THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIÊP

_***** _

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

Hà Nội 7− 2005

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

ĐỀ BÀI : 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 : 6

TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 6

I CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 6

1 Phần tĩnh hay stato 6

2 Phần quay hay rôto 7

II CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG: 8

III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 9

IV PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 9

1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng 9

2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông 10

3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng 10

CHƯƠNG 2 : 11

CHỌN PHƯƠNG ÁN 11

1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng 11

2 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng 13

3 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng 14

CHƯƠNG 3 : 16

THIẾT KẾ MẠCH LỰC 16

I SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 16

1 Sơ đồ 16

2.Nguyên lý hoạt động 17

II TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ: 18

1 Tính toán chọn máy biến áp: 18

2 Tính chọn van 25

3 Tính toán bộ lọc 26

4 Tớnh toỏn bảo van mạch lực 29

CHƯƠNG 4 : 32

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 32

I CÂÚ TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN 32

1 Cấu trỳc điều khiển ngang 32

2 Cấu trỳc điều khiển dọc 33

3 Chức năng điều khiển 34

II SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 35

1.Nguyờn lý hoạt động : 37

2.Dạng điện ỏp mạch điều khiển 37

III.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN 39

1 Tớnh toỏn khõu đồng pha 39

2 Khõu tạo điện ỏp răng cưa 40

3 Khõu so sỏnh 43

43

4 Khõu phỏt xung chựm 44

5 Khõu khuếch đại xung và biến ỏp xung 45

6 Khõu tạo nguồn nuụi 49

49

Ta cần tạo ra nguồn điện áp để cấp cho máy biến áp xung và nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ 49

7 Tớnh biến ỏp nguồn nuụi và đồng pha 50

8 Khõu phản hồi tốc độ 52

CHƯƠNG 5: 54

Mễ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 54

54

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

ĐỀ BÀI :

Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ

độc lập không đảo chiều có các thông số sau:

LỜI NểI ĐẦU

Trong nền sản suất hiện đại ,máy điện một chiều đợc coi là một loại máy điện quan trọng Nó đợc dùng làm động cơ điện ,máy phát điện hay dùng trong các điều kiện làm việc khác

Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt ,vì vậy máy đợc dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép ,hàm

mỏ ,giao thông vận tai …

Mặc dù động cơ điện có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp ,nhng luôn đi kèm với nó là những yêu cầu về điện

áp ,dòng điện …Chính vì vậy cần một phơng pháp nhằm đáp ứng đợc những yêu cầu trên

Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ,nghiên cứu những ứng dụng các linh kiện bán dẫn làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trinh biên đổi điện năng Hiện nay các thiết bị

điện tử công suất chiếm hon 30% trong số các thiết bị của một

xí nghiệp hiện đại Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới, dây truyền sản xuất mới ,đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ s điện những kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý Xuất phát từ yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thầy cô trong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em từng bớc tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án môn học điện tử công suất

Đối với những sinh viên năm thứ 3 ,đây là lần đàu tiên tiếp xúc với thực tế Chính vì vây , trong quá trình thc hiện đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót nên em kính mong thây cô thông cảm và bỏ qua cho chúng em

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự

động hoá xí nghiệp công nghiệp và đăc biệt là thầy giáo Đỗ

TRọNG TíN đâ tận tinh hứơng dẫn em hoàn thành đồ án này

Sinh viên Dơng

Đức Anh

Chương 1 : TèM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Trong nền sản xuất hiện đại, mỏy điện một chiều vẫn được coi là một loại mỏy

quan trọng Nú cú thể dựng làm động cơ điện, mỏy phỏt điện hay dựng trong những điều kiện làm việc khỏc

Động cơ điện một chiều cú đặc tớnh điều chỉnh tốc độ rất tốt, cú nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khỏc Khụng những nú cú khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trỳc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng Động cơ điện một chiều được dựng nhiều trong những ngành cụng nghiệp cú yờu cầu cao vể điều chỉnh tốc

độ như cỏn thộp, hầm mỏ, giao thụng vận tải…

I

CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Cấu tạo động cơ điện một chiều cú thể chia thành hai phần chớnh là phần tĩnh

(stato) và phần quay (rụto)

1 Phần tĩnh hay stato

Đõy là phần đứng yờn của động cơ, bao gồm cỏc bộ phận chớnh sau:

a Cực từ chớnh :

Cực từ chớnh là bộ phận sinh ra từ trường gồm cú lừi sắt cực từ và dõy quấn kớch

từ lồng ngoài lừi sắt cực từ Lừi sắt cực từ làm bằng những lỏ thộp kỹ thuật điện hay

thộp cỏcbon dày 0,5 mm đến 1 mm ộp lại và tỏn chặt Trong động cơ nhỏ cú thẻ

dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện

kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau

b Cực từ phụ :

Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ cũng được gắn vào

vỏ máy nhờ những bulông

c Gông từ :

Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Trong động cơ điện lớn thường dùng thép đúc Có thể dùng gang làm vỏ máy trong động cơ điện nhỏ

d Các bộ phận khác :

- Nắp động cơ : Để bảo vệ động cơ khỏi bị những vật ngoài rơi vào làn hư hỏng

dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong động cơ điện nhỏ và vừa, nắp động cơ còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp động

cơ thường làm bằng gang

- Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than

gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại

2 Phần quay hay rôto

Phần quay gồm có những bộ phận sau:

a Lõi sắt phần ứng

Lõi sắt phần ứng dùng để đẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

Trong những động cơ cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành từng đoạn nhỏ Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục Khi động cơ làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép chặt trực tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn hơn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết

kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.

b Dây quấn phần ứng

Dây quấnphần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong động cơ điện nhỏ (công suất dưới vài kilôoat) thương dùng dây có tiết dện tròn Trong động cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn đựợc cách điện cẩn thẩn với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra so sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlit

c Cổ góp

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng

d Các bộ phận khác :

- Cánh quạt : dùng dể quạt gió làm nguội động cơ Động cơ điện một chiều

thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục động cơ Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động

cơ Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội động cơ

- Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục

động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt

II CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG:

R

R u + f

M

Từ phương trình đặc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ:

- Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng R f càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm

- Ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch

giảm, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với 1 phụ tải nhất định

- Ảnh hưởng của từ thông : Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng I kt động

cơ Khi giảm từ thông thì vận tốc động cơ tăng

III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập

Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U kt, dây cuốn kích từ sinh

ra từ thông Φ Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo

có Φ max tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R kt đến nhỏ nhất có thể Cũng

cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó E ư = 0 và theo biểu thức U = E ư + R ư I ư thì dòng điện I ư sẽ rất lớn làm cháy động cơ Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản

(M > M c ) rôto bắt đầu quay và suất điện động E ư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n

Do sự xuất hiện và tăng lên của E ư , dòng điện I ư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn

IV PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

R

R u + f

M

ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện được

bằng cách thay đổi các đại lượng Φ, R ư , U

1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng

tính cơ tự nhiên Ta thấy nếu R f càng lớn thì đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng cao nghĩa

là tốc độ thay đổi nhiều khi tải thay đổi Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng

9

ω Mc

ω0

Rn(TN)

trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện Vì vậy phương pháp này chỉ

áp dụng ở động cơ có công suất nhỏ

2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen

điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và sức điện động quay của động cơ

thông cũng là hệ phi tuyến:

i k =

k b

k r r

e

+ + ω k

dt

dφ

trong đó r k – điện trở dây quấn kích thích

r b – điện trở của nguồn điện áp kích thích

ω k – số vòng dây của dây quấn kích thích

Thường khi điều chỉnh điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức,

do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện

áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản

Vì β Φ =

u R

K )2

( φ nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm từ thông

để tăng tốc độ cho động cơ

3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng

Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên

n

(3)

(2)

(1)

Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc

độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

Chương 2 : CHỌN PHƯƠNG ÁN

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 sẽ 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

1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng

- Các van dẫn lần lượt theo từng cặp (T1, T2) và (T3, T4)

Sba = 1,23Pd

Ungmax = 2U2

I2 = 1,11Id

Nhận xét:

Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp tải lớn hơn 10V Dòng tải có thể lên tới 100A Ưu điểm của nó là 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 tưng gấp đôi Do đó nó không phù hợp với tải cần có dòng lớn

T2 T1

Công thức:

Udα =

π

2

63

U2cosα = 1,17U2cosα

phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm ampe), mặt khác độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi nhiều.

3 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

- Hoạt động của mạch: các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm katốt chung UKC,các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt chung UAC

- Công thức:

Udα = Udocosα =

π

63

U2cosα

id = Id = d

d R

U α

Itbv =

3

d I

Ungmax = 6U2

Sba = 1,05Pd

I2 = 0,816Id

* Nhận xét:

Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế vì

nó có nhiều ưu điểm hơn cả Nó cho phép có thể đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch nhỏ 5% Nếu có 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 rất lớn đến hàng trăm kW

Nhược điểm của mạch này là sụt áp trên van gấp đôi sụt áp trên van trong mạch sơ

đồ hình tia

Chọn mạch van:

Theo yêu cầu của đề bài: Uđm = 220V, Iđm = 140A ta có công suất của động cơ là

Pđm = Uđm Iđm = 220*140 = 30800 W = 30,8 kW

Công suất này khá lớn nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

Mặt khác yêu cầu nguồn cung cấp cho động cơ phải điều chỉnh được điện áp, điện áp điều chỉnh phải trơn nên ta chọn van phải là van điều khiển

Như vậy ta sẽ chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.

Ta sử dụng lưới điện ba pha có điện áp pha 220V, như vậy điện áp ra của mạch chỉnh lưu là: Udα =

d U

Theo đề bài: dải điều chỉnh của động cơ là 20:1, điện áp định mức của động cơ

là 220V ứng với vận tốc định mức của động cơ Như vậy điện áp ứng với vận tốc nhỏ nhất điều chỉnh được của động cơ là 220:20 = 11V

Với Ud = 220V thì αmin = arccos

8,514

d U

= arccos514220,8 = 64,70

Với Ud = 11V thì αmax = arccos

8,514

d U

= arccos51411,8 = 88,80

(αmin - αmax ) nằm trong khoảng điều chỉnh được của góc mở α(khoảng nhỏ hơn

1500) Như vậy ta có thể sử dụng mạch chỉnh lưu này đấu trực tiếp vào lưới điện, không cần thông qua biến áp.Nhng do gãc ®iÒu khiÓn αmin qu¸ lín nªn cÇn dïng mét biÕn ¸p nh»m t¨ng dµi ®iÒu chØnh

Kết luận:

Qua xem xét và tính toán ở trên, ta chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba

pha điều khiển đối xứng và cần dùng biến áp nguồn

Chương 3 : THIẾT KẾ MẠCH LỰC

I SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC

1 Sơ đồ

ATK

KK

T3

T5 T2

cầu 3 pha đối xứng Sau đó cung cấp động cơ làm việc với giá trị điện áp này Động cơ hoạt động đơc là do một hệ thống kích từ độc lập Khâu phát tốc dung để diều chỉnh diẹn áp làm việc của động cơ

II TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ:

Thông qua phơng án lựa chọn chỉnh lu cầu 3 pha ở chơng 2 cùng với sơ đồ mạch lực đã trình bày ở trên ta thấy cần tính toán các thiết bị sao cho thật phù hợp Các thiết bị chính cần tính toán ở đây bao gồm : Máy biến áp ,van ,thiết bị bảo vệ ,cuộn cảm

1 Tớnh toỏn chọn mỏy biến ỏp:

Các đại lợng cần thiết cho tính toán một máy biến áp chỉnh lu cầu 3 pha a Điện áp chỉnh lu không tải

Ud0 = Ud +∆Uba +∆Uv +∆Uck

Trong đó :

Ud0 : Điện áp chỉnh lu không tải

Ud : Điện áp chỉnh lu

∆Uba : Sụt áp trên biến áp

∆Uv : Sụt áp trên van

∆Uck : Sụt áp trên cuộn kháng

Do theo yêu cầu của đề bài ,đối với sơ đồ cầu 3 pha ta có các thông số sau :

ku =2.34 ; ks =1.05 ; kγ =3/π ; m = 3 ;

Theo các giá trị sụt áp trên van ta tính đợc nh sau :

Ud0 = 1 (a b U1)

U U U

∆++

−

∆+

∆+

∆+

(1) Trong đó :

∆Uba =11 (V) ; ∆Uv = 1.15 (V) ; ∆Uck =11 (V) ; ∆U1

e k k

e k k m

Thay vào công thức 1 ta có :

Ud0 = 1 (0.0399 0.0209 0.05) 274.74 275( )V

111115.1

*2

++

−

+++

b Xác định công suất tối đa của tải :

S ba

* Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc làm mát

Chuẩn hoá đờng kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10(cm)

Chọn loại thép E330 các lá thép có độ dày 0,5 mm

f Tính toán dây quấn máy biến áp

* / Tính toán điện áp của các cuộn dây

- Điện áp cuộn dây thứ cấp :

U2 = =

U

D k

U 0

( )V

52.11734.2

275 =

- Điện áp cuộn dây sơ cấp U1 bằng điện áp nguồn cấp

*/ Tinh dòng điện trong các cuộn dây

Ta có :

)(75.183220

38500

*05.1

*

1

max 1

U

P k

I2 = 343.98( )

52.117

38500

*05.1

Trong đó :

I : Cờng đọ òng điện trong các cuộn dây

J : Mật độ dòng điện trong các cuôn dây

Chọn J = 2.75 ( A/mm2 ) Thay số :

75.2

75

mm

= ⇒ D1 = 4*S1 ≈9( )mm

Π Chọn SCu2 = Scu1 = 66(mm2) ⇒ D2 = D1 = 9(mm)

QCS = QCS1 +QCS2

Với :

QCS1 = klđ*W1*SCu1 ; QCS1 = klđ*W2*SCu2

Trong đó :

QCS1, QCS2 : Phần do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ

W1 ,W2 : Số vòng dây sơ cấp và thứ cấp

klđ : Hệ số lấp đầy , chọn klđ = 2.5

Thay số :

QCS = 2.5*410*66 + 2.5*232*66 =105930 (mm2) =106 (cm2)

h Tính kích thứơc cửa sổ :

Khi đã có diện tích cửa sổ QCS cần chọn các kích thớc cơ bản

là chiều cao h và chiều rộng ccủa cửa sổ mạch từ Tuỳ theo thiết

kế mà chọn giá trị cơ bản c và h Thong thòng chọn theo hệ số phụ nh sau :

Chiều rộng toàn bộ mạch từ là : C = 2*c +3*a = 42 (cm)

Chiều cao toàn bộ mạch từ la : H = h + 2*a = 45 (cm)

i Tính kết cấu dây quấn

Dây quấn đợc bố trí theo dọc trụ , mỗi quận dây quấn thành nhiều lớp Mỗi lớp đợc quấn liên tục, các vòng dây sát nhau, Các lớp dây cách nhau bằng một bìa cách điện

- Số vòng dây trên mỗi lớp:

+ Kết cấu dây quấn sơ cấp :

Khi dây quấn tiết chữ nhật :

W1L= e

n

g k b

h

h 2−

= *0.95 48.51 49( )

47.0

5.0

*225

h : chiều cao cửa sổ

bn : bề rộng dây quấn kể cả cách điện

hg : khoảng cách cách điện với gông: hg = 5(mm)

W

1

1

= 8,45( )49

410

lop

= Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :

− Tính chiều dài của các cuộn dây đồng

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 a01= 1,0(cm)

Đờng kính trong của ống cách điện

Dt = dfe + 2 a01 – 2 S 01 = 10 + 2.1 - 2.0,1 = 11,8(cm)

Đờng kính trong của cuộn sơ cấp

Dt1 = Dt + 2 S01 = 11,8 + 2 0,1 = 12(cm) Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp

cd11 = 0,1(mm)

Bề dày cuộn sơ cấp

Bd1 = (a1 + cd11) n11 = (1,45+0,1).6,1 = 8,9(mm) = 0,89(cm) Đờng kính ngoài của cuộn sơ cấp

Dn1 = Dt1 + 2 Bd1 = 12 + 2.0,89 = 13,78(cm) Đờng kính trung bình của cuộn sơ cấp :

Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (12 + 13,78 )/2 = 12,89 (cm)

Chiều dài dây cuộn sơ cấp :

l1 = W1 π Dtb = 410 π 12,89 = 16603,0 (cm) = 166,03 (m) Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :

cd01 = 1,0(cm) + Kết cấu dây quấn thứ cấp

)(24,2495,0

47,0.49 1

11

k

b w h

e

=

=

=

Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp

h1 = h2 = 25 (cm) TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn 1 líp:

5895,0.41,0

25

, 0

41 , 0 34 k

b w h

e

2 12

Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén thø cÊp lµ: a12= 1,0 (cm)

§êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp :

Dn2 = Dt2 + 2 Bd2 = 15,78+ 2 0,62 = 17,02(cm) §êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp :

Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (15,78 + 17,02) / 2 = 16,4(cm) ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp :

l2 = π w2 Dtb2 = π 232.14,76 = 11953,13(cm)

⇒l2 ≈ 119,53 (m)

§êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y:

D12 = ( Dt1 + Dn2 ) / 2 = (12 + 17,02 )/2 = 14,51(cm)

VFe = QFe ( 3h+ 2c) = 0.84* (3*2,5 +2*5) = 14,7 (dm3)

SCu : tiết diện dây đồng

l : chiều dài dây đồng

2

3

h : Chiều cao cửa sổ lõi thép

cd : bề dày cách điện của các cuộn dây với nhau

Chọn cd = 2 (mm) Qua tính toán:

Xn = 0.00597 (Ω) ∆Ux = 0.800(V)

Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:

)(014,19314

00597,0

H w

Unm% = 100

m

nm m U

Z



Ι

2

= 1.79 (%)q) Dòng điện ngắn mạch:

Inm =

nm

m Z

U2

= 7800( )

015.0

117

A

=Nhận xét: kết quả tính đợc ở trên chỉ hoàn toàn có ý nghĩa về

lý thuyết còn thực tế khi lắp biến áp cần quan tâm đến rất nhiều vấn đề khác nh: làn mát, cách điện…

2 Tớnh chọn van

Các van trong mạch chỉnh lu công suất làm việc với dòng điện lớn, điện áp cao, công suất phát nhiệt trên nó khá mạnh vì vậy công việc chọn van phải hợp lý mới đảm bảo mạch hoạt động tin cậy

Khi chọn van cần quan tâm tới 2 chỉ tiêu: chỉ tiêu dòng điện

và chỉ tiêu điện áp

*) Tính chọn van theo chỉ tiêu dòng điện:

Theo yêu cầu của đề bài:

làm việc ở chế độ quá tải nên ta chọn hệ số dự trữ klv = 2

ở đây ta sử dụng ché độ làm mát tự nhiên, dòng điện cho phép chỉ bằng 25% dòng định mức

Nh vậy dòng trung bình qua van:

Iv = 46,67.1,5:25%= 280(A)

*) Tính chọn van theo chỉ tiêu điện áp

- Độ dao động của điện áp: ±10%

- Trị hiệu dụng của điện áp nguồn U2 lớn nhất:

Ksb = 9,5

006,0

057,

0 =

=

dmr

dmv k k

U

Do R1 không lớn , Ksb không lớn nên bộ lọc đợc chọn là điện cảm

L = 9,5 1 7,87

502.6

57,11

2 2 2

1

=

−Π

=

−



sb m

w m R

b = 1,2a = 12 (cm)

c = 0,8a = 8(cm)

h= 3a = 30(cm)

- Tiết diện lõi thép:

- Độ dài trung bình dây quấn:

ldq= 2(a+b) + πc = 2(10+12) + π8 = 69,13(cm)

10.26,41

r20 = 0,091(Ω)

*) Số vòng dây của cuộn cảm

13,69

240.091,0414

l

s r dq

*100

*) Tính cờng độ từ cảm

120.6.50.232.44,4

10.5,16

.44,4

10

T s

f W

U

th m

10.272.010.1000

120.232.10.272,0

100

H l

s W th

à

*) Tiết diện dây quấn

091,0

240.13,69

20

mm r

*) Xác định khe hở tối u:

lkk = 1.6.10-3 W I = 1,6.10-3.232.22,0 = 51,968(m)Vì trên đờng đi mạch từ có hai đoạn khe hở nên miếng đệm cơ đo chiều dầy băng 1/2lkk

29 =

=

d

sd h h

W W

Vậy cần quấn 5 lớp

- Độ dày của cả cuộn dây

∆cd = n(d + ∆cd) Trong đó: ∆cd = 1(mm)

140.8,16.02,1)20.(

10.26,41

02,1

3

T

I U mt

+

=

−+

α