Tài liệu Chương 4 : tính chọn các thông số của mạch động lực. pdf

Chng 4 : tính chọn các thông số của mạch động lực. I. Tính chọn van động lực Các van động lực đ-ợc lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải I d = 30(A) , sơ đồ chỉnh l-u tia ba pha, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc U d = 100(V). Các thông số cơ bản của van động lực đ-ợc tính nh- sau: Điện áp ng-ợc của van đ-ợc tính: U lv = k nv . U 2 với U 2 = U d /k u ).(, , . V k U kU U d nvlv 4209 171 100 6 Trong đó: U d , U 2 , U lv - điện áp tải, nguồn xoay chiều, ng-ợc của van; k nv = 2,45: hệ số điện áp ng-ợc. k u = 1,17: hệ số điện áp tải. Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ng-ợc của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc, qua một hệ số dự trữ k dtU U nv = k dtU .U lv . U nv = 1,8.209,4 = 377(V) k dtU : đ-ợc chọn bằng 1,8. Dòng điện làm việc của van đ-ợc chọn theo dòng điện hiệu dụng của sơ đồ đã chọn (I lv = I hd ). Dòng điện hiệu dụng đ-ợc tính: I hd = k hd . I d I hd = 0,577.30 = 17,32(A). Trong đó: I hd , I d - Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải; k hd = 0,577- Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng. Để van bán dẫn có thể làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt chúng ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. Theo điều kiện toả nhiệt đã đ-ợc chọn tiến hành tính thông số dòng điện định mức của van cần có. Do tổn hao trên van P >20W đ-ợc chọn dòng điện làm việc tới 40% I đmv , khi có cánh toả nhiệt với đủ diện tích bề mặt cho phép van làm việc tới 40 I đmv (I đmv > 2,5.I lv ), I đmv = k i . I lv = 2,5 . 17,32 = 43,3 A Để có thể chọn đ-ợc van cho làm việc với các thông số định mức cơ bản trên, chúng ta tra bảng thông số các van ( diod, tiristor) chọn các van có thông số điện áp ng-ợc (U nv ), dòng điện định mức(I đmv ) lớn hơn gần nhất với thông số đã tính đ-ợc ở trên. Theo cách đó ở đây chúng ta có chọn thông số van: Tiristor loại S4050J có các thông số định mức: Dòng điện định mức của van I đmv =50 A, Điện áp ng-ợc cực đại của van U nv = 400 V, Độ sụt áp trên van U = 1,8 V, Dòng điện dò I r = 1 mA, Điện áp điều khiển U đk = 1,5 V, Dòng điều khiển I đk = 40mA. II. chọn bảo vệ 1. bảo vệ quá áp cho van: Để bảo vệ xung điện áp trong quá trình đóngcắt các van chúng ta mắc song song với van bán dẫn một mạch R-C tạo mạch vòng phóng tích quá độ cc C R T chọn R=10 ;C=2,2 F . 2. Bảo vệ ngắn mạchvà quá tải về dòng điện: Ta chọn cầu chì với I bv =1,2.I lv . 3. bảo vệ quá nhiệt Diện tích toả nhiệt đ-ợc tính: 2 4 444 10.9.8 32 . cm k P S m m s m :diện tích bề mặt toả nhiệt. P:tổn hao công suất(w). T: độ chênh nhiệt so với môi tr-ờng. ` Với cánh toả nhiệt ta đã chọn có thông số trên diện tích toả nhiệt thực là: 2)2 480(4800032.25.2.632.100.2.6 cmmmS thực vậy cánh toả nhiệt thoả mãn điều kiện toả nhiệt. 100mm 100mm 50mm 7mm 32mm I. Cánh toả nhiệt của Tristor III. Tính toán máy biến áp 1.Các đại l-ợng ban đầu: Điện áp chỉnh l-u không tải U do = U d + U v + U ba + U dn Trong đó: U d - điện áp chỉnh l-u; U v - sụt áp trên các van ; U ba = U r + U l - sụt áp bên trong biến áp khi có tải; U dn - sụt áp trên dây nối = 0; U do = U d + U v + U ba + U dn U do = 100 + 1,55 +10 = 111,55. Xác định công suất tối đa của tải ví dụ với tải chỉnh l-u xác định P dmax = U do . I d = 111,55.30 = 3346 (W) Công suất biến áp nguồn cấp đ-ợc tính S ba = k s . P dmax =1,345.3346 = 4501 (W) Trong đó : S ba - công suất biểu kiến của biến áp [W]; k s =1,345 - hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực P dmax - công suất cực đại của tải [W]. 2.Tính toán sơ bộ mạch từ Tiết diện trụ Q Fe của lõi thép biến áp đ-ợc tính từ công suất: Trong đó : S ba - công suất biến áp tính bằng [W]; k Q - hệ số phụ thuộc ph-ơng thức làm mát; k Q = 6 nếu là biến áp khô; m - số trụ của máy biến áp( có m=3) f - tần số nguồn điện xoay chiều f=50 Hz. 2-1.Tính toán các thông số điện áp và dòng điện của các cuộn dây. Điện áp của các cuộn dây. Điện áp cuộn dây thứ cấp đ-ợc tính: U d k U U 0 2 )(34,95 17,1 55,111 V Trong đó: U d0 - tính từ trên. k U - tra từ hệ số điện áp chỉnh l-u bảng1= 1,17. )(73,38 3 4500 2 cm m S Q ba Fe Điện áp cuộn dây sơ cấp U 1 bằng điện áp nguồn cấp = 220 (V). Dòng điện của các cuộn dây có thể đ-ợc tính bằng. . Giá trị hiệu dụng dòng điện chạy trong mỗi pha thứ cấp MBA I 2 )(32,17 3.34,95 5,3346.48,1 . 2 2 A U Pk dms Giá trị hiệu dụng dòng điện chạy trong mỗi pha sơ cấp MBA I 1 )(13,6 220.3 5,3346.209,1 . 1 1 A Um S ba Sau khi đã có công suất của tải và các thông số điện áp và dòng điện, theo sự hiểu biết của ng-ời thiết kế, tiếp theo tiến hành tính toán các thông số cơ bản còn lại của biến áp động lực. Số vòng dây của cuộn sơ cấp đ-ợc tính 256 1.734,38.50.44,4 10.220 .44,4 10. 44 1 BQf U W Fe (vòng) Trong đó: W 1 - số vòng dây của cuộn dây sơ cấp cần tính U - điện áp của cuộn dây cần tính [V]; B - từ cảm (chọn =1 T). Q Fe - tiết diện lõi thép [cm 2 ]. Số vòng dây của cuộn thứ cấp đ-ợc tính 111 1.734,38.50.44,4 10.5.111 .44,4 10. 44 2 BQf U W Fe (vòng) 2-2.Tính tiết diện dây dẫn: J I S Cu (mm 2 ) Trong đó : I - dòng điện chạy qua cuộn dây [A]; J - mật độ dòng điện trong MBA chọn 2,0 [A/mm 2 ] Tính tiết diện dây dẫn cuộn sơ cấp: )(9,6 5,2 32,17 2 1 1 mm J I S Cu Theo bảng số liệu ta chọn dây dẫn hình chữ nhật có chiều dầy: a = 1,35(mm); chiều rộng: b = 5,1(mm). Tính tiết diện dây dẫn cuộn thứ cấp: )(45,2 5,2 13,6 2 2 2 mm J I S Cu Theo bảng số liệu ta chọn dây dẫn hình chữ nhật có chiều dầy: a = 1,08(mm); có chiều rộng: b =2,44(mm) 2-3.Tính kích th-ớc mạch từ Chọn sơ bộ các kích th-ớc cơ bản của mạch từ Chọn hình dáng của trụ Chọn lá thép: th-ờng lá thép có các độ dày 0,35 mm và 0,5 mm Diện tích cửa sổ cần có: Q cs = Q cs1 + Q cs2 Q cs1 =k lđ .W 1 .S Cu1 = 3.256.2,43 =1866 (mm 2 ). Q cs2 =k lđ .W 2 .S Cu2 = 3.111.6,8 = 2264 (mm 2 ) Trong đó: Q cs ,- diện tích cửa sổ [mm 2 ]; Q cs1 ,Q cs2 - cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ [mm 2 ]; W 1 , W 2 - số vòng dây sơ, thứ cấp; S Cu1 , S Cu2 - tiết diện dây quấn sơ, thứ cấp[mm 2 ]; k lđ - hệ số lấp đầy chọn = 3,0 Chọn kích th-ớc cửa sổ: Khi đã có diện tích cửa sổ Qcs, cần chọn các kích th-ớc cơ bản (chiều cao h và chiều rộng c với Qcs = c.h) của cửa sổ mạch từ. Các kích th-ớc cơ bản này do ng-ời thiết kế tự chọn dựa vào các hệ số phụ m=h/a; n = c/a; l = b/a. Kinh nghiệm cho thấy đối với lõi thép hình III thì m = 2,5; n = 0,5; l = 1; là tối -u hơn cả. Chiều rộng toàn bộ mạch từ C = 2c + x.a =2c +3a (x = 3 là biến áp ba pha), chiều cao mạch từ H = h + z.a = h +2a (z = 2 nếu là biến áp ba pha) Ta có: Q Fe = a.b = 38,73 ( cm 2 ) =a 2 . a )(2,673,38 cm ; h =2,5.a chọn: a=60(mm) h=120(mm) Hình dáng kết cấu mạch từ : 2-4. Kết cấu dây quấn: Dây quấn đ-ợc bố trí theo chiều dọc trụ với mỗi cuộn dây đ-ợc cuốn thành nhiều lớp dây, mỗi lớp dây đ-ợc quấn liên tục các vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng các bìa cách điện. Cách tính các thông số này nh- sau: Khi dây quấn chữ nhật đ-ợc tính: n g l b hh W 1 W il :Số vòng dây trên mỗi lớp Trong đó: b n - chều rộng của dây quấn chữ nhật kể cả cách điện. b hH c C a c [...]... khoảng cách cách điện, chọn trong khoảng 6mm Dây quấn sơ cấp: Wl1 h hg bn Dây quấn thứ cấp: Wl 2 h hg bn 120 6 53,6 (vòng) 2, 44 .1,1 120 6 43 (vòng) 3.05.1,1 Số lớp dây trong cửa sổ đ-ợc tính bằng tỷ số W - Số vòng dây của cuộn dây W1 hoặc W2 cần tính trên số vòng dây trên một lớpW1l Dây quấn sơ cấp: S ld 1 Dây quấn thứ cấp: W1 256 4 7 53 Wl1 S ld 2 5 (lớp) W2 111 2,6 3 (lớp) 43 Wl... (lớp) 43 Wl 2 Bề dày của mỗi cuộn dây bằng tổng bề dày của các lớp dây a sld cộng cách điện các lớp dây trong cuộn dây cần tính lớp cd.sld Bdct = a sld + cd.sld Trong đ : Bdct - bề dầy của cuộn dây cần tính, cd - bề dày của bìa cách điện Bìa cách điện có các độ dày: 0,3 mm Cuộn dây sơ cấp rộng Bd1 = 5.1,08+5.0,5 = 7,9( mm) Cuộn dây thứ cấp rộng Bd2 = 3.1,35+3.0,5 =5,55( mm) Tổng bề dày các cuộn dây Bd Bd... Vcu2)=3.(0, 241 +0,216)=1,37(dm3) Khối l-ợng đồng của MBA l : MCu = VCu mCu = 1,37.8,9=12,2(kg) Khối l-ợng của MBA l : MMBA= MCu+ MFe=12,2 + 28,26 41 (kg) 3 .Tính toán kiểm nghiệm 3-1 .Tính tổng sụt áp bên trong biến áp Điện áp rơi trên điện tr : Trong đ : R1, R2 - điện trở thuần của các cuộn dây sơ và thứ cấp : R = .l/S Với: = 0.0000172 mm - điện trở suất của đồng; l, S - chiều dài và tiết diện của dây dẫn [mm]; Id - dòng... 71,55 2 VCu2 = W2 .4. Dtb2.Sdq2 =111 .4. 71,55.6,8 == 0,216(dm3) Đ-ờng kính trung bình của cuộn dây trong cùng sơ cấp đ-ợc tính: 1 Dtb1 a (2.cd1 2.Bd 1 ) (2.cd 2 2.Bd 2 ) 2 cd2 - cách điện ngoài cùng với lõi Bd2-bề rộng cuộn dây sơ cấp 1 Dtb1 60 (2.6 2.5,55) (2.6 2.7,9) 96,9 2 VCu1 = W1 .4. Dtb1.Sdq1 =256 .4. 96,9.2 ,43 == 0, 241 (dm3) Thể tích đồng của MBA l : Vcu=3.(Vcu1+ Vcu2)=3.(0, 241 +0,216)=1,37(dm3)... tính [dm3]; VCu = SCu.l Trong đ : SCu - tiết diện dây dẫn [dm2]; l - chiều dài của các vòng dây [dm]; mCu = 8,9kg/dm3 Các vòng trong cuộn dây có chu vi khác nhau cho nên chúng ta hay lấy chu vi trung bình để tính .: a L = W .4 Dtb Dtb - đ-ờng kính trung bình của cuộn dây Đ-ờng kính trung bình của cuộn dây trong cùng Dtb thứ cấp đ-ợc tính: 1 Dtb 2 a (2.cd1 2.Bd 2 ) 2 cdt - cách điện trong cùng với lõi... 0,172.10 4 0,172.10 4 U r R2 R1 W2 W 1 2 3, 14. 71,55.111 0,06 () 6,8 3, 14. 97.256 0,55 () 2 ,43 2 111 I d 0.06 0,55 .30 4, 6(V ) 256 Điện áp rơi trên điện kháng Ux = mf X.Id/ Ux = 3 0,072.30/3, 14= 2,06(v) Trong đ : mf - số pha biến áp R X n 8 2 W22 bk h Bd1 Bd 2 7 cd 10 3 5,55 7,9 3 0.06 X n 8 2 1112 10 3 14. 107 0,072 ) ( 0,25.103 3 0,12 Trong đ : W2... VFe.mFe (kg) Trong đ : VFe - thể tích khối sắt [dm3]; VFe = 3a.b.h + 2C.a.b = QFe.(3h + 2C)- nếu là biến áp ba pha; VFe = QFe.(3h + 2C) = 602.(3.120 +2(3.60+2.270) ==3.6(dm3) MFe = VFe.mFe = 3,6.7,85 =28,26 (kg) Khối l-ợng đồng bằng tích của thể tích cuộn dây đồng VCu cần tính với trọng l-ợng riêng của đồng mCu: MCu = VCu.mCu (kg) Trong đ : VCu - thể tích khối đồng của các cuộn dây và đ-ợc tính [dm3]; VCu... - Số vòng dây thứ cấp biến áp Rbk - Bán kính trong cuộn dây thứ cấp h - Chiều cao cửa sổ lõi thép [m] cd - Bề dầy các cách điện các cuộn dây với nhau Bd1, Bd2 - Bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp [m] = 3 14 rad Điện trở ngắn mạch máy biến áp 2 2 w 111 rnm r2 2 * r1 0,06 0,55 0.16 () w 256 1 Tổng trở ngắn mạch máy biến áp: 2 2 znm rnm xnm 0,162 0,0722 0,175 () Điện áp ;dòng điệnngắn mạch. .. Trong đ : Bd1, Bd2 - bề dầy cuộn dây sơ và thứ cấp; cd1, cd2 - bề dày cách điện trong cùng và ngoài cùng Kích th-ớc hợp lý giữa cuộn dây và trụ c = c - 2.Bd với biến áp ba pha trong khoảng (0,5 - 2)cm c = c - 2.Bd = 0,52(cm) Do đó ta chọn c = 70(mm) Suy ra c =1,8(cm) 2.5 Khối l-ợng sắt và đồng sử dụng: Khối l-ợng sắt bằng tích của thể tích trụ và gông VFe nhân với trọng l-ợng riêng của sắt mFe: MFe =... biến áp 2 2 w 111 rnm r2 2 * r1 0,06 0,55 0.16 () w 256 1 Tổng trở ngắn mạch máy biến áp: 2 2 znm rnm xnm 0,162 0,0722 0,175 () Điện áp ;dòng điệnngắn mạch phần trăm của máy biến áp: Unm 00 30 0,175 100 4, 7% 111 ,55 Inm U2dm 1115 , 638A) ( Znm 0,175 . Chng 4 : tính chọn các thông số của mạch động lực. I. Tính chọn van động lực Các van động lực đ-ợc lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản l : dòng tải. biến áp động lực. Số vòng dây của cuộn sơ cấp đ-ợc tính 256 1.7 34, 38.50 .44 ,4 10.220 .44 ,4 10. 44 1 BQf U W Fe (vòng) Trong đ : W 1 - số vòng dây của cuộn