thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều có đảo chiều

Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dòng điện điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động điện một chiều người ta đã hoàn thiện bộ chỉn

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 các ngành công nghiệp nói chung và các ngành điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó trong nền kinh tế quốc dân cũng như trong 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 sinh viên, kỹ sư ngành điện

Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần số công nghiệp Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dòng điện điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động điện một chiều người ta đã hoàn thiện bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor

Trong đề tài của em là thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều có đảo chiều Bao gồm các chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động điện T- Đ

Chương 2: Tính toán và thiết kế mạch công suất

Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển

Qua việc thiết kế đồ án đã giúp em hiểu rõ hơn những gì mình đã được học trong môn Điện tử công suất Hiểu được những ứng dụng thực tế của các thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp Nội dung đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót Em mong các thầy cô chỉ bảo thêm để em hoàn thành tốt hơn nhiệm vụ

Các số liệu cho trước:

Nguồn 3.380 VAC ± 10% ;50Hz

Động cơ:1,5 kw; 110 VDC; 5000 v/ph

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T- Đ 1.1 Giới thiệu về động cơ điện một chiều.

1.1.1 Định nghĩa động cơ điện một chiều.

1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều.

Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc

độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy

mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải

mà điều quan trọng là các ngành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhưng do những ưu điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng

10000 KW, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V Hướng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn

2 Định nghĩa động cơ điện một chiều.

Động cơ điện là loại máy điện biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều

1.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều được chia làm 3 loại dựa vào cách quấn dây

1: Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp gồm có một cuộn dây kích từ được nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng

2: Động cơ điện một chiều kích từ song song

Động cơ điện một chiều kích từ song song gồm có một cuộn dây kích từ được nối song song với cuộn dây phần ứng

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ song song

Trong đó:

Uu là điện áp phần ứng

Ukt là điện áp cuộn kích từ

Eu là sức điện động phần ứng

Rkt và Rf là các điện trở cuộn kích từ và điện trở cuộn phần ứng

3 : Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp gồm có một cuộn kích từ nối tiếp nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng,một cuộn kích từ song song nối song song với cuộn dây phần ứng.

1.2 Giới thiệu về hệ truyền động điện T-Đ.

- Hệ thống chỉnh lưu – Động cơ (CL- ĐC) dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện áp một chiều Khi nối nó với mạch phần ứng của động cơ một chiều ta sẽ được hệ thống CL- ĐC

- Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi trực tiếp biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào cả

- Hệ thống chỉnh lưu sử dụng Tiristor gọi là hệ chỉnh lưu Tiristor và nối hệ thống chỉnh lưu này với động cơ điện một chiều ta được hệ thống chỉnh lưu T-

Đ Hiện nay, các Tiristor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng: gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh…

- Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp, để phân biệt chúng ta có thể căn cứ vào các dấu hiệu sau:

o Số pha: 1pha, 3pha, 6pha…

o Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu đối xứng- không đối xứng

o Số nhịp: số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn

o Khoảng điều chỉnh: là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ

độ [Ud;Id]

o Chế độ năng lượng: chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc

o Tính chất dòng tải: liên tục, gián đoạn

- Nguyên lý điều khiển

Động cơ điện một chiều nhận năng lượng từ lưới điện xoay chiều thông qua

bộ chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu biến đổi điện lưới xoay chiều thành nguồn điện một chiều cấp điện cho phần ứng động cơ điện một chiều

Khi điều khiển góc mở của các Tiristor( tức là Tiristor chỉ được mở khi điện

áp Anot dương hơn Katot) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

*Đặc điểm của hệ chỉnh lưu:

- Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn

- Có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng

- Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vào các tính chất của tải, trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (R-L) hoặc mạch phần ứng động cơ (R-L-E)

- Có thể đảo chiều động cơ bằng 2 cách: đảo chiều điện áp phần ứng hoặc đảo chiều từ thông kích từ

1.3 Các phương pháp đảo chiều quay động cơ điện một chiều.

Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi

mở, còn khoá theo điện áp lưới, cho nên truyền động van đảo chiều khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát- động cơ Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển hệ truyền động T – Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và

có logic điều khiển chặt chẽ

Có hai nguyên tắc cơ bản đẻ xây dựng hệ truyền động T – Đ đảo chiều:

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ

- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng

Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T – Đ có nhiều song đều thực hiện theo một trong hai nguyên tắc trên và được phân ra 5 loại sơ đồ chính sau:

Hình 1.3a: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ

Hình 1.3b: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng( từ thông giữ nguyên không đổi).

Hình 1.3c: Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng

Hình 1.3d: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung.

Hình 1.3e: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung.

Mỗi loại sơ đồ thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ khác nhau:

Loại 1.3a dùng cho công suất lớn rất ít đảo chiều

Loại 1.3b dùng cho công suất nhỏ tần số đảo chiều thấp

Loại 1.3c dùng cho mọi dải công suất có tần số đảo chiều lớn

Loại 1.3d,e dùng cho dải công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao, so với ba loại trên thì nó thực hiện đảo chiều êm hơn nhưng lại có kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư và tổn thất lớn hơn

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT 2.1 Các phương án thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động

cơ điện một chiều.

2.1.1 Chỉnh lưu hình tia ba pha.

Khi biến áp có 3 pha đấu (Y) mỗi pha A,B,C đấu với một van, catot đấu chung cho ta điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm Các

điện áp của một pha dương hơn điện áp của 2 pha còn lại trong 1/3 chu kì Từ đó thấy rằng tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương nên chỉ có một van dẫn

Nguyên lý mở thông các van: Khi anốt của van nào dương hơn thì van dó mới được kích mở, thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được gọi là góc

mở tự nhiên của các van bán dẫn Các tiristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc mở tự nhiên

Chỉnh lưu tia ba pha được phân biệt bởi hai vùng khác nhau:

-Khi α < π/6 thì việc mở van bán dẫn không phụ thuộc vào tải dạng gì Trong vùng mở điện áp dương các van dẫn liên tục: có sự chuyển mạch từ van này sang van kia, không có sự trả năng lượng về lưới Các đường Ud, id liên tục

-Khi α > π/6 thì các van được mở trong khoảng nào tuỳ thuộc tính chất của tải: nếu tải thuần trở thì đường cong điện áp và dòng điện là gián đoạn còn nếu tải là điện cảm và nhất là điện cảm lớn thì thì đường cong dòng điện và điện áp là các đường cong liên tục Với tải điện cảm tiristor được dẫn có phần âm điện áp nên

có sự trả năng lượng về lưới

Tải thuần trở Tải điện cảm lớn

Ta xét sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia:

Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha tải R-L.

-Ở thời điểm góc mở α phát xung điều khiển IG1, lúc này T1 thoả mãn điều kiện

UAK > 0, IG1 > 0 nên T1 mở (T2 ,T3 bị khoá) Do trong mạch có thêm điện cảm L nên xuất hiện giai đoạn điện áp âm của pha A tới khi xuất hiện xung điều khiển

IG2 của T2 lúc này T2 thoả mãn điều kiện UAK > 0, IG2 > 0 nên T2 dẫn (T1 và T3

khoá) tương tự cho T3 khi có xung điều khiển mở IG3 thì T3 dẫn

Hình 2.2: Đồ thị đường cong dòng điện, điện áp các phần tử trên hình 2.1

-Trong quá trình làm việc của các van như trên giả thiết rằng điện cảm Ld đủ lớn

để dòng điện là liên tục

-Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện bằng dòng điện của tải, khi van khoá thì dòng điện van bằng “0”, lúc này điện áp ngược mà van phải chịu bằng điện

áp dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn

*Điện áp trung bình nhận được trên tải là:

5π +α 6

π +α 6

2

d

3 6U3

Nhận xét:

- Khi tải thuần trở thì dòng điện và điện áp trên tải liên tục hay gián đoạn tuỳ thuộc vào góc mở α của các tiristor Nếu góc mở α < 30o thì đường cong dòng điện và điện áp là liên tục

- Khi tải là điện cảm ( nhất là điện cảm lớn ) thì đường cong dòng điện và điện

áp là đường cong liên tục nhờ có năng lượng dự trữ trong cuộn cảm duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu

* Ưu điểm của sơ đồ:

- Chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn chỉnh lưu một pha

- Biên độ đập mạch của điện áp thấp

- Thành phần sóng hài bậc cao bé, việc điều khiển các van bán dẫn trong trường hợp này cũng đơn giản.

* Nhược điểm:

- Chế độ dòng điện và điện áp trên tải là liên tục hay gián đoạn tuỳ thuộc vào tính chất của tải là thuần trở hay điện cảm

2.1.2 Chỉnh lưu cầu ba pha.

a Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng có thể coi như hai sơ đồ ba pha hình tia mắc ngược chiều nhau

4π - sin(θ U 2.

U

) 3

2π - sin(θ U 2 U

.sinθ U 2 U

2 c

2 b

2 a

=

=

=

Góc mở α được tính từ giao điểm của cái nửa hình sinus

Ta có đồ thị đường cong:

Hình 2.4: Đồ thị điện áp trên tải sơ đồ chỉnh lưu hình 2.3

Hoạt động của sơ đồ

Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua Vf=Vc ,Vg=Vb :

Khi θ = θ1 = π/6 + α cho xung điều khiển mở T1 tisritor này mở vì ua > 0 Sự

mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì ua > ub Lúc này T6 và T1 cho dòng chảy qua, điện áp trên tải:

Ud = Uab = Ua - Ub

Khi θ = θ2 = 3π/6 + α cho xung điều khiển mở T2 tisritor này mở vì khi T6 dẫn dòng , nó đặt Ub lên anốt T2 Khi θ = θ2 thì Ub > Uc Sự mở T2 làm cho T6 bị khoá lại một cách tự nhiên vì Ub >Uc Các xung điều khiển lệch nhau π/3 được lần lượt đưa đến điều khiển của tisritor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6 1

Trong mỗi nhóm , khi một tisritor mở, nó sẽ khoá ngay tisritor dẫn dòng trước nó

Thời điểm Mở Khoá

T5T6T1T2T3T4

Giá trị trung bình của điện áp trên tải

+ Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F

+ Đường bao phía dưới biểu diễn điện thế của điểm G

Điện áp trên mạch tải là Ud = Uf - Ug là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường bao

απ

θθπ

α π

α π

cos 63

sin 22

6

2 6

5π +α 6

π +α 6

- Chất lượng điện áp trên tải tốt,

- Độ bằng phẳng tương đối cao

* Nhược điểm:

- Cần mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên không ít khó khăn khi chế tạo, vận hành và sửa chữa

b Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng

Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm ( anot hoặc catot ) điều khiển và một nhóm không điều khiển

Nhận xét:

Trong chỉnh lưu ba pha không dối xứng dạng điện áp ra khi α > 0 chỉ có

ba đập mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ này thấp hơn hệ số đập mạch của

sơ đồ điều khiển hoàn toàn

* Ưu điểm:

- Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền

- Hệ số công suất cosφ cao hơn

- Việc điều khiển tiristor là đơn giản hơn so với sơ đồ chỉnh lưu đối xứng

* Nhược điểm:

- Điện áp chỉnh lưu chứa nhiều thành sóng hài nên cần phải có bộ lọc

- Không đảo được chiều dòng

- Không thực hiện được chế độ nghịch lưu phụ thuộc

- Dòng trung bình qua các van là khác nhau

có lúc động cơ trở thành máy phát điện Năng lượng phát ra này trả về lưới điện xoay chiều Để thoả mãn yêu cầu này bộ CL chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lưu vì nó hoạt động (đồng bộ ) theo nguồn xoay chiều nên gọi là nghịch lưu phụ thuộc

- Như vậy mạch điện lúc này có 2 nguồn sức điện động :

e1 :sđđ lưới xoay chiều

Ed:sđ đ một chiều

- Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát được năng lượng nếu chiều sức điện động và dòng điện trùng nhau,ngược lại nó sẽ nhận năng lượng khi chiều

sức điện động và dòng điện ngược nhau Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lưu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều xác định thì để

có chế độ nghịch lưu cần phải thực hiện hai điều kiện :

+Về phía một chiều :bằng cách nào đó chuyển đổi chiều Ed để có chiều dòng và

Ed trùng nhau

+Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lưu sao cho điện áp ud <0 để có dấu phù hợp dòng tức là bộ chỉnh lưư làm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ âm của lưới điện

lưu khác đấu ngược với mach cũ để dẫn được dòng điện theo chiều ngược lại

-Như vậy nghịch lưu phụ thuộc thực chất là chế độ khi bộ chỉnh lưu làm việc với góc điểu khiển lớn Do đó toàn bộ các biểu thức tính toán vẫn đúng chỉ cần lưu ý rằng Ed có giá tri âm

2.1.3 Lựa chọn phương án phù hợp.

Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và nghịch lưu từ các ưu điểm của các sơ đồ chỉnh lưu với tải và các động cơ điện một chiều có công suất vừa phải thì ta dùng chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả bởi lẽ ở công suất này để tránh lệch tải điện áp , không thể thiết kế theo sơ đồ một pha,

sơ đồ tia ba pha sẽ làm mất đối xứng điện áp nguồn

2.2 Tính chọn các van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch.

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải , sơ đồ đã chọn, điều khiển toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính như sau:

Ulv = knv U2 = knv Ud / ku

Trong đó:

- Ud, U2, Ulv : Các điện áp tải, điện áp nguồn xoay chiều, điện áp ngược của van

- knv, ku :Các hệ số điện áp ngược và điện áp tải

Với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta chọn: knv = , ku = 3 /П

=> Ulv = (π/3) Ud = (π/3) 110 = 115,19 (V)

- Điện áp ngược của van cần chọn là:

Unv = kdt Ulv = 1,8 115,19 = 207,35 (V)

- Trong đó kdtU : hệ số dự trữ điện áp chọn ktdU = 1,8

- Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện dòng hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = Ihd)

Ilv = Ihd = khd.Id = Id/ = 13,64/ = 7,873 (A)

Trong đó:

- Ihd, Id: Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải;

- khd : Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng, chọn khd = 0,58

Với các thông số làm việc của van ở trên ta chọn điều kiện làm việc của van

là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, không có quạt đối lưu không khí Với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn:

Iđmv = ki Ilv = 3,2 7,873 = 25,2 (A)

Ta chọn tiristor loại 16RCF20A có các thông số định mức sau:

Điện áp ngược cực đại của van: Un = 300 V

Dòng điện định mức của van: Iđm = 35 A

Dòng điện của xung điều khiển: Ig = 40 mA

Điện áp của xung điều khiển: Ug = 2 V

Dòng điện rò: Ir = 1 mA

Sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn : ∆U = 2,3 V

Tốc độ biến thiên điện áp: 25 V/s

Thời gian chuyển mạch: tcm = 12µs

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax =1250C

2.3 Tính toán thông số máy biến áp, cuộn kháng.

2.3.1 Tính toán thông số máy biến áp.

nhiên)

- Tính các thông số cơ bản

a) Tính công suất biểu kiến của MBA

Trong đó:

K – Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực

P – Công suất cực đại của tải

b) Điện áp pha sơ cấp của MBA

U1=380(V)

c) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo cos (αmin) = Ud + 2.∆Uv + ∆Udn + ∆Uba

Trong đó αmin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆Uv = 2,3 (v) sụt áp trên tiristor

∆Udn = 0 sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.Chọn sơ bộ

S k

q Fe

.

e) Tính toán dây quấn

Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:

Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA:

Hình 2.6: Sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp

Trong đó: Diện tích cửa sổ (mm2)

Qcs1, Qcs2 : Diện tích do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ (mm2)

b

aa

a

Trong đó: z.a - kích thước gông từ z = 2

Kết cấu dây quấn sơ cấp :

Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ, mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây Mỗi lớp dây được quấn liên tục,các vòng dây sát nhau Các lớp dây cách điện với nhau bằng bìa cách điện

Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt

h : chiều cao cửa sổ

hg : khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Chọn sơ bộ khoảng cách hg=1,5 mm

- Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:

h1 = = = 6,63 (cm)

Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01=0,1 (cm)

Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp chọn a01= 1,0(cm)

Đường kính trong của ống cách điện

Dt = Dfe + 2 a01 – 2 S 01 =5 + 2.1 - 2.0,1 = 6,8(cm)

Đường kính trong của cuộn sơ cấp

Dt1 = Dt + 2 S01 = 6,8 + 2 0,1 = 7(cm)

Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp cd11 = 0,1(mm)

Bề dày cuộn sơ cấp

Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd12 = 1,0(cm)

- Kết cấu dây quấn thứ cấp

Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

Chọn số lớp dây cuốn n12 = 9 lớp Chọn 8 lớp đầu vào có 14 vòng, lớp thứ 9 có 121- 8.14 = 9 vòng

Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :

Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp cd22 = 2(cm)

* Tính các thông số của MBA

Điện trở trong cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750 C :

Trong đó ρ = 0,02133 Ωmm2/m

Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 C:

r: Bán kính trong cuộn dây thứ cấp.

h: Chiều cao cửa sổ lõi thép

a12 :Bề dày cách điện các cuộn dây với nhau

Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:

Udmax=Udo cosαmin =Ud.dm và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm

Khi góc mở lớn nhất α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất Udmin=Udo.cosα max

và n =nmin

Ta có:

) 34 , 2 arccos(

arccos

2

min min

max

U

U U

Trong đó Udmin được xác định như sau

(V) 81 , 23 0,329)]

.0,879 π

3 0,202 1).13,64.(

(20 9.cos10 [2,34.52,5

20

1

U

R R (R 1).I (D cosα

D

1

U

.R I U

.R I U

n

n

D

0 dmin

d ba u udm min

2 dmin

uΣ udm d.dm

dmin

uΣ udm dmin

uΣ udm d.dm min

max

= +

+

− +

=

+ +

− +

=

− +

Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi furie ta chuyển gốc toạ độ sang đến

θ1 (thời điểm mở tiristor), khi đó điện áp tức thời trên tải khi TiristoT1,T6 dẫn

) 6 cos(

.

t = 2π/p =2π/6 = π/3

P =6 số xung đập mạch trong 1 chu kỳ điện áp lưới

Khai triển chuỗi Furie của điện áp Ud:

)

2 sin

2 cos ( 2

τ

π θ

α π

α

π π

α π

α

π π

θ θ α

π θ π

θ θ τ

τ τ

cos 1 ) 6 (

12

6

.

3

sin 6

3 sin 2 1 ) 6 (

12

6

.

3

cos 1 ) 6 (

2 6 3 cos 6 sin 2 1 ) 6 (

2

6

.

3

6 cos ).

6 cos(

6

6

6 cos

.

2

2 2

2 2

2 2 2

2

0

2 0

b

k U

b

k

U k

U

a

d k U

d k U

cos

6 3

) 6 ( 1 1 ) 6 ( 6 3

sin ) 6 ( cos 1 ) 6 (

1 6 3 2

1

2 2 2

2 2 2

2 2

2 2

ϕ θ α

π

α π

α α

π

km d

do kn

kn

n n kn

U U

tg k k

U U

k k

U U

b a U

3)Xác định điện cảm cuộn kháng lọc

Từ phân tích trên ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn ,có nghĩa đập mạch của điện áp và dòng điện tăng lên sự đập mạch này làm xấu 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

ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1.Iưdm

Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn lại có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn

Điện kháng lọc được tính khi góc α = αmax

Ta có:

UƯ + U~ = E + RU∑.Id + RU∑.i~ + L

Cân bằng hai vế ta có:

U~ = R.i~ + L ; vì R.i~ << L nên U~ = L.

Trong các thành phần xoay chiều bậc cao, thì thành phần sóng bậc k=1 có mức

6

84 , 78 cos 59 , 52

0 1

max 2 2 2

max 1

V tg

4) Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc

Các thông số ban đầu

Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc

Lk = 6,65 mH

Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng :

1,364 12,53.

2

I Z

1,364 12,09.

2

I ΔU

6.50

11,661 5.

f

S k

kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát khi làm mát bằng không khi tự nhiên

kQ = 5

Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn: Q = 1,63 cm2

Với tiết diện trụ Q= 1,63 cm2

0,8.1,63.1 4,44.6.50.

12,09 Q