Đề tài : Thiết kế mạch chỉnh lưu cầu 3 pha Động cơ một chiều

uaán thöù caáp goàm 100 voøng vaø chia thaønh 3 lôùp (3 * 30 + 10) giöõa 2 lôùp ñaët moät tôø giaáy caùch ñieän daøy 0.1mm.  Beà daøy daây quaán thöù caáp: 164.05.23e 2  (mm)  Baùn kính trung bình cuûa daây quaán thöù caáp: 74 + 11.72 + 8 + 8 = 101.72 (mm)  Ñieän trôû daây quaán ôû nhieät ñoä C75o laø: )(05.0)00475.01(53.611011.8r 42    Chieàu daøi cuûa daây quaán thöù caáp: 94.31501072.1012l 3   m  Ñieän khaùng moãi pha: )(02.01031410) 2 1672.118( 236 8.365014.38 10) 2 ee a( h rn8x 7322 7212 2 2         trong ñoù: r: baùn kính trung bình cuûa 2 cuoän daây r = e1 + e2 + 4 = 11.72 + 16 + 4 = 31.72 (mm) Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 30 h: chieàu cao 2 daây quaán h = 236 mm  : taàn soá goùc, a= 0.008  Ñieän aùp rôi treân ñieän khaùng: 53.13 14159.3 72.150094.03XI3U d     (V)  Ñieän aùp rôi treân ñieän trôû: 3.1072.150 188 50262.005.0I n nrrU 2 d 2 1 2 12r                               (V)  Ñieän aùp chænh löu khi ñaày taûi: 97.2123.1053.138.236UUUU rdod   (V) 4. Tính choïn cuoän khaùng san baèng doøng taûi:  Cuoän khaùng san baèng doøng taûi ñöôïc maéc noái tieáp vôùi ñoäng cô nhaèm muïc ñích giaûm ñoä nhaáp nhoâ cuûa doøng ñieän chænh löu ñeå ñoäng cô laøm vieäc ñöôïc toát hôn, giaûm caùc toån thaát phuï trong ñoäng cô.  Thaønh phaàn soùng baäc cao cuûa doøng chænh löu khoâng vöôït quaù 5% doøng taûi )A(536.7 100 72.1505I ~d  giaù trò cuoän khaùng phaûi choïn sao cho ñaûm baûo ñieàu kieän naøy luùc ñoäng cô laøm vieäc ôû giaù trò ñònh möùc goùc môû 0 thì doøng taûi lôùn nhaát, thaønh phaàn xoay chieàu ñieän taûi lôùn nhaát.  Khai trieån Furier ñieän aùp chænh löu:          35 6cos21U63u 2d  Pt maïch taûi luùc laøm vieäc: ~ ~ ~ dd d ddd UUdt di LRiRIEU   Caân baèng caùc thaønh phaàn 1 chieàu vaø xoay chieàu: Ud = E + RId dt di LRiU ~ ~~ d dd  thöïc teá thì dt di LRi ~ ~ d d  neân gaàn ñuùng ta coù: dt di LU ~ ~ d d  Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 31 töùc laø: dt di L6cos 35 U66 ~d2  => t6sinU L35 6d6cosU 35 66. L 1l 2 t 02          Giaù trò hieäu duïng cuûa thaønh phaàn soùng haøi naøy laø: 2 1U L35 618I 2  theo ñieàu kieän raøng buoäc 536.7I  (A) 536.7 2 1 L35 U618 2       mH1.1H1092.10 2 1 536.7352 U618L 42     L: toång giaù trò cuûa ñieän caûm cuoän khaùng san baèng vaø ñieän caûm cuûa phuï taûi ñoäng cô Lpt . L = Lsb + Lpt . vôùi dmdm dm upt I..P U LL   Trong ñoù:  : heä soá phuï thuoäc kieåu ñoäng cô, ta choïn ñoäng cô daïng coù buø 25.0 p : soá ñoâi cöïc tö,ø p = 2  s/rad157 60 15002 60 n..2 dm      =>    mH06.1H1006.1 72.1501572 22025.0L 3pt     Vaäy cuoän khaùng san baèng ñöôïc choïn laø: Lsb = L – Lpt = 1.1 – 1.06 = 0.04 (mH) 5. Tính choïn cuoän khaùng caân baèng Lc  Do ñaëc tính cuûa sô ñoà ñaûo doøng noái song song ngöôïc hình caàu coù 1 doøng tuaàn hoaøn icc luùc thì chaûy töø G1 vaøo G2 , luùc thì chaûy töø G2 vaøo G1.  Ñeå haïn cheá doøng tuaàn hoaøn ngöôøi ta maéc theâm cuoän ñieän caûm Lc nhö trong sô ñoà maïch löïc goïi laø cuoän khaùng caân baèng. Doøng caân baèng ñaït giaù trò lôùn nhaát khi goùc môû o2o1 120,60  hoaëc o2o1 60,120   Giaù trò cöïc ñaïi cuûa doøng tuaàn hoaøn CT 2 ccm X U6 I  vôùi XCT = 2XC + 2Xha Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 32 32.0 I I I ccm maxcc* maxcc  => CTCT 2 ccmmaxcc X 07.56 X U3 32.0I32.0I  Trong tröôøng hôïp xaáu nhaát laø doøng iccmax khoâng vöôït quaù 10% giaù trò doøng ñieän taûi. Töùc laø: )A(012.15 10 12.150 100 I10 I dmaxcc  =>     73.3 012.152 15.112X012.15 X2 15.112 CT CT Vaäy )H(01.0 314 73.3XL CTCT   vôùi LCT = 2LC + 2Lba =>  baCTC L2L2 1L  vôùi )H(109.2 314 094.0XL 4baba    =>   )H(1097.4109.2201.0 2 1L 44C   6. Tính choïn thieát bò baûo veä: a) Coâng suaát toån thaát vaø laøm maùt: Khi Tiristor môû cho doøng chaûy qua, coâng suaát beân trong seõ ñoát noùng chuùng. Maët gheùp nôi bò noùng nhaát, ta duøng kí hieäu jT ñeå chæ nhieät ñoä maët gheùp. jmT laø nhieät ñoä lôùn nhaát cho pheùp  Ñoái vôùi baùn daãn Ge : C10080T ojm   Ñoái vôùi baùn daãn Si : C200150T ojm  Tiristor raát nhaïy vôùi nhieät ñoä. Neáu khi laøm vieäc nhieät ñoä vöôït quaù nhieät ñoä jmT cho pheùp thì duø thôøi gian raát nhoû cuõng coù theå phaù hoûng Tiristor. Vì vaäy vieäc tính toaùn nhieät ñoä maët gheùp laø caàn thieát. Nhieät ñoä khoâng khí moâi tröôøng laøm aûnh höôûng raát lôùn ñeán söï laøm vieäc an toaøn cuûa Tiristor. Khi khoâng laøm maùt thì khaû naêng chòu ñöôïc doøng khoaûng  %5030  doøng ñònh möùc. Bieän phaùp laøm maùt thoâng duïng nhaát laø duøng quaït khoâng khí bao quanh caùnh taûn nhieät. Ñoái vôùi coâng suaát lôùn thì ta cho nöôùc tröïc tieáp chaûy qua caùnh taûn nhieät hoaëc ngaâm caùc thieát bò baùn daãn trong daàu bieán theá. b) Baûo veä quaù taûi vaø ngaén maïch baèng daây chaûy: Ñeå baûo veä Tiristor traùnh bò doøng ñieän phaù hoaïi, ngöôøi ta thöôøng duøng daây chaûy taùc ñoäng nhanh. Loaïi daây chaûy naøy thöôøng laøm baèng baïc laù ñaët trong voû söù coù chöùa caùt thaïch anh hoaëc nöôùc caát. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 33 imax imax thq tc t Hoaït ñoäng cuûa doøng chaûy chia thaønh 2 giai ñoaïn:  Giai ñoaïn chaïy töø t = 0 ñeán khi xuaát hieän hoà quang.  Giai ñoaïn hoà quang töø thq ñeán tc. Doøng ñieän chaûy qua daây daãn sinh ra nhieät löôïng Q = i2Rt, coù nhieàu caùch ñaët daây chaûy ñeå baûo veä thieát bò baùn daãn. + Ñaët noái tieáp vôùi töøng Tiristor + Ñaët ôû töøng pha thöù caáp cuûa MBA + Ñaët noái tieáp vôùi nhoùm Tiristor noái song song + Ñaët ôû ñaàu ra cuûa thieát bò bieán ñoåi + Ñaët phía sô caáp cuûa MBA Caùc thoâng soá ñaët tröng cho doøng chaûy laø ñieän aùp ñònh möùc vaø doøng ñieän ñònh möùc. Khoâng neân ñaët ñaët daây chaûy vaøo ñieän aùp cao hôn ñieän aùp cuûa daây chaûy. Doøng ñieän ñònh möùc cuûa daây chaûy phaûi baèng hoaëc lôùn hôn doøng ñieän noù baûo veä, nhöng khoâng quaù 10%. Baûo veä rieâng bieät töøng Tiristor ñöôïc söû duïng trong tröôøng hôïp khi 1 Tiristor bò choïc thuûng nhöng vaãn yeâu caàu boä bieán ñoåi tieáp tuïc laøm vieäc. Neáu coù n Tiristor gheùp song song maø 1 Tiristor bò choïc thuûng thì doøng taûi chia ñeàu cho (n-1) Tiristor coøn laïi. Vaäy khi choïn doøng ñinh möùc cuûa doøng taûi caàn löu yù tröôøng hôïp naøy. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 34 i t URC c) Baûo veä quaù ñieän aùp cho Tiristor: Tiristor raát nhaïy caûm vôùi quaù ñieän aùp. Quaù ñieän aùp ñöôïc chia thaønh 2 nguyeân nhaân chính:  Nguyeân nhaân noäi taïi: ñaây laø söï tích tuï ñieän tích döông trong caùc lôùp baùn daãn. Khi khoaù Tiristor baèng ñieän aùp ngöôïc, caùc ñieän aùp noùi treân ñoåi ngöôïc laø haønh trình taïo ra doøng ñieän ngöôïc trong thôøi gian raát ngaén. Söï bieán thieân nhanh choùng cuûa doøng ñieän ngöôïc gaây ra suaát ñieän ñoäng caûm öùng raát lôùn trong caùc ñieän caûm, luoân luoân coù caùc ñöôøng daây nguoàn daãn ñeán caùc Tiristor. Vì vaäy giöõa caùc anod vaø catod cuûa caùc Tiristor xuaát hieän quaù ñieän aùp.  Nguyeân nhaân ngoaøi: nguyeân nhaân naøy xaûy ra ngaãu nhieân khi caét khoâng taûi 1 MBA, khi coù saám seùt… Ñeå baûo veä quaù ñieän aùp ngöôøi ta duøng maïch RC Maïch RC noái song song vôùi caùc Tiristor nhaèm baûo veä quaù ñieän aùp do tích tuï ñieän tích khi chuyeån maïch gaây neân. Thoâng soá cuûa maïch RC vaøo möùc quaù ñieän aùp coù theå xaûy ra toác ñoä bieán thieân cuûa doøng ñieän chuyeån maïch, ñieän caûm treân ñöôøng daây, doøng ñieän töø hoaù MBA, vieäc tính toaùn töông ñoái phöùc taïp. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 35 Theo kinh nghieäm, vôùi sô ñoà naøy ta coù theå choïn R = 25  , C = F47 Tuy nhieân, caùc loaïi Tiristor saûn xuaát gaàn ñaây coøn coù khaû naêng chòu ñöïng dt du cao côõ s v2000  cho pheùp baûo veä RC. PHAÀN IV: TÍNH CHOÏN MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN Trong thöïc teá, ngöôøi ta duøng 2 nguyeân taéc ñieàu khieån 1. Nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng arccos: Theo nguyeân taéc naøy ngöôøi ta duøng 2 ñieän aùp  Ñieän aùp ñoàng boä Ur vöôït tröôùt ñieän aùp anod – catod Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 36 ur + uc uc ur us ucm  Ñieän aùp ñieàu khieån Uc laø ñieän aùp 1 chieàu coù theå ñieàu chænh ñöôïc bieân ñoä theo 2 höôùng aâm vaø döông. Ñöôøng neùt ñöùt laø ñieän aùp anod – catod Tiristor, töø ñieän aùp naøy ngöôøi ta taïo ra Ur : t  Toång ñaïi soá Ur + Uc ñöôïc ñöa ñeán ñaàu vaøo cuûa khaâu so saùnh 0cosBU c  =>         B U arccos c Ngöôøi ta laáy B = Ucmax Nhö vaäy, khi Uc bieán thieân töø - Ucmax ñeán Ucmax thì goùc  bieán thieân töø 10  . Phaàn töû ta choïn laø vi maïch TCA 780 döïa treân nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng. 2. Nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng tuyeán tính: Theo nguyeân taéc naøy ngöôøi ta cuõng duøng 2 ñieän aùp  Ñieän aùp ñoàng boä Ur coù daïng raêng cöa, ñoàng boä vôùi ñieän aùp ñaët treân anod– catod cuûa Tiristor.  Ñieän aùp ñieàu khieån Uc laø ñieän aùp 1 chieàu coù theå thay ñoåi ñöôïc Toång ñaïi soá Ur + Uc ñöôïc ñöa ñeán ñaàu vaøo cuûa 1 khaâu so saùnh. Nhö vaäy, baèng caùch laøm bieán ñoåi Uc ngöôøi ta coù theå ñieàu khieån ñöôïc thôøi ñieåm xuaát hieän xung ra, töùc laø ñieàu khieån ñöôïc goùc môû  . Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 37 TCA 780 16 1 9 8  t   2 Quan heä giöõa  vaø Uc laø: maxr c U U  ngöôøi ta laáy Ucmax = Urmax ñeå  coù theå chaïy töø o1800  * Ta choïn vi maïch TCA 780 döïa treân nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng TCA 780 laø moät vi maïch phöùc hôïp thöïc hieän ñöôïc 4 chöùc naêng cuûa moät maïch ñieàu khieån ñieän aùp ñoàng boä, taïo ñieän aùp raêng cöa ñoàng boä, so saùnh vaø taïo xung ra. Coù theå moâ taû hoaït ñoäng cuûa vi maïch TCA 780 baèng giaûn ñoà thoâng soá chuû yeáu cuûa TCA 780:  Ñieän aùp nuoâi : Us = 18 V.  Doøng ñieän tieâu thuï : Is = 10 mA.  Doøng ñieän ra : I = 50 mA.  Ñieän aùp raêng cöa : Urmax = ( Us – 2) (V). Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 38 u5 u11u10 u15 u14 u'15 u'14 u11 u10 chán 12 näúi âáút 15v uâk1 R R u1 R uâk2  Ñieän trôû trong maïch taïo ñieän aùp raêng cöa:  k500k20R 9 .  Ñieän aùp ñieàu khieån :  2U5.0U s11  (V).  Doøng ñieän ñoàng boä : A200I s  .  Tuï ñieän : F5.0C10  .  Taàn soá xung ra : Hz50010f  . Vi maïch TCA 780 3. Phoái hôïp goùc ñieàu khieån:  Ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng cuûa ñoäng cô: Trong ñoù: Udo = const do vaäy toác ñoä cuûa ñoäng cô phuï thuoäc vaøo  . Theo nguyeân taéc ñieàu khieån thaúng ñöùng, muoán thay ñoåi goùc môû  thì thay ñoåi Uñk. Vôùi 2 boä Tiristor G1 vaø G2 laøm vieäc phoái hôïp ta duøng ñieàu khieån chung. Do ñoù ñieàu kieän: o21 180 vôùi 1 ta coù Uñk1, vôùi 2 ta coù Uñk2. Do ñoù, ta phaûi ñieàu khieån sao cho Uñk1+ Uñk2 = const. Muoán coù ñieàu ñoù, ta duøng maïch tröø sao cho: Uñk2 = Uconst – Uñk1 Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 39 Udk1 ñöa vaøo chaân 11 cuûa 3 TCA 780 ñieàu khieån G1 Udk2 ñöa vaøo chaân 11 cuûa 3 TCA 780 ñieàu khieån G2 Ñieàu khieån toác ñoä töùc laø thay ñoåi goùc môû  hay chính laø thay ñoåi Udk. Trong tröôøng hôïp naøy ngöôøi ta duøng 1 bieán trôû. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 40 PHAÀN IV: TÍNH CHOÏN MAÏCH BAÛO VEÄ  Ñoái vôùi chænh löu baùn daãn, khi tính toaùn cuõng nhö vaän haønh ta phaûi ñaët bieät löu yù ñeán vaán ñeà baûo veä quaù doøng ñieän vaø quaù ñieän aùp.  Vì van baùn daãn coù kích thöôùc nhoû, nhieät dung beù vaø maät ñoä doøng ñieän qua maët tieáp giaùp p – n lôùn neân noù raát nhaïy vôùi quaù taûi veà doøng. Haèng soá thôøi gian phaùt noùng cuûa 1 baûn Silic trong van coâng suaát lôùn côõ chæ vaøi phaàn traêm giaây. Do ñoù, khaâu baûo veä doøng ñieän ñoøi hoûi phaûi coù ñoä taùc ñoäng nhanh.  Maët van baùn daãn cuõng raát nhaïy vôùi quaù ñieän aùp. Chæ caàn toàn taïi 1 ñieän aùp ngöôïc lôùn hôn giaù trò cho pheùp trong khoaûng   s21  thì maët tieáp giaùp coù theå bò choïc thuûng veà ñieän. 1) Baûo veä quaù doøng ñieän: Coù 2 loaïi quaù doøng ñieän: ngaén maïch vaø quaù taûi a) Ngaén maïch: Duøng ñeå chæ caùc tröôøng hôïp söï coá taïo ra doøng ñieän quaù lôùn nhö ngaén maïch treân taûi, treân thanh daãn thöù caáp cuûa MBA (ngaén maïch beân ngoaøi), ngaén maïch caùc pha do choïc thuûng van (ngaén maïch beân trong), do ñoät bieán nghòch löu. b) Quaù taûi: Xuaát hieän trong khoâng gian laøm vieäc xaùc laäp hoaëc quaù ñoä. Noù coù giaù trò khoâng lôùn laém vaø cho pheùp toàn taïi laâu daøi hôn. Vì vaäy, ñeå baûo veä caùc Tiristor traùnh khoûi doøng ñieän phaù hoaïi, ta duøng caùc daây chaûy taùc ñoäng nhanh. Loaïi daây chaûy naøy coù theå laøm baèng daây chì hoaëc baïc laù ñaët trong voû söù coù chöùa caùt thaïch anh. * Hoaït ñoäng cuûa daây chaûy coù theå chia ra thanh 2 giai ñoaïn:  Giai ñoaïn 1: giai ñoaïn chaûy töø t = 0 ñeán khi xuaát hieän hoà quang.  Giai ñoaïn 2: giai ñoaïn hoà quang baét ñaàu ñeán khi caét. * Ñeå baûo veä quaù doøng ñieän cho boä bieán ñoåi, ta ñaët daây chaûy taïi 3 vò trí sau: + Vò trí 1: taïi ngoõ vaøo cuûa MBA + Vò trí 2: taïi ngoõ ra cuûa MBA + Vò trí 3: maéc noái tieáp vôùi moãi moät Tiristor moät daây chaûy Ta choïn loaïi daây chaûy coù kí hieäu vaø thoâng soá: AÙp ñònh möùc 220V, doøng ñònh möùc 2.5A 2. Baûo veä quaù ñieän aùp: Nhö ñaõ noùi ôû treân, coù 2 nguyeân nhaân gaây quaù ñieän aùp. ÔÛ phaàn naøy ta chæ ñeà caäp ñeán phaàn nguyeân nhaân beân ngoaøi. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 41 Ñeå baûo veä quaù ñieän aùp ngöôøi ta thöôøng duøng maïch LRC baûo veä rieâng töøng Tiristor. L R R T C Caùc linh kieän baûo veä ñöôïc choïn töø caùc trò soá kinh nghieäm. H10050L 100010R F101.0C    --> Sau ñaây laø sô ñoà cuûa boä bieán ñoåi coù ñaày ñuû caùc phaàn töû baûo veä quaù doøng vaø quaù ñieän aùp. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 42 TC A 780 TC A 780 TC A 780 TC A 780 TC A 780 TC A 780 Â Ä Ö A ÏN M Ä N H O ÜC TR Æ Å ÌN G  H B K  A Ì N À ÔN G K hoa  iãûn_ Låïp 01 1 G V H D SV TH TL M Lc Lc Lc Lc A B C ABC RR RR R 1R 2 R 3 RST 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 D z L T 5 T 3 T'4 T'6 T'2 T 4 T 6 T 2 T'1 T'3 T'5 U âk2 U âk1 +15V +15V SÅ Â Ä Ö H ÃÛ TH Ä ÚN G TR U Y ÃÖN Â Ä ÜN G SL C K T R c R B R A 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 T 1 V O Î N H Æ BÇN H N G U Y ÃÙN B à Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 43 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ( HỆ T – Đ) A.TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐỘNG LỰC I-Tính chọn van động lực: 1/ Điện áp ngược của van: Điện áp ngược lớn nhất mà thyristo phải chịu: )(4,230220. 32max V k UkUkU u d nvnvn   Trong đó: Ud : điện áp tải của van U2 : điện áp nguồn xoay chiều của van Ku : hệ số điện áp tải (tra bảng 8.1,  63uk ) Knv : hệ số điện áp ngược (tra bảng 8.1, knv = 6 ) Để chọn van theo điện áp hợp lý thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc. Unv = Kdt u . Unmax = 1,7 . 230,4 = 391,7 (V) Trong đó: KdtU : hệ số dự trữ ( Kdt u = 1,5 – 1,8) 2/ Dòng điện làm việc của van: Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng: )(37,3663. 3 1 AIkII dhdhdlv  Trong đó: Id : dòng điện tải khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng. (Tra bảng 8.2, 31hdk ) Với các thông số làm việc ở trên, chọn điều kiện làm việc của van là làm mát bằng nước có thể cho phép làm việc gần tới 100% Iđmv Idm v = ki . Ilv = 1,4 . 36,37 = 50,1 (A) Trong đó: ki =1.4 : hệ số dự trữ dòng điện.(ki =1,1-1,4) Vậy thông số van là: Unv = 391,7 (V) Idm v = 50,1 (A) Tra phụ lục 2, ta chọn Tiristor loại T60N600BOC với các thông số định mức: Điện áp ngược cực đại của tiristo : Unmax = 600 V Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 44 Dòng điện định mức cực đại : Idmax = 60 A Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1400 A Dòng điện xung điều khiển : Igmax = 150 mA Điện áp xung điều khiển : Ugmax = 1,4 V Dòng điện rò : Irmax = 25 mA Sụt áp lớn nhất ở trạng thái dẫn : Umax = 1,8 V Tốc độ biến thiên điện áp : du/dt =1000 V/s Thời gian chuyển mạch : tcm =180 µs Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 1250C 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 = 1,8 (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 = 6% . Ud = 0,06 . 220 = 13,2 (V) Suy ra Ud0 = 010cos 2,1302.2220  = 240,86 (V) Công suất biểu kiến máy biến áp: SBA = kS . Pdmax= kS . Ud0 . Id = 1,05 . 240,86 . 63 = 15932,9 (VA) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: )(93,102 34,2 86,2400 2 Ak UU u d  4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 = 3 2 . Id = 3 2 . 63 = 51,44 (A) 5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 45 I1 = kBA . I2 = 1 2 U U . I2 = 44,51.380 93,102 = 13,93 (A) ► Tính sơ bộ mạch từ : 6. Tiết diện sơ bộ trụ: QFe = kQ fm S BA . 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 9,15932 = 61,84 (cm3) 7. Đường kính trụ: d =  FeQ.4 =  84,61.4 = 8,87 (cm) Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 (cm). Tính lại tiết diện trụ : )(62,63 4 2 2 cmdQFe   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 Tesla 9. Chọn tỷ số m = d h = 2,2 (m = 2 – 2,5) Suy ra h = 2,2 . d = 2,2 . 9 = 19,8 (cm) Suy ra chọn chiều cao trục là 20 (cm) ► Tính toán dây quấn: 10. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: W1 = FeT QBf U ...44,4 1 = 410.62,63.50.44,4 380  = 269,05 (vòng) Chọn W1 = 269 (vòng) 11. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: W2 = 1 2 U U . W1 = 380 93,102 . 269 = 72,86 (vòng) Chọn W2 = 73 (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 = 75,2 94,13 = 5,07 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 5,3 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S1 cd = a1 .b1 = 1,68 . 2,28 (mm) Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 46 Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J1 = 1 1 S I = 3,5 94,13 = 2,63 (A/mm2) 14. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp: S2 = 2 2 J I = 75,2 44,51 = 18,7 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 18,9 (mm2) Kích thước dây có kể cách điện: S2 cd = a2 . b2 = 3,8 . 5,1(mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp: J2 = 2 2 S I = 9,18 44,51 = 2,72 (A/mm2) 15. Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: 36,6689.0. 228,0 5,1.220. 2 1 11      c g k b hh W Chọn W11 = 67 vòng. Trong đó: 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 = 0,89 16. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: n1l = 1l 1 W W = 67 269 = 4,015 (lớp) Chọn số lớp n1l = 4 lớp Như vậy 269 vòng chia thành 4 lớp, 3 lớp đầu có 67 vòng, lớp thứ 4 có 68 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 1l1 k .Wb = 89,0 68.228,0 = 17,42 (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 = 9 + 2 . 1 – 2 . 0,1 = 10,8 (cm) 21. Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = D1 + 2 . S01 = 10,8 + 2 . 0,1 = 11 (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 = (1,68 + 0,1) . 4 = 7,12 (mm) 24. Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 11 + 2 . 0,712 = 12,424 (cm) 25. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp: Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 47 Dtb1 = 2 11 nt DD  = 2 424,1211 = 11,71 (cm) 26. Chiều dài dây quấn sơ cấp; l1 = W1 .  . Dtb1 =  . 269 . 11,71 = 9896 (cm) = 98,96 (m) 27. Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd01 = 10 (mm) ♦ Kết cấu dây quấn: 28. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h1 = h2 = 17,42 (cm) 29. Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp: W2l = 2 2 b h . kc = 51,0 42,17 . 0,89 = 30,4 (vòng) ≈ 31 (vòng) 30. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: n2l = l2 2 W W = 31 73 = 2,35 (lớp). 31. Chọn số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = 3 (lớp), 2 lớp đầu có 24 vòng, lớp thứ 3 có 25 vòng. 32. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: h2 = c 2l2 k bW = 89,0 51,0.25 = 14,32 (cm) 33. Đường kính trong của cuộn thứ cấp: Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 12,424 + 2 . 1 = 14,424 (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 = (3,8 + 0,1) . 3 = 11,7 (mm) 36. Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 . Bd2 = 14,424 + 2 . 1,17 = 16,764 (cm) 37. Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp: Dtb2 = 2 22 nt DD  = 2 424,14764,16  = 15,6 (cm) 38. Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 =  . W2 . Dtb2 =  . 73 . 15,6 = 3577,65 (cm) = 35,78 (m) 39. Đường kính trung bình các cuộn dây: D12 = 2 21 nn DD  = 2 764,16424,12  = 14,6 (cm) Suy ra r12 = 2 12D = 2 6,14 = 7,3 (cm) 40. Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a22 = 2 (cm) ♦ Tính kích thước mạch từ: 41. Đường kính trụ d = 9 (cm), tra theo bảng 4 – Tài liệu 2, chọn số bậc là 5 bậc. 42. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Qbt = 62,9 (cm2), tra bảng 42a – tài liệu 2. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 48 43. Tiết diện hiệu quả của trụ: QT = khq . Qbt = 0,891 . 62,9 = 56,05 (cm2) 44. Tổng chiều dày các bậc thang của trụ: dt = 2 . ( 15 + 10 + 6 + 4 + 5) = 80 (mm) = 8 (cm). 45. Số lá thép dùng trong các bậc: Bậc 1: n1 = 5,0 15 . 2 = 60 (lá) Bậc 2: n2 = 5,0 10 . 2 = 40 (lá) Bậc 3: n3 = 5,0 6 . 2 = 24 (lá) Bậc 4: n4 = 5,0 4 . 2 = 16 (lá) Bậc 5: n5 = 5,0 5 . 2 = 20 (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 =8 (cm) -Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 8,5 (cm) Tiết diện gông: Qbg = a .b = 8.8,5 = 68 (cm2) 46. Tiết diện hiệu quả của gông: Qg = khq . Qbg = 0,891 .68 = 60,6 (cm2) 47. Số lá thép dùng trong một gông: hg = 5,0 b = 5,0 80 = 160 (lá) 48. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: BT = T1 1 .QW..44,4 f U = 410.5,56.269.50.44,4 380  = 1,126 (T) 49. Mật độ từ cảm trong gông: Bg = BT . g T Q Q = 1,126 . 6,60 5,56 = 1,05 (T) 50. Chiều rộng cửa sổ: c = 2 . (a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2 . (1 + 0,712 + 1 + 1,17) +2 = 9,764 (cm) 51. Khoảng cách giữa 2 tâm trục: c’ = c + d = 9,764 + 9 = 18,764 (cm) 52. Chiều rộng mạch từ: L = 2 . c + 3 . d = 2 . 9,764 + 3 . 9 = 46,528 (cm) 53. Chiều cao mạch từ: H = h + 2 . a = 20 + 2 . 8,5 = 37 (cm) 54. Thể tích của trụ: VT = 3 . QT . h = 3 . 56,05 . 20 = 3363 (cm3) = 3,363 (dm3) 55. Thể tích của gông: Vg = 2 .Qg . L = 2 . 60,6 . 46,528 = 5639,2 (cm3) = 5,64 (dm3) 56. Khối lượng trụ: Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 49 MT = VT . mFe = 3,363 . 7,85 = 26,4 (kg) 57. Khối lượng gông: Mg = Vg . mFe = 5,64 . 7,85 = 44,27 (kg) 58. Khối lượng sắt: MFe = MT + Mg = 26,4 + 44,27 = 70,67 (kg) 59. Thể tích của đồng: VCu = 3 . (S1 . l1 + S2 .l2 ) = 3 . (5,3 . 10-4 . 98,96 .10 + 18,9 . 10-4 . 35,78 . 10) = 3,6 (dm3) 60. Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = 3,6 . 8,9 = 32,04 (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 l  = 0,02133 . 3,5 96,98 = 0,4 ( ) 62. Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C: R2 = 2 2 S l  = 0,02133 . 9,18 78,35 = 0,04 ( ) 63. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp: RBA = R2 + R1 . ( 1 2 W W )2 = 0,04 + 0,4 . ( 269 73 )2 = 0,07 ( ) 64. Sụt áp trên điện trở máy biến áp: ∆Ur = RBA . Id = 0,07 . 63 = 4,41 (V) 65. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp: XBA = 8 . π2 . (W2)2 . ( qdh r ) . (a12 + 3 21 dd BB  ) .  . 10-7 = 8 . π2 . 732 . ( 42,17 3,7 ) . (0,01 + 310. 3 7,1112,7  ) . 314 . 10-7 = 0,1 ( ) 66. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp: LBA =  BAX = 314 1,0 = 0,00032 (H) = 0,32 (mH) 67. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: ∆Ux =  3 . XBA . Id =  3 . 0,1 . 63 = 6,01 (V) Rdt =  3 . XBA =  3 . 0,1 = 0,955 ( ) 68. Sụt áp trên máy biến áp: ∆UBA = 22 xr UU  = 22 01,614,4  = 7,3 (V) 69. Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100 U = Ud0 . cosαmin - 2 . ∆Uv – ∆UBA = 240,86 . cos100 – 2 . 1,8 – 7,3 = 226,3 (V) 70. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp: Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 50 ZBA = 22 BABA XR  = 22 1,007,0  = 0,122 ( ) 71. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp: ∆Pn = 3 . RBA . I2 = 3 . 0,07 . 51,442 = 555,67 (W) ∆Pn% = S Pn . 100% = 9,15932 67,555 . 100% = 3,5% 72. Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ: P0 = 1,3 . nf . (MT . BT2 + Mg .Bg2) = 1,3 . 1,15 . (26,4 . 1,1262 + 44,27 . 1,052) = 123 (W) ∆P0 % = S P0 . 100% = 9,15932 123 .100% = 0,77 % 73. Điện áp ngắn mạch tác dụng: Unr = 2 2. U IRBA . 100% = 93,102 44,51.07,0 . 100% = 3,5 % 74. Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = 2 2. U IX BA . 100% = 93,102 44,51.1,0 . 100% = 4,5 % 75. Điện áp ngắn mạch phần trăm: Ur = 22 nxnr UU  = 22 5,45,3  = 5,7% 76. Dòng điện ngắn mạch xác lập: I2nm = BAZ U 2 = 122,0 93,102 = 843,7 (A) 77. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: Imax = 2 . I2nm . (1 + e nx nr U U.  ) = 2 . 843,7 . (1 + e 5,4 5,3.  ) = 1296,81 (A) Imax = 1296,81 (A) < Ipik = 1400 (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 di c = U23 – U2a = 6 . U2 . sin(   ) maxdt dic = BAL U .2 6.2 = 310.32,0.2 6.93,102  = 393947 (A/s) Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 51 maxdt dic = 0,4 (A/ s) < cp dt di       = 1000 (A/ s) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tôt. 79. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu:  = S IU dd . = 9,15932 63.220 = 0,87 III- Thiết kế cuộn kháng lọc: 1/ Xác định góc mở cực tiểu và cực đại: Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100. Với góc mở αmin là dự trữ, ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. -Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin , điện áp trên tải lớn nhất Ud max = Ud0 . cosαmin = Ud dm và tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = ndm -Khi góc mở lớn nhất α = αmax , điện áp trên tải nhỏ nhất Ud min = Ud0 . cosαmax và tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin Ta có: max = arcos 0 min d d U U = arcos       2 min .34,2 U U d Trong đó Ud min được xác định như sau: D = min max n n =     uud uuddm RIU RIU . . minmin Udmin =    ...1.1 RuIDUD udmddm Udmin =     dtBAuudm RRRIDUD  ..1cos..34,2. 1 min2  Udmin =                BABAuudm XRRIU . 3..120cos..34,2. 20 1 min2   Udmin =                1,0.307,03,0.63.12010cos93,102.34,2. 20 1  Udmin = 39,72 (V) Suy ra maxa arcos      0 min d d U U = arcos       2 min .34,2 U U d Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 52 = arcos       93,102.34,2 72,39 = 80,50 2/ Xác định các thành phần sóng hài:    n knd UU 13sincos2 63   3/ Xác định điện cảm cuộn kháng lọc: Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở max  . Ta có:    dt diLiRIREuU ndud  Cân bằng 2 vế: dt diLRiU   vì dt diLRi  Nên dt diLU  Trong các thành phần xoay chiều bậc cao , thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất, gần đúng ta có:  11 3sin   mUU Nên      111 3cos3cos2 1   m m I fLp UdtU L i Vậy udm dm m ILf UI .1,0 ..2.6 1   Suy ra: dm m If UL 1,0..2.6 1   P=6 là số xung đập mạch trong một chu kỳ điên áp lưới. max 22 2 max0 1 6116 cos.2  tgUU dm   02 0 1 5,8036135 5,80cos.93,102.34,2.2 tgU m  = 81,478 (V) 63.1,0.50..2.6 478,81  L = 0,00686 (H) = 6,86 (mH) Điện cảm mạch phần ứng đã có: BAuuc LLL .2 Trong đó: Lu : điện cảm mạch phần ứng Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 53 63.1000.3. 30.220.25,0 ... 30..    dmdm dm u Inp UL = 0,00278 ( H ) = 2,78 (mH) 25,0 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù. Luc = 2,78 + 0,32 . 2 = 3,42 (mH) Điện cảm cuộn kháng lọc: Lk = L – Luc = 6,86 – 3,42 = 3,44 (mH) 4/ Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: 1- Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé, ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng cuộn kháng: )(48,610.44,3.50.6..2....2 3   kkk LmfXZ 2- Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: )(87,28 2 3,6.48,6 2 . 110 V IZU mk  )(3,663%.10%.101 AII dmm  3- Công suất của cuộn kháng lọc: )(6,128 2 3,6.87.28 2 . 110 VA IUS m  4- Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc: )(27,3 50.6 6,128.5. 2' cmf SkQ Q  Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn Chọn Q = 4,25 (cm2) 5- Với tiết diện trụ Q = 2,55 (cm2) Chọn loại thép 330A, là thép dày 0,35 (mm), a = 20 (mm), b = 25 (mm) 6- Chọn mật độ từ cảm trong trụ: BT = 0,8 T 7- Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong cuộn kháng sẽ xuất hiện một sức điện động EK: EK = 4,44 . W . f’ . BT . Q Gần đúng ta có thể viết: EK = ∆U = 17,2 (V) )(75,63 10.25,4.8,0.50.6.44,4 87,28 ..4,44.f UW 4' vòngQBT     Lấy W = 64 (vòng) 8- Dòng điện chạy qua cuộn kháng:    11 6cos   md IIti Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng: )(16,63 2 3,663 2 2 2 2 12 AIII mdK              9- Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J = 2,75 (A/mm2) Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 54 10- Tiết diện dây quấn cuộn kháng: )(967,22 75,2 16,63 2mm J IS KK  Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B Chọn SK = 23,6 (mm2) Xem phụ lục 9, chọn kích thước dây aK . bK = 3,28 . 7,4 (mm) Tính lại mật độ dòng điện )/(676,26,23 16,63 2mmA S IJ K K  11- Chọn hệ số lấp đầy: 7,0 Q W.S CS K ldK 12- Diện tích cửa sổ: )(58,21 7,0 10.6,23.64 K W.S 22 ld K cmQCS   13- Tính kích thước mạch từ: QCS = c . h Chọn 3 a hm , suy ra h = 3 . a = 3 . 20 = 60 (mm) )(6,3 6 58,21 cm h Qc CS  14- Chiều cao mạch từ: H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) 15- Chiều dài mạch từ: L = 2 . c + 2 . a = 2 . 36 + 2 . 20 = 112 (mm) 16- Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = 2 (mm) 17- Tính số vòng dây trên một lớp: )(8)(568,7 4,7 2.260.2W1 vòngvòngb hh K g      18- Tính số lớp dây quấn: 8 8 64 W W 1 1 n (lớp) Mỗi lớp 8 vòng. 19- Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: a01 = 3 (mm) Cách điện giữa các lớp: cd1 = 0,1 (mm) 20- Bề dày cuộn dây: Bd = (ak + cd1 ) . n1 = (3,28 + 0,1) . 8 = 27 (mm) 21- Tổng bề dày cuộn dây: )(3032701 mmaBB dd  22- Chiều dài của vòng dây trong cùng: )(85,1083..2)2520.(2..2).(2 011 mmabal   Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 55 23- Chiều dài của vòng dây ngoài cùng: )(5,278)273.(.2)2520.(2).(.2).(2 011 mmBabal d   Chiều dài trung bình của 1 vòng dây: )(675,194 2 5,27885,108 2 21 mmllltb      24- Điện trở của dây quấn ở 750C: )(0112,0 6,23 64.10.675,194.02133,0W.. 3 75   k tb S lR  Ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng. 25- Thể tích sắt: VFe = 2 .a . b . h + a . b . L = a . b . (2 . h + L). = 20 . 25 . 10-4 . (2 . 60 + 112) . 10-2 = 0,116 (dm3). 26- Khối lượng sắt: MFe = VFe . mFe = 0,116 . 7,85 = 0,91 (kg). 27- Khối lượng đồng: MCu = VCu . mCu = Sk . ltb . W . mCu = 23,6 . 194,675 . 64 . 8,9 . 10-6 = 2,6 (kg). B. TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Tính toán mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên. Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về mở xung của tiristo. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển. Điện áp điều khiển tiristo : Uđk = 1,4V Dòng điện điều khiển Tiristo : Iđk = 0,15mA Thời gian mở Tiristo : Tcm = 180µs Độ rộng xung điều khiển : tx = 150µs Tần số xung điều khiển : fx = 3kHz Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển : U = ±12V Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 4.1. Tính máy biến áp xung -Chọn vật liệu làm lõi sắt là sắt ferit HM. Lõi có dang xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa có:  B = 0,3T; H = 30A/m, không có khe hở không khí. - Tỷ số biến áp xung: thường m = 2 – 3, chọn m = 3. - Điện áp thứ cấp của MBA xung: U2 = Uđk = 1,4V. - Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung: U1= mU2 = 3.1,4 = 5,2V . - Dòng điện sơ cấp MBA xung: 05,03 15,02 1  m II . - Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: 36 0 10.8 30.10.25,1 3,0     H B tb   . - Thể tích lõi thép cần có: Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 56 337 2 663 2 110 723,010.24,7 3,0 05,0.2,5.15,0.10.167.10.25,1.10.8...... cmmV B IUstlQV xxtb       Chọn mạch từ có thể tích V = 1,4 cm3. Với thể tích đó ta có các kích thước mạch từ như sau: a = 4,5 mm; b = 6 mm; Q = 0,27 cm2; d = 12 mm. D = 21 cm. Chiều dài trung bình mạch từ: l = 5,2 cm. - Số vòng dây sơ cấp MBA xung: Theo định luật cảm ứng điện từ: 2,107 10.27.3.0 10.167.2,5 . 6 6 2 1 111        QB tUW t BQW dt dBQWU x x Lấy W1 = 108 vòng. - Số vòng dây thứ cấp: 36 3 1081 2  m WW (vòng). - Tiết diện dây quấn thứ cấp: 21 1 00833,06 05,0 mm J IS  . Chọn J1 = 6A/mm2. Chọn dây dẫn tròn tiết diện 0,0095 mm2, đường kính d = 0,11mm. - Tiết diện dây quấn thứ cấp: 2 2 2 2 0375,04 15,0 mm J IS  . Chọn dây dẫn tròn tiết diện S = 0,04155 mm2, đường kính d = 0,23 mm. - Kiểm tra hệ số lấp đầy: 0223,0 12 36.23,0108.11,0 2 22 2 2 2 21 2 1      d WdWdKld . Như vậy đủ diện tích cửa sổ lắp đầy. 4.2. Tính tầng khuếch đại cuối cùng Chọn Transisto công suất Tr3 loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung, có các thông số sau: Transistor loại NPN, vật liệu bán dẫn là Si. Điện áp giữa colector và bazo khi hở mạch emitor : UCE0 = 40 V. Điện áp giữa emitor và bazo khi hở mạch collector : UEB0 = 4 V. Dòng điện lớn nhất collector có thể chịu đựng : ICmax = 500 mA. Công suất tiêu tán : Pc = 1,7 W. Nhiệt độ lớn nhất o mặt tiếp giáp : T1 = 175 oC. Hệ số khuếch đại : β = 50. Dòng làm việc của collector : IC3 = I1 = 50 mA. Dòng làm việc của bazo : IB3 = IC3/β = 1 mA. Chọn nguồn cung cấp cho MBA xung : E = +12 V. Với nguồn E = 12 V ta phải mắc them điện trở R10 nối tiếp với cục của Tr3: Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 57  136 05,0 2,512 1 1 10 I UER Tất cả các diode trong mạch điều khiển dung loại 1N4009, có tham số: Dòng điện định mức : Iđm = 10 mA. Điện áp ngược lớn nhất : UN = 25 V. Điện áp cho diode mở thông : Um = 1 V. 4.3. Chọn cổng AND Toàn bộ mạch điều khiển dùng 6 cổng AND nên ta chọn 2 IC 4081 do hãng TOSHIBA chế tạo, mỗi IC 4081 có 4 cổng AND. Các thông số: Nguồn nuôi IC : Vcc = 3 ÷ 18V, ta chọn Vcc = 12 V. Nhiệt độ làm việc : -40 ÷ 85oC. Điện áp ứng với mức logic “1” : 2 ÷ 4,5 V. Dòng điện : < 1 mA. Công suất tiêu thụ : P = 300 mW. 4.4. Chọn tụ C3 và R9 Điện trở R9 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazo của Transistor Tr3, chọn R9 thõa mãn điều kiện:   k I UR B 5,44500 10 5,4 3 3 9 Chọn R9 = 4,7 kΩ. Chọn C3R9 = tx = 167µs. Suy ra: F R tC x 0355,0 4700 167 9 3  , chọn C3 = 0,033µF. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 58 D r L D 3 Rg T Tr iD r iC il Rc +E R 6 R 7 R 8 A 4 C 2 A 3 R 4 R 5 U rc U dk A 1 A 2 C 1 R 2 D 1 R 3 R 1 Tr1 U 1 R 9 C 3 A N D U A D 2 Hinh1: Så âäö nguyãn lyï mäüt kãnh âiãöu khiãøn. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 59 R6 R7 R8 A C2 4.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật toán, do đó ta phải chọng 6 IC loại TL084 do hãng Texas chế tạo. Thông số của TL084: Điện áp nguồn nuôi: Vcc = ± 18 V, chọn Vcc = ± 12V. Hiệu điện thế giữa 2 đầu vào: ±30 V. Nhiệt độ làm việc : T = - 25 ÷ 85oC. Công suất tiêu thụ : P = 680 mW. Tổng trở đầu vào : Rin = 106 MΩ. Dòng điện đầu ra : Ira = 30 pA. Mạch tạo xung chùm có tần số f = 3kHz hay chu kỳ của xung chùm: .3341 s f T  Ta có: )21ln(2 7 6 28 R RCRT  Chọn R6 = R7 = 33kΩ thì T = 2,2R8C2. Vậy R8C2 = 151,8µs. Chọn C2 = 0,1µF có điện áp 16V. R8 = 1518Ω. Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch, ta chọn R8 là biến trở 2kΩ. 4.6. Tính chọn tầng so sánh Khuếch đại ta đã chọn loại TL084. Chọn   k I URR v v 12000.12 10 12 354 . Trong đó nếu nguồn nuôi là ±12V thì điện áp vào A3 là Uv = 12V. Dòng điện được hạn chế Ilv < 1mA. Do đó ta chọn R4 = R5 = 15kΩ., khi đó dòng vào A3: mAAI lv 8,00008,010.15 12 3max  . 4.7. Tính chọn khâu đồng pha Điện áp được hình thành do sự nạp của tụ C1. Mặt khác để đảm bảo điện áp tựa có trong nửa chu kỳ điện áp là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được tính Tr = R3C1 = 0,005s. Chọn tụ C1 = 0,1µF thì điện trở   kC TR r 5010.50 10.1,0 005,0 3 6 1 3 . Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp ráp mạch, ta chon R3 là biến trở lớn hơn 50kΩ. Transistor Tr1 ta chọn loại A564 do hang KEC chế tạo, có thông số như sau: Transistor loại PNP, làm bằng Si. Điện áp giữa collecto và bazo, làm bằng Si. Điện áp giữa collecto và bazo, làm bằng Si. Điện áp cực đại giữa collecto và bazo : UCB0 = - 50V. Điện áp cực đại giữa emito và bazo : UBE0 = - 5V. Điện áp cực đại giữa emito và colecto : UCE0 = - 50V. Dòng điện colecto cực đại : ICmax = -100mA. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 60 Hệ số khuếch đại cực : β = 120 Dòng bazo kích mở : mAII CB 1,0100 100   . Giá trị điện trở R2:  k I UR B N 12 1,0 12max 2 . Chon R2 = 12kΩ. Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : UA = 9 V. Điện trở R1 để hạn chế dòng đi vào A1, thường chọn R1 sao cho dòng đi vào A1 nhỏ hơn 1 mA. Do đó:   k I UR v A 9 10 9 31 . Chon R1 = 10kΩ. A1 A2 C1 R2 D1 R3 R1 Tr1 Urc U1 4.8. Tạo nguồn nuôi Ta cần chọn nguồn điện áp ±12 V để cấp cho MBA xung nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đạt tốc độ. ( hình 8.30 trang 330 sách Lê Văn Doanh) Ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng diode, điện áp thứ cấp MBA nguồn nuôi: VU 1,5 34,2 12 2  , ta chọn U2 = 9V. Để ổn dịnh điện áp ra nguồn nuôi, ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912, các thông chung của vi mạch này như sau: Điện áp đầu vào : Uv = 7 ÷ 35V. Điện áp đầu ra : Ur = 12V với IC 7812; Ur = -12V với IC 7912. Dòng điện đầu ra : Ir = 0÷1A. Tụ điện C4, C5 dùng để lọc các song hài bậc cao. Chon C4 = C5 = C6 = C7 = 470µF. 4.9. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha 1. Ta thiết kế MBA dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi. Chọn MBA kiểu ba pha ba trụ, trên mỗi trụ có 2 cuộn dây, 1 cuộn sây sơ cấp và 2 cuộn dây thứ cấp. 2. Điện áp lấy ra ở thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha lấy ra thứ cấp làm nguồn nuôi: VUUU Nđph 922  . Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 61 3. Dòng điện thứ cấp MBA đồng pha: I2đph = 1 mA. 4. Công suất nguồn nuôi cấp cho MBA xung: WIUP đphđphđph 054,010.1.9.6.6 3 22   . 5. Công suất tiêu thụ ở 6 IC TL084 và 2 IC 4081: WPIC 68,43,0.268,0.6  . 6. Công suất MBA xung cấp cho cực tiristo: WIUP đkđkx 26,115,0.4,1.6.6  . 7. Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi: WPPPP xICđphN 994,526,168,4054,0  . 8. Công suất MBA có kể đến 5% tổn thất trong máy: .35,6)994,5054,0.(05,1)(05,1 VAPPS Nđph  9. Dòng điện thứ cấp MBA: .1176,0 9.6 35,6 6 2 2 AU SI  10. Dòng điện sơ cấp MBA: .0096,0 220.3 35,6 3 1 1 AU SI  11. Tiết diện trụ của MBA: .2345,1 50.3 35,6.6 2cm mf SkQ QT  Chuẩn hóa tiết diện trụ: QT = 1,63 cm2. Kích thước mạch từ là thép dày mm5,0 . Số lượng là thép: 68 lá; a = 12 mm; b = 16 mm; h = 30 mm. Hệ số ép chặt kc = 0,85. 12. Chọn mật độ từ cảm trong trụ là B = 1T, ta có số vòng dây sơ cấp: .6080 10.63,1.1.50.44,4 220 44,4 4 1 1 vòngfBQ UW T   13. Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 A/mm2. Tiết diện dâu quấn sơ cấp: .0035,0 75,2.220.3 35,6 .3 2 11 1 mmJU SS  Ta chọn dây dẫn tròn có đường kính d = 0,1 mm, có tiết diện 0,00785 mm2. 14. Số vòng dây quấn thứ cấp: 249 220 9.6080. 1 21 2  U UWW vòng. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 62 15. Tiết diện dây quấn thứ cấp: .04276,0 75,2.9.6 35,6 6 2 22 2 mmJU SS  Ta chọn dây dẫn tròn có đường kính d = 0,25 mm, có tiết diện 0,04909 mm2. 16. Chọn hệ số lấp đầy: klđ = 0,7. Với hc WdWd K cdcd lđ . )( 4 2 2 21 2 1    . 17. Chiều rộng của số: c .8 30.7,0 )249.28,06080.12,0( 4 .2 . )( 4 22 2 2 21 2 1 mm kc WdWd lđ cdcd      Chọn c = 12 mm. 18. Chiều dài mạch từ: L = 2a + 3c = 5.12 = 60 mm. 19. Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 30 + 2.12 = 54 mm. 4.10. Tính chọn diode cho chỉnh lưu nguồn nuôi  Dòng điện hiệu dụng qua diode: .083,0 2 1176,0 2 2 AIIDhd   Điện áp ngược lớn nhất diode phải chịu: .226 2max VUU N   Chọn diode có dòng định mức: .83,0083,0.10 AIkI Dhdiđm   Chọn diode có điện áp ngược lớn nhất: .4422.2. max VUkU NUn   Chọn diode loại Kπ208A có thông số như sau:  Dòng điện định mức: Iđm = 1,5 A.  Điện áp ngược cực đại: UN = 100 V. C. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB D. MẠCH BẢO VỆ VÀ KẾT LUẬN I-Mạch bảo vệ: 1/Giới thiệu : Các phần tử bán dẫn công suất được sử dụng ngày càng rộng rãi, có nhiều ưu điểm như: gọn nhẹ, làm việc với độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, dễ dàng tự đ ộng hoá……... Tuy nhiên những phần tử bán dẫn công suất rất khó tính toán và cũng hay bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau. Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 63 Do đó cần phải bảo vệ các tiristor, cần phải tôn trọng các tỉ số giới hạn sử dụng do nhà chế tạo đã định với từng phần tử. - Điện áp ngược lớn nhất - Giá trị trung bình lớn nhất đối với dòng điện - Nhiệt độ lớn nhất đối với thiết bị - Tốc độ tăng trưởng lớn nhất của dòng điện dt di - Thời gian khoá toff - Thời gian mở ton - Dòng điện kích thích - Điện áp kích Các phần tử bán dẫn công suất cần được bảo vệ chống nhiều sự cố bất ngờ xảy ra gây nhiễu loạn nguy hiểm như: ngắn mạch tải, quá điện áp hoặc quá dòng điện. Các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ. Trong khi làm việc với nhiệt độ quá nhiệt độ cho phép dù thời gian rất ngắn cũng có thể phá huỷ thiết bị. Đối với bán dẫn Ge: TjM = 800 - 1000 Đối với bán dẫn Si: TjM = 1800 – 2000 Nếu phần tử bán dẫn không được làm mát thì khả năng chịu dòng điện chỉ còn 30% - 50%. Để cho các tiristor làm việc được tốt ta dùng quạt lám mát đối với các tiristor nhỏ. Đối với các tiristor có công suất lớn thì dùng nước hoặc dầu biến thế để làm mát. Khi cho xung điều khiển vào van thì ban đầu chỉ có những điểm lân cận tiếp giáp với J2 dẫn điện môi mới lan dần ra xuất hiện ở những vùng có điện trường lớn. Về dòng điện, nếu dt di lớn thì tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt ghép J2 có thể tạo những vùng nóng chảy, mặt ghép J2 bị hỏng. Có thể giảm nhỏ được dt di bằng cách đặt một điện kháng bão hoà trong mạch anot của tiristor. Đặc điểm của cuộn kháng, khi mach từ chưa bão hoà thì có một điện kháng lớn, khi mạch từ bão hoà thì có điện kháng nhỏ. 2/ Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn: Khi làm việc với dòng điện chạy qua, trên van có sụt áp, do có tổn thất công suất P , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bàn dẫn chỉ cho phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép, nếu quá nhiệt dộ cho phép thì van bán dẫn sẽ bị hỏng. 1- Tổn thất công suất trên 1 tiristor: W)(466,6537,36.8,1.  lvIUP 2- Diện tích bề mặt toả nhiệt: )(2,0 40.8 466,65 . 2m K PS n n    Trong đó:  : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường. Lấy Tmt = 400C Chọn Tlv trên cánh tản nhiệt là 800C Suy ra  = Tlv – Tmt = 400C Kn : hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn Kn = 8 W/m2.0C Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 64 Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh a.b=10.10 (cm) Tổng diện tích tản nhiệt của cánh: S = 12 . 2 . 10 . 10 = 2400 (cm2) = 0,24 (m2) 3/ Bảo vệ quá dòng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. 1- Chọn 1 aptomat có: )(27)(5,2693,13.3.1,1.1,1 AAII lddm  Udm = 220 (V) Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện Chỉnh định dòng ngắn mạch: )(61)(32,6093,13.3.5,2.5,2 AAII ldnm  Dòng quá tải: )(37)(27,3693,13.3.5,1.5,1 AAII ldqt  2- Chọn cầu dao có dòng định mức: )(2793,13.3.1,1.1,1 AII ldqt  Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ truyền động. 3- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các tiristor ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu: Nhóm 1CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC: I1CC = 1,1 . I2 = 1,1 . 51,44 = 56,6 (A) Nhóm 2CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC: I2CC = 1,1 . Ihd = 1,1 . 36,37 = 40 (A) Nhóm 3CC: Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC: I3CC = 1,1 . Id = 1,1 . 63 = 69,3 (A) Vậy chọn cầu chảy nhóm: 1CC loại 60 (A), 2CC loại 40 (A), 3CC loại 70 (A) 4/ Bảo vệ quá điện áp cho van: - Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với tiristor. Chọn R1 = 5,1 ( ), C1 = 0,25 ( F ) Mạch RC bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 65 - Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mắc mạch R-C như hình vẽ: Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới Chọn R2 = 12,5 ( ), C1 = 4 ( F ) Đồ án Điện tử Công suất GVHD: NGUYỄN MẠNH HÀ SVTH: LÊ VĂN NGHĨA Trang: 66 TC A 780 TC A 780 TC A 780 TC A 780 TC A 780 TC A 780 Â Ä Ö A ÏN M Ä N H O ÜC TR Æ Å ÌN G  H B K  A Ì N À ÔN G K hoa  iãûn_ Låïp 01 1 G V H D SV TH TL M Lc Lc Lc Lc A B C ABC RR RR R 1R 2 R 3 RST 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 5 1 9 10 12 14 D z L T 5 T 3 T'4 T'6 T'2 T 4 T 6 T 2 T'1 T'3 T'5 U âk2 U âk1 +15V +15V SÅ Â Ä Ö H ÃÛ TH Ä ÚN G TR U Y ÃÖN Â Ä ÜN G SL C K T R c R B R A 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 8 16 13 6 11 15 T 1 V O Î N H Æ BÇN H N G U Y ÃÙN B Ã