Đồ án môn tổng hợp hệ điện cơ

Đồ án môn tổng hợp hệ điện cơ là đồ án mà mình bảo vệ trong năm cuối quá trình mình học ở trường, mình mất khá nhiều thời gian vì nó chủ yếu là lý thuyết,mình phải tìm tòi khá kỹ..rất tốn nhiều thời gian,các bạn tải về tham khảo nhé

ĐỒ ÁN MÔN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

Họ tên sinh viên: Trần Doãn Đạt Hệ đào tạo: Dài hạn chính quy

Lớp: K8Z Điện công nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử Giáo viên hướng dẫn: Phạm Văn Tuấn

ĐỀ TÀI: Tính toán, thiết kế hệ truyền động động cơ KĐB rotor dây quấn – phương

pháp nối tầng

- Số liệu cho trước của động cơ rotor dây quấn như sau:

- Động cơ rotor dây quấn loại KQ450-8

Chương 1: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB

Chương 2: Sơ đồ thiết kế

Chương 3: Tính toán và lựa chọn các phần tử của mạch lực

Chương 4: Tính toán lựa chọn mạch điều khiển

Chương 5: Điều chỉnh tốc độ và đặc tính điều chỉnh của hệ kín

Ngày nhận đề tài: 09/01/2017; Ngày hoàn thành:…/…/2017.

Do có nhiều ưu điểm cả về kinh tế lẫn kỹ thuật nên động cơ không động bộ ngàycàng được sử dụng phổ biến trong nền kinh tế quốc dân cũng như đời sống hàngngày Vì vậy việc điều khiển động cơ không đồng bộ là một trong những vấn đềquan trọng

Trong quá trình học tập chúng em đã được học, nghiên cứu nhiều phương phápđiều khiển động cơ không đồng bộ và trong phạm vi đồ án tốt em chỉ đi sâu nghiêncứu thiết kế hệ điều khiển cho động cơ không động bộ rôto dây quấn theo phươngpháp nổi tầng

Dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Phạm Văn Tuấn em đã hoàn thành đồ án

của mình với đề tài “Tính toán,thiết kế hệ truyền động động cơ KĐB rôto dây phương pháp nổi tầng”

Do thời gian và hiểu biết thực tế còn hạn chế nên trong quá trình thiết kế còn cónhững sai sót nhất định, em mong được sự giúp đỡ chỉ bảo của các thầy cô trong bộmôn để em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày / /2017

Sinh viên

Trần Doãn Đạt

Chương 1

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

I Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ (KĐB).

1 Khái quát về máy điện KĐB.

Động cơ xoay chiều KĐB được sử dụng nhiều nhất trong thực tế hiện nay nhờ các

ưu điểm: Đơn giản về cấu tạo, nhỏ gọn, hoạt động tin cậy, giá thành rẻ và chi phí vậnhành thấp Hơn nữa nó có thể đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha mà khôngcần qua một thiết bị biến đổi nào

Có hai loại động cơ KĐB :

+ Động cơ KĐB rôto dây quấn + Động cơ KĐB rôto lồng sóc

Hình 1.1 Ký hiệu động cơ KĐB

2 Đặc tính cơ của động cơ KĐB.

Theo điều kiện cân bằng công suất trong động cơ, nếu gọi:

- Công suất điện từ chuyển từ stato vào rôto là P12

- Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ là Pcơ.

- Công suất tổn thất trên động cơ là ∆P

Mđt

≈

M và ∆P=∆P2=3.I2’2.R2’

Trong đó: I2’: Dòng rôto đã quy đổi về stato

R2’: Điện trở Rôto đã quy đổi về stato

2 2

' 2 1

1 '

U I

++

=

(1)

Trong đó: Xnm=X1+X2’ : Điện kháng ngắn mạch của động cơ

U1: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato

R1, X1: Điện trở tác dụng và điện kháng stato

R2’,X2’: Điện trở tác dụng và điện kháng rôto đã quy đổi về stato s: Hệ số trượt

Theo biểu thức P12=Pcơ+∆P

ω ω

.

3

0

' 2 2 ' 2

ω

(2)

' 2 2

1 3

nm

X s

R R

s

R U

ω

(3)

Đây là phương trinh đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ, cho s các giá trị khác

nhau, tức là ứng với mỗi giá trị tốc độ

) 1 (

Đặc tính cơ của động cơ KĐB

Các điểm cực trị của đừong cong đặc tính cơ trên gọi là điểm tơi hạn ứng với các tọađộ:

- Độ trựơt tới hạn: sth=

2 2 1

' 2

nm

X R

2 1 2

3

nm

X R R

U

+ +

ω

.Nếu biểu diễn phương trình (3) thông qua độ trượt tới hạn và mômen tới hạn ta códạng phương trình đặc tính cơ thông dụng dạng Closs như sau:

M=

th th

th

th th

s a s

s s s

s a M

.

1 2

+ + +

Trong đó a=

' 2

1

R R

- Đoạn 1 từ điểm không tải lý tưởng (s=0,ω = ω0

) đến điểm tới hạn (s=sth) gọi là

đoạn công tác có độ cứng

0

<

β

, động cơ chỉ làm việc xác lập trên đoạn này

- Đoạn 2 từ tới hạn tới điểm ngắn mạch (s=1, ω

=0) có độ cứng β >0

và chỉ tồn tạitrong quá trình khởi động hoặc quá độ

II Các nguyên tắc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB.

2 ' 2 1

' 2 2 1

2

3

X X s

R R p f

s

R U

π

(4)

Từ phương trình trên cho thấy ta có thể điều khiển được động cơ KĐB bằng cách tácđộng vào các thông số: Điện trở, điện kháng mạch rôto R2, X2; điện áp stato U1; điệntrở và điện kháng stato R1 ,X1; tần số dòng điện stato f; và số đôi cừc p Ngoài cácphương pháp tác động vào các thông số trên người ta còn điều khiển động cơ KĐBbằng các sơ đồ đặc biệt để điều khiển động cơ thông qua điều chỉnh công suất trượttrong mạch rôto, đó là các sơ đồ tầng Ta sẽ lần lượt khảo sát các phương pháp trên:

1 Điều khiển động cơ bằng điện trở phụ trong mạch rôto R f

Phương pháp này được sử dụng cho động cơ KĐB rôto dây quấn thông qua việc sửdụng điện trở phụ Rf mạch rôto

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 1.3 Sơ đồ và đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện trở phụ rôto

Với phương pháp này ta có mômen tới hạn của động cơ:

3

0

2 1

Khi tăng điện trở phụ Rf khiến cho độ trượt tới hạn sth tăng khiến cho độ cứng đặc tính

cơ β

giảm do đó điều chỉnh được tốc độ làm việc và mômen ngắn mạch của động cơ

Để tăng chất lượng điều chỉnh tốc độ, người ta dùng loại biến trở xung là loại biếntrở tự động có thể điểu khiển nhờ khóa đóng cắt bằng linh kiện điện tử Tuy nhiênphương pháp này chỉ sử dụng cho điều khiển rôto dây quấn

2 Điều khiển động cơ bằng điện áp stato.

Theo biểu thức (4) cho thấy sự ảnh hưởng của điện áp stato U1 đến các thông số đầu

ra của động cơ Do vậy có thể điều khiển động cơ thông qua điện áp stato U1 Việcđiều khiển được thực hiện sử dụng một bộ nguồn có điện áp ra thay đổi (U1=var) đểcung cấp cho stato của động cơ:

Sơ đồ:

Hình 1.4 Sơ đồ và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện áp stato.

Do dòng điện động cơ tỷ lệ với bình phương của điện áp U, độ trượt tới hạn sth khôngthay đổi theo điện áp

Như vậy ta có đặc tính cơ khi thay đổi điện áp stato như trên

Việc điều khiển đối với động cơ KĐB rôto dây quấn và rôto lồng sóc có khác nhau

- Đối với động cơ KĐB rôto lồng sóc: Do độ trượt tới hạn nhỏ,nên phần công táctrên các đặc tính điều chỉnh ngắn dẫn đến hiệu quả điều chỉnh tốc độ không cao

Do đó áp dụng phương pháp thường áp dụng phương pháp này cho điều chỉnhmômen và dòng điện khởi động

- Đối với động cơ rôto dây quấn Người ta thường đưa thêm một bộ điện trở cốđịnh và ba pha của rôto để làm tăng thêm độ trượt tới hạn của động cơ, do đó mởrộng được vùng điều chỉnh, tăng hiệu quả của điều chỉnh động cơ, do đó phươngpháp này được áp dụng để điều chỉnh tốc độ

3 Điều khiển động cơ KĐB bằng biến đổi tần số.

Việc điều khiển động cơ KĐB bằng biến đổi tần số được dùng rộng rãi do tạo racho động cơ KĐB khả năng điều chỉnh các thông số đầu ra vượt trội

Phương pháp này cho phép điều chỉnh cả mômen và tốc độ động cơ với chất lượngcao

0ω

1

ω

dm

ω2

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính nhân tạo khi biến đổi tấn số

Ưu điểm của phương pháp: Các đặc tính nhân tạo có thể thấp hơn nếu f<fđm vàcũng có thể cao hơn nếu f>fđm, tức là tốc độ làm việc nlv có thể lớn hơặc nhỏ hơn tốc

2 π

và

) 1

0 −s

ω

Ta thấy khi thay đổi số đôi cực p thì tốc độ ω0

thay đổi theo, do đó tốc độ rôto động

cơ ω

thay đổi

Để sử dụng phương pháp này người ta chế tao hai loại động cơ có khả năng thayđổi số đôi cực

- Loại có hai bộ dây quấn stato riêng biệt, mỗi bộ có một số đôi cực riêng biệt

- Loại có một bộ dây quấn nhưng mỗi pha đều chia làm 2 phân đoạn, khi đổi nối ta

sẽ có các số đôi cực khác nhau

Hình 1.6 Họ đặc tính cơ khi thay đổi p

Nhược điểm của phương pháp :

- Vì p chỉ có thể thay đổi theo các số tự nhiên do đó tốc độ thay đổi nhảy cấp

- Phương pháp này không kinh tế

5 Điều khiển động cơ KĐB bằng điện trở và điện kháng phụ mạch stato.

Về nguyên lý, điện trở phụ stato Rf1 và điện kháng phụ stato Xf1 đều có ảnh hưởngđến đặc tính cơ của động cơ KĐB Tuy nhiên do hạn chế của dạng đặc tính và chỉ tiêuchất lượng thấp, do đó ít được sử dụng trong điều chỉnh tốc độ

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính điều chỉnh

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý và họ đặc tính cơ.

Đối với động cơ KĐB rôto lồng sóc có công suất trung bình và lớn, để hạn chế dòngđiện khởi động, người ta mắc thêm điện trở phụ hoặc điện kháng phụ vào stato

6 Điều khiển động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện kháng rôto X 2

Theo biểu thức (4) ta thấy có thể điều khiển động cơ KĐB bằng phương pháp thayđổi điện kháng rôto X2, tuy nhiên theo biểu thức X2=2.π

.f2.L2

Với f2 là tần số dòng điện trong rôto f2=f1.s nhỏ vì s rất nhỏ, do đó muốn có X2 lớn cần

có điện cảm L2 lớn nên phương pháp này không kinh tế nên trong thực tế không dùngphương pháp này để điều khiển động cơ KĐB

7 Điều khiển động cơ KĐB bằng sơ đồ tầng.

Như đã trình bày, khi động cơ làm việc ở tốc độ ω

tương ứng với tốc độ trượt s

nào đó, công suất lấy từ lưới điện sau khi chuyển thành công suất điện từ P12=Mđt.ω0

chia làm 2 phần chính: Công suất cơ Pcơ=M.ω

và công suất trượt ∆Ps=P12.s chuyểnvào mạch rôto

Giả thiết bỏ qua các tổn thất trên các dây quấn, trên lõi thép và ma sát trên ổ trục tacó: P12=Pcơ+∆Ps

Đối với các hệ thống điều khiển đã xét ở trên,Công suất tiêu tán ∆Ps tỷ lệ với hệ sốtrượt s Điều chỉnh càng sâu độ trượt càng lớn, tổn thất càng lớn dẫn đến chỉ tiêu nănglượng càng thấp

Do vậy, đối với các động cơ KĐB rôto dây quấn công suất lớn có ∆Ps lớn người ta

sử dụng phương pháp điều khiển theo sơ đồ tầng nhằm mục đích sử dụng có ích côngsuất trượt khi điều chỉnh tốc độ động cơ

Để thực hiện được ý tưởng trên người ta đưa vào mạch rôto một thiết bị biến đổi đểtiếp nhận năng lượng ∆Ps rồi biến đổi nó thành cơ năng bổ sung vào trục của động cơcùng máy sản xuất hoặc thành điện năng có tần số bằng tần số lưới điện và trả về lưới

a b

Hình 1.8 Biểu đồ năng lượng trong các sơ đồ tầng: a, tầng điện cơ; b, tầng điện

CHƯƠNG 2.

SƠ ĐỒ THIẾT KẾ

Động cơ yêu cầu điểu khiển là động cơ KĐB rô to dây quấn có công suất lớn,

Do đó để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu năng lượng ta chọn phương pháp điềukhiển động cơ sử dụng sơ đồ tầng

I Khái quát sơ đồ tầng.

Khi động cơ hoạt động nó sinh ra một năng lượng trượt ở mạch rô to Khi đưa một

suất điện động phụ Ef vào, dòng điện roto được xác định theo biểu thức: I2= Z

E

E2 − f

Giả thiết Mc=const và động cơ đang làm việc xác lập trên đặc tính ứng với một giátrị Ff nào đó Nếu tăng Ef lên thì thì dòng điện I2 giảm, mô men điện từ của động cơgiảm và có chỉ số nhỏ hơn Mc, nên tốc độ của động cơ giảm Khi tốc độ giảm, độ trượt

s tăng lên làm cho E2=E2nm.s tăng lên Kết quả là dòng điện I2 và mômen điện từ củađộng cơ tăng lên Cho đến khi mô men của thiết bị nối tầng cân bằng với momen Mc

thì quá trình giảm tốc kết thúc, động cơ làm việc xác lập với tốc độ thấp hơn trước.Khi E2=Ef thì I2=0 động cơ làm việc với tốc độ không tải lý tưởng Khi Ef=0 động cơlàm việc trên đặc tính gần với tự nhiên

Người ta chia sơ đồ tầng thành 2 loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng trượt củađộng cơ:

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ năng lượng của hệ thống nối tầng.

Trong các sơ đồ nối tầng loại này, năng lượng trượt có tần số f2=f1’.s ở mạch rôtocủa động cơ không đồng bộ được đưa đến đầu vào của bộ biến đổi BBĐ Qua bộ biếnđổi sau khi trừ tổn thất trong dây quấn rôto ∆Pd và tổn thất trong bộ biến đổi ∆Pb,năng lượng trượt được biến đổi thành điện năng Pđ trả về lưới như như giản đồ nănglượng trong các sơ đồ này bộ biến đổi và động cơ chỉ liên hệ về điện với nhau vì vậygọi là sơ đồ nối tầng điện

Mômen trên trục của thiết bị nối tầng là

= ω ω ω

P

đm dm

dm dm

1 ω

ω ω

Nghĩa là trong các sơ đồ tầng điện khi làm việc trên các đặc tính điều chỉnh mômen

của động cơ không đổi và bằng định mức Trong các công thức trên

, '

đm

ω

và sđm’ là tốc

độ và độ trượt khi tải định mức trên các đặc tính điều chỉnh

2.Sơ đồ tầng điện cơ.

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ năng lượng của hệ thống nối tầng điện cơ.

Trong các sơ đồ nối tầng loại này năng lượng trượt sau khi qua bộ biến đổi đượcbiến thành điện năng và đưa đến động cơ phụ ĐP Động cơ phụ lại biến điện năngthành cơ năng đưa lên trục động cơ ĐK như trên giản đồ năng lượng Như vậy hệthống biến đổi gồm BBĐ và ĐP liên hệ với ĐK cả về điện lẫn cơ Vì vậy gọi là sơ đồtầng điện cơ

Công suất tổng đưa ra trên trục của thiết bị nối tầng điện cơ là:

Pt=Pđm.(1-s)+Pđm.s=Pđm=const

Nghĩa là ở các sơ đồ nối tầng điện cơ khi làm việc trên các đặc tính điều chỉnh, côngsuất của hệ không đổi và bằng định mức./

II.Các sơ đồ nối tầng có thể sử dụng.

1.Sơ đồ nối tầng máy điện.

MC ĐC

BĐ

Hình 2.3b: Sơ đồ nối tầng điện cơ.

Trong các sơ đồ trên:

ĐC là động cơ chính cần điều chỉnh tốc độ

BĐ là máy biến đổi để tạo nên Ef

MC là máy một chiều để biến điện năng thành cơ năng đưa lên trục của máy phátđồng bộ PĐ trong sơ đồ tầng điện hoặc đưa vào động cơ chính trong sơ đồ tầng điệncơ

FĐ là máy phát xoay chiều đồng bộ để biến cơ năng thành điện năng trả về lưới

Rf là điện trở phụ để khởi động động cơ chính ĐC

CD là cầu dao để chuyển đổi mạch rôto của ĐC từ trạng thái khởi động sang trạngthái làm việc

Đối với sơ đồ tầng điện trên BĐ có thể là máy biến đổi phần ứng hoặc máy biến tần.Đối với sơ đồ này, việc điều chỉnh chỉnh tốc độ có thể thực hiện phía trên hoặc phíadưới tốc độ đồng bộ, nghĩa là có hai vùng điều chỉnh tốc độ:

Vùng tốc độ thấp hơn tốc độ đồng bộ : Dòng năng lượng theo chiều từ rôto của

ĐC qua hệ thống biến đổi rồi về lưới

Vùng tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ : Dòng năng lượng sẽ có chiều ngược lại Đối với sơ đồ tầng điện cơ: Điều chỉnh tốc độ chỉ thực hiện phía dưới tốc độ đồng

bộ nghĩa là chỉ có một vùng điều tốc Dòng năng lượng luôn theo một chiều từ rôto

ĐC qua hệ thống biến đổi rồi đưa lên trục động cơ

Nhân tố quan trọng nhất quyết định trạng thái làm việc của hệ thống là sức điệnđộng phụ Ef đưa vào rôto của động cơ ĐC bằng cách thay đổi Ef hoặc góc lệch phacủa Ef và E2 của rôto ĐC ta sẽ điều chỉnh được tốc độ của thiết bị nối tầng Trị số của

Ef có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh kích từ của MC, góc lệch pha có thể thay đổibằng cách điều chỉnh dòng kích từ của máy BĐ

b Nhược điểm

Nhược điểm của các sơ đồ nối tầng máy điện đó là: Sử dụng quá nhiều các máyđiện quay do đó kích thước và trọng lượng lớn, làm việc ồn ào, giá thành cao.

2.Sơ đồ nối tầng van- máy điện.

Để khắc phục nhược điểm của các sơ đồ nối tầng máy điện, giảm bớt số lượng cácmáy điện quay người ta sử dụng các bộ biến đổi can tĩnh thay cho các máy biến đổinăng lượng trượt BĐ trong các sơ đồ nối tầng máy điện

Hình 2.4 Sơ đồ nối tầng điện Sơ đồ nối tầng điện cơ.

Trong các sơ đồ trên sức điện động Ef đưa vào mạch rôto ĐC là sức địện động mộtchiều do MC tạo ra

Dòng năng lượng chỉ theo một chiều từ rôto của ĐC đến bộ biến đổi do đó chỉ điềuchỉnh tốc độ ở vùng thấp hơn tốc độ cơ bản

Dòng điện chỉnh lưu của mạch rôto Id được xác định theo biểu thức

mc mc S

t

mc S

d

R

K E K R

E E K

Trong đó :

E2: Trị số của sức điện động pha của rôto ĐC

I d BA

mc: Sức điện động máy một chiều MC

Điều chỉnh tốc độ thiết bị nối tầng trong các sơ đồ này thực hiện bằng cách thay đổidòng kích từ của máy một chiều MC dẫn đến thay đổi Emc, thay đổi Id khiến cho I2

thay đổi theo biểu thức:

3.Sơ đồ nối tầng van.

a Sơ đồ và nguyên lý

Hình 2.5 Sơ đồ nối tầng van

Trong sơ đồ trên năng lượng trượt từ rôto động cơ chính ĐC, Sau khi qua bộ chỉnhlưu trở thành năng lượng một chiều nó lạii được biến thành xoay chiều nhờ bộ ngịchlưuvà trả về lưới qua biến áp BA Sức điện động phụ Ef đưa vào mạch rôto của động

cơ không đồng bộ ĐC là sức điện động của bộ nghịch lưu

Trị số của sức điện động phụ được điều chỉnh bằng cách thay đổi góc thông sớm củacác van Tiristo.

Bộ nghịch lưu NL(biến đổi) gồm các tiristo được điều khiển đóng mở bằng điện áplưới do đó năng lượng trượt một chiều sẽ được biến đổi thành xoay chiều có tần số củađiện áp lưới

Theo sơ đồ này ta có:

Id=Ki.I2= t

bđ d

Như vậy khi thay đổi góc mở α

sẽ thay đổi được Ebđ dẫn đến thay đổi Id làm cho I2

thay đổi do đó điều khiển được tốc độ động cơ không đồng bộ ĐC

b Ưu điểm

Như vậy trong các sơ đồ trên, việc sử dụng sơ đồ nối tầng van có nhiều ưu điểmhơn:

- Giá thành rẻ

- Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng nhỏ gọn

- Không ồn ào khi làm việc

Từ các so sánh đánh giá trên tc chọn sơ đồ thiết kế là sơ đồ nối tầng van để điều khiểnđộng cơ không đồng bộ

III.Các số liệu dùng cho tính toán, thiết kế hệ thống

1 Số liệu cho trước của động cơ.

- Động cơ rôto dây quấn loại KQ450-8

- Điện trở và điện kháng stato: R1 = 0,064 Ω, X1 = 0,28 Ω

- Điện trở và điện kháng rôto: R2 = 0,015 Ω, X2 = 0,14 Ω

2 Các số liệu cần cho tính toán thiết kế

1 Tốc độ góc của động cơ.

ωđm = nđm/9,55 = 735/9,55 = 76,96 (rad/s)

Do độ trượt định mức của động cơ nhỏ (2-5)% do đó với tốc độ định mức của đồng

cơ nđm=735 vòng/phút tương ứng với tốc độ đồng bộ n0=750 vòng/phút tương ứng với

số đôi cực p=4

2 Tốc độ góc đồng bộ của động cơ.

0 0

750

78,539,55 9,55

)1(

21

)1(

21

2

M dm

M dm M

8 Điện kháng ngắn mạch của động cơ.

Xnm = X1+ X2’ = 0,28 + 0,3 = 0,58 (Ω)

9 Hệ số: a=

1 2

th

th th

M 0 7071,51 6309,69 4547,9 3230,85 2488,01 2018,37

Đồ thị đặc tính cơ tự nhiên của động cơ :

Chương 3

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH LỰC

I.Tính toán Diod chỉnh lưu.

Để chọn diode cho chỉnh lưu, người ta thường dựa vào hai thông số là điện áp vàdòng điện

Khi đã đáp ứng được hai thông số cơ bản trên các thông số còn lại để tham khảo là: + Loại van nào có sụt áp ∆U

nhỏ hơn sẽ tổn hao ít hơn

+ Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn sẽ cho chất lượng tốt hơn

+ Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn sẽ có khả năng chịu nhiệt tốt hơn + Điện áp và dòng điện điều khiển của của loại van nào nhỏ hơn thì đòi hỏi côngsuất điều khiển nhỏ hơn

+ Loại van nào có thời gian chuyển mạch bé hơn sẽ nhạy hơn Tuy nhiên trong hầuhết các loại van bán dẫn, thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ nghịch với tổn hao côngsuất

Đối với các van động lực, việc lựa chọn được dựa vào các yếu tố cơ bản của dòngtải, điện áp làm việc, điều kiện toả nhiệt và sơ đồ đã chọn

Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau:

1.Điện áp ngược của van:

Theo công thức 1.7 TLII ta có điện áp làm việc của van :

Trong đó: Knv Là hệ số điện áp ngược.Tra bảng 1.1 TL2

Hệ số điện áp ngược đối với chỉnh lưu cầu 3 pha ta có : Knv= 6

U2 Là điện áp pha xoay chiều U2=

Với knv = 6 là hệ số điện áp ngược của van

Điện áp ngược của van tính theo công thức 1.9n TL2 :

lv dtU

nv k U

Trong đó : Unv Điện áp ngược diode

KdtU : Hệ số dự trữ điện áp kdtU = 1,6 ÷2 Chọn kdtU = 1,8

lv I k I

I k

Id = I

Trong đó :

khd : Hệ số dòng hiệu dụng Tra bảng 1.2 TL2 ta có đối với 3 pha đối xứng :

Vậy :

0,8153

Khi đó có thể cho phép van làm việc tới 70% IdmV (IdmV≥1,43Ilv)

Tra bảng P.1 TL2 ta chọn ra 6 diode chỉnh lưu loại SH14C500 với các thông số :

- Dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 500 (A)

- Điện áp ngược của Diod : UN = 1400 (A)

- Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 5500 (A)

- Tổn hao điện áp ở trạng thái mở : ΔU = 0,85 (V)

- Nhiệt độ làm việc cho phép : Tcp = 160 (0C)

II.Tính toán Tiristor nghịch lưu

1.Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu

Theo công thức 1.7 TLII ta có điện áp làm việc của van :

Unmax= Knv.U2ba

Trong đó:

Knv : Hệ số điện áp ngược.Tra bảng 1.1 TL2 Hệ số điện áp ngược đối

với chỉnh lưu cầu 3 pha ta có : Knv= 6

U2ba: Điện áp thứ cấp máy biến áp

Ta thấy theo sơ đồ Chỉnh lưu-nghịch lưu trên, nếu bỏ qua tất cả các sụt

Trong đó : Unv Điện áp ngược Tiristor

KdtU : Hệ số dự trữ điện áp kdtU = 1,7 ÷2 Chọn kdtU = 1,7

I = =

.I k

I d = ITrong đó :

khd : Hệ số dòng hiệu dụng Tra bảng 1.2TL2 đối với 3 pha đối xứng : 3

1

=

hd

k

kI : Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu Với sơ đồ cầu 3 pha : 0,815

Khi đó có thể cho phép van làm việc tới 70% IdmV (IdmV≥1,43Ilv), Chọn IdmD=1,7 Ilv Vậy dòng định mức của diode là: IdmD=1,7 Ilv=1,7.183,54=312,01 (A)

Như vậy ta có các thông số của Tiristor cần chọn:

UnT=1100,88 (V)

IdmD=312,01(A)

Để chọn van hợp lý điện áp ngược và dòng điện định mức của van phải lớn hơn cácthông số trên

Tra bảng P.1 TL2 ta chọn ra 6 Tiristor chỉnh lưu loại N490CH10 với các thông số :

- Dòng điện chỉnh lưu cực đại : Imax = 495 (A)

- Điện áp ngược của Diod : UN = 1000 (A)

- Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 18000 (A)

- Tổn hao điện áp ở trạng thái mở : ΔU = 1,69 (V)

- Điện áp xung điều khiển : Ug=3,0 (V)

- Dòng điện xung điều khiển : ig=300 (mA)

- Dòng điện tự giữ : Ih = 400 (mA)

- Dòng điện rò : Ir = 100 (mA)

- Đạo hàm điện áp : dU/dt = 200 (V/s)

- Thời gian chuyển mạch :

- Nhiệt độ làm việc cho phép : Tcp = 125 (0C)

III.Tính toán máy biến áp nghịch lưu.

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ nối dây ∆/Y , làm mát bằng không khí tựnhiên

Tính các thông số cơ bản

1.Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp.

U1=450 (V)

2.Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp.

Như phần tính toán trên ta có: U2ba=1,06.Enm=1,06

450 3

5.Công suất biểu kiến của máy biến áp.

Máy biến áp trong sơ đồ phải có công suất đủ để chuyển tải được công suất trượt

lớn nhất trong dải điều chỉnh tốc độ động cơ:

Ks: Hệ số công suất theo sơ đồ mạch lực

Tra bảng 1.2 TL2 với sơ đồ cầu 3 pha ks=1,05

Sba=1,05.200=210 (kVA)=210000 (VA)

Tính toán sơ bộ mạch từ

6.Tiết diện trụ Q Fe của lõi thép MBA :

f m

S k

Q Fe

.

=

(cm2)Trong đó :

SBA : Công suất biến áp (VA)

kQ : Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát,

kQ = ( 4 ÷ 5 ) với MBA dầu

kQ = ( 5 ÷ 6 ) với MBA khô , vậy chọn kQ = 6

Q d

(cm)

Chuẩn hóa đường kính trụ biến áp theo tiêu chuẩn trang 469 TL3 ta chọn d=18 cm

khi đó ta có sơ bộ tiết diện trụ QFe=

Chọn loại thép Э330 , các lá thép dày 0,5 mm Chọn mật độ tự cảm sơ bộ Bt=1 T

9 Tính sơ bộ chiều cao trụ.

Chọn tỷ số phụ m=h/dFe = 2÷4 Ta chọn m=2 , vậy chiều cao sơ bộ của trụ là h =2.dFe = 2 18 = 36 (cm)

Tính toán dây quấn máy biến áp.

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

10 Số vòng dây 1 pha của cuộn sơ cấp

T Fe

f

B Q f

U

44 , 4

( vòng) Trong đó: U1f: Điện áp pha sơ cấp do biến áp nối ∆/Y nên U1f=380 V

( vòng)

12 Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

Mật độ dòng điện trong dây quấn MBA thường chọn trong khoảng J = 2 ÷2,75(A/mm2) Đối với máy biến áp khô dây quấn bằng đồng ta chọn

J1 =J2= 2,75 A/mm2

13 Tiết diện dây quấn sơ cấp.

1 1 1

(mm2)

Do tiết diện dây quấn khá lớn do đó ta chọn dây quấn có tiết diện chữ nhật

Tra theo bảng tiêu chuẩn dây quấn tiết diện chữ nhật V.2 TL3 ta được dây dẫn có tiếtdiện S1=65,39 mm2 có cả kích thước chưa kể cách điện là

a=5,3 mm

b=12,5 mm

Theo bảng VIIb TL3 về chiều dày cách điện chuẩn, với a=5,3 mm chiều dày cách điện

là 0,4 mm(cả về 2 phía) với b=12,5 mm có chiều dày cách điện là 0,48 mm (cả về 2phía)

Vây kích thước dây dẫn sơ cấp kể cả cách điện :

175,63

2,68 65,39

ba

I J S

(A/mm2)

15 Tiết diện dây quấn thứ cấp

2 2 2

287

2,75

I S J

(mm2)

Do tiết diện dây quấn khá lớn do đó ta chọn dây quấn có tiết diện chữ nhật

Tra theo bảng tiêu chuẩn dây quấn tiết diện chữ nhật V.2 TL3 ta được dây dẫn có tiếtdiện S2=106,39 mm2 có cá kích thước chưa kể cách điện là

a=5,5 mm

b=19,5 mm

Theo bảng VIIb TL3 về chiều dấy cách điện chuẩn, với a=5,5 mm chiều dày cách điện

là 0,4 mm(cả về 2 phía) với b=19,5 mm có chiều dày cách điện là 0,48 mm (cả về 2phía)

Vây kích thước dây dẫn sơ cấp kể cả cách điện :

a2=5,5+0,4=5,9 (mm)

b2=19,5+0,48=19,98 (mm)

S2cđ=a1.b1=5,9.19,98=117,88 (mm2)

16 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp

2 2 2

287

2, 43 117,88

I J S

(A/mm2)

Tính kết cấu dây quấn sơ cấp

Dây quấn được bố trí theo kiểu dây quấn đồng tâm dọc trụ ,mỗi cuộn dây được quấnthành nhiều lớp , mỗi lớp dây được quấn liên tục , các vòng dây sát nhau Các lớp dâyđược cách điện với nhau bằng bìa cách điện Cách tính các thông số này như sau:

17 Số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn sơ cấp.

c g

k b

h h

1 11

−

=

(vòng)Trong đó : b1= 12,98 mm là chiều rộng của dây quấn kể cả cách điện

hg :Là khoảng cách cách điện với gông Khi dây quấn chữ nhật có kích thước lớn thì

(vòng)Chọn 1 lớp có W11 = 24 vòng

18 Tính sơ bộ số lớp dây của cuộn sơ cấp

1 11 11

W 80

3,33 24

n W

(vòng)

20 Chiều cao thực của cuộn sơ cấp là

11 1 1

20.1, 298

28 0,95

c

W b h

22 Chọn khoảng cách từ trụ đến cuộn dây sơ cấp.

Khoảng cách này thường được chọn từ 0,5 cm đến 2 cm.

20 24, 64

22,32

t n tb

Tính kết cấu dây quấn thứ cấp

31.Chọn sơ bộ chiều cao dây quấn thứ cấp.

h2 = h1 = 28 cm

32 Tính sơ bộ số vòng dây trên mỗi lớp của cuộn thứ cấp.

c

k b

kc = 0,95 là hệ số ép chặt

12

28 0,95 13,31 1,998

W 49

3,5.

14

n W

34 Chọn số lớp dây quấn thứ cấp.

13.1,998

27,34 0,95

c

W b h

26 , 28 18 2

2 1

12 = D t +D n = + =

D

(cm)

Tính toán kích thước mạch từ

44 Số bậc thang trong nửa tiết diện trụ.

Tra bảng 13.2 TL3 trang 457 ta có số bậc lõi sắt trong máy biến áp ba pha với

đường kính trụ d=18 cm ta có số bậc là 6

45.Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ.

Tra bảng XIII 8 trang 666 TL3 tiết diện trụ bậc thang lõi sắt có đường kính 18 cm là

Qbt = 232,8 (cm2)

46.Tiết diện hiệu quả của trụ.

1 2

3 4 5

6 8

9 8 13

( lá )

- Bậc 4 :

4

8 2 32 0,5

( lá )

50 Tiết diện gông.

Tra bảng XIII2TL3 trang 666 ta có tiết diện gông MBA với d=18 cm SG=237,6 cm2

51 Chiều dày của gông

bg = d = 18 (cm)

52 Chiều cao của gông

ag =

237, 6 18

G g

450

1,145

4, 44 4, 44.50.80.221,16.10

f T

T

U B

58 Khoảng cách giữa hai trục của trụ.

C’ = C + dFe = 15,44+18 = 33,44 (cm)

59 Chiều rộng mạch từ

Trong đó: MT: Khối lượng trụ.

mFe: Khối lượng riêng của thép dùng để chế tạo mạch từ

l1, l2 là chiều dài dây quấn sơ cấp và thứ cấp

VCu = 3.(65,39.10-4.56,06.10 + 106,39.10-4.44,68.10)=25,25 (dm3)

66 Khối lượng đồng

MCu = VCu.mCu

Trong đó: MCu: Khối lượng đồng

mCu: Khối lượng riêng của đồng

mCu=8,9 Kg/dm3

MCu = 25,25.8,9 = 224,725 (Kg)

67 Tổng khối lượng sắt và đồng.

M = MFe + MCu = 488,28+224,725 =713,003 (Kg)

Tính toán các thông số cơ bản của máy biến áp.

68 Điện trở cuộn sơ cấp của MBA ở nhiệt độ 75 o C.

{ }

1 1

Trong đó : W2= 49 vòng là số vòng dây của cuộn thứ cấp

Rbk= Dt2/2=26,64/2=13,32(cm) là bán kính trong của cuộn thứ cấp

h2 = 27,34 cm là chiều cao cuộn thứ cấp

Bd1 = 2,32 cm là bề dày cuộn sơ cấp

73 Điện cảm của MBA quy đổi về thứ cấp

3

0, 0074

0, 235.10 314

BA BA

X L

% 100 100 1,84(%)

210000

n n

BA

P P

( 3 ,

79 Điện áp ngắn mạch tác dụng

2 2

0, 0157.287 100 100 1,63(%)

275,39

BA nR

R I U

U

80 Điện áp ngắn mạch phản kháng

2 2

0, 074.287 100 100 7, 7(%)

275,39

BA nX

Khi thiết kế máy biến áp cho chỉnh lưu thường tính toán sao cho Un% lớn hơn 7%

để đảm bảo việc mở các Tiristo

275,39

3671,86 0,075

nm BA

U I

U U

C=84,88 cm

H=64

Dn2=31,44 Dt2=26,64 Dn1=24,64 Dt1=20 d=18

h=28

c=15,41 cd22=2

ag=14

h=36

c'=33,44

IV Tinh toán cuộn kháng lọc.

* Tính thông số cơ bản của cuộn kháng.

Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho dòng điện tải cũng đập mạch theo làm

xấu đi chất lượng của dòng điện một chiều Do vậy cần thiết kết kháng lọc KL để đảmbảo chất lượng của dòng điện một chiều

Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc thành phần dòng điện đập mạch được tính theobiểu thức:

ddm

d KL

I I m K

U L

%.

2

1000

* 1

10% Chọn I1*%=10%

K: Bội số sóng hài

Với sơ đồ chỉnh lưu, thành phần sóng hài bậc 1 (K=1) có biên độ lớn nhất do đó ta chỉcần tính cuộn kháng theo thành phần hài bậc nhất (K=1)

Udmax: Biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu

Udmax được xác định theo biểu thức 0

ma x dn

U U

với góc mở α

.Trong đó Ud0 là điện áp chỉnh lưu cực đại

Ud0=Ud+2∆UD+2∆UT+∆

Udn+2∆Uba Trong đó: Ud=2,34.E2nm=2,34.275,39=574,14V Điện áp sau chỉnhlưu ∆UD=0,85 V Tổn thất điện áp trên một diode

∆UT=1,69 V Tổn thất điện áp trên một Tiristo

∆

Udn Tổn thất điện áp trên dây nối(bỏ qua)

∆Uba =79,25 V Tổn thất điện áp trên máy biến áp

Ud0=574,14+2.0,85+2.1,69+79,25=658,47 (V).

Đối với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển ta tính cuộn kháng theo thànhphần sóng hài bậc một (K=1) tại góc điều khiển α =0

.Tra đồ thị 1.35 trang 55TL2 :