ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
1
Lời nói đầu
***
Điện tửcông suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng của các linh
kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độchuyển mạch và quá trình biến đổi điện năng.
Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước ta các thiết bị bán
dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh vực sinh hoạt.
Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt, sợi, đóng tàu…..
đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử nói chung và
điện tử công suất nói riêng. Đó là những minh chứng cho sự phát triển của ngành công
nghiệp này..
Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đaị hoá đất nước, ngày càng có nhiều xí nghiệp
mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những
kiến thức về điện tửcông suất. Đồ án môn học “Thiết kế hệ truyền động cầu ba pha-
động cơ điện một chiều theo phương pháp arcos” giúp em có điều kiện nghiên cưu sâu
hơn về chủ đề này. Đồ án gồm có 5 chương:
Chương 1:Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và phương pháp
điều chỉnh tốc độ.
Chương 2:Tổng quan về bộ chỉnh lưu thyristor cầu ba pha. Thiết kế sơ đồ nguyên lý
hệ thống chỉnh lưu- đông cơ điện một chiều( hệ T-D) kích từ độc lập.
Chương 3:Tính chọn mạch động lực.
Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý arcos, hệ thống mạch bảo vệ.
Chương 5: kết luận và tài liệu tham khảo.
Với sự hướng dẫn rất nhiệt tình của cô giáo Trương Thị Bích Thanh và các thầy cô
trong bộ môn, em đã hoàn thành đồ án của mình cùng sự học hỏi và mở mang kiến
thức.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô và bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành
nhiệm vụ của mình!
Đà nẵng, ngày 13 tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Kỳ Thịnh
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.
I. Tổng quan về động cơ một chiều.
1. Cấu tạo: thành phần chính của động cơ điện một chiều gồm có stator, rotor.
a) Stator (phần cảm ) .
Stator hay phần cảm là thành phần đứng yên được hình thành từ các lá thép kĩ thuật, cực từ,
dây quấn. Hình dạng của phần cảm trình bày trong hình vẽ 1.1
Hình 1.1 Stator của máy điện một chiều.
Stator gồm có các bộ phận chính như sau:
– Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi thép và dây quấn kích từ lồng
ngoài lõi thép cực từ .Cực từ chính làm bằng lá thép kĩ thuật điện ép lại tán chặt.
– Cực từ phụ:cục từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi
chiều.lõi thép cực từ phụ thường làm bằng thép khối,trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn.
– Gông từ: dung làm mạch từ, nối liền các cực từ đòng thời dung làm vỏ máy.
– Các bộ phận khác: nắp máy, chổi than.
b) Phần quay(rotor):
– Rotor hay phần ứng của động cơ, gồm có lõi
thép, dây quấn phần ứng,cổ góp, trục máy…
– Lõi thép phần ứng dung để dẫn từ, có dạng
hình trụ thường được làm bằng các lá thép kĩ
thuật điện, 2 mặt có phủ 2 lớp cách điện ghép
lại,được dập lỗ để gắn rotor với trục,măỵ ngoài
được dập các rảnh để đặt dây quấn.
– Dây quấn phần ứng là thành phần sinh ra sđđ
và có dòng điện chạy qua, thường làm bằng dây
đồng bọc
cách điện gồm nhiều phần tử Hình vẽ 1.2: cấu tạo của Roto máy điện một
chiều
mắc nối tiếp với nhau, đặt trong rảnh của phần ứng tạo thành vòng kín
-Cổ góp (vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
3
2. Phân loại máy động cơ một chiều: Tùy theo cách kích từ của cực từ chính, ta phân
loại động cơ như sau:
1) Động cơ một chiều kích từ độc lập: mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về mạch
điện với mạch kích từ.
2) Động cơ một chiều kích từ song song: mạch kích từ nối song song với mạch phần ứng.
3) Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: mạch kích từ nối tiếp với mạch phần ứng.
4) Động cơ một chiều kích từ hổn hợp: vừa kích từ song vừa kích từ nối tiếp.
3. Nguyên lý làm việc động một chiều:
– Đầu tiên, cấp nguồn áp một chiều vào dây quấn phần cảm để tạo ra từ trường
kích từ ϕkt.
– Đồng thời cấp nguồn áp một chiều vào hai đầu phần ứng để tạo dòng điện Iư
qua các thanh dẫn trên phần ứng.
– Các thanh dẫn phần ứng mang dòng điện Iư và đặt trong từ trường kích từ sẽ
chịu tác động của lực điện từ F (hình H1.3a) tạo thành momen làm quay phần ứng.
– Cổ gốp bằng cách đảo chiều dòng điện đã đảm bảo cho Roto quay theo một
chiều không đổi .
– Khi phần ứng quay, các thanh dẫn trên phần ứng cùng di chuyển cắt đường sức
từ trường phần cảm nên trên các thanh dẫn hình thành các sđđ e.
Hình 1.3 nguyên lí hoạt động của động cơ một chiều
– Giá trị sđđ e được xác định theo biểu thức: e = Blv.
Trong đó : B ( T ) : từ cảm nơi thanh dẫn quét.
l(m) : chiều dài dây dẫn nằm trong từ trường.
v(m/s): tốc độ dài của thanh dẫn.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
4
II. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập : là một dạng đặc biệt của động cơ
điện một chiều, khi mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về điện với mạch kích từ.
Nếu máy có công suất nhỏ, thì cực từ chính thường làm bằng nam châm vĩnh cửu, còn
máy có công suất lớn cần có nguồn kích từ riêng để điều chỉnh tốc độ trong phạm vi
rộng.
Hình vẽ 1.4: sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.
1. Đặc tính cơ :
Phương trình cân bằng điện áp:
Uư= Eư+ (Rư+ Rt)Iư (1)
Trong đó: Uư: điện áp phần ứng
Eư : sức điện động phần ứng
Rư: điện trở của mạch phần ứng
Rt : điện trở phụ trong mạch phần ứng
Iư: dòng điện mạch phần ứng
Với Rư= rư+ rcf+ rb+ rct
rư: điện trở cuộn dây phần ứng
rcf : điện trở cuộn cực từ phụ
rb: điện trở cuộn bù
rct: điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
Eư=
k
a
pN
2
(2)
Trong đó: p: số đôi cực từ chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ: từ thông kích từ dưới một cực từ
ω: tốc độ góc rad/s
k=
a
pN
2
hệ số phụ thuộc tỉ lệ cấu tạo của động cơ.
Trường hợp tốc độ góc được tính bằng n vòng/phút : Eư=kcΦn (kc=0.105k) .
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
5
Từ phương trình (1) và (2) ta có :
I
k
R
R
k
U
u
f
u
u
.(phương trình đặc tính cơ điện )
Mặt khác mômen điện từ Mdt của động cơ tỉ lệv ới từ thông và dòng điện phần ứng
được xác định bởi: Mđt= KΦIư .
Suy ra : Iư=
k
M dt .
Ta lại có :
M
R
R
k
U
dt
f
u
u
k )
(
2
.
Trong trường hợp nếu tổn hao là nhỏ và ta bỏ qua nó thì có thể nói : Mdt=Mcơ=M.
Và ta có dạng mới của phương trình trên :
M
R
R
k
U
dt
f
u
u
k )
(
2
.
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Nếu bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng , từ thông của động cơ Φ = const thì
các phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thị của
chúng được biểu diễn trên hình là những đường thẳng.
a) b)
Hình vẽ 1.5 : a) đồ thị đặc tính cơ điện
b) đồ thị đặc tính cơ
– Từ đồ thị ta có khi Iư và M bằng không thì :
k
Uu
o
.
Ta có thể viết lại là:
o
.
Gọi R=Rư+Rf ta có
dt
M
k
R
2
hoặc
u
I
k
R
Δω được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M (hay I)
– Độ cứng của đặc tính cơ :
f
u
R
R
k
d
dM
2
.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
6
2.Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ:
Dựa vào phương trình đặc tính cơ :
M
R
R
k
U
dt
f
u
u
k )
(
2
.
Ta thấy có ba đặc tính ảnh hưởng đến đặc tính cơ là Uư điện áp phần ứng, Φ từ thông
động cơ và điện trở phần ứng.
a) Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:
Giả thiết Uư = Uđm= const và Φ= Φđm = const Muốn thay đổi điện trở mạch phần
ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng.
Ta có :
const
k
U
dm
dm
o
.
Độ cứng đặc tính cơ :
f
u
dm
R
R
k
2
Khi Rf=0 ta có
u
dm
TN
R
k
2
có giá trị lớn nhất,
gọi là đặc tính cơ tự nhiên.
Dể thấy với Rf càng lớn thì độ cứng càng
giảm(như đồ thị).
Ứng với một phụ
c
M , Rf tăng thì tốc độ giảm Hình vẽ 1.6: đồ thị đặc tính cơ khi thayđôi điện trở
đồng thời điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm
b) Ảnh hưởng của từ thông động cơ:
Giả thiết điện áp phần ứng Uư= Uđm=const , không nối thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng,tức Rư= const. Thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ sẽ làm thay đổi từ thông
.
Ta có :
var
k
U dm
o
Độ cứng:
var
2
f
u
R
R
k
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì ωx tăng còn β sẽ giảm. Ta có đồ thị đặc tính cơ với ωx tăng và độ cứng
của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.
a) b)
Hình vẽ 1.7 a) đặc tính cơ điện khi giảm từ thông .
b) đặc tính cơ khi giảm từ thông.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
7
c) Ảnh hưởng của điện áp:
Giả thiết từ thông Φ = Φdm=const, điện trở phần ứng Rư= const. Khi thay đổi
điện áp theo hướng giảm so với Udm.
ta có: tốc độ không tải :
var
dm
o
k
U
.
Độ cứng đặc tính cơ :
const
R
R
k
f
u
dm
2
Như vậy họ đặc tính cơ là những đường tuyến tính
song song như hình 1.8:
Hình vẽ 1.8: đồ thị đặc tính cơ khi thay dổi Uư .
3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập:
– Động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm so với các động cơ khác, không
những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch điều khiển
đơn giản.
– Để điều chỉnh tốc độ động cơ điện có 3 phương pháp:
+Điều chỉnh điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng .
+Điều chỉnh từ thông động.
+Điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
a) phương pháp điều chỉnh bằng cách điều chỉnh điện trở phụ mắc
thêm vào phần ứng:
Từ phương trình đặc tính cơ :
M
R
R
k
U
dt
f
u
u
k )
(
2
hay:
o
Dể tháy thấy rằng khi thay đổi Ruf thì ω0= const còn Δω thay đổi , vì vậy ta
sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh có cùng ω0 và dốc dần khi Ruf càng
lớn với tải như nhau thì tốc độ càng thấp:
Hình vẽ 1.9: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi Rf
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi Rf
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
8
Như vậy: 0
nào đó thì sẽ làm cho M ≤Mc và như thế động cơ sẽ không quay được và động cơ làm
việc ở chế độ ngắn mạch, ω=0.Từ lúc này, ta có thay đổi Rưf thì tốc độ vẫn bằng 0,
nghĩa là không điều chỉnh tốc độ động cơ được nữa.
* Nhận xét: Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời Inmvà Mnm
cũng giảm. Phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi khởi
động.
– Ưu điểm : Đơn giản , dễ thực hiện nhất.
– Nhược điểm : + Độcứng đặc tính cơ thấp.
+ Tổn thất năng lượng trên điện trở lớn .
+ Phạm vi điều chỉnh hẹp.
b) phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông động:
Từ phương trình đặc tính cơ :
M
R
R
k
U
dt
f
u
u
k )
(
2
hay:
o
Ta thấy rằng khi thay đổi Φ thì ωo và Δω đều thay đổi , vì vậy ta sẽ được đặc tính
điều chỉnh dốc dần ( độ cứng β càng giảm) và cao hơn các đường đặc tính cơ tự nhiên
khi Φ càng nhỏ, với tải như nhau thì tốc độ càng cao khi giảm từ thông.
Hình vẽ 1.10: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Φ.
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Φ.
Nhưvậy : Φđm > Φ1>Φ2>… thì ωđm < ω1< ω2<…, nhưng nếu giảm Φ quá nhỏ thì có
thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn cho phép , hoặc làm cho điều kiện chuyển
mạch bị xấu đi do dòng phần ứng tăng cao , hoặc để đảm bảo chuyển mạch bình thường
thì cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên trục động
cơ giảm nhanh, dẫn đển động cơ bị quá tải.
*Nhận xét: - Ưu điểm : Công suất mạch điều chỉnh nhỏ, tổn thât năng lượng nhỏ.
- Nhược điểm :+Dải điều chỉnh không rộng.
+ Tốc độ nhỏ nhất bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (φ=φđm) .
+ Tốc độ lớn nhất ωmax bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch
của động cơ.
Cũng có thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1:5 thậm chí đến 1:8.
Nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo và công
nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên.
c) phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng :
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
9
Từ phương trình đặc tính cơ :
M
R
R
k
U
dt
f
u
u
k )
(
2
hay:
o
Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì ωo thay đổi còn Δω=const nên β không đổi, vì vậy
ta sẽ được các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau.Với một giá trị Mc thì
U tăng thì ω tăng tuyến tính theo. Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải có bộ nguồn một
chiều thay đổi được điện áp ra , thường dùng các bộ biến đổi.
Hình vẽ 1.11: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Uư.
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi Uư.
Các bộ biến đổi có thể là bộ biến đổi dùng máy phát một chiều, bộ biến đổi từ
(mạch khuyếch đại từ), bộ biến đổi điện tử bán dẫn (các bộ chỉnh lưu có điều
khiển,các bộ băm điện áp. . .).
Nhận xét : - Ưu điểm : + không gây tổn hao phụ trong động cơ
+ dải điều chỉnh rộng D ≈10 : 1
+ độ cứng đặc tính cơ không đổi trong tồn dải điều chỉnh
+ dễ tự động hóa
- Nhược điểm : + phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi
trơn điện áp ra.
+ điều khiển phức tạp hơn.
e) sơ lược về phương pháp được chọn : phương
pháp điều khiển động cơ một chiều bằng bộ chỉnh
lưu Thyristor hệ T-Đ. Bộ chỉnh lưu thyristor là một
loại nguồn điện áp một chiều, nó trực tiếp biến đổi
dòng xoay chiều thành dòng một chiều. Việc điều
chỉnh điện áp đầu ra của bộ biến đổi được thực hiện
bằng cách điều chỉnh góc mở α của Thyristor.
Ud một chiều được đặc lên phần ứng của động Hình vẽ 1.12: sơ đồ nguyên lí hệ truyền đông T-Đ.
cơ Ud=Uư.
Phương trình đặc tính cơ trở thành :
M
R
R
k
U
dt
f
u
d
k )
(
2
Phương pháp này mang tất cả các ưu điểm của việc điều khiển động
cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, cộng với đó là tính ưu việc
của bộ chỉnh lưu như rất gọn nhẹ, không tổn hao nhiều công suất.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật như hiện nay thì phương pháp này
càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong các lĩnh vực khác.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
10
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THYRISTOR, CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU
KHIỂN HOÀN TOÀN VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH
LƯU- ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU(HỆ T-D) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP :
I.THYRISTOR: là linh kiện điện tử công suất có điều khiển cơ bản nhất, được sử
dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật.
1. Cấu tạo: gồm 4 lớp bán dẫn liên tiếp, tạo thành 3 lớp chuyển tiếp p-n.
Thyristor gồm ba cực : anot (A), catot(K), cực điều khiển(G)- như hình vẽ 2.1
* Kí hiệu :
Hình vẽ 2.2: cấu tạo Thyristor. Hình 2.1: kí hiệu thyristor.
2. Nguyên lý hoạt động
a) Sự phân cực :
- phân cực ngược : khi UAK < 0
thyristor làm việc như một diốt bị
phân cực ngược và chỉ cho dòng điện
rò đi qua. Ở giá trị điện áp ngược lớn
từ 100V đến 3000V, tùy theo loại
Thyristor, năng lượng điện tử thiểu
số đủ sức ngay ra hiệu ứng thác làm
dòng điện tăng đột ngột, thyristor bị
đánh thủng.
Hình vẽ 2.3: đặc tính vôn-ampe.
-Phân cực thuận : UAK>0 . Ban đầu, Thyristor không dẫn vì có một lớp PN bị phân cực
ngược. Nhưng nếu bị mồi bởi điện áp thuận lớn hoặc một xung dương vào ngõ G thì
Thyristor trở nên dẫn điện như một diot phân cực thuận. Để giải thích cho hoạt động của
thyristor ta xem thyristor gồm hai tranzitor mà bagơ của tranzitor này nối với colector của
tranzito kia- như hình 2.4.
Hình vẽ 2.4:sơ đồ tương đương của thyrisror.
+ tăng điện áp thuận: khi tăng điện áp thuận, điện áp tren các lớp PN tăng lên khi năng
lượng đủ lớn tạo nên sự va chạm dây chuyền làm cho thyristor trỡ nên dẫn điện. Trị số
VB được gọi là điện áp mở.
+ mồi xung vào cực điều khiển G: Nếu đưa vào cực G một xung thì Thyristor sẽ được
mồi với điện áp thuận thấp hơn. Như sơ đồ hình 2.4, Ig làm chi T2 mở làm tăng dòng Ic2,
cũng là dòng điều khiển Ib1 của T1 , làm T1 mở, Ic1 tăng lại làm cho Ib2 tăng nên nhanh
chóng cả T1 T2 bảo hòa . Tồn tại tại giá IH mà nếu IA
6
7
6
và nếu t kích xung dương vào cực G thì
V1 sẽ đóng. V1 đóng thì UV1=0 => uV3=u3-u1<0 nên v3 bị ngắt.
Xét tương tự với nhóm K.
b) Góc kích: Gọi θ là vị trí kích xung và góc α được cho bởi công thức :
6
.
6
được gọi là góc đóng tự nhiên do mạch quyết định nhắm đảm bảo UAK của
thyristor lớn hơn không. Góc α được gọi là góc mở hay góc điều khiển, có độ lớn tính từ
khi xuất hiện điện áp khóa trên Thyristor đang xét cho đến khi kích mở nó.
6
7
6
nên α=(0,π).
c)Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:
.
3
3
)
(
6
2
1
6
2
)
(
Cos
U
U
U
d
U
U
m
dK
dA
d
d
Cos
U
Ud
.
6
3
2
)
(
với U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp pha
2
2
m
U
U
.
α=(0,π). nên
.
6
3
6
3
2
)
(
2
U
U
U
d
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
12
d) Các tham số quan trọng khác :
- Trị số trung bình của điện áp qua van :
3
d
v
I
I
.
- Điện áp ngược lớn nhất lên van phải chịu:
2
max
6U
Unguôn
.
- Công suất tính toán máy biến áp: Sb.áp=1,05Pd
3. Khảo sát dạng sóng điện áp theo các góc α khác nhau :
a)góc
6
: đồ thị udA , UdK và Ud.
Giá trị
2
2
)
6
(
2
2
9
6
.
6
3
U
Cos
U
U
d
.
b) góc
3
: đồ thị UdA,UdKvà Ud.
Giá trị
2
2
)
3
(
2
6
3
3
.
6
3
U
Cos
U
U
d
.
c) góc
2
: đồ thị UdA,UdKvà Ud.
Giá trị
V
Cos
U
U
d
0
2
.
6
3
2
)
2
(
.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
13
4. Hiện tượng trùng dẫn:
a) Định nghĩa :là hiện tượng các nhánh chứa thyristor cùng dẫn điện.
b) Nguyên nhân: Trên thực tế quá trình làm việc nguồn có cảm kháng nên làm cho
dòng điện qua các thyristor không thể thay đổi đột ngột. Vì vậy sự chuyển mcachj giưa
các thyristor không diển ra tức thời mà kéo dài một khoảng thời gian, hình thành trạng
thái cùng dẫn điện.
Hình 2.8 : sơ đồ,dạng sóng biểu diển hiện tượng trùng dẫn.
c) Hệ quả :
-Làm giảm áp tải.
d
b
do
dx
I
L
Cos
U
U
.
.
.
6
-Làm hạn chế góc điều khiển(αmax=π-γ-μ) làm giảm phạm vi điều khiển.
-Làm biến dạng áp ra.
5. Hiện tượng sóng hài:
Sóng hài của dòng điện qua nguồn, ví dụ qua pha 1.
i1=iv1-iv4
Trị hiệu dụng qua nguồn được xác định bởi công thức :
d
I
d
i
I
3
2
2
1
2
0
2
1
( với giả thuyết không đổi chiều).
Phân tích Fourier dòng điện ta có :
....
7
7
1
5
5
1
3
2
t
Sin
t
Sin
t
Sin
t
Id
Dòng điện qua nguồn ngoài thành phân cơ bản luôn có thành phần song hài
bậc cao
1
6
k
,k=1,2,3 :
Hiện tượng song hài của dòng điện gây nhiều bấc lợi cho hệ thống điện lưới nên ta
phải khử bỏ.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
14
III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU- ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
(HỆ T- Đ ) KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:
1. Sơ đồ nguyên lý :
Hình 2.10: sơ đồ nguyên lý đầy đủ hệ truyền động T- Đ.
2. Sơ lược về mạch động lực: gồm có 3 thành phần chính: máy biến áp, bộ nguồn
chỉnh lưu thyristor, bộ lọc điện áp ra.
a) Máy biến áp:
- nhiệm vụ :
+ Cung cấp điện áp nguồn có độ lớn phù hợp với yêu cầu của tải.
+ Cách ly áp nguồn của bộ chỉnh lưu với lưới điện. Do đó, tải có thể chạy ngắn mạch
trong một thời gian ngắn.
+ Tác dụng lọc song hài bậc cao.
+ Tạo cảm kháng chuyển mạch, do đó hạn chế biến dạng gây ra trong quá trình chuyển
mạch…
b) bộ nguồn chỉnh lưu thyristor:
- là bộ phân quan trọng nhất của mạch động lực, đóng vai trò biến đổi dòng điện xoay
chiều thành một chiều đặc lên phần ứng của động cơ. Ta có thể điều chỉnh giá trị điện áp
ra qua đó điều chỉnh để dàng tốc độ.
- Phương trình đặc tính cơ trở thành :
M
R
R
k
U
dt
f
u
d
k )
(
2
với
Cos
U
Ud
.
6
3
2
)
(
M
R
R
k
Cos
U
dt
f
u
k )
(
2
2.
6
3
- Dể thấy khi thay đổi góc kích α thì tốc độ ω cũng thay đôi theo.
c) bộ lọc: Nhiệm vụ lọc bớt các thành phần xoay chiều nâng cao chất lượng áp ra đảm
bảo yêu cầu của tải.
d) Bộ điều khiển:nhận tín hiệu điều khiển và tín hiệu đồng bộ, tạo xung kích mở
thyristor với góc kích α xác định.
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
15
III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC.
1.Mô tả khái quát số liệu ban đầu và yêu cầu của tải:
a) Số liệu ban đầu của tải.
- Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- Pđm=2,2kW
- Uđm=220V
- nđm=1500vòng /phút
- Iđm=12.85A
- Rư=0,187Ω
- Rkt=133Ω
-Wkt=1800
- J=0,56kgm2
b)Số liệu ban đầu của nguồn điện lưới ba pha: 220/380V 50Hz.
c) Các hằng số của cơ bản :
Bảng 01.
Của phần tính toán chọn thyristor
Hệ số điện áp tải:ku
34
,
2
6
3
Hệ số hiệu dụng dòng điện:khd
58
,
0
3
1
Hệ số điện áp ngược:kn
45
.
2
6
Hệ số dự trử dòng điện
1,2
Hệ số dự trử điện áp:kudt 1,8
2. Tính toán thiết kế mạch động lực
a) Tính chọn van động lực:
Hai thông số quan trọng để khi chọn van là điện áp ngược và dòng điện.
- Điện áp làm việc tối đa của van:
Ulv=kn.U2=kn.
V
k
U
u
d
230
34
.
2
220
.
45
,
2
cộng với giá trị dự trử : Unv=kn.Ulv=1,8.230=414V.
-Tính dòng điện van:
Ihd=khd.Id=0,58.12,85=7,453A
cộng với giá trị dự trử Iđm=1,2.7,453=8,9A
- Thyristor được chọn: BTW42-600RC
bảng giá trị :
Kí hiệu
Un
Max
(V)
Iđm
Max
(A)
Ipik
Max
(A)
Ig
Max
(A)
Ug
Max
(V)
Ih
Max
(A)
Ir
Max
(A)
ΔU
Max
(V)
dt
dU
(V/s)
tcm
(s)
Tmax
Max
(oC)
BTW42-
600RC
600
10
150
50m 1,5
75m 3m
2
1000 35μ
125
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
16
b) Tính chọn máy biến áp:
Chọn máy biến áp nối Δ/Y làm mát bằng không khí.
Các thông số cơ bản :
- 1. Công suất biểu kiến :
S=ks.UđmIđm=1,05.220.12.85=2968 (VA)
ks =1,05 là hệ số công suất máy biến áp với bộ chỉnh lưu cầu ba pha.
-2. Điện áp sơ cấp máy biến áp :
bằng điện áp lưới : U1=Udây=380V.
-3.Điện áp thứ cấp máy biến áp:
- điện áp chỉnh lưu khi có tải;
Udo.Cos αmin =Ud+2.ΔUv+ΔUba+ΔUdn.
Trong đó :
Ud- điện áp chỉnh lưu.
ΔUv-diện áp sụt áp trên các van.
ΔUba-sut áp trên biến áp khi có tải. chọn sơ bộ Uba=6%Ud=13,2V
ΔUdn-sụt áp trên dây nối. nhỏ coi như bằng không.
αmin=100. góc dự trử .
=> Udo=(220+2*2+13,2+0)/Cos10=240V.
Điện áp phần thứ cấp U2=
u
d
k
U =
V
103
34
,
2
241
-4 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp: I2=
A
I d
5
,
10
85
,
12
.
3
2
3
2
-5 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp :I1=
A
I
U
U
89
,
2
5
,
10
.
380
103
2
1
2
Tính chọn sơ bộ mạch từ:
-6 Tiết diện của bộ trụ máy biến áp:
ta có QFe=KQ.
54
,
26
50
.
3
2968
.
6
.
f
m
Sba
Trong đó : KQ là hằng số phụ thuộc làm mác có giá trị KQ=6.
Sba công suất biểu kiến máy biến áp :
f : tần số ngồn xoay chiều :50Hz
m số trụ chọn m=3.
Do máy biến áp có công suất <10kVA nên chon trụ có thiết diện hình chử nhật .
QFe=a.b=5.5,34 với : a: là chiều rộng
b là chiều dày.
-8 Chọn loại thép
các lá thép có độ dày tiêu chuẩn d = 0.35 mm
Chọn mật đọi từ cảm Bt =1,5T
-9 Chọn tỉ số m =
3
,
2
a
h
suy ra h = 2,3.a = 2,3. 5 =11,5 cm
Ta chọn chiều cao của trụ là 12 cm
Tính toán dây quấn:
-10 Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp
W1 =
430
5
,
1
.
10
.
54
,
26
.
50
.
44
,
4
380
.
.
44
,
4
1
4
Br
Qfe
f
U
vòng
-11 Số vòng dây mỗi pha dây quấn thứ cấp máy biến áp
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
17
W2 =
116
430
.
380
103
1
.
1
2
W
U
U
vòng
-12 Tính chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô chọn J1=J2 =2,7 A/mm2.
-13 Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
)
(
07
,
1
7
,
2
89
,
2
2
1
1
1
mm
J
I
S
Chọn dây dẫn hình tròn, cách điện cấp B.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn :S1=1,131(mm2) d=1,2mm
S1=
2.π=
2.3,1415 (mm2)
-14 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
)
/
(
55
,
2
131
,
1
89
,
2
2
1
1
1
mm
A
S
I
J
-15 Tiết diện dây quấn thứ cấp của máy biến áp.
)
(
89
,
3
7
,
2
5
,
10
2
21
2
2
mm
J
I
S
Chọn dây dẫn hình chử nhật, cách điện cấp độ B
Chuẩn hóa tiết diện S2=3,89mm2.
S2=a2.b2=1,23.3,28 (mm)2.
-16 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
)
/
(
699
,
2
89
,
3
5
,
10
2
2
21
2
mm
A
S
I
J
.
Kết cấu dây quấn sơ cấp:
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm theo chiều dọc trục
-17 Tính sơ bộ số vòng day trên một lớp của cuộn sơ cấp:
87
95
,
0
.
12
,
0
5
,
0
.
2
12
2
11
c
g k
d
h
h
W
(vòng)
kclà hệ số ép chặc chọn kc=95%.
-18 Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp :
94
,
4
87
430
11
1
111
W
W
n
(lớp)
-19 Chọn số lớp n22=5 Như vậy có 430 vòng chia thành 5 lớp mỗi lớp 86.
-20 Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
)
(
9
,
9
95
,
0
12
,
0
.
86
.
1
1
cm
K
b
W
h
C
cm
-21 Chọn bề dầy giữa hai lớp dây quấn ở cuộn sơ cấp: cd22=0,01mm
-22 Bề dầy cuộn sơ cấp : Bd2=(d+cd22).n11=( 0.12+0,001).5=0,61 cm
-23 Chọn vật liệu cách điện giữu cuộn dây và trụ có độ dầy: cd01=0,1cm
-24 Kích thước thiết diện cuộn sơ cấp :
85
,
5
2
65
,
0
.
2
1
,
0
.
2
5
1
,
0
.
2
5
2
2
.
2
.
2
1
01
01
1
d
t
t
tb
B
cd
a
cd
a
a
cm
19
,
6
2
65
,
0
.
2
1
,
0
.
2
5
1
,
0
.
2
34
,
5
2
2
.
2
.
2
1
01
01
1
d
t
t
tb
B
cd
a
cd
b
b
cm
-25 Chiều dài dây quấn sơ cấp:
l1=W1.2.(atb+btb)=430.2.(5,85+6,19).10-2=103m
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
18
b
h
H
c
C
a
c
Kết cấu dây quấn thứ cấp:
-26 Chọn bề dày cách điện của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp: cd12=0,1(cm)
-27 Chọn chiều cao của cuộn thứ cấp:h1=h2=9,9cm
-28 Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp:
)
(
29
95
,
0
.
328
,
0
9
,
9
2
2
12
vong
k
b
h
W
c
-29 Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
4
29
116
12
2
12
W
W
n
(lớp)
-30 Chọn số lớp dây quấn thứ cấp : chọn 4 lớp mỗi lớp có 29 vòng.
-31 Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :
)
(
10
95
,
0
328
,
0
.
29
. 1
2
21
cm
K
b
W
h
C
-32 Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp dây quấn ở cuộn thứ cấp : cd2=0,01 mm
-33 Bề dầy cuộn sơ cấp : Bd2=(a2+cd12).n12=(0,123+0,001).4=0,496 cm
-34 Kích thước thiết diện cuộn sơ cấp :
2
2
2
2
.
2
2
.
2
2
12
1
01
1
01
2
d
d
t
d
t
tb
B
cd
B
cd
a
B
cd
a
a
096
,
7
2
496
,
0
.
2
1
,
0
.
2
65
,
0
.
2
1
,
0
.
2
5
65
,
0
.
2
1
,
0
.
2
5
cm
2
2
2
2
.
2
2
.
2
2
12
1
01
1
01
2
d
d
t
d
t
tb
B
cd
B
cd
b
B
cd
b
b
2
496
,
0
.
2
1
,
0
.
2
65
,
0
.
2
1
,
0
.
2
34
,
5
65
,
0
.
2
1
,
0
.
2
34
,
5
=7,436cm
-35 Chiều dài dây quấn sơ cấp: l2=W2.2.(atb2+btb2)=116.2.(7,096+7,436).10-2=34m
-36 Chọn khoản cách giữa hai cuộn thứ cấp : cd22=2cm.
Tính kích thước mạch từ :
-37 Chiều rộng cửa sổ :
cm
cd
B
B
cd
cd
c
d
d
69
,
4
2
495
,
0
65
,
0
1
,
0
1
,
0
.
2
.
2
22
2
1
12
01
.
=> c=5cm.
-38 kiểm thử độ hợp lý của cửa sổ :
Cửa sổ của máy biến áp ba pha được cho là hợp lý khi :
Δc=c-2Bd=(0,5-2)cm.
ta có Δc=5-2.(0,1+0,1+0,91+0,665)=1,45cm
=> khoảng cách đã chọn là hợp lý.
-39 Khoảng cách giữa hai tâm trục:
c’=c+at=5+5=10cm.
-40 Chiều rộng của mạch từ :
C=2.c+3.a=2.5+3.5=25cm
-41 Chiều cao của mạch từ :
H=h+2a=12+2.5=22cm.
Tính khối lượng của sắt và đồng: Hình vẽ 3.1: mô hình mạch từ :
– 41 Thể tích của sắt :
3
3
176
,
2
2176
25
.
2
12
.
3
.
54
,
26
2
3
.
dm
cm
c
h
Q
V
Fe
Fe
-42 Khối lượng của sắt :
mFe=VFe.dFe=2,176.7,8=17kg
-43 Thể tích khói đồng :
VCu=3.(S1.l1+S2.l2)=3.(1,131.103.+3,89.34)=780cm3=7,8dm3
-44 Khối lượng của đồng :mCu=VCu.dCu=0,9.7,8=7kg
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
19
Tính các thông số của máy biến áp :
-45 Điện trở của cuộn dây sơ cấp máy biến áp ở 75oC :
94
,
1
131
,
1
103
02133
,
0
1
1
1
S
l
R
-46 Điện trở của cuộn dây thứ cấp máy biến áp ở 75oC
18
,
0
89
,
3
34
02133
,
0
2
2
2
S
l
R
-47 Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp:
7
,
0
430
116
.
94
,
1
18
,
0
1
2
1
2
W
W
R
R
RBA
-48 Sụt áp trên điện trở máy biến áp:
ΔUr=RBA.Id=0,7.12,85=9,2V
-49 Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp:
5
,
0
10
.
314
.
10
.
3
496
,
0
65
,
0
1
,
0
.
9
,
8
6
,
4
.
116
.
.
8
10
.
).
3
.(
.
.
8
7
2
2
2
7
2
1
2
2
2
d
d
t
qd
tb
BA
B
B
a
h
r
W
X
rtb=
cm
b
a
S
tb
tb
tb
6
,
4
14
,
3
436
,
8
.
096
,
7
.
2
2
-50 Điện cảm máy biến áp qui về thứ cấp:
LBA=
mH
X BA
6
,
1
314
5
.
0
– 51 Sụt áp trên điện kháng máy biến áp :
ΔUx=
=
0,5.12,85=6,7V
-52 Sụt áp trên máy biến áp :
ΔUBA=
3
,
11
7
,
6
12
,
9
2
2
2
2
X
r
U
U
-53 Điên áp động cơ khi có góc mở αmin=100.
U=UdoCosαmin-2.ΔUv-ΔUBA=243.Cos100-2*2-11,3=224V
-54 Tổng trở ngắn mạch qui đỗi về phía thứ cấp :
87
,
0
5
,
0
72
,
0
Z
2
2
2
2
BA
BA
BA
X
R
-55 Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp :
ΔPn=3.RBA.I2=3.0.72.10,52=310W
ΔP%=
8
100
.
2968
238
100
.
S
P
n
%
-57 Điện áp ngắn mạch tác dụng :
Unr =
%
3
,
7
100
.
103
5
,
10
.
72
,
0
100
.
2
2
U
I
RBA
.
-58 Điện áp ngắn mạch phản kháng:
Unx =
%
1
,
5
100
.
103
5
,
10
.
5
,
0
100
.
2
2
U
I
X BA
.
-59 Điện áp ngắn mạch phần trăm:
Un =
9
,
8
1
,
5
3
,
7
2
2
2
2
nx
nr
U
U
% .
-60 Dòng điện ngắn mạch xác lập:I2nm=
A
Z
U
BA
122
84
,
0
103
2
-61 Kiểm tra máy biến áp thiết kế:
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
20
Điều kiện điện kháng không để hạn chế tốc độ biến thiên của đong điện chuyển mạch.
Giả sử mạch chuyển từ T1 sang T3, ta có phương trình:
s
A
cp
dt
di
s
A
dt
di
s
A
mH
L
U
dt
di
Sin
U
U
U
dt
di
L
c
c
BA
c
a
c
BA
/
)
100
10
(
/
56
,
0
max
/
56
,
0
45
,
0
.
2
103
.
6
.
2
.
6
max
)
(
.
.
6
.
.
2
2
2
2
23
Vậy máy biến áp thết kế sử dụng tốt.
-63Hiêu suất thiết bi chỉnh lưu:
%
2
,
95
2968
85
,
12
.
220
.
S
I
U
đm
đm
+Ta có các thông số của MBA.
Bảng 3-1 các thông số của máy biến áp
Công suất máy biến áp biểu
kiến
SBA = 2968VA
Điện áp pha sơ cấp
U1 = 380 V
Điện áp pha thứ cấp
U2 = 104 V
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp
I1 = 2,89 A
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp
I2 = 10,05 A
Số vòng dây mổi pha sơ cấp
W1 = 430vòng
Số vòng dây mổi pha thứ cấp
W2 = 116vòng
Chiều dài dây quấn sơ cấp
l1 = 103 m
Chiều dài dây quấn thứ cấp
l2 = 37 m
Điện trở trong cuộn sơ cấp
R1 = 1,9Ω
Điện trở trong cuộn thứ cấp
R2 = 0,2 Ω
Điện trở quy đổi về thứ cấp
RBA = 0,72Ω
Điện kháng quy đổi về thứ
cấp
XBA = 0,5Ω
Điện cảm quy đổi về thứ cấp
LBA = 1,5 mH
Điện áp ngắn mạch phần trăm
Un = 8,9 %
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
21
3. Thiết kế cuộn kháng lọc:
Cuộn kháng cân bằng có tác dụng hạn chế đến mức thấp nhất dòng điện tuần hoàn,
cản trở sự đột biến của dòng điện để MBA và các Tiristor làm việc tốt hơn, không bị
nặng nề.
a) Xác định góc mở cực tiểu và cực đại.
– Chọn góc mở cực tiểu αmin=100. với là góc dự trử để có thể bù được sự giảm điện áp
lưới.
Khi góc mở nhỏ nhất thì điện áp trên tải là lớn nhất . Ud max=Udo.Cosαmin= Uđm.
Khi góc mở là lớn nhất tương đương với lúc ddienj áp trên tải là nhỏ nhất .
ta có :αmax=arcos
do
U
U min =arcos
2
min
.
34
,
2
U
U
Với D=20 mức điều chỉnh.
)
7
,
1
.
3
94
,
0
187
,
0
.(
85
,
12
)
1
20
(
10
.
103
.
34
,
2
20
1
)
.(
)
1
(
.
.
34
,
2
1
min
2
min
Cos
R
R
R
i
D
Cos
U
D
U
đt
BA
u
udm
đ
Uđ min=45,5V
αmax=arcos
do
U
U min =arcos
0
12
,
79
103
.
34
,
2
5
,
45
b) Xác định thành phần song hài:
Ta có thể coi tất cả các dạng song có chu kì là xép chồng của các thành phần một chiều
, thành phần hình sin cơ bản và các thành song điều hòa bậc cao khác :
y=f(x)=A+a1Cosx+a2Cos2x..+anCosnx+b1Sinx+b2Sin2x+…bnSinnx.
Phép khai triển trên gọi là khai triển Fourier.
Theo phương pháp này, để thuận tiện ta dời gốc tọa độ sang điểm θ (lúc kích mở
Thyristor ), khi đó điện áp tức thời trên tải khi T1,T4 dẫn :
6
.
.
6
Cos
U
U
U
AK
d
Điện áp tức thời trên tải Ud không Sin và tuần hoàn theo chu kì:
τ=
3
6
2
2
p
p là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới.
Khai trển Fourier Ud ta có :
Ud(ωt)=Ud
ω ω
Trong đó: ak =
)
(
.
cos
.
1
2
0
t
d
t
k
ud
và bk =
)
(
.
.
1
2
0
t
d
t
Sink
ud
(k=1,2,3.. là bậc của song
hài)
với
6
.
.
6
Cos
U
U
U
AK
d
và qua các phép biến đỗi ta có :
Biên độ của điện áp : Uk.n=
2
2
k
k
b
a
.
Uk.n=
2
2
2
2
)
6
(
1
.
1
)
6
(
1
.
.
6
3
tg
k
k
U
Ud=
)
6
(
.
.
.
6
3
1
2
n
kn Sin
U
Cos
U
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
22
c.Xác định thành phần điện cảm của cuộn kháng lọc:
Ta có Lk=L-Lưc
L=
mH
I
f
U
đm
m
77
85
,
12
.
1
,
0
.
50
.
14
,
3
.
2
.
6
188
.
1
,
0
.
.
.
2
.
6
1
với U1m=
2
2
2
2
)
6
(
1
.
1
)
6
(
.
.
6
3
tg
k
k
Cos
U
=
79
)
6
(
1
.
1
)
6
(
79
.
103
.
6
3
2
2
2
tg
Cos
=188V
Lưc=Lư+2.LBA
mH
I
n
p
U
L
đm
dm
đm
u
25
,
27
85
,
12
.
1500
.
1
.
14
,
3
220
.
30
.
25
,
0
.
.
.
.
30
.
Trong đó :γ=0,25 là hằng số cho động cơ có cuộn bù số đôi cự bằng 1.
LBA=0,45mH.
Lưc=27,25+2.0,45=28,15mH. => Vậy Lk=77-28,15=49mH.
d) Thiết kế kết cấu chon cuộn lọc :
1. Thông số cơ bản:
Z=X=2.4,14.6.50.49.10-3=46Ω
ΔUK=
V
I
Z
đm
94
2
89
,
2
.
46
2
.
1
Sk= ΔUK.
192
2
89
,
2
.
94
2
1
đm
I
2. Mạch từ :
QFe=KQ.
8
,
4
50
.
6
192
.
6
.
f
m
Sk
cm2
Chọn Q=5cm2 chọn loại thép 330A tấm thép dày 0,35.
a=2cm b=2,5cm
Chọn tỉ số m =
3
,
2
a
h
suy ra h = 2,3.a = 2,3. 2 =4,6 cm
chọn h=5cm
3.cuộn dây:
W=
vong
Br
Qfe
f
U
141
,
1
.
10
.
54
,
26
.
6
.
50
.
44
,
4
94
.
.
44
,
4
4
‘
W=140 vòng
S=
mm
J
i
7
,
4
7
,
2
85
,
12
=>S=4,91 a=1,56 b=3,28 mm
)
(
11
13
141
13
95
,
0
.
38
,
3
,
0
2
,
0
.
2
6
,
4
2
11
11
lop
W
W
n
vóng
k
d
h
h
W
c
g
Bd=(0,1+1,56).11=18mm
rtb=
cm
b
a
S
tb
tb
tb
31
,
1
14
,
3
2
)
18
,
0
5
.
2
).(
18
,
0
2
(
5
.
2
2
chiều dài dây l=141.2.3,14.1,3=1,16m
R=0,02133.
057
,
0
49
,
0
31
,
1
02133
,
0
S
l
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
23
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ HỆ THỐNG BẢO
VỆ:
I.THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
1.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
a) Cấu tạo mạch điều khiển : cấu tạo cơ bản được mô tả trong sơ đồ :
Hình 4.1: sơ đồ cấu tạo mạch điều khiển.
-khâu đồng pha: tạo điện áp tựa đưa vào khâu so sánh, điện áp tựa cùng pha với điện áp
đặ vào thyristor nên gọi là khâu đồng pha.
– Khâu so sánh: nhận điện áp tự và so sánh với điện áp điều khiển tìm thời điểm
Uđk= Uđp . tại thời điểm bằng nhau gởi xung sang khâu khuyết đại.
– Khâu khuyếch đại: khi nhận điện áp từ khâu so sánh sẽ tạo xung phù hợp để kích mở
Thyristor.
b)Nguyên lí điều khiển: có hai phương pháp arcos và phương pháp thẳng đứng tuyến
tính.Mạch nguyên lý hai phương pháp này chỉ khác nhau ở khâu đồng pha.
Phương pháp thẳng đứng tuyến tính:
-Tạo một điện áp đồng pha có dạng răng cưa-
điện áp tựa, ứng với vùng điện áp dương của
thyristor.
-Dùng một điện áp một chiều so sánh với điện áp
tựa. Tại thời điểm Urc=Uđk thifxung điều khiển
được kích phát.
Gọi α là góc điều khiển ta có :
.
max
.
max
.
2
.
đp
đk
đp
U
U
U
(với Uđp.max là biên độ của điện áp răng cưa)
=>
)
.
2
(
max
.
max
.
đp
đk
đb
do
do
d
U
U
U
Cos
U
Cos
U
U
). Hình4.2: Nguyên lý thẳng đứng tuyến tínhđiều khiển thyristor
Với Uđk=(-Uđp.max,Uđp.max) => α=( π,0)=> Ud=(-Udo,Udo)
Phương pháp arcos:
– điện áp đồng pha có dạng hình Sin, trể pha 2
so với điện áp của thyristor.
-Tương tự như phương pháp thẳng đưng tuyến tính thì khi Uđk =Uđp thì kích xung điều
khiển.
Ta có Uđp=Uđp.max.Cos(θ- 2
).
với góc điều khiển α
Uđk= Uđp=Uđp.max.Cos(α).=>α=arcos
max
.
đp
đk
U
U
max
.
max
.
.
)
cos
(
đp
đk
do
đp
đk
do
do
d
U
U
U
U
ar
Cos
U
Cos
U
U
Hình vẽ 4.3Nguyên lí arcos điều khiển thyristor
=> Ud=kUđk => Uđk=(-Uđp.max, Uđp.max)=>Ud=( -Udo,Udo).
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
24
II.Thiết kế mạch nguyên lý:
1) Máy biến áp đồng pha: Máy biến áp đồng pha có vai trò :
+Tạo điện áp đồng pha với lưới làm căn cứ điều khiển bộ chỉnh lưu.
+Chuyển đổi điện áp lưới có giá trị cao sang mức điện áp phù hợp đưa vào mạch điều
khiển.
+Cách ly hoàn toàn mạch điều khiển và mạch dộng lực, đảm bảo an toàn cho người điều
khiển và các linh kiện trong mạch
Cách đấu dây máy biến áp : Có hai cách đấu dây thường được sử dụng Δ/Y hoặc Y/Y.
Với phương pháp điều khiển arcos khi đấu dây Δ/Y giúp góc điều khiển lớn hơn khi đấu
dây theo phương pháp Y/Y.
Vì lí do này mà chúng ta lựa chon phương pháp đâu dây Δ/Y. hai cuộn dây thứ cấp
ngược chiều đấu dây tương ứng với hai van thyristor trên một pha trong mạch cầu .
Hình vẽ 4.4 sơ đồ đấu dây máy biến áp đồng pha.
2) Khâu đồng pha:
Phương pháp arcos có khâu đồng bộ là một mạch tích phân. Điện áp đồng pha hàm
u=UmSin(ωt) khi qua mạch tích phân bị trể mất π/2 ứng với hàm u=UmCos(ωt).
Hình vẽ 4.5 : Mạch tích phân bằng KĐTT.
Vận dụng hai định luật cơ bản của khuyếch đại thuật toán: i-=i+=0 và ud=u+-u-=0
gọi -i1 là dòng qua R1;i2 là dòng R2,
-Điện áp vào là u1=Um.Sin(ωt) điện áp ra là u2.
ta có thể viết :
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kỳ Thịnh
25
U1A
TL084CN
3
2
11
4
1
R2
10kΩ
R3
10kΩ
Uđk
Us
D4
1DH62
R4
160Ω
U2A
TL084CN
3
2
11
4
1
R5
10kΩ
R6
10kΩ
R7
10kΩ
C2
100nF
D5
1DH62
R8
160Ω
+12V
-12V
)
(
.
:
;
3
1
.
1
1
.
3
3
.
1
1
1
.
.
.
1
1
.
.
1
3
3
.
1
2
1
C
C
C
C
jX
R
R
jX
U
I
jX
R
R
U
R
I
U
R
I
U
jX
R
R
U
U
U
có
ta
u
u
i
i
)
(
.
.
:
.
3
1
2
1
2
.
1
2
.
3
3
.
1
2
1
.
.
2
2
.
.
2
C
C
C
jX
R
R
R
R
R
jX
U
U
vây
jX
R
R
U
R
I
U
R
I
U
Nếu chọn R1=R2 và R3=XC thì ta có U2=jU1.
Do đó: u2=Um.Cos(ωt)
3) Khâu so sánh – tạo xung : khâu so sánh sữ dụng KĐTT. KĐTT có hai đầu vào
U+,U- với hệ số khuếch đại vô cùng lớn chỉ cần tín hiệu lệch nhau một lượng rất nhỏ μV
điện áp ngõ ra đã đỗi chiều bão hòa, rất thích hợp cho việc so sánh.
Hình 4.6 sơ đồ khâu so sánh
Tín hiệu Us không đảo nên ta sử dụng bộ so sánh hai tín hiệu cùng dấu như hình 4.6.
ud=u+-u-=u đk –us.
uđk>us => Uo=+Vcc
uđk
Ở đầu ra KĐTT là chuỗi xung hình chử nhật dương âm kế tiếp nhau. Để đảm bảo tính tối
ưu điện áp đưa vào cổng AND dung them một điốt xén đi phần âm.
4)Bộ phận tạo xung chùm:
Hình vẽ 4.7 sơ đồ bộ phận tạo xung chùm.
