Đồ án Thiết kế mạch điều khiển động cơ điện một chiều

họn 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 ngồi 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 : Đồ án tốt nghiệp 14,82 08,102,6 2 aa a 1n1t1tb = +=+= (cm) 64,102 58,127,8 2 bb b 1n1t1tb = +=+= (cm) 30. Chiều dài dây quấn sơ cấp : 3,16188)64,1014,8.(2.431)ba.(2.Wl 1tb1tb11 =+=+= (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 : 41,992,0.86,0 8,8 K.b h W c 2 2 12 === (vòng) Lấy W12 = 9 (vòng) 34. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp : 69 54 W W n 12 2 12 === (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 : 413,892,0 86,0.9 K b.W h c 212 2 === (cm) 37. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớp trong của cuộn thứ cấp : 08,121.208,10cd.2aa 121n2t =+=+= (cm) 58,141.258,12cd.2bb 121n2t =+=+= (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 : 404,16).01,0224,0(n).cda(B 122222d =+=+= (cm) 40. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớp ngồi của cuộn thứ cấp : Đồ án tốt nghiệp 888,14404,1.208,12B.2aa 2d2t2n =+=+= (cm) 388,17404,1.258,14B.2bb 2d2t2n =+=+= (cm) 41. Chiều dài trung bình mỗi cạnh của một vòng dây cuộn thứ cấp : 484,132 88,1408,12 2 aa a 2n2t2tb = +=+= (cm) 984,152 388,1758,14 2 bb b 2n2t2tb = +=+= (cm) 42. Chiều dài dây quấn thứ cấp : 5,3182)984,15484,13.(2.54)ba.(2.Wl 2tb2tb22 =+=+= (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 : 544,102 888,142,6 2 aa a 2n1t12tb = +=+= (cm) 044,132 388,177,8 2 bb b 2n1t12tb = +=+= (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 : 1545,0 77 5,0 b ht === (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; Đồ án tốt nghiệp 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 : 1545,0 77 5,0 b h gg === (lá) 51. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ : 04,1 10.04,38.431.50.44,4 380 Q.W.f.44,4 U B 4T1 1 T === − (T) 52. Mật độ từ cảm trong gông : 04,104,38 04,38 04,1Q Q BB G T TG === (T) 53. Chiều rộng cửa sổ : 5,1)404,1194,15,0.(2a)BcdBa.(2c 222d121d01 ++++=++++= 188,11= (cm) 54. Khoảng cách giữa hai tâm trục : 388,162,5188,11acc, =+=+= (cm) 55. Chiều rộng mạch từ : 976,372,5.3188,11.2a.3c.2L =+=+= (cm) 56. Chiều cao mạch từ : 8,202,5.24,10a.2hH g =+=+= (cm) Đồ án tốt nghiệp Tính khối lượng của sắt và đồng. 57. Thể tích của trụ : 85,11864,10.04,38.3h.Q.3V TT === (cm3) ≈ 1,187 (dm3) 58. Thể tích của gông : 2,2889976,37.04,38.2L.Q.2V GG === (cm3) ≈ 2,889 (dm3) 59. Khối lượng của trụ : 318,985,7.187,1m.VM FeTT === (kg) Trong đó : mFe = 7,85 ( 3dmkg ) là khối lượng riêng của sắt. 60. Khối lượng của gông : 678,2285,7.889,2m.VM FeFeG === (kg) 61. Khối lượng của sắt : 996,31678,22318,9MMM GTFe =+=+= (kg) 62. Thể tích của đồng : )10.825,31.10.9,1810.883,161.10.378,2.(3)l.Sl.S.(3V 442211Cu −− +=+= = 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 : L cac h H b Sơ đồ kết cấu lõi thép máy biến áp chỉnh lưu. Đồ án tốt nghiệp 338,269,8.959,2m.VM CuCucu === (kg) Trong đó : mCu = 8,9 ( 3dmkg ) 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 : 452,1378,2 883,161 .02133,0S l .R 1 1 751 ==ρ= (Ω) Trong đó : 75ρ = 0,02133 ( mmm. 2Ω ) là điện trở suất của đồng ở 75 0C. 65. Điện trở cuộn dây thứ cấp máy biến áp : 0359,09,18 825,31 .02133,0S l .R 2 21 752 ==ρ= (Ω) 66. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp : 0587,0)431 54 .(452,10359,0)W W .(RRR 22 1 2 12BA =+=+= (Ω) 67. Sụt áp trên điện trở máy biến áp : 67,35,62.0587,0I.RU dBAr ===Δ (V) 68. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp máy biến áp : 721 12 bk2 2 2 BA 10.).3 BdBd a.(h R .)W(8X −ω++π= = 1022 10.314).3 04,144,19 10.(4,10 665,6 .54..8 − ++π = 0,098 (Ω) 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 : 665,64 58,1408,12 4 ba 2 2 b 2 a R 2t2t 2t2t bk = +=+= + = (cm) + a12 = 10 (mm); Đồ án tốt nghiệp + 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 : 000312,0314 098,0X L BABA ==ω= (mH) = 0,312 (H) 70. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp : 852,55,62.098,0. 3 I.X. 3 U dBAX =π=π=Δ (V) 71. Sụt áp trên máy biến áp : 91,6852,567,3)U()U(U 222BA 2 BABA =+=Δ+Δ=Δ (V) 72. Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100 : 91,67,1.210cos.112UU.2cos.UU 0BAvmindod −−=Δ−Δ−α= 98,99= (V) 73. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp : 114,0098,00587,0)X()R(Z 222BA 2 BABA =+=+= (Ω) 74. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp : 6,458031,51.0587,0.3)I.(R.3P 222BAn ===Δ (W) 98,6100.6563 6,458 100.S P %P nn == Δ=Δ % 75. Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ : )04,1.678,2204,1.318,9.(15,1.3,1)B.MB.M.(n.3,1P 222TG 2 TTfo +=+= 74,51= (W) 788,0100.6563 74,51 100.S P %P o ===Δ % Trong đó : nf = 1,15 là hệ số kể đến 15 % tổn hao. 76. Điện áp ngắn mạch tác dụng : 26,6100.86,47 031,51.0587,0 100.U I.R %U 2 2BA nr === % 77. Điện áp ngắn mạch phản kháng : Đồ án tốt nghiệp 45,10100.86,47 031,51.098,0 100.U I.X %U 2 2BA nx === % 78. Điện áp ngắn mạch phần trăm : 18,12%)45,10(%)26,6(%)U(%)U(%U 222n 2 nn =+=+= % 79. Dòng điện ngắn mạch xác lập : 82,419114,0 86,47 Z U I BA 2 nm2 === (A) 80. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại : 22,684)e1.(82,419.2)e1.(I.2I 45,10 26,6. U U. max Unx UÛn =+=+= π−π− (A) Vậy ta có : Imax = 684,22 (A) < Ipik = 4000 (A) ⇒ 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. )sin(.U.6UUdt di .L.2 22123 c BA α−θ=−= ⇒ 7,187872 10.312,0.2 86,47.6 L.2 U.6 |dt di 3 BA 2 max c === − (A/s) ≈ 0,188 (A!μs) Vậy : max c |dt di = 0,188 (A/μs) < ( dt di )⏐cp =180 (A/μs) . 82. Hiệu suất của thiết bị chỉnh lưu : 952,06563 5,62.98,99 S I.U dd ===η = 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 Đồ án tốt nghiệp xoay chiều, thông thường là dùng cuộn điện kháng để lọc thành phần xoay chiều. Sau đây là các bước tính tốn thiết kế cuộn kháng lọc : 1. Xác định góc mở cực tiểu và góc mở cực đại : Chọn góc mở cực tiểu αmin =100. Với góc mở αmin là góc mở dự trữ có thể bù được sự suy giảm điện áp lưới. - Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất : Udmax = Udo.cosαmin = Udđm ; và Udmax tương ứng với tốc độ động cơ là lớn nhất : n = nmax = nđm . - Khi góc mở lớn nhất α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất : Udmin = Udo.cosαmax ; và Ud min tương ứng với tốc độ động cơ nhỏ nhất : n = nmin . Vậy ta có được : ) U.34,2 U cos(ar) U. 63 U arccos() U U arccos( 2 mind 2 mind do mind max = π ==α - Tính Ud min : + Tốc độ góc định mức : 667,10460 1000.2 60 n.2 max = π=π=ω=ω ñmñm (rad!s) + Tốc độ góc nhỏ nhất : )1K.( || M || 1 )MM( Mminnm −β=β−=ω ñm ñmmin 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 : 898,0 667,104 5,62.096,0100I.RU ).K( =−=ω −=Φ ñm ñmöñm ñm (Wb) • Mômen định mức : Mđm = (K.Φđm).Iđm = 0,898.62,5 = 56,125 (N.m) Đồ án tốt nghiệp • Độ cứng đặc tính cơ của động cơ: 4,8096,0 )898,0().K(M d dM 22 ==Φ=ωΔ Δ≈ω=β ö ñm R Vậy tốc độ góc nhỏ nhất của động cơ là : 681,6)12.(4,8 125,56 )1K.(|| M Mmin =−=−β=ω ñm (rad!s) + Dải điều chỉnh của động cơ là : 66,15681,6 667,104 D min max ==ω ω= + Mặt khác ta có : ∑ ∑ − −=ω ω= ööñm ööñm R.IU R.IU D mind maxd min max Suy ra : [ ]∑−+= ööñm R.I).1D(U.D1U maxdmind [ ])RRR.(I).1D(cos.U.34,2.D 1 dtBAmin2 ++−+α= ööñm [ ])0936,00587,0096,0.(5,62).166,15(10cos.86,47.34,2.66,151 0 ++−+= = 21,838 (V) Mà theo trên ta có : 75,78)86,47.34,2 838,21 arccos()U.34,2 U cos(ar 2 mind max ===α 0 Vậy : Góc mở nhỏ nhất là : αmin = 10 0. Góc mở lớn nhất là : αmax = 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 : ∑ ∑∞ = ∞ = ∑ θτ π+θτ π+= 1k 1k nn o d )k. 2 sin(.b)k. 2 cos(.a2 a U Đồ án tốt nghiệp Trong đó : ao – điện áp của thành phần một chiều; ak, bk – biên dộ điện áp của sóng điều hòa bậc k; θθτ π τ= ∫ τ d).k. 2 cos(.U. 2 a 0 dk θθτ π τ= ∫ τ d.)k. 2 sin(.U. 2 b 0 dk Để thuận tiện trong việc khai triển chuỗi Furier, ta chuyển tọa độ sang điểm O’( 0;6 π ) (tại góc thông tự nhiên), khi đó điện áp tức thời trên tải khi Tiristor T1 và T4 dẫn : )6cos(.U.6UU 2abd α+ π−θ== ; với t.ω=θ . Điện áp tức thời trên tải Ud là không hình sin và tuần hồn với chu kì : 36 2 p 2 π=π=π=τ 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 : • θθτ π τ= ∫ τ d).k. 2 cos(.U. 2 a 0 dk θα+π−θπ= ∫ τ d).k.6cos().6cos(.U.6. 6 0 2 απ− − π= cos.6sin.2).1)k6( )2( .U. 63 22 α− − π= cos.1)k6( )2( .U. 63 22 • θθτ π τ= ∫ τ d).k. 2 sin(.U. 2 b 0 dk θθα+π−θπ= ∫ τ d).k.6sin(). 6 cos(.U.6. 6 0 2 Đồ án tốt nghiệp απ−− − π= sin.6sin).2).(1)k6( )12( .U. 63 22 α−π= sin).1)k6( )12( .U. 63 22 Suy ra biên độ của điện áp điều hòa là : α+α−π=+= 222 22 2 k 2 km.k sin.)k6(cos.1)k6( 1 .U. 63 .2)b()a(U α+− α= 222do tg.)k6(1.1)k6( cos.U .2 Trong đó : 22udo U 63 U.KU π== Ta có : απ= cos.U. 63 2 a 2 o Vậy : ∑∞ = ϕ−θ+απ≈ 1k 1m.kd )6sin(.Ucos. 63 U ¿ Nhận xét : Vậy biên độ của các thành phần sóng điều hòa có giá trị thay đổi theo góc điều khiển α, 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. Ngồi 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 α = αmax, vì lúc này trên tải có sóng hài bậc cao lớn nhất. Ta có phương trình cân bằng điện áp : Đồ án tốt nghiệp dt di .Li.RI.REUU ~~d~ +++=+ ∑∑ öö Cân bằng hai vế của phương trình ta được : dt di .Li.RU ~~~ += ∑ö Vì dt di .Li.R ~~ <<∑ö nên ta có thể bỏ qua ~i.R ∑ö Vậy ta có : dt di .LU ~~ = (3 - 1) Trong các thành phần xoay chiều thì thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có : )6sin(.UU 1m1~ ϕ+θ= Từ biểu thức (1 - 3) ta có : dt.)t6sin(.U.L 1 dt.U.L 1 i 1m1~~ ∫∫ ϕ+== ; với t.ω=θ và f.2π=ω . Suy ra : )6cos(.I)6cos(.L.f.2.6 U i 1m1 m1 ~ ϕ+θ=ϕ+θπ= Vậy : öñmI.1,0L.f2.6 U I m1m ≤π= ⇒ öñmI.1,0.f.2.6 U L m1π≥ Trong đó : max 22 2 maxdo m1 tg.61.16 cos.U .2U α+− α= 683,3775,78tg.361.136 75,78cos.112 .2 02 0 =+−= (V) Vậy : 0032,05,62.1,0.50.2.6 68,37 L =π≥ (H) Ta chọn L = 0,0032 (H) = 3,2 (mH). Đồ án tốt nghiệp - Điện cảm của cuộn kháng lọc : BAK L.2LLLLL −−=−= öñc ö 666,0312,0.291,12,3 =−−= (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 tốn 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. KK ' KK L.f.p.2L.f.2XZ π=π== 26,110.67,0.50.6.2 3 =π= − (Ω). 4.2. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc : 57,5 2 25,6 .26,1 2 I .ZU m1K ===Δ (V) 4.3. Công suất của cuộn kháng lọc : 62,24 2 25,6 .57,5 2 I .US m1 ==Δ= (VA) a!2 c a L H h b ế ấ Đồ án tốt nghiệp 4.4. Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng : 432,150.6 62,24 .5 f S .KQ 'Q === (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 3,1a b = ⇒ b = 1,3.a ; Vậy ta có : 1,3.a2 = 1,6 (cm2) ⇒ 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 : Q.B.f.44,4E T ' K = Gần đúng, ta có thể coi : 57,5UEK =Δ= (V). Vậy ta có : 67,32 10.6,1.8,0.50.6.44,4 57,5 Q.B.f.44,4 U W 4 T ' == Δ= − (vòng); Lấy W = 32 (vòng). Đồ án tốt nghiệp 4.8. Dòng điện chạy qua cuộn kháng : )6cos(.II)t(i 1m1d ϕ+θ+= Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng là : 66,62) 2 25,6 (5,62) 2 I ()I(I 222m12dK =+=+= (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 : 785,2275,2 66,62 J I S KK === (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 : 65,26,23 66,62 S I J K K === (A!mm2) 4.11. Chọn hệ số lấp đầy : 7,0Q S.W K cs K ==lñ 4.12. Diện tích cửa sổ : 57,1117,0 6,23.33 K S.W Q Kcs === lñ (mm2) = 11,13 (cm2) 4.13. Tính kích thước mạch từ : h.cQcs = Chọn 3a h m == ⇒ h = 3.a = 3.1,2 = 3,6 (cm) = 36 (mm) Vậy chiều rộng cửa sổ cực từ là : 1,36,3 13,11 h Q c cs === (cm) = 31 (mm). 4.14. Chiều cao mạch từ : Đồ án tốt nghiệp 8,42,16,3ahH =+=+= (cm) = 48 (mm) 4.15. Chiều dài mạch từ : 6,82,1.21,3.2a.2c.2L =+=+= (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 : 32,44,7 2.236 b h.2h W k g =−=−=1lôùp (vòng) Lấy W1 lớp = 4 (vòng). 4.18. Tính số lớp dây quấn : 84 32 W W n1 === 1lôùp (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 : 04,278).1,028,3(n).cda(B 11kd =+=+= (mm) 4.21. Tổng bề dày cuộn dây : 04,30304,27aBB 01dd =+=+=∑ (mm) 4.22. Chiều dài của vòng dây trong cùng : 76)3.41412.(2]a.4ba.[2)]a.2b()a.2a.[(2l 0101011 =++=++=+++= (mm) 4.23. Chiều dài của vòng dây ngồi cùng : ]4.B4.ab2.[a)]2.B2a(b)2.B2.a2.[(al d01d01d012 +++=+++++= 32,292)04,27.43.41412.(2 =+++= (mm) 4.24. Chiều dài trung bình của một vòng dây : 184,16 2 292,3276 2 lll 21tb =+=+= (mm) 4.25. Điện trở của dây quấn ở 75 0C : 0,0053 23,6 .32184,16.100,02133. S .Wl.ρR 3 K tb 75K === − (Ω) Đồ án tốt nghiệp Với 0,02133ρ75 = (Ω.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 : 24 Fe 86).10(2.3612.14.10L)a.b.(2.h.b.L2 a2.2.a.b.hV −− +=+=+= 02654,0= (dm3) 4.27. Khối lượng sắt : 2083,085,7.02654,0m.VM FeFeFe === (kg) Trong đó : mFe – khối lượng riêng của sắt, mFe =7,85 (kg!dm3) 4.28. Khối lượng đồng : 238,19,8.32.10.16,184.6,23m.W.l.Sm.VM 6CutbKFeFeCu ==== − (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 ΔP, 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 tồn, 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 : 343,61084,36.7,1I.UP lvv ==Δ=Δ (W) - Diện tích bề mặt tỏa nhiệt : 1917,040.8 343,61 .K P S M m ==τ Δ= (m2) Trong đó : ΔP – tổn hao công suất trên van, (W); KM – hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn KM = 8 (W!m2.0C); Đồ án tốt nghiệp τ - 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. 404080TT mtlv =−=−=τ (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 : 20405,8.10.2.12 ===12.2.b.h S 1 (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 Đồ án tốt nghiệp 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 : 245,12427,6.3.1,1I.1,1I === 1daâyñm (A) Ta lấy Iđm = 13 (A); + Điện áp định mức : 380UU 1 ==ñm (V) Aptomat có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. + Chỉnh định dòng điện ngắn mạch : 83,27427,6.3.5,2I.5,2Inm === 1daây (A) Chọn Inm = 28 (A) + Chỉnh định dòng điện quá tải : 7,16427,6.3.5,1I.5,1Iqt === 1daây (A) - Chọn cầu dao có dòng định mức như sau : Đồ án tốt nghiệp 245,12427,6.3.1,1I.1,1I === 1daâyqt (A) Chọn Iqt = 13 (A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an tồn 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 : 15,56031,51.1,1I.1,1I 2CC1 === (A) + Nhóm 2CC: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2CC : 7,39084,36.1,1I.1,1I hdCC2 === (A) + Nhóm 3CC : Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 3CC : 75,685,62.1,1I.1,1I dCC3 === (A) + Nhóm 4CC : Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 4CC : 25,12427,6.3.1,1I.1,1I CC4 === 1daây (A) ⇒ 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 : 25,12427,6.3.1,1I.1,1I === 1daâyñm (A) Chọn Iđm = 12 (A) + Điện áp định mức của công tắc tơ : 220UU f1 ==ñm (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 Đồ án tốt nghiệp tích tụ trong lớp bán dẫn sẽ phóng ra ngồi 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. Theo kinh nghiệm, thường chọn : R2 = ( 5 ÷ 30 ) (Ω) C2 = ( 0,25 ÷ 4 ) (μF) Ta chọn : R2 = 5 (Ω) C2 = 0,25 (μF) - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mạch R – C như hình vẽ sau : • • R C T Đồ án tốt nghiệp Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung điện áp gần như nằm lại hồn tồn trên điện trở đường dây. Trị số R1, C1 được chọn theo kinh nghiệm : R1 = ( 5 ÷ 20 ) (Ω) C1 = 4 (μF) Ta chọn : R1 = 10 (Ω) C1 = 4 (μF) • •• •• C R C R C R Đồ án tốt nghiệp 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 : ¾ 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 rcU . - Dùng một điện áp một chiều gọi là ñkU để so sánh với điện áp tựa rcU nói trên. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì cho phát xung điều khiển mở Tiristor. Khi ta điều chỉnh giá trị ñkU từ giá trị 0 đến đỉnh điện áp rcU thì giao điểm của hai đường này sẽ thay đổi tương ứng từ ( 0 ÷1800 ). Vậy góc mở α của Tiristor phụ thuộc tuyến tính vào giá trị ñkU . Vì vậy, trong thực tế nguyên tắc này được ứng dụng rộng rãi. U t t t Xđk Xđk URCURC α Uđk Đồ án tốt nghiệp ¾ 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.sinωt thì điện áp uS = Um.cosωt. - 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 α từ ( 0 ÷ π ), ta nhận thấy góc α phụ thuộc phi tuyến vào giá trị Uđk , vậy α là một hàm theo giá trị , α = f(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