ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Cơng Minh LỜI NĨI ĐẦU Điện tử cơng suất lĩnh vực kỹ thuật đại, nghiên cứu ứng dụng linh kiện bán dẫn công suất làm việc chế độ chuyển mạch trình biến đổi điện Ngày nay, khơng riêng nước phát triển, nước ta thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu… sử dụng ngày nhiều thành tựu cơng nghiệp điện tử nói chung điện tử cơng suất nói riêng Đó minh chứng cho phát triển ngành công nghiệp Với mục tiêu cơng nghiệp hố đaị hố đất nước, ngày có nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử cơng suất Cũng với lý đó, học kỳ em nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “THIẾT KẾ CHỈNH LƯU HÌNH TIA BA PHA - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU” Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy Khương Cơng Minh q trình làm đồ án mơn học với đề tài Mặc dù dành nhiều cố gắng khơng tránh khỏi sai sót định, em mong góp ý, bảo thầy, Sinh viên thực Lê Nguyễn Tín MỤC LỤC SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh Chương 1: Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp Chương 2: Tổng quan chỉnh lưu Tiristor hình tia ba pha Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu - động điện chiều (hệ T - Đ) Chương 3: Tính chọn phần tử mạch động lực Chương 4: Tính chọn phần tử mạch điều khiển Chương 5: Mạch bảo vệ kết luận Tài liệu tham khảo CHƯƠNG SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng Nó dùng làm động điện, máy phát điện hay dùng điều kiện làm việc khác Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, máy dùng nhiều ngành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ hay giao thông vận tải I- Tổng quan động điện chiều: 1/ Phân loại : Động điện chiều chia làm nhiều loại theo bố trí cuộn kích từ :  Động điện chiều kích từ độc lập  Động điện chiều kích từ song song  Động điện chiều kích từ nối tiếp  Động điện chiều kích từ hỗn hợp 2/ Ưu nhược điểm động điện chiều: - Ưu điểm: Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ Có nhiều phương pháp hãm tốc độ - Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại màu Chế tạo, bảo quản khó khăn Giá thành đắt máy điện khác 3/ Sơ đồ nguyên lý hoạt động Uæ Rf E CKT RKT IKT II- Đặc tính cơUcủa KT máy điện chiều: Quan hệ tốc độ mômen động gọi đặc tính động  = f(M) n = f(M) Quan hệ tốc độ mômen máy sản xuất gọi đặc tính máy sản xuất c= f(Mc) nc= f(Mc) SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất GVHD: Khương Cơng Minh Ngồi đặc tính cơ, động điện chiều người ta cịn sử dụng đặc tính điện đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ:  = f(I) n = f(I) 1/ Phương trình đặc tính cơ: Theo sơ đồ hình (1-1) ta viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng sau: = + (Rỉ +Rỉ)Iỉ Rf Trong đó: Uæ - điện áp phần ứng, (V) Eæ - sức điện động phần ứng,(V) E Ræ - điện trở mạch phần ứng RKT Rf - điện trở phụ mạch phần ứng CKT Với: Ræ = ræ + rcf + rb + rct IKT Trong đó: UKT1- rỉ - điện trở cuộn dây phần ứng Hình rcf - điện trở cuộn cực từ phụ rb- điện trở cuộn bù rct- điện trở tiếp xúc chổi than Sức điện động Eæ phần ứng động xác định theo biểu thức: Eæ = pN  k 2a Trong đó: p- số đơi cực từ N- số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a- số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng - từ thơng kích từ cực từ - tốc độ góc,rad/s k= pN - hệ số cấu tạo động 2a Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì: = Ke.n 2n n  60 9.55 pN n Vì vậy: Eæ= 60a pN Ke = hệ số sức điện động động 60a K Ke =  0.105K 9.55 Với:  = Từ biểu thức trên, ta có:  U ỉ Rỉ  R f  Iỉ K K Là phương trình đặc tính điện động Mặt khác, mômen điện từ Mât động xác định bởi: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học: Điện tử cơng suất GVHD: Khương Cơng Minh Mât= K Iỉ Suy ra: Iæ = M ât K Thay giá trị Iỉ vào phương trình đặc tính động ta được:  U æ Ræ  R f  M ât K ( K) Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép mơmen trục động mômen điện từ, ta ký hiệu M Nghĩa Mât= Me= M Khi ta được: Ræ  R f U  æ  M K ( K ) Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Giả thiết phản ứng phần ứng bù đủ, từ thơng  = Const, phương trình đặc tính điện phương tình đặc tính tuyến tính Đồ thị chúng biểu điển hình (1-2) đường thẳng Theo đồ thị trên, Iæ= M = ta có:   K 0: gọi tốc độ không tải lý tưởng động U  I nm Cịn  = ta có: I æ  Ræ  R f Và M = KInm = Mnm Inm, 0 âm  I Iâm 0  âm I Inm Mâm M nm a Âàûc cå âiãûn b Âàûc cå cuía cuía âäüng cå âiãûn âäüng cå âiãûn mäüt mäüt chiãưu kêch tỉì chiãưu kêch tổỡ õọỹc Hỗnhin 1-2 ngn mch v mụmen ngn Iõọỹc : gọi dòng nm,Mnm láûp láûp mạch Mặt khác từ phương trình đặc tính điện phương trình đặc tính viết dạng:  U æ RI     K  K SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học: Điện tử công suất  GVHD: Khương Cơng Minh R  M K ( K ) 0  Uæ K RI æ RM =  K  gọi độ sụt tốc độ ứng với giá trị M K 2/ Xét ảnh hưởng tham số đến đặc tính cơ:   Từ phương trình đặc tính ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: Từ thơng động , điện áp phần ứng , điện trở phần ứng động cơ.Ta xét ảnh hưởng tham số đó: a) Ảnh hưởng điện trở phần ứng: Giả thiết Uæ=Uâm= Const 0 v = õm= Const TN(Rn) Rf1 Rf2 Hỗnh 1-3 Rf3 Rf4 Mc điện trở Muốn thay đổiđiện trở mạch phần ứng ta nối thêm phụ Rf vào mạch phần ứng Trong trường hợp tốc độ không tải lý tưởng: 0  U âm Const Kâm Âộ cứng đặc tính cơ: M  Kâm     var  Ræ  R f Khi Rf lớn  nhở nghĩa đặc tính dốc Ưïng với Rf=0 ta có đặc tính tự nhiên:  TN   Kâm  Rỉ TN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có độ cứng tất cá đường đặc tính có điện trở phụ Như thay đổi điện rơi Rf ta họ đặc tính biến trở hình (1-5) ứng với mổi phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ b) Ảnh hưởng điện áp phần ứng: Giả thiết từ thông  = âm= const, điện trở phần ứng Ræ = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uâm, ta có:  0 01 02 03 04 Tốc độ không tải:  0x  U x K âm Var Độ cứng đặc tính cơ:    K  Ræ Const Uâm Mc Hỗnh 1-4 U1 U2 U3 U4 M(I) Nh vy thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ta họ đặc tính song song (Hình 1-4) Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dịng điện ngắn mạch động giảm tốc độ động củng giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp củng sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động c) Ảnh hưởng từ thông: Giả thiết điện áp phần ứng Uæ= Uâm= Const Điện trở phần ứng Ræ = Const Muốn thay đổi từ thơng ta thay đổi dịng điện kích từ Ikt động Trong trường hợp này: Tốc độ không tải:  0x  U x Var K x  K  x Var Độ cứng đặc tính cơ:   R SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 ỉ Trang Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên từ thơng giảm 0x tăng, cịn  giảm ta có họ đặc tính với 0x tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thông Ta nhận thấy thay đổi từ thông:  02  01 1 0 âm Mc 02 01 2 1 âm M Inm a Đặc tính điện động điên chiều b Âàûc cå cuía âäüng cå kích từ độc lập giảm từ thơng âiãûn mäüt chiãưu kêch tỉì Hỗnhõọỹc 1-5 lỏỷp giaớm tổỡ thọng U õm Const Rỉ Dịng điện ngắn mạch: Inm = Mơmen ngắn mạch: Mnm=KxInm=Var Các đặc tính điện đặc tính động giảm từ thông biểu diễn hình (1-5)a Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thông tốc độ động tăng lên, hình (1-5)b III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập phương pháp điện áp: Truyền động điện dùng để dẫn động phận làm việc máy sản xuất khác Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động phận làm việc Vì điều chỉnh tốc độ động điện biến đổi tốc độ cách chủ động, theo yêu cầu đặt cho qui luật chuyển động phận làm việc mà không phụ thuộc mômen phụ tải trục động Xét riêng phương diện tốc độ động điện chiều có nhiều ưu điểm với loại động khác, khơng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, đa dạng phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh rộng Thực tế có phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều điện áp: +Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động +Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học: Điện tử cơng suất GVHD: Khương Cơng Minh Vì cần phải có biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần ứng mạch kích từ động Cho đến thường sử dụng biến đổi dựa nguyên tắc truyền động sau : +Hệ truyền động máy phát – động (F – Đ) +Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động (T – Đ)(được sử dụng đồ án ) ► Hệ truyền động chỉnh lưu – động (T-Đ) Thường sử dụng chỉnh lưu có điều khiển thyristor Tốc độ động thay đổi cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để thay đổi điện áp chỉnh lưu ta cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời điểm thông van thyristor CKT Â T1 T2 T3 KH ÂK + Ưu điểm hệ tác động nhanh, khơng gây ồn dễ tự động hố Do van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất cao, điều thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính hệ thống + Nhược điểm hệ van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng chỉnh lưu điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ máy điện Hệ số công suất cos  hệ thống nói chung thấp Tính dẫn điện chiều van buộc ta phải sử dụng biến đổi để cấp điện cho động có đảo chiều quay a) Sơ đồ thay tính tốn: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Cơng Minh Từ phương trình đặc tính động tổng quát:  Uu Ru  M      K ( K) Ta thấy thay đổi Uu  thay đổi, cịn  const Vậy ta đường đặc tính điều chỉnh song song với Như muốn thay đổi điện áp phần ứng Uu ta phải có nguồn cung cấp điện chiều thay đổi điện áp b) Bộ biến đổi T-Đ: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 10 Đồ án mơn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh Chọn W2 = 136 (vòng) 12/ Chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp: Đối với dây dẫn đồng, máy biến áp khô, chọn J = J2 = 2,75 (A/mm2) 13/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp: I1 44,84 I1 44,84 S1 = J = 2,75 = 16,3 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 16,4 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 b1 = 2,24 7,5 (mm) Tính lại mật độ dịng điện cuộn sơ cấp: J1 = S = 16,4 = 2,73 (A/mm2) 14/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: I2 48,58 I2 48,58 S2 = J = 2,75 = 17,6 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 17,6 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 b2 = 2,24 8(mm) Tính lại mật độ dòng điện cuộn sơ cấp: J2 = S = 17,6 = 2,75 (A/mm2) 15/ Tính sơ số vòng dây lớp cuộn sơ cấp: h  2h g 23  2.1,5 W1l = kc = 0,92 0,75 b1 = 24,5 (vòng) ≈ 25 (vòng) h - chiều cao trụ hg - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Tra bảng 18 – Tài liệu 2, chọn hg = 1,5 (cm) Kc - hệ số ép chặt Tra bảng – Tài liệu 2, chọn kc = 0,92 16/ Tính sơ số lớp dây cuộn sơ cấp: W1 147 n1l = W = = 5,88 (lớp) 25 1l Chọn số lớp n1l = lớp Như 147 vòng chia thành lớp, lớp đầu có 25 vịng, lớp thứ có 22 vịng Kết cấu dây quấn sơ cấp:thực dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục 17/ Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp: h1 = b W1l 0,75.25 = 0,92 = 20,38 (cm) kc SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 23 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh 18/ Chọn ống quấn dây làm vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 (cm) 19/ Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01 = 10 (mm) 20/ Đường kính ống cách điện: D1 = dFe + a01 – S01 = 10 + – 0,1 = 11,8 (cm) 21/ Đường kính cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + S01 = 11,8 + 0,1 = 12 (cm) 22/ Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm) 23/ Bề dày cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11) n1l = (2,24 + 0,1) = 14,04 (mm) 24/ Đường kính ngồi cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + Bd1 = 12 + 1,404 = 14,81 (cm) 25/ Đường kính trung bình cuộn sơ cấp: D  Dn1 12  14,81 Dtb1 = t1 = = 13,41 (cm) 2 26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp; l1 = W1  Dtb1 =  147 13,41 = 6189,78 (cm) = 61,89 (m) 27/ Chọn bề dày cách điện cuộn sơ cấp thứ cấp: cd01 = (mm) ♦ Kết cấu dây quấn: 28/ Chọn sơ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 20,38 (cm) 29/ Tính sơ số vịng dây lớp: h2 20,38 W2l = b kc = 0,8 0,92 = 23,44 (vòng) ≈ 24 (vòng) 30/ Tính sơ số lớp dây quấn thứ cấp: W2 136 n2l = = = 5,6 (lớp) 24 Wl2 31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = (lớp), lớp đầu có 23 vịng, lớp thứ có 21 vịng 32/ Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp: Wl2 b kc 23.0,8 0,92 = 20 (cm) h2 = = 33/ Đường kính cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + a12 = 14,81 + 0,9 = 16,61 (cm) 34/ Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 (mm) 35/ Bề dày cuộn thứ cấp: Bd2 = (a2 + cd22) nl2 = (2,24 + 0,1) = 14,04 (mm) 36/ Đường kính ngồi cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + Bd2 = 16,61 + 1,404 = 19,42 (cm) SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 24 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Cơng Minh 37/ Đường kính trung bình cuộn thứ cấp: D  Dn 16,61  19,42 Dtb2 = t = = 18,02 (cm) 2 38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 =  W2 Dtb2 =  136 18,02 = 7695,26 (cm) = 76,95 (m) 39/ Đường kính trung bình cuộn dây: D12 = D n1  Dn 12  19,42 = = 15,71 (cm) 2 Suy r12 = D12 15,71 = = 7,85 (cm) 2 40/ Chọn khoảng cách cuộn thứ cấp: a22 = (cm) ♦ Tính kích thước mạch từ: 41/ Đường kính trụ d = 10 (cm), tra theo bảng – Tài liệu 2, chọn số bậc bậc 42/ Toàn tiết diện bậc thang trụ: Qbt = (1,6 9,5 + 1,1 8,5 + 0,7 7,5 + 0,6 6,5 + 0,4 5,5 + 0,7 3) = 76 (cm2) 43/ Tiết diện hiệu trụ: QT = khq Qbt = 0,95 76 = 72,2 (cm2) 44/ Tổng chiều dày bậc thang trụ: dt = (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 (cm) 45/ Số thép dùng bậc: 16 Bậc 1: n1 = 0,5 = 64 (lá) 11 Bậc 2: n2 = 0,5 = 44 (lá) Bậc 3: n3 = 0,5 = 28 (lá) Bậc 4: n4 = = 24 (lá) 0,5 Bậc 5: n5 = 0,5 = 16 (lá) Bậc 6: n6 = 0,5 = 28 (lá) Ta chọn gơng có tiết diện hình chữ nhật có kích thước sau: -Chiều dày gơng chiều dày trụ: b = dt =10,2 (cm) -Chiều cao gông chiều rộng tập thép thứ trụ: a = 9,5 (cm) Tiết diện gông: Qbg = a b = 9,5 10,2 = 96,9 (cm2) 46/ Tiết diện hiệu gông: Qg = khq Qbg = 0,95 96,9 = 92,06 (cm2) SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 25 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh 47/ Số thép dùng gông: b 10,2 hg = 0,5 = 0,5 = 204 (lá) 48/ Tính xác mật độ từ cảm trụ: U1 220 BT = 4,44 f W Q = = 0,93 (T) 4,44.50.147.72,2.10  T 49/ Mật độ từ cảm gông: QT 72,2 Bg = BT Q = 0,93 = 0,73 (T) 92,06 g 50/ Chiều rộng cửa sổ: c = (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = (1 + 1,404 + 0,9 + 1,404) +2 = 11,42 (cm) 51/ Khoảng cách tâm trục: c’ = c + d = 11,42 + 10 = 21,42 (cm) 52/ Chiều rộng mạch từ: L = c + d = 11,42 + 10 = 52,84 (cm) 53/ Chiều cao mạch từ: H = h + a = 23 + 9,5 = 42 (cm) 54/ Thể tích trụ: VT = QT h = 72,2 23 = 4981,8 (cm3) = 4,98 (dm3) 55/ Thể tích gơng: Vg = Qg L = 92,06 52,84 = 9728,9 (cm3) = 9,73 (dm3) 56/ Khối lượng trụ: MT = VT mFe = 4,98 7,85 = 39,09 (kg) 57/ Khối lượng gông: Mg = Vg mFe = 9,73 7,85 = 76,38 (kg) 58/ Khối lượng sắt: MFe = MT + Mg = 39,09 + 76,38 = 115,47 (kg) 59/ Thể tích đồng: VCu = (S1 l1 + S2 l2 ) = (16,3 10-4 61,89 10 + 17,6 10 -4 76,95 10) = 7,09 (dm3) 60/ Khối lượng đồng: MCu = VCu mCu = 7,09 8,9 = 63,1 (kg) ♦Tính thơng số máy biến áp: 61/ Điện trở cuộn sơ cấp máy biến áp 750C: R1 =  l1 = 0,02133 S1 61,89 = 0,081 (  ) 16,3 62/ Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp 750C: R2 =  l2 76,95 = 0,02133 = 0,093 (  ) 17,6 S2 63/ Điện trở máy biến áp quy đổi thứ cấp: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 26 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh W2 RBA = R2 + R1 ( W )2 = 0,093 + 0,081 ( 136 ) = 0,16 (  ) 147 64/ Sụt áp điện trở máy biến áp: ∆Ur = RBA Id = 0,16 59,5 = 9,52 (V) 65/ Điện kháng máy biến áp quy đổi thứ cấp: r B  Bd XBA = π2 (W2)2 ( h ) (a12 + d )  10-7 qd = π2 1362 ( 8,305 1,404  1,404 ) (0,009 + ) 314 10-7 23 = 0,304 (  ) 66/ Điện cảm máy biến áp quy đổi thứ cấp: LBA = X BA 0,304 = = 0,00097 (H) = 0,97 (mH) 314  67/ Sụt áp điện kháng máy biến áp: 3 XBA Id = 0,304 59,5 = 17,28 (V)   3 Rdt = XBA = 0,304 = 0,29 (  )   ∆Ux = 68/ Sụt áp máy biến áp: U r2  U x2 = 9,52  17,28 = 19,73 (V) 69/ Điện áp động có góc mở αmin = 100 U = Ud0 cosαmin - ∆Uv – ∆UBA = 237,61 cos100 – 1,5 – 19,73 = 211,27 (V) 70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi thứ cấp: 2 ZBA = R BA = 0,16  0,304 = 0,34 (  )  X BA 71/ Tổn hao ngắn mạch máy biến áp: ∆Pn = RBA I2 = 0,16 48,482 = 1132,8 (W) 1132,8 Pn ∆Pn% = 100% = 100% = 5,98% 18944,64 S 72/ Tổn hao khơng tải có kể đến 15% tổn hao phụ: ∆UBA = P0 = 1,3 nf (MT BT2 + Mg Bg2) = 1,3 1,15 (39,09 0,932 + 76,38 0,732) = 111,39 (W) 111,39 P0 ∆P0 % = 100% = 100% = 0,59 % 18944,64 S 73/ Điện áp ngắn mạch tác dụng: R BA I 0,16.48,58 Unr = 100% = 100% = 3,82 % 203,08 U2 74/ Điện áp ngắn mạch phản kháng: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 27 Đồ án môn học: Điện tử công suất Unx = GVHD: Khương Công Minh X BA I 0,304.48,58 100% = 203,08 100% = 7,27 % U2 75/ Điện áp ngắn mạch phần trăm: U nr2  U nx2 = 3,82  7,27 = 8,21 Ur = 76/ Dòng điện ngắn mạch xác lập: U2 203,08 = = 597,29 (A) 0,34 Z BA I2nm = 77/ Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Imax = I2nm (1 + e =   U nr U nx 597,29 (1 + e  )  , 0382 , 0727 ) = 1006,93 (A) Imax = 1006,93 (A) < idinh = 1800 (A) 78/ Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch: Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình: di c = U23 – U2a = U2 sin(    ) dt U2 di c 203,08 = = = 256413,59 (A/s) max 2.0,97.10  2.L BA dt di c  di    LBA dt max cp = 100 (A/  dt  = 0,26 (A/ s) <  s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt 79/ Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu:  = 220.59,5 U d I d = = 0,69 18944,64 S III- Thiết kế cuộn kháng lọc: 1/ Xác định góc mở cực tiểu cực đại: Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100 Với góc mở αmin dự trữ, ta bù giảm điện áp lưới -Khi góc mở nhỏ α = αmin , điện áp tải lớn Ud max = Ud0 cosαmin = Ud dm tương ứng với tốc độ động lớn nmax = ndm -Khi góc mở lớn α = αmax , điện áp tải nhỏ Ud = Ud0 cosαmax tương ứng với tốc độ động nhỏ nmin Ta có: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 28 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh U d  U d   = arcos  , 34 U U d0   Trong Ud xác định sau: U ddm  I u Ru  n max D= n = U d  I u Ru   max = arcos Udmin = Udmin = U d   D  1.I udm Ru. D    2,34.U cos    D  1.I udm  Ru  R BA  R dt   D Udmin =     2,34.U cos    20  1.I udm  Ru  R BA  X BA   20     Udmin =     2,34.203,08 cos10   20  1.59,5. 0,187  0,16  0,304  20     Udmin = 59,43 (V)  U d  U d0 Suy a max arcos    U  = arcos  d  2,34.U     59,43   = 82,810 , 34 203 , 08    = arcos  2/ Xác định thành phần sóng hài: Ud  cos    U kn sin  3    2 n 3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Điện kháng lọc cịn tính góc mở   max Ta có: U d  u E  Ru  I d  Rn  i  L di dt Cân vế: U   Ri  L Nên U  L di dt Ri  L di dt di dt Trong thành phần xoay chiều bậc cao , thành phần sóng bậc k = có mức độ lớn nhất, gần ta có: U  U1m sin  3    SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 29 Đồ án môn học: Điện tử công suất Nên i  Vậy GVHD: Khương Công Minh U U  dt  1m cos 3    I m cos 3     L p 2fL Im  U1dm 0,1.I udm 3.2 f L Suy ra: L  U1m 3.2 f 0,1I dm P=3 số xung đập mạch chu kỳ điên áp lưới U d cos  max  32 tg 2 max 1 2,34.203,08 cos 82,810 2  9tg 82,810 9 U1m 2 U 1m = 176.95 (V) L 176,95 = 0,03 (H) = 30 (mH) 3.2. 50.0,1.59,5 Điện cảm mạch phần ứng có: Luc Lu  2.L BA Trong đó: Lu : điện cảm mạch phần ứng U dm 30 220.30 Lu  0,25 = 0,00196 ( H )  p.ndm I dm  3.1500.59,5 = 1,96 (mH)  0,25 hệ số lấy cho động có cuộn bù Luc = 1,96 + 0,97 = 3,9 (mH) Điện cảm cuộn kháng lọc: Lk = L – Luc = 30 – 3,9 = 26,1 (mH) 4/ Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: 1- Do điện cảm cuộn kháng lớn điện trở bé, ta coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ điện kháng cuộn kháng: Z k  X k 2. f '.Lk 2. 3.50.26,1.10  24.6() 2- Điện áp xoay chiều rơi cuộn kháng lọc: U  Z k I1m 59,5 24.6 75,43(V ) 2 I 1n 10%.I dm 10%.59,5 5,95( A) 3- Công suất cuộn kháng lọc: S U I 1n 75,43 5,95 317,35(VA ) 4- Tiết diện cực từ cuộn kháng lọc: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 30 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh S 317,35  5,14(cm ) ' 6.50 f Chuẩn hố tiết diện trụ theo kích thước có sẵn Chọn Q = 4,25 (cm2) 5- Với tiết diện trụ Q = 4,25 (cm2) Chọn loại thép 330A, thép dày 0,35 (mm) a = 20 (mm), b = 25 (mm) 6- Chọn mật độ từ cảm trụ: BT = 0,8 T 7- Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng cuộn kháng xuất sức điện động EK: EK = 4,44 W f’ BT Q Gần ta viết: EK = ∆U = 75,43 (V) Q k Q U 75,43  166,55(vòng ) ' 4,44.f BT Q 4,44.6.50.0,8.4,25.10  Lấy W = 166 (vòng) 8- Dòng điện chạy qua cuộn kháng: W i t  I d  I 1m cos 6    Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: 2 I   5,95   59,65( A) I K  I   1m   59,5    2   9- Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm2) 10- Tiết diện dây quấn cuộn kháng: I 59,65 SK  K  21,7(mm ) J 2,75 Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chọn SK = 21,9 (mm2) Xem phụ lục 9, chọn kích thước dây aK bK = 3,8 5,9 (mm) I K 59,65  2,72( A / mm ) Tính lại mật độ dịng điện J  SK 21,9 11- Chọn hệ số lấp đầy: d K ld  W.S K 0,7 Q CS 12- Diện tích cửa sổ: QCS  W.S K 166.21,7  51,46(cm ) K ld 0,7 13- Tính kích thước mạch từ: QCS = c h h a chọn m  3 , suy h = a = 20 = 60 (mm) SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 31 Đồ án mơn học: Điện tử công suất c GVHD: Khương Công Minh QCS 51,46  8,57(cm) h 60 14- Chiều cao mạch từ: H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) 15- Chiều dài mạch từ: L = c + a = 8,57 + 20 = 211,4 (mm) 16- Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = (mm) 17- Tính số vịng dây lớp: h  2.h g 60  2.2 W1   9,49(vòng ) 10(vịng ) bK 5,9 18- Tính số lớp dây quấn: n1  W 166  16,6 (lớp) 17 (lớp) W1 10 Mỗi lớp 10 vòng 19- Chọn khoảng cách cách điện dây quấn với trụ: a01 = (mm) Cách điện lớp: cd1 = 0,1 (mm) 20- Bề dày cuộn dây: Bd = (ak + cd1 ) n1 = (3,8 + 0,1) 17 = 66,3 (mm) 21- Tổng bề dày cuộn dây: Bd Bd  a 01 66,3  69,3(mm)  22- Chiều dài vòng dây cùng: l1 2.(a  b)  2. a 01 2.( 20  25)  2. 108,8(mm) 23- Chiều dài vịng dây ngồi cùng: l1 2.( a  b)  2. ( a 01  Bd ) 2.( 20  25)  2. (3  66,3) 525,20(mm) Chiều dài trung bình vịng dây: l l 108,8  525,2 l tb   317(mm) 2 24- Điện trở dây quấn 750C: l tb W 317.10  3.166 R  75 0,02133 0,052() Sk 21,7 Ta thấy điện trở bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở 25- Thể tích sắt: VFe = a b h + a b L = a b (2 h + L) = 20 25 10-4 (2 60 + 211,4) 10-2 = 0,16 (dm3) 26- Khối lượng sắt: MFe = VFe mFe = 0,16 7,85 = 1,256 (kg) 27- Khối lượng đồng: MCu = VCu mCu = Sk ltb W mCu SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 32 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh = 21,7 317 166 8,9 10-6 = 10,16 (kg) CHƯƠNG TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I-Mạch bảo vệ: 1/Giới thiệu : Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng ngày rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự động hoá…… Tuy nhiên phần tử bán dẫn cơng suất khó tính tốn hay bị hư hỏng nhiều nguyên nhân khác Do cần phải bảo vệ tiristor, cần phải tôn trọng tỉ số giới hạn sử dụng nhà chế tạo định với phần tử - Điện áp ngược lớn - Giá trị trung bình lớn dịng điện - Nhiệt độ lớn thiết bị - Tốc độ tăng trưởng lớn dòng điện di dt - Thời gian khoá toff - Thời gian mở ton - Dịng điện kích thích - Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần bảo vệ chống nhiều cố bất ngờ xảy gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, điện áp q dịng điện SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 33 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh Các phần tử bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ Trong làm việc với nhiệt độ nhiệt độ cho phép dù thời gian ngắn phá huỷ thiết bị Đối với bán dẫn Ge: TjM = 800 - 1000 Đối với bán dẫn Si: TjM = 1800 – 2000 Nếu phần tử bán dẫn không làm mát khả chịu dịng điện cịn 30% - 50% Để cho tiristor làm việc tốt ta dùng quạt lám mát tiristor nhỏ Đối với tiristor có cơng suất lớn dùng nước dầu biến để làm mát Khi cho xung điều khiển vào van ban đầu có điểm lân cận tiếp giáp với J dẫn điện môi lan dần xuất vùng có điện trường lớn Về dịng điện, di lớn dt tốc độ lan truyền dịng điện mặt ghép J2 tạo vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng Có thể giảm nhỏ di cách đặt điện kháng bão hoà mạch anot dt tiristor Đặc điểm cuộn kháng, mach từ chưa bão hồ có điện kháng lớn, mạch từ bão hồ có điện kháng nhỏ 2/ Bảo vệ nhiệt độ cho van bán dẫn: 1- Tổn thất công suất tiristor: P U I lv 1,5.34.51 51,77( W) 2- Diện tích bề mặt toả nhiệt: P 51,77 Sn   0,16(m ) K n  8.40 Trong đó:  : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường Lấy Tmt = 400C Chọn Tlv cánh tản nhiệt 800C Suy  = Tlv – Tmt = 400C Kn : hệ số toả nhiệt đối lưu xạ Chọn Kn = W/m2.0C Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước cánh a.b=10.10 (cm) Tổng diện tích tản nhiệt cánh: S = 12 10 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ dòng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ tải ngắn mạch tiristor, ngắn mạch đầu biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch chế độ nghịch lưu 1- Chọn aptomat có: I dm 1,1.I ld 1,1 3.44,84 85,43( A) 85( A) SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 34 Đồ án mơn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh Udm = 220 (V) Có tiếp điểm chính, đóng cắt tay nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: I nm 2,5.I ld 2,5 3.44,84 194,16( A) 194( A) Dòng tải: I qt 1,5.I ld 1,5 3.44,84 116,49( A) 116( A) 2- Chọn cầu dao có dịng định mức: I qt 1,1.I ld 1,1 3.44,84 85( A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn sửa chữa hệ truyền động 3- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch tiristor ngắn mạch đầu chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC: I1CC = 1,1 I2 = 1,1 48,58 = 53,44 (A) Nhóm 2CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 Ihd = 1,1 34,51 = 37,96 (A) Nhóm 3CC: Dịng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 Id = 1,1 59,5 = 65,45 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 60 (A), 2CC loại 40 (A), 3CC loại 70 (A) 4/ Bảo vệ điện áp cho van: - Bảo vệ điện áp q trình đóng cắt tiristor thực cách mắc R-C song song với tiristor Chọn R1 = 5,1 (  ), C1 = 0,25 ( F ) Mạch RC bảo vệ điện áp chuyển mạch - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C hình vẽ: SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 35 Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh Mạch RC bảo vệ điện áp từ lưới Chọn R2 = 12,5 (  ), C1 = ( F ) II/Kết luận: Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: ”thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha – động điện chiều có đảo chiều”, giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, thyristo, chỉnh lưu hình tia ba pha, khâu điều khiển , vi mạch TCA780, mạch bảo vệ,…cũng cách tính tốn thơng số linh kiện mạch TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Điện tử công suất Tác giả: Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh 2- Điện tử công suất Tác giả: Nguyễn Bính 3- Máy điện Tác giả: Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu 4- Truyền động điện Tác giả: Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 36 Đồ án mơn học: Điện tử cơng suất SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 GVHD: Khương Công Minh Trang 37 ... II/Kết luận: Qua đồ án môn học Điện tử công suất với đề tài: ? ?thiết kế chỉnh lưu hình tia ba pha – động điện chiều có đảo chiều? ??, giúp em hiểu rõ về: động điện chiều, thyristo, chỉnh lưu hình tia. .. CHỈNH LƯU TIRISTOR HÌNH TIA BA PHA THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG SVTH: Lê Nguyễn Tín - Lớp 03Đ2 Trang 11 Đồ án mơn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh CHỈNH LƯU - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT.. .Đồ án môn học: Điện tử công suất GVHD: Khương Công Minh Chương 1: Tổng quan động điện chiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp Chương 2: Tổng quan chỉnh lưu Tiristor hình