Bài tập dài máy điện máy biến áp

Lời nói đầu Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào công nghiệp nói chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn đã đươc chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này là hết sức cần thiết đối với các kỹ sư ngành điện. Trong năm học vừa qua em đã được học môn Điện tử công suất , và qua đồ án này em nhận thấy kiến thức của mình đã nắm sâu hơn về môn , có thể tổng hợp các kiến thức của môn học khác . Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp trong đồ án còn nhiều sai sót mong các thầy cô tận tình chỉ bảo . Em xin cảm ơn thầy Phạm Quốc Hải đã tận tình gúp đỡ em trong quá trình làm đồ án . Em xin trân thành cảm ơn ! Hà Nội 31/1/2004 Sinh viên thực hiện : Trần Hữu Công Mục Lục Trang Lời nói đầu………………………………………………………….1 Mục lục …………………………………………………………….2 Chương 1 Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều ………………….3 Chương 2 Phân tích và lựa chọn phương án ……………………………..4 Chương 3 Tính toán mạch chỉnh lưu …………………………………….10 Chương 4 Thiết kế mạch điều khiển ……………………………………..21 Chương 5 ổn định tốc độ và chống quá tải……………………………...27 Tài liệu tham khảo …………………………………………………31 Chương I I-giới thiệu chung về động cơ điện một chiều Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhưng động cơ điện một chiều(ĐCĐMC) vẫn tồn tại và đóng vai trò quan trọng trong truyền động điện chất lượng cao , sở dĩ như vậy vì ĐCĐMC có những ưu điểm sau: Mô men mở máy lớn Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản Bên cạnh đó ĐCĐMC còn có những nhược điểm sau: Cấu tạo phức tạp , đắt tiền và kém tin cậy Nguy hiểm trong môi trường cháy nổ Khi sử dụng cần có nguồn điện một chiều kèm theo ChươngII phân tích và lựa chọn phương án Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều ĐCĐMC làm việc trên nguyên lý khi dòng điện chạy trong khung dây đặt trong từ trường sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm khung dây quay. - phương trình đặc tính cơ điện của động cơ: - phương trình đặc tính cơ của động cơ: Từ phương trình cho ta thấy đường đặc tính cơ của ĐCĐMC là đường tuyến tính nên việc điều chỉnh tốc độ là rộng và trơn. 2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ từ đó đưa ra phương án thiết kế nguồn cung cấp Các phương pháp điều khiển động cơ: Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ. Đối với phương pháp này (biến trở) chỉ tạo ra được những tốc độ động cơ thấp hơn tốc độ động cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ.Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để , giảI điều chỉnh phụ thuộc vào mômen tải , độ chính xác duy trì tốc độ không cao , độ tinh điều chỉnh kém. Điều chỉnh điện áp mạch kích từ (điều chỉnh từ thông) Đối với phương pháp này khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm theo biểu thức: β=(kf)2/Rư còn tốc độ không tải lí tưởng thì tăng theo quan hệ w=U/kf do đó sai số tĩnh tăng tỉ lệ nghịch với từ thông như vậy độ chính xác duy trì không cao . Phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp , công suất mạch điều khiển nhỏ và tổn thất năng lượng không nhiều , có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo được những đặc tính tốt. Tuy nhiên giải điều chỉnh không rộng , thông thường D=1,5 các động cơ đặc biệt khác có D=4á8 nhưng loại này to và đắt . Điều chỉnh điện áp nguồn Phương pháp này là phương pháp được đánh giá tốt vì: - Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để , có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kì vùng tải nào,kể cả khi không tải lí tưởng. - Đặc tính cơ tuy mềm hơn đặc tính tự nhiên nhưng cứng hơn các đặc tính biến trở ,phân mạch … - Đảm bảo sai số nhỏ , khả năng quá tải lớn , giải điều chỉnh rộng và tổn thất ít - Mạch điều chỉnh công suất nhỏ , thao tác nhẹ nhàng có khả năngcải thiện hệ thành tự động vòng kín. Từ ba phương pháp trên ta thấy phương pháp (3) là phương pháp khả thi nhất trong việc điều khiển ĐCĐMC theo yêu cầu của đồ án. Cần có bộ biến đổi để cung cấp điện cho mạch phần ứnghoặc mạch kích từ của động cơ. Có hai loại bộ biến đổi cho đọng cơ điện một chiều là bộ chỉnh lưu có điều khiển và bộ biến đổi xung áp một chiều (băm xung một chiều) Tuy nhiên bộ biến đổi xung áp một chiều cần có thêm bộ chỉnh lưu để chỉnh lưu dòng xoay chiều nên bộ biến đổi này phức tạp giá thành cao . Trong yêu cằu của đồ án môn học ta không chọn sơ đồ này và sẽ sử dungh sơ đồ chỉnh lưu trisistor - động cơ để thiết kế nguownf cung cấp cho ĐCĐMC * Động cơ điện một chiều làm việc với điện áp nguồn cung cấp ở đây chỉ có dòng xoay chiề ba pha 380/220 V , vì thế để cung cấp điện cho động cơ ta phảI tạo ra bộ chỉnh lưu có điều khiển ba pha * Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển ba pha có các loại sau : Chỉnh lưu tia ba pha Chỉnh lưu cầu ba pha Chỉnh lưu 6 pha hình tia Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng Do yêu cầu thiết kế cũng như công nghệ để mạch lực đơn giản và gọn nhẹ sẽ không dùng loại sơ đồ Chỉnh lưu 6 pha hình tia và Chỉnh lưu 6 pha cuộn kháng cân bằng 2.3 Các sơ đồ chỉnh lưu 2.3.1. Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha Hình 2.1 Chỉnh lưu 3 pha với góc mở a = 300 Các van thay nhau dẫn với góc l = 1200 Giá trị điện áp ra tải : Ud = Ud0. cosj = 1,17 U2 . cosj Dòng điện trung bình qua tải : Id = (dòng phẳng) Dòng trung bình qua mỗi van : IT = Id/ Điện áp ngược max mỗi van: Unm = U2 = 2,45 U2 Công suất máy biến áp : S = 1,35 Pd = 1,35 Ud.Id 2.3.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha - Giá trị điện áp trung bình chỉnh lưu : Ud0 = 2,34U2 cosa - Dòng điện trung bình qua tải : Id = - Dòng điện trung bình qua van : IT = - Dòng thứ cấp MBA : I2 = 0,816 Id - Công suất MBA : S = 1,05 Pd - Hệ số đập mạch chỉnh lưu : kV = 0,057 - Khi Xa ạ 0 sụt áp do trùng dẫn gây ra: DUg = Thời điểm mở q0 Van dẫn 60á120 T1,T6 dẫn 120á180 T1,T2 dẫn 180á240 T2,T3 dẫn 240á300 T3,T4 dẫn 300á360 T4,T5 dẫn 360á420 T5,T6 dẫn 2.3.3 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng - Trị số điện áp chỉnh lưu : Ud = (1+cosa) - Hệ số đập mạch phụ thuộc vào góc a - Số lần đập mạch trong một chu kỳ phụ thuộc vào góc a * Phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ : Sơ đồ hình tia ba pha : Do số lượng Trisistor ít (3) nên việc điều khiển đóng mở dễ . Tuy nhiên chất lượng điện áp ra tải không tốt , làm mất đối xướng nguồn , hệ số công suất máp biên áp nhỏ , khi chế tạo máy biến áp động lực loại này thứ cấp phải nối Y có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì chịu dòng điện tải . Sơ đồ cầu 3 pha đối xứng : Điện áp chỉnh lưu bằng phẳng hơn , có hệ số sử dụng máy biến áp cao , có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu . Tuy nhiên số lượng van điều khiển gấp đôi so với chỉnh lưu 3 pha hình tia và cầu 3 pha không đối xứng. Sự mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha gây khó khăn cho việc vận hành và sử chữa Sơ đồ cầu 3 pha không đối sứng: Đối với chỉnh lưu cầu 3 pha không đối sứng việc điều khiển đơn giản hơn chỉnh lưu cầu 3 pha đối sứng vì chỉ có 3 van điều khiển . Chất lượng điện áp tốt hơn chỉnh lưu 3 pha hình tia , hệ số sử dụng máy biến áp cao . Tuy nhiên đấy là sơ đồ phức tạp , độ đập mạch phụ thuộc vào góc mở lớn , không chạy được ở chế độ nghịch lưu và cũng không dùng trong các mạch chỉnh lưu cần đảo chiều dòng điện ra tải. Qua phân tích trên và để phù hợp với đồ án ta chọn sơ đồ cầu 3 pha đối xứng Chương III tính toán mạch chỉnh lưu 3.1 Tính toán bộ nguồn chỉnh lưu cho phần ứng ĐCĐ Theo yêu cầu đồ án dòng và áp rai tải của động cơ phần ứng: Ud = 220 V Id = 160 A 3.1.1 Tính chọn sơ bộ trisistor Điện áp ngược lớn nhất mà trisistor phảI chịu : Unmax = knv .U2 = knv . Trong đó : knv -hệ số điện áp nguồn knv = ktt - hệ số điện áp tải ktt = Unmax = 220. = 230,4 V Điện áp ngược van cần chọn : Unv = kdu . Unmax = 1,8 . 230,4 = 414,72 V trong đó kdu là hệ số dự trữ điện áp lấy kuv = 1,8 Dòng đện của van tính theo dòng hiệu dụng : Iv = = =80,33 A Dòng điện dịnh mức của van cần chọn : Iđm = ki . Iv = 3,2 . 80,33 = 258,656 A Trong đó ki là hệ số dự trữ dòng điện lấy ki = 3,2 Chọn van T304RA60 có các thông số sau : Điện áp ngược cực đại của van : Un = 600 (V) Dòng điện định mức của van : Iđm =300 (A) Đỉnh xung dòng điện :Ipik =8500 (A) Dòng điện của xung điều khiển : Iđk =0,15 (A) Điện áp của xung điều khiển : Uđk =3,0 (V) Dòng điện rò : Ir =30 (mA) Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : DU = 1,6 (V) Tốc độ biến thiên điện áp : =200 (V/ms) Tốc độ biến thiên dòng điện :=180 (A/ms) Thời gian chuyển mạch : tcm = 80 (ms) Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax=125 oC 3.1.2 Tính toán MBA chỉnh lưu Do công suất nhỏ chỉ vàI chục kVA nên MBA sẽ thiết kế kiểu đấu D/Y để giảm tiết diện dây dẫn lần đồng thời tăng số vòng dây lên lần . Sơ đồ được biểu diễn trên hình 8 -17 dưới đây : 1-Tính công suất của máy biến áp : S = Ks . Pd = 1,05 . 220 . 140 = 22340 VA 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% .400 = 24 (V) Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có : Ud0 === 240(V) Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp : U2= == 102,56 (V) 4-Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp : I2 === 114,31 (A) 5-Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = KbaI2 = .I2 = . 114,31 = 30,85 (A) *)Tính sơ bộ mạch từ (Xác định kích thước bản mạch từ) 6-Tiết diện sơ bộ trụ .QFe =kQ . Trong đó : kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát ,lấy kQ = 6 . m là số trụ của máy biến áp f là tần số xoay chiều , ở đây f = 50 (Hz) Thay số ta được :QFe=6 . = 73,22 (cm2) 7-Đưòng kính trụ :d = = = 9,65 (cm) lấy d = 10 (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= = 2,5 , suy ra h = 2,5 . d = 2,5.10 = 25 (cm) *)Tính toán dây quấn . 10- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp . W1== = 233,77 (vòng) Lấy W1= 234 vòng 11- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp : W2 = .W1=.234 = 63,155 (vòng) Lấy W2= 63 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) Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp . S1 = = = 11,22 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật ,cách điện cấp B a1 = 2,1 mm b1 = 5,9 mm khi đó S1cđ = a1.b1= 2,1.5,9 = 11,9 (mm2) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp : J1= = = 2,59 (A/mm2) Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp . S2 = = = 41,56 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật ,cách điện cấp B . Chọn a2 = 4,7 mm b2 = 9,3 mm Khi đó S2cđ = a2.b2 = 4,7.9,3 = 42,8(mm2) và J2= = 2,67 (A/mm2) *)Kết cấu dây dẫn sơ cấp và thứ cấp : Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục 13- Tính sơ bộ số vòng dây tren một lớp của cuộn sơ cấp và thứ cấp: W11= . kc=.0,95 = 35 (vòng) W12= = = 21,56 (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 , lấylà 1,5 cm . 14- Số lớp dây ở cuộn sơ cấp và thứ cấp: n11= = = 6,68 (lớp) n12= = = 3 (lớp) Chọn số lớp cuộn sơ cấp n11=7 lớp .Như vậy có vòng chia thành 7 lớp ,chọn 6 lớp đầu vào có 28 vòng ,lớp thứ 7 có 30 (vòng) Số lớp cuộn thứ cấp n12=3 16- Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp và thứ cấp: h1= h2 = = = 21,11 (cm) Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01= 0,1 cm. Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp và thứ cấp a01= 1,0 cm . 17- Đường kính trong của ống cách điện sơ cấp Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =10+ 2.1 – 2.0,1 = 11,8 (cm) 18- Đường kính trong của cuộn sơ cấp . Dt1= Dt + 2.S01=11,8 + 2.0,1= 12 (cm) Chọn bề dầy giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11= 0,1 mm 19- Bề dầy cuộn sơ cấp . Bd1= (a1+cd11).n11= (2,1 + 0,1).7 = 1,76 (cm) 20- Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp . Dn1= Dt1+2.Bd1=13 + 2.1,76= 15,52 (cm) 21- Đường kính trong của cuộn thứ cấp. Dt2 = Dn1+ 2.a12 = 15,52 + 2.1 = 17,52 (cm) 22- Bề dầy cuộn thứ cấp . Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,47 + 0,01).4 = 1,44 (cm) 23- Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 17,52 + 2.1,44 = 20,4 (cm) 24- Đường kính trung bình của cuộn sơ và thứ cấp : Dtb1= == 13,76 (cm) Dtb2= = = 18,96 (cm) 25- Chiều dài dây quấn sơ và thứ cấp : l1 = W1.p.Dtb= p.234.13,76 = 101,05 (m) l2 = p.W2.Dtb2 = p.63.18,96 = 37,53 (m) 26- Đường kính trung bình các cuộn dây . D12= = =16,36 (cm) r12= = 8,18 (cm) 27- Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp :a22= 2 (cm) *) Tính các thông số của máy biến áp . 28- Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0 C . R1= r.= 0,02133. = 0,181 (W) 29- Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C . R2= r.= 0,02133. = 0,0187 (W) 30- Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp . RBA = R2 + R1= 0,0187 + 1,49 =0,02 (W) 31- Sụt áp trên điện trở máy biến áp . DUr = RBA.Id = 0,02 . 140 = 2,8 (V) 32- Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp . XBA= 8 .p2.(W)2..w.10-7 = 8 .p2.632..314.10-7 = 0,084(W) 33- Điện cảm máy biến áp qui đổi về thứ cấp . LBA = = = = 0,268 (mH) 34- Sụt áp trên điện kháng máy biến áp . DUx = XBA.Id = 0,084.140 = 11,23 (V) Rdt =.XBA = 0,168 (W) 35- Sụt áp trên máy biến áp . DUBA= = 11,57 (V) 36- Điện áp trê động cơ khi có góc mở amin= 100 U= Ud0.Cosamin - 2.DUV - DUBA = 240.cos100 – 2.1,6 – 11,57 =221,6 (V) 37- Tổng trở ngắn mạch. ZBA = = = 0,195 (W) 38- Tổn hao ngắn mạch. DPn = 3.RBA .I2 = 3.0,085.64,842 = 1176 (W) 39- Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ . P0 = 1,3.nf . (MT.BT2+Mg.Bg2) = 1,3.1,15.(48,21.1,0942+93,752.0,882) Po = 200 (W) DP % = .100 = 0,58 % 40- Dòng điện ngắn mạch xác lập . I2nm= = = 556,12 (A) 3.1.3 Kiểm tra lại điều kiện chọn van Điện áp ngược van phảI thoả mãm điều kiện : Unv = k . U2 Sau khi tính toán máy biến áp ta có : U2 = = = 112,5 V K = knv .kdu = = 4,41 Unv = 4,41.112,5 = 496 V Do van chọn có Un = 600 V >496 V nên van đã chọn thoả mãn. 3.1.4 Xác định cuộn cảm lọc a . xác định góc amax Khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài càng lớn đập mạch điện áp làm cho dòng điện tăng lên gây xấu chế độ chuyển mạch vành góp và dòng ra tải ,gây tổn hao động cơ . Vì vậycần thiết kế cuộn khánh lọc đủ lớn để Im Ê 0,1 Imax và điện kháng còn được tính khi góc mở a = amax Góc mở cực tiểu amin = 100 là góc mở dự trữ khi điện áp lưới tụt xuống Với a = amin thì Udmaxx = Uđm = Ud0 cosamin Với a = amax thì Udmin = Ud0 cosmax đ a = arccos do D = = đ Ud min = = = Thông thường động cơ có hiệu suất h = 80 á 85% Nên điện trở phần ứng Rư = 0,5(1-h) nằm trong khoảng 0,12 á 0,14 W Thay số Ud min= Ud min= 44,33 (V) Thay số vào (4.3) ta được amax = arcos = arcos = 77,310 b . Tính toán cuộn cảm lọc Cuộn kháng lọc ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao , còn tác dụng hạn chế dòng gián đoạn. Công thức tính điện kháng toàn mạch : L r = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp . Trong đó U1m = 2. k - bậc của thành phần sóng hài U1m = 2. = 80,332 V Ud L D Thay số : L = = 5,15 (mH) Điện cảm mạch phần ứng đã có : Lưc = Lư+ 2.LBA Điện cảm cuộn kháng lọc . Lk = L - Lưc Tính ra Lk trong khoảng 2 á 3 mH Chọn Lk = 3 mH 3.2 Tính toán mạch chỉnh lưu cho phần kích từ Do yêu cầu của đồ án không điều chỉnh tốc độ trên phần mạch kích từ nên để có chất lượng điện áp tốt , hiêu suất dùng máp biến áp cao và giá thành rẻ ta dùng chỉnh lưu cầu điôt thông qua MBA để cung cấp điện cho phần mạch kích từ. 3.2.1 Chọn sơ đồ chỉnh lưu Do phần mạch kích từ yêu cầu công suất nhỏ , mặt khác điện cảm rơi trên cuộn dây roto lớn nên để tăng độ tin cậy và giảm chi phí cho MBA ta cung cấp điện cho mạch kích từ từ nguồng một pha qua chỉnh lưu cầu . Sơ đồ nguyên lí : Rkt Lkt D1 D4 D2 D3 U2f Điện áp trên tải : Ud = 0,9 U2 Dòng điện trung bình qua van : IV = Trị số dòng điện áp thứ cấp MBA I2 = 1,11 Id Công suất MBA : S = 1,23 Pd Dòng và áp yêu cầu trên mạch kích từ : Ukt = 220 V Ikt = 15 A điện áp sụt trên hai điôt khoảng 2 V Điện áp chỉnh lưu không tải là : Ud0 = 220.1,23 + 2 = 272,3 v Trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp MBA : U2 = = 303 V Tỉ số máy biến áp : m = = 0,726 Điện áp ngược lón nhất mà mỗi điôt phải chịu : U1m = 1,41 U2 = 427,23 V Dòng điện trung bình chảy qua điôt : IV = = 7,5 A Trị hiệu dụng của dòng chảy trong mỗi pha thứ cấp : I2 = 1,1.1Id = 16,65 A Trị hiệu dụng của dòng chảy trong mỗi pha sơ cấp : I1 = I2 / m = 22,93 A 3.2.2 Chọn điôt chỉnh lưu có hệ số dự trữ về điện áp : ku = 1,6 có hệ số dự trữ về dòng điện : kv = 1,2 Chọn điôt chịu điện áp ngược 1,6 . 427,23 = 757,17 V và chịu được dòng trung bình I = 1,2 . 7,5 = 9 A Ta chọn 6 điôt chỉnh lưu loại B-20,1000V 3.2.3 Tính chọn máy biến áp công suất biểu kiến máy biến áp : S2 = 303 . 16,65 = 5044 kVA S1 = 220 . 22,93 = 5045 kVA Do đó S = 5045 kVA Chọn mạch từ 2 trụ ,tiết diện của mỗi trụ : Q = 35,51 cm2 Mạch từ dùng tôn Silic tổn thất 1,3W/kg có từ cảm Bm = 1,1 T Số vòng dây sơ cấp n1 = 302 vòng Số vòng dây thứ cấp n2 = 72 vòng Đường kính dây sơ cấp : d1 = 1,95 mm Đường kính dây thứ cấp : d2 = 3,16 mm Bề dày của dây quấn sơ cấp : e1 = 7,65 mm Bán kính trung bình dây sơ cấp: r1 = 5,6 cm Chiều dài dây quấn sơ cấp : l1 = 87,48 m Điện trở ở nhiệt độ 750 R1 = 0,548 W Bề dày của dây quấn thứ cấp : e2 = 8,2 mm Bán kính trung bình dây thứ cấp: r2 = 7,2 cm Chiều dài dây quấn thứ cấp : l2 = 31,6 m Điện trở ở nhiệt độ 750 R2 = 0,0231 W Điện trở quy đổi về phía thứ cấp : R = 0,034 W Điện kháng quy đổi về phía thứ cấp : X = 0,064 W Điện áp rơi trên điện trở : DUr = 3,78 V Điện áp rơi trên điện kháng : DUk = 2,45 V Điện áp chỉnh lưu khi đầy tải U = 223 V Tổn thất sắt từ có sét đến 15% tổn thất phụ : P = 78,7 W Hiệu suất chỉnh lưu : h = 95,56 % Tổng trở ngắn mạch : Z2 = 0,096 W Dòng điện ngắn mạch : I2nm = 657 A Do điện cảm trong phần mạch kích từ khá lớn nên không cần thiết kế bộ lọc cho phần mạch kích từ. Chương IV thiết kế mạch điều khiển 4.1 Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển 4.1.1 Nguyên tắc Điều khiển Tristor hiện nay thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính , nội dung như sau : Khi điện áp xoay chiều đặt vào anot của Trisistor . Để mở góc a trong vùng điện áp anot ta tạo ra một điện áp tựa dạng tam giác gọi là điện áp răng cưa Urc trong vùng dương của anot . Dùng một điện áp một chiều Uđk so với điện áp tựa . Tại thời điểm (t1, t4) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển thì cho phát xung điều khiển xđk mở trisistor 4.1.2 Sơ đồ khối Nhiệm vụ : Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc dạng răng cưa trùng pha với điện áp anot của trisistor Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển để phát xung ở đầu ra đưa đến bộ khuếch đại . Khâu khuếch đại có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở trisistor . Yêu cầu : tạo xung có sườn dốc thẳng đứng , đủ độ rộng với độ rộng lớn hơn thời gian mở của trisistor , đủ công suất , cách li giữa mạch lực và mạch điều khiển. 4.2 Tính toán mạch điều khiển 4.2.1 Mạch khuếch đại xung Sơ đồ mạch khuếch đại xung : Hoạt động của sơ đồ như sau : Tín hiệu vào ue là tín hiệu logic . Khi ue bằng “1” thì transistor T mở bão hoà khi ue = “0” ,T khoá lại . Điện trở R1 hạn chế dòng colector D1 hạn chế điện áp ngược trên trên các cực colector-emitor của T D2 không cho xung âm có thể có khi T khoá D3 có tác dụng giảm áp ngược đạt trên trisistor Tính chọn các thiết bị : 1. Chọn máy biến áp xung Do trisistor lựa chọn có thông số : Điện áp điều khiển : 3 V Dòng điều khiển : I = 0,15 A Thời gian mở : tcm = 75 ms Chọn máy biến áp xung IT234 có thông số : Tỉ số biến áp : m = 3 Diện tích đặc trưng cho độ rộng xung : 300 Vms Điện trở tải phía thứ cấp : 40 W Điện trở dây quấn sơ cấp : 0,6 W Điện trở dây quấn thứ cấp : 0,6 W Điện áp cuộn thứ cấp MBA xung : U2 = Uđk = 3 V Điện áp điều khiển đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung : U1 = m . U2 = 9 V Dòng điện thứ cấp MBA xung : I2 = Iđk = 0,15 A Dòng điện sơ cấp MBA xung : I1 = I2 /m = 0,05 A Chọn điện trở R , điot D và transistor T : Điện áp rơi trên điện trở khi T thông : UR1 = Ucc - UBAX = 12 -9 = 3 V R1 = = = 60 W Chọn R2 theo điều kiện : R2 Ê trong đó = = 1 mA đ R2 Ê = 12 kW Chọn R2 = 10 kW - Tất cả điot trong mạch điều khiển đều dùng loại 1N4009 có các thông số: + Dòng điện định mức : Idm = 10 (A) + Điện áp ngược lớn nhất : UN = 25 (v), + Điện áp để cho điôt mở thông : Um = 1 (v) - Chọn Tranzitor công suất loại Tr3 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số: Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn là Si . Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch Emito: UCBO =40(v) Điện áp giữa Emito và Bazơ khi hở mạch Colecto: UEBO =4(v) Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chịu đựng : Icmax = 500 (mA). Công suất tiêu tán ở colecto : Pc =1,7 (w) Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1 =1750 C Hệ số khuếch đại : b =50 Dòng làm việc của colecto : Ic3 = I1 =50 (mA). Dòng làm việc của Bazơ : IB3 = Ic3 /b = 50/50 = 1 mA 4.2.2 Mạch so sánh Đối với sơ đồ điều khiển trisistor , để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng lượng xung kích mở nhằm bảo đảm trisistor mở chắc chắn người ta hay phát xung chùm cho các trisistor . Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuếch đại ta chèn thêm một cổng “và” với tín hiệu vào từ bộ so sánh “và” , tín hiệu phát xung chùm như h 3.2 Sơ đồ mạch so sánh như hình 3.3 * Lựa chọn thiết bị : Dùng khuếch đại thuật toán chọn IC TL084 của hãng TexasIntrument có thông số : Điện áp nguồng nuôi : VCC = 18 V , lấy VCC = 12 V Hiệu điện thế giữa 2 đầu vào : ± 30 V Dòng điện đầu ra : 30 pA Đối với mạch tạo xung chùm : 12V 0,01mF 0,1mF Mạch tạo xung là bộ Timer 555 (TCL555) CMOS của Texasinstrument Có Vcc = 12 V Tần số dao động là : f = Ta cần chùm xung có tần số f = 12 kHz , khi đó : T = = 83,33 ms Chọn C1 = 0,001mF C2 = 0,1 mF đ Ra + 2Rb = 120 kW chọn Ra = Rb = 40 kW 4.2.3 Tính chọn khâu đồng pha +12V a .Sơ đồ : b.Nguyên lý : Điện áp vào hình sin trùng pha với điện áp anot của trisistor cần điều khiển qua khuếch đại thuật toán A1 được xung chữ nhật đối sứng Phần dương của điện áp chữ nhật qua D tới A2 tích phân thành điệ áp tựa Urc . Điện áp âm T mở A2 bị ngắn mạch Urc = 0. c. Chọn các thiết bị : Diot dùng loại 1N4009 có các thông số: + Dòng điện định mức : Idm = 10 (A) + Điện áp ngược lớn nhất : UN = 25 (v), + Điện áp để cho điôt mở thông : Um = 1 (v) + Sụt ap trên diot : UD = 0,7 V Chọn điện trở R1 = R3 = 10 kW +Un Uc t +Un Uc t 12V T Điện áp trên tụ C tính theo công thức : UC = IC = - = = 1,13 ms đ UC = = Yêu cầu cần UC 12 V t =10ms Khi đó tính được C = 0,94 mF Chọn C = 0,95 mF Chọn Tranzitor công suất loại Tr3 loại 2SC9111 có các thông số như đã trình bày ở trên. R2 chọn theo điều kiện : : R2 Ê trong đó = = 1 mA đ R2 Ê = 12 kW chọn R2 = 10 kW Chương V ổn định tốc độ và chống quá tảI 5.1 Xác định phạm vi giá trị Uđk Ta có : Uđk = .Ucm Khi đó : Uđk min = Ucm = .5 = 1,111 V Uđk max = Ucm =.12 = 2,981 V Vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ là điều chỉnh giá trị Uđk trong khoảng 1,111á2,981 V 5.2 ổn định tốc độ và chống quá tảI 5.2.1 Sơ đồ khối Bộ khuếch đại có đầu ra giới hạn A1 Bộ khuếch đại sai lệch dòng điện A2 Mạch điều khiển Chỉnh lưu phản hồi tốc độ phản hồi dòng điện chuẩn chỉnh tốc độ Máy phát tốc U0 U1 U1 U0 5.2.2 Sơ đồ khâu A1,A2 Trong đó Uw, Ui là tín hiệu phản hồi tốc độ và dòng điện . Tín hiệu Uw được so sánh với tín hiệu đặt Uđặt qua bộ khuếch đại A1 .Tín hiệu từ A1 qua bộ ngưỡng đưa tới đầu (+) của A2 và so sánh với Ui đưa ra tín hiệu Uđk thông qua A2. Uw Uđặt R1 R3 R2 R4 A1 R5 Ui R6 R7 Un Un Ux R9 R10 C A2 Uđk R8 Chọn giá trị của các linh kiện: R1 = R2 = 10k R6 = R7 = 100k R3 = R4 = 100k R8 = R6//R7 = 50 k R5 = 30k C = 10 mF R9 = R10 = 10 k Nguồn Un = 10 v A1 , A2 là khuếch đại thuật toán TL084 nguồn cung cấp Vcc = ±12 V Khi đó hệ số khuếch đại của A1 , A2 là: k1 = 5 ; k2 = 0,25 và Uv = 10(Uđặt - Uw) Uđk = 0,5(Uv + Ui) 5.2.3 Chọn máy phát tốc Lựa chọn máy phát tốc một chiều , trục của máy được gắn với động cơ có điện áp ra tỉ lệ với tốc độ : U = kw . w Chuẩn điện áp ra của máy là 250V khi tốc độ định mức , điều chỉnh biến trở Rt để điện áp ra phản hồi về là 10V. 5.2.4 Chọn máy biến dòng Điện áp Ui trên biến trở R tỉ lệ với dòng điện tải . Điều chỉnh biến trở đưa ra điện áp Ui = 4 V ứng với dòng điện Id = 140 V(dòng ra tải) 5.2.5 Tính phạm vi chỉnh Uđặt Với tốc độ định mức: Uđk min = 2,667 V ; Uw = 10 V ; Ui = 4 V đ Uv + Ui = = = 4,444 V đ Uv = 4,444 - 4 = 0,444 V đ Uđặt - Uw = = = 0,0888 V đ Uđặt = 10 + 0,888 =10,0888 V Với tốc độ thấp nhất : Uđk max = 2,891 V ; Uw = 10/20 = 0,5 V ; Ui = 4 V đ Uv + Ui = = = 11,924 V đ Uv = 11,924 - 4 = 7,294 V đ Uđặt - Uw = = = 2,0848 V đ Uđặt = 0,5 + 1,0308 = 1,5308 V Vậy phạm vi điều chỉnh Uđặt là 10,0888 V á 2,0848 V 5.3 khâu chống mất kích từ Do yêu cầu đồ án là khi mất kích từ thì sẽ ngừng cung cấp điện cho phần ứng nên ta sẽ sử dụng phần tử ghép quang để cắt mạch phần ứng khi không có dòng kích từ. Sơ đồ : Phần tử ghép quang gồm 2 mạch : + Mạch phát sáng , thường dùng LED + Mạch nhận biết tia sáng thường là photpho-transistor Nguyên lý : Khi có điện áp kích từ từ mạch chỉnh lưu , Đ thông phát quang làm T thông làm cho mạch phần ứng thông và ngược lại. Để lấy tín hiệu từ mạch lích từ ta nối nối tiếp vào kích từ một điện trở có giá trị 1W , sau đó nối song song điện trở 5kW thông qua chân 1,2 của diot phát quang . Dòng đi qua diot khoảng 3mA . Phần nhận biết ánh sáng được nối với nguồn 12V và một điện trở hạn chế dòng. Lấy điện áp trên R kết hợp với tín hiệu từ trigơ JK của mạch điều khiển qua bộ NAND đưa vào mở Transistor của sơ cấp MBA xung. Tài liệu tham khảo 1.Nguyễn Bính -Điện tử công suất 2. Phạm Quốc Hải , Dương Văn Nghi -Bài tập điện tử công suất 3. Bùi Quốc Khánh , Nghuyễn Văn Liễn , Nguyễn Thị Hiền -Truyền Động Điện 4 .Giáo trình Điện tử tương tự , số - bộ môn Đo Lường và Tin Học Công Nghiệp 5. Phạm Quốc Hải -Hướng dẫn thiết kế đồ án ĐTCS 6.Trường ĐHSPKT Hưng Yên -Giáo trình ĐTCS