Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)

THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP”.Nội dung đề tài bao gồm các chương:Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều khiển tốc độ.Chương 2: Tổng quan về các bộ chỉnh lưu và chỉnh lưu cầu ba pha.Chương 3: Tính toán thiết kế mạch động lực và mạch bảo vệ.Chương 4: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.Do lần đầu tiên làm đồ án, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong thầy cô và các bạn có những góp ý để đồ án của em hoàn thiện hơn. ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word) ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word) ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)vvĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Thiết kế bộ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (có file word)

LỜI NÓI ĐẦU

Sự bùng nổ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây

đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn, ứng dụng rộng rải có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khắc nhau, Đặc biệt là lĩnh vực điều khiển tự động và các dây chuyền công nghiệp khép kín ra đời trong đó có lĩnh vực điều khiển động cơ điện

Điều khiển động cơ điện một chiều là một lĩnh vực không mới và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế công nghiệp sản xuất, có khá nhiều phương pháp điều khiển Trong giới hạn đồ án môn học vận dụng các linh kiện điện tử đơn giản và các phương pháp điều khiển được học Em được giao nhiệm vụ “ THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP”

Nội dung đề tài bao gồm các chương:

 Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều khiển tốc độ

 Chương 2: Tổng quan về các bộ chỉnh lưu và chỉnh lưu cầu ba pha

 Chương 3: Tính toán thiết kế mạch động lực và mạch bảo vệ

 Chương 4: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển

Do lần đầu tiên làm đồ án, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, mong thầy cô và các bạn có những góp ý để đồ án của em hoàn thiện hơn

Với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là thầy Trần Thái Anh Âu, đã giúp em hoàn thành nhiệm vụ này

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1 Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều

1.1.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần động

- Phần tĩnh (hay stato): Hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nó gồm có: + Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện),

mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau

+ Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi

sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại

và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các 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, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính 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 được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

+ Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động cơ điện

nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

+ Các bộ phận khác

1 Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho

người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi

2 Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi

than đặt trong hộp chổi than 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 lại

- Phần động (hay rôto): Bao gồm những bộ phận chính sau

+ Phần sinh ra sức điện động gồm có

1 Mạch từ: Được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau Trên mạch từ có các

rãnh để lồng dây quấn phần ứng

2 Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định Mỗi bối dây

gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp

3 Tỳ trên cổ góp: Là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò

xo

+ Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách

điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao 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 trung bình 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 những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trong động cơ điện lớn, 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

+ Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát 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 máy điện nhỏ có công suất dưới vài KW thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn

Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit

+ Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến

1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa

vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của

các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng

1.1.2 Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

- Phân loại động cơ điện một chiều

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách

kích thích từ các động cơ Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng:

+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng

+ Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng

+ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phần ứng + Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với

- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , cả máy phát và động cơ điện

xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành mà máy điện (động cơ điện) xoay

chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị

trí nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay

liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với

động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng

nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn Nhưng do những ưu điểm của nó mà

máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại

+ Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

+ Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ

1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

1.2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong

từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau Do có phiến góp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động

cơ chiều sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động Khi đó ta có phương

trình: U = E ư + R ư I ư

1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

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

Hình 1.1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:

r ư: Điện trở cuộn dây phần ứng

r cf: Điện trở cuộn dây cực từ phụ

r ct: Điện trở tiếp xúc cuộn bù

Sức điện động E ư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

𝐸ư= 𝑃.𝑁

Trong đó:

P: Số đôi cực từ chính

a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng



Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ

Mặt khác, mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi

U

.).(

.).(



Đây là phương tình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông ϕ= const, thì các phương trình đặc tính cơ điện (1.3) và phương trình đặc tính cơ (1.6) là tuyến tính Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình 1.2 là những đường thẳng

Theo các đồ thị, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: 𝐼 = 0

 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 1.2: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Khi ω = 0 ta có:

Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch

Ngoài ra phương trình đặc tính (1.3) và (1.6) cũng có thể được viết dưới dạng:

R K

U

Trong đó:

M K

R I

K

R

.).(

  2





 được gọi là độ sút tốc độ ứng với giá trị của M Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có 3 tham số

ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động cơ φ , điện áp phần ứng Uư, điện trở phần ứng động cơ

1.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều -

- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

- Phương pháp thay đổi từ thông Ф

- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

1.3.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng

- Đây là phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

+ Nguyên lý điều khiển: Trong phương pháp này người ta giữ U = Uđm, ϕ = ϕđm và nối thêm điện trở

phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

𝛽 =

f

u R R

k M

+ Ta thấy khi điện trở càng lớn thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do đó càng mềm hơn

Hình 1.3: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

Ứng với Rf = 0 ta có độ cứng tự nhiên βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ Như vậy, khi ta thay đổi Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên

+ Điện trở mạch phần ứng càng tăng thì độ dốc đặc tính càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc

+ Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức (chỉ cho phép thay

+ Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tổn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục + Đánh giá các chỉ tiêu: Phương pháp này không thể điều khiển liên tục được mà phải điều khiển nhảy cấp Dải điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải, tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh D = ωmax / ωmin càng nhỏ Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D = 3 : 1 + Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở phụ lớn, chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản

1.3.2 Phương pháp thay đổi từ thông Ф

- Nguyên lý điều khiển:

Giả thiết U= Uđm, Rư = const Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi dòng điện kích từ, thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ Bình thường khi động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( ϕ = ϕmax)

mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông ϕ tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức Nên khi giảm ϕ thì tốc độ

không tải lý tưởng 𝜔0 = 𝑈đ𝑚

𝐾  tăng, còn độ cứng đặc tính cơ 𝛽 =

f

u R R

k M

 giảm, ta thu được họ đặc tính cơ nằm trên đặc tính cơ tự nhiên

Hình 1.4: Đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông

- Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và tăng vượt quá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi Vì vậy muốn giữ cho dòng điện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì ta phải giảm Mt theo cùng tỉ lệ

- Đặc điểm của phương pháp:

+ Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng

+ Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định mức, việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch

+ Việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông là phương pháp điều khiển với công suất không đổi

+ Đánh giá các chỉ tiêu điều khiển: Sai số tốc độ lớn, đặc tính điều khiển nằm trên và dốc hơn đặc tính

tự nhiên Dải điều khiển phụ thuộc vào phần cơ của máy Có thể điều khiển trơn trong dải điều chỉnh D

= 3 : 1 Vì công suất của cuộn dây kích từ bé, dòng điện kích từ nhỏ nên ta có thể điều khiển liên tục với

𝜙 ≈ 1

+ Phương pháp này được áp dụng tương đối phổ biến, có thể thay đổi liên tục và kinh tế ( vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ (1 ÷ 10)%Iđm của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh thấp)

Đây là phương pháp gần như là duy nhất đối với động cơ điện một chiều khi cần điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ điều khiển

1.3.3 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

- Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển … Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển Uđk Vì nguồn

có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không Để đưa tốc động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi 1:10 hoặc hơn nữa

Eư

Hình 1.5: Sơ đồ dùng bộ biến đổi điều khiển điện áp phần ứng

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:

- Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc

độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

- Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tính

cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Hình 1.6: Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp

- Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω0max, Mđm, KM là xác định, vì vậy phạm vi điều chỉnh

D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết

bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ Do

Vì thế tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng không vượt quá 10 Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không thoả mãn được

- Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của hệ truyền động một chiều kích

từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng có đặc tính cơ trong toàn dải là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

- Nhận xét: Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều nhưng chỉ

có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bị tổn hao

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị

vô tuyến Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác

Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của dạng sóng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu

kỳ hay chỉnh lưu nửa sóng Trong các bộ nguồn một chiều người ta hay sử dụng các mạch chỉnh lưu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để có thể biến đổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ Trước khi các điốt bán dẫn phát triển, người

ta còn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân không, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni

Có rất phương pháp chỉnh lưu hiện nay, trong chương này chúng ta sẽ đi xét một số phương pháp chỉnh lưu cơ bản (theo yêu cầu của đề tài, ta chỉ xét mạch chỉnh lưu ba pha), đó là:

- Chỉnh lưu có điều khiển

- Chỉnh lưu không có điều khiển

- Chỉnh lưu bán điều khiển

Trước hết, chúng ta đi xem xét về một linh kiện rất quan trọng trong mạch chỉnh lưu hiện nay, đó

là Tiristor

2.1 Tiristor

Tiristor (tiếng Anh Tiristor hoặc SCR (Silicon Controlled Rectifier)) là linh kiện điện tử công suất có điều khiển do phòng thí nghiệm Bell Telephone sáng chế, tên gọi Tiristor có liên quan đến đèn

ba cực có kí thyratron Là linh kiện điện tử công suất chủ yếu và tạo nên bước phát triển nhảy vọt trong

kỹ thuật điện tử công suất Có thể phân tiristor thành bốn kiểu chính:

- Chỉnh lưu silic có điều khiển SCR ;

- Tiristor khóa bằng cực điều khiển GTO (Gate Turn-Off Tiristor) ;

- Tiristor điều khiển bằng MOS MCT (MOS-Controlled Tiristor) ;

- Tiristor cảm ứng Sith (Static Induction Tiristor)

2.1.1 Cấu tạo của Tiristor

Tiristor là linh kiện gồm bốn lớp bán dẫn PNPN liên tiếp và hình dáng bên ngoài, tạo nên ba cực: anot A, catot K, và cực điều khiển G (Gate)

Về lý thuyết có hai loại tiristor:

- Tiristor kiểu N hay tiristor có cực điều khiển G nối với vùng N gần anot,

- Tiristor kiểu P hay tiristor có cực điều khiển G nối với vùng P gần catot

Hình 2.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor

Về cấu trúc, tiristor được tạo nên từ một đĩa silic đơn tinh thể loại N có điện trở suất rất cao Trên lớp đệm bán dẫn loại P có cực điều khiển bằng dây nhôm Các chuyển tiếp được tọa nên nhờ kỹ thuật bay hơi của gali Lớp tiếp xúc giữa anot và catot làm bằng đĩa moolipđen, hay tungsten có điểm nóng chảy gần bằng silic Cấu tạo dạng đĩa để dễ tản nhiệt

Để giải thích sự làm việc của tiristor, ta hãy xét ci tiết các lớp bán dẫn bên trong tiristor

- Lớp catot là bán dẫn loại dãn bình thường N rất mỏng (10 ÷ 100 µm), có mật độ điện tử rất cao, xấp xỉ 1014 cm-3, do vậy khi dòng điện thuận qua sẽ tạo nhiều điện tử ở lớp điều khiển Lớp catot có dòng điện ngược lớn nhưng chỉ chịu được điện áp ngược thấp vì chiề dày bé

- Lớp điều khiển là bán dẫn loại P rất mỏng, cỡ 10µm, có mật độ điện tử trung bình, do vậy hầu hết các điện tử xuất phát từ catot đều tới được lớp điều khiển

- Lớp chắn là lớp bán dẫn loại N dày nhất, có mật độ điện tử thấp nhất, do đó có dòng điện ngược (dòng điện rò) nhỏ và chịu được điện áp ngược lớn

- Lớp anot là bán dẫn loại P có chiều dày và mật độ trung bình Lớp sát vỏ anot có mật độ điện tích rất cao làm giảm điện trở thuận Lớp anot có dòng điện ngược nhỏ và chịu toàn bộ gần như điện áp ngược đặt lên tiristor

- Lớp chắn càng dày càng chịu được ddienj áp ngược lớn, nhưng tần số chuyển mạch sẽ giảm bởi vì điện tích tích lũy khi dẫn sẽ nhiều hơn

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của Tiristor

Hình 2.2 Sơ đồ mạch điện làm việc của Tiristor

Để nghiên cứu sự làm việc của tiristor, ta xét riêng rẽ hai trường hợp sau:

2.1.2.1 Tiristor phân cực ngược

Phân cực ngược Tiristor là nối A vào cực âm, K vào cực dương của nguồn VCC Trường hợp này giống như diode bị phân cự ngược Tiristor sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng rỉ rất nhỏ

đi qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì Tiristor sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo

chiều ngược Điện áp ngược đủ để đánh thủng Tiristor là VBR Thông thường trị số VBR và

VBO bằng nhau và ngược dấu

2.1.2.2 Tiristor phân cực thuận

Khi cực G và VG = 0 (V) có nghĩa là transistor Q2 không có phân cực ở cực B nên Q2

ngưng dẫn Khi T1 ngưng dẫn IB2 = 0, IC2 = 0 và Q1 cũng ngưng dẫn Như vậy trường hợp này Tiristor không dẫn điện được, dòng điện qua Tiristor là IA = 0 và VAK ≈ VCC

Tuy nhiên, khi tăng điện áp nguồn VCC lên mức đủ lớn là điện áp VAK tăng theo đến điện thế ngập VBO (Beak over) thì điện áp VAK giảm xuống như diode và dòng điện IA tăng nhanh Lúc này Tiristor chuyển sang trạng thái dẫn điện, dòng điện ứng với lúc điện áp VAK giảm nhanh gọi

là dòng điện duy trì IH (Holding) Sau đó đặc tính của Tiristor giống như một diode nắn điện

Trường hợp đóng khóa K: VG = VDC – IGRG, lúc này Tiristor dễ chuyển sang trạng thai dẫn điện Lúc này transistor Q1 được phân cực ở cực B2 nên dòng điện IG chính là IB2 làm Q2 dẫn điện, cho ra IC2 chính là dòng điện IB1 nên lúc đó I1 dẫn điện, cho ra dòng điện IC1 lại cung cấp ngược lại cho Q2 và IC1 = IB2 Nhờ đó mà Tiristor sẽ tự duy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng IG liên tục Ta có: I C1 = I B2 ; I C2 = I B1

Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớn dần và hai transistor chạy ở trạng thái bão hòa Khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ (≈ 0,7V) và dòng điện qua

I G = 0; I G2 > I G1 > I G

Hình 2.3 Đặc tuyến Volt – Ampe của Tiristor

2.2 Các phương pháp chỉnh lưu 3 pha

Ở đây, ta xét 2 phương pháp chỉnh lưu 3 pha thông dụng nhất, đó là:

- Phương pháp chỉnh lưu 3 pha hình tia;

- Phương pháp chỉnh lưu 3 pha hình cầu

2.1.1 Phương pháp chỉnh lưu 3 pha hình tia

2.1.1.1 Chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển

Sơ đồ mạch điện Dạng sóng ngõ ra

Hình 2.4 Chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển

Hoạt động : Trên đồ thị, các điểm θ1, θ2 ,θ3, θ4 …mà tại đó các đường điện áp pha cắt nhau, gọi

là các điểm chuyển mạch tự nhiên

Sơ đồ mạch điện Dạng sóng ngõ ra

Hình 2.5 Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển

So với chỉnh lưu một pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có một số ưu điểm hơn, đó là:

- Chất lượng dòng một chiều tốt hơn

- Biên độ điện áp đập mạch thấp hơn

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

2.1.2 Chỉnh lưu cầu ba pha

Ở phần này, chúng ta chỉ tìm hiểu sơ lược về chỉnh lưu cầu ba pha không có điều khiển,

về phần chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển, chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ ở mục 2.3

*Chỉnh lưu cầu ba pha toàn điôt (không điều khiển)

Ta chia các điôt làm hai nhóm: Nhóm catot chung bao gồm T1, T3, T5 và nhóm anot chung bao gồm T2, T4, T6

Sơ đồ mạch điện Dạng sóng ngõ ra

Hình 2.6 Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển

- Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu cầu:

+ Khi 𝜃1 < 𝜃 < 𝜃2 : điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất, D1, D6 mở, 𝑈0 = 𝑈𝑎− 𝑈𝑏

+ Khi 𝜃2 < 𝜃 < 𝜃3 : điện áp pha a cao nhất, pha c thấp nhất, D1, D2 mở, 𝑈0 = 𝑈𝑎− 𝑈𝑐

+ Khi 𝜃3 < 𝜃 < 𝜃4 : điện áp pha b cao nhất, pha c thấp nhất, D3, D2 mở, 𝑈0 = 𝑈𝑏− 𝑈𝑐

+ Khi 𝜃4 < 𝜃 < 𝜃5 : điện áp pha b cao nhất, pha a thấp nhất, D3, D4 mở, 𝑈0 = 𝑈𝑏− 𝑈𝑎

+ Khi 𝜃5 < 𝜃 < 𝜃6 : điện áp pha c cao nhất, pha a thấp nhất, D5, D4 mở, 𝑈0 = 𝑈𝑐 − 𝑈𝑎

+ Khi 𝜃6 < 𝜃 < 𝜃7 : điện áp pha c cao nhất, pha b thấp nhất, D5, D6 mở, 𝑈0 = 𝑈𝑐 − 𝑈𝑏

Điện áp trung bình lối ra: 𝑈𝑡𝑏 = 2,34 𝑈𝑝

2.3 Chỉnh lưu cầu ba pha có điểu khiển

2.3.1 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

Hình 2.7 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng (như hình 2.5) có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba tiristor T1, T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anot, còn ba tia tiristor T2, T4, T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp (-) tạo thành nhóm catot, hai chỉnh lưu này ghép lại tao thành cầu ba pha

Theo hoạt động của chỉnh lưu ba pha cầu đối xứng dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi điểm cần mở tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời ( một xung ở nhóm katod (-) và một xung ở nhóm anot (+) Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình 2.5 cần vẽ tiristor T1 của pha A phía anot, chúng ta cung cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cung cấp thêm xung

X4 cho tiristor T4 của pha B phía catot các thời điểm tiếp theo cũng tương tự Cần chú ý rèn thứ tự cung cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha

Khi chúng ta cấp đúng xung điều khiển, dòng điện sẽ chạy từ pha có điện áp dương hơn về phía pha có điện áp âm hơn, ví dụ trong khoảng t1÷t2 pha A có điên áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn với việc mở thông T1, T4 dòng điện được chạy từ A về B

Hình 2.8 Giản đồ đường cong

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong một khoảng dẫn có một van của nhóm này (anot hoặc catot) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1÷t3

như trên hình Tiristor T1 nhóm anot dẫn, nhưng trong nhóm catot T4 dẫn trong khoảng t1÷t2 còn T6 dẫn trong khoảng t2÷t3

Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0, khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khóa Ta có thẻ lấy ví dụ cho van T1 (đường cong cuối cùng của hình trên) trong khoảng

t1÷t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3÷t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5÷t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA

Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình trên trị số điện áp tải được tính theo công thức

𝑈𝑑 = 62𝜋∫ √2𝑈2𝑓sin 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡

5𝜋

6+𝛼𝜋

* Ưu điểm: Chất lượng điện áp đầu ra tốt nhất trong các phương pháp chỉnh lưu dùng được cho

cả tải có xả năng lượng về lưới

* Nhược điểm: Sơ đồ điều khiển phức tạp, số van sử dụng nhiều

Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điều khiển không đối xứng

2.3.2 Chỉnh lưu cầu điều khiển ba pha không đối xứng

Hình 2.9 Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng

Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (anot hoặc catot) điều khển và một nhóm không điều khiển như mô tả như hình 2.6 Trên hình 2.6 mô tả gian đồ nguyên lý tạo thành điện áp chỉnh lưu (đường cong trên cùng), sóng điện áp tải Ud (đường cong nét đậm thứ 2 trên hình 2.6), khoảng dẫn các van bán dẫn T1, T2, T3, D1, D2, D3 Các Tiristor được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi

mở Tiristor của pha kế tiếp Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2) Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu Các điôt tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4÷t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4÷t5

và từ pha C về pha A trong khoảng t5÷t6

Hình 2.10 Giản đồ đường cong

Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm cả tải nhỏ, dòng điện và điện

áp sẽ gián đoạn

Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới

1800 Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển dễ dàng hơn, nhưng các điều hòa của tải và của nguồn lớn hơn

Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất Tuy vậy đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất

Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

U2a, U2b– sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn;

E – sức điện động của động cơ;

R, L – điện trở, điện cảm trong mạch;

Rk, Lk – điện trở, điện cảm cuộn kháng lọc

Rđư – điện trở mạch phần ứng động cơ, được tính gần đúng như sau:

𝑅𝑢 = 0,5(1 − 𝜂)𝑈𝑢𝑑𝑚

𝐼𝑢đ𝑚 [Ω] = 0,82 Ω(xấp xỉ bằng 0.8 Ω như giả thuyết đã cho)

Lư – điện cảm mạch phân ứng động cơ, được tính theo công thức Umanxki- Lindvil:

𝐿ư= 𝛾 𝑈đ𝑚 60

2𝜋 𝑝 𝑛đ𝑚𝐼đ𝑚 = 0,25.

220.60

2 𝜋 2.1200.25,2= 0,0347 𝜇𝐻 Trong đó γ= 0,25 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù

3.2 Tính chọn van động lực

Hai thông số cần quan tâm nhất khi lựa chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp và dòng điện, các thông số còn lại là những tham số tham khảo khi lựa chọn

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

 Điện áp ngược của van được tính:

𝑈𝑛𝑚𝑎𝑥 = 𝐾𝑛𝑣 𝑈2 (3.1)

Với 𝑈 = 𝑈𝑑

thay vào (3.1) lúc đó U có thể tính :

Cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha 𝐾𝑛𝑣 = √2; 𝐾𝑢𝑑 =√2

𝜋 thay vào ta có:

𝑈𝑛𝑚𝑎𝑥= √2 400

3√6𝜋

= 418,079 𝑉

 Dòng điện làm việc của van :

𝐼𝑙𝑣= 𝐼ℎ𝑑 = 𝑘ℎ𝑑 𝐼𝑑Thay số vào với 𝑘ℎ𝑑 = 1

√3 ta có:

𝐼𝑙𝑣 =79,41

√3 = 45,847 𝐴 Trong đó : Ulv – điện áp cực đại khi làm việc [V]

Ilv, Ihd – dòng điện làm việc và dòng điện hiệu dụng của van [A]

KU – hệ số điện áp của sơ đồ

Khd – hệ số dòng điện hiệu của sơ đồ

Hệ số khd, kU tra bảng 8.1, 8.2 (sách điện tử công suất – Lê Văn Doanh)

Với các thông số làm việc ở trên và chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt, không quạt đối lưu không khí

𝑈𝑛𝑣 = 𝑘𝑑𝑡𝑈 𝑈𝑛𝑚𝑎𝑥 = 1,8 418,879 = 753,98 𝑉 (chọn 𝑘𝑑𝑡𝑈 = 1,6 ÷ 2 ) Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt; không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng điện định mức của van cần chọn :

𝐼đ𝑚 = 𝑘𝑖 𝐼𝑙𝑣 = 3,2 45,847 = 146,7𝐴

Ki là hệ số dự trữ dòng điện với ki = 3,2

Từ đây ta chọn Tiristor SC150C80 do Hoa kỳ sản xuất có các thông số định mức:

 Dòng điện định mức của van : 𝐼đ𝑚 = 150 𝐴

 Điện áp ngược cực đại của van : 𝑈𝑛 = 800 𝑉

 Độ sụt áp trên van : ∆𝑈 = 1,6𝑉

 Dòng điện rò : 𝐼𝑟 = 15 𝑚𝐴

 Đỉnh xung của dòng điện : 𝐼𝑝𝑖𝑘 = 2800 𝐴

 Điện áp xung điều khiển : 𝑈đ𝑘 = 3 𝑉

 Dòng điện xung điều khiển : 𝐼đ𝑘 = 0,1 𝐴

 Tốc độ biến thiên điện áp : 𝑑𝑢

𝑑𝑡 = 200 𝑉/𝜇𝑠

 Tốc độ biến thiên dòng điện : 𝑑𝑖

𝑑𝑡= 180 𝐴/𝜇𝑠

 Thời gian chuyển mạch : 𝑡𝑐𝑚 = 80 𝜇𝑠

 Nhiệt độ làm việc cho phép : 𝑇𝑚𝑎𝑥 = 125 °𝐶

3.3 Tính toán máy biến áp

 Chọn máy biến áp ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây ∆/𝒀, làm mát tự nhiên bằng không khí

2 - Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp:

𝑈1 = 380 𝑉

3 - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:

Phường trình cân bằng điện áp khi có tải:

𝑈𝑑0 cos 𝛼𝑚𝑖𝑛 = 𝑈𝑑+ 2∆𝑈𝑣 + ∆𝑈𝑑𝑛 + ∆𝑈𝐵𝐴Trong đó:

𝛼𝑚𝑖𝑛 = 10° là góc dự trữ khí có suy giảm điện áp lưới;

∆𝑈𝑑𝑛 ≈ 0 là sụt áp trên dây nối;

∆𝑈𝐵𝐴= ∆𝑈𝑟+ ∆𝑈𝑥 là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp;

 Tính sơ bộ mạch từ (Xác định kích thước cơ bản mạch từ)

6 - Tiết diện sơ bộ trụ :

m- số trụ của máy biến áp lấy m= 3 ;

f- tần số nguồ n xoay chiều, f = 50 Hz

 Tính toán dây quấn

10 - Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp :

4,44 𝑓 𝑄𝐹𝑒 𝐵𝑇 =

3804,44 50 89,469 10−4 1,0 = 191,3 𝑣ò𝑛𝑔 Lấy W1 = 191 vòng

11 - Số vòng đây mỗi pha thứ cấp máy biến áp :

𝑊2 = 𝑈2

𝑈1 𝑊1 =

185,45

380 191,3 = 93,3 𝑣ò𝑛𝑔 Lấy W2 = 93 vòng

12 - Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp :

Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2

13 - Tiết diện dây quấn sơ cấp máy biến áp :

𝑆1 = 𝐼1

𝐽1 =

31,642,75 = 11,5 𝑐𝑚

2

Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 12,30 mm2

Kích thước dây có thể cách điện : 𝑆1𝑐đ= 𝑎1 𝑏1 = 1,81.6,9 mm

14 - Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp :

𝐽1 = 𝐼1

𝑆1 =

31,6412,3 = 2,57 𝐴/𝑚𝑚

2

Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B

Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S2 = 23,6 mm2

Kích thước dây có kể cách điện : 𝑆2𝑐đ = 𝑎2 𝑏2 = 3,28 × 7,4 𝑚𝑚

16 - Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ câp:

𝐽2 = 𝐼2

𝑆2 =

64,8423,60 = 2,74 𝐴/𝑚𝑚

2

 Kết cấu dây quấn sơ cấp

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ

17 - Tính sơ độ vòng dây trên một lớp của cuộn sơ câp :

𝑊1𝑙 =ℎ − 2ℎ0

𝑏1 𝑘𝑐 =

25 − 2 1,50,69 0,95 = 30 𝑣ò𝑛𝑔 Trong đó :

kc= 0,95 – hệ số ép chặt ;

h- chiều cao trục ;

hg- khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp

Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm

18 - Tính chọn sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp :

21 - Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày :

27 - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:

 Kết cấu dây quấn thứ cấp

31 - Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

33 - Tính sơ bộ số lớp dây quấn sơ cấp:

36 - Đường kính trong của cuộn thứ cấp:

0,5 2 = 28 𝑙á

Bậc 4 : 𝑛4 = 6

0,5 2 = 24 𝑙á Bậc 5 : 𝑛5 = 4

0,5 2 = 16 𝑙á

Bậc 6 : 𝑛6 = 7

0,5 2 = 28 𝑙á

Để đơn giản trong chế tạo gông từ, ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau: Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ : b = dt = 10,2 cm

Chiều của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ : a = 10,5 cm

Tiết diện gông : 𝑄𝑏.𝑔 = 𝑎 × 𝑏 = 107,1 𝑐𝑚2

49 - Tiết diện hiệu quả của gông :

𝑄𝑔 = 𝑘ℎ𝑞 𝑄𝑏.𝑔 = 0,95 107,1 = 101,7 𝑐𝑚2

50 - Số lá thép dùng trong gông :

ℎ𝑔 = 𝑏0,5=

1020,5 = 204 𝑙á

51 - Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ :

𝐵𝑇 = 𝑈14,44 𝑓 𝑊1𝑄𝑇 =

3804,44 50 191 81,89 10−4 = 1,094 𝑇

52 - Mật độ từ cảm trong gông :

𝐵𝑔 = 𝐵𝑇𝑄𝑇

𝑄𝑆 = 1,094.

81,89101,7= 0,88 𝑇

53 - Chiều rộng cửa sổ :

𝑐 = 2(𝑎01+ 𝐵𝑑1 + 𝑎12+ 𝐵𝑑2) + 𝑎22 Thay số : 𝑐 = 2(1 + 1,337 + 1 + 1,532) + 2 = 11,378 𝑐𝑚

54 - Tính khoảng cách giữa hai tâm trục :

𝑐′= 𝑐 + 𝑑 = 11,378 + 11 = 22,378 𝑐𝑚

55 - Chiều rộng mạch từ :