BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Họ tên sinh viên : Nông Văn Tùng Mã sinh viên : 1911505510237 Lớp HP : 221DADTDCS2001 GVHD : T.S Phạm Thanh Phong Đà Nẵng, tháng năm 2022 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện-Điện tử Độc lập - Tự - Hạnh phúc -o0o - -o0o - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Họ tên sinh viên: Nơng Văn Tùng Lớp: 221DADTCS2001 GVHD: Phạm Thanh Phong 1.Tên đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập Các số liệu ban đầu: Nguồn điện lưới xoay chiều pha 220/380V Động điện chiều kích từ độc lập: Pđm= 15 KW; Uđm=220 V; nđm= 1560 vg/ph; ηđm= 0,83; J= 0,4 kgm2 Hệ số dự trữ điện áp: Ku= 1,5 ÷ 1,8 Hệ số dự trữ dịng điện: Ki= 1,1 ÷ 1,4 Nội dung: Chương 1: Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điều chỉnh tôc độ động cơ; phương pháp điều chỉnh tôc độ động cách thay đổi điện áp phần ứng Chương 2: Lý thuyết chỉnh lưu cầu ba pha Chương 3: Thiết kế tính chọn phần tử mạch động lực Chương 4: Thiết kế tính chọn phần tử mạch điều khiển Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận Bản vẽ: (A1) Bản vẽ tổng thể gồm sơ đồ nguyên lý mạch động lực, mạch điều khiẻn bảo vệ Tài liệu tham khảo: Các tài liệu môn học Kiểm tra tiến độ đồ án (Giáo viên HD ký lần SV đến gặp thông qua đồ án) Đà Nẵng, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG I Tổng quan động điện chiều kích từ độc lập: Khái niệm:  Là loại máy điện quay sử dụng điện chiều Động điện chiều thiết bị biến đổi điện thành Máy điện chiều làm việc chế độ động E < U, lúc dịng điện Iư ngược chiều với E Động chiều dùng phổ biến công nghiệp, ngành giao thông vận tải nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng Trong phân tích hệ thống truyền động, thường biết trước đặc tính M c(ω) máy sản xuất Đạt trạng thái làm việc với thông số yêu cầu tốc độ, mô men, dịng điện động cơ,…cần phải tạo đặc tính nhân tạo động tương ứng Mỗi động có đặc tính tự nhiên xác định số liệu định mức sử dụng loạt số liệu cho trước Phương trình đặc tính động điện viết theo dạng thuận M = f(ω) hay dạng ngược ω = f(M) Cấu tạo hoạt động: 2.1 Cấu tạo: Gồm có phần Stato Roto 2.1.1 Stato: Stato cịn gọi phần cảm gồm có lõi thép thép đúc mạch từ vừa vỏ máy, có cực từ chính, cực từ phụ dây quấn kích từ 2.1.2 Rơto: Roto máy điện chiều (phần ứng) gồm có lõi thép, dây quấn phần ứng cổ góp SVTH: Nơng Văn Tùng Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong Hình 1.1 Cấu tạo động điện chiều 2.2 Nguyên lý hoạt động:  Khi ta cho dòng điện chiều vào chổi than dịng điện vào dẫn cực N dẫn cực S nên tác dụng từ trường sinh moment có chiều khơng đổi làm quay máy Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái  Bộ phận chỉnh lưu ( chổi than cổ góp ) đảo chiều dịng điện sau nửa vòng quay Kết phần bên trái cuộn dây dịng điện ln phía sau phần bên phải cuộn dây dịng điện ln phía trước nên moment lực tạo hướng chiều quay  Khi động làm việc, dây dẫn phần ứng chuyển động từ trường phần cảm nên chúng lại xuất suất điện động cảm ứng, sinh dòng cảm ứng ngược chiều với dòng điện đưa vào phần ứng Vì sức điện động cảm ứng cịn gọi sức phản điện Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động Động điện chiều Đặc điểm: SVTH: Nông Văn Tùng Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong  Nguồn cấp cho phần ứng kích từ độc lập  Khi nguồn có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mắc kích từ song song với phần ứng, lúc động gọi động điện chiều kích từ song song Ở động kích từ song song coi kích từ độc lập nên ta coi hai động  Ở động điện chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ khởi động từ cấp điện từ nguồn điện tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn ứng Ở động điện chiều kích từ song song cuộn kích từ cuộn ứng cấp điện nguồn Trường hợp mà nguồn điện có công suất lớn nhiều so với công suất tính chất động tương tự động kích từ độc lập Hình 1.3 Sơ đồ nối dây động điện chiều a) Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập b) Sơ đồ nối dây động kích từ song song Phương trình đặc tính: 4.1 Phương trình cân điện áp : Uư =Eư +(Rư +Rf).(Iư ) Trong đó: Uư – Điện áp phần ứng (V) Rư = rư + rcf + rcb + rct – Điện trở phần ứng động (Ω) Bao gồm: rư – Điện trở cuộn dây phần ứng; rcf – Điện trở cực từ phụ; rcb – Điện trở cuộn bù (nếu có); rct – Điện trở tiếp xúc chổi than cổ góp rcf Rf – Điện trở phụ mạch phần ứng (Ω) SVTH: Nông Văn Tùng Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong Iư – Dòng điện mạch phần ứng (A) Eư – Sức điện đồng phần ứng động (V) Được xác định theo công thức: Trong đó: K Eư = K Ф ω = hệ số cấu tạo động Với: p – Số đơi cực từ N – Số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a – Số mạch nhánh đấu song song cuộn dây phần ứng Ф– Từ thơng kích từ cực từ (Wb) Phương trình đặc tính cơ: =Momen điện từ động tỷ lệ với từ thơng Ф dịng điện phần ứng Iư: M = KФIư 4.2 Phương trình đặc tính điện: Từ phương trình chính, cơng thức tính sức điện động, công thức thể mối quan hệ momen điện từ dòng điện phần ứng Iư Ta phương trình đặc tính điện: ω = – Iư Phương trình biểu thị quan hệ tốc độ ω hàm momen M gọi phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Nếu dùng đơn vị tốc độ vịng/phút phương trình đặc tính trở thành: n= n = 9,55 a) Tốc độ góc định mức: = 2.nđm KФđm = b) Tốc độ động cơ: ω = - ∆ω = - Iư = -.Iư  Từ phương trình đặc tính động điện chiều =SVTH: Nông Văn Tùng Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong  Ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động điện chiều thực cách thay đổi đại lượng Rư ,U,   Điều khiển tốc độ nội dung truyền động điện tự động nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ máy sản xuất Để đánh giá chất lượng hệ thống truyền động điện thường vào số tiêu sau:  Sai số tốc độ: Sai số tĩnh tốc độ đại lượng đặc trưng cho độ xác trì tốc độ đặt đánh giá thơng qua: S%=x100 Mong muốn: sai số đ =  s% nhỏ tốt  Tính liên tục( độ trơn dải điều chỉnh)  = i + 1/i i +  i : hệ thống điều khiển liên tục i +  i : hệ thống điều khiển nhảy cấp Mong muốn   1: hệ truyền động làm việc ổn định giá suốt dải điều chỉnh  Dải điều khiển tốc độ Dải điều khiển tốc độ ( D) tỉ số giá trị lớn giá trị nhỏ tốc độ làm việc ứng với mômen tải cho: D= Mong muốn D lớn tốt Ngoài tiêu khác như: tiêu kinh tế, kích thước Đường đặc tính đặc tính điện: Từ phương trình đặc tính cơ-điện phương trình đặc tính cơ, với giả thiết phần ứng bù đủ f = const vẽ đặc tính cơ-điện đặc tính đường thẳng a) b) hình 1.4 Đường đặc tính a) Đường đặc tính cơ-điện ĐCĐ chiều kích từ độc lập SVTH: Nông Văn Tùng Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong b) Đường đặc tính ĐCĐ chiều kích từ độc lập II Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: Điều chỉnh R phần ứng cách mắc điện trở phụ Rf : - Nguyên lý điều khiển Trong phương pháp người ta giữ ; nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng  Tốc độ động cơ: ω = - ∆ω = - Iư = -.Iư (Rn) Rf1 Rf1 + Rf2 Hình 1.5 Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện trở mạch phần ứng  Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng:  Độ cứng đặc tính cơ: Ta thấy điện trở lớn  nhỏ nghĩa đặc tính dốc mềm  Khi Rf =0 độ cứng đặc tính tự nhiên: có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất đường đặc tính có điện trở phụ Như vậy, ta thay đổi Rf ta họ đặc tính thấp đặc tính tự nhiên  Đặc điểm phương pháp  Điện trở mạch phần ứng tăng độ dốc đặc tính lớn, đặc tính mềm, độ ổn định tốc độ sai số tốc độ lớn  Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức ( cho phép thay đổi tốc độ phía giảm)  Chỉ áp dụng cho động điện có cơng suất nhỏ, tổn hao lượng điện trở phụ làm giảm hiệu suất động thực tế thường dùng động điện cần trục  SVTH: Nông Văn Tùng Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong  Đánh giá tiêu + Tính liên tục: phương pháp điều khiển liên tục mà phải điều khiển nhảy cấp  Dải điều chỉnh phụ thuộc vào số mơmen tải Tải nhỏ dải điều chỉnh D=càng nhỏ Phương pháp điều chỉnh dải D = :  Giá thành đầu tư ban đầu rẻ không kinh tế tổn hao điện trở phụ lớn  Chất lượng không cao dù điều khiển đơn giản Thay đổi điện áp phần ứng: - Nguyên lý làm việc Để điều chỉnh điện áp phần ứng động chiều cần có thiết bị nguồn (máy phát điện chiều kích từ độc lập, chỉnh lưu điều khiển.) Ta có: Rf = 0; RưΣ = Rư =const ; Φ=Φđm = const  Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thì: KФ =  Khi thay đổi phần ứng ( thay đổi theo chiều giảm điện áp), từ thơng động giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính khơng đổi, cịn tốc độ khơng tải lí tưởng thay đổi tùy thuộc vào giá trị điện áp phần ứng  ∆ωc = = ∆ωC.TN  ω = - M = -.Iư  Do ta thu họ đặc tính song song thấp đặc tính tự nhiên tức vùng điều khiển tốc độ nằm tốc độ định mức Hình 1.6 Đường đặc tính điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập thay đổi điện áp mạch phần ứng  Tốc độ không tải lý tưởng:  Độ cứng đặc tính cơ: Như thay đổi điện áp phần ứng đường đặc tính song song với độ dốc đường đặc tính, số vòng quay, momen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch tốc độ động SVTH: Nông Văn Tùng Chương 1: Tổng quan ĐCĐ chiều GVHD: T.S Phạm Thanh Phong giảm Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thay đổi theo chiều tốc độ giảm (vì cuộn dây đƣợc thiết kế với Uđm , nên tăng điện áp đặt lên cuộn dây), phạm vi điều chỉnh hẹp         Đặc điểm phương pháp Điện áp phần ứng giảm, tốc độ động thấp Điều chỉnh trơn tồn dải điều chỉnh Độ cứng đặc tính cao giữ khơng đổi tồn dải điều chỉnh Chỉ thay đổi tốc độ phía giảm Rất dễ tự động hóa dùng chỉnh lưu có điều khiển Phương pháp điều khiển với mômen không đổi  Iư khơng đổi Đánh giá chi tiêu điều khiển Sai số tốc độ lớn ( sai số tốc độ sai số tốc độ đặc tính tự nhiên) Tính liên tục: điện áp động điều khiển biến đổi Các biến đổi có cơng suất bé nên điều chỉnh liên tục  Dải điều chỉnh đạt D = 10:1  Đây phương pháp điều chỉnh liên tục tốc độ động vùng tốc độ thấp tốc độ định mức động chiều Thay đổi từ thơng: Ta có: Rf = ; RưΣ = Rư =const ; Uư=Uđm = const  Ta thay đổi dịng kích từ Ikt để thay đổi từ thơng  Bình thường động làm việc chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max) mà phương pháp cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên điều chỉnh theo hướng giảm từ thơng  tức điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức Hình 1.7 Đặc tính đặc tính điện ĐCĐ chiều kích từ độc lập giảm từ thơng  Khi giảm  thì:  Tốc độ không tải lý tưởng:tăng  Độ cứng đặc tính cơ:giảm SVTH: Nơng Văn Tùng 1.1 Chọn vật liệu làm lõi ( thép kỹ thuật điện ) ta chọn lõi Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có : ΔB=0,3(T), ΔH =30 (A/m) khơng có khe hở khơng khí 1.2 Tỷ số biến áp xung : thường m = ÷ ta chọn m = ; 1.3 Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung U2 = Udk = 2,0 V ; 1.5 Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U1 = m U2 = 2,0 = 6,0 V ; 1.6 Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Idk = 100 mA = 0,1 A; 1.7 Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung : I1 = = = 0,033 A 1.8 Mật độ từ thẩm trung bình lõi sắt: tb = = = 8.103 H/m Trong đó: 0 = (H/m) mật độ từ thẩm khơng khí 1.9 Thể tích lõi Ferit: V = Q = Trong : Q : tiết diện lõi Ferít : chiều dài trung bình đường sức từ tx : độ rộng xung Sx : độ sụt biên độ xung : Sx = 0,15 Vậy: V = = 1,254.10-6 (m3) = 1,254 (cm3 ) 1.10 Với V =1,254 (cm3 ) ta tra bảng 8.5 theo tài liệu hướng dẫn “Thiết kế thiết bị điện tử công suất” - Trần Văn Thịnh (2000)” ta chọn lõi thép xuyến tròn cuộn loại OA-22/30-5 có kích thước là: Q=0,2 (cm2) l = 8,2 (cm) V = Q.l = 0,2.8,2 = 1,64 (cm3) QCS = 3,82 (cm2) d = 22 (mm) a =4 (mm) b = (mm) D = 30 (mm) Hình 4.10 Lõi ferit hình xuyến 1.11 Số vịng dây quấn sơ cấp máy biến áp xung: Theo định luật cảm ứng điện từ: U1 = w1.Q = Suy ra: = = = 380 [vòng] 1.12 Tiết diện dây quấn sơ cấp: S1 = = = 5,5.10-3 =0,0055 [mm2] Chọn mật độ dòng điện J1 = (A/mm2 ) Đối với biến áp xung để điều khiển Thyristor, độ rộng xung điện áp hẹp nên chọn mật độ dịng điện J lớn 1.13 Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 = = = 0,0836 [mm] chọn d1 = 0,1 mm 1.14 số vòng dây quấn thứ cấp: = = = 127 [vòng] 1.15 Tiết diện dây quấn thứ cấp: [mm2] S2 = = = 0,025 Chọn mật độ dòng điện J2 = (A/mm2 ) 1.16 Đường kính dây quấn thứ cấp: d2 = = = 0,178 [mm] Chọn dây có đường kính d2 = 0,2 mm 1.17 kiểm tra hệ số lấp đầy: Kld = = = 0,01378 Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết Tính tầng khuếch đại cuối cùng: Chọn Tranzitor công suất Tr3 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung , có thơng số sau : • Tranzitor loại N-P-N, vật liệu bán dẫn silic • Điện áp colectơ bazơ hở mạch emitơ : UCBO = 40 V ; • Điện áp emitơ bazơ hở mạch colectơ : UEBO = V; • Dịng điện lớn colectơ chịu đựng : ICmax = 500 mA; • Cơng suất tiêu tán Colector : Pc = 1,7 W; • Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : T1 = 175 0C; • Hệ số khuếch đại: β = 50; • Dịng làm việc colector: IC3 = I1 = 50 mA; • Dịng làm việc Bazo: IB3 = = = mA; Ta thấy với loại Thyristo chọn có cơng suất điều khiển bé Udk = 2,0 (V), Idk = 100 mA= 0,1A , nên dòng colectơ – bazơ tranzitor Tr bé , trường hợp ta khơng cần tranzitor Tr2 mà có cơng suất điều khiển tranzitor Nguồn cung cấp cho mạch tạo xung chọn E = +12(V): R10= = = 120 [Ω] Tất điôt mạch điều khiển dùng loại 1N4009 , có tham số : - Dòng điện định mức : Iđm = 10 A - Điện áp ngược lớn : UN = 25 V - Điện áp điốt mở thông: Um = V 17 Chọn cổng AND: Chọn cổng AND loại CMOS4081 • • • • • Nguồn ni IC: Vcc = ÷ 18 V , ta chọn Vcc = 12 V Nhiệt độ làm việc: tlv = - 400C ÷ 800C ; Điện áp ứng với mức logic “1”: ÷ 4,5(V) Dịng điện = = 12000 Ω = 12 [K Ω] Trong nguồn ni Vcc = ± 12 V điện áp vào A3 UV ≈ 12 V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < mA Do ta chọn R4 = R5 = 15 KΩ , dịng điện vào A3 : Ivmax = = 800 A = 0,8 mA Chọn chiết áp R11 = 50 (KΩ) 21 Tính chọn khâu đồng pha: Thời gian nạp tụ C1 : tnạp = R3.C1 = 0,005 (s) Chọn tụ C1 = 0,1 (μF) điện trở R3 = tnap/C1 = 0,005/0,1.10-6 = 50 [KΩ] Vậy R3 = 50 [KΩ] Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp ráp mạch , R3 thường chọn biến trở lớn 50 kΩ Chọn tranzitor Tr1 loại A564 có thơng số sau :  Transistor loại P – N – P, làm silic  Điện áp colector bazo hở mạch emitor là: UCBO = 25 [V]  Điện áp emitor bazo hở mạch colector là: UEBO = [V]  Dòng điện lớn colector chịu đựng: Icmax =100 [mA]  Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: Tcp = 1500C  Hệ số khuếch đại: β = 250  Dòng làm việc cực đại bazo: IB3 = = = 0,4[mA]  Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào bazo transistor Tr1 chọn sau: Chọn R2 thỏa mãn điều kiện: R2 ≥ = = 30000 = 30 [KΩ]  Chọn điện áp khâu đồng pha: UA = [V]  Điện trở R1 để hạn chế dòng điện vào khếch đại thuật toán A1 , thường chọn R1 cho dịng vào khếch đại thuật tốn IV < (mA) Do đó: R1≥ = = 9000 Ω [KΩ] Vậy chọn R1 = 10 [KΩ] 22 Tạo nguồn nuôi: Ta cần tạo nguồn điện áp U ± 12 V để cấp cho máy biến áp xung nuôi IC, điều chỉnh dòng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển dùng 12 điôt để tạo điện áp – 12 V , + 12 V Điện áp thứ cấp máy biên áp nguồn nuôi là: U2 = 12/2,34 = 5,1 V, ta chọn U2 = 9V; Việc xây dựng nguồn ổn áp chiều thyristor có nhược điểm chọn tính tốn phức tạp địi hỏi phải có kỹ thuật chun mơn cao Sự đời vi mạch ổn áp họ 7812 7912 cho phép đơn giản hố q trình Vi mạch IC 7812 thường có ba chân , chân đầu vào , chân đầu chân nối đất Để ổn định nguồn nuôi ta chọn dùng vi mạch ổn áp 7812 7912, ta có thông số chung vi mạch:  Điện áp đầu vào: Uv = 7÷35 (V)  Điện áp đầu ra: Ura = 12 (V) với IC 7812 Ura = -12(V) với IC 7912  Dòng điện đầu ra: Ira = 0÷1 (A)  Tụ điện C4 , C5 dùng để lọc thành phần sóng hài bật cao Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470 µF ; U = 35 V Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp đồng pha nguồn nuôi 23 Tính tốn máy biến áp nguồn ni đồng pha: 9.1 Ta thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi Chọn kiểu máy biến áp ba pha ba trụ, trụ có ba cuộn dây, cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp 9.2 Điện áp lấy thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha , làm điện áp nguồn nuôi U2 = U2đph = UN = [V] 9.3 Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2đh = [mA] 9.4 Công suất nguồn nuôi máy biến áp xung: Pđph = 6.U2đph.I2đph = 6.9.1.10-3 = 0,054 [W] 9.5 Công suất tiêu thụ IC TL 084 sử dụng hàm khuếch đại thuật toán ta chọn IC TL 084 để tạo cổng AND P81c = PIC = 0,68 = 5,44 Trong đó: PIC công suất tiêu thụ IC TL 084 [W] 9.6 Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển thyristor: Px = 6.Udk.Idk = 6.2.0,1 = 1,2 [W] 9.7 Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = Pđph + P8IC + Px PN = 0,054 +5,44 + 1,2 = 6,694 [W] 9.8 Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy S = 1,05(Pđph + PN) = 1,05(0,054 + 6,694) = 7,0854 [VA] 9.9 Dòng điện sơ cấp máy biến áp: I1 = = = 0,01073 [A] 9.10 Dòng điện thứ cấp máy biến áp: I2 = = = 0,131 [A] 9.11 Tiết diện trụ máy biến áp tính theo cơng thức kinh nghiệm: [cm2] Qt = kQ = 1,304 Trong đó: kQ = hệ số phụ thuộc phương thức làm mát (khí tự nhiên); m = số trụ MBA; f = 50 Hz tần số điện áp lưới; Vì kích thước q nhỏ nên chuẩn hóa tiết diện trụ theo bảng ta được: Q t = 1,63 [cm2] Kích thước mạch thép dày: σ  0,5 mm Số lượng thép 68 lá; a=12mm b=16mm h=30mm Hệ số ép chặt Kc=0,85 Hình 4.14 Kích thước mạch từ biến áp 9.12 Chọn mật độ dòng điện : J1 = J2 = 2, 75 (A / mm2) Tiết diện dây quấn sơ cấp: S1 = = = 3,904.10-3 Đường kính dây quấn sơ cấp: = 0,003904 [mm2] d1 = = = 0,07 [mm] chọn d1 = 0,1mm để đảm bảo độ bền Đường kính có kể cách điện : d1cd = 0,12 mm 9.13 Chọn mật độ dòng điện : J1 = J2 = 2, 75 (A / mm2) Tiết diện dây quấn thứ cấp: S2 = = =0,0477 [mm2] Đường kính dây quấn thứ cấp: d2 = = = 0,2464 [mm] Đường kính có kể cách điện : d2cd = 0,31 mm 9.14 Chọn mật độ tự cảm B=1 T trụ, ta có số vịng dây sơ cấp: W1 = = = 6080 [vòng] 9.15 Số vòng dây quấn thứ cấp: W2 = = = 248,72 = 249 [vòng] 9.16 chọn hệ số lấp đầy Kld = 0,7 Với Kld = 9.17 chiều rộng cửa sổ: c= = = 8,3 [mm] chọn c = 12mm 9.18 Chiều dài mạch từ: L  2c  3a  2.12  3.12  60 [mm] 9.19 Chiều cao mạch từ: H  h  2a  30  2.12  54 [mm] 24 Tính chọn diode cho chỉnh lưu nguồn ni: 10.1 Dịng điện hiệu dụng qua diode: IDhd = Trong đó: = = 0,0926 [A] I2 dịng điện thứ cấp máy biến áp 10.2 Điện áp ngược lớn mà diode phải chịu: UNmax = U2 = = 22,045 Trong đó: [V] U2 điện áp lấy phía thứ cấp 10.3 Chọn diode có dịng định mức: Iđm  Ki.IDhd = 10 0,0926 = 0,926 10.4 chọn diode có điện áp ngược lớn nhất: [A] UN= Ku.UNmax = 22,045 = 44,09 [V] Vậy với Iđm = 0,926 [A], UN = 44,09 [V] ta chọn diode loại KII208A với thơng số: • • Dòng điện định mức: Iđm = 1,5 Điện áp ngược cực đại diode: UN= 100 [A] [V] Chương 4: Thiết kế, tính chọn phần tử mạch điều khiển GVHD: T.S Phạm Thanh Phong CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực: Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ: Hình 5.1 Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ Bảo vệ nhiệt cho van bán dẫn:  Khi làm việc với dịng điện chạy van có sụt áp, van có tổn hao cơng suất P =RV.I2  U.I, tổn hao sinh nhiệt theo phương trình nhiệt đốt nóng van bán dẫn P = A + C(dT/dt) SVTH: Nông Văn Tùng 47  Mặt khác van bán dẫn phép làm việc nhiệt độ cho phép Tcp đó, nhiệt độ cho phép van bán dẫn bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an tồn, khơng bị chọc thủng nhiệt, ta phải chọn thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý  Tính tốn cánh tỏa nhiệt: • Tổn thất cơng suất tiristor: P = U.Ilv = 1,5 47,43 = 71,145 • Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: Sm = [W] Trong : ΔP : Tổn hao công suất (W)  Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C Nhiệt độ làm việc cho phép Thyristor Tcp = 1250C Chọn nhiệt độ cánh toả nhiệt Tlv = 800C ta có độ chênh lệch nhiệt độ :  = Tlv – Tmt = 80 – 40 = 400C Km : Hệ số toả nhiệt đối lưu xạ, chọn Km =8 (w/m2 0C) Vậy [m2] Sm = = = 0,22 Chọn loại cánh tỏa nhiệt có 12 cánh, kích thước cánh a x b = 10 x 10 (cm cm) Tổng diện tích tỏa nhiệt cánh S = 12.2.10.10=2400 (cm2) Bảo vệ dòng điện cho van: Aptơmát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ tải ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu + Chọn aptomat có: • Dòng điện làm việc chạy qua aptomat: Ilv = = = 25,947 • [A] Dịng điện aptomat cần chọn: Iđm= 1,1 Ilv = 1,1 25,947 = 28,5417 [A] Uđm =380 (v ) • Có tiếp điểm chính, đóng cắt tay nam châm điện • Chỉnh định dòng ngắn mạch Inm =2,5 Ilv = 64,8675 • Dòng tải: Iqt = 1,5 Ilv = 38,9205 • [A] Chọn cầu dao có dịng định mức: [A] Iđm = 1,1 Ilv = 28,5417 (A) = 29 [A] Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ thống truyền động + Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu chỉnh lưu: • Nhóm 1cc: Dịng điện định mức dây chảy nhóm cc I1cc =1,1 I2 = 1,1 60,36= 66,396 [A] Trong đó: I2 dịng điện hiệu dụng thứ cấp MBA • Nhóm 2cc: Dịng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc =1,1 Ihd = 1,1 42,68= 46,948 [A] Trong đó: Ihd dịng điện làm việc van Ihd = Ilv (vì Ilv đc tính theo Ihd) • Nhóm cc: Dịng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc =1,1 Id = 1,1 73,93= 81,323 [A] Trong đó: Id dịng qua tải phần tính chọn Thyristor Vậy chọn dây chảy nhóm: 1cc loại 70 A 2cc loại 50 A 3cc loại 90 A Bảo vệ điện áp cho van: Bảo vệ q điện áp q trình đóng cắt Thyristor thực cách mắc R–C song song với Thyristor Khi có chuyển mạch, điện tích tích tụ lớp bán dẫn phóng ngồi tạo dịng điện ngược khoảng thời gian ngắn, biến thiên nhanh chóng dịng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho điện áp anod catod Thyristor Khi có mạch R – C mắc song song với Thyristor tạo mạch vòng phóng điện tích q trình chuyển mạch nên Thyristor khơng bị q điện áp Hình 5.2 Mạch R_C bảo vệ điện áp chuyển mạch Theo kinh nghiệm R1=(5  30 ) (Ω); C1 = (0,25  ) (F ) Trị số RC chọn theo tài liệu: R1= 5,1 (Ω); C1 = 0,25 (F) Hình 5.3 Mạch R_C bảo vệ điện áp từ lưới - Bảo vệ điện áp từ lưới ta mắc mạch R_C hình Nhờ có mạch lọc mà đỉnh xung gần nằm lại hoàn toàn điện trở đường dây Trị số RC chọn theo tài liệu: R2= 12,5 (Ω) ; C2 = 4(F) Để bảo vệ van cắt cột biến áp non tải, người ta mắc mạch R_C đầu mạch chỉnh lưu cầu ba pha phụ diode công suất bé Hình 5.4 mạch cầu pha dùng diode tải R_C bảo vệ cắt MBA non tải - Thông thường giá trị tự chọn khoảng từ 10÷200 μF Chọn theo tài liệu: R3= 470 Ω ; C3 = 10 F Chọn giá trị điện trở R4 = 1,4 (KΩ) III Kết luận: Đây lần em làm đồ án mơn học, nên gặp nhiều khó khắn bở ngở q trình tìm tòi nghiên cứu tài liệu thực đồ án Song, sau trình học tập nghiên cứu, với hướng dẫn tận tình thầy Th.S Võ Khánh Thoại, giúp đỡ bạn lớp, em hoàn thành nhiệm vụ đề tài “ Thiết kế chỉnh lưu cầu ba pha để điều khiển tốc độ động điện chiều kích từ độc lập” Trong đề tài giúp em hiểu rõ về: - Động điện chiều Thyristor Bộ chỉnh lưu cầu ba pha Các khâu mạch điều khiển Mạch động lực bảo vệ Cách tính tốn thông số linh kiện mạch Cũng lần làm đồ án, kiến thức cịn có hạn nên q trình thực chắn thân em khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Thịnh, “ Tài liệu hướng dẫn – Thiết kế thiết bị Điện tử Công suất ”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2000) Trần Văn Thịnh, “ Tính tốn thiết kế thiết bị Điện tử Công suất ”, Nhà xuất giáo dục Việt Nam