Đồ án Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu – Động cơ điện một chiều

ta thấy khi ta phát xung cho Tiristo của nhóm này thì luôn luôn có một Tirito của nhóm còn lại đang dẫn. Tuy nhiên khi góc mở thì nếu thiếu xung thứ hai thì bộ chỉnh lưu không thể làm việc được. Chẳng hạn với góc mở : Hình 2.13: Sự cần thiết của xung đệm khi góc mở lớn. Điều này có thể được lý giải như sau: Giả thiết T5 và T4 đang dẫn nên VF = Vc, VG = Vb. Như vậy điện áp đặt lên T1 lúc này là Uac. Khi phát xung cho T1 thì T1 sẽ mở vì Uac > 0. Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa một cách tự nhiên vì VF = Va > Vc. Bây giờ dòng điện chảy qua T1 và T4, điện áp đặt lên tải là điện áp dây Uab. Ta thấy điện áp trên nhóm K chung bám theo điện áp của pha A từ điểm I đến điểm J như hình vẽ. Tại điểm J điện áp Uab = 0 và có xu hướng âm chính vì vậy T1 bị khóa. Tại điểm K phát xung X6-1 để mở T6 (Vc âm nhất), tuy nhiên lúc này do bên K chung không có tiristor nào dẫn cả nên nó giống như chưa được khởi động, bởi vậy T6 cũng không thể được mở. Chính vì vậy tại điểm K ngoài việc phát xung chính cho T6 ta cần cung cấp thêm một xung đệm X1-2 cho T1. Khi đó cả hai tiristor này đều mở (Vì Uac > 0) và điện áp trên nhóm K chung lại bám theo điện áp của pha A (đoạn KL). Với góc mở : Hình 2.14: Sự cần thiết của xung đệm khi góc mở nhỏ. Giả thiết T5 và T4 đang dẫn nên VF = Vc, VG = Vb. Như vậy điện áp đặt lên T1 lúc này là Uac. Khi phát xung cho T1 thì T1 sẽ mở vì Uac > 0. Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa một cách tự nhiên vì VF = Va > Vc. Bây giờ dòng điện chảy qua T1 và T4, điện áp đặt lên tải là điện áp dây Uab. Điện áp VK = VA. Đến điểm I khi điện áp Uab chưa bằng 0, tức T1 vẫn đang dẫn thì T6 đã được phát xung và mở (vì Vc âm nhất). Vì vậy điện áp đặt lên tải lúc này là Uac và T1 sẽ tiếp tục dẫn cho đến khi T3 được kích mở và điện áp VK sẽ bám theo điện áp pha A đến điểm J. Điều đó chứng tỏ xung đệm X1-2 không có vai trò quan trọng khi mà bộ chỉnh lưu đã được khởi động. Bộ chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng luôn được dùng cho những ứng dụng cần điều khiển điện áp, tức là có góc mở thay đổi. Chính vì vậy mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng luôn được thiết kế để phát hai xung mồi, mỗi xung cách nhau 600. Từ đây ta có thứ tự phát xung như sau: Thời điểm Xung chính Xung đệm Van bị khóa T1 T4 T5 T6 T1 T4 T3 T6 T1 T2 T3 T6 T5 T2 T3 T4 T5 T2 Theo dạng sóng điện áp ta thấy điện áp trên tải đập mạch bậc sáu và trị số đỉnh của nó bằng điện áp dây. Điện áp trung bình trên tải được tính theo công thức: Trong đó là điện áp dây cực đại. Khi góc mở α nhỏ, dạng sóng điện áp trên tải đập mạch bậc sáu; nhưng khi góc mở lớn điện áp trên tải sẽ có phần âm. Theo công thức tính điện áp trung bình trên tải ta thấy khi điện áp trung bình trên tải là âm tuy nhiên dòng điện vẫn chảy theo chiều cũ. Lúc này mạch không làm việc ở chế độ chỉnh lưu mà làm việc ở chế độ nghịch lưu. Nhận xét : + Độ bằng phẳng của dòng điện tốt. + Công suất biến áp nhỏ,trị số tức thời của điện áp tải là điện áp dây vì dòng điện chạy từ pha có điện cao về pha có điện thấp. + Dòng điện chạy qua mỗi van là 1/3 chu kì. + Khó điều khiển vì phải cấp hai xung đúng thứ tự pha. + Dùng van nhiều tổn hại lớn. Các thông số cơ bản: Giá trị trung bình của điện áp tải: Ud = = Dòng điện tải: . Dòng điện chạy qua Tiristor: Dòng điện chạy qua Diôt: -Giá trị hiệu dụng của dòng chảy qua cuộn thứ cấp của máy biến áp: Điện áp ngược trên Tiristor và Diôt: Kết luận: Qua phân tích ta chọn hệ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng là tối ưu nhất. Bộ nguồn chỉnh lưu cho động cơ điện một chiều, đòi hỏi sau khi qua chỉnh lưu thì điện áp phải là dòng điện một chiều có chất lượng điện áp tốt. Với yêu cầu của đầu bài là động cơ có thông số điện áp Ud = 220V và dòng điện IU = 1,3A; dòng kích từ IKT = 0,3A nên có thể coi đây là tải có điện áp và công suất nhỏ. Sau khi đánh giá phân tích các tính năng của các loại chỉnh lưu về ưu và nhược điểm đây là loại tải cần làm việc ở chế độ nghịch lưu hoàn trả năng lượng về lưới và cần chất lượng điện áp tốt, yêu cầu chất lượng điều khiển cao ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Ta cần nguồn tải xoay chiều ba pha là có thể ghép mạch chỉnh lưu cho mạch được. Chương 3 tính toán mạch động lực cho hệ truyền động 3.1 Mạch động lực hệ truyền động Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực cầu ba pha đối xứng. Các thông số cơ bản của động cơ: Uu = 220 V; Pdm=15 000 W; Idm = 80A; ndm =1500 vòng/phút. Rư = 0,2(W) Các thông số cơ bản còn lại của động cơ: Hiệu suất động cơ: Điện trở phần ứng của động cơ được tính gần đúng theo công thức: Điện cảm phần ứng động cơ: Trong đó: là lấy với động cơ có cuộn bù. 3.2 Tính chọn Tiristor. Tính chọn Tiristor dựa vào các thông số cơ bản dòng tải, điều kiện tỏa nhiệt, điện áp làm việc,các thông số của van được tính như sau: + Điện áp ngược lớn nhất mà tiristor phải chịu: Unvmax = Knv. U2 với U2 = =thay vào trên ta có Unmax = Knv. U2 =.=230,38 (V) Knv = ;Kn = Điện áp ngược của van cần chọn : Unv = Kdtu.Umax=1,8.230,38 = 415,44 ( V) Trong đó: Kdtu hệ số dự chữ điện áp, chọn Kdtu= 1,8 + Dòng điện làm việc của van được tính theo hiệu dụng: Ilv = Ihd= Khd.Ihd = Mà theo bảng 1.2 sách Tính toán thiết bị điện tử công suất(Trần Văn Thịnh) ta có thông số: Khd = Id= 80 A Ilv = + Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả nhiệt không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện có dòng điện định mức của van cần chọn: Iđm = Ki . Ilv Với Ki hệ số dự trữ dòng điện làm việc trên Ilv=(10 ở đây ta chọn Ki = 2,5 Iđm = 2,5.46,18=115,47 (A) Từ các thông số Unv =415,44(V); Iđm =115,47(A) ta chọn 6 con tiristor theo bảng 5 sách Tính toán thiết bị điện tử công suất (Trần Văn Thịnh) 2N3422 với các thông số: + Điện áp ngược cực đại: Unv = 600(V) + Dòng làm việc cực đại: Iđmv = 125 (A) + Dòng điện đỉnh cực đại: Ipik = 3000 (A) + Dòng điện xung điều khiển: Ig = 300(A) + Điện áp xung điều khiển: Ug= 3 (V) + Dòng điện tự giữ: Ih = 100 (mA) + Dòng điện rò: Ir = 15 (A) + Sụt áp trên Tiristor ở trạng thái dẫn: + Đạo hàm điện áp: + Thời gian chuyển mạch: 25 + Nhiệt độ làm việc cực đại: T = 1250 C . 3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu. Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây,làm mát tự nhiên bằng không khí. Tính các thông số cơ bản: 1) Công suất biểu kiến của máy biến áp: S = Ks. = 1,05. = 18485,9(VA) Pd: Công suất cung cấp cho động cơ của mạch chỉnh lưu Pd =15000( W) 2) Điện áp sơ cấp máy biến áp: U1=380(V) 3) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp: Udo: Điện áp hạ trên hai đầu tải lớn nhất mà mạch chỉnh lưu cấp. Udo .= Ud + Uv + Uba +Udo Uv : Sụt áp trên Tiristor Uv = 1,8(V) Ud = 220 V Uba: Sụt áp trên máy biến áp (sụt áp điện trở kháng) thường được chọn sơ bộ: Uba = 6% Ud = 0,06.220 = 13,2( V) Udn = 0 Sụt áp trên dây nối . Khi xác định điện áp Udo thì ta phải xét lúc lưới làm việc không bình thường với sự suy giảm điện áp lưới. Khi chọn và thiết kế máy biến áp cho sơ đồ chỉnh lưu thì ta phải chọn điện áp Udo theo điều kiện đó để tránh sự cố của mạch động lực khi gặp điện áp suy giảm từ lưới tức là phải thông qua một hệ số cosmin hệ số suy giảm điện áp lưới. Thường là cosmin = cos10o góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới. Từ phương trình cân bằng điện áp ta có: = 240,45 (V) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f = Kn= 2,34 theo bảng 1.1 sách Tính toán thiết bị điện tử công suất (Trần Văn Thịnh) 4) Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 = K2 .Id = 0,82.80 =65,6 (A) với K2 = 0,82 theo bảng 1.2 sách Tính toán thiết bị điện tử công suất(Trần Văn Thịnh) 5) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1= kba.I2 = Tính toán sơ bộ mạch từ (Xác định kích thước mạch từ). 6) Tiết diện sơ bộ trụ: kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát kQ=6 m : số pha của máy biến áp m=3 f : tần số của dòng điện xoay chiều f = 50 Hz 7) Kích thước trụ dây dẫn hình vuông: Chuẩn hóa kích thước trụ chữ nhật có kích thước a=8,5(cm) & b=8,5(cm) 8) Chọn loại thép: vì máy biến áp chỉnh lưu cần tính toán có công suất cực đại Sba= 18485,9(VA) và U2=102,85(V) là loại máy có công suất nhỏ với loại máy có công suất nhỏ ta chọn kiểu máy mạch từ hình chữ nhật. Mạch từ là những lá thép được chọn có độ dầy 0,5 mm. Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 (T) Tiết diện trụ chữ nhật QFe = a.b=8,5.8,5=72,25() Chọn chiều cao trụ h=2,5.a=2,5.8,5=21,25(cm) chọn chiều cao trụ h=22cm. Tính toán dây quấn: 10) Số vòng dây cuộn sơ cấp máy biến áp: Lấy số vòng là W1=237 vòng 11) Số vòng pha thứ cấp máy biến áp: Lấy số vòng là W2=64 vòng 12) Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp với dây dẫn bằng đồng máy biến áp khô ta có J1 = J2 = 2,5 A/mm2 với J thường chọn (2 ữ 2,75)A/mm2 13) Tiết diện dây dẫn sơ cấp: Chọn dây đồng tròn cấp cách điện B theo bảng 3 sách Tính toán thiết bị điện tử công suất (Trần Văn Thịnh) ta có: S1đm = 7,306 mm2 mcu = 650 g/m d1 = 3,05 mm d1n =3,38 mm 14) Tiết diện dây cuốn thứ cấp máy biến áp: Chọn dây đồng tròn cấp cách điện B theo bảng 3 sách Tính toán thiết bị điện tử công suất(Trần Văn Thịnh) ta có: S2đm =27,90 mm2 a=3,05(mm) b=9,30(mm) 15) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: 16) Tính lại mật độ dòng điện cuộn thứ cấp: 2,35( A/mm2) Kết cấu dây quấn: do dây quấn thứ cấp là dây quấn hạ áp nên sẽ quấn phía trong gần trụ còn dây quấn sơ cấp quấn ở bên ngoài. Kết cấu dây quấn thứ cấp (Hạ áp): Thực hiện kiểu dây cuốn đồng tâm bố trí dọc trục. 17) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp dây cuốn: (vòng) Lấy W12=19 vòng kc = 0,95 hệ số ép chặt h = 22 (cm) chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp chọn hg=0,5(cm) d2n = 0,93+0,1=1,03 (cm) đường kính kể cả cách điện 18) Tính sơ bộ số lớp dây cuộn thứ cấp: (lớp) 19) Chọn số lớp n12= 4 như vậy 64 vòng chia thành 4 lớp. Chọn mỗi lớp có W12=16 vòng. 20) Chiều cao thực tế của cuộn dây thứ cấp: 21) Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S02= 0,1 cm. 22) Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây thứ cấp chọn cd02=0,5 cm. 23) Kích thước trong của ống cách điện hình vuông: a2=a+2cd02-2S02= 8,5 + 2.0,5 - 2.0,1 = 9,3 (cm) 24) Kích thước trong của cuộn thứ cấp: at2= a2 + 2.S02 = 9,3 + 2.0,1 = 9,5 (cm) 25) Chọn bề dày giữa 2 lớp cuộn dây thứ cấp: cd22= 0,01cm = 0,1mm. 26) Bề dầy của cuộn dây thứ cấp cần tính: Bd2 = d2n.n12 + cd22.n12=(3,05+1).4+0,1.3= 16,5(mm) 27) Kích thước ngoài của cuộn thứ cấp: an2=at2+2.Bd2=9,5+2.1,65=12,8 (cm) 28) Chiều dài vòng dây trong cùng cuộn thứ cấp: l21 = 4.at2= 4.9,5 = 38(cm) 29) Chiều dài vòng dây ngoài cùng cuộn thứ cấp: l22=4.an2= 4.12,8=51,2(cm) → 30) Chiều dài cuộn thứ cấp: L2=W2. ltb2=64.44,6.10-2 = 2854,4 (cm) = 28,544( m). 31) Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd12= 1,0 cm Kết cấu dây cuốn sơ cấp (Cao áp): 32) Chiều cao sơ bộ sơ cấp: h1= h2= 22 (cm) 33) Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp dây quấn sơ cấp: Lấy W11 =61 vòng 34) Tính sơ bộ số lớp dây cuốn thứ cấp: 35) Chọn số lớp dây sơ cấp n11 = 4 lớp; chọn 3 lớp đầu có số vòng là W11=60 vòng,lớp 4 có 57 vòng. 36) Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp: h1 = 37) Kích thước trong của cuộn sơ cấp: at1= an2 + 2.cd12 = 12,8+2.1= 14,8(cm) 38) Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp: cd01=0,1mm 39) Bề dầy của cuộn thứ cấp: Bd1 = d1n.n11+ cd01.n11=3,38.4+0,1.3=13,82(mm) 40) Kích thước ngoài của cuộn sơ cấp: an1=at1+2.Bd1=14,8+2.1,382=17,564 (cm) 41) Chiều dài của vòng dây trong cùng cuộn sơ cấp : l11=4.at1=4.14,8=59,2(cm) 42) Chiều dài của vòng dây ngoài cùng cuộn dây sơ cấp: l12=4.an1= 4.17,564=70,256 (cm) → 43) Chiều dài dây quấn cuộn sơ cấp: L1=W1. ltb1= 237.64,728.10-2= 15340,536 (cm) ằ 153,41(m) 44) Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn sơ cấp: cd11=2cm. W2 W2 W1 W1 Bd2 Bd1 Cd12 Cd02 hg Cd11 Hình 3.2:Bố trí cuộn dây biến áp. Tính kích thước mạch từ. Chọn sơ bộ kích thước cơ bản của mạch từ, vì đây là loại máy có công suất nhỏ ta chọn trụ hình vuông với : QFe = a.a Ta có QFe=8,5cm2 tiêu chuẩn hóa → QFe=8,5.8,5 cm2 Trong đó : a - kích thước của trụ Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ ta chọn gông có tiết diện hình vuông và có kích thước giống như như trụ. 45) Diện tích cần có của cửa sổ: Qcs = Qcs1 + Qcs2 Trong đó: Qcs1 = k1d . W1. Scu1 ; Qcs2 = k1d . W2.Scu2 ; kld : hệ số lấp đầy của dây cuốn chọn kld= 3 Qcs = kld (W1.SCu1+W2SCu2) =3.(237.7,306 + 64.27,9) =10551,366( mm2) 46) Ta có a = 8,5cm và h=22cm c > 2.(Bd1+Bd2+cd02+cd12)+cd11=2.(1,382+1,65+0,5+1)+2=11,064 (cm) Trong đó: cd11 - là cách điện giữa 2 cuộn sơ cấp. → chọn c = 12 cm → Qcs = c.h = 12.22 = 264 (cm2) 47) Chiều cao mạch từ: H = h+2a = 22+2.8,5 = 39 (cm) (z = 2 vì là máy biến áp 3 pha) 48) Chiều rộng mạch từ: C =2c +xa = 2.12 +3.8,5 =49,5(cm) (x=3 vì máy biến áp 3 pha có 3 trụ) 49) Tiết diện gông: Qbg = a.a = 8,5.8,5 = 72,25 (cm2) Hình 3.3:Sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp b h H c C a c 50) Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: 51) Mật độ từ cảm trong gông: Bg = BT. Khối lượng của sắt và đồng: 52) Thể tích sắt: VFe=m.QFe.h+2.QFe.C=3.72,25.22+2.72,25.49,5=119221,25(cm3)=11,921(dm3) 53) Khối lượng của sắt: MFe=VFe.mFe= 11,921.7,85=93,58(kg) 54) Thể tích của đồng: Vcu=3.(SCu1l1+SCu2l2)= 3.(10,83.1534,1 + 7,963.285,44)= 5,6383(dm3) 55) Khối lượng đồng: Mcu=Vcu.mcu = 5,6383.8,9 = 50,17(kg) Tính các thông số của máy biến áp chỉnh lưu: 56) Điện trở trong các cuộn dây sơ cấp máy biến áp ở 75oC: R1= 57) Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp 750C: 58) Điện trở biến áp quy đổi về thứ cấp: Rba ==0,056() 59) Sụt áp trên điện trở máy biến áp: 60) Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp: 61) Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp: Lba= 62) Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: 63) Sụt áp trên máy biến áp: 64) Điện áp trên động cơ khi có góc mở : 65) Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: 66) Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: 67) Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ: P0= 1,3.1,15.(m.QFe.h.10-3.7,85.0,992+2.QFe.C.10-3.7,85.0,992) P0= 1,3.1,15.(93,58.1,00192) = 140,4 (W) 68) Điện áp ngắn mạch tác dụng: Unr= 69) Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = 70) Điện áp ngắn mạch phần trăm: 71) Dòng điện ngắn mạch xác lập: I2nm = 72) Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu: 3.4 Thiết kế cuộn kháng lọc. 3.4.1 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại. Chọn gúc mở cực tiểu . Với gúc mở là dự trữ để cú thể bự được sự giảm điện ỏp lưới. + Khi gúc mở nhỏ nhất thỡ điện ỏp trờn tải là lớn nhất : và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất: + Khi gúc mở lớn nhất thỡ điện ỏp trờn tải là nhỏ nhất: và tương ứng tốc độ động cơ sẽ là nhỏ nhất: Ta có: Với được xác định như sau: Từ ; Với Giả thiết dải điều chỉnh tốc độ động cơ D=30 thay số vào ta có: Thay số vào ta được: 3.4.2 Xác định các thành phần sóng hài. Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier ta chuyển gốc toạ độ sang điểm (thời điểm mở tiristor), khi đó điện áp tức thời trên tải khi tiristor và dẫn là: ; Với Điện áp tức thời trên tải Ud không sin và tuần hoàn với chu kì: Trong đó số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới. Khải triển chuỗi Furier của điện áp ta được: Trong đó: Ta có Vậy ta có biên độ của điện áp: 3.4.3 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc. Từ sự phân tích điện áp chỉnh lưu ta thấy khi mà góc mở càng tăng, biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn 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 của chổi điện, đồng thời gây tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ (tổn hao này do sóng hài bậc cao gây ra). Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc cuộn kháng nối tiếp với phần ứng của động cơ. Cuộn kháng lọc này phải đủ lớn để Trong đó là dòng điện đẳng trị của các sóng hài bậc cao: 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 được tính khi góc mở: Ta có phương trình cân bằng điện áp: Cân bằng hai vế ta được: ; Vì nên: Trong các thành phần xoay chiều bậc cao thì thành phần sóng bậc 6k = 6 có mức độ lớn nhất gần đúng ta có: , nên: Vậy Trong đó: Thay vào ta được: Điện cảm mạch phần ứng đã có: Lưc=Lư+2LBA= 0,0021+2.0,00014=0,00238 (H) Điện cảm cuộn kháng lọc: LK= L – Lưc =0,0052-0,00238=0,00282 (H) 3.4.4 Thiết kế cuộn kháng lọc. Các thông số ban đầu: Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: Lk= 0,00282 H Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng: Im=80 A Biên độ dòng xoay chiều bậc 1: I1m=10%Iđm= 8A Các bước tính toán: Điện kháng của cuộn kháng: 2)điện áp xoay chiều đặt lên cuộn kháng Lk là : 3)Công suất của cuộn kháng lọc : 4)Tiết diện cực từ chính cuộn kháng lọc: KQ là hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát,khi làm mát bằng không khí tự nhiên KQ=5. Chọn tiết diện trụ theo kích thước có sẵn Q=4cm2 Hình 3.4 : Kết cấu mạch từ cuộn kháng. 5)Với tiết diện trụ Q = 4 cm2 chọn loại thép tấm thép dày 0,35mm. Kích thước: a=20 mm ; b=20 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 Ek: Gần đúng có thể coi Ek= Uk=30(V) Lấy W=270 vòng 8) Ta có dòng điện chạy qua cuộn kháng: Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: 9) Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : Chọn dây dẫn tiết diện tròn cách điện cấp B, chọn Sk= 30 mm2 với kích thước dây: Sk=30,00(mm2) ; a=3,05(mm) ; b=10(mm) Tính lại mật độ dòng điện: 10) Chọn tỷ số lấp đầy: 11) Diện tích cửa sổ cần có: 12) Tính kích thước cửa sổ: Qcs= c.h Chọn suy ra h= 3.a = 3.20 = 60 mm Chọn c=50(mm) = 5 (cm) suy ra Qcs=c.h=5.6=30 (mm2) 13) Chiều cao mạch từ: H=h+a=60+20=80(mm) 14) Chiều dài mạch từ: C=2.c+2.a=2.50+2.20=140(mm) 15) Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg=1 mm 16) Tính số vòng dây trên một lớp: Chọn W1=5(Vòng) 17) Tính số lớp dây quấn: 18) Chọn khoảng cách điện giữa dây quấn với trụ: cd01= 3 mm Cách điện giữa cách lớp cd1= 0,1 mm 19) Bề dày cuộn dây: Bd=(d1k+cd1).n1=(3,05+0,1).14=44,1(mm) 20) Tổng bề dày cuộn dây: 21) Chiều dài vòng dây trong cùng: l1=4.a+2.4.cd01=4.20+2.4.3=104 (mm) 22) Chiều dài vòng dây ngoài cùng: l2=4.a+2.4.(cd01+Bd)=4.20+2.4.(3+44,1)=456,8(mm) 23) Chiều dài trung bình một vòng dây: ltb= (l1+l2)/2 = (104+456,8)/2 = 280,4(mm) Chiều dài dây quấn cuộn kháng: L= W.ltb =70.280,4 = 19628(mm) = 19,628(m) 24) Điện trở dây quấn ở 75ºC: 25) Thể tích sắt: VFe= 2.a2.h + 2.a2/2.C = 2.22.6+2.22/2.14= 104(cm3) = 0,104(dm3) 26) Khối lượng sắt: MFe=VFe.mfe= 0,104.7,85 = 0,8164(kg) Trong đó mFe=7,85 kg/dm3 là khối lượng riêng của sắt. 27) Khối lượng đồng: MCu= VCu.mCu = Sk.L.mCu = 30.10-6.196,28.8,9. = 0,524(kg) Trong đó mCu= 8,9 kg/dm3 là khối lượng riêng của đồng. 3.5 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực. 3.5.1 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ. Hình 3.5 : Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ. 3.5.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn. Khi làm việc với dòng điện chạy qua, trên van có sụt áp, do đó có tổn thất công suất , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ được 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 thì ta phải chọn và thiết kế hệ thống tản nhiệt hợp lý. Tính toán cánh tản nhiệt: - Tổn thất công suất trên một Tiristo: DP = DU.Ilv = 1,8.46,18 = 83,124(W) - Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: Trong đó: - là tổn hao công suất W - là độ chênh nhiệt độ so với môi trường. km - hệ số có xét tới điều kiện tỏa nhiệt (trong điều kiện làm mát tự nhiên không quạt cưỡng bức, thường chọn ktn =(6 á 10).10-4 [W/cm2 oC]. Với Tcp = 1250C. Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt là Tlv = 800C t = Tlv - Tmt = 80 – 40 = 400C ( chọn Tmt = 400C ) Chọn km = 8 (W/m2.0C) Vậy STN= =2597(cm2) Chọn cánh tản nhiệt có 14 cánh, kích thước mỗi cánh là: a.b = 10.10(cm.cm) Tổng diện tích toả nhiệt của cánh : Stn = 14.2.10.10 = 2800(cm2) 3.5.3 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 Tiristo, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. Chọn aptomat: Dòng làm việc chạy qua aptomat: Ilv = Dòng aptomat cần chọn: Iđm 1,1.Ilv = 1,1.28,12 = 30(A) và Uđm = 380 V Có ba tiếp điểm chính có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. Chỉnh định dòng ngắn mạch: Inm = 2,5.Ilv = 2,5.28,12=70,3(A) Dòng quá tải: Iqt = 1,5.Ilv = 1,5.28,12= 42,18(A) Chọn cầu dao có dòng định mức: Iqt=1,1.Ilv=1,1.28,12= 30(A) Dùng cầu dao để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động và dùng để đóng cắt bộ nguồn chỉnh lưu. Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu: Nhóm 1cc: dòng định mức dây chảy nhóm 1cc I1cc = 1,1.I2 = 1,1.65,6 = 72,16(A).Chọn loại 80(A) Nhóm 2cc: dòng định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc = 1,1.Ihd = = 50(A).Chọn loại 50(A) Nhóm 3cc: dòng định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc = 1,1.Id = 1,1.80 = 88(A).Chọn loại 90(A) Vậy ta chọn dây chảy nhóm: 1CC loại 80 (A); 2CC loại 50 (A); 3CC loại 90(A). 3.5.4 Bảo vệ quá điện áp cho van. Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng ngắt tiristor được thực hiện bằng cách mắc R – C song song với tiristor. 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, dẫn đến hiện tượng quá điện áp van. 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. Theo kinh nghiệm: R1 = (5) W ; C1 = (0,25 ) mF Chọn : R1 = 5 W ; C1= 1 mF Hình 3.7: Mạch R- C bảo vệ quá điện áp Hình 3.8: Mạch R – C bảo vệ do chuyển mạch. điện áp từ lưới. Để bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch lọc R–C trước đầu vào chỉnh lưu. Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung điện áp gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây. Ta chọn R2 =12,5; C2 = 4. 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 diod công suất bé. Hình 3.9: Mạch cầu ba pha dùng diod tải RC bảo vệ do cắt MBA non tải. Thông thường giá trị tự chọn trong khoảng 100 mF. Chọn: R4= 470 W; C=10 mF. Chọn giá trị điện trở R3= 1,4 (KW). Chương 4 Tính toán thiết kế mạch điều khiển cho bộ nguồn chỉnh lưu. 4.1 Nguyên tắc điều khiển. 4.1.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Khi điện áp xoay chiều hình sin (Uđf) đặt vào anod của Tiristor. Để có thể điều khiển được góc mở a của Tiristor trong vùng điện áp dương anod, cần tạo một điện áp tựa dạng tam giác (thường gọi điện áp tựa là điện áp răng cưa Urc). Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm (t1, t4) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển (Urc = Uđk), trong vùng điện áp dương anod, thì phát xung điều khiển (Xđk) Tiristor được mở từ thời điểm có xung điều khiển (t1, t4) cho tới cuối bán kì (hoặc tới khi dòng điện bằng 0). Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp: Điện áp đồng bộ Urc có dạng răng cưa đồng bộ với điện áp đặt lên Anode - Catode của Tiristo. Điện áp điều khiển Uđk là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ. Wt Wt Wt Wt Hình 4.1: Nguyên lý điều khiển thằng đứng tuyến tính. Tổng đại số Urc + Uđk được đưa đến đầu vào của khâu so sánh. Khi Urc+Uđk = 0 ta nhận được xung điều khiển để mở Tiristo. Như vậy bằng cách thay đổi Uđk ta có thể điều chỉnh được thời điểm phát xung điều khiển mở Tiristo tức điều khiển góc mở a.Ta có a được xác định : . Khi Uđk = 0 ta có a = 0 Khi Uđk = Urc ta có a = p Thường ta lấy Urcmax = Uđkmax Ta có: đ Ud = KCL.Uđk. Với KCL là hệ số của bộ chỉnh lưu. Nhận thấy rằng KCL là một đại lượng phi tuyến điều này không tốt khi cần thiết kế hệ tự động ổn định. 4.1.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos. Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp: Điện áp đồng bộ Urc vượt trước điện áp Anode - Catode của Tiristo một góc bằng với chỉnh lưu một pha và góc với chỉnh lưu ba pha. Điện áp điều khiển Uđk là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được theo hai hướng dương và âm. Urc UA Urc -Uđk Wt Wt Wt Xđk 60o Hình 4.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos aảarccos Tổng đại số Urc + Uđk được đưa đến đầu vào của khâu so sánh. Khi Urc + Uđk = 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh. Ta có: Uđk + Urcmax .cos a = 0 Do đó: Ta lấy Urcmax = Uđkmax Suy ra: Khi Uđk = - Urcmax ta có: Khi Uđk = 0 ta có: Khi Uđk = Urcmax ta có : a = p Như vậy khi thay đổi điện áp Uđk từ –Urcmax đến +Urcmax ta sẽ thay đổi được góc mở van từ 0 đến p. Nhận thấy rằng hệ số chỉnh lưu KCL là một hằng số. Như vậy sẽ rất tốt khi thiết kế hệ cần tự động ổn định. Phương pháp điều khiển thẳng đứng arccos thường được sử dụng cho những hệ chỉnh lưu cần chất lượng điều khiển cao. Để đơn giản ta chọn phương pháp điều khiển thẳng đứng tuyến tính cho thiết kế mạch điều khiển bộ chỉnh lưu. 4.2 Sơ đồ khối mạch điều khiển. Để tạo được xung điều kh