng còn khoảng 80%.  Thời gian này được gọi là thời gian nạp no, nó có tác dụng làm cho  phần các chất tác dụng ở sâu trong lòng bản cực được biến đổi tuần  hoàn, nhờ đó làm tăng dung lượng phóng điện của ăcquy. - Thời gian nạp no cho ăcquy kéo dài từ 2-3h, trong suốt thời gian đó  hiệu điện thế trên các bản cực ăc quy và nồng độ dung dịch điện phân  không thay đổi. Như vậy dung lượng thu được khi ăc quy phóng điện  luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để nạp no ăc quy. - Sau khi ngắt mạch nạp, điện áp, sức điện động của ăc quy giảm xuống  và ổn định. Thời gian này cũng gọi là thời gian nghỉ của ăc quy sau  khi nạp. - Trị số dòng điện nạp ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của  ăcquy. Dòng điện nạp định mức với ăc quy là: In = 10%C10. Trong đó  C10 là dung lượng của ăc quy mà với chế độ nạp với dòng điện định  mức là In=0,1C10 thì sau 10h ăc quy sẽ đầy. V, Các phương pháp nạp ăcquy tự động: Có ba phương pháp nạp ăcquy là: - Phương pháp dòng điện - Phương pháp điện áp - Phương pháp dòng áp 1. Phương pháp nạp ăcquy với dòng điện không đổi : Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại ăcquy, bảo đảm cho ăcquy được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sữa chữa để nạp điện cho ăcquy hoặc nạp sửa chữa cho các ăcquy bị sunfat hoá. Với phương pháp này ăcquy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả mãn điều kiện: UN ≥ 2,7.N aq Trong đó: UN - Điện áp nạp Naq - Số ngăn ăcquy đơn trong mạch. Trong quá trình nạp điện sức điện động của ăcquy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch biến trở R. Trị số gián hạn của biến trở được xác định theo công thức: Nhược điểm của phương pháp nạp với dòng không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu các ăcquy đưa vào nạp có cùng dung lượng định mức. Để khắc phục thời gian nạp kéo dài, người ta sử dụng phương pháp nạp với dòng điện nạp thay đổi hai hay nhiều nấc. Trong trường hợp hai nấc, dòng điện nạp ở nấc thứ nhất chọn bằng (0,3-0,6)C10 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi ăc quy đã bắt đầu sôi. Dòng điện nạp ở nấc thứ hai là 0,1C10. 2. Phương pháp nạp với điện áp không đổi : Phương pháp này yêu cầu ăc quy mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3-2,5)V cho mỗi ngăn đơn. Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian. Tuy nhiên với phương pháp này ăcquy không được nạp no, do đó nó chỉ dùng bổ sung nạp cho ăcquy trong quá trình sử dụng. 3. Phương pháp nạp dòng áp : Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp. Đối với yêu cầu của đề tài là nạp ăcquy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương pháp nạp ăc quy là phương pháp dòng áp. - Đối với ăcquy axit: Để đảm bảo thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian tn = 8h tương ứng với 75%-80% dung lượng ăcquy ta nạp với dòng không đổi là In = 0,1C10. Vì theo đặc tính nạp của ăcquy trong đoạn nạp chính thì khi dìng điện không đổi thì điện áp, sức điện động tải ít thay đổi, do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp. Sau thời gian 8h ăcquy bắt đầu sôi lúc đó ta chuyển sang nạp ở chế độ ổn áp. Khi thời gian nạp được 10h thì ăcquy bắt đầu no, ta nạp bổ sung thêm 2-3h. - Đối với ăcquy kiềm: Trình tự nạp cũng giống như ăcquy axit nhưng do khả năng quá tải của ăcquy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp với dòng nạp In = 0,2.C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiết kiệm thời gian với dòng nạp In = 0,5.C10. Các quá trình nạp ăcquy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên hai cực của ăcquy, lúc đó dòng nạp sẽ từ từ giảm về không. Kết luận : Từ các phân tích về tải ăcquy trên ta thấy: Tải ăcquy là tải dung kháng, với đặc điểm là sức điện động của ăcquy tăng dần trong quá trình nạp, tức là nếu ta giữ điện áp không thay đổi thì dòng điện nạp sẽ giảm dần, làm quá trình nạp điện cho ăcquy kéo dài, do đó ta cần kiểm soát được dòng điện nạp cho ăcquy. Thông thường ta nạp với 10% dòng dung lượng của ăcquy và giữ ổn định dòng trong quá trình nạp. Tuy nhiên khi dung lượng của ăcquy đã đạt đến 80%, lúc đó ta tiếp tục giữ ổn định dòng nạp thì ăcquy sẽ sôi và làm cạn dung dịch điện phân. Do đó đến giai đoạn này ta lại phải chuyển chế độ nạp ăcquy sang chế độ ổn áp. Chế độ ổn áp được giữ cho đến khi ăcquy đã thực sự đầy. Khi điện áp trên các bản cực của ăcquy bằng với điện áp nạp thì lúc đó dòng nạp sẽ tự động giảm về 0, kết thúc quá trình nạp. Chương II : Chọn sơ đồ mạch chỉnh lưu Hiện nay có nhiều phương pháp để nạp ác quy nhưng thường sử dụng nhất là dùng nguồn điện xoay chiều có bộ chỉnh lưu . Nguồn điện xoay chiều lại có nhiều loại trong đó có 2 loại là : 1 pha và 3 phổ biến nhất . Ứng với mỗi loại lại có các phương pháp chỉnh lưu khác nhau. Sau đây ta đi nghiên cứu các loại cơ bản sau : I . Đối với chỉnh lưu 3 pha : 1, Chỉnh lưu cầu 3 pha : Hình 2: CL cầu 3 pha đối xứng Hình 3: sơ đồ động lực , giản đồ đường cong cơ bản, điện áp tải khi goác mở =600 Đồ thị Ud, Id như hình vẽ Ta thấy khi 600 thì dòng điện liên tục và Khi 600 thì dòng điện gián đoạn và : Với chỉnh lưu cầu 3 pha tạo ra điện áp dây lớn , nhưng sự phức tạp của chỉnh lưu của chỉnh lưu loại này cần phải mở đồng thời 2 van theo đúng thứ tự pha, gây khó khăn khi vận hành sửa chữa nên loại này ta không dùng làm chỉnh lưu tải nạp acquy 2. Chỉnh lưu tia 3 pha : Hình vẽ chỉnh lưu tia 3 pha Chỉnh lưu loại náy có : Nếu 300 thì : Nếu 300 thì : Sơ với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu 3 pha có chất lượng điện áp tốt hơn , biên dộ điện áp đập mạch tốt hơn ,… nhưng điện 3 pha không thông dụng với các hộ gia đình sử dụng nhỏ . Mà yêu cầu của việc thiết kế nguồn chỉnh lưu có điêu khiển cho tải nạp acquy phải được sử dụng rộng rãi tại mọi nơi nên chỉnh lưu dùng nguồn điện xoay chiều 3 pha ít được sử dụng mà người ta chọn nguồn điện xoay chiền 1 pha II. Đối với chỉnh lưu 1 pha : 1, Chỉnh lưu một nửa chu kỳ: Hình : CL một nửa CK Hình 3: Đồ thị U,I Ở sơ đồ chỉnh lưu này, điện áp ra bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ, khi điện áp anod của van bán dẫn âm. Do vậy, điện áp có chất lượng không tốt, và trị số trung bình lớn nhất khi không có điều khiển là: Udo = 0,45.U2 Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản. Tuy nhiên, các chất lượng kỹ thuật như: chất lượng điện áp một chiều, hiệu suất sử dụng biến áp xấu. Với hệ số sử dụng biến áp: SBA = 3,09.Ud .Id Do đó mà loại chỉnh lưu này ít được dung trong thực tế. 2. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính: Có thể coi sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính là hai sơ đồ chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ hoạt động dịch pha nhau 1800. Ở mỗi chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện qua, cho nên ở hai nửa chu kỳ sóng điện áp tải trùng pha với sóng điện áp của cuộn dây có van dẫn. Đặc điểm của loại chỉnh lưu này là phải có biến áp thứ cấp có hai cuộn dây với các thông số giống hệt nhau. Điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ với tần số đập mạch bằng hai lần tần số nguồn cấp (fđm = 2.f1). Điện áp trung bình trên tải, khi điện áp gián đoạn như trên sơ đồ các đường cong chỉnh lưu: Trong đó: Ud0 = 0,9.U2: Là điện áp chỉnh lưu khi không điều khiển. α - Góc mở của các Trisistor Mỗi van chỉ dẫn trong ½ chu kỳ, do đó dòng điện trung bình qua van tối đa bằng ½ dòng điện tải. Trong các loại sơ đồ chỉnh lưu, thì loại tải này có điện áp ngược của van phải chịu là lớn nhất: *, Ưu điểm: So với chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ, sơ đồ này cho chất lượn điện áp tốt hơn. Dòng điện chạy qua van không lớn, điện áp tổng rơi trên van nhỏ và việc điều khiển van tương đối đơn giản. *, Nhược điểm: - Việc chế tạo biến áp với hai cuộn thứ cấp giống hệt nhau và mỗi cuộn chỉ làm việc trong ½ chu kỳ làm việc chế tạo biến áp phức tạp và hiệu suất sử dụng biến áp xấu. - Điện áp ngược của van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất làm cho việc chọn van bán dẫn khó khăn hơn. 3 . Chỉnh lưu cầu một pha : Chỉnh lưu cầu 1 pha có thể dùng sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển hoặc có điều khiển, trong sơ đồ có điều khiển lại có sơ đồ điều khiển đối xứng và điều khiển không đối xứng. Ta xét sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng: Hình 6: Chỉnh lưu cầu một pha Sơ đồ chỉnh lưu này cho điện áp ra trên tải tương tự như sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ, biến áp thứ cấp có trung tính. *, Hoạt động: - Ở ½ chu kỳ đầu (dương); điện áp dương đặt vào anode T1, điện áp âm đặt vào cathode T2, khi có xung mở T1, T2 thì T1, T2 dẫn, có dòng điện qua tải. - Ở ½ chu kỳ sau (âm); anode T4 dương, cathode T3 âm, khi có xung mở T3, T4 thì T3, T4 mở cho dòng điện qua tải theo chiều như khi T1, T2 dẫn. Tức là dòng điện qua tải là dòng điện một chiều. *, Ưu điểm: - Cho dạng điện áp, dòng điện ra giống như các dạng đường cong của chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. - Điện áp ngược của van phải chịu là: *, Nhược điểm: - Phải sử dụng nhiều van bán dẫn hơn, do đó tổng điện áp rơi trên van lớn hơn. - Việc điều khiển đồng thời các van khó khăn hơn. III . Chọn sơ đồ chỉnh lưu : Ta có điện áp của ăc quy là Ud = 24V Theo phần phân tích tải, mỗi ngăn ăc quy đơn có điện áp 2V, do đó có thể thấy ăc quy gồm 12 ăc quy đơn. Theo phần “ Nạp ăc quy bằng phương pháp áp” thì khi nạp cần giữ điện áp trên mỗi ngăn ăc quy đơn là (2,3-2,5)V. Vậy điện áp sau chỉnh lưu lớn nhất là: U2 = 2,5.12 = 30V. Do đó nếu ta dùng sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính thì điện áp ngược van phải chịu là: Unv = 2. 2.U2 = 2. 2.30 = 85V Với Unv = 85V thì việc chọn van bán dẫn công suất không có gì là khó khăn. Nếu sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha thì số lượng van sẽ tăng gấp đôi. Do đó: Ta sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cho mạch nạp ăc quy tự động là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp bên thứ cấp có trung tính. Chương 3 : Thuyết minh hoạt động cảu sơ đồ động lực , vẽ các đường cong dòng điện và điện áp của tải và các van dẫn ( Ud , Id , Uv , Iv ) I . Tính toán và chọn van động lực : Ta có sơ đồ mạch động lực : Hình vẽ Các đường cong chỉnh lưu *) Thuyết minh hoạt động : *, Hoạt động: Sơ đồ chỉnh lưu bao gồm bộ nguồn chỉnh lưu hai nửa chu kỳ với biến áp có trung tính, tải ăc quy được mắc nối tiếp với một cuộn kháng lọc để khắc phục sự gián đoạn của dòng điện ứng với góc mở α nào đó để cho dòng điện qua tải (ăc quy) là dòng ổn định. Đường cong dòng điện và điện áp của tải (ăc quy) Ud, Id được biểu diễn như hình vẽ. Ta thấy khi có them cuộn kháng lọc thì dòng điện ra không bị gián đoạn mà là dòng 1 chiều liên tục. *) Tính toán van động lực : Theo yêu cầu thiết kế, mạch nạp cho ăc quy bao gồm 12 ngăn ăc quy đơn, mà điện áp chỉnh lưu: Ud ≥ 2,7.Naq Trong đó: Naq = 12 - Số ngăn ăc quy đơn Ta có : Ud =2,7.12 = 32,4 V, có thể lấy Ud = 33 V Id = 10%.C10 = 0,1.250 = 25 A Với chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp trung tính tra bảng các hệ số cơ bản của các sơ đồ chỉnh lưu ta có : Từ đó ta có điện áp và dòng điện làm việc : V A Vậy ta có thông số cần có của van động lực là : V A Tra bảng thông số van ta chọn được loại van phù hợp với V, A là C48C300 với các thông số như sau : V A mA V mA V us C II./ Tính toán máy biến áp : 1, Điện áp chỉnh lưu không tải: Ud0= Ud + ΔUV + ΔUba + ΔUdn Với Ud = 33V ΔUV = 0,8V - Điện áp rơi trên Thysistor. ΔUba = ΔUR + ΔUX - Là sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến  áp. ΔUdn ≈ 0V - Sụt áp trên dây nối. Vậy: Ud0. = 33 + 3,1 + 2 + 0 = 38,1 V 2, Công suất tối đa của tải: Pdmax = Ud0.Id → Pdmax = 38,1.25 = 925,5 (W). 3, Công suất nguồn cấp: Sba = ks.Pdmax Trong đó: - Sba - Công suất biểu kiến của máy biến áp [VA]. - ks - Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực. Theo bảng 1.2, ta có ks đối với chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ với biến áp có trung tính là: ks = 1,48. → Sba = 1,48. 925,5 = 1409,7 [VA] 4, Tính toán sơ bộ mạch từ : Trong đó : QFe - Tiết diện trụ của lõi thép biến áp, cm2 kQ - Hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm mát chọn kQ = 5 m - Số pha của máy biến áp (MBA), m = 1  f - Tần số nguồn điện xoay chiều f = 50Hz => cm2 5, Tính toán dây quấn biến áp : Vòng Trong đó - w - Số vòng dây quấn - U - Điện áp của cuộn dây cần tính - B - Từ cảm, B = (1,0-1,8) Tesla, chọn B = 1,0 Tesla - QFe - Tiết diện lõi thép * ) Bên sơ cấp : U1 = 220 v = = 373 ( Vòng ) * ) Bên thứ cấp : ( có 2 cuộn thứ cấp như nhau ) = = 42,33 V Số vòng dây: = = 72 ( Vòng ) *) Tính dòng điện trong các cuộn dây MBA : +) Bên thứ cấp : K2 = ( K2 tra bảng 8.2 ta được K2 = 0,71 ) => I2 = K2. Id = 0,71 . 25 = 17,75 ( A) +) Bên sơ cấp : K1 = ( K1 tra bảng 8.2 ta được K1 = 1,0 ) Và Kba = => I2 = K1. Id . = 1. 17,75. = 3,415 A *, Tính tiết diện dây dẫn: Chọn mật độ dòng điện trong máy biến áp: Với dây dẫn đồng Cu, MBA khô chọn: J1 = J2 = 2,75 A/mm2 Vậy SCU1 = = = 1,242 mm2 SCU2 = = = 6,45 mm2 Chọn dây dẫn tròn thì đường kính dây d1, d2 được tính : d1 = = = 1,245 mm d2 = = = 2,87 mm quy chuẩn đường kính dây và tiết diện dây theo bảng d1 = 1,25 mm , SCU1 = 1,2272 mm2 d2 = 2,83 mm , SCU2 = 6,29 mm2 do đó mật độ dòng điện cuộn thứ cấp : J1 = = = = 2,82 mm2 6. Tính kích thước mạch từ : Do Sba = 1409,7 VA < 10 KVA Nên ta chọn trụ chữ nhật với kích thước QFe = a.b ( a : bề rộng trụ , b : bề dày trụ ) QFe = a.b = 26,55 cm2 Ta chon lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm Diện tích của sổ cần có : QCS = Qcs1 + Qcs2 Với : Qcs1 = Kld . W1. Scu1 Qcs2 = Kld . W2. Scu2 Trong đó Qcs , Qcs1, Qcs2 : là diện tích của sổ , diện tích của sổ của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ [ cm2 ] W1 , W2 : số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp Kld : hệ số lấp đầy , thường chọn Kld = 2,0 – 3,0 Chọn Kld = 3 ta có : Qcs1 = Kld . W1. Scu1 = 3. 373. 1,2272 = 1373 cm2 Qcs2 = Kld . W2. Scu2 = 3. 72. 6,29 = 1359 cm2 => QCS = Qcs1 + Qcs2 = 1273 + 1359 = 2723 cm2 Hình vẽ sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp Từ QFe = a.b = 26,55 cm2 Chọn a= 5 cm , b = 5,31 cm Ta có tỉ lệ tối ưu : m = = 2 – 4 = > chọn m = 2 => h = 2.a = 10 cm n = = 0,5 – 2,5 = > chọn n = 0,7 => c = 0,7 .a = 3,5 cm chiều rộng mạch từ : C = 2c + 2a = 2.3,5 + 2.5 = 17 cm Chiều cao mạch từ : H = h + z.a = h + a = 10 +1.5 = 15 cm ( z=1 ) 7 . kết cấu dây quấn : *) số vòng dây trên mỗi lớp : Trong đó : h1g = d1n = 1,33 – 1,36 => chọn 1,35 h2g = d2n = 2,94 – 2,96 => chọn 2,94 Ke = 0,95 hệ số ép chặt +) cuộn sơ cấp W1 : = = 68,46 => chọn W1 = 68 ( vòng ) số lớp : nld1 = = = 5,48 => chọn nld1 = 6 lớp vậy cuộn sơ cấp có 6 lớp : 5 lớp có 68 vòng, 1 lớp có 33 vòng +) cuộn thứ cấp W2 : cuộn này gồm có 2 cuộn : W2l = = = 14,26 => chọn W2l = 14 vòng Số lớp : nld1 = = = 5,14 => chọn nld1 = 6 lớp Mỗi cuộn thứ cấp gồm 2 cuộn dây W2 , mỗi cuộn có 6 lớp trong đó 5 lớp có 14 vòng và 1 lớp 2 vòng . *) bề dày cuộn dây : Bdct = d . nld + cd . nld = ( d + cd ) . nld = dn . nld Chọn bề dày cách điện cd = 0,1 mm ta có : Bdct1 = 1,35 . 6 = 8,1 cm Bdct2 = 2,94 . 6 = 17,64 cm Tổng bề dày các cuộn dây : Bd = Bdct1 + Bdct2 + cdn + cdt +cd12 Chọn cdn = cdt = cd12 = 1 mm ta có : Bd = 8,1 + 17,64 + 1 + 1 +1 = 28,74 cm kích thước hợp lý giữa cuộn dây và trụ : = c – Bd = 3,5 - 28,74 = 6,26 mm = 0,63 cm => phù hợp Vậy : a = 5 cm b = 5,31 cm h = 10 cm c = 3,5 cm 8 ) Tính khối lượng sắt : MFe = VFe . mFe ( Kg ) Trong đó : VFe : thể tích của mạch từ VFe = a.b.( m.h + 2.c ) = 5.5,31. (3.10 + 2.3,5 ) = 982,35 cm3 = 0,98235 dm3  MFe = 0,89235 . 7,85 = 7,711 ( kg ) = 7,7 kg 9 ) Khối lượng đồng : MFe = VFe . mFe ( Kg ) = Scu . L. mcu * ) cuộn sơ cấp W1 : L1 = W1 . . Dtb1 Với : Dtb1 = đường kính trung bình của cuộn dây và Dt1 = DFe + 2cd1 trong đó : DFe : a . đường kính trụ sắt Dt1 : đường kính trong Cdt : cách điện trong ( = 1 mm ) Ta có : Dt1 = 50 + 2.1 = 52 mm Dn1 = Dt1 + 2.( d + cd ).nld1 = Dt1 + 2.dn . nld1 = 52 + 2.1,35.6 = 68,2 mm Dtb1 = = = 60,1 mm Chiều dài cuộn dây sơ cấp : L1 = W1 . . Dtb1 = 373. . 60,1 = 70426 mm = 704,26 dm * ) xét 1 cuộn dây thứ cấp W2 Dtb2 = Dt2 = Dn1 = 68,2 Dn1 = Dt2 + 2.( d + cd ).nld2 = Dt2 + 2.dn . nld2 = 68,2 + 2.2,94.6 = 103,48 mm Dtb2 = = 85,84 mm Chiều dài 1 cuộn dây thứ cấp : L2 = W2 . . Dtb2 = 72. . 85,84 = 19417 mm = 194,17 dm Vậy khối lượng đồng : Mcu = ( L1. S1 + 2. L2 .S2 ). Mcu = (704,27.1,2272 + 2.194,17.6,29 ) . 10-4. 8,9 = 2,943 kg 10 ) Sụt áp trên MBA : Điệp áp trên điện trở : Trong đó : R1 = = R2 = = => tổng điện trở quy đổi MBA : Từ đó : (v) = 3,6 V * ) điện áp rơi trên điện kháng : Trong đó : mf = 1 số pha MBA Xn = Với Rbk = Dtb2 = 6,82 cm => Xn = = 0,168 ( ) Từ đó : = ( V ) Điện áp rơi trên biến áp : ( V ) 11 ) điện trở ngắn mạch MBA : Rmn = 12 ) Tổng trở ngắn mạch của MBA : 13 ) Điện áp ngắn mạch MBA : ( A ) 14 ) Điện áp ngắn mạch phần trăm của MBA : ( A ) Chương 4 : Tính chọn các thiết bị bảo vệ I ) Bảo vệ quá dòng điện : Làm mát van bán dẫn Ta có : + ) tổn hao cong suất trên 1 thysistor : P = U . I = 3,1. 25 = 77,5 ( W ) + ) diện tích về mặt toả nhiệt : Stn = Trong đó : Stn : diện tích bề mặt tỏa nhiệt ( cm2 ) : độ chênh lệch nhiệt độ = Tlv – T mt = 80 – 40 = 400 C : Hệ số xét tới điều kiện tỏa nhiệt = ( 6- 10 ).10-4 ( N/cm2. 0C) => = 8.10-4 ( N/cm2. 0C) Vậy Stn = = 2422 cm2 = 0,2422 m2 Do P = 77,5 W < 100W nên ta chọn cách làm mát bằng cách gắn van bán dẫn lên cách tản nhiệt Chọn loại có 12 cánh như hình vẽ dưới : Ta chọn : a = 15 cm b = 10 cm h = 11 cm h1 = 10 cm h0 = 1 cm c = 0,3 cm z = 1 cm => diện tích tản nhiệt là : Stn = 11.2.h1.b + 2.b.h + 12.c.b + 2.12. c. h1 + 11.z.b + 2.h0.a + a.b = 2788 cm2 > 2422 cm2 thỏa mãn điều kiện làm mát : Để bảo vệ cho van dẫn ta dùng +) Aptomat có các thông số : Ilv = I1 = 3,42 A dòng điện qua aptomat cần chọn : => Idm = 1,1 . Ilv = 1,1. 3,42 = 3,762 ( A ) => Udm = 220 ( V ) Dòng ngắn mạch : Inm = 2,5 . Ilv = 6,05 ( A ) Dòng quá tải : Iqt = 1,5. Ilv = 5,13 ( A ) Chọn loại Aptomat SC68N/SC108N hãng sản xuất SiNo có các thông số định mức : Idm = 6- 10 ( A ) Udm = 220 ( V ) +) chọn cầu dao có các thông số : Idm = 1,1. 3,42 = 3,762 ( A ) Dùng để tạo khoảng cách an toàn khi sửa chữa và cắt bộ nguồn chỉnh lưu khỏi nguồn cấp khi cần thiết Chọn loại cầu dao : VLS/VLS1 loại 1 cực hãng sản xuất Vanlock II ) bảo vệ quá điện áp cho thiết bị bán dẫn : Bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van được dùng mạch R-C mắc song song với van bán dẫn như hình. Khi có sự chuyển mạch, do phóng điện từ van ra ngoài tạo nên xung điện áp trên tiếp xúc P-N. Mạch R-C mắc song song với van bán dẫn tạo mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van. Theo Tài liệu thiết kế ta có thể chọn các giá trị đó như sau: R = (5-30) Ώ → R = 15 Ώ C = (0,5-4) μF→ C=2 μF Chương 5 : Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện I ) Tính toán các cuộn kháng lọc - CKL dòng điện đập mạch: Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho dòng điện tải cũng đập mạch theo , làm xấu đi chất lượng dòng điện 1 chiều . Do vậy ta phải thiết kế thêm cuộn kháng lọc RLC để làm giảm đi sự đập mạch này : + ) trị sổ điện cảm của cuộn kháng lọc thành phần dòng điện đập mạch được tình theo biểu thức : Trong đó : LL : trị số điện cảm đập mạch cần thiết [ H ] Iddm : dòng điện định mức của bộ chỉnh lưu ( A ) =3,14 : tần số góc ( s-1) K= 1,2,3, bội số sóng hài . chọn k= 1 m : số lần đập mạch trong 1 chu kỳ m = 2 Udnmax : biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu I%* : trị hiệu dụng của dòng điện sóng hài cơ bản lấy tỷ số theo dòng điện định mức của chỉnh lưu I%* chọn I%* = 10 % Ta có : Ta có : = > cos = = = > tg = 0,93 = > = ( V ) Từ đó : ( H ) * ) thiết kế cuộn kháng lọc ( CKL ) dòng điện đập mạch : +) các thông số cần thiết : - Điện cảm của cuộn kháng LCK = 0,0177 (H) - Dòng điện định mức qua cuộn kháng Idm = 25 (A) - thành phần dòng điện xoay chiều cho phép của sóng hài bậc nhất : I~1 = 0,1.Idm = 2,5 (A) Thông thường dây quấn cuộn kháng loại này có tiết diện khá lớn , do vậy điện trở thuần của cuộn kháng nhỏ có thể bỏ qua . Vì vậy ( Rck ~ 0 ) ZCK = 2π.f’.LCK ( f' = f.m ) Vậy: ZCK = 2π.50.2.0,0177 = 11,12 (Ώ) 1 ) điện áp rơi trên cuộn kháng : UCKL = ZCKL . I~1 = 11,12 . 2,5 = 27,8 ( V ) 2) tính công suất trên cuộn kháng lọc : PCKL = UCKL. I~1 = 27,8 . 2,5 = 69,5 ( W ) 3 ) tính toán lõi thép cuộn kháng lọc : Trong đó : f’ = 2f = 100 số lần đập mạch trong 1 chu kỳ K = 5- 6 => chọn K =5 hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát => ( cm2 ) = > quá nhỏ để quấn dây Do đó ta chọn = 20 cm2 4 ) tính toán dây quán cuộn kháng : Dòng điện gián đoạn có dạng là xung dòng điện , do đó khi chạy trong cuộn kháng xuất hiện sức điện động tự cảm ECKL được tính : ECKL = 4,44.Kdq .W.f ’ . = 4,44.Kdq .W. f ’.B.QFe Trong đó : Kdq = 1,1 – 1,3 : hệ số dây quấn => chọn 1,2 W : số vòng dây cuộn kháng lọc f ’ : tần số dòng điện sau chỉnh lưu : f ’ = m.f = 2.50 = 100 B : mật độ từ cảm lõi théo B = 1,1 – 1,3 => chọn B = 1,0 tesla => W = = = W = 28,46 => chọn W = 28 vòng Dây quấn cuộn kháng có tiết diện : Scu = ( Idm = Ik ) chọn J= 2,75 A/mm2 Ta có dòng điện chạy trong cuộn kháng : I = Id + I1m . cos(60+) => Ik = ( A ) =>Scu = = ( mm2 ) =&