Thiết kế bộ kích từ cho động cơ đồng bộ

THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ BÀI: Đề số 30
Thiết kế bộ kích từ cho động cơ đồng bộ
Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế
Thiết kế mạch chỉnh lưu có điều khiển Động cơ 1850HP, Kích từ 25 DVC, 15KW
Hải Phòng, năm 2012
ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ
1
Mục lục
Lời mở đầu
Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ và phương pháp điều khiển
kích từ của động cơ đồng bộ ba pha
1.1: Giới thiệu chung về chủng loại thiết bị được giao thực hiện thiết kế,
công nghệ kích từ.
1.1.1: Nguyên tắc điều khiển mở máy
1.1.2: Nguyên tắc điều chỉnh kích thích
1.2: Giới thiệu chung về mạch lực, mạch điều khiển.
1.2.1: Giới thiệu về mạch lực
1.2.2: Giới thiệu chung về mạch điều khiển
Chương 2 : Thiết kế mạch lực
2.1: Chọn phương án chỉnh lưu
2.2: Lựa chọn phương án thiết kế mạch điều khiển
2.3: Tính toán chọn van
2.4: Tính toán các thông số điện áp, dòng điện và công suất máy biến áp
2.5: Tính toán mạch từ MBA
Chương 3 : Thiết kế mạch điều khiển
3.1: Tính toán khâu đồng pha và nguyên lý hoạt động của mạch.
3.2: Giới thiệu các khâu điều khiển cần biết
3.2.1: Khâu tạo điện áp răng cưa.
3.2.2: Khâu so sánh.

3.2.3: Khâu phát xung chùm.
3.2.4: Khâu khuyếch đại xung và biến áp xung.
2
3.2.5: Khâu phản hồi.
3.3: Tính toán khối nguồn và MBA đồng pha.
3.4: Tính toán các khâu điều khiển.
3.5: Ghép nối thành sơ đò hoàn chỉnh. ( có bản vẽ A3 )
Kết luận: …
Tài liệu tham khảo: …
3
Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ kích từ
1.1: Giới thiệu chung về chủng loại thiết bị được giao thực hiện thiết kế,
công nghệ kích từ.
Động cơ đồng bộ được dùng rộng rãi trong các hệ thống tryền động điện
công suất lớn, không cần điều chỉnh tốc độ, làm việc ở chế độ dài hạn. Ngày
nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ
được nghiên cứu, ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại dải công
suất. Động cơ đồng bộ có những nguyên tắc sau đây:
1.1.1: Nguyên tắc điều khiển mở máy
Quá trình mở máy chia làm 2 giai đoạn: Khởi động không đồng bộ và
đưa vào đồng bộ
- Trong giai đoạn thứ nhất, sau khi dây quấn stato được nối vào lưới điện
3 pha, từ trường quay được tạo ra sẽ tác dụng lên dây quấn khởi động
( hay là lồng sóc khởi động đặt trong roto của máy ) lên momen quay
đưa tốc độ động cơ lên gần tốc độ đồng bộ
- Trong giai đoan thứ hai, dòng kích từ sẽ được đưa vào roto, động cơ sẽ
tự kéo vào đồng bộ và dây quấn khởi động ( lồng sóc khởi động ) hết
tác dụng
Trong giai đoạn đầu, ở trong dây quấn kích thích cũng có sức điện động
cảm ứng lớn. Điều đó làm cho mạch roto thêm phức tạp. Điều khiển trong

quá trình khởi động là phải điều khiển cả hai giai đoạn đó trong mạch stato
cũng như trong mạch roto.
4
Để hạn chế dòng điện, có thể dùng cách giảm điện áp bằng biến áp tự
ngẫu hoặc dùng cuộn kháng. Người ta rất ít dùng điện trở phụđể hạn chế
dòng điện vì tổn thất năng lượng lớn và chỉ tiêu chất lượng khởi động không
tôt. Với động cơ công suất nhỏ và ở điện áp thấp thì có thể cho phép sử dụng
điện trở phụ để hạn chế dòng điện.
Trong giai đoạn khởi động không đồng bộ,dây quấn kích thích ở roto
không được hở mạch vì sức điện động cảm ứng tạo thành có thể chọc thủng
cách điện.
Không phụ thuộc vào cách nối mạch stato, mạch điện roto có thể có ba
cách nối.
a. Cách nối thứ nhất: Roto được nối trực tiếp vào máy kích thích ngay từ
đầu. Sơ đồ này gọi là sơ đồ kích thích trực tiếp. Sơ đồ này đơn giản, làm
việc chắc chắn và kinh tế. Tuy vậy không phải bao giờ cũng áp dụng được.
b. Cách nối thứ hai :
Dây quấn kích thích được nối vào máy kích thích qua một điện trở phụ.
Khi không thoả mãn điều kiện t
kđ1
≤ t
kt
, nghĩa là kích thích hình thành
sớm quá ảnh hưởng đến dòng điện stato làm khó khăn cho quá trình kéo vào
đồng bộ. Để hạn chế ảnh hưởng của dòng điện kích thích trong qúa trình
khởi động không đồng bộ người ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch kích
thích của động cơ không đồng bộ. điều kiện để áp dụng sơ đồ:
M
c
≤ 40%M

dd
.
Ngược lại nếu kích thích hình thành quá chậm thì quá trình khởi độnh
không đồng bộ kéo dài sẽ gây quá tải ở dây quấn khởi động.
c. Cách nối thứ ba:
Dây quấn kích thích được nối vào điện trở phóng điện. Khi đạt tốc độ
vào đồng bộ thì loại bỏ điện trở phóng điện và đóng vào máy kích từ. Về
5
mặt khởi động và kéo vào đồng bộ thì đây là sơ đồ tốt nhất và được gọi là sơ
đồ gián tiếp. Khi không thoả mãn các điều kiện:
M
c
≤ 40%M
dđ
và t
kđ1
≤ t
kt
thì ta phải sử dụng sơ đồ này. Điện trở phóng
điện ở sơ đồ này có những nhiệm vụ sau:
- Hạn chế điện áp trên dây quấn kích thích.
- Làm tốt đặc tính khởi động của động cơ.
- Tiêu tán nhanh năng lượng từ trường khi ngắn mạch phía stato
hoặc khi cắt động cơ khỏi lưới.
1.1.2: Nguyên tắc điều chỉnh kích thích
Động cơ điện đồng bộ cũng được dùng để truyền động các máy sản xuất
có momen phụ tải biến đổi lớn (ví dụ như các máy cán lớn, máy nâng ở hầm
mỏ ). Lúc này nếu phụ tải tăng mà kích thích vẫn giữ không đổi thì sẽ dẫn
đến làm giảm công suất phản kháng phát vào lưới điện, tăng công suất tiêu
thụ từ lưới điện, giảm khả năng tải của động cơ. Hệ thống điều khiển có thể

có bộ phận tự động điều khiển kích thích.
Khi phụ tải tăng lên, dòng điện qua cuộn dòng điện của biến áp cũng
tăng lên, còn điện áp ở cuộn điện áp có thể giảm xuống. Kết quả diện áp ở
cuộn ra của biến áp cũng tăng lên, do đó điện áp một chiều sau cầu chỉnh lưu
cũng tăng lên, kích của động cơ được tăng lên.
Những thay đổi lớn của tải mà kích thích vẫn không được điều chỉnh
theo có thể gây nên dao động lớn về tốc độ và có khả năng đưa động cơ ra
khỏi chế độ đồng bộ. Lúc này phải cắt động cơ ra khỏi nguồn bằng rơle bảo
vệ dòng điện cực đại.
Nếu quá trình công nghệ không cho phép dù chi là tạm thời thì khi đó phải
áp dụng sơ đồ tự động hoá đồng bộ. Và đây chính là nhiệm vụ thiết kế của
đồ án Điện tử công suất được giao.
1.2: Giới thiệu chung về mạch lực, mạch điều khiển.
6
1.2.1: Giới thiệu chung về mạch lực.
Mạch lực bao gồm các khối cơ bản sau:
a. Biến áp lực (BAL):
- Biến điện áp xoay chiều có biên độ cần thiết với điện áp phù hợp của tải.
- Ngoài ra còn làm nhiệm vụ cách ly giữa nguồn chỉnh lưu (CL) với lưới
điện xoay chiều.
b. Chỉnh lưu điều khiển (CLĐK): có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều
ba pha thành điện áp một chiều có biên độ phù hợp với tải.
c. Khâu lọc: gồm điện kháng L và tụ điện C tác dụng san phẳng điện áp ra
của khâu CLĐK (vốn có biên độ điện áp nhấp nhô) thành điện áp một chiều
phẳng phù hợp với yêu cầu của tải. Khâu lọc phải thiết kế sao cho tiêu thụ
công suất nhỏ nhất.
d. Khâu phản hồi điện áp: Lấy một phần nhỏ điện áp tải đưa trở về mạch
điều khiển để ổn áp. Muốn vậy thì điện áp phản hồi về phải là phản hồi âm.
e. Khâu phản hồi dòng: Lấy tín hiệu điện áp tỷ lệ với dòng tải phản hồi trở
về mạch điều khiển để bảo vệ dòng hay ngắn mạch.

Ngoài ra còn có khâu đóng ngắt bằng cầu dao điện bảo vệ đặt phía
trước biến áp lực.
1.2.2: Giới thiệu chung về mạch điều khiển
Muốn tiristor mở cho dòng điện chạy qua thì ta phải đặt lên anot của
tiristor điện áp dương, đồng thời đưa xung điều khiển vào cực điều khiển.
Khi mà tiristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dung và dòng điện
chạy qua tiristor do tải quyết định.
a. Chức năng của mạch điều khiển:
- Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ riêng
của điện áp đặt trên anot-catot của tiristor.
- Tạo được các xung đủ để điều khiển mở được tiristor (độ lớn của xung
đủ lớn và độ rộng xung vừa đủ để mở -> giảm công suất điều khiển).
b. Các yêu cầu với mạch điều khiển:
7
Mạch điều khiển là một khâu quan trọng trong các bộ biến đổi vì nó
quyết định đến chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi. Do vậy để đạt được
chất lượng và độ tin cậy cao của bộ biến đổi, nó phải thoả mãn các yêu cầu
sau:
• Yêu cầu về độ lớn của xung điều khiển:
- Mỗi tiristor đều có một đặc tính là quan hệ giữa điện áp đặt trên cực điều
khiển và dòng điện chảy vào cực điều khiển. Quan hệ đó được biểu diễn trên
hình vẽ sau:
- Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc làm cho tiristor mặc
dù cùng loại cũng cõ đặc tính U
đk
= f(I
đk
) khác nhau.
- Với mỗi loại tiristor các đặc tính này dao động giữa hai đặc tính (1) và (2)
về yêu cầu độ lớn của điện áp và dòng điện điều khiển.t

x
=1000 µs
t
x
=100 µs
(2)
(1)
I
II
đường giới hạn
công suất điều khiển
0
U
đk
I
đk
8
Có 3 yêu cầu chủ yếu sau về dòng điện và điện áp điều khiển:
+ Các giá trị lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép.
+ Giá trị nhỏ nhất cũng phải đảm bảo cho tất cả các tiristor cùng loại
làm việc được.
+ Tổn hao công suất trung bình ở cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho
phép.
Trên hình vẽ ta thấy yêu cầu đối với mạch điều khiển là phải tạo ra được
tín hiệu điều khiển nằm trong vùng (I).
• Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển:
Thông thường độ rộng xung điều khiển lớn hơn 5 µs (t
x
=5÷10 µs đối với
tiristor làm việc ở tần số cao và t

x
= 50÷200 µs với tiristor làm việc ở tần số
thấp) và tăng độ rộng của xung điều khiển sẽ cho phép giảm nhỏ xung điều
khiển (như hình vẽ). Khi mạch tải có điện cảm lớn thì dòng tải tăng chậm
nên ta phải tăng độ rộng của xung điều khiển. Độ rộng của xung điều khiển
được tính theo biểu thức:

dtdi
I
t
dt
x
/
=
Trong đó: I
dt
: dòng duy trì của tiristor.
di/dt: tốc độ tăng của dòng tải.
• Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung:
- Độ dốc sườn trước của xung càng cao thì việc mở tiristor càng dễ. Thông
thường yêu cầu độ dốc sườn trước của xung điều khiển là:
9

1,0≥
dt
dI
dk
A/µs.
- Độ dốc sườn trước của xung càng tăng thì đốt nóng cục bộ tiristor càng
giảm.

• Yêu cầu về tính đối xứng của xung trong kênh điều khiển:
Trong các bộ biến đổi có nhiều pha, tính đối xứng của xung điều khiển
rất quan trọng. Nếu xung điều khiển mất đối xứng sẽ làm cho dòng anode ở
các pha có hình dạng khác nhau và giá trị khác nhau làm mất cân bằng sức
từ động của máy biến áp. Do vậy, giảm hiệu suất sử dụng của máy biến áp.
Chương 2: Thiết kế mạch lực
Sơ đồ nhuyên lý:

T1
T3 T5
T2
T4
T6
Rkt
Lkt
( Lkt>>Rkt )
La
Lb
Lc
Ua
Ub
Uc
2.1: Chọn phương án chỉnh lưu
Trước hết, chúng ta phân loại chỉnh lưu thành các loại sơ đồ sau và xét ưu
nhược điểm của chúng:
Các phương án thiết kế mạch lực:
Số liệu yêu cầu: Vd=115 (V), Id = 300 (A)
Tải của kích từ: W
L
>> R (tải cảm lớn -> dòng liên tục)

10
• Phương án 1: Chọn một trong các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển một
pha một nửa chu kỳ (-) chỉnh lưu có điều khiển một pha hai nửa chu kỳ,
chỉnh lưu cần có điều khiển một pha.
Nhận thấy các sơ đồ nêu trên chỉ thích hợp đối với dòng tải nhỏ vì đối
với dòng tải lớn mà chọn các sơ đồ trên thì sẽ gây ra sự mất đối xứng của
lưới -> ảnh hưởng tới sự hoạt động của các thiết bị khác.
Do vậy mà ta phải dùng các sơ đồ chỉnh lưu ba pha.
• Phương án 2: Chọn một trong các sơ đồ sau:
- Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển.
- Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.
- Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển không đối xứng.
a. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển:
Sơ đồ mạch nguyên lý :

Ua
Ub
Uc
La
Lb
Lc
Lkt
Rkt
T1
T2
T3
BAL
( Lkt>>Rkt )

11
u
t
* Nguyên lý hoạt động:
Khi điện áp trên một van nào đó trong ba van mà dương hơn van còn lại
thì van đó sẽ dẫn khi có xung điều khiển mở van đó.
Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dãn sẽ
vẫn dãn khi điện áp âm và van còn lại chưa mở.
αα
π
cos.17,1cos
2
63
22
UUU
d
==
Giá trị trung bình của điện áp
trên tải:
- Giá trị điện áp ngược trên van:

2
.6 UU
ng
=
- Dòng điện trung bình chảy qua thiristor:
I
T
= I
d

/3
- Công suất của máy biến áp:
S
1
= 1,209 Pd ; S
2
= 1,481 Pd
S = (S
1
+ S
2
)/2 = 1,345 Pd
Ưu điểm:
- Do điện áp ngược trên van lớn cho nên nó được sử dụng cho tải
có yêu cầu điện áp thấp và dòng điện lớn dễ dàng cho việc chọn
van.
- Do chỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ -> công suất
tiêu thụ của van nhỏ.
- Việc điều khiển mở van là dễ dàng.
Nhược điểm:
- Điện áp ra có độ đập mạch lớn -> xuất hiện nhiều thành phần
điều hoà bậc cao.
12
- Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao. Sở dĩ như vậy là vì
điện áp chảy trên van không đối xứng qua trục hoành, do vậy
khi khai triển chuỗi Furie -> xuất hiện thành phần một chiều và
thành phần xoay chiều. Tuy nhiên MBA chỉ làm việc với thành
phần xoay chiều -> giảm hiệu suất MBA.
b. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng:

T1
T3 T5
T2
T4
T6
Rkt
Lkt
( Lkt>>Rkt )
La
Lb
Lc
Ua
Ub
Uc
Đồ thị điện áp và dòng điện:
- Thực ra sơ đồ cầu pha ba đối xứng là hai sơ đồ hình trên 3 pha ghép lại.
Mỗi sơ đồ hình từ ba pha hoạt động ở một nửa chu kỳ điện áp
- Sơ đồ hình từ ba pha thứ nhất gồm T
1
, T
3
, T
5
ghép catot chung.
13
b
- Sơ đồ hình từ ba pha thứ hai ghép anot chung gồm T
2
, T
4

, T
6
Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin.
L>>R dòng tải là liên tục.
- Giá trị trung bình của điện áp trên tải:
αα
π
cos.34,2cos
2
63
22
UUU
d
==
- Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên van:
2max
6UU
ng
=
- Giá trị dòng trung bình chạy qua van:
I
T
= I
d
/3
- Công suất của máy biến áp :
S
ba
=1,05 Pd
Ưu điểm:

- Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt.
- Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van
đối xứng.
- Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do U
do
=2,34U
2
-> nó có thể
được sử dụng với điện áp khá cao.
Nhược điểm:
- Mạch điều khiển phức tạp do ta phải tiến hành điều khiển đồng
bộ các van dãn với nhau.
- Điện áp rơi trên van lớn do nhiều van hơn sơ đồ CL từ.
c. Sơ đồ cầu không đối xứng:
14
T1
T3 T5
T2
T4
T6
Rkt
Lkt
( Lkt>>Rkt )
La
Lb
Lc
Ua
Ub
Uc
Sơ đồ gồm hai nhóm:

- Nhóm mắc Katot chung gồm (T
1
, T
3
, T
5
)
- Nhóm mắc Anot chung gồm (T
2
, T
4
, T
6
)
Do L >> R -> dòng tải là liên tục.
- Giá trị điện áp trung bình trên tải:
)cos1(
2
63
2
α
π
+=
UU
d
- Giá trị trung bình của dòng chảy trong tiristor vadiot:
I
T
= I
d

= I
d
/3
- Giá trị điện áp ngược lớn nhất:
2max
6UU
ng
=
15
Nhận xét:
Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng so với chỉnh lưu cầu ba pha đối
xứng quá trình điều khiển đơn giản hơn. Nhưng điện áp chỉnh lưu có lúc
bằng không. Do vậy mà có nhiều thành phẩn sóng hài bậc cao.
Kết luận:
Với tải L>>R, Ud=115 (V), Id=320 (A) và qua các phân tích về ưu
nhược điểm ở trên, sinh viên thiết kế chọn sơ đồ cầu ba pha đối xứng. Bởi vì
khi dòng điện tải lớn, điện áp tải cao thì dòng điện trung bình chảy qua van
nhỏ và điện áp ngược trên van nhỏ hơn so với sơ đồ chỉnh lưu từ ba pha.
Mặt khác, công suất tổn hao trên van với tải trên là rất nhỏ so với công suất
tải và hiệu suất sử dụng máy biến áp rất tốt. Do vậy ta chọn sơ đồ này. Tuy
nhiên sơ đồ này có nhược điểm là quá trình điều khiển phức tạp hơn.
2.2: Lựa chọn phương án thiết kế mạch điều khiển
Từ mạch lực và yêu cầu của xung điều khiển ta đi đến thiết lập sơ đồ
khối cho mạch điều khiển. Ta phải lựa chọn các mạch phù hợp cho từng
khâu trong khối sao cho đạt được tín hiệu điều khiển cần thiết:
ng phađồ
U
t aự
So sánh
K XĐ

BAX
Máy phát xung
U
đk
16
a. Khâu đồng pha
Đây là khâu có nhiệm vụ xác định thời điểm mốc để tính góc mở α.
Nó liên hệ chặt chẽ về pha với điện áp lực. Bên cạch đó nó còn để cách li
mạch điều khiển và mạch lực ở đầu vào hệ điều khiển. Do vậy mà khối đồng
pha có thể dùng biến áp để cách li hoặc dùng phần tử otocupler
(phototransistor).
- Trong khâu này ta chọn biến áp để cách li kết hợp với bộ khuếch đại thuật
toán và diode chỉnh lưu để taọ ra xung đồng bộ.

D1
D2
R1
R2
OP1
E+
E-
Rx1
Udk1
- Sở dĩ ta chọn sơ đồ trên là vì khi thay đổi giá trị của U
đk1
ta sẽ thay đổi
được độ rộng của xung đồng bộ.
b. Khâu tạo U
tựa
Trong thực tế có rất nhiều mạch tạo ra U

tựa
. Ví dụ:
- Mạch chỉ dùng diode, tụ điện và điện trở ghép lại với nhau như hình 1.
- Mạch dùng transistor và các linh kiện điện tử khác như hình 2.
- Mạch dùng khuếch đại thuật toán như hình 3.
17
R
S ơ đồ
m ch:ạ
R1
R2
D1
D2
C
+Ung
-Ung
Hình 1.
R
CUdp
Ecc
Hình 2.
Udp
Dz
C
E+
E-
Hình 3.
ở sơ đồ hình 1 ta có một mạch tạo U
tựa
tương đối đơn giản, dễ lắp đặt, rẻ

tiền nhưng có nhược điểm rất lớn là điện áp răng cưa trải dài quá 1/2 chu kì
18
θ
Ung
U
t
t
Utự
+E
t
t
Urc
Udp
của điện áp lưới làm cho việc xác định góc điều khiển từ điện áp răng cưa rất
khó khăn.
ở sơ đồ hình 2 mạch cũng khá đơn giản, điện áp tựa cũng trải ra cả 1/2
chu kì của điện áp lưới nhưng do đóng mở transistor ở vùng lân cận không
nên mạch hoạt động kém tin cậy.
ở sơ đồ hình 3 do khuếch đại thuật toán hoạt động có độ tin cậy cao nên
tạo ra tín hiệu U
tựa
có chất lượng rất tốt.
c. Khâu so sánh
Khâu này có nhiệm vụ tạo ra góc điều khiển α (hay tín hiệu điều khiển
dòng và áp ở thời điểm yêu cầu). Sơ đồ này ta cũng dùng khuếch đại thuật
toán.
d. Khâu phát xung chùm
Trong thực tế có rất nhiều mạch và vi mạch điện tử có thể được dùng để
tạo ra xung chùm. Ví dụ như vi mạch timer 555.
ở đây ta chọn khuếch đại thuật toán kết hợp với các linh kiện khác tạo ra

khối phát xung chùm với dạng xung mong muốn mà giá rẻ và chất lượng
cao.
2.3: Tính toán chọn van
U
ng
= K
ng
×U
2f

Trong đó : U
2f
= 10,68 V và
6
=
n
K
- Suy ra: U
ng
= 26,16 V
Để van làm việc an toàn người ta thường chọn hệ số dự trữ cho van là
K
dt
=1,6÷2.
- Do đó: U
ngmax
= K
dt
×U
ng

= 2×26,16 = 52,32 V
- Dòng điện trung bình chảy qua van
I
v
= 66,67 A
Để van làm việc an toàn thì chọn : I
vmax
= 4×I
v
-Suy ra: I
vmax
= 4×66,67 = 266,68 A
19
2.4: Tính toán các thông số điện áp, dòng điện và công suất máy biến áp
+ Công suất biến áp nguồn được tính bởi:
S
ba
= K
s
.P
d
= 1,05.15.10
3
= 15,75 KW
+ Điện áp các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp:
- Điện áp thứ cấp U
2
= 10,68 V
- Điện áp sơ cấp bằng điện áp pha nguồn cấp (220 V)

+ Dòng điện các cuộn dây:
- Dòng điện của cuộn thứ cấp:
I
2
= K
2
.I
d
= 0,82.600 = 492 A
- Dòng điện của cuộn sơ cấp:
I
1
= K
ba
.K
1
.I
d
= 23,88 A
Ta tiến hành chọn máy biến áp với các thông số trên.
2.5: Tính toán mạch từ MBA
Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ được tính theo công thức:

fc
S
KQ
ba
×
×=

Trong đó :
k: Hệ số kinh nghiệm (thường lấy K=5,8÷6,4).Với MBA khô lấy
K=6.
c: Số trụ (c=3).
f: tần số (f=50 Hz).
S
ba
: Công suất biểu kiến MBA (VA).
Thay số vào ta có :
Q = 61,48 (cm
3
)
Chọn Q=78 (cm
3
)
Ta chọn mạch từ : làm bằng tôn silic ∋ 310 có bề dày là 0,35 mm
20
tỷ trọng γ
b
=75 kg/dm
3
tổn hao p=1,3 w/kg.Bề dày lá tôn silic ∋ 310 : 0,35(mm)
a. Tính toán chiều cao sơ bộ của trụ :
Dựa vào công thức kinh nghiệm:

β
π
π
hq
T

l
×
×=
4
Trong đó :
+T
hq
:Tiết diện hiệu quả T
hq
=Q.
+β :là hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của biến áp,
thường bằng 1,15÷1,35.Ta chọn β=1,2.
- Suy ra :

)(26
2,1
14,3
78
4
14,3 cml =
×
×=

b. Tính trọng lượng của trụ:
G
t
=c×S
T
×γ
b

×l
Trong đó : +c: Số trụ (c=3).
+S
T
: Tiết diện trụ: S
T
=Q=78 (cm
3
).
+γ
b
: Tỷ trọng tôn silic (γ
b
=7,5kg/dm
3
).
Vậy trọng lượng của trụ là :
G
T
=3×0,78×7,5×2,6=45,6 (kg).
c. Tính gông:
21
2
l

1

1

1

l
b
a
2
2
a
Chọn a=9,5 cm
2
.
l
G
= 26x2 -9,5 = 42,5 (cm)
T
G
=Q=78 (cm
2
).
Trọng lượng gông:
G
g
=t×T
G
×γ
b
×l
G
Trong đó:
t: Số gông (t=2)
T
G

: Tiết diện gông.
γ
b:
: Tỷ trọng tôn silic.
l
G
: Chiều dài của gông.
Thay số vào ta có :
G
g
= 2×0,78×7,5×4,35=50 (kg).
Trọng lượng lõi thép MBA:
G=G
T
+G
g
=45,6+50=95,6 (kg).
d/ Số lá tôn:
-Số lá trụ :
704
1035,05,9
78
3
1
=
××
×
−
(lá)
-Số lá chắn đầu ngắn:

470
1035,05,9
78
2
1
=
××
×
−
(lá).
-Số lá chắn đầu dài:
235
1035,05,9
78
1
1
=
××
×
−
(lá).
22
a
l
CHƯƠNG 3: Thiết kế mạch điều khiển
1. Tính toán khâu đồng pha và nguyên lý hoạt động của mạch.

R1
R2
R3

RX1
OP1
+E
-E
D1
D2
+E
220V
a
a'
BADF
( II )
Ung
a. Nguyên lý hoạt động:
Khi sơ cấp của MBA đồng pha được nối vào lưới điện (hình trên chỉ vẽ 1
pha của MBA đồng pha). Lúc này thứ cấp của MBA xuất hiện hai điện áp
U
a0
và -U
a0
có độ lớn bằng nhau nhưng ngược dấu. Khi trong nửa chu kì đàu
tiên điện áp đặt lên D1 dương ( >0,7 V) và điện ápđặt trên D2 âm. Kết quả là
D1 dẫn còn D2 khoá. Trong nửa chu kì sau điện áp đổi cực tínhdo vậy mà
lúc này D1 khoá còn D2 dẫn. Các diode D1, D2 dẫn và khoá cùng với sự
thay đổi của điện áp thứ cấp làm cho điện áp cửa vào không đảocủa khuyéch
đại thuật toán OP1 là nửa hình sin dương trong cả chu kì. Điều chỉnh R
x1
để
thay đổi điện áp U
ng1

vào cửa đảo của OP1. Nếuđiện áp vào cửa không đảo
U
I
>U
ng1
thì U
D
=(U
I
-U
ng1
)>0. Suy ra điện áp ra của OP1 là U
II
>0 (U
II
=(E-
2)V ) và ngược lại nếu U
D
=(U
I
-U
ng1
)< 0 thì U
II
=-( E-2) V. Vì vậy mà điện áp
ra có dạng xung chữ nhật như hình vẽ.
23
T ime [s]
0.00 20.00m 40.00m 60.00m
Output voltage [V]

0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
Dien ap dong pha sau chinh luu
b. Tính toán khối đồng pha
Vì f=50Hz nên: T=
50
1
= 0,02 s = 20 ms.
Do đó trong nửa chu kì của điện áp lưới ta phải tạo ra điện áp răng cưa
sao cho :
t=t
p
+ t
n
=0,01 s
Trong đó :
+ t
p
:Thời gian phóng của tụ điện ;
+ t
n
:Thời gian nạp của tụ điện.
Trong thực té tính toán để có dải đièu khiển lớnn từ 0÷U
dđmax
thì t
n
<< t

p

hoặc là t
p
<< t
n
.
-Trong khuôn khổ của đồ án ta chọn t
n
<< t
p
cụ thể là:
t
n
= 0,5 ms.
t
p
= 9,5 ms.
-Với t
n
=0,5 (ms) ta phải điều chỉnh R
x1
sao cho :

01 ang
UU
=
.
Trong đó

( )
tU
a
ω
sin212
0
=
→
( )
03
1
9sin212105,0502sin212 =×××=
−
π
ng
U

24
T ime [s]
0.00 10.00m 20.00m 30.00m 40.00m 50.00m 60.00m 70.00m
Output vol tage [V]
-20.00
-10.00
0.00
10.00
20.00
→
)(65,2
1
VU

ng
=
-Vì dòng yêu cầu vào OP1 nhỏ nên chọn R
1
=R
2
=10 (kΩ).
Chọn R
3
=1(kΩ).Ta có:

)(66,4
15
65,2
1
13
3
13
3
1
Ω=→
+
×
=
+
×
== kR
RR
R
RR

ER
U
x
xx
ng

Cuối cùng ta chọn :R
x1
=0÷10 (kΩ) và điều chỉnh để R
x1
=4,66 (kΩ).
+ Chọn D1,D2:
- Gọi I
d
là dòng chảy qua tải R
d
( chọn R
d
=56 Ω ).Ta có:

)(2,0
56
129,0
A
R
U
I
d
d
d

=
×
==

Chọn I
lv
=25%.I
đmv
(dòng làm việc của van bằng 25% dòng điện định
mức của van).
→ I
đmv
=4×I
lv
=4×0,2=0,8 (A).
- Điện áp ngược trên van :

34122222 =×=×=
abng
UU
(V).
Với hệ số dự trữ là k=2 thì U
ngmax
=34×2=68 (V).
Chọn D1và D2 là loại D-1001 với I=1 (A) và U
ngnãx
=200 (V).
+ Tính dòng điện chạy ở thứ cấp của máy biến áp đồng pha:
I
3

=0,58×I
d
=0,116 (A).
2. Khâu tạo điện áp răng cưa
25