CHơng III: Phân tích tính toán mạch lực
3.3 Tính toán mạch động lực
Để đảm bảo đa ra đến tải điện áp 600V công suất động cơ 600 kW cần phải bù các sụt áp do điện trở, điện cảm của dây quấn MBA và sụt áp trên van bán dẫn. Vì vậy điện áp trên van thực tế là Ud.
Ud = U®t + ∆Ur + ∆Ux + ∆Uvr
∆Uv là sụt áp trên van ∆Uv = 2A.
Sụt áp trên trở dây quấn biến áp. Do điện áp Ud tạo thành nhờ điện áp 2 pha của nguồn nên điện trở gây sụt áp là hai điện trở pha. Vì vậy có hệ số 2 trong nhiều biểu thức sau:
∆Ur = 2Id rba = 2Id = 2Id =
2 2 ba
U S / 3λr
∆Ur = Id
2 d
d
U 6
2,34 .1,05Ud.I
λ
÷
= 1,044.λrUd
Sụt áp do trùng dẫn gây ra bởi điện cảm dây quán pha biến áp
∆Ux =
2 2
d ba d x
ba
I X I U
3 3 S / 3
π = π λ
= 9 2x d 2,34 .1,05.U
λ
π = 0,497λxUd
⇒ Ud = ( dt r v x) ( )
U U 600 2,01
1 1,044 0,497 1 1,044.0,02 0,497.0,07
+ ∆ = +
− λ + λ − +
Ud = 638
⇒ U2 = Ud 638
2,34 =2,34 = 272 (V)
λr = 2%, λx = 7% là lợng sụt áp % do điện trở và điện cảm dây quấn biến áp.
3.3.1. Tính chọn van cho mạch động lực.
Mạch động lực gồm có 6 van Thiristo lắp theo sơ đồ cầu.
Điện áp ngợc mà mỗi van phải chịu là vì van đợc mắc theo sơ đồ cầu 3 pha nên điện áp ngợc đặt lên van đợc tính theo công thức.
Ungmax = 2,45U2 = 2,45.272 = 666,4.
Điện áp của van đợc chọn phải thoả mãn điều kiện.
Uv > Ku.Ungmax
ở đây Ku là hệ số dự trữ điện áp cho van.
Do thực tế điện áp lới không ổn định và đợc phép dao động, mặt khác có nhiều yếu tố ảnh hởng ngẫu nhiên trên mạng điện nên hệ số dự trữ điện áp lấy trong khoảng 1,7 đến 2,2
Ta chọn Ku = 2, vì thế van đợc chọn phải có UV = 2. 666,4 = 1332,8 (V) Dòng điện ma mỗi van phải chịu là
IV > KλV .Itbv
Trong đó:
Itbv là giá trị trung bình dòng điện thực tế qua an Iv là dòng trung bình của van đợc chọn
Kλv là hệ số dự trữ về dòng điện cho van.
Đối với sơ đồ sau ta có dòng điện trung bình thực tế qua van.
Itbv = Id 100
3 = 3 = 333,3 (A) Trong đó: Id là dòng định mứ của động cơ.
Id = I®m = 1000 (A)
⇒ Itbv = I®m = 333,3
Hệ số dự trữ dòng điện của van tuỳ thuộc vào đực điểm làm việc của van, chẳng hạn cờng độ dòng điện qua van thuộc loại lớn béhau trung bình, có
hay làm việc ở điều kiện quá tải hau không , điều kiện môi trờng chế dộ làm mát. Với điều kiện cụ thể của nhà máy thép ta thấy.
Kλv = 2
Vậy van mà ta chọn phải có: 2. 333,3 = 666,6 (A) Iv > Kλv .Itbv = 2.333,3 = 666,6 (A)
Nh vậy ta phải chọn van thoả mãn hai chỉ tiêu.
Chỉ tiêu điện áp Uv > 1332,8 (V) Chỉ tiêu dòng điện Iv > 666,6 (A)
Căn cứ vào bảng tham số Thiristo do Liên Xô sản xuất (tài liệu ĐTCS của thầy Phạm Quốc Hải) ta chọn Thiristo ký hiệu T -800, có các thông số sau.
Icp = 800 (A) Id = 14.000 (A) cÊp du/dt 4-6 Tx = 3600(A) Id = 30 (mA) cÊp tph = 1 CÊp di /dt = 1-4
∆U = 2,1 (V) U®k = 7 (V)
Iđk = 400 (mA) Cấp điện áp (10 - 24) 100 (V)
3.3.2. Tính toán thiết kế cuộn kháng bảo vệ hạn chế tốc độ tăng dòng di/dt.
Vì mạch chỉnh lu mắc trực tiếp vào lới điện không có máy biến áp nên ta phải có cuộn kháng này.
Tốc độ tăng dòng di/dt sẽ lớn nhất khi điện áp trớc khi van dẫn là cao nhất, tơng ứng với điện áp lới tăng thêm 5%, do đó cuộn kháng mà ta cần thiết kế giải có hệ số tự cảm thoả mãn:
L >
( v max)cp 6
U 21,05.600
di / dt = 50.10 = 18.10-6H = 18àH Ta chọn điện cảm hạn chế L = 20àH.
Dựa vào tài liệu "Thiết kế - thiết bị điện điện tử công suất" của tác giả
Trần Văn Thịnh ta thiết kế tính toán cuộn kháng sau:
I = 2πf.L
I. Tổng trở cuộn kháng.
+ Sụt áp trên cuộn kháng : ∆Uck = I.Z
I là dòng điện xoay chiều đi qua cuộn kháng vào bộ chỉnh lu cầu pha 3pha: I = 0,816.Id.
Pck = ∆Uck.I = I2.Z = (0,816.Id)2
Pck = (0,816.100)2.2.3,14.50.20.19-6 = 4181 (VAR) + Tính tiết diện lõi thép cuộn kháng.
SFe = K Pck
f víi K =5 ÷ 6 ta thÊy k = 5,5 SFe = 5,5 8181
50 = 50 cm2 . Vậy ta chọn S = 55cm2
+ Tính số vòng dây cần có của cuộn kháng.
W = ck
dq
U
4,44.K .f.B.S
∆
Trong đó: Kdq : là hệ số dây quấn Kdq = 1,1 ữ 1,3 ta chọn Kdq = 1,1 B - là mật độ từ cảm cau lừi thep
B = 1,1 ữ 1,8 (T) ta chọn B = 1,2 VËy : W = 0,816.100.2.3,14.50.200.104 6
4,44.1,1.50.1,2.55.10
−
−
+Chọn tiết diện dây quấn cuộn kháng.
dòng điện đi qua cuộn kháng là:
I = 0,816.100 = 816 (A)
Ta chọn dây quấn kháng là dây đồng. Để cuộn kháng phát nhiệt ta chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng là .
J = 3A /mm2 SCU = I 816
J = 3 = (mm2).
Vậy cuộn kháng hạn chế tốc độ tăng dòng di/di mà ta vừa thiết kế có các thông số chính sau.
SFe = 55cm - tiết diện lõi từ SCu = 272mm2 - tiết diện dây đồng.
W = 3,1 vòng - số vòng quấn.
3.3.3. Tính mạch bảo vệ quá áp RC mắc song song với van.
Hình 3.4: Bảo vệ Thiristo
+ Hế số quá áp của van đợc tính theo công thức sau:
K = ngcp
ngtt
U U
Trong đó: Ungcp - là điện áp ngợc lớn nhất mà có thể chịu.
Ungtt -là điện áp lớn nhất đặt lên van tong ứng điện áp lới tăng lên 5%.
Vì vậy:
K = 2000
2.1,05.600 = 2,25
Căn cứ vào tài liệu hớng dẫn thiết kế điện tử công suất của thầy Phạm Quốc Hải ta có phơng pháp tính trị số R và C. Ta có đồ thị để tra R ,R*maz *min, và C* theo k sau:
Hình 3.5: Các hệ số C*, R*max, R*min theo hệ số K tra đồ thị 3 - 5 với K =2,2 đợc C* = 0,25 ; R*min = 2; R*max
Trị số dòng điện đỉnh qua van.
IVmax = UV max Rt Trong đó.
UVmax = 2 .1,05.600 = 890 (V) Rt = d
d
U 638
I =100 =0,64 IVmax = 890
0,64 = 1390 (A)
Trong mạch chỉnh lu tần số chuyển mạch của van bằng tần số lới vì vậy.
di
dt (max) = 2πf.Imax = 2.3,14.50.1390 di
dt = 436460A/S = 0,436 (A)/às
+ Xác định diện tích Q tồn tại trong van trớc khi khoá Q theo họ đặc tính trong sổ tra cứu [Q=f(di/dt ; IVmax]
Với loại T-800 tra đồ thị Q = f (di/dt; Imax; I)
Trong sổ tay với di/dt và IVmax vừa tính có Q = 50 Aàs = 50.10-6 á Từ đó ta có
6
' *
min
ngtt
2Q 2.50.10
C C
U 890
= = − .0,25 = 0,02.10-6(F)
Ta chọn tụ C = 0,1àF
+ Tính R, với sơ đồ cầu có hai pha tham gia dẫn diện cho tải nên giá trị L' = 2L nen
ngtt 6
6
U 890.2.18.10
2Q 2.50.10
−
= − = 18
Vì vậy điện trở nằm trong phạm vi R*min. 18 ≤ R ≤R*max.18
36 ≤ R ≤ 72
Chọn điện trở R = 60 (Ω)
Lúc này dòng phóng lớn nhất của tụ bằng.
ICmax = Ungtt/R = 890/60 = 15 (A)
3.3.4. Chọn cầu dao đóng cắt cho mạch lực Dòng điện đi qua cầu dao là
I = 0,816 .Id = 0,816.1000 = 816 (A)
Cầu dao này đặt ở giá lới xoay chiều, vì thế ta chọn cầu dao có ký hiệu Po - 3 do Liên Xô sản xuất có các thông số:
U®m = 1200 (A) I®m = 1000 (A)
3.3.5. Chọn cầu chì bảo vệ cho mạch lực.
Cầu chì đặc sau cầu dao để bảo vệ cho mạch lực.
Ta chọn cầu chì loại Hππ do Liên Xo sản xuất có các thông số sau ; Idc = KI 1,7.816
= 1,5 α
Đối với động cơ một chiều có phần ứng đợc cấp điện bởi bộ biến đỏi ta lÊy K = 1,7
α là hệ só phụ thuộc vào điều kiện khởi động ta lấy α = 1,5 Idc = 1,7.816
1,5 =925
Ta chọn dây chảy có I = 1500 (A) .
H 3.6. Sơ đồ mạch lực