Tính chọn thiết bị

III. 2: Thiết kế mạch khuếch đại trung gia n.

tính chọn thiết bị

Đặt vấn đề:

Việc tính chọn các thiết bị điện phải dựa trên cơ sở yêu cầu của tải và phơng pháp truyền động, dựa vào yêu cầu cấu trúc của s đồ chỉnh lu. Tính chọn thiết bị điện là vấn đề cần thiết và quan trọng, quyết định đến việc đa sơ đồ thiết kế có ý nghĩa trong thực tế.

Hệ thống truyền động điện làm việc có đảo chiều liên tục dùng hai bộ biến đổi cầu ba pha đối xứng mắc song song ngợc. Để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống, phải chọn các thiết bị mạch động lực và mạch điều khiển, sao cho các thiết bị làm việc tin cậy chắc chắn. Việc chọn đúng thiết bị điện thì hệ thống mới có hiệu suất làm việc cao, an toàn, tin cậy và giảm đợc nhiều hỏng hóc. Ngoài ra việc tính chọn thiết bị điện cần phải quan tâm đến chỉ tiêu kinh tế. Hệ thống phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ sửa chữa.

IV.1. Tính chọn thiết bị mạch động lực:

IV.1.1. Động cơ điện:

Theo yêu cầu đề tài .Động cơ truyền động hệ thống đợc chọn với các thông số sau.

- Công suất định mức của động cơ: Pđm=1,5 (KW). - Điện áp địmh mức mạch phần ứng: Uđm= 220 (V). - Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm=8.7 (A). - Tốc độ định mức của động cơ: nđm=1500 (v/p). - Điện trở cuộn dây phần ứng: R = 2.775 (Ω). - Điện cảm cuộn dây phần ứng : L = 0.0961 (H). - GD2 =0.085 kg/m2.

IV.1.2. Máy biến áp động lực.

Máy biến áp động lực là thiết bị biến đổi nguồn điện xoay chiều từ l- ới điện thành nguồn điện xoay chiều phù hợp để cung cấp cho các bộ biến đổi.

- Công suất MBA : Vì là bộ biến đổi cầu ba pha nên S=1,05.Pđm=1,05.Uđm.Iđm=1,05.220.8,7.10-3=2,0097(KVA)

- Chọn mạch từ ba trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức kinh nghiệm sau: Q = K. f C S .

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

k = 5ữ 6 nếu là MBA nhỏ

S = công suất biểu kiễn của MBA f = tần số nguồn xoay chiều

ở đây ta thiết kế với MBA nhỏ và chọn K=6 ta có Q = 6. 2,0097.103

3.50 =21,96(cm2) Ta có số vòng cuộn sơ cấp MBA là.

4 4 1.10 / 3 380.10 / 3 409 4, 44. . . m 4, 44.50.21,96.1,1 U n f Qβ = = = vòng

- Điện áp dây thứ cấp là:U 2đm≥ Uđm.k1.k2.k3.k4 Trong đó : k1 : Hệ số sơ đồ chỉnh lu : 1 2 0, 43 3. 6 U k Udo π = = =

k2 : Hệ số tính đến sự dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lới . k2 = 1,05 ữ 1,1 . Chọn k2 = 1,05

k3 : Hệ số tính đến góc điều khiển αmin ≠ 0 . k3 = 1ữ 1,15 Chọn k3 = 1,15

k4 : Hệ số tính đến sụt áp trên điện trở thuần của nguồn cung cấp và sụt áp trên điện cảm nguồn do chuyển mạch .

k4 = 1,15ữ 1,25 . chọn k4 = 1,2 Vậy U 2đm = 220.0,43.1,05.1,15.1,2 = 137 (v) Chọn U 2đm = 140 (v).

- Trị hiệu dụng dòng thứ cấp máy biến áp . I2đm = kI.Iđm = 1,15.8,7 = 10 (A) Với kI = 1,1 ữ 1,2 Chọn kI = 1,15 - Tỉ số MBA là : Kba = 2,7 140 380 2 1 = = U U . - Dòng sơ cấp máy biến áp .

21 1 10 3, 7( ) 2, 7 dm dm ba I I A k = = =

- Tính toán các thông số của máy biến áp . + Điện trở dây quấn

44 . . 220 3.50.1,1 4 . . 220 3.50.1,1 . . 2,5. . 0, 2093( ) . . . 10.50.1,1 220.10 d m Ba r d m d d U C f r K I f U I β β = = = Ω Tong đó

Kr :Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lu và đặc điểm của tải, Tra bảng II-2 ĐTTCSL ta có Kr =2,5 với máy biến áp đấu Y/Y tải cảm kháng, sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha.

C : Số trụ của máy biến áp: C = 3 trụ. f = 50 Hz : Tần số nguồn cung cấp .

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

B : Độ tự cảm . Chọn B = 1,1(T).

+ Điện kháng của cuộn dây máy biến áp .

3 4 4 4 5 1 220 1 . . . 0,1.10 .3. . . . . . 8,7.50.1,1 3.50.1,1 220.8,7 . 25, 4552.10 ( ) d BA d m m d d U L Kn C I f C f U I H β β − − = = =

Trong đó Kn = 0,1.10-3 là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lu và đặc tính phụ thuộc tải tra bảng 22 Điện Tử Công Suất Lớn.

+ Điện áp rơi trên điện trở máy biến áp.

∆UR = Id.rBA = 8,7.0,2093 = 1,8209(v).

+ Điện áp rơi trên điện kháng tải của máy biến áp.

∆UL = 2π.f.LBA.Id = 2.3,14.50.25,4552.10-5.8,7 = 0,6953(v).

+ Điện áp rơi trên các van ( chọn sụt áp trên các van ) ∆UV = 2 (V). + Điện áp rơi trên cuộn kháng bộ lọc = 2 % điện kháng tải :

∆UCK = 220.0,02 = 4,44 (V). + Điện áp chỉnh lu không tải là :

Ud0 = Ud + Σ∆Ud = 220 + 1,8209 + 0,6953 +2 + 4,44 = 229 (V).

IV.1.3. Tính chọn Tiristor mạch động lực.

Tiristor là thiết bị bán dẫn để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện 1 chiều cung cấp cho động cơ 1 chiều kích từ động lập. Việc chọn các Tiristor phải dựa vào vào sơ đồ chỉnh lu. Muốn có các van chỉnh l- u làm việc tin cậy và an toàn lâu dài, thì cần phải chọn các van chịu đợc trong điều kiện làm việc nặng nề nhất, cả khi phụ tải thay đổi vẫn đảm bảo độ tin cậy, chính xác, cụ thể là khi điện áp chỉnh lu lớn nhất ứng với góc điều khiển α = αmin .

Điều kiện chọn các Tiristor nh sau: [Ung] ≥ Kung . Ungmax

[Itb] ≥ Kđt .It

Trong đó Kđt : Hệ số dự trữ dòng điện qua van, thờng Kđt =1,8ữ2 chọn Kđt = 1,9.

Kung: Hệ số dự trữ điện áp thờng Kung =1,2 ữ1,5 chọn Kung = 1,4. Ungmax: giá trị điện áp ngợc lớn nhất đặt vào mạch các cực K-A của van

IT: Giá trị tính toán của dòng điện trung bình qua van đối với sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha.

Ungmax = 6.U2 IT = I/m

Trong đó m: số pha nguồn (m=3)

U2: Trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp động lực. I : Dòng điện chạy qua động cơ do bộ chỉnh lu cung cấp (là giá trị

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

chỉnh lu, đối với sơ đồ chỉnh lu cấu 3 pha đợc xác định theo biểu thức. max 6. 2 6.140 343( ) ng U = U = = V 8,7 2,9( ) 3 3 3 d dm T I I I = = = = A [Ung] ≥ Kung . Ungmax = 1,4.343 = 480(V) [Itb] ≥ Kđt .It = 1,9.2,9 = 5,51(A)

Nh vậy căn cứ vào các kết quả tính toán đợc và điều kiện để chọn Tiristor tra sách điện tử công suất lớn . Tiristor do liên xô chế tạo có các thông số sau.

Mã hiệu I (A) Ungmax

(V) ∆U (V) tkh (à ) Iđk (A) U đk (V) D u/dt (v/

s) Ipikmax (A) Tmax(oC) T12N400

C0E 15 400 2,8 50 0,4 2 200 220 125

IV.1.4. Tính chọn cuộn kháng san bằng:

Cuộn kháng san bằng là cuộn đợc nối giữa nguồn chỉnh lu và động cơ. Chức năng để san bằng các xung áp chỉnh lu đến mức độ nào đó do phụ tải yêu cầu. Ngoài ra làm suy giảm mạch dòng điện có tần số cao. Chỉ tiêu của bộ lọc san bằng (Ksb). Vì sóng hoài bậc cao thì biên độ nhỏ (bậc càng cao thì biên độ càng nhỏ), nên đối với chỉnh lu ngời ta chỉ xét đến lọc sóng cơ bản.

Hệ số san bằng (Ksb) đợc xác định theo biểu thức

r v

sb K

K K =

Trong đó: Kv hệ số xung ở đầu vào. Giá trị của Kv phụ thuộc vào số đồi chỉnh lu. 1 2 2 1 − = = x dv mv v m U U K =0.057

U1mv: Biên độ sóng cơ bản của điện áp chỉnh lu, đầu vào bộ lọc. Uđv: Điện áp 1 chiều ở đầu ra của thiết bị chỉnh lu.

mx: Số xung áp của điện áp chỉnh lu trong một chu kỳ của điện áp nguồn xuay chiều.

Tra bảng B2-1/86 (ĐTCSL) với chỉnh lu cầu 3 pha mx = 6 ,

Nh vậy Ku = 5,7% đối với chỉnh lu cầu 3 pha

Kr: Hệ số xung ở đầu ra bộ lọc. Giá trị của Kr do you cru của phụ tải quyết định d mr r U U K = (1) 59

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

U1mr: Biên độ lớn nhất của xung áp sóng cơ bản ở đầu ra bộ lọc.

Ud: Điện áp một chiều trên tải. Tra bảng B2-2/87 (ĐTCSL), với tải cảm kháng chỉnh lu cầu 3 pha (máy biến áp đấu Y/Y) đợc Kr =2,5

28, , 2 5 , 2 7 , 5 = = = ⇒ r v sb K K K

Giá trị điện cảm của cuộn kháng lọc.

1 . . 1 . . 2 2 − = − = sb dm x dm sb x T kh K I m U K m r L ω ω 2 220 . 2, 28 1 0,027( ) 6.2 .50.8,7 KH L H π = − =

Điện trở cuộn kháng : RKH = 2%.Uđm/Iđm = 0,02.220/8,7 = 0,505(Ω)

Tính cuộn kháng: chọn lõi thép cuộn kháng hình chữ E. chiều rộng trục giữa của lõi thép: a=2,64 LKH.I2d =2,6. 0, 027.8,74 2 =3,1(cm). Phơng pháp tính lõi thép không theo kích thớc chuẩn, ta nên da vào các hệ số .

m = h/a, n = c/a, k = b/a Trong đó h: Chiều cao của lõi thép

c: Chiều rộng của lõi thép d: Chiều dày của lõi thép

Theo kinh nghiệp đối với lõi thép hình chữ E thì tốt nhất nên chọn các hệ số có giá trị m = 2,5, n = 0,5, k = 1 ữ 1,5. Chọn k =1,3 Vậy đợc

h= m.a = 2,5 .3,1 = 7,75 (cm) c= n.a = 0,5 .3,1 =1,55(cm) ` b= k.a =1,3.3,1 = 4,03(cm) Tiết diện trụ giữa lõi thép

Q = b.a = k.a2 =1,3.3,12 =12,5(cm2) l = 2(1+0,5+2,5).3,1 = 24,8(cm)

Hệ số phụ để tính số vòng dây của cuộn kháng M = L Q I L d . . 2 =0,01.8,72 3 2, 44.10 12,5.24,8 − =

Qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa từ thẩm (à) và chiều rộng khe hở không khí lõi thép (Lkh% ) vào hệ số phụ (M) tra hình II -56/83.(ĐTCSL) đ-

ợc Lkh% =1,9.

Chiều dài khe hở không khí:

kh

L =2.0,05.Lkk%.l = 2. 0,05. 1,9. 24,8= 4,7(cm) Chọn mật độ dòng điện dây dẫn J = 4,5(A/mm)

Đờng dây quấn cuộn kháng: 1,13. 1,13. 8,7 1,57( ) 4,5 d I d mm J = = =

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

Mạch R-C mắc song song vơi Tiristor có tác dụng để bảo vệ quá gia tốc du/dt cho các tiristor khi xảy ra quá độ trong mạch. Bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên.

Nếu điện áp thuận đặt vào các cực A-K của tiristor tăng đột ngột với tốc độ lớn hơn mức điện áp cho phép du/dt, làm cho Tiristor tự động mở mà không cần điều khiển (ig = 0), đây là sự cố không mong muốn, có 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp:

- Nguyên nhân nội tại (xẩy ra trong quá trình chuyển đổi của các van). Đây là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn.

- Nguyên nhân bên ngoài hờng xẩy ra rất nhiều nh khi đóng cắt không tải 1 máy bién áp trên đờng dây, khi có xét đánh.. .

Mạch R-C mắc song song với các tiristor có thể tránh đợc hiện tợng mà không mong muốn nói trên và bảo vệ quá điện áp do nhiều nguyên nhân gay ra . Theo luật đóng mở thì điện áp đột biến tăng sẽ biến thiên liên tục tại thời điểm xây ra quá độ qua tụ C, vì thế mà khi có tốc độ tăng trởng điện áp lớn vẫn dữ đợc điện áp trên Anôt của tiritor (so với katot)không bị tăng đột ngột.

Theo tài liệu kỹ thuật biến đổi ( đại học kỹ thuật công nghiệp ) ta có : + 2 .    = F Up I L C Trong đó : L = LBA = 25,4552.10-5(H) I = ITtb = 2,9(A) Up = 220(V) Ta có : = 220343 =2,45 p a U U

Tra đờng cong hình 1-74 trang 94 ( Kỹ thuật biến đổi ) => F = 2,5 . Vậy 2 2 5 2,9 9 25, 4552.10 7,07.10 ( ) . 220.2,5 I C L F Up F − −     =  ữ =  ữ =     Tra ra G = 0,18 + 2 2.0,18 25, 4552.109 5 68,3( ) 7,07.10 L R G C − − = = = Ω IV.1.6. Tính chọn máy phát tốc :

Máy phát tốc là một thiết bị nối đồng trục với động cơ. Dùng để lấy phản hồi âm tốc độ đây cả quan hệ số γ.

Chọn máy phát tốc với các thông số sau.

Mã hiệu nH(v/p) UH(V) IH(A) RH(Ω)_

7 - 100 1500 100 0,08 200

IV1.7.Tính chọn áptômát.

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

áptômát (AB) đợc sử dụng để bảo vệ sự cố ngắn mạch hoặc quá tải có thể sẩy ra trên các đờng dây cung cấp điện chọn các bộ biến đổi và các đầu vào của máy biến áp. Ngoài ra áptômát còn đợc sử dụng nh một thiết bị đóng cắt nguồn hco hệ thống:

Điều kiện chọn UđmA≥ Uđm mạng . IđmA ≥ Ilvmax. Imax ≥ Ixk .

Từ kết quả tính ở trên ta chọn đợc áptômát có các thông số kỹ thuật sau:

Kiểu Dòng

định mức Iđm(A)

Điện áp

Uđm(V) Dòng điện tác động tức thời (A) Dòng định mức của móc bảo vệ

Sự cố

A3114/1 60 500 250 25 3

IV.1.8.Tính chọn máy biến dòng

Mã: BG8 Isc : 300(A) Itc : 5(A) Dung lợng: 10(VA) Cấp chính xác: 0,5 Trọng lợng: 1,48(kg)

IV.2. Tính chọn thiết bị mạch điều khiển:

IV.2.1.Tính chọn biến áp xung (BAX).

Yêu cầu đối với BAX là phải tạo đợc xung theo yêu cầu, cách ly mạch điều khiển và mạch động lực, dễ dàng phân bố xung tới các cực điều khiển của Tiristor.

- Chọn tỷ số biến áp của BAX: Thông thờng BAX đợc thiết kế có tỷ số biến áp là n =2ữ 3 vậy chọn n=2.

- Tính toán với BAX có n=2. Các xung cần tạo ra có các thông số Ig=0,4 (A), Ug =2 (V), độ rộng xung điều khiển: Tx = 600 (às) =6.10- 4(s). Mạch từ của BAX chọn vật liệu là ∋330, loại chữ E, có 3 trụ làm việc trên 1 phần của đặc tính từ hóa ∆B=0,7(T).

IV.2.2.Tính chọn Tranzitor tầng khuếch đại cuối cùng.

Tầng khuếch đại xung sử dụng các Tranzitor ngợc mắc theo cầu Dalingtor chọn dựa theo thông số của các biến áp xung: u1=20 (v), I1=I2=0,2 (A). Tranzitor Tr việc ở chế độ xung, chọn loại π605 có các thông số kỹ

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ  Svtk: lê ngọc luân luân

VCE= 40 (v), ICmax = 1,5(A), β =20ữ 40, Pm= 3(w), tmax = 850c Ta chon β =20 ⇒ IB1=IC/β =0,2/20 =0,01(A) =10 (mA).

Nên cho dòng IB càng nhỏ thì xung càng ít mất đối xứng chọn thêm tầng khuếch đại trung gian Tr2 làm việc ở chế độ khuếch đại, loại Mπ25 có các thông số kỹ thuật sau.

VCE=40 (v), ICmax= 300(mA), β =13ữ 25, chọn Tr2 có hệ số β =15.

IV.2.3. Tính chọn máy biến áp đồng pha.

Máy biến áp đồng pha (BAĐ) đợc sử dụng là máy biến áp 3 pha 3 trụ, sơ đồi nối ∆/Y0 đặt vào điện áp lới xoay chiều 380 (v) phía sơ cấp, phía thứ cấp nối Y0 có điện áp hiệu dụng u2=20 (v).

IV.2.4. Chọn các Tranzitor ở mạch điều khiển.

ở mạch tạo xung chữ nhật đồng pha khóa khống chế mạch tích phân và Tranzitor mạch sửa xung chọn loại KT201A có các thông số kỹ thuật sau

VCE = 20 (v), VVE = 20 (v), Ic = 30 (mA), β = 20 ữ 60, công suất tiêu tán p = 0,15 (w).

IV.2.5. Các vi mach khuếch đại thuật toán trong mạch tích phân.

Tạo điện áp răng ca và trong mạch so sánh sử dụng loại àA741 có các thông số kỹ thuật nh sau . Tụ tạo điện áp răng ca trong mạch tích phân C =4,7 àF (v).

Các thông số kỹ thuật của vi mạch àA741

A0 100 Hệ số khuếch đại điện áp hở mạch Zmin 1MΩ Trở nháy vào

Z0 150 Ω Trở nháy ra

Ib 200 mA Dòng điện phần cực vào Vminv ± 13 v Điện áp vào cực đại Vminr ± 14 v Điện áp ra cực đại Vc0 2 mvi Điện áp lệch đầu vào Ung ± 0,4 mv Ngỡng điện áp bão hòa USmax ± 18 v Điện áp nguồn cực đai

f0 1MHZ tần số cắt

IV.2.6 Các phần tử logic trong các mạch.

Mạch logic gửi xung và mạch phát xung sử dụng phần tử sau.