TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

ĐỒ Á ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT- THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍC TỪ ĐỘC LẬP..CHƯƠNG 3

TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 3 .1. TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC . 3.1.Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ. Hình 3-1 sơ đồ mạch bảo vệ có các thiết bị bảo vệ • Các thông số của động cơ. - Nguồn điện lưới xoay chiều 3 pha : 220/ 380 (V) - Động cơ một chiều có các thông số sau : GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG dm P = 10 Kw ; U dm = 220 V ; I dm = 63 A ; R ư = 0,03 Ω Hệ số dự trử điện áp : K u = 1,5÷ 1,8. Hệ số dự trử dòng điện : K d = 1,1 ÷1,4. 3.2. Tính chọn thyristor : Tính chọn thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản như : dòng điện tải , sơ đồ chỉnh lưu, điều kiện tản nhiệt , điện áp làm việc . - Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu : U nmax = K nv .U 2 = K nv . u d K U = π 6.3 .6 d U = 3 π .220 = 230,383 V ; Trong đó : K nv = 6 ; K u = π 63 các hệ số điện áp ngược và điện áp tải ;( với mạch cầu 3 pha điều khiển đối xứng) - Điện áp ngược của van cần chọn : U nv = K u .U nmax = 1,8 .230,383 = 414,689 V ; Trong đó : K u - Hệ số dự trữ điện áp , thường chọn K u = 1,8(K u = 1,5 ÷1,8) ; - Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng : I lv = I hd = k hd .I d = 3 dm I = 63 3 = 36,373( A) ; ( do trong sơ đồ cầu ba pha , hệ số dòng điện hiệu dụng : k hd = 3 1 ) . - Chọn thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt , không có quạt đối lưu không khí , với điều kiện có dòng điện định mức của van cần chọn : I dm = k d .I lv = 1,4 .36,373 = 50,922 A ; k i : Hệ số dự trữ dòng điện , chọn k d = 1,4. Để chọn thyristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên , ta tra bảng thông số van , chọn các van có thông số điện áp ngược , dòng điện định mức lớn hơn gần nhất với thông số đã tính .  Sau khi tính toán ta phải chọn thyristor với các thông số: I dmv = 50,96 (A), U nv = 414,54 (V).ta chọn được 6 thyritor loại : T60N600BOC có các thông số sau : - Dòng điện định mức của van: I dm = 60 (A) ; - Điện áp ngược cực đại của van: U n = 600 (V) ; - Đỉnh xung dòng điện : I pk = 1400(A) ; GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG - Độ sụt áp trên thyristor : ∆U T = 1,8 (V) ; - Dòng điện của xung điều khiển : I g = 150 (mA) ; - Điện áp của xung điều khiển : U g = 1,4 (V) ; - Dòng điện rò : I r = 25 (mA) ; - Nhiệt độ làm việc cực đại : T max = 125 0 C ; - Dòng điện duy trì : I h = 200 mA ; - Tốc độ biến thiên điện áp : dt du = 400 (V/µs) ; - Thời gian chuyển mạch : t cm =180 (µs) ; 3.3. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu : Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Thyristor . Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây / Y ∆ ,làm mát tự nhiên bằng không khí . Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện , thực hiện các chức năng sau . - Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải . - Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện - Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải . - Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia . - Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anot để bảo vệ van . - Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin , do đó nâng cao chất lượng điện áp lưới . * Tính các thông số cơ bản : - Tính công suất biểu kiến của máy biến áp : . . 1,05.220.63 14553( ) BA s dm dm S K I U VA = = = - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U 1 = 380 V ; - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : U d0 .cosα min = U d + 2∆U V + ∆U dn + ∆U BA Trong đó : α min = 10 0 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ; ∆U V = 1,8 V là sụt áp trên thyristor ; ∆U dm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối : GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG ∆U BA = ∆U r + ∆U x là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến áp ; Chọn sơ bộ : ∆U BA = 6%.U d = 0,06. 220 = 13,2 V ; Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có : U d0 = 0 min 2 220 2.1,8 0 13,2 240,45( ) cos cos(10 ) d V dn BA U U U U V α + ∆ + ∆ + ∆ + + + = = Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : U 2 = u d k U = 240,45 102,796( ) 3 6 V π = ; - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : I 2 = 3 2 .I d = 3 2 .63= 51,44( A) ; - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I 1 = k BA .I 2 = 1 2 U U .I 2 = 102,796 .51,44 13,915( ) 380 A= ; * Xác định kích thước của mạch từ . - Tiết điện sơ bộ trụ . Q Fe = k Q . fm S BA . ; Trong đó : k Q : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , lấy k Q = 6(máy biến áp khô k Q = 5÷6 ) . m : Số trụ của máy biến áp , m = 3 . f : Tần số của nguồn xoay chiều , f = 50 Hz . Thay vào ta có : Q Fe = 2 14553 6. 59,1( ) 50.3 cm= . - Đường kính trụ : d = π Fe Q.4 = 4.59,1 8,7( )cm π = . Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 9 cm . - Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm . Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B T = 1 T . - Chọn tỷ số m = d h = 2,3 . Suy ra h = 2,3 d = 2,3 . 9 = 20,7 cm . ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 ) . GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG Chọn chiều cao trụ h = 21 cm . * Tính toán dây quấn . - Số vòng dây mổi pha sơ cấp máy biến áp : W 1 = 1 4 380 289,63 4,44. . . 4,44.50.59,1.10 .1,0 Fe T U f Q B − = = ( vòng) . Lấy W 1 = 290 vòng . - Số vòng dây mổi pha thứ cấp máy biến áp : W 2 = 1 2 U U .W 1 = 102,796 .290 78,4 380 = vòng . Lấy W 2 = 78 vòng . - chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp : Với dây dẫn bằng đồng , máy biến áp khô , chọn J 1 = J 2 = 2,75 A/mm 2 . - Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp : S 1 = 1 1 J I = 13,915 5,06 2,75 = mm 2 . Chọn dây dẫn thiết diện hình chũ nhật , cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S 1 = 5,04 mm 2 . Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S 1cd = a 1 × b 1 = 2,1 × 2,63=5,04 (mm) . - Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp : J 1 = 1 1 S I = 13,915 2,761 5,04 = = A/mm 2 . - Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : S 2 = 2 2 J I = 51,44 18,71 2,75 = ( mm 2 ). Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật , có cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S 2 = 18,9 ( mm 2 ) Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S 2cd = a 2 × b 2 = 2,24 ×8,6= 18,9 ( mm 2 ) - Tính lai mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp : J 2 = 2 2 S I = 51,44 2,72 18,9 = (A/mm 2 ). * Kết cấu dây quấn sơ cấp . Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục . - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG W 11 = 1 2 21 2.1,5 . .0,95 65 0,263 g c h h k b − − = = vòng . Trong đó : k c : Là hệ số ép chặt , lấy k c = 0,95 h : Chiều cao trụ h = 21 cm . h g : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp . Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông h g = 1,5 cm . - Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n 11 = 1 11 290 4,5 65 W W = = lớp . Chọn số lớp n 11 = 5 lớp . Như vậy có 290 vòng chia thành 5 lớp , vậy 4 lớp đầu có 64 vòng và lớp thứ 5 có:290– 4 . 64 = 34 vòng . - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h 1 = 11 1 . 64.0,263 17,72 0,95 c W b k = = cm . - Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S 01 = 0,1 cm . - Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a 01 = 1 cm . - Đường kính trong của ống cách điện : D t = d Fe + 2a 01 – 2S 01 = 9 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 10,8 cm . - Đường kính trong của cuộn sơ cấp : D t1 = D t + 2S 01 = 10,8 + 2 . 0,1 = 11 cm . - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp : cd 11 = 0,1 mm . - Bề dày cuộn sơ cấp : B d1 = ( a 1 + cd 11 ).n 11 = ( 2,1 + 0,1 ).5 = 11 mm = 1,1 cm . - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp : D n1 = D t1 + 2B d1 = 11 + 2 . 1,1 = 13,2 cm . - Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : D tb1 = 1 1 11 13,2 12,1 2 2 t n D D+ + = = cm. - Chiều dài dây quấn sơ cấp : l 1 = W 1 .π.D tb = π .290.12,1 = 11024 cm = 110,24 m . - Chọn bề dày cách điện giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd 0 = 1 cm . GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG * Kết cấu dây quấn thứ cấp . - Chọn sơ bộ cuộn chiều cao cuộn thứ cấp : h 2 = h 1 = 17,72 (cm) . - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp : W 12 = c k b h . 2 2 = 17,72 .0,95 19,6 0,86 = vòng . Chọn W 12 =20 (vòng) - Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: n l2 = 2 12 w 78 3,9 w 20 = = lớp . chọn n 12 = 4 lớp . 78vòng được chia thành 4 lớp, 3 lớp đầu mổi lớp có 20 vòng, lớp thứ 4 có: 78- 3.20 =18( vòng) - Chiều cao thực tế của cuộn thứ nhất : h 2 = 2 2 20.0,86 18 0,95 l c W b k = = cm . - Đường kính trong của cuộn thứ cấp : D t2 = D n1 + 2a 12 = 13,2 + 2 . 1 = 15,2 cm . - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd 22 = 0,1 mm . - Bề dày cuộn thứ cấp : B d2 = ( a 2 + cd 22 ). n l2 = ( 0,224 + 0,01 ) . 4= 0,936 cm . - Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp : D n2 = D t2 + 2.B d2 = 15,2 + 2 . 0,936 = 17,072 cm . - Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : D tb2 = 2 2 15, 2 17,072 16,136 2 2 t n D D+ + = = cm . - Chiều dài dây quấn thứ cấp: l 2 = π.W 2 .D tb2 = π . 78 . 16,136 = 3954 cm = 39,54 m . - Đường kính trung bình của các cuộn dây : D = 1 2 11 17,072 14,036 2 2 t n D D+ + = = cm . Suy ra : r = 14,036 7,018 2 2 D = = cm . = 2( cm). • Tính kích thước mạch từ. GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG Vớ đường kính trụ là d = 9 (cm) ta có số bậc là 5 trong nửa tiết diện trụ.( theo bảng 41a trang 213 sách thiết kế máy biến áp điện lực – PHAN TỬ THỤ). Hình 3- 2các bậc thang ghép thành trụ và kết cấu các cuộn dây - Tính toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: 2 2.(8,5.1,5 7,5.1 6,5.0,6 5,5.0,4 4.0,5) 56,7( ) bt Q cm = + + + + = + Theo bảng 41a trang 213 sách thiết kế máy biến áp điện lực – PHAN TỬ THỤ. - Tiết diện hiệu quả của trụ: 2 . 56,7.0,95 53,865( ) T bt hq Q Q k cm = = = Với : 0,95 hq k = - hệ số hiệu quả. - Tổng chiều dày của các bậc thang hình trụ: 2.(1,5 1 0,6 0,4 0,5) 8 t d = + + + + = (cm) - Số lá thép trong các bậc: + Bậc 1: 1 15 .2 60 0,5 n = = (lá) + Bậc 2: 2 10 .2 40 0,5 n = = (lá) + Bậc 3: 3 6 .2 24 0,5 n = = (lá) + Bậc 4: 4 4 .2 16 0,5 n = = (lá) + Bậc 5: 5 5 .2 20 0,5 n = = (lá) - Để đơn giản trong chế tạo tạo ta chọn gông có tiết diện hình chử nhật có các kích thước sau: +Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = d t =8 (cm). GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG +Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 8,5 (cm). +Tiết diện gông: . 8,5.8 68( ) bg Q a b cm = = = - Tiết diện hiệu quả của gông: 2 . 0,95.68 64,6( ) g hq bg Q K Q cm= = = - Số lá thép dùng trong một gông: 8 160 0,5 0,5 g b h = = = - Tính chính xác mật độ điện cảm trong trụ: - Mật độ tự cảm trong gông: - Chiều rộng của sổ: c = 2( + + + ) + = 2( 1 +1,1+ 1 + 0,936) + 2 =10,072 (cm). - Khoảng cách giữa hai tâm trục: , 10,072 9 19,072c c d = + = + = (cm). - Chiều rộng mạch từ: C = 2c + 3d = 10,072. 2 + 3. 9= 47,144 (cm). - Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 21 + 2 .8,5 = 38 ( cm). Hình 3 – 3 sơ đồ kết cấu máy biến áp GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC 1 4 1 380 1,096( ) 4,44. . .W 4,44.50.290.53,865.10 T T U T f Q B − = = = 53,865 . .1,096 0,914( ) . 64,6 T g T g Q T Q B B = = b hH c C a c TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG • Tính khối lượng của sắt: - Thể tích của trụ: 3 3 3. . 3.53,865.21 3393( ) 3,393( ) T T V Q h cm dm = = = = - Thể tích của gông: 3 3 2. . 2.64,6.47,144 6091( ) 6,091( ) g g V Q C cm dm = = = = - Khối lượng của trụ: . 7,85.3,393 26,635( ) T Fe T M m V kg = = = - Khối lượng của gông: . 7,85.6,091 47,814( ) g Fe g M m V kg = = = - Khối lượng của sắt: 26,635 47,814 74,449( ) Fe g T M M M kg = + = + = - Thể tích của đồng: 1 1 2 2 3.( . . ) cu cu cu V S l S l = + 4 4 3 3(5,04.110,24.10.10 18,9.39,54.10.10 ) 3,909( )dm − − = + = - Khối lượng của đồng: 8,9 . 3,909=34,79(kg) * Các thông số của máy biến áp : - Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 o C : R 1 = ρ. 1 1 s l = 110,24 0,02133. 0,467( ) 5,04 = Ω . Trong đó : ρ = 0,02133 Ω.mm 2 /m. - Điên trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75 o C : R 2 = ( ) 2 2 39,54 . 0.02133. 0,045 18,9 l s ρ = = Ω - Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp : ( ) 2 2 2 2 1 1 W 78 . 0,045 0, 467 0,079 W 290 BA R R R     = + = + = Ω  ÷  ÷     . - Sụt áp trên điện trở máy biến áp : Δu r = R BA .I d = 0,079. 63 = 4,977(V ). - Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp : X BA = 8.π 2 .(W 2 ) 2 .( qđ h r )(a 12 + 3 21 dd BB + ).ω.10 -7 . GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH SVTH:LÊ XUÂN TRUNG -11D1CLC . III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 3 .1. TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC . 3.1.Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ. Hình 3-1 sơ đồ mạch bảo vệ có các thiết. - Thời gian chuyển mạch : t cm =180 (µs) ; 3.3. Tính toán máy biến áp chỉnh lưu : Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ , trước