thiết kế bộ điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều có tham số sau u=400v,i=300a,ukt=48v,ikt=3,5a

Chương Tổng quan công nghệ thiết kế điều khiển kích từ cho máy phát điện 1.1 Tổng quan cơng nghệ thiết kế điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều Như ta biết để điều chỉnh điện áp phát máy phát người ta thường điều chỉnh dịng kích từ nhờ điều chỉnh tay tự động hệ thống kích từ Trong chế độ làm việc bình thường điều chỉnh dịng kích từ điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát thay đổi lượng công suất phản kháng phát vào lưới.Bộ điều khiển kích từ làm việc nhằm giữ điện áp không thay đổi (với độ xác đó) phụ tải biến động Ngồi thiết bị tự động điều chỉnh kích từ cịn nhằm mục đích nâng cao giới hạn cơng suất truyền tải từ máy phát điện vào hệ thống, đảm bảo ổn định tĩnh, nâng cao ổn định động.Trong thực tế người ta có hệ thống kích từ cách tự động phương pháp sau: + Hệ thống kích từ dùng máy phát điện chiều + Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều có vành góp + Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều khơng vành góp + Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển 1.2 Yêu cầu cơng nghệ Để cung cấp cách tin cậy dịng chiều cho cuộn dây kích từ máy phát điện đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với cơng suất định mức đủ lớn.Thơng thường địi hỏi cơng suất định mức hệ thống kích từ (0,2 – 0,6%) cơng suất định mức máy phát điện Dịng điện kích từ chạy cuộn dây rôto máy phát điện đồng dịng điện chiều cần có hệ thống nguồn cung cấp riêng Hệ thống kích từ, điều chỉnh dịng kích từ q trình làm việc thiết bị tự động điều chỉnh kích từ Đặc tính hệ thống kích từ cấu trúc thiết bị điều chỉnh kích từ có ý nghĩa định khơng chất lượng điều chỉnh điện áp mà đến tính ổn định hệ thống 1.3 Phạm vi ứng dụng cơng nghệ 1) Hệ thống kích từ dùng máy phát điện chiều Ở máy phát điện cơng suất nhỏ hệ thống kích từ máy phát điện chiều.Máy phát điện chiều làm nhiệm vụ kích thích (cịn gọi máy phát điện kích thích) kích thích độc lập song song cuộn dây kích thích chia làm nhiều cuộn dây làm việc 2) Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao chỉnh lưu Đối với máy phát từ 100MW trở lên sử dụng hệ thống nguồn xoay chiều chỉnh lưu Trước hết phải kể đến hệ thống kích từ dùng máy phát điện tần số cao chỉnh lưu 3) Hệ thống kích từ dùng máy phát kích từ xoay chiều khơng vành trượt: Một phương pháp sử dụng rộng rãi phương pháp dùng máy phát điện xoay chiều không vành trượt (hệ thống kích từ khơng vành trượt).Trong hệ thống kích từ người ta dùng máy phát điện xoay chiều pha quay trục với máy phát điện làm nguồn cung cấp Máy phát xoay chiều kích từ có kết cấu đặc biệt 4) Hệ thống kích từ xoay chiều dùng nguồn chỉnh lưu có điều khiển Hệ thống cho phép tạo số có qn tính nhỏ 0,02 – 0,04s nhờ khả điều chỉnh trực tiếp dịng kích từ (chạy qua Thyristor) vào cuộn dây roto máy phát điện đồng Hiện nhà máy phát điện chủ yếu sử dụng loại hệ thống kích từ Hằng số quán tính nhỏ điều kiện quan trọng cho phép nâng cao chất lượng điều chỉnh điện áp tính ổn định Sinh viên thực : Nguyễn Đức Hồng Chương Tính chọn van cơng suất 2.1 Giới thiệu mạch công suất Trước đảo chiều người ta thường sử dụng hai công tắc tơ để đảo chiều dòng điện Nhược điểm việc sử dụng công tắc tơ để đảo chiều thời gian chuyển mạch chậm Muốn thời gian đảo chiều nhanh người ta thiết kế chỉnh lưu có đảo chiều Sau mạch công suất chỉnh lưu có đảo chiều 2.1.1 Chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng a.Nguyên lý hoạt động Mỗi Tiristor phát xung điều khiển: - Xung thứ xác định góc mở - Xung thứ đảm bảo thông mạch tải b.Một số công thức -Điện áp tải: Ud= Ud0cosα= 2,34U2cosα -Dòng điện tải: Id= -Dịng điện trung bình qua van: IT= -Điện áp ngượcđặt lên van: Ung=2,45U2 -Dịng điện phía thứ cấp: I2= 0,816Id -Dịng điện phía sơ cấp: I1= 0,816Id.Kba -Công suất máy biến áp: Sba= 1,05Pd -Công suất tải: Pd= Udo.Io Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng -Nhận xét:Chỉnh lưu pha sơ đồ cầu loại sử dụng rộng rãi thực tế có nhiều ưu điểm Nó cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch nhỏ 5% Nếu có sử dụng máy biến áp gây méo lưới điện cácloại Đồng thời, công suất mạch chỉnh lưu lớn đến hàng trăm kW Nhược điểm mạch sụt áp van gấp đơi sụt áp van mạch sơ đồ hình tia 2.1.2 Chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng Một số công thức bản: -Điện áp tải: Ud= -Dòng điện tải: Id= (1+ ) -Dịng điện trung bình qua van: IT= -Điện áp ngượcđặt lên van: Ung=2,45U2 -Công suất máy biến áp: Sba= 1,05Pd -Công suất tải: Pd= Udo.Io Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng Nhận xét :Tuy điện áp chỉnh lưu chứa nhiều sóng hài chỉnh lưu cầu pha khơng đối xứng có q trình điều chỉnh đơn giản ,kích thước gọn nhẹ 2.2 Phân tích ưu nhược điểm mạch công suất So sánh phương án điều khiển ta thấy: - Đỉnh âm máy điện áp chỉnh lưu bị cắt đỡ nhấp nhô - Không thể làm việc chế độ nghịch lưu - Hiệu suất biến đổi cao Sau phân tích đánh giá chỉnh lưu, từ ưu nhược điểm sơ đồ chỉnh lưu, sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng hợp lý Bởi lẽ công suất để tránh đối xứng biến áp, nên sơ đồ thiết kế chọn sơ đồ cầu pha có điều khiển đối xứng hình vẽ sau: 2.3 Tính chọn van cơng suất Khi tính tốn van động lực ta cần dựa vào yếu tố ban sau: dòng tải, sơ đồ chọn, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc - Điện áp ngược van Ulv = knv.U2 Với U2 = Ud /ku thay số vào ta được: U lv = k lv Ud Ku Với: Ud =20 V knv = 2,45 ku= 2,34 Thay số vào ta được: U lv = 2,45 20 = 20,94V 2,34 Unv =kdtU Ulv = 1,6 x 20,94 = 33,504 (V) - Dòng điện van Dòng điện làm việc van chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van Id = 30 (A) Dòng điện hiệu dụng van: Ilv = Ihd = khd Id = 0,58 x 30 = 17,4 (A) Với thông số làm việc van trên, chọn điều kiện làm việc van có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích tỏa nhiệt, khơng quạt đối lưu khơng khí Vậy thơng số van động lực là: Unv = 33,504 (V) Idlv = ki x Ilv = x 17,4 = 69,6 (A) Tra bảng thộng số van, ta chọn van 2N4441: Dòng điện định mức van Idmv = 12 A Điện áp ngược cực đại van Unv = 120 V Điện sụt áp van ∆U = 3,0 V Dòng điện rò Ir = mA Điện áp điều khiển Udk = 2,5 V Dòng điện điều khiển Idk = 0,06 A Thời gian chuyển mạch tcm = 15 µs 2.4 Tính tốn máy biến áp chỉnh lưu Chọn máy biến áp pha trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát khơng khí tự nhiên Tính thơng số bản: Tính cơng suất biểu kiến máy biến áp S = 48 x 3,5 = 168 VA Điện áp sơ cấp máy biến áp Ul = 380(V) Điện áp thứ cấp máy biến áp Phương trình cân điện áp có tải: Udo Cosαmin = Ud + 2.∆Uv + ∆Udn + ∆Uba Trong đó: αmin = 100 góc dự trữ có giảm điện lưới ∆Uv = 2,0 V sụt áp Thyristor ∆Udn ≈ sụt áp đường dây nối ∆Uba = ∆Ur+ ∆Ux sụt áp điện trở điện kháng máy biến áp Chọn sơ bộ: ∆Uba = 6%.Ud = 6%.48 = 9,6 V Với phương trình cân điện áp có tải ta có: U = U d + 2.∆U v + 2.∆U dn + 2.U ba 20 + 2.3,0 + + 9,6 = = 36,15V cos α cos 10 Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: U2f = U d 36,15 = = 15,45V ku 2,34 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp I2 = I d = 30 = 24,49 A Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp I = K ba I = U2 15,45 I = 244,49 = 9,94 A U1 380 Tiết diện sơ trụ Trong đó: kc = 0,95 hệ số ép chặt h: chiều cao trụ Chọn sơ khoảng cách cách điện gơng 1,5 cm 32 Tính sơ lớp dây cuộn sơ cấp n12 = W2 359 = = 23,9 lớp W12 15 33 Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp h2 = W12 D2 15.0,55 = = 8,5cm kc 0,95 34 Đường kính cuộn sơ cấp Dt2 = Dn1 + 2.S01 = 51 + 2.0,1 = 51,2 cm 35 Chọn bề dầy hai lớp dây cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 mm 36 Bề dầy cuộn thứ cấp Bd2 = 1,11.11 = 12,21 cm 37 Đường kính ngồi cuộn thứ cấp Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 51,2 + 2.12,21 = 75,62 cm 38 Đường kính trung bình cuộn sơ cấp Dtb = Dt + Dn 51,2 + 75,622 = = 63,41cm 2 39 Chiều dài dây quấn thứ cấp l2 = W2.π.Dtb2 = π.259.63,41 = 515,7 m 40 Chọn bề dày cách điện cuộn sơ cấp thứ cấp: cd12 = 2,0 cm Tính kích thước mạch từ 41 Tồn tiết diện bậc thang trụ Qtb = 2.(1,6.10,5+1,1.0,95+0,7.8,5+0,6.7,5+0,4.6,5+0,7.4) = 86,2 cm2 42 Tiết diện hiệu trụ QT =khq.Qbt = 0,95.86,2 = 81,89 cm2 43 Tổng chiều dày bậc thang dt = 2.(1,6+1,1+0,7+0,6+0,4+0,7) = 10,2 cm 44 Tổng chiều dài bậc thang 16 Bậc n1 = 0,5 = 64 11 Bậc n2 = 0,5 = 44 Bậc n3 = 0,5 = 28 Bậc n4 = 0,5 = 24 Bậc n5 = 0,5 = 16 Bậc n6 = 0,5 = 28 Để đơn giản việc chế tạo gơng từ, ta chọn gơng có tiết diện hình chữ nhật có kích thước sau: Chiều dày gơng chiều dài trụ: b = dt = cm Chiều cao gông chiều rộng tập thép thứ trụ: a = cm Tiết diện gông: Qbg = a x b = 49 cm2 45 Tiết diện hiệu gông Qg = khq.Qbg = 0,95.49 = 46,55 cm2 46 Số thép dùng gông hg = b 70 = = 140 0,5 0,5 47 Tính xác mật độ từ cảm trụ BT = U1 380 = = 0,04T 4,44 f W1 QT 4,44.50.4947.81,89.10 −4 48 Mật độ từ cảm gông B g = BT QT 81,89 = 0,04 = 0,07T Qg 46,55 49 Chiều rộng cửa sổ c = 2.(1 + 1,33 + 1,35) + = 11,37 cm 50 Tính khoảng cách hai tâm trụ c' = 11,37 + = 18,37 cm 51 Chiều rộng mạch từ C = 2.11,37 + 3.7 = 43,74 cm 52 Chiều cao mạch từ H = + 2.3 = 13 cm Tính khối lượng sắt đồng 53 Thể tích trụ VT = 3.81,89.7 = 1719,69 cm3 54 Thể tích gơng Vg = 2.46,55.43,47 = 4072,19 cm3 55 Khối lượng trụ Mg = Vg.mFe = 1,71969.7,85 = 13,49 Kg 56 Khối lượng gông MT =VT.mFe = 4,07219.7,85 = 31,9 Jg 57 Khối lượng sắt MFe = MT + Mg = 31,9 + 13,49 = 45,46 Kg 58 Thể tích đồng VCu = 3.(S1L1 + S2L2) = 3.(0,21.435,16.10-4 + 1,04.515,7.10-4) = 0,1883 dm3 59 Khối lượng đồng MCu = VCu mCu = 0,1883.8,9 = 1,676 Kg Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực 2.4 Chọn thiết bị bảo vệ 2.4.1 Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn Khi van bán dẫn làm việc, có dịng điện chạy qua, van có sụt van ∆U, có tổn hao cơng suất ∆P Tổn hao sinh nhiệt, đốt nóng van bán dẫn Mặt khác, van bán dẫn phép làm việc nhiệt độ cho phép (Tcp), nhiệt độ cho phép van bán dẫn bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an tồn, khơng bị chọc thủng nhiệt, phải chọn thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lí Tính tốn cách tản nhiệt: Thơng số cần có: + Tổn thất cơng suất Thyristor: ∆P = ∆U.Ilv = 2,0.17,4 = 34,8 W + Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: STN = ∆p/Km.τ Trong đó: ∆p: tổn hao cơng suất W τ: độ chênh 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 tỏa nhiệt Tlv = 800C τ = Tlv - Tmt = 400C Km hệ số tỏa nhiệt đối lưu xạ Chọn Km = W/m2 0C Vậy STN = 34,8/8.40 = 0,108 m2 Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước cánh a x b = x = 12 cm2 Tổng diện tích tỏa nhiệt cánh STN = 12.2.12 = 288 cm2 2.4.2 Bảo vệ dòng điện cho van Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động cắt mạch 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: Dịng điện làm việc chạy qua aptomat: I= S ba 3.380 = 50 3.380 = 0,07 A Dòng điện aptomat cần chọn: Idm = 1,1.0,07 = 0,08 A Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch Thyristor, ngắn mạch đầu chỉnh lưu Icc = 1,1.I2 = 1,1.2,04 = 2,224 A 2.4.3 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 dòng điện ngược thời gian ngắn, biến thiên nhanh chóng dịng điện ngược gây sức điện động cảm ứng lớn điện cảm làm cho trình điện áp Anod Catod Thyristor Khi có mạch R-C mắc song song với Thyristor tọa mạch vịng phóng điện tích q trình chuyển mạch nên Thyristor không bị điện áp Theo kinh nghiệm R1= (5 ÷ 30)Ω; C1 = (0,25 ÷ 4) µF Chọn theo tài liệu: R1 = 5,1 Ω; C1 = 0,25 µF +Để bảo vệ van cắt đột biến áp áp non tải, người ta mắc mạch R-C đầu mạch chỉnh lưu cầu pha diode công suất bé Thông thường giá tr t chn khong 10 ữ 200 àF Theo tài liệu: R3 = 470Ω; C3 = 10µF Chọn giá trị điện trở R4 = 1,4(KΩ) Chương Thiết kế mạch điều khiển 3.1 Giới thiệu vác khâu điều khiển cần thiết Để mạch động lực hoạt động cần có mạch điều khiển Trong mạch điều khiển gồm khâu sau: - Khâu đồng pha: có nhiệm vụ tạo điện áp U rc thượng gặp điện áp cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod Thyristor - Khâu so sánh: nhận tín hiệu điện áp cưa điện áp điều khiển, có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển U dk, tìm thời điểm với điện áp (U dk = Urc) Tại thời điểm hai điện áp phát xun đầu để gửi sang tầng khuyếch đại - Khâu tạo xung: có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor Xung để mở Thyristor cần phải: sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo yêu cầu Thyristor mở tức thời có xung điều khiển; đủ độ rộng; đủ công suất; cách ly mạch điều khiển mạch động lực( điện áp lớn) - khâu khuyếch đại: với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor, tầng thường thiết kế Tranzitor cơng suất 3.2 Tính tốn khâu điều khiển Viêch tính tốn mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khuyếch đại ngược trở lên Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu chung để mở Thyristor 3.2.1 Tính biến áp xung - Chọn vật liệu làm lõi thép Ferit HM Lõi có dạng hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hóa có: ∆B = 0,3 T, ∆H = 30 A/m, khơng có khe hở khơng khí - Tỷ số biến áp xung: thường m = ÷ 3, chọn m = - Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Udk = 2,5 V - Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp máy biến áp xung: U 1= m.U2 = 3.2,5 = V - Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I2 = Idk = 0,06 A - Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I1 = I2/m = 0,06/3 = 0,02 A - Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: µtb = ∆B/µ0 ∆H = 8.103 Thể tích lõi thép cần có: V = Q.L = (µtb µ0 tx sx U1 I1)/ ∆B2 Thay số vào ta được: V = ( 8.103 1,25.10-6 100.10-3 0,5 0,02)/0,32 = 3,47.10-6 m3 = 0,9 cm3 Chọn mạch từ OA-25/40-5 tích V = Q.l = 0,375.10,2 = 3,38 cm3, với thể tích ta có kích thước mạch từ sau: a = 7,5 mm; b = 5mm; Q = 0,375 cm3 = 37,5 cm3; Qcs = 4,9 cm2; d = 25 mm; D = 40 mm Chiều dài trung bình mạch từ l = 10,2 cm Số vòng quấn dây sơ cấp biến áp xung: Theo định luật cảm ứng điện từ: U1 = w1.Q dB/dt = w1.Q ∆B/tx w1 = U1.tx/∆B.Q = 9.100.10-3/0,3.37,5 = 80 vòng Số vòng dây thứ cấp: W2 = w1/m = 80/3 = 27 vòng Tiết diện dây quấn thứ cấp: S1 = I1/J1 = 66,6.10-3/6 = 0,0112 mm2 Chọn mật độ dòng điện J1 = (A/mm2) - Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 = S1 = 0,119mm π Chọn d1 = 0,12mm, S1 = 0,0113mm2 Tiết diện dây quấn thứ cấp: S2 = I2/J2 = 0,2/4 = 0,05mm2 Chọn mật độ dòng điện J2 =4 A/mm2 Đường kính dây quấn thứ cấp: d = 4S = 0,252mm π Chọn dây có đường kính d2 =0,27 mm, S2 = 0,0575 mm2 Kiểm tra hệ số lấp đầy: K ld = S1 W1 + S W2 0,0113.80 + 0,0572.27 = = 0,005 Qcs 490 Như vậy, sổ đủ diện tích cần thiết 3.2.2 Tính tầng khuyếch đại cuối Chọn Tranzitor công suất Tr3 loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số: Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si Điện áp Colecto Bazơ hở mạch Emito: UCBO = 40 V Điện áp Emito Bazơ hở mạch Colecto: UEBO = V Dịng điện lớn Colecto chịu đựng Icmax = 500 mA Công suất tiêu tán Colecto: Pc = 1,7 W Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: T1 = 1750C Hệ số khuyếch đại: β = 50 Dòng làm việc Colecto: Ic3 = 33,3 A Dòng làm việc Bazơ: IB3 = Ic3/ β = 33,3/50 = 0,66 mA Chọn nguồn cấp cho biến áp xung: E = +12 V ta mắc thêm điện trở R10 nối tiếp với cực Emito Tr3 R10 = (E-U1)/I1 = 92 Ω Tất diode mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: - Dòng điện định mức: Idm = 10 A - Điện áp ngược lớn nhất: UN = 25 V - Điện áp diode mở thông: Um = V 3.2.3 Chọn cổng AND Toàn mạch điện phải dùng cổng AND nên ta chọn hai IC 4081 họ CMOS Mỗi IC 4081 có cổng NAD, có thơng số: Nguồn ni IC: Vcc = (3 ÷ 18) V, ta chọn: Vcc = 12 V Nhiệt độ làm việc: -400C ÷ 800C Điện áp ứng với logic: "1": ÷ 4,5 V Dịng điện nhỏ 1mA Công suất tiêu thụ P = 2,5 mW/1 cổng 3.2.4 Chọn tụ C3 R9 Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng đưa vào Bazơ Tranzitor Tr 3, chọn R9 thỏa mãn diều kiện: R9 ≥ U 12 = = 6kΩ I b 2.10 −3 Trong đó: U = 12 V; Ib3 = 2mA< 10mA Chọn C3.R9 = tx =100 Suy C3 = tx/R9 C = 100/6,8.103 = 0,014µF Chọn C3 = 0,0 µF 3.2.5 Tính chọn tạo xung chùm Mỗi kênh điều khiển phải dùng khuyếch đại thuật tốn, ta chon IC loại TL084 hãng Texas Instruments chế tạo, IC có khuyếch đại thuật tốn Thơng số củ TL048: Điện áp nguồn ni: Vcc = ± 18 V, chọn Vcc = ± 12 V Hiệu điện hai đầu vào: ± 30 V Nhiệt độ làm việc: T = -25 ÷ 850C Cơng suất tiêu thụ: P = 680 mW = 0,68 W Tổng trở đầu vào: Rin = 106MΩ Dòng điện đầu ra: Ira = 30 pA Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: du/dt = 13 V/µs Mạch tạo chùm xung có tần số: fx = 1/2tx = 1/2.100 = kHz hay tru kỳ xung trùm T = 1/f = 200 µs; ta c ó: T = 2.R8C2.ln( 1+2.R8/R7) Chọn R6 = R7 = 33 kΩ T = 2,2.R8.C2 = 200 µs Vậy: R8.C2 = 90 µs Chọn tụ C2 = 0,1 µF có điện áp U = 16 V; R8 = 0,9Ω Đểm thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp mạch ta chọn R biến trở kΩ 3.2.6 Tính chọn tầng so sánh Khuyếch đại thuật toán chọn loại TL084 Trong nguồn ni Vcc = ± 12 V Thì điện áp vào A Uv = 12 V Dòng điện vào hạn chế để Ilv < mA Chọn R4 = R5 > Uv/Iv = 12/1.10-3 = 12 kΩ Do ta chọn R4 = R5 = 15 kΩ có dịng vào A3: Ivmax = 12/(15.109) = 0,8 mA 3.2.7 Tính chọn khâu đồng pha Điện áp tụ hình thành nạp tụ C 1, mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có nửa chu kỳ điện áp lưới tuyến tính số thời gian tụ nạp Tr = R3.C1 = 0,005s Chọn tụ C1 = 0,1 µs điện trở R3 = Tr/C1 = 0,005/0,1.10-6 Vậy R3 = 50.103 Ω = 50 kΩ Để thuận tiện ch điều chỉnh lắp ráp mạch R 3, thường chọn biến trở lớn 50 kΩ chọn Tranzito Tr1 loại A564 có thơng số: Tranzito loại NPN làm Si Điện áp Colecto Bazơ hở mạch Emito: UCBO = 25 V Điện áp Emito Bazơ hở mạch Colecto: UEBO = V Dịng điện lớn Colecto chịu đựng Icmax = 100 mA Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp: Tcp = 1500C Hệ số khuyếch đại: β = 250 Dòng cực đại Bazơ: IB3 =Ic /β = 100/250 = 0,4 mA Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào Bazơ Tranzito Tr chọn sau: Chọn R2 thỏa mãn điều kiện: R2 > UNmax/IB = 12/0,4.10-3 = 30 kΩ Chọn R2 = 30 kΩ Chọn điện áp xoay chiều đồng pha: UA = V Điện trở R1 để hạn chế dịng điện khuyếch đại thuật tốn A 1, thường chọn R1 cho dịng vào khuyếch đại thuật tốn IV < mA Do đó: R1 > UA/IV = 9/1.10-3 = kΩ Chọn R1 = 10 kΩ 3.2.8 Tạo nguồn nuôi Thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha tạo nguồn nuôi, chọn kiểu biến áp pha trụ, trụ có cuộn dây, cuộn sơ cấp bốn cuộn thứ cấp Cuộn thứ cấp thứ Cấu tạo nguồn điện áp ± 12 V để cấp cho ni IC, điều chỉnh dịng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Nguồn cấp ba cuộn dây thứ cấp Hai chỉnh lưu tia pha để tạo điện áp nguồn nuôi đối xứng cho IC Điện áp đầu ổn áp chọn 12V Điện áp vào IC ổn áp chọn 20V Điện áp thứ cấp cuộn chọn là: U 21 = 20 = 14,18V Chọn U21 = 14V Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng vi mạch ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch sau: Điên áp đầu vào: UV = ÷ 35 V Điện áp đầu ra: IC 7812 có Ura = 12V IC 7912 có Ura = -12V Dịng điện đầu ra: Ira = ÷ A Tụ điện C1, C2 dùng để lọc phần song hài bậc cao Chọn tụ C1 = C2= C3= C4= 470 µF; U = 35 V Cuộn thứ cấp thứ 2: Tạo nguồn nuôi cho biến áp xung, cấp xung điều khiển cho Thyristor + 12V Do mức độ sụt xung cho phép tương đối lớn lên nguồn không cần ổn áp Mỗi phát xung điều khiển công suất xung đáng kể, nên cần tạo cuộn dây riêng rẽ với cuộn dây cấp nguồn IC, để tránh gây sụt áp nguồn nuôi IC Cuộn thứ cấp thứ 3,4 cuộn dây đồng pha Các cuộn dây cần lấy trung thực điện áp hình sin lưới, tốt nên quấn biến áp riêng Tuy nhiên, theo kinh nghiệm có thê quấn chung với biến áp nguồn ni 3.2.9 Tính tốn máy biến áp nguồn ni đồng pha 1) Điện áp lấy thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi IC: U21 = 14V 2) Công suất tiêu thụ IC TL084 sử dụng làm khuyếch đại thuật toán ta chọn hai IC TL084 để tạo kênh điều khiển cổng AND PIC = 8.0,68 = 5,12 W 3) Công suất BAX cấp cho cực điều khiển Thyristor Px = 6.UNX.Idk = 6.3.0,2 = 3,6 W 4) Điện áp ba pha thứ cấp cuộn dây nguồn nuôi biến áp xung U 22 = 12 = 4,91V ; chọn 5V 5) Điện áp lấy thứ cấp cuộn dây đồng pha U3,4 = 5V 6) Dòng điện chạy qua cuộn dây đồng pha chọn 10mA 7) Công suất cuộn dây đồng pha Pdf = Udf.Idf = 6.50.0,1 = 0,3 W 8) Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi PN = Pdf + PIC + Px PN = 0,3 + 5,12 + 3,6 = 9,02 W 9) Cơng suất máy biến áp có kể đến 5% tổn thất máy: S = 1,05.PN = 1,05.9,02 = 9,471 VA 10) Dòng điện sơ cấp máy biến áp: I1 = S/3.U1= 9,471/3.220 ≈0,01435 A 11) Tiết diện trụ máy biến áp tính theo cơng thức: Qt = k Q S 9,471 = = 1,51cm m f 3.50 Ta chọn chuẩn hóa tiết diện trụ theo bảng Qt = 1,63 cm2 Kích thước mạch từ thép dày σ = 0,5 mm Số lượng thép: 68 a = 12 mm b = 16 mm h = 30 mm hệ số ép chặt kc = 0,85 12) Chọn mật độ từ cảm B= 1T trụ ta có số vịng dây sơ cấp: W1 = U1 = 6080 vòng 4,44 f B.QT 13) Chọn mật độ dòng điện J1 = I2 = 2,75 A/mm2 14) Tiết diện dây quấn sơ cấp: W11 = 0,0052 mm2 Đường kính dây sơ cấp: 15) W12 = 0,081 mm Số vòng dây quấn thứ cấp W21 16) W21 = W1 17) Số vòng dây quấn thứ cấp W22 W22 = W1 18) U2 34 = 6080 = 940 vòng U1 220 U 22 4,91 = 6080 = 135 vòng U1 220 Số vòng dây quấn thứ cấp W23 W23 = W1 U 23 = 6080 = 138 vịng U1 220 Đường kính dây quấn cuộn thứ cấp kích thước nhỏ khơng đáng kể chọn 0,26 mm Các thơng số cịn lại biến áp nguồn ni tính giới thiệu Tính chọn diode cho chỉnh lưu nguồn ni: 20) - Dòng điện hiệu dụng qua diode: 19) I DHD = - I ∑ IC Điện ≈ 5,12 = 0,123 A 2,12 áp ngược lớn mà diode phải chịu: U N max = U 21 = 2,45.14 = 34,3V - Chọn diode có điện áp ngược lớn nhất: Un = ku.UNmax = 2.34,3 = 68,6 V Chọn diode loại KII208A có thơng số: - Dòng điện định mức: Idm = 1,5 A - Điện áp ngược cực đại diode: UN = 100 V 3.3 Ghép nối thành sơ đồ hoàn chỉnh KẾT LUẬN Qua thời gian thực thiết kế môn học với đề tài " Thiết kế điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều có tham số sau: U=400V, I=300A, Ukt=48V, Ikt=3,5A" giúp em hiểu rõ vấn đề lý thuyết thực tế liên quan đến đề tài nhằm củng cố học lớp Được hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo phụ trách môn, thầy cô giáo môn Điện tự động công nghiệp với cố gắng thân em hoàn thành đề tài giải vấn đề sau: - Tổng quan cơng nghệ - Tính chọn mạch cơng suất - Tính chọn thiết bị bảo vệ - Thiết kế mạch điều khiển Mặc dù làm việc nghiêm túc cố gắng suốt thời gian thực đề tài song thời gia hạn chế nên đề tài khong tránh khỏi thiếu sót định, em mong bảo thầy, cô ban Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 13 tháng 11năm 2012 Sinh viên thực Nguyễn Đức Hoàng ... (hệ thống kích từ khơng vành trượt).Trong hệ thống kích từ người ta dùng máy phát điện xoay chiều pha quay trục với máy phát điện làm nguồn cung cấp Máy phát xoay chiều kích từ có kết cấu đặc biệt... Ghép nối thành sơ đồ hoàn chỉnh KẾT LUẬN Qua thời gian thực thiết kế môn học với đề tài " Thiết kế điều khiển kích từ cho máy phát điện xoay chiều có tham số sau: U=400V, I=300A, Ukt=48V, Ikt=3,5A"... kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao chỉnh lưu Đối với máy phát từ 100MW trở lên sử dụng hệ thống nguồn xoay chiều chỉnh lưu Trước hết phải kể đến hệ thống kích từ dùng máy phát điện