Đoạn 1 Ứng với trạng thái khoá của tiristor, chỉ có dòng điện rò chảy qua tiristor khi tăng U lên đến U ch (điện áp chuyển trạng thái ), bắt
II- Tính toán máy biến áp
1/ Ta chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, có sơ đồ đấu dây ∆∕Ү, làm mát tự nhiên bằng không khí.
2/ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
U1 = 380 (V)
3/ Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Ud0 cosαmin = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA
Trong đó: αmin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới
∆Uv = 1,5 (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
Sơ bộ ∆UBA = 5% . Ud = 0,05 . 220 = 11 (V) Suy ra Ud0 = 0
10 cos
11 0 5 , 1 . 2
220+ + +
= 237,61 (V) Công suất biểu kiến máy biến áp:
SBA = kS . Pdmax= kS . Ud0 . Id
= 1,34 . 237,61 . 59,5 = 18944,64 (W) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
U2 =
u d
k U 0
= 2371,17,61 = 203,08 (V)
4/ Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:
I2 =
3
2 . Id =
3
2 . 59,5 = 48,58 (A) 5/ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
I1 = kBA . I2 =
1 2
U
U . I2 =
380 08 ,
203 . 48,58 = 25,96 (A)
► Tính sơ bộ mạch từ : 6/ Tiết diện sơ bộ trụ:
QFe = kQ
f m
SBA .
Trong đó: kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6
m: số trụ máy biến áp Suy ra: QFe = 6.
50 . 3
64 , 18944
= 67,43 (cm3) 7/ Đường kính trụ:
d = πFe Q .
4 =
π 43 , 67 .
4 = 9,27 (cm)
Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10 (cm) 8/ Chọn loại thép:
Ta chọn loại thép 330, các lá thép có độ dày 0,5 (mm).
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 Tiristor 9/ Chọn tỷ số m =
d
h = 2,3 (m = 2 – 2,5) Suy ra h = 2,3 . d = 2,3 . 10 = 23 (cm)
Suy ra chọn chiều cao trục là 23 (cm) ► Tính toán dây quấn:
10/ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp:
W1 =
Fe T Q B f
U . . . 44 , 4
1 = 4,44.50.1.67,43.10 4
380
− = 146,96 (vòng) Chọn W1 = 147 (vòng)
11/ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
W2 =
1 2
U
U . W1 =
380 08 ,
203 . 147 = 135,65 (vòng) Chọn W2 = 136 (vòng)
12/ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:
Đối với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)
13/ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
S1 =
1 1
J
I = 442,75,84 = 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 dòng điện trong cuộn sơ cấp:
J1 =
1 1
S
I = 4416,,844 = 2,73 (A/mm2)
14/ Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:
S2 = JI2 = 482,75,58 = 17,6 (mm2)
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 trong cuộn sơ cấp:
J2 =
2 2
S
I = 4817,,586 = 2,75 (A/mm2)
15/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp:
W1l =
1
2 b
h h− g
. kc =
75 , 0
5 , 1 . 2 23−
. 0,92
= 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 4 – Tài liệu 2, chọn kc = 0,92 16/ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
n1l =
1l 1
W W =
25
147 = 5,88 (lớp) Chọn số lớp n1l = 6 lớp
Như vậy 147 vòng chia thành 6 lớp, 5 lớp đầu có 25 vòng, lớp thứ 6 có 22 vòng.
Kết cấu dây quấn sơ cấp:thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục
17/ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
h1 =
c 1l 1
k .W
b = 0,075,92.25 = 20,38 (cm)
18/ Chọn ống quấn dây làm bằng 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 trong của ống cách điện:
D1 = dFe + 2 . a01 – 2. S01 = 10 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 11,8 (cm) 21/ Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
Dt1 = D1 + 2 . S01 = 11,8 + 2 . 0,1 = 12 (cm)
22/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (mm)
23/ Bề dày cuộn sơ cấp:
Bd1 = (a1 + cd11) . n1l = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) 24/ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2 . 1,404 = 14,81 (cm) 25/ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:
Dtb1 = 2
1
1 n
t D
D + =
2 81 , 14 12+
= 13,41 (cm) 26/ Chiều dài dây quấn sơ cấp;
l1 = W1 . π. Dtb1 = π . 147 . 13,41 = 6189,78 (cm) = 61,89 (m)
27/ Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp:
cd01 = 9 (mm) ♦ Kết cấu dây quấn:
28/ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:
h1 = h2 = 20,38 (cm)
29/ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:
W2l =
2 2
b
h . kc = 200,,838 . 0,92 = 23,44 (vòng) ≈ 24 (vòng)
30/ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
n2l =
l2 2
W W =
24
136 = 5,6 (lớp)
31/ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 6 (lớp), 5 lớp đầu có 23 vòng, lớp thứ 6 có 21 vòng.
32/ Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:
h2 = c 2 l2
k b W
= 0,92 8 , 0 . 23
= 20 (cm) 33/ Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 14,81 + 2 . 0,9 = 16,61 (cm) 34/ Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp:
cd22 = 0,1 (mm) 35/ Bề dày cuộn thứ cấp:
Bd2 = (a2 + cd22) . nl2 = (2,24 + 0,1) . 6 = 14,04 (mm) 36/ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
Dn2 = Dt2 + 2 . Bd2 = 16,61 + 2 . 1,404 = 19,42 (cm) 37/ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
Dtb2 =
2
2
2 n
t D
D + =
2 42 , 19 61 ,
16 + = 18,02 (cm)
38/ Chiều dài dây quấn thứ cấp:
l2 = π . W2 . Dtb2 = π. 136 . 18,02 = 7695,26 (cm) = 76,95 (m)
39/ Đường kính trung bình các cuộn dây:
D12 = 2
2
1 n
n D
D + =
2 42 , 19 12+
= 15,71 (cm) Suy ra r12 =
2 D12
= 2 71 ,
15 = 7,85 (cm)
40/ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm) ♦ Tính kích thước mạch từ:
41/ Đường kính trụ d = 10 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 6 bậc.
42/ Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:
Qbt = 2 . (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 quả của trụ:
QT = khq . Qbt = 0,95 . 76 = 72,2 (cm2) 44/ Tổng chiều dày các bậc thang của trụ:
45/ Số lá thép dùng trong các bậc:
Bậc 1: n1 = 016,5 . 2 = 64 (lá) Bậc 2: n2 = 011,5 . 2 = 44 (lá) Bậc 3: n3 = 07,5 . 2 = 28 (lá)
Bậc 4: n4 =
5 , 0
6 . 2 = 24 (lá)
Bậc 5: n5 = 04,5 . 2 = 16 (lá)
Bậc 6: n6 = 07,5 . 2 = 28 (lá)
Ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau:
-Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ:
b = dt =10,2 (cm)
-Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ:
a = 9,5 (cm)
Tiết diện gông: Qbg = a .b = 9,5 . 10,2 = 96,9 (cm2) 46/ Tiết diện hiệu quả của gông:
Qg = khq . Qbg = 0,95 . 96,9 = 92,06 (cm2) 47/ Số lá thép dùng trong một gông:
hg = 0b,5 = 100,,52 = 204 (lá)
48/ Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:
BT =
T 1 1
.Q W . . 44 ,
4 f
U = 4,44.50.147.72,2.10 4
220
− = 0,93 (T) 49/ Mật độ từ cảm trong gông:
Bg = BT .
g T
Q
Q = 0,93 . 06 , 92
2 ,
72 = 0,73 (T)
50/ Chiều rộng cửa sổ:
c = 2 . (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22
= 2 . (1 + 1,404 + 0,9 + 1,404) +2 = 11,42 (cm) 51/ Khoảng cách giữa 2 tâm trục:
c’ = c + d = 11,42 + 10 = 21,42 (cm) 52/ Chiều rộng mạch từ:
L = 2 . c + 3 . d = 2 . 11,42 + 3 . 10 = 52,84 (cm) 53/ Chiều cao mạch từ:
H = h + 2 . a = 23 + 2 . 9,5 = 42 (cm) 54/ Thể tích của trụ:
VT = 3 . QT . h = 3 . 72,2 . 23 = 4981,8 (cm3) = 4,98 (dm3) 55/ Thể tích của gông:
Vg = 2 .Qg . L = 2 . 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:
M = V . m = 9,73 . 7,85 = 76,38 (kg)
58/ Khối lượng sắt:
MFe = MT + Mg = 39,09 + 76,38 = 115,47 (kg) 59/ Thể tích của đồng:
VCu = 3 . (S1 . l1 + S2 .l2 )
= 3 . (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 các thông số của máy biến áp:
61/ Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C:
R1 =
1 1
S
ρ l = 0,02133 . 3 , 16
89 ,
61 = 0,081 (Ω)
62/ Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C:
R2 =
2 2
S
ρ l = 0,02133 .
6 , 17
95 ,
76 = 0,093 (Ω)
63/ Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
RBA = R2 + R1 . (
1 2
W
W )2 = 0,093 + 0,081 . (
147
136)2 = 0,16 (Ω) 64/ Sụt áp trên điện trở máy biến áp:
∆Ur = RBA . Id = 0,16 . 59,5 = 9,52 (V) 65/ Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
XBA = 8 . π2 . (W2)2 . ( hqd
r ) . (a12 + 3
2
1 d
d B
B +
) . ω. 10-7
= 8 . π2 . 1362 . (
23 305 ,
8 ) . (0,009 +
3 404 , 1 404 ,
1 +
) . 314 . 10-7 = 0,304 (Ω)
66/ Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
LBA = ω XBA
= 314 304 ,
0 = 0,00097 (H) = 0,97 (mH)
67/ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:
∆Ux = π3 . XBA . Id = π3 . 0,304 . 59,5 = 17,28 (V) Rdt =
π
3 . XBA =
π
3 . 0,304 = 0,29 (Ω) 68/ Sụt áp trên máy biến áp:
∆UBA = ∆Ur2 +∆Ux2 = 9,522 +17,282 = 19,73 (V) 69/ Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100
U = Ud0 . cosαmin - 2 . ∆Uv – ∆UBA
= 237,61 . cos100 – 2 . 1,5 – 19,73 = 211,27 (V) 70/ Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp:
ZBA = RBA2 + XBA2 = 0,162 +0,3042 = 0,34 (Ω) 71/ Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp:
∆Pn = 3 . RBA . I2 = 3 . 0,16 . 48,482 = 1132,8 (W)
∆
72/ Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ:
P0 = 1,3 . nf . (MT . BT2 + Mg .Bg2)
= 1,3 . 1,15 . (39,09 . 0,932 + 76,38 . 0,732) = 111,39 (W)
∆P0 % = S P0
∆ . 100% =
64 , 18944
39 ,
111 .100% = 0,59 %
73/ Điện áp ngắn mạch tác dụng:
Unr =
2
. 2
U I RBA
. 100% =
08 , 203
58 , 48 . 16 ,
0 . 100% = 3,82 %
74/ Điện áp ngắn mạch phản kháng:
Unx =
2
. 2
U I XBA
. 100% = 0,304203.,4808,58 . 100% = 7,27 %
75/ Điện áp ngắn mạch phần trăm:
Ur = Unr2 +Unx2 = 3,822 +7,272 = 8,21 76/ Dòng điện ngắn mạch xác lập:
I2nm =
ZBA
U2
= 0,34 08 ,
203 = 597,29 (A)
77/ Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:
Imax = 2 . I2nm . (1 + e −πU.Unxnr )
= 2 . 597,29 . (1 + e −π0.0,0727,0382 ) = 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 của dòng điện chuyển mạch:
Giả sử chuyển mạch từ T1 sang T3, ta có phương trình:
2 . LBA . dt dic
= U23 – U2a = 6 . U2 . sin(θ −α)
dt max
dic
= LBA
U . 2
6
2. = 3
10 . 97 , 0 . 2
6 . 08 , 203
− = 256413,59 (A/s)
dt max
dic
= 0,26 (A/às) < cp
dt di
= 100 (A/às)
Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt.
79/ Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu:
η = S
I Ud. d
= 18944,64 5 , 59 .
220 = 0,69