Thiết kế bộ chỉnh lưu điều khiển kích từ cho máy phát

Khái niệm chung Máy đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quấn, một dây quấn nối với lưới điện có tần số là f1 không đổi, còn dây quấn thứ hai được kích thích bằng dòng điện một chi

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

ĐỀ TÀI TÌM HIỂU 2

Chương 1 3

HỆ THỐNG KÍCH TỪ MÁY PHÁT 3

1.1 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3

1.1.1 Khái niệm chung 3

1.1.2 Nguyên lý làm việc 3

1.2 HỆ THỐNG KÍCH TỪ MÁY PHÁT 4

1.2.1 Tổng quan về hệ thống kích từ 4

1.2.2 Vận hành máy phát điện 5

Chương 2 7

CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN 7

2.1 TỔNG QUÁT CHUNG 7

2.2 PHƯƠNG ÁN CHÍNH 7

Chương 3 10

TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC 10

3.1 TÍNH TOÁN CHỌN VAN LỰC 10

3.1.1 Điện áp ngược của van 10

3.1.2 Dòng điện trên van 10

3.2 TÍNH TOÁN BIẾN ÁP LỰC 11

3.2.1 Tính toán sơ bộ mạch từ máy biến áp 12

3.2.2 Tính toán dây quấn 13

3.2.3 Tiết diện cửa sổ máy biến áp 14

3.2.4 Kết câu dây quấn máy biến áp 16

3.2.5 Tính các thông số máy biến áp 18

3.2.6 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại 20

Chương 4 21

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 21

4.1 CẤU TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN 21

4.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23

4.2.1 Sơ đồ 23

4.2.2 Nguyên lý hoạt động 25

4.3 CÁC KHÂU ĐIỀU KHIỂN 25

4.3.1 Khâu đồng pha 25

4.3.2 Khâu tạo điện áp răng cưa 28

4.3.3 Khâu so sánh 30

4.3.4 Khâu tạo xung chùm 32

4.3.5 Cổng AND 33

4.3.6 Khâu khuyếch đại xung và biến áp xung 34

4.3.7 Khối nguồn 37

Chọn linh kiện bán dẫn 38

Chương 5 39

KẾT QUẢ SAU MÔ PHỎNG 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống hang ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh

mẽ

Tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầu ngày càng nhiều và phức tạp của công nghiệp thì ngành điện tử công suất luôn phải nghiên cứu để tìm ra giải pháp tối ưu nhất Đặc biệt với chủ trương công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước, các nhà máy, xí nghiệp cần phải thay đổi, nâng cao để đưa công nghệ tự động điều khiển vào trong sản xuất

Do đó đòi hỏi phải có thiết bị và phương pháp điều khiển an toàn , chính xác Đó là nhiêm vụ của ngành điện tử công suất cần phải giải quyết

Để giải quyết được vấn đề này thì đất nước ta cần phải có đội ngũ thiết kế đông đảo và tài năng Sinh viên ngành ĐCN trong tương lai không xa sẽ đứng trong hàng ngũ này, do đó mà cần phải tự trang bị cho mình có một trình độ và tầm hiểu biết sâu rộng, Chính vì vậy đồ án môn học Điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết cho mỗi sinh viên của ngành ĐCN Nó là bài kiểm tra khảo sát kiến thức tổng hợp của sinh viên, và cũng là điều kiện để sinh viên ngành ĐCN tự tìm hiểu và nghiên cứu kiến thức

về Điện tử công suất Mặc dù vậy, với sinh viên năm thứ ba vẫn còn dang ngồi trong ghế nhà trường thì kinh nghiệm thực tế còn chưa có nhiều, do đó cần phải có sự hướng

dẫn giúp đỡ của thầy , cô giáo Qua đây cho em xin gửi lời cảm ơn tới thầy NGUYỄN

DUY MINH đã tận tình chỉ dẫn, giúp nhóm em hoàn thành tốt đồ án môn học này

Hà nội, ngày 19 tháng 5 năm 2015 Nhóm sinh viên thực hiện

Nhóm 5

Phạm vi điều chỉnh

(V)

Chương 1

HỆ THỐNG KÍCH TỪ MÁY PHÁT

1.1 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

1.1.1 Khái niệm chung

Máy đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quấn, một dây quấn nối với lưới điện có tần số là f1 không đổi, còn dây quấn thứ hai được kích thích bằng dòng điện một chiều (f2 = 0) Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi, có công suất trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thường dung cho máy bơm, quạt gió, các hệ thống truyền động của nhà máy luyện kim và cũng được sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát – động cơ công suất lớn động cơ đồng bộ có

độ ổn định tốc độ cao, hệ số cos 𝜑 và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao

Mạch stato của nó tương tự như của động cơ không đồng bộ mạch roto có cuộn kích từ để sinh ra từ trường trong máy và các cuộn dây khởi động (kiểu lồng sóc và kiểu dây quấn)

1.1.2 Nguyên lý làm việc

Dưới tác động của từ trường do dòng kích từ gây ra lên từ trường quay của stato tạo nên momen, momen quay với tốc độ đồng bộ Từ trường quay trong khe hở không khí kéo theo roto sẽ quay với tốc độ đồng bộ

Khi đóng stato động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ không đổi là tốc độ đồng bộ:

𝑊1=2𝜋.𝑓1

𝑝Trong đó: 𝑓1: Tần số của lưới điện, p: Số cặp cực từ

Trong phạm vi momen cho phép 𝑀 ≤ 𝑀𝑚𝑎𝑥, đặc tính cơ là tuyệt đối cứng,

nghĩa là độ cứng đặc tính cơ 𝛽 = ∞ Khi momen vượt quá giá trị 𝑀𝑚𝑎𝑥 thì tốc độ động

Hệ thống kích từ sử dụng máy phát xoay chiều như là nguồn năng lượng kích từ của máy phát chính Thường máy kích từ có cùng trục đối với trục Turbine, máy phát Điện áp xoay chiều ở ngõ ra của bộ kích từ được hỉnh lưu có điều khiển hoặc không điều khiển để tạo ra dòng một chiều cần cho từ trường của máy phát

Chức năng điều khiển bao gồm việc điều chỉnh điện áp, phân bố công suất, nâng cao tính ổn định của hệ thống Chức năng bảo vệ là đảm bảo được khả năng của máy điện đồng bộ, hệ thống kích từ và các thiết bị khác không được vượt quá giới hạn cho phép

Các yêu cầu cơ bản là hệ thống kích từ cung cấp và tự điều chỉnh dòng điện kích

từ của máy phát đồng bộ để duy trì điện áp ở đầu ra cũng như giữ cho điện áp đầu ra biến thiên trong phạm vi cho phép lien tục của máy phát, các yêu cầu này có thể hình dung từ đường cong điện áp của máy phát

Độ dự trữ cho tốc độ biến thiên của nhiệt độ, hư hỏng thiết bị, quá tải định mức khẩn cấp …cần được quản lý công suất định mức trong trạng thái xác lập Thông thường định mức bộ kích từ biến thiên từ 2 ÷ 3,5 kW/MVA của định mức máy phát

Ngoài hệ thống kích từ phải có khả năng đáp ứng quá độ bất ổn định với từ trường cưỡng bức phù hợp với máy phát một cách tức thời và ngắn hạn Khả năng của máy phát xem như đươc giới hạn bởi các yếu tố:

 Hư cách điện rotor ở điện áp kích từ cao

 Nóng rotor ở dòng điện kích từ lớn

 Nóng stator do dòng quá tải ở phần ứng lớn

 Lõi bị nóng trong suốt thời gian vận hành ở trạng thái thiếu kích từ và sinh nhiệt

do mật độ từ trường cao (V/Hz)

 Giới hạn nhiệt có đặc tính độc lập với thời gian

 Khả năng quá tải ngắn hạn của máy phát có thể mở rộng từ 15 ÷ 60 giây

 Qua nhiều năm phát triển hệ thống kích từ có nhiều dạng, chúng có thể được chia làm ba loại cơ bản dựa trên nguồn năng lượng mà bộ kích từ sử dụng:

Trong giai đoạn thứ hai, dòng kích từ sẽ đưa vào roto, động cơ sẽ tự kéo vào đồng bộ và lồng sóc khởi động hết tác dụng

Để hạn chế dòng điện, có thể dung giảm điện áp bằng biến áp tự ngẫu hoặc dung cuộn kháng Người ta rất ít dùng điện trở phụ để hạn chế dòng điện vì tổn thất năng

lượng lớn và chỉ tiêu chất lượng khởi động không tốt Với động cơ công suất nhỏ và ở điện áp thấp thì có thể cho phép sử dụng điện trở phụ để hạn chế dòng điện

Trong giai đoạn khởi động không đồng bộ, dây quấn kích thích ở roto không được hở mạch vì sức điện động cảm ứng tạo thành có thể chọc thủng cách điện

Để đáp ứng sự sử dụng tốt nhất của hệ thống kích từ, cần biết đầy đủ khả năng đáp ứng của máy phát ngắn hạn miễn không vượt quá giới hạn cho phép

Hệ thống kích từ sẽ giúp cho việc điều khiển điện áp có hiệu quả và nâng cao tính ổn định của hệ thống Nó sẽ có khả năng cho đáp ứng của độ bất ổn định một cách nhanh chóng để nâng cao quá độ ổn định và điều chỉnh từ trường của máy phát để nâng cao độ ổn định tĩnh

Chương 2

CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN

Nguồn điện một chiều cấp cho động cơ điện một chiều có thể lấy được từ nhiều cách khác nhau Lấy trực tiếp từ máy phát điện một chiều hoặc có thể dùng bộ biến đổi một chiều Trong thực tế, bộ biến đổi một chiều có thể dễ dàng thiết kế nhờ các mạch chỉnh lưu sử dụng các van bán dẫn Hơn nữa, các mạch chỉnh lưu sử dụng van điều khiển còn có thể dễ dàng điều khiển được theo yêu cầu của từng loại tải Do các ưu điểm đó, ta thiết kế nguồn một chiều thông qua các mạch chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ lưới điện Dưới đây là một số mạch chỉnh lưu cơ bản và hay được sử dụng

Để có thể kích mở và vận hành điều chỉnh tốc độ của máy phát điện một cách chính xác chúng ta cần một hệ thống kích từ sử dụng chỉnh lưu có điều khiển mạch chỉnh lưu này cần thỏa mãn các thông số yêu cầu của đề bài và các chỉ tiêu như : đảm bảo về mặt kỹ thuật, dễ vận hành và đảm bảo yêu cầu về mặt kinh tế

Thông qua chỉnh lưu, dòng điện một chiều được cấp cho cuộn kích từ và điều chỉnh được nhằm mục đích điều chỉnh tốc độ máy phát

Ta có : 𝑈𝑑 = (45𝑉 ÷ 90𝑉) lớn hơn 30V nên ta chọn mạch chỉnh lưu cầu để sử dụng trong hệ thống kích từ

 Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

Không nhất thiết phải có biến áp nguồn Tuy nhiên do số lượng van gấp đôi hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng từng gấp đôi Do đó không phù hợp với tải cần có dòng lớn những điện áp nhỏ

 Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển

Cho phép có thể đấu thẳng vào lưới điện bap ha, độ dập mach nhỏ 5% Nó có thể sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các loại trên Đồng thời công suất mạch chỉnh lưu này có thể lên tới vài trăm KW.Nhưng mạch này có sụt áp trên van gấp đôi sụt áp trong mạch sơ đồ hình tia

Lại xét: 𝑃𝑑𝑚𝑎𝑥 = 𝑈𝑑𝑚𝑎𝑥 𝐼𝑑 = 90.30 = 2,7𝑘𝑊 nhỏ hơn 5Kw nên chúng ta sử dụng loại chỉnh lưu một pha

Dựa vào các nhận xét trên và thỏa mãn yêu cầu kinh tế nên chúng ta chọn chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển mắc Katot chung (bởi vì mạch này có giá thành rẻ hơn, tiết kiệm năng lượng, thiết kế mạch lực đơn giản hơn và thích hợp hơn với với phạm vi điều chỉnh điện áp ra tải không quá lớn)

Hình 2.1: Sơ đồ và đồ thị dạng xung của mạch

Nhóm catôt chung là các tiristo nên chúng được mở ở các thời điểm α của nó Nhóm anôt chung là van điôt nên chúng luôn mở tự nhiên theo điện áp nguồn : Đ1 mở khi 𝑢2 bắt đầu âm ; Đ2 mở khi 𝑢2 bắt đầu dương Do vậy sự dẫn của các van trong chu

kỳ lưới là :

 Trong khoảng α ÷ π: 𝑇1Đ2 dẫn

 Trong khoảng π ÷ (π + α) : 𝑇1Đ1 dẫn do ở π , 𝜃1 mở tự nhiên làm 𝜃2 khóa

 Trong khoảng (π + α) ÷ 2π : 𝑇2Đ1 dẫn , 𝑇2 được phát xung mở ở điểm (π+ α) và dẫn làm cho 𝑇1 khóa

 Trong khoảng 2π ÷ (2π + α) : 𝑇2Đ2 dẫn , Đ2 mở tự nhiên ở điểm 2π

Công thức:

Khi chọn van cần quan tâm trước tiên tới hai chỉ tiêu chính sau:

 Chỉ tiêu dòng điện, ở đây thường phải tính được trị số dòng điện trung bình lớn nhất chạy qua van

 Chỉ tiêu điện áp, chủ yếu là điện áp ngược tối đa đặt lên van trong quá trình làm việc

3.1.1 Điện áp ngược của van

Do chọn sơ đồ cầu một pha có điều khiển nên ta có:

Điện áp ngược lớn nhất trên van:

Thay vào công thức 3.2 ta có Unv = 2.141,42 = 282,84(V)

3.1.2 Dòng điện trên van

Với sơ đồ cầu một pha, ta có:

Itbv = 𝐼𝑑

2 = 30

2= 15 (A) (3.3)

Dòng điện trên van:

Iv = kdtI.Itbv (3.4) Trong đó: kdtI là hệ số dự trữ dòng điện cho van Với các tải ổn định và dòng qua van nhờ hơn 100A chỉ cần có kdtI = 1,2 ÷ 1,4 nên ta chọn kdtI = 1,3

Thay vào công thức 3.4 ta có:

Iv = 1,3.15 = 19,5 (A) Van được làm mát tự nhiên nên ta chọn Iv = 25%.Idmv

=>Idmv = 4.Iv = 4.19,5 = 78 (A) Tra bảng thông số các van ta chọn được van T10-80 thyristor do Nga chế tạo Thông số van được ghi trong bảng sau:

Bảng 3.1: Các thông số của van thyristor

Ký hiệu I dmv (A) ∆U (V) I r (mA) U đk (V) I đk

(mA)

Tra bảng ta chọn được van Πbkл-100 điot có các thông số sau:

Bảng 3.1: Các thông số của van điot

kp là hệ số công suất máy biến áp, với sơ đồ cầu một pha thì kp = 1,23

Pdlà công suất một chiều trên tải, Pd = Ud.Id = 90.30 =2700 (W)

Thay vào công thức 3.5 ta có:

𝜶𝒎𝒊𝒏là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp, lấy 𝛼𝑚𝑖𝑛= 100

∆U v là sụt áp trên van, ∆Uv = ∆UvD +∆UvT (với ∆UvD, ∆UvT là sụt áp trên điot và thyristo lần lượt là 0,6 và 2,7V) nên ∆Uv = 3,3 (V)

∆U dn là sụt áp trên dây nối, coi như ∆Udn = 0

∆U ba = (5 ÷ 10)%.Ud chọn sơ bộ ∆Uba = 5%.Ud= 0,05.90 = 4,5V

Thay vào công thức 3.6 ta có U2 = 109,5 (V)

Vì chọn sơ đồ cầu một pha nên 𝑘𝑏𝑎.𝐼1

𝐼𝑑 = 1,11 nên dòng điện sơ cấp:

3.2.1 Tính toán sơ bộ mạch từ máy biến áp

Tiết diện trụ được tính theo công thức kinh nghiệm:

QFe = kQ √𝑚.𝑓𝑆𝑏𝑎 (3.7)

Do Sba =3,321 kVA < 10 kVA nên ta chọn trụ hình chữ nhật với chiều rộng trụ

là a (cm) ; chiều dày trụ là b (cm) => QFe = a.b = 24,8 (cm2)

Chọn MBA hình chữ E được ghép từ tôn Silic loại 310 có:

Bề dày tôn: 0,35 mm

Tổn hao là: 1,7 W/kg

Tỷ trọng: d = 7,8 kg/dm3 Tiết diện của trụ: QFe = a.b (cm2)

Theo kinh nghiệm thì tỷ số b/a = (0,5 ÷ 1,5) là tối ưu nhất

3.2.2 Tính toán dây quấn

Thông số các cuộn dây bao gồm số vòng dây và kích thước dây

Thông số các cuộn dây quấn sơ cấp và thứ cấp có cách tính như nhau nên ở đây chỉ giới thiệu cách tính chung cho các cuộn

- Số vòng dây của mỗi cuộn được tính:

W = 𝑈

4,44.𝑓.𝑄𝐹𝑒.𝐵 (vòng) (3.8) Trong đó:

W: Số vòng dây của cuộn dây cần tính

U: Điện áp của cuộn dây cần tính (V)

B: Từ cảm, thường lấy trong khoảng (1 ÷ 1,8) Tesle

QFe: Tiết diện lõi thép (cm2)

- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:

4,44.50.40,75.1,1.10−4 = 221,08 vòng Chọn W1 = 221 vòng

S1 = 6,29 (mm2) – (tra bảng 468 sách giáo trình)

- Kích thước dây có kể cách điện: Scd1 = 𝜋

4 𝑑𝑐đ2 = 𝜋

4.3,162 = 7,84 (mm2) (Với 𝑑𝑐𝑑 : Đường kính dây cả cả cách điện dây)

Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J1 = 𝐼1

𝑆1 = 16,57

7,84 = 2,11 (A/mm2) Tương tự với dây dẫn thứ cấp: S2 = 33,30

𝑆2 = 33,30

15,41 =2,16 (A/mm2)

3.2.3 Tiết diện cửa sổ máy biến áp

Diện tích cửa sổ MBA:

Qcs = Qcs1 + Qcs2

Qcs1 = klđ.W1.Scđ1

Qcs2 = klđ.W2.Scđ2 Trong đó:

Qcs là diện tích cửa sổ (mm2)

Qcs1, Qcs2 là diện tích do cuộn sơ và thứ cấp chiếm chỗ (mm2)

W1, W2 là số vòng dây cuộn sơ và thứ cấp MBA

h: là chiều cao cửa sổ(mm)

c: là chiều rộng của cửa sổ(mm)

- Chiều rộng toàn mạch từ: C = 2.c + x.a

-Chiều cao mạch từ: H = h + z.a

Với MBA một pha thì x = 2; z = 1

→C = 2.37 + 2.74 = 222 (mm)

→H = 185+ 1.74 = 259 (mm)

3.2.4 Kết câu dây quấn máy biến áp

Dây quấn được bố trí theo dọc trục Cuộn thứ cấp (HA) quấn sát trụ, cuộn sơ cấp (CA) quấn bên ngoài 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 các bìa cách điện

- Kết cấu dây quấn thứ cấp:

Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp: W12 =

ℎ−2.ℎ 𝑔

𝑏𝑛 𝑘𝑐 ( vòng)Trong đó:

h- là chiều cao của sổ, h= 185 (mm)

hg – là khoảng cách cách điện với gông, chọn hg = 2(mm)

kc – là hệ số ép chặt, kc =0,95

=> W12 = 185−2.2

9,3 0,95 = 18,5(vòng) Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp: n12 = 𝑊2

𝑊12 = 110

18,5 = 5,95 (lớp)

=>Chọn n12 = 6(lớp) Vậy cuộn thứ cấp có 110 vòng, quấn 5 lớp đầu mỗi lớp 19 vòng , lớp cuối 15 vòng

Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: h2 = 𝑊12.𝑏2

𝑘 𝑐 =18,5.9,3

0,95 = 181,11 (mm) Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = b+ 2.a02 = 7+ 2.1= 9 (cm)

(a02=1(cm) - là khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp)

Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm)

Bề dầy cuộn thứ cấp : Bd2= (a2 + cd22) n12 = (0,86 + 0,01) 6 = 5,22 (cm)

Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:

Dn2 = Dt2 + 2 Bd2 = 9 + 2.5,22 = 19,44 (cm) Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:

Dtb2 = 𝐷𝑡2+ 𝐷𝑛2

2 =9+19,44

2 = 14,22 (cm) Chiều dài dây quấn thứ cấp :

l2 = π W2 Dtb2 = π.110.14,22 = 49,14 (m) Chọn l2 = 49 (m)

- Kết cấu dây quấn sơ cấp:

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

W11 = ℎ − ℎ𝑔

𝑑𝑛 𝑘𝑐 = 185 − 6,32

3,16 0,95 = 53,72 vòng Trong đó:

kc = 0,95 hệ số ép chặt

h: chiều cao cửa sổ, h=185 (mm)

hg: khoảng cách cách điện của cuộn dây sơ cấp với gông

Như vậy cuộn sơ cấp có 221 vòng chia làm 4lớp , chọn 3 lớp đầu 56 vòng , lớp thứ 4 có 221 – 3.56 = 53 (vòng) → W11 = 56 (vòng)

-Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:

h1 = 𝑊11.𝑑𝑛

𝑘𝑐 = 56.3,16

0,95 = 186,27 (mm) = 18,63 (cm) Chọn khoảng cách từ cuộn thứ cấp tới cuộn sơ cấp a21= 1,0 (cm)

Đường kính trong của cuộn sơ cấp:

Dt1 = Dn2 + 2 a21 = 19,44 + 2.1 = 21,44 (cm) Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1(mm)

Bề dày cuộn sơ cấp:

Bd1 = (dn + cd11) n11 = (3,16+0,1).4 = 13,04 (mm) = 1,304 (cm) Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:

Dn1 = Dt1 + 2 Bd1 = 21,44 + 2.1,304 = 24,05 (cm)

Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:

Dtb2 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = ( 21,44 + 24,05 )/2 = 22,75 (cm)

rl2 = Dtb2/2 = 11,375 (cm) Chiều dài dây cuộn sơ cấp:

l1 = π W1 Dtb = π.221.22,75 = 157,95 (m) Chọn l1 = 158 (m)

3.2.5 Tính các thông số máy biến áp

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

R1 = ρ.𝑙1

𝑆1 = 0,02133.157,95

7,84 = 0,43 (Ω) (với ρ = 0,02133 Ωmm2/m)

Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 C:

R2 = ρ.𝑙2

𝑆2 = 0,02133.49,14

15,41 = 0,068 (Ω) Điện trở MBA quy đổi về thứ cấp:

Rba = R2 + R1.(𝑊2

𝑊1)2 = 0,068 + 0,43.(110

221)2 = 0,175 (Ω) Sụt áp trên điện trở máy biến áp:

ΔUr = Rba Id = 0,175.30 = 5,25 (V) Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:

rt2 là bán kính trong dây quấn thứ cấp (cm), S2 = 12,11

→rt2 = 12,11/2 = 6,06 h- là chiều cao cửa sổ lõi thép (cm)

a21 là bề dày cách điện giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp (m)

Bd1, Bd2 là bề dày cuộn sơ cấp và thứ cấp (m)

Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:

Lba = 𝑋𝑏𝑎

𝜔 = 3,11.10

−4

100.𝜋 = 1 (µH) Sụt áp trên điện kháng MBA:

ΔUx = 1

𝜋.Xba.Id = 1

𝜋.3,11.10−4.30 = 2,97.10−3(V) Sụt áp trên MBA:

Unx = 𝑋𝑏𝑎.𝐼2

𝑈2 100 = 3,11.10

−4 33,30 109,5 = 0,0095(%) Điện áp ngắn mạch phần trăm:

Un = √𝑈𝑛𝑟2+ 𝑈𝑛𝑥2 = √5,3222+ 0,00952 = 5,322 (%) Dòng điện ngắn mạch xác lập:

I2nm = 𝑈2

𝑍𝑏𝑎 = 109,5

0,175311 = 624,6 (A) Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:

Imax = √2.I2nm.(1 + 𝑒−𝜋.𝑈𝑛𝑥𝑈𝑛𝑟)= √2.122,86.(1 + 𝑒−𝜋.

0,0901 0,0001) = 883,3 (A)

3.2.6 Xác định góc mở cực tiểu và cực đại

Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100 Với góc mở αmin là dữ trữ, ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới

Khi góc mở nhỏ nhất: α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất: Udmax = 90 V

Khi góc mở lớn nhất: α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất: Udmin = 45 V,

U2 =109,5 V

Udmin = 2√2𝑈2

𝜋 cos𝛼𝑚𝑎𝑥 => cos𝛼𝑚𝑎𝑥 = 0,456 =>𝛼 = 62,860

Chương 4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Sau khi thiết kế mạch lực ta nhận thấy cần có hệ thống đúng để điều khiển mạch lực nói trên Mạch điều khiển này phải đáp ứng được nhu cầu cần thực hiện của mạch điều khiển.Có hai hệ thống điều khiển là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ

Hệ đồng bộ: Trong hệ này góc điều khiển mở, van ∝ luôn được xác định xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực Vì vậy trong mạch điều khiển phải

có khâu thực hiện nhiệm vu gọi là khâu đồng bộ để đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp của điện áp lực

Hệ không đồng bộ: Trong hệ này ∝ không xác định theo điện áp lực mà được tính dựa vào trạng thái của tải chỉnh lưu và góc điều khiển đồng bộ Tuy nhiên để bộ chỉnh lưu hoạt động bình thường bắt buộc phải thực hiện điều khiển theo mạch vòng kín

Hiện nay đại đa số mạch chỉnh lưu điều khiển theo sơ đồ đồng bộ vì khâu đồng

bộ có ưu điểm hoạt động cố định, dễ thực hiện

Ngày nay mạch điều khiển thường dùng được thiết kế theo kiểu thẳng đứng (dọc), điều khiển đồng bộ Sơ đồ cấu trúc có dạng sau:

ĐF là khâu đồng pha để tạo điện áp đồng pha, có tính chất cách ly nên dùng biến

áp đồng pha

RC là khâu tạo điện áp răng cưa

SS là khâu so sánh điện áp răng cưa với điện áp điều khiển (Udk là điện áp một chiều)