THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐẢO CHIỀU CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU.doc

THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐẢO CHIỀU CUNG CẤP CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

Đồ án ĐIện tử Công Suất

Nhiệm vụ:

1) Phân tích , giải thích rõ yêu cầu của đề bài và đòi hỏi của đề bài, cụ thể với loại đề tài này thờng hay gặp ở đâu trong thực tế ? Những thông số kỹ thuật nào ảnh hởng đến chỉ tiêu chất lợng của hệ thống? Biện pháp tác động nh thế nào? Nêu các phơng án có thể thì hãy chọn lấy một phơng án phù hợp 2) Phân tích kỹ nguyên lý hoạt động của phơng án đã chọn vẽ đồ thị dòng điện

áp trên các phần tử và các điểm nút cần quan tâm Trên cơ sở các đồ thị đó tìm các biểu thức có sự liên quan đến những đại lợng đã biết và đại lợng cần tìm

3) Tính chọn, thiết kế các phân tử mạch công suất chọn van, các điều khiển làm mát mạch, bảo vệ tính toán thiết kế kiểm tra máy biến áp bộ lọc

4) Giới thiệu mạch điều khiển cho toàn bộ hệ thống phân chia khối chức năng Nêu nguyên lý hoạt động của các khối chức năng thông qua đồ thị dạng dòng điện, điện áp hoặc dạng xung ở một số điểm nút chính.

5) Tính chọn phần tử cơ bản của mạch điều khiển.

6) Giới thiệu các mạch phản hồi : dòng điện, điện áp, tốc độ Phân tích nguyên tắc hoạt động và tính chọn các phần tử cơ bản.

7) Toàn bộ phần thuyết minh đợc hoàn thành ở dạng quyển khổ A4

8) Toàn bộ sơ đồ nguyên lý, bao gồm cả mạch lực và hệ điều khiển đợc vẽ trên giấy khổ A1 có kí hiệu đầy đủ các phần tử và trình bày theo mẫu vẽ kỹ thuật.

Ngày nay ,không chỉ ở các nớc phát triển ,ngay ở nớc ta các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong sinh hoat gia đình các xí nghiệp và nhà máy nh xi măng ,thuỷ điện giáy ,đờng ,dệt ,sợi ,đóng tàu là những minh chứng.

Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới dây trruyền 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 tử yêu cầu thực tế và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thày cô trong bộ môn điện tử công suất đã cho chúng em từng bớc tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án điện án thông qua đồ án môn hoc điện tử công suất

Ngày nay, nền kinh tế nớc ta đang phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân cũng nâng cao nhanh chóng Nhu cầu về tự động hoá trong các lĩnh vực công nghiệp cũng nh các lĩnh vực khác tăng trởng không ngừng Điều này đòi hỏi đội ngũ kỹ s phải nắm bắt và thiết kế ra những hệ điều khiển tự động phục vụ thiết thực cho các lĩnh vực của cuộc sống

Đồ án môn học là một yêu cầu cần thiết và bắt buộc với sinh viên ngành tự động hoá Nó kiểm tra và khảo sát trình độ thực tế của sinh viên và giúp cho sinh viên có t duy độc lập vơí công việc Mặc dù vậy , với sinh viên cha có nhiều kinh nghiệm thực tế , cần có sự giúp đỡ của các thầy cô giáo nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo đã hớng dẫn , chỉ bảo em tận tình để em hoàn thành tốt đồ án này

Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều I.Động cơ điện một chiều

1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều :

Trong nền sản xuất hiện đại , động cơ một chiều vẫn đợc coi là một loại máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điện xoay chiều thông dụng

Do động cơ điện một chiều có nhiều u điểm nh khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải Chính vì vậy mà động cơ một chiều đợc dùng nhiều trong các nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải

mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó , động cơ điện một chiều cũng có những nhợc điểm nhất định của nó nh so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhng do những u điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất định trong sản suất

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng 10000 KW , điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V Hớng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu , nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn Giản đồ kết cấu chung của đông cơ điện một chiều ở hình dới :phần ứng đợc biểu diễn bởi vòng tròn bên trong có sức điện động E,ở phần stato có vài dây quấn kích từ :dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp CKN,dây quấn cực từ phụ CF,và dây quấn bù CB.Hệ thống các phơng trình

2.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.

2.1.Phần tĩnh hay stato.

Đây là đứng yên của máy , bao gồm các bộ phận chính sau:

a, Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trờng 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 đợc gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trớc khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ này đợc nối tiếp với nhau.

b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đợc đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ thờng làm bằng thép khối và trên thân

cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống nh dây quấn cực từ chính Cực từ phụ đợc gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.

c, 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 thờng dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thờng dùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.

d, Các bộ phận khác Bao gồm:

- Náp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm h hỏng dây quấn và an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trờng hợp này nắp máy thờng làm bằng gang.

- Cơ cấu chổi than : để đa 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 chặy lên cổ góp Hộp chổi than đợc cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.

2.2 Phần quay hay rôto.

Bao gồm những bộ phận chính sau :

a, Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ Thờng 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 dặt dây quấn vào.

Trong những động cơ trung bình trở lên ngời ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo đợc những lỗ thông gió dọc trục.

Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thờng 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 đợc 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 lợng rôto.

b, 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 thờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dới vài kw thờng dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thờng dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn đợc 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 làm bằng tre, gỗ hay bakelit.

c, Cổ góp : dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đợc 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 đợc dễ dàng.

d, Các bộ phận khác.

- Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy Máy điện một chiều thờng chế tạo theo kiểu bảo vệ ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy , 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 máy.

- Trục máy : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thờng làm bằng thép cacbon tốt.

Chơng II

Hệ thống chỉnh lu động cơ điện một chiều I Các ph ơng pháp chỉnh l u

- Các bộ chỉnh lu đảo chiều dùng cho động cơ 1 chiều cần quay theo cả 2 chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh

- Tuỳ theo yêu cầu về chất lợng điều chỉnh mà có thể sử dụng các sơ đồ sau: 1 Dùng ph ơng pháp đảo chiều bằng đảo đấu điện áp đặt vào phần ứng động

cơ nhờ 2 mạch chỉnh l u:

2 Dùng ph ơng pháp đảo chiều kích từ Kt

Nhận xét :

- Hai sơ đồ 3,4 chỉ áp dụng cho hệ thống không đòi hỏi cao về chất lợng đảo chiều, thông dụng và đáp ứng đợc yêu cầu chất lợng sơ đồ hình1.

- Để đấu 2 mạch chính với nhau cấp ra một tải có 2 kiểu là: kiểu đấu chéo số 8 và đấu song song ngợc.

- Có 2 phơng pháp điều kiển đảm bảo mạch hoạt động bình thờng là phơng pháp điều khiển chung và phơg pháp điều kiển riêng

ơng pháp điều khiển chung

- Lúc này cả 2 mạch CL cung đợc phát xung điều khiển, nhng luôn khác chế độ nhau : một mặt ở chế độ CL (xác định dấu của điện áp một chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có) mạch kia là chế độ nghịch lu (là quá trình chuyển năng lợng điện áp từ phía dòng một chiều sang dòng xoay chiều) Vì hai mạch cùng đấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải gần bằng nhau:

Ut = Ud1= - Ud2

- Nếu dòng điện liên tục ta có: Ud1=Ud0 cosα1

Ud2=Ud0 cosα2

Vậy Ud0 cosα1= - Ud0 cosα2

Hay cosα1 + cosα2= 0 α1 + α2=1800

Biều thức này chính là luật phối hợp điều khiển của phơng pháp này.

- Tuy nhiên luật này mới chỉ đảm bảo sự cân bằng về giá trị một chiều, còn giá trị tức thời của điện áp chỉnh lu hai mạch là khác nhau Ud1≠ Ud2

Sự chênh lệch điện áp giữa chúng làm xuất hiện một dòng điện quẩn giữa hai mạch van mà không qua tải

- Để hạn chế dòng điện này cần phải dùng thêm cuộn kháng Lcb mắc nối mạch chỉnh lu với tải Nh thế làm tăng công suất đặt và giá thành hệ thống Tuy nhiên phơng pháp điều khiển này cho phép điều chỉnh nhanh tối đa.

ơng pháp điều khiển riêng

- Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn một bộ bién đổi kia bị khoá do cha có xung điều khiển Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ1và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tơng ứng là FX1 và FX2 Trật tự hoạt động của bộ phát xung này đợc quy định bởi các tín hiệu lôgic b1 và b2 Quá trình hãm và đảo chiều đợc mô tả bằng đồ thị thời gian Trong khoảng thời gian từ 0 -> t1 bộ BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lu với α1 <π/2 còn bộ BĐ2 thì khoá Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi iLĐ góc điều khiển α1 tăng đột biến lớn hơn π/2 dòng điện phần ứng giảm về không lúc này các xung để khoá bộ BĐ1 Thời điểm t2 đợc xác định bởi cảm biến dòng điện SI1 Trong khoảng thời gian trễ t= t3 – t2 bộ BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu Tại t3

sđđ E vẫn còn dơng, tín hiệu lôgic b2 kích cho FX2 mở BĐ2 với góc α >π/2 và sao cho dòng điện phần ứng không vợt quá giá trị cho phép động cơ đợc hãm tái sinh Nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngợc không đổi , điều này đ-ợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống trên sơ đồ của khối lôgic LOG , iLĐ , iL1 , iL2 là các tín hiệu lôgic đầu vào b1,b2 là các tín hiệu lôgic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển.

iLĐ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1.

iLĐ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2.

i1L (i2L) = 1 có dòng điện chảy qua bộ BĐ1 và BĐ2

Hệ truyền động van đảo chiều điểu khiển riêng có u điểm làlàm việc an toàn ,không có dòng điện cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi nên không cần thiết kế cuộn kháng cân bằng ,song cần một khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không.

trong một thời điểm thì chỉ có một bộ BĐ làm việc còn bộ BĐ kia phải chắc chắn khoá( có nghĩa là dòng điện qua bộ BĐ này phải bằng “0”) Ta sẽ dùng xenxơ dòng điện để nhận biết có dòng điện chạy qua bộ BĐ hay không.

xenxơ đợc hạ trên một điện trở RS tạo ra tín hiệu điện áp Vi.

Đầu ra chân 7 mắc với nguồn nuôi +5V qua điện trở kéo lên 1kΩ Đất của bộ so chân 1 đợc mắc vào đầu nối đất của mạch Cách mắc này dẫn đến đầu ra có các trạng thái khả dĩ là 0 và 5V Lôgic của mạch là:

V0 =5V đối với Vi > 0 V0 =0V đối với Vi < 0

Nếu V0 = 5V nghĩa là bộ BĐ đó có dòng điện chạy qua.

Nếu V0 = 0V có nghĩa là bộ BĐ đó không có dòng điện chạy qua

• Do mạch điểu khiển riêng cần có thời gian tạo trễ nên ta chọn bộ tạo trễ là op-amp 741

Chọn C=0,1àF , R’=10kΩ ,R=100Ω

-Điện áp ra chậm pha hơn so với điện áp vào

II Bộ biến đổi bán dẫn công suất trong truyền dòng điện

1) Giới thiệu sơ đồ chỉnh l u từ l ới điện

Một trong những yêu cầu quan trọng nhất của thiết bị chỉnh lu là điều chỉnh điện áp và dòng điện đầu ra trên phụ tải.

- Đối với chỉnh lu không điều khiển yêu cầu trên đợc thực hiện bằng cách dùng biến áp nguồn nhiêù đầu để thay đổi giá trị sđđ E Tuy nhiên cách này chỉ có thể điều chỉnh nhảy cấp và đối với những chỉnh lu công suất lớn thì không dùng đợc.

- Trong hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển động cơ một chiều bộ biến đổi là các mạch chỉnh lu điều khiển.

- Các bộ biến đổi có thể dùng :

+ Bộ biến đổi điện từ : Khuyếch đại từ.

+ Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn : Chỉnh lu Tiristor.

+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Tiristor hoặc Transior.

Do những u điểm nổi bật của bộ chỉnh lu Tiristor có thể thay đổi thời điểm đặt xung điện áp lên cực điều khiển, ta sẽ điều chỉnh đợc điện áp và dòng điện chỉnh lu Việc điều chỉnh này đợc thực hiện vô cấp và không cần tiếp điểm Hơn nữa yêu cầu đồ án là bộ chỉnh lu có đảo chiều cấp cho động cơ điện một chiều nên em chọn bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn dùng Tiristor.

* Chỉnh lu điều khiển (Tiristor)

Cho phép thực hiện các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điện điện một chiều với độ tự động hoá cao nên đợc sử dụng rộng rãi, nhất là sơ đồ cầu do đấu trực tiếp vào lúc điện không phải dùng biến áp lực nh sơ đồ hình tia

- Trong hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - điều chỉnh một chiều, bộ biến đổi điện là các mạch CL điều khiển có sđđ Ed phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ) Chỉnh lu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ Tuỳ theo yêu cầu của truyền động mà có thể chia làm các loại sau :

- số pha : 1 pha , 2 pha , 3 pha , 6 pha

- sơ đồ nối : hình tia , hình cầu đối xứng và không đối xứng

- số nhịp :số xung áp đập mạnh trong thời gian một chu kỳ lấy điện áp nguồn

- Khoảng điều chỉnh : là vị trí của đặc tính ngoài trên phẳng toạ độ [Ud,Id] - Chế độ năng lợng : chỉnh lu, nghịch lu phụ thuộc

- Tính chất dòng tải :liên tục và gián đoạn.

- Chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và các tính chất của tải trong truyền động điện Tải của CL thờng là cuộn kích từ (L– R) hoặc là mạch phần ứng động cơ (L – R –E).

2 Chỉnh l u điều khiển ba pha hình tia * Chế độ dòng liên tục

Khi dòng điện chỉnh lu id là liên tục Suất điện động chỉnh lu là những đoạn hình sin nối tiếp nhau, giá trị trung bình của suất điện động chỉnh lu đợc tính

Trong đó : we tần số góc của điện áp xoay chiều

α góc mở ban đầu (hay góc điều khiển) tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên

α0: góc điều khiển tính từ thời điểm suất điện động bắt đầu dơng Hình : Sơ đồ chỉnh lu có điều khiển hình tia 3 pha

Trong mạch tải có điện cảm L nên id thực tế là dòng liên tục id Góc mở α đợc tính từ giao điểm của hai điện áp pha (gần giá trị dơng).

Giá trị trung bình của điện áp tải :

- Giả sử T1 đang cho dòng chảy qua it1 = id

Khi θ = θ2 cho xung điều khiển mở T2 cả hai tiristor T1 và T2 đều cho dòng chảy qua làm ngắn mạch 2 nguồn ea và eb.

Nếu chuyển gốc toạ độ từ θ sang θ2 ta có:

Hình dạng của điện áp tải Ud, trong giai đoạn trùng dẫn - Điện áp tải Ud trong giai đoạn trùng dần đợc xác định :

- Trong giai đoạn trùng dần, điện áp tải Ud nhỏ hơn so với trờng hợp lý tởng, giá trị trung bình của điện áp bị sụt đi một lợng ∆Uà

Xác định:

Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua Vt=Vc ,Vg=Vb :

Khi θ = θ1 = π/6 + α cho xung điều khiển mở T1 tisritor này mở vì ua > 0 Sự mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì ua > ub Lúc này T6 và T1 cho dòng chảy qua, điện áp trên tải:

Ud = Uab = Ua - Ub

Khi θ = θ1 = 3π/6 + α cho xung điều khiển mở T2 tisritor này mở vì khi T6 dẫn dòng , nó đặt Ub lên anốt T2 Khi θ = θ2 thì Ub > Uc Sự mở T2 làm cho T6 bị khoá lại một cách tự nhiên vì Ub >Uc Các xung điều khiển lệch nhau π/3 đ-ợc lần lợt đa đến điều khiển của tisritor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6 1

Trong mỗi nhóm , khi một tisritor mở, nó sẽ khoá ngay tisritor dẫn dòng trớc nó

Giá trị trung bình của điện áp trên tải

+ Đờng bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F + Đờng bao phía dới biểu diễn điện thế của điểm G

Điện áp trên mạch tải là Ud = Uf - Ug là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đờng

Cũng có thể tính Ud = Ud1 - Ud2 trong đó Ud1 là giá trị trung bình của ud1 do nhóm catốt chung tạo nên, còn Ud 2 là giá trị trung bình của ud 2 do nhóm anốt

- Giả thiết T1 và T2 đang dẫn dòng

Khi θ = θ1 cho xung điều khiển mở T3 Do Lc ≠ 0 nên dòng iT3 không thể đột ngột tăng từ 0 đến Id và dòng iT1 cũng không thể đột ngột giảm từ Id→ 0 cả ba tiritor đều dẫn dòng T1, T2 ,T3.

Hai nguồn Ea và Eb nối ngắn mạch Nếu chuyển gốc toạ độ từ 0 → θ1 ta có:

Dòng điện chảy trong T1 là iT1 = id - ic

Dòng điện chảy trong T3 là iT3 = ic

- Giả thiết quá trình trùng dẫn kết thúc khi θ = θ2 , à = θ2 - θ1 là góc trùng

Hình dạng điện áp tải Ud trong quá trình trùng dẫn trong khoảng (θ1,θ2) T2 dẫn dòng T1 và T3 trùng dẫn dòng Vậy có thể viết phơng trình sau:

- Nghịch là quá trình chuyển năng lợng từ phía dòng một chiều sang dòng xoay chiều (quá trình chuyển năng lợng ngợc lại với chế độ CL ) Trong hệ TĐĐ một chiều, động cơ điện cần làm việc ở những chế độ khác nhau trong đó có lúc động cơ trở thành máy phát điện Năng lợng phát ra này trả về lới điện xoay chiều Để thoả mãn yêu cầu này bộ CL chuyển sang hoạt động ở chế độ nghịch lu vì nó hoạt động (đồng bộ ) theo nguồn xoay chiều nên gọi là nghịch lu phụ thuộc.

-Nh vậy mạch điện lúc này có 2 nguồn sức điện động : e1 :sđđ lới xoay chiều

Ed:sđ đ một chiều

Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát đợc năng lợng nếu chiều sức điện động và dòng điện trùng nhau,ngợc lại nó sẽ nhận năng lợng khi chiều sức điện động và dòng điện ngợc nhau Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy rằng với bộ chỉnh lu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều xác định thì để có chế độ nghịch lu cần phải thực hiện hai điều kiện :

+Về phía một chiều :bằng cách nào đó chuyển đổi chiều Ed để có chiều dòng và Ed trùng nhau.

+Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lu sao cho điện áp ud <0 để có dấu phù hợp dòng tức là bộ chỉnh l làm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ âm của lới điện.

chỉnh lu khác đấu ngợc với mach cũ để dẫn đợc dòng điện theo chiều ngợc lại.

-Nh vậy nghịch lu phụ thuộc thực chất là chế độ khi bộ chỉnh lu làm việc với góc điểu khiển lớn Do đó toàn bộ các biểu thức tính toán vẫn đúng chỉ cần

Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lu và nghịch lu từ các u điểm của các sơ đồ chỉnh lu với tải và các động cơ điện một chiều có công suất vừa phải thì ta dùng chỉnh lu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả bởi lẽ ở công suất này để tránh lệch tải điện áp , không thể thiết kế theo sơ đồ một pha, sơ đồ tia ba pha sẽ làm mất đối xứng điện áp nguồn Nên trong đồ án này ta chọn sơ đồ thiết kế chọn là sơ đồ cầu ba pha

U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn E : sức điện động của động cơ

R, L :điện trở, điện cảm trong mạch R = 2.Rba + Ru + Rk + Rdt

L = 2.Lab + Lu + Lk

Rba, Lba : điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp Rk, Lk : điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải , sơ đồ đã chọn , điều khiển toả nhiệt , điện áp làm việc , các thông số cơ bản của van đợc tính nh sau :

Trong đó kdtU : hệ số dự trữ điện áp chọn ktdU = 1,8

Dòng điện làm việc của van đợc tính theo dòng điện dòng hiệu dụng:

( trong sơ đồ cầu ba pha )

Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả nhiệt không có quạt đối lu không khi với điều khiển đó Idmv từ các thông số Unv , Iđmv ta chọn 6 tiristor loại có thông số sau

điện áp ngợc cực đại của van 1000(V) dòng điện định mức của van 200(A) đỉnh xung dòng điện 4000(A)

dòng điện của xung điều khiển 100mA điện áp của xung điều khiển 3,0(V) dòng điện rò 20mA

sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn ∆U = 1,6(V) tốc độ biến thiên điện áp 200(V /s)

dòng điện tự giữ 200mA

thời gian chuyển mạch tcm = 90às

nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =15000C

III Tính toán MBA chỉnh lu

Tiết diện của trụ T=a.b

- Chọn MBA ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây ∆ (làm mát bằng không khí tự nhiên)

c) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải :

Udo cos (αmin) = Ud + 2.∆Uv + ∆Udn + ∆Uba

Trong đó αmin = 100 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lới ∆Uv = 1,6(v) sụt áp trên tiristor

∆Udn = 0 sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.

§iÖn ¸p pha thø cÊp :

kq : HÖ sè phô thuéc vµo ph¬ng thøc lµm m¸t kq= 6 m : sè trô cña MBA = 3

f : tÇn sè nguån xoay chiÒu f = 50Hz

Chän chiÒu cao trô h = 25(cm) - TÝnh to¸n d©y quÊn

Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp MBA:

- Kết cấu dây quấn sơ cấp :

Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : h : chiều cao trụ

hg : khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp

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 = 11 + 2.1 - 2.0,1 = 12,8(cm) Đờng kính trong của cuộn sơ cấp

Dt1 = Dt + 2 S01 = 12,8 + 2 0,1 = 13(cm)

Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp dµy ë cuén s¬ cÊp

• KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp

Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp cd22 = 0,1(mm) BÒ dÇy cuén s¬ cÊp :

• Tính kính thức mạch từ

Với đờng kính d =11cm , ta có số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:

Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ b = d =10,2(cm)

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

Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin =120

U = Udo.cosαmin – 2.∆Uv - ∆Uba = 476,84.cos120 - 2.1,6 -14,35=448,87=449(v) Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp :

Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt Hiệu suất TB chỉnh lu:

Chọn góc mở cực tiểu αmin=180 với góc mở αmin là dữ trữ ta có thể bù đợc sự giảm điện áp khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất

Udmax=Udo cosαmin =Ud.dm và tơng ứng tốc độ đông cơ sẽ lớn nhất Udmin=Udo.cosαmax và n =nmin

Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi furie ta chuyển gốc toạ độ sang đến 01

khi đó điện áp tức thời trên tải khi TiristoT1,T4 dẫn.

Từ phân tích trên ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn ,có nghĩa đập mạch của điện áp và dòng điện tăng lên sự đập mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp , đồng thời gây ra tổn hao phụ dới dạng nhiệt trong động cơ Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1Idm Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sáng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn lại có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn

Điện kháng lọc còn lại đợc tính khi góc α = αmax

Vì R.i << L.di/dt nên U = L.di/dt

Trong các thành phần xoay chiều bậc cao , thì thành phần sóng bậc k=1 có

Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé do đó ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện của cuộn kháng :

Với tiết diện trụ Q= 4,25cm2

Chọn loại thép tồn tại 330 A tấm thép dày 0,35mm a= 20mm.