Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển động cơ 1 chiều

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

---------ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Giảng viên hướng dẫn: TS.Ngơ Đình Thanh
Nhóm SV thực hiện: Nhóm 4 ( 18N29B )

•
•
•
•
•

Phan Ben
( MSV: 105180273 - 18TDH1 )
Hồ Văn Dũng ( MSV: 105180348 - 18TDH2 )
Lê Thạc Đạt ( MSV: 105180343 - 18TDH2 )
Bùi Văn Hưng ( MSV: 105180083 - 18D2
)
Trần Văn Lập ( MSV: 105180152 - 18D3
)

Mục lục

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

1


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Nhóm4N29B

Đồ án Điện tử cơng suất

2


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Chương 1: Giới thiệu về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều
chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
1.1 Giới thiệu động cơ điện một chiều không đồng bộ
1.1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều

Hinh1.1 Máy điện một chiều

Động cơ điện một chiều chia thành 2 thành phần chính:
- Phần cảm ( stator)
• Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi thép cực và dây quấn kích từ lồng
ngồi lõi thép cực từ, dịng điện chạy trong dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có
cực tính liên tiếp luân phiên nhau. Cực từ chính làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ép lại,
tán chặc và gắn vào vỏ máy nhờ các bulơng.
• Cực từ phụ được đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép cực từ phụ
thường được làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn và cực từ phụ được
gắn vào vỏ máy nhờ các bulơng.
• Gơng từ dùng để làm mạch từ, nối liền giữa các cực từ đồng thời dùng làm vỏ máy. Trong
máy điện nhỏ thường làm bằng các lá thép uốn rồi hàn lại, trong máy điện lớn thường
dùng thép đúc.
• Các bộ phận khác gồm nắp máy và cơ cấu chổi than. Cơ cấu chổi than để đưa điện từ phần
quay ra ngồi gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ có lị xo ép chổi nên chổi
than tì chặt lên cổ góp.

- Phần quay ( Rotor)

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

3


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

• Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày 0.5mm
phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ghép lại. Các lá thép được dập các lỗ để gắn rotor với
trục và lỗ thơng gió. Mặt ngồi lõi thép được dập các rãnh để đặt dây quấn phần ứng.
• Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động và có dịng điện chạy qua. Dây quấn
phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện, gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp với
nhau, đặt trong các rãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vịng kín. Phần tử dây
quấn là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu bối dây nối với 2 phiến góp,
hai cạnh tác dụng phần tử đặt trong rãnh dưới hai cực từ khác tên. Trong một rãnh đặt hai
lớp dây quấn. Một phần tử có hai cạnh tác dụng nên mơt cạnh đặt ở lớp trên còn cạnh kia
đặt ở lớp dưới. Lớp trên là lớp gần mặt phần ứng.
• Cổ góp vành góp hay cịn gọi là vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều
thành dòng một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng hình đi nhạn được ghép thành một
khối trụ, cách điện với nhau và với trục máy.

- Các bộ phận khác như trục máy, quạt làm mát máy,…
-

Hình 1.2: Động cơ điện một chiều

1.1.2 Nguyên lý làm việc
• Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các
thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay,
chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.
• Khi phần ứng quay được nửa vịng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Do có phiếu góp chiều dịng điện dữ ngun làm cho chiều lực từ tác dụng
không thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

4


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

động Eư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở
động cơ chiều suất điện động Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản
điện động. Khi đó ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư .

1.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều
Có 3 phương pháp để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều:
- Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng.
- Phương pháp thay đổi từ thông Ф.
- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng.
1.2.1 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng
- Đây là một phương pháp thường dùng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều
- Nguyên lý điều khiển:
Trong phương pháp này, ta giữ U = Uđm ,

Φ=Φ
đm

và nối thêm điện trở phụ vào mạch phần

ứng để tăng điện trở phần ứng.
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
β=

∆M (k Φ )2
=
∆ω Ru + Rr

Ta thấy khi điện trở càng lớn thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc và do đó càng
mềm hơn. Ta có:

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

5


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Hình 1.3: Đặc tính của động cơ khi thay đổi điện trở phụ
Nguồn: lib.hpu.edu.vn

Ứng với Rf = 0 (Ω) ta có độ cứng tự nhiên βTN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên
có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ. Như vậy, khi ta thay đổi
Rf ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên.
1.2.2. Phương pháp thay đổi từ thông Ф
- Nguyên lý điều khiển:
Giả thiết U= Uđm, Rư = const. Muốn thay đổi từ thơng động cơ ta thay đổi dịng điện
kích từ, thay đổi dịng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở vào mạch
kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ. Bình thường khi động cơ làm việc ở

chế độ định mức với kích thích tối đa (Ф =Ф max) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng
điện trở vào mạch kích từ nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông tức là điều
chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức. Nên khi giảm Ф thì tốc độ khơng tải lý

tưởng

U
ωo = đm
kΦ

β=

tăng, cịn độ cứng đặc tính cơ

(kΦ )2
Rư

giảm, ta thu được họ đặc tính cơ

nằm trên đặc tính cơ tự nhiên.

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

6


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Hình 1.2: Đặc tính của động cơ khi thay đổi từ thông
Nguồn: lib.hpu.edu.vn

- Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thơng thì dịng điện tăng và tăng vượt q
mức giá trị cho phép nếu momen khơng đổi. Vì vậy muốn giữ cho dịng điện khơng vượt
q giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thơng thì ta phải giảm Mt theo cùng tỉ lệ.
1.2.3. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
- Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy
phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển … Các thiết bị nguồn này
có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều
chỉnh nhờ tín hiệu điều khiển Uđk. Vì nguồn có cơng suất hữu hạn so với động cơ nên các
bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không. Để đưa tốc động cơ với
hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi D = 1:10 hoặc hơn nữa.

Hình 1.3: Sơ đồ dùng bộ điều khiển biến đổi điện áp phần ứng
Nguồn: lib.hpu.edu.vn

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

7


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:
Eb − = I ö .(Rb + Röd )

ω=

Eb
R + Röd
− b
.I
K .ϕ ñm K .ϕñm ö

ω = ω o.Uñk −

M
θ |β |

- Vì từ thơng của động cơ được giữ khơng đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng khơng đổi,
cịn tốc độ khơng tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uđk của hệ thống,
do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi
đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được
giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai
số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và
nhỏ nhất của tốc độ là:

Để thoả mãn khả năng q tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có momen
ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm
Trong đó KM là hệ số quá tải về mơmen. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng song song
nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết:

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

8


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

1 Mñm
=
.K − 1
|β | |β | M
ωomax .| β |
M
−1
ωomax − ñm
Mñm
|β |
D=
=
1
KM −1
(K M − 1).Mñm.
|β |

ωmin = Mnmmin − Mđm.

Hình 1.4: Đặc tính của động cơ khi biến đổi điện áp
Nguồn: lib.hpu.edu.vn

- Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ωomax, Mđm, KM là xác định, vì vậy phạm vi
điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β . Khi điều chỉnh điện áp phần
ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp
khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được:
ωomax .| β |

1
≤ 10
Mđm

Vì thế tải có đặc tính mơmen khơng đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng khơng
vượt q 10. Đối với các máy có u cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc
độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không thoả mãn được.
- Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi đặc tính cơ tĩnh của hệ truyền động một
chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng có đặc
tính cơ trong tồn dải là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc
tính thấp nhất của dải điều chỉnh. Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải
điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ
làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai số
tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

9

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Vì các giá trị Mđm, ω0min, scp là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cứng
đặc tính cơ sao cho sai số khơng vượt q giá trị cho phép. Để làm việc này, trong đa số
các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vịng kín.

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

10


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Chương 2: Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha Thyristor
2.1: Tổng quan về bộ chỉnh lưu Thyristor cầu ba pha.

2.1.1: Giới thiệu về Thyristor
a. Cấu tạo:
Thyristor là dụng cụ bán dẫn gồm 4
lớp bán đẫn loại P và N ghép xen kẽ
nhau và có 3 cực anode ( A), catode
( K) và cực điều khiển Gain ( G).

Hình 2.2.1: Cấu tạo của Thyristor
Nguồn: Slide bài giảng thầy Giáp Quang
Huy

b. Hoạt động:

• Thyristor chỉ cho dịng điện đi qua theo 1 chiều lúc được kích mở.
• Thyristor có ba trạng thái hoạt động:
- Mở ( phân cực thuận – cho dòng điện đi qua theo 1 chiều duy nhất A → K)
- Đóng ( phân cực ngược)
- Khóa ( phân cực thuận – khơng cho dịng điện đi qua)
• Điều kiện mở Thyristor:
+ Phân cực thuận UAK > 0.
+ Xung điều khiển kích vào chân điều khiển IG > 0.
• Điều kiện đóng Thyristor:
+ Triệt tiêu dịng điện thuận.
+ Đặt điện áp ngược lên Thyristor.

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

11


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

• Đặc tính volt – ampe lý tưởng

của Thyristor:

• Đặc tính volt – ampe thực tế của Thyristor:

Nguồn: Slide bài giảng điện tử công suất thầy Giáp Quang Huy

GVHD: TS. Ngô Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

12


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

2.1.2 Chỉnh lưu cầu 3 pha Thyristor
- Cấu trúc:

- Hoạt động:
+ udA chỉ phụ thuộc vào góc kích cảu nhóm anode
và điện áp nguồn, khơng phụ thuộc trạng thái
kích của nhóm cathode.
+ udK chỉ phụ thuộc vào góc kích cảu nhóm
cathode và điện áp nguồn, khơng phụ thuộc trạng
thái kích của nhóm anode.
+ Góc điều khiển của mỗi Thyristor 0 < α < π.
+ Xung kích: Thyristor được kích lặp lại để đảm
bảo dịng liên tục

+ Trị trung bình của điện áp chỉnh lưu:

Ud(α) =

U 2 .3 6
π

+ Dịng trung bình qua tải: Id = ( Ud – E )/ R

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

13


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

+ Dòng qua Thyristor:
IVi AV = Id/3
+ Điện áp ngược cực đại đặt lên linh kiện:
URRM = √6 .U
+ Trị hiệu dụng dịng qua nguồn (TH dịng tải
khơng đổi):
I = √(2/3) . Id
+ Dịng điện qua nguồn điện áp:
•

i1 = iV1 – iV4

•

i2 = iV3 – iV6

•

i3 = iV5 – iV2

2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống chỉnh lưu – động cơ điện một chiều ( hệ T- Đ) không
đảo chiều:
Hệ T – Đ là một hệ biến đổi van điều khiển động cơ. Bộ biến đổi có các van điều khiển là
một loại nguồn điện áp một chiều. Khi nối mạch phần ứng động cơ một chiều ta sẽ có hệ truyền
động Thyristor – Động cơ theo sơ đồ sau:

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ điện một chiều

Trong đó:

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

14


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

•

Nhóm4N29B

Đ – là động cơ điện một chiều, thực hiện chức năng biến đổi điện năng thành cơ

năng truyền động cho cơ cấu sản xuất
• BBĐ – là bộ biến đổi van có điều khiển, thực hiện chức năng biến năng lượng điện

•
•
•
•
•

xoay chiều thành năng lượng điện một chiều để cung cấp cho động cơ
ft – máy phát tốc thực hiện chức năng phản hồi âm tốc độ
TH & KĐ – là khâu tổng hợp và khuếch đại tín hiệu điều khiển
FX – là khâu phát xung
CKĐ – cuộn kích từ độc lập
UR – tín hiệu điện áp đặt

- Hoạt động
Gỉa sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới điện với điện áp thích hợp, lúc này
động cơ vẫn chưa làm việc. Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt UR ứng với một tốc độ
nào đó của động cơ. Thơng qua các khâu TH&KĐ và mạch FX sẽ xuất hiện các xung đưa
tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếu lúc này nhóm van nào đó đang
được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với một góc mở α. Đầu ra của BBĐ có điện áp U d đặt
lên phần ứng động cơ → động cơ quay với tốc độ ứng với UR ban đầu.
Trong quá trình làm việc: Nếu vì một ngun nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ
giảm thì qua biểu thức: Uđk = UR – γn sẽ hiệu chỉnh lại tín hiệu điều khiển.

Khi n giảm→ Uđk tăng → α giảm →Ud tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình sẽ diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý
ổn định tốc độ.
Bộ biến đổi Thyristor có nhiệm vụ biến đổi dịng điện xoay chiều của lưới điện thành
dòng một chiều của lưới điện thành dịng một chiều cung cấp cho động cơ. Nó cịn làm
nhiệm vụ điều khiển sức điện động cảu bộ biến đổi. Do đó, điều khiển được tốc độ động
cơ.
Một bộ biến đổi van có thể gồm máy biến áp lực, van chỉnh lưu, mạch lọc, thiết bị bảo vệ
và mạch điều khiển. Tùy từng só lượng van và các nối, ta chia làm hai loại:
+ Loại sơ đồ hình tia.
+ Loại sơ đồ hình cầu.
Chúng ta sẽ sử dụng loại sơ đồ hình cầu trong đề tài này

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

15


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Nhóm4N29B

Đồ án Điện tử cơng suất

16

Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Chương 3: Tính tốn, lựa chọn linh kiện cho các phần tử mạch động lực

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ thống chỉnh lưu – tải
3.1. Tính chọn van chỉnh lưu
- Đề tài chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển
→ do đó chúng ta sử dụng Thyristor để làm các van chỉnh lưu.
Với van chỉnh lưu, ta cần quan tâm các thơng số chính:
+ Umax: điện áp cực đại đặt lên van.
+ Ung max: điện áp ngược cực đại đặt lên van.
+ Itb: dịng điện trung bình tối đa cho phép.
+ tph: thời gian phục hồi tính chất khóa của van.
+ ∆U: độ sụt áp của van.

a, Điện áp ngược của van:
U1v = knv. U2
mà U2 = Ud/2,34 ( tỉ số điện áp tải và điện áp pha thứ cấp của nguồn)

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

17


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

=> U1v = knv. Ud/2,34 ( lấy 3√6 /π ≈ 2,34 )
trong đó:
Ud – điện áp qua tải.
U2 – điện áp pha hiệu dụng của thứ cấp nguồn
U1v - điện áp ngược max của van.
knv – hệ số điện áp ngược, k nv = √6 đối với cầu 3 pha.
Để chọn được van phù hợp thì điện áp ngược chịu đựng của van được chọn phải lớn tích
giữa

hệ số dự trữ điện áp ( ku = 1,5 ÷ 1,8 ) và điện áp ngược max:
Unv ≥ ku . U1v
Chọn ku= 1,8 và ta lại có điện áp Ud = 220 V.
=> Unv ≥ 1,8 . √6 . 220/2,34 ≈ 414,53 V

b, Dòng điện làm việc của van:
Dòng điện làm việc hiệu dụng của thyristor: I1v = Id /√3
trong đó:
Id – dịng điện qua tải.
Để van là việc an toàn, ta cần chọn van chịu được dòng Iv ≥ ki . I1v
với ki = 1,1 ÷ 1,4 là hệ số dự trữ dòng điện, chọn ki = 1,4.
=> Iv ≥ 1.4. Id/√3.

mà Id =

P
η .U dm

1, 4.1500
3.0,9.220

=> I v ≥

≈ 6.12 A

P
η .U dm

Vậy cần chọn Thyristor chịu được Unv ≥ 414,53 V, Iv ≥ 6,12 A.
Xem xét linh kiện trên thị trường ta chọn thyristor : TYN612 ( 12A 600V TO-220 )

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

18


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

Thơng số linh kiện:

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

19


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

3.2 Thiết kế máy biến áp của mạch động lực
Chọn máy biến áp ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát tự nhiên bằng khơng khí.

• Tính các thơng số cơ bản:
1 – Tính cơng suất biểu kiến của máy biến áp:

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

20


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

S = ks.Pd max = ks.

P
η

Nhóm4N29B

= 1,05 .

1500
0,9

= 1750 ( VA )

2 – Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp:

U1 = 380 V

3 - Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Ud0.cos α min = Ud + 2∆Uv + ∆Udn + ∆UBA
trong đó:







Ud0 – điện áp chỉnh lưu khơng tải.
α min = 10o – góc dự trữ khi có suy giảm điện áp trên lưới.
∆Uv = 1,6 V – điên áp sụt trên thyristor.
∆Udn = 0 – sụt áp trên dây nối.
∆UBA = ∆Ur + ∆Ux – sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.

Chọn sơ bộ: ∆UBA = 6%. Ud = 6%. 220 = 13,2 V.

⇒

220 + 2.1, 6 + 0 + 2.13, 2
cos10o

Ud0 =

Điện áp thứ cấp máy biến áp:

= 253,45 V

U2 =

Ud 0
3 6
π

= 108,35 V

4 – Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp: I2 =

2
3

.Id =

5 - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp I1 = kBA. I2 =

U2
U1

2
3

.

. I2 =

P
η .U dm

= 6,19 A

108,35
.6,19
380

= 1,76 A

• Tính tốn dây quấn – số vịng và kích thước dây
Bởi cơng suất máy biến áp bé hơn 10kVA nên ta lựa chọn phương án trụ chữ nhật với tiết
diện trụ QFe = a.b với a – bề rộng trụ, b – bề dày trụ

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử công suất

21


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

QFe = kQ

Nhóm4N29B

S BA
m. f

6 – Tiết diện sơ bộ trụ:

trong đó:





SBA – cơng suất máy biến áp
kQ – hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ= 6.
m – số trụ của máy biến áp, m =3.
f – tần số xoay chiều, f = 50 Hz.
6.

Thay số vào ta có: QFe =

1750
3.50

≈ 20,5 cm2

7- Chọn lá thép có độ dày 0,35 mm

Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T.
8 – Kích thước trụ:
Trụ hình chữ nhật: QFe = a.b = 20,5 cm2 với a- bề rộng trụ, b – bề dầy trụ.
Như vậy chuẩn hóa kích thước trụ theo tiêu chuẩn của phụ lục 7 ta có:
QFe =23,3 cm2, a = 4 cm, b = 6,4 cm.

Đường kính trụ: dFe =

4.QFe
π

= 5.45 cm

9 – Chiều cao của trụ
Với a = 4 cm, b = 6,4cm ta có chiều cao trụ H = 14 cm và h = 10 cm.

• Tính tốn dây quấn
10 – Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp

W1 =

U1
2.π . f .QFe .BT

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

=

380
2.π .50.20,5.10−4.1, 0

≈ 835 vịng

Đồ án Điện tử cơng suất

22


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

11 – Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: W2 =

U2
.W1
U1

108,35
.835
380

=

≈ 238 vòng

12 – Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp
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 =

I1
J1

=

1, 76
2, 75

= 0,64 mm2

Chọn dây dẫn tiết diện trịn.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn theo phụ lục 8 ta có: S1= 0,6362 mm2
⇒

Đường kính dây có kể cả cách điện dn1 = 0,96 ÷ 0.99; chọn dn1 = 0,99 mm

14 – Tính lại mật độ dịng điện trong cuộn dây sơ cấp: J1 =

15 – Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

S2 =

I1
S1

= 2,77 A/mm2

I2
J2

=

6,19
2, 75

= 2,25 mm2

Chọn dây dẫn tiết diện trịn.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn theo phụ lục 8 ta có: S2 = 2.378 mm2
⇒

Đường kính dây có kể cả cách điện dn2 = 1,83 ÷ 1,85; chọn dn2 = 1,85 mm

16 – Tính lại mật độ dịng điện trong cuộn thứ cấp:

J2 =

I2
S2

= 2,6 A/mm2

• Kết cấu dây quấn sơ cấp
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ
17 – Tính sơ bộ số vịng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

GVHD: TS. Ngô Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

23


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

h − hg1

W1l

=

d n1

=

h − 2.d n1
d n1

=

Nhóm4N29B
100 − 2.0,99
0, 99

= 99 vịng

trong đó: .

 h – chiều cao trụ.
 hg1 – khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp ( hg1 =2 dn1)
 dn1 – đường kính dây kể cả cách điện.

18 – Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp

19 – Chọn số lớp:

S1l

S1l

=

W1
W1l

=

835
99

= 8,43 lớp

= 9 lớp

Như vậy có 835 vịng chia thành 9 lớp, chọn 8 lớp đầu mỗi lớp có 93 vịng, lớp thứ
9 có 835 – 8.93 = 91 vịng.

20 – Chiều cao thực tế của cuộn dây phía sơ cấp:

h1 =

93. d n1

= 93. 0,99 = 92,07

mm
Ta có: Trụ có kích thước a= 4 cm, b = 6,4 cm
21 – Chọn khoảng cách giữa trụ và cuộn sơ cấp:

cd01 = 1,0 cm

22 - Chọn bề bìa dày cách điện sử dụng ở cuộn sơ cấp:

cd11 = 0,1 mm

23- Bề dày cuộn sơ cấp

Bd1 = ( dn1 + cd11).

S1l

= ( 0.99 + 0,1 ).9 = 9,81 mm = 0.981 cm

trong đó:

 dn1 – đường kính dây sơ cấp có kể cách điện
 cd1l – bề dày bìa cách điện ở cuộn dây sơ cấp

24 - Bề rộng trung bình của vịng dây sơ cấp

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

24


Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Nhóm4N29B

( a + 2cd 01 ) + ( a + 2cd01 + 2 Bd1 )
2

atb1 =

( 4 + 2.1, 0 ) + ( 4 + 2.1, 0 + 2.0, 981)
2

=

= 6,981 cm

25 – Bề dày trung bình của vịng dây sơ cấp

( b + 2cd 01 ) + ( b + 2cd01 + 2 Bd1 )
2

btb1 =

( 6, 4 + 2.1, 0 ) + ( 6, 4 + 2.1, 0 + 2.0, 981)
2

=

= 9,381

cm
26 – Chiều dài trung bình của cuộn dây quấn sơ cấp
Do dây quấn sơ cấp quấn hình chữ nhật nên ta có
l1

= W1.2.( atb1 +btb1) = 835. 2. (6,981+9,381)
= 27324,54 cm ≈ 273, 25 m

• Kết cấu dây quấn thứ cấp
27 – Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp:
28 – Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

29 – Tính sơ bộ số vịng dây trên một lớp

30 – Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp

31 – Chọn số lớp dây quấn thứ cấp

cd12 = 1,0 cm

h1 = h2 = 92,07 mm

W1l '

S2l

S2l

=

=

h2
dn2

W2
W1l '

=

=

92, 07
1, 79

238
51

= 51 vòng

= 4,67 lớp

= 5 lớp.

Chọn 4 lớp đầu có 48 vịng, lớp thứ 5 có 238 – 4.48 = 46 vịng
32 – Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:

h2 = 48. dn2 = 48. 1,79 = 85,92 mm

ta lại có:
cd01 = 1,0 cm - khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp

GVHD: TS. Ngơ Đình Thanh

Đồ án Điện tử cơng suất

25