thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều có đảo chiều

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ
của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp nói
chung và các ngành điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn được
chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó trong nền kinh tế quốc dân
cũng như trong đời sống làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại
thiết bị này là hết sức cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư ngành điện.
Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần số
công nghiệp. Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dòng điện
điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động
điện một chiều người ta đã hoàn thiện bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor.
Trong đề tài của em là thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho
động cơ điện một chiều có đảo chiều. Bao gồm các chương:
Chương 1: Tổng quan về hệ truyền động điện T- Đ.
Chương 2: Tính toán và thiết kế mạch công suất.
Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.
Qua việc thiết kế đồ án đã giúp em hiểu rõ hơn những gì mình đã được
học trong môn Điện tử công suất. Hiểu được những ứng dụng thực tế của các
thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Nội dung đồ án
chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Em mong các thầy cô chỉ bảo thêm để em hoàn
thành tốt hơn nhiệm vụ.
Các số liệu cho trước:
Nguồn 3.380 VAC ± 10% ;50Hz.
Động cơ:1,5 kw; 110 VDC; 5000 v/ph.
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T- Đ.
1.1. Giới thiệu về động cơ điện một chiều.
1.1.1. Định nghĩa động cơ điện một chiều.
1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều.
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại
máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng

nguồn điện xoay chiều thông dụng .
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc
độ rất tốt , khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải . Chính vì vậy
mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu
cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép , hầm mỏ, giao thông vận tải
mà điều quan trọng là các ngành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một
chiều .
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất
định của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo
quản cổ góp điện phức tạp hơn ( dễ phát sinh tia lửa điện ) nhưng do những ưu
điểm của nó nên động cơ điện một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất
định trong sản suất .
Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng
10000 KW, điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000 V. Hướng phát triển hiện
nay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và
chế tạo những động cơ có công suất lớn hơn
2. Định nghĩa động cơ điện một chiều.
Động cơ điện là loại máy điện biến đổi năng lượng điện thành năng
lượng cơ. Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một
chiều.
1.1.2. Phân loại động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều được chia làm 3 loại dựa vào cách quấn dây.
2
1: Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp gồm có một cuộn dây kích từ
được nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng.
2: Động cơ điện một chiều kích từ song song.
Động cơ điện một chiều kích từ song song gồm có một cuộn dây kích từ
được nối song song với cuộn dây phần ứng.
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ song song

Trong đó:
U
u
là điện áp phần ứng.
U
kt
là điện áp cuộn kích từ.
E
u
là sức điện động phần ứng.
R
kt
và R
f
là các điện trở cuộn kích từ và điện trở cuộn phần ứng.
3 : Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
3
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp gồm có một cuộn kích từ nối tiếp
nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng,một cuộn kích từ song song nối song song
với cuộn dây phần ứng.
1.2. Giới thiệu về hệ truyền động điện T-Đ.
- Hệ thống chỉnh lưu – Động cơ (CL- ĐC) dùng bộ biến đổi là một loại nguồn
điện áp một chiều. Khi nối nó với mạch phần ứng của động cơ một chiều ta sẽ
được hệ thống CL- ĐC.
- Khác với máy phát điện một chiều, bộ biến đổi trực tiếp biến đổi dòng xoay
chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào cả.
- Hệ thống chỉnh lưu sử dụng Tiristor gọi là hệ chỉnh lưu Tiristor và nối hệ
thống chỉnh lưu này với động cơ điện một chiều ta được hệ thống chỉnh lưu T-
Đ. Hiện nay, các Tiristor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều
khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng: gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh….

- Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện
kích thích động cơ. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể sử dụng
các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp, để phân biệt chúng ta có thể căn cứ vào các dấu
hiệu sau:
o Số pha: 1pha, 3pha, 6pha…
o Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu đối xứng- không đối xứng.
o Số nhịp: số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp
nguồn.
o Khoảng điều chỉnh: là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ
độ [U
d
;I
d
].
o Chế độ năng lượng: chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc.
o Tính chất dòng tải: liên tục, gián đoạn.
- Nguyên lý điều khiển
4
Động cơ điện một chiều nhận năng lượng từ lưới điện xoay chiều thông qua
bộ chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu biến đổi điện lưới xoay chiều thành nguồn điện một
chiều cấp điện cho phần ứng động cơ điện một chiều.
Khi điều khiển góc mở của các Tiristor( tức là Tiristor chỉ được mở khi điện
áp Anot dương hơn Katot) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.
*Đặc điểm của hệ chỉnh lưu:
• Ưu điểm:
- Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn.
- Có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng
.
- Có thể thiết lập hệ tự động để mở rộng rải điều chỉnh và cải thiện điều

kiện làm việc của hệ.
• Nhược điểm:
- Khả năng linh hoạt khi chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, khả năng quá
tải về dòng và áp của van kém.
- Sức điện động của bộ biển đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ trong
động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp động cơ làm xấu điện áp
nguồn.
- Khi điều chỉnh sâu hệ số công suất thấp nhất.
- Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vào
các tính chất của tải, trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn
kích từ (R-L) hoặc mạch phần ứng động cơ (R-L-E).
- Có thể đảo chiều động cơ bằng 2 cách: đảo chiều điện áp phần ứng hoặc đảo
chiều từ thông kích từ.
5
1.3. Các phương pháp đảo chiều quay động cơ điện một chiều.
Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi
mở, còn khoá theo điện áp lưới, cho nên truyền động van đảo chiều khó khăn và
phức tạp hơn truyền động máy phát- động cơ. Cấu trúc mạch lực cũng như cấu
trúc mạch điều khiển hệ truyền động T – Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và
có logic điều khiển chặt chẽ.
Có hai nguyên tắc cơ bản đẻ xây dựng hệ truyền động T – Đ đảo chiều:
- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T – Đ có nhiều song đều thực hiện theo
một trong hai nguyên tắc trên và được phân ra 5 loại sơ đồ chính sau:
Hình 1.3a: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều
quay bằng đảo chiều dòng kích từ.
6
Hình 1.3b: Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều
quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng( từ thông giữ nguyên không

đổi).
Hình 1.3c: Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển
riêng.
7
Hình 1.3d: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển
chung.
8
Hình 1.3e: Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển
chung.
Mỗi loại sơ đồ thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ khác nhau:
Loại 1.3a dùng cho công suất lớn rất ít đảo chiều.
Loại 1.3b dùng cho công suất nhỏ tần số đảo chiều thấp.
Loại 1.3c dùng cho mọi dải công suất có tần số đảo chiều lớn.
Loại 1.3d,e dùng cho dải công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao, so với ba
loại trên thì nó thực hiện đảo chiều êm hơn nhưng lại có kích thước cồng kềnh,
vốn đầu tư và tổn thất lớn hơn.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT
2.1. Các phương án thiết kế bộ chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động
cơ điện một chiều.
2.1.1. Chỉnh lưu hình tia ba pha.
Khi biến áp có 3 pha đấu (Y) mỗi pha A,B,C đấu với một van, catot đấu
chung cho ta điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Các
pha A,B,C dịch pha nhau 120
0
theo các đường cong điện áp pha vì vậy ta có
điện áp của một pha dương hơn điện áp của 2 pha còn lại trong 1/3 chu kì. Từ đó
thấy rằng tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương nên chỉ có một
van dẫn.
9
Nguyên lý mở thông các van: Khi anốt của van nào dương hơn thì van dó

mới được kích mở, thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được gọi là góc
mở tự nhiên của các van bán dẫn. Các tiristor chỉ được mở thông với góc mở
nhỏ nhất tại thời điểm góc mở tự nhiên.
Chỉnh lưu tia ba pha được phân biệt bởi hai vùng khác nhau:
-Khi α < π/6 thì việc mở van bán dẫn không phụ thuộc vào tải dạng gì. Trong
vùng mở điện áp dương các van dẫn liên tục: có sự chuyển mạch từ van này
sang van kia, không có sự trả năng lượng về lưới. Các đường U
d
, i
d
liên tục.

-Khi α > π/6 thì các van được mở trong khoảng nào tuỳ thuộc tính chất của tải:
nếu tải thuần trở thì đường cong điện áp và dòng điện là gián đoạn còn nếu tải là
điện cảm và nhất là điện cảm lớn thì thì đường cong dòng điện và điện áp là các
đường cong liên tục. Với tải điện cảm tiristor được dẫn có phần âm điện áp nên
có sự trả năng lượng về lưới.

Tải thuần trở Tải điện cảm lớn
Ta xét sơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia:
10
Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha tải R-L.
-Ở thời điểm góc mở α phát xung điều khiển I
G1
, lúc này T
1
thoả mãn điều kiện
U
AK
> 0, I

G1
> 0 nên T
1
mở (T
2
,T
3
bị khoá). Do trong mạch có thêm điện cảm L
nên xuất hiện giai đoạn điện áp âm của pha A tới khi xuất hiện xung điều khiển
I
G2
của T
2
lúc này T
2
thoả mãn điều kiện U
AK
> 0, I
G2
> 0 nên T
2
dẫn (T
1
và T
3
khoá) tương tự cho T
3
khi có xung điều khiển mở I
G3
thì T

3
dẫn.
Hình 2.2: Đồ thị đường cong dòng điện, điện áp các phần tử trên hình 2.1
11
-Trong quá trình làm việc của các van như trên giả thiết rằng điện cảm L
d
đủ lớn
để dòng điện là liên tục.
-Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện bằng dòng điện của tải, khi van khoá
thì dòng điện van bằng “0”, lúc này điện áp ngược mà van phải chịu bằng điện
áp dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn.
*Điện áp trung bình nhận được trên tải là:
5π
+α
6
π
+α
6
2
2 2
d
3 6U
3
U 2.U sinθdθ .cosα 1,17U cosα
2π 2π
= = =
∫
= U
do
cosα

*Dòng điện trung bình nhận được trên tải là:
I
d
=
d
d
U
R
Nhận xét:
- Khi tải thuần trở thì dòng điện và điện áp trên tải liên tục hay gián đoạn tuỳ
thuộc vào góc mở α của các tiristor. Nếu góc mở α < 30
o
thì đường cong dòng
điện và điện áp là liên tục.
- Khi tải là điện cảm ( nhất là điện cảm lớn ) thì đường cong dòng điện và điện
áp là đường cong liên tục nhờ có năng lượng dự trữ trong cuộn cảm duy trì
dòng điện khi điện áp đổi dấu.
* Ưu điểm của sơ đồ:
- Chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn chỉnh lưu một
pha.
- Biên độ đập mạch của điện áp thấp.
12
- Thành phần sóng hài bậc cao bé, việc điều khiển các van bán dẫn trong
trường hợp này cũng đơn giản.
* Nhược điểm:
- Chế độ dòng điện và điện áp trên tải là liên tục hay gián đoạn tuỳ thuộc vào
tính chất của tải là thuần trở hay điện cảm.
2.1.2. Chỉnh lưu cầu ba pha.
a. Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng.
Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng có thể coi như hai sơ đồ ba pha

hình tia mắc ngược chiều nhau.
u
d
Hình 2.3: Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha
+ Nhóm catốt chung : T1,T3 và T5
+ Nhóm anốt chung : T4,T6 và T2
Điện áp các pha thứ cấp MBA
)
3
4π
sin(θU2.U
)
3
2π
sin(θU2U
.sinθ.U2U
2c
2b
2a
=
=
=
13
Góc mở α được tính từ giao điểm của cái nửa hình sinus
Ta có đồ thị đường cong:
Hình 2.4: Đồ thị điện áp trên tải sơ đồ chỉnh lưu hình 2.3
Hoạt động của sơ đồ
Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua Vf=Vc ,Vg=Vb :
Khi θ = θ
1

= π/6 + α cho xung điều khiển mở T1 tisritor này mở vì u
a
> 0. Sự
mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì u
a
> u
b
. Lúc này T6 và
T1 cho dòng chảy qua, điện áp trên tải:
U
d
= U
ab
= U
a
- U
b

Khi θ = θ
2
= 3π/6 + α cho xung điều khiển mở T2 tisritor này mở vì khi
T6 dẫn dòng , nó đặt U
b
lên anốt T2 . Khi θ = θ2 thì U
b
> U
c
. Sự mở T2 làm cho
T6 bị khoá lại một cách tự nhiên vì U
b

>U
c
. Các xung điều khiển lệch nhau π/3
được lần lượt đưa đến điều khiển của tisritor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6 1
Trong mỗi nhóm , khi một tisritor mở, nó sẽ khoá ngay tisritor dẫn dòng trước
nó
14
Thời điểm Mở Khoá
θ
1
= π/6 + α
θ
2
= 3π/6 + α
θ
3
= 5π/6 + α
θ
4
= 7π/6 + α
θ
5
= 9π/6 + α
θ
6
= 11π/6 + α
T1
T2
T3
T4

T5
T6
T5
T6
T1
T2
T3
T4
Giá trị trung bình của điện áp trên tải
+ Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F
+ Đường bao phía dưới biểu diễn điện thế của điểm G
Điện áp trên mạch tải là U
d
= U
f
- U
g
là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường
bao
α
π
θθ
π
α
π
α
π
cos
63
.sin 2

2
6
2
6
5
6
2
UdUU
d
==
∫
+
+
Cũng có thể tính U
d
= U
d1
- U
d2
trong đó U
d1
là giá trị trung bình của u
d1
do
nhóm catốt chung tạo nên, còn U
d 2
là giá trị trung bình của u
d 2
do nhóm anốt
chung tạo nên.

5π
+α
6
dI 2 2
π
+α
6
3 3 6
U 2U sinθdθ U cosα
2π 2π
= =
∫
7π
+α
6
dII 2
3π
+α
6
3 2π 3 6
U 2U sin(θ+ )dθ - cosα
2π 3 2π
= =
∫

Nhận xét
* Ưu điểm:
15
- Chất lượng điện áp trên tải tốt,
- Độ bằng phẳng tương đối cao.

* Nhược điểm:
- Cần mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên không ít khó khăn khi chế
tạo, vận hành và sửa chữa.
b. Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng.
Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm ( anot hoặc catot ) điều
khiển và một nhóm không điều khiển.
Sơ đồ:
? ? ?
Hình 2.5. Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
* Nguyên lý hoạt động:
- Trong khoảng 0 θ
1
T
5
và D
6
cho dòng i
d
chảy qua. D
6
đặt điện áp u
2b
lên anôt
D
2.
- Khi θ > θ
1
điên thế catot D
2
là u

2c
bắt đầu nhỏ hơn u
2b
, D
2
mở cho dòng chảy qua
D
2
và T
5
,u
d
= 0.
- Từ θ đến θ
2
cho xung điều khiển mở T
1
, trong khoảng θ
2
đến θ
3
thì T
1
và D
2
cho
dòng I
d
chảy qua, D
2

đặt điện thế u
2c
lên catot D
4
.
- Khi θ > θ
3
thì điện thế catot D
4
là u
2a
bắt đầu nhỏ hơn u
2c
, D
4
mở cho dòng chảy
qua D
4
và T
1
, u
d
= 0.
16
Nhận xét:
Trong chỉnh lưu ba pha không dối xứng dạng điện áp ra khi α > 0 chỉ có
ba đập mạch, vì vậy hệ số đập mạch của sơ đồ này thấp hơn hệ số đập mạch của
sơ đồ điều khiển hoàn toàn.
* Ưu điểm:
- Sơ đồ đơn giản, rẻ tiền.

- Hệ số công suất cosφ cao hơn.
- Việc điều khiển tiristor là đơn giản hơn so với sơ đồ chỉnh lưu đối xứng.
* Nhược điểm:
- Điện áp chỉnh lưu chứa nhiều thành sóng hài nên cần phải có bộ lọc.
- Không đảo được chiều dòng.
- Không thực hiện được chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
- Dòng trung bình qua các van là khác nhau
tbD d
tbT d
π+α
I I
2π
π-α
I I
2π
=
=
c. Chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
Nghịch là quá trình chuyển năng lượng từ phía dòng một chiều sang dòng
xoay chiều (quá trình chuyển năng lượng ngược lại với chế độ CL ). Trong hệ
TĐĐ một chiều, động cơ điện cần làm việc ở những chế độ khác nhau trong đó
có lúc động cơ trở thành máy phát điện. Năng lượng phát ra này trả về lưới điện
xoay chiều. Để thoả mãn yêu cầu này bộ CL chuyển sang hoạt động ở chế độ
nghịch lưu vì nó hoạt động (đồng bộ ) theo nguồn xoay chiều nên gọi là nghịch
lưu phụ thuộc.
- Như vậy mạch điện lúc này có 2 nguồn sức điện động :
e
1
:sđđ lưới xoay chiều
E

d
:sđ đ một chiều
- Ta biết rằng một nguồn sức điện động sẽ phát được năng lượng nếu chiều sức
điện động và dòng điện trùng nhau,ngược lại nó sẽ nhận năng lượng khi chiều
17
sức điện động và dòng điện ngược nhau .Xuất phát từ nguyên tắc trên ta thấy
rằng với bộ chỉnh lưu chỉ cho phép dòng điện đi theo một chiều xác định thì để
có chế độ nghịch lưu cần phải thực hiện hai điều kiện :
+Về phía một chiều :bằng cách nào đó chuyển đổi chiều E
d
để có chiều dòng và
E
d
trùng nhau.
+Về phía xoay chiều :điểu khiển mạch chỉnh lưu sao cho điện áp u
d
<0 để có dấu
phù hợp dòng tức là bộ chỉnh lưư làm việc chủ yếu ở nửa chu kỳ âm của lưới
điện.
+Trong trường hợp không đảo được chiều E
d
ta buộc phải dùng một mạch chỉnh
lưu khác đấu ngược với mach cũ để dẫn được dòng điện theo chiều ngược lại.
-Như vậy nghịch lưu phụ thuộc thực chất là chế độ khi bộ chỉnh lưu làm việc với
góc điểu khiển lớn .Do đó toàn bộ các biểu thức tính toán vẫn đúng chỉ cần lưu ý
rằng E
d
có giá tri âm.
2.1.3. Lựa chọn phương án phù hợp.
Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và nghịch lưu từ các ưu điểm của

các sơ đồ chỉnh lưu với tải và các động cơ điện một chiều có công suất vừa phải
thì ta dùng chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả bởi lẽ ở
công suất này để tránh lệch tải điện áp , không thể thiết kế theo sơ đồ một pha,
sơ đồ tia ba pha sẽ làm mất đối xứng điện áp nguồn.
2.2. Tính chọn các van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch.
Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải , sơ đồ đã chọn, điều
khiển toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính như
sau:
U
lv
= k
nv
. U
2
= k
nv
. U
d
/ k
u
Trong đó:
- U
d
, U
2
, U
lv
: Các điện áp tải, điện áp nguồn xoay chiều, điện áp ngược của van.
- k
nv

, k
u
:Các hệ số điện áp ngược và điện áp tải.
Với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta chọn: k
nv
= , k
u
= 3 /П
18
=> U
lv
= (π/3). U
d
= (π/3). 110 = 115,19 (V)
- Điện áp ngược của van cần chọn là:
U
nv
= k
dt
. U
lv
= 1,8 . 115,19 = 207,35 (V)
- Trong đó k
dtU
: hệ số dự trữ điện áp chọn k
tdU
= 1,8
- Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện dòng hiệu dụng chạy
qua van theo sơ đồ đã chọn (I
lv

= I
hd
)
I
lv
= I
hd
= k
hd
.I
d
= I
d
/ = 13,64/ = 7,873 (A)
Trong đó:
- I
hd
, I
d
: Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải;
- k
hd
: Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng, chọn k
hd
= 0,58.
Với các thông số làm việc của van ở trên ta chọn điều kiện làm việc của van
là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, không có quạt đối lưu không
khí. Với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn:
I
đmv

= k
i
. I
lv
= 3,2. 7,873 = 25,2 (A)
Ta chọn tiristor loại 16RCF20A có các thông số định mức sau:
Điện áp ngược cực đại của van: U
n
= 300 V
Dòng điện định mức của van: I
đm
= 35 A
Dòng điện của xung điều khiển: I
g
= 40 mA
Điện áp của xung điều khiển: U
g
= 2 V
Dòng điện rò: I
r
= 1 mA
Sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn : ∆U = 2,3 V
Tốc độ biến thiên điện áp: 25 V/s
Thời gian chuyển mạch: t
cm
= 12µs
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax =125
0
C
2.3. Tính toán thông số máy biến áp, cuộn kháng.

2.3.1. Tính toán thông số máy biến áp.
Chọn MBA ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y (làm mát bằng không khí tự
nhiên)
- Tính các thông số cơ bản
19
a) Tính công suất biểu kiến của MBA
S = K.P =1,05.P = 1,05 . 1500 = 1575 (VA)
Trong đó:
K – Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực.
P – Công suất cực đại của tải.
b) Điện áp pha sơ cấp của MBA
U
1
=380(V)
c) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :
U
do
. cos (α
min
) = U
d
+ 2.∆U
v
+ ∆U
dn
+ ∆U
ba
Trong đó α
min

= 10
0
góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới .
∆Uv = 2,3 (v) sụt áp trên tiristor
∆U
dn
= 0 sụt áp trên dây nối
∆U
ba
= ∆U
r
+ ∆U
x
: sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
Chọn sơ bộ
∆U
ba
= 6%.Ud = 6% . 110 = 6,6 (V)
Từ phương trình cân bằng điện áp tải ta có:
U
do
= = = 123,1 (V)
Điện áp pha thứ cấp :
U
2
= U
do
/k
u
= = 52,59 (V)

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA:
I
2
= k
hd
.I
d
K
hd
: Hệ số dòng điện hiệu dụng ; k
hd
=
I
d
= = = 13,64 (A)
20
I
2
= k
hd
.I
d
= .13,64 = 11,14 (A)
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA:
I
1
= k
ba
.I
2

= (U
2
/U
1
). I
2
= .11,14 = 1,54 (A)
d) Tính sơ bộ mạch từ.
Tính tiết diện sơ bộ trụ:
fm
S
kQ
ba
qFe
.
.=
k
q
: Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, chọn k
q
= 6
m : số trụ của MBA = 3
f : tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz
Q
Fe
= 6. = 19,44 (cm
2
)
Đường kính trụ:
d = = = 5 (cm)

- Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5 mm
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B =1(T)
e) Tính toán dây quấn
Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:
W
1
= = 880 vòng
Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA:
W
2
= .w
1
= . 880 121,78 vòng
21
Lấy W
2
= 121 vòng.
- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA với dây dẫn bằng đồng MBA khô
chọn :
J
1
= J
2
= 2,75 (A/mm
2
)
Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA:
S
1
= = = 0,556 (mm

2
)
- Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu
chuẩn: S
1
= 1,72 (mm
2

).
Kích thước dây dẫn có kể cách điện:
S
1cđ
= a
1
.b
1
= 0,8.2,10 = 1,68 mm mm
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp
J
1
= = = 0,124 (A/mm
2
)
Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA:
S
2
= = = 4,05 (mm
2
)
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu

chuẩn: S
2
= 4,19 (mm
2
).
Kích thước dây dẫn có kể cách điện:
S
2cđ
= a
2
.b
2
= 1.4,4 = 4,4 mm mm
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
J
2
= = = 2,53 (A/mm
2
)
Tính kích thước mạch từ:
Chọn sơ bộ các kích thước cơ bản của mạch từ:
Chọn hình dáng trụ: Chọn trụ như hình vẽ
22
Hình 2.6: Sơ đồ kết cấu lõi thép biến áp
a - bề rộng trụ
b - bề dầy trụ
Chọn lá thép có độ dày 0,5 mm.
Diện tích cửa sổ cần có: Q
cs
= Q

cs1
+ Q
cs2
Với: Q
cs1
= k
ld
.W
1
.S
cu1
= 2.880.1,72 = 3027,2 mm
2
Q
cs2
= k
ld
.W
2
.S
cu2
= 2.121.4,19 = 1014 mm
2
Trong đó: Diện tích cửa sổ (mm
2
)
Q
cs1
, Q
cs2

: Diện tích do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ (mm
2
)
W
1
,W
2
: Số vòng dây sơ cấp và thứ cấp
S
cu1
, S
cu2
: Tiết diện dây quấn sơ, thứ cấp ( mm
2
)
K
ld
: Hệ số lấp đầy, thường chọn 2,0 3,0
Q
cs
= Q
cs1
+ Q
cs2
= 3027,2 + 1014 = 4041,2 mm
2
+ Chọn kích thước cửa sổ:
Chọn m = = 2,3; n = = 2; l = = 1,5
23
c

H h
c
L
b
aaa
a = 0,5.c => h= 2,3c/2 =1,15c
h.c = Q
cs
= 4041,2 => 1,15.c
2
= 4041,2 => c = 59,3 mm 6cm
=> h= 68,2 mm 7cm; a= 3 cm; b=1,5.a = 4,5 cm
h - chiều cao cửa sổ
c - chiều rộng cửa sổ
Chiều rộng toàn bộ mạch từ:
L= 2.c + x.a = 2.6 + 3.3 = 21 cm
Chiều cao mạch từ:
H = h + z.a = 7 + 2.3= 13 cm
Trong đó: z.a - kích thước gông từ. z = 2
Kết cấu dây quấn sơ cấp :
Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ, mỗi
cuộn dây được quấn thành nhiều lớp dây. Mỗi lớp dây được quấn liên tục,các
vòng dây sát nhau. Các lớp dây cách điện với nhau bằng bìa cách điện.
Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :
W
11
= .k
e
= .0,95 = 30,30 (vòng)
Trong đó : k

e
= 0,95 hệ số ép chặt
h : chiều cao cửa sổ
h
g
: khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp
Chọn sơ bộ khoảng cách h
g
=1,5 mm
- Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:
n
11
= = = 29,3 (lớp)
Chọn lớp n
11
= 30 lớp. Như vậy có 880 vòng chia thành 30 lớp, 29 lớp đầu mỗi
lớp có 30 vòng, lớp thứ 30 có: 880 - 29.30 = 10 vòng.
Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :
24
h
1
= = = 6,63 (cm)
Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S
01
=0,1 (cm)
Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp chọn a
01
= 1,0(cm)
Đường kính trong của ống cách điện
D

t
= D
fe
+ 2 . a
01
– 2 .S
01
=5 + 2.1 - 2.0,1 = 6,8(cm)
Đường kính trong của cuộn sơ cấp
D
t1
= D
t
+ 2 . S
01
= 6,8 + 2 . 0,1 = 7(cm)
Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp cd
11
= 0,1(mm)
Bề dày cuộn sơ cấp
Bd
1
= (a
1
+ cd
11
) . n
11
= (0,8+0,1).30 = 27 (mm) = 2,7 (cm)
Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp

D
n1
= D
t1
+ 2 .B
d1
= 7 + 2.2,7 = 12,4 (cm)
Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp :
D
tb1
= ( D
t1
+ D
n1
) / 2 = (7 + 12,4 )/2 = 9,7 (cm)
Chiều dài dây cuộn sơ cấp :
l
1
= w
1
. π . D
tb
= π.880.9,7 = 268,16 m
Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd
12
= 1,0(cm)
- Kết cấu dây quấn thứ cấp
Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp
h
1

= h
2
= 6,63 (cm)
Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:
W
12
= .k
e
= .0,95 14,314 (vòng)
Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp :
n
12
= = = 8,45 (lớp)
25