Bài tập lớn tổng hợp hệ thống điện cơ

Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
MỤC LỤC
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 1
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH
LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1. Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ
một chiều
Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi
điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải.
Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy
mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều.
Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là
điện áp đập mạch. Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng
do nguồn xoay chiều rất khác nhau.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra
là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều
điều khiển ngược.
Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có
thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực.
Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:
- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha
- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh
lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia
- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều
khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.
+ Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 2
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha:
• Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn cấp

• Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với
nguồn xoay chiều. Nếu điện cực nối chung là Katôt, ta có sơ đồ Katôt
chung, nếu điện cực nối chung là anôt, ta có sơ đồ nối anôt chung.
+ Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha
Đặc điểm của chỉnh lưu cầu 3 pha:
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 3
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
• Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp,
trong đó có 3 van có Katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành
cực dương của điện áp chỉnh lưu, 3 van có anôt chung (các van 2,
4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu.
• Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm Katôt chung,
1 ở nhóm anôt chung.
2. Giới thiệu sơ đồ
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều
Trong đó:
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập, thực hiện chức năng biến năng
lượng điện một chiều 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 cung cấp cho động cơ
+ U
đ
tín hiệu điện áp đặt
+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+ FX là mạch phát xung
2.1 Hoạt động của hệ thống
Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc
này động cơ vẫn chưa làm việc. Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt U
đ

ứng
với một tốc độ nào đó của động cơ. Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 4
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
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 góc mở α.
Đầu ra của BBĐ có điện áp U
d
đặt nên phần ứng động cơ→động cơ quay với tốc
độ ứng với U
đ
ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ
động cơ giảm thì qua biểu thức : U
ĐK
= U
đ
- ϒn.
khi n giảm →U
ĐK
tăng →α giảm →U
d
tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý
ổn định tốc độ.
* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:
Chế độ dòng điện liên tục:
Khi mômen tải tăng M
t
↑ thì dòng điện I

dc
↑ tăng dẫn đến năng lượng
điện từ tăng. Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng
của cuộn dây lớn làm cho năng lượng xả ra đủ sức để duy trì dòng điện
đến thời điểm mở van kế tiếp.
Dòng điện chỉnh lưu I
d
chính là dòng phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2) viết được sơ đồ đặc tính.
I
K
XR
K
E
n
dm
K
dm
do
φφ
α

cos.
+
−=
M
K
XR
K
E

n
dm
K
dm
do
2
).(
.
cos.
φ
φ
α
+
−=
Đặc tính cơ có độ cứng
K
dm
XR
K
+
=
2
)(
φ
β
X
k
: Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Thay đổi góc điều khiển:
+ Khi

πα
÷=
0
 sđđ chỉnh lưu biến thiên từ E
do
đến - E
do
và ta được một
họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ
[ ]
M,
ω
do các
van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 5
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi
thành phần sụt áp
k
U
∆
do hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây
nên.
Hình 2.2: Họ đặc tính cơ của hệ
+ Khi
2
0
π
α
≤≤

: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể
làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi
chiều.
+ Khi
max
2
αα
π
≤≤
: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,
biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới
điện. Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
K
d
XR
EE
I
+
−
=
Phương trình đặc tính:
I
K
XR
K
E
dm
K
dm

do
.
cos.
φφ
β
ω
+
+=
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 6
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Chế độ dòng điện gián đoạn:
Do mạch của động cơ có điện cảm và điện cảm ấy có tích lũy và xả năng
lượng. Nếu dòng điện nhỏ, lượng tích lũy năng lượng của cuộn dây nhỏ
nên xả năng lượng nhỏ. Vì vậy khi điện áp của lưới nhỏ hơn sức điện
động của động cơ, năng lượng của cuộn dây xả ra để đảm bảo anod
dương hơn catod không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng điện. Lúc
này, dòng điện qua van trở về 0 trước khi van kế tiếp bắt đầu dẫn.
Khi làm việc ở chế độ dòng điện gián đoạn, đường đặc tính cơ không là
đường thẳng, là đường cong có độ cứng thấp hơn.
Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là đường phân tách giữa vùng
dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn chính là tập hợp các đường
trạng thái biên.
Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng
dòng điện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng
điện gián đoạn. Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn
λ
=
π
2
/p và

góc chuyển mạch
0
=
µ
.
Đường biên liên tục gần là đường elip.
Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu. Tuy nhiên
khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp.
2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống
- Ưu điểm:
+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bán
dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.
+ Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ
+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch
cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 7
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
+ Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm trong mặt
phẳng toạ độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos
ϕ
thấp.
+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc
khó khăn với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp
truyền động có tải nhỏ.
CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU
KHIỂN CHO BỘ CHỈNH LƯU

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
I. Tính chọn mạch lực cho bộ chỉnh lưu
1. Tính chọn van thyristor
Điện áp ngược van
Ta có :
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 8
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
U
lv
= k
nv
.( U
d
/k
u
)
U
nv
= k
dtU
.U
lv
U
d
, U
lv
, U
nv
: điện áp tải, điện áp ngược của van, điện áp ngược van khi chọn.
K

nv
, k
n
: hệ số điện áp ngược và điện áp tải.
U
lv
= 2,45.( 220/1,17) = 461 V
U
nv
= 1,7.461 = 783,7 V
Tính dòng điện van
I
hd
= k
hd
. I
d
Trong đó: I
hd
, I
d
: Dòng điện hiệu dụng và dòng điện tải.
K
hd
: Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.
I
hd
= 0,58.59,5 = 34,51 A
Khi có cánh tản nhiệt thì : I
đmv

= 3.I
hd
= 3.34,51 = 103,53 A
Chọn loại thyristor : 151RB100
- Điện áp ngược cực đại U
nmax
= 1000V
- Dòng điện làm việc cực đại I
đmmax
= 150 A
- Dòng điện đỉnh cực đại I
pik
max=3300 A
- Dòng điện xung điều khiển I
g
max=200 mA
- Điện áp xung điều khiển U
g
max=2,5 V
- Dòn điện tự giữ I
h
max= 500 mA
- Dòng điện rò I
r
max=15 mA
- Sụt áp trên Thyristor ở trạng thái dẫn ∆U max =2,2 V
- Đạo hàm điện áp dU/dt= 200 V/s
- Thời gian chuyển mạch(mở và khóa) tcm= 40
- Nhiệt độ làm việc cực đại T
max

= 75
o
C
2. Tính toán các thông số cơ bản của máy biến áp
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát bằng không khí tự
nhiên.
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 9
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
1. Tính toán công suất biểu kiến máy biến áp
S = K
s
. P
d
= k
s
. (p/ƞ) = 1,345.(11000/0,84) = 17613,1 VA
- Hệ số công suất biến áp
2. Điện áp sơ cấp máy biến áp
U
1
= 380 V
3. 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
+ ∆U

v
+ ∆U
dn
+ ∆U
ba
Trong đó:
α
min
= 10
0
là góc dự trữ khi có suy giảm điện lưới
∆U
v
= 2,2 V là sụt áp trên thyristor
∆U
dn
= 0 V là sụt áp trên dây nối
∆U
ba
= ∆U
r
+ ∆U
x
là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
Chọn sơ bộ:
∆U
ba
= 6%.U
d
= 6%.220 = 13,2V

Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
U
d0
= (U
d
+ 2.∆U
v
+ ∆U
dn
+ ∆U
ba
)/ cos α
min
= (220 + 2,2 + 13,2)/cos10
0
= 241 V
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :
U
2f
= U
d
/k
u
= 241/1,17 = 206 V
4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp
( )
2
1 1
. .59,5 34,35
3 3

d
I I A= = =
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 10
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến ápK
1
= hệ số dòng điện(tra bảng):
6. Tiết diện sơ bộ trụ
.
.
ba
Fe Q
S
Q K
m f
=
Trong đó:
K
Q
: Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, lấy K
Q
= 6
m : số trụ của máy biến áp
f : tần số xoay chiều, ở đây f = 50 Hz
Thay số ta được :
2
17613,1
6. 65,02
3.50
Fe

Q cm= =
7. Đường kính trụ
4.
4.65,02
9,1
Fe
Q
d cm= = =
Π Π
Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 cm
8. chọn loại thép
∃
330 các lá thép có độ dày 0,5 mm
Chọn mật độ từ cảm B
t
= 1T
9. Chọn tỷ số m= h/d = 2,3 suy ra h = 2,3.d = 2,3.9 = 20,7cm
Ta chọn chiều cao trụ là 21cm
10. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 11
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
1
1
4
380
W 263,3
4,44. . . 4,44.50.65,02.10 .1
Fe T
U
f Q B

−
= = =
vòng
Lấy tròn W
1
= 263 vòng
11. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp
2
2 1
1
206
W .W .263 142,57
380
U
U
= = =
vòng
Lấy tròn W
2
= 143 vòng
12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô chọn J
1
= J
2
= 2,75 A/mm
2
13. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp
S
1

= I
1
/J
1
= 26,33/2,75 = 9,57 mm
2
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S
1
= 9,70 mm
2
Kích thước dây dẫn có kể cách điện: S
1cđ
= a
1
.b
1
= 1,68.5,90 mm × mm
Tính lại mật độ dòng điện cuộn sơ cấp:
J
1
= = 2,71 (A/mm
2
)
14. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp
S
2
= I
2
/J

2
= 34,35/2,75 = 12,49 mm
2
Chọn dây dẫn tiết diện hình hình chữ nhật , cách điện cấp B.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S
2
= 13,30 mm
2
Kích thước dây dẫn có kể cách điện:
S
2
= a
2
.b2 = 1,81.7,40 mm × mm
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 12
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
J
2
= = = 2,58 (A/mm
2
)
15. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp ở cuộn sơ cấp
11
1
2.
25 2.1,5
W . .0,95 35
0,59
g

c
h h
k
b
−
−
= = =
vòng
Trong đó :
K
c
=0,95 là hệ số ép chặt.
h, h
g
: chiều cao trụ, khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp chọn sơ bộ là 1,5.
16. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp
1
11
11
W 263
8
W 35
n = = =
lớp
Chọn 8 lớp, như vậy 263 vòng chia làm 8 lớp, 7 lớp đầu tiên mỗi lớp có 33 vòng
lớp thứ8 có 32 vòng
17. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp
11 1
1
W . 35.0,59

21,74
0,95
c
b
h cm
k
= = =
18. Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày: S
01
= 0,1cm
19. Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp chọncd
01
= 1cm
20. Đường kính trong của ống cách điện
D
t
= d
Fe
+2.cd
01
- 2.S
01
= 9 + 2.1 – 2.0,1 = 10,8cm
21. Đường kính trong của cuộn sơ cấp
D
t1
= D
t
+ 2.S
01

= 10,8 +2.0,1=11cm
22.Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp cd
11
= 0,1 mm
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 13
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
23. Bề dầy cuộn sơ cấp
B
d1
= (a
1
+ cd
11
).n
11
= (1,68 +0,1).8.10
-1
=1,4 cm
24. Đường kính ngoài cuộn sơ cấp
D
n1
= D
t1
+2.B
d1
=11+2.1,4=13,8 cm
25. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp
D
tb1
=(D

t1
+ D
n1
)/2=(11+13,8)/2=12,4cm
26. Chiều dài dây quấn sơ cấp
L1 = W
1
.π.D
tb
= 263.π.12.10
-2
=99,15 m
27. chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp cd
12
= 1cm
28. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp
h
1
= h
2
= 21,74 cm
29.Tính sơ bộ số vòng dây trên mỗi lớp
2
12
2
21,74
W . .0,95 28
0,74
c
h

k
b
= = =
vòng
30. Tính toán sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp
2
12
12
W 143
5
W 28
n = = =
lớp
31. chọn số lớp quấn thứ cấp n
12
=5 lớp , chọn 4 lớp đầu tiên 29 vòng, lớp thứ5
chọn27 vòng
32. Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp h
2
= (W
12
/ k
c
) .b = (28/0,95).0,74= 21,81cm
33. Đường kính trong của cuộn thứ cấp
D
t2
=D
n1
+ 2.cd

12
= 13,8 + 2.1=15,8 cm
34. Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây cuộn thứ cấp
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 14
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
cd
2
=0,1mm
35. Bề dầy cuộn thứ cấp
B
d2
=(a
2
+cd
2
).n
12
=(1,81+0,1).5.10
-1
= 1cm
36. Đường kính ngoài cuộn thứ cấp
D
n2
=D
t2
+2.B
d2
=15,8+2.1=17,8 cm
37. Đường kính trung bình cuộn thứ cấp
D

tb2
=(D
t2
+D
n2
)/2=( 15 +17,8)/2 = 16,4cm
38. Chiều dài dây quấn thứ cấp
L
2
= π. W
2
.D
tb2
= π.143.15,6.10
-2
= 70,1 m
39. Đường kính trung bình các cuộn dây
D
12
= (D
t1
+D
n2
)/2=(11 +17,8)/2=14,4 cm
→ r
12
=D
12
/2=7,2 cm
40. Chọn khoảng cách giữ hai cuộn thứ cấp

cd
22
=2cm
41. Với đường kính trụ d=11 cm, ta có số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ
42. Toàn bộ tiết diện bậc thamg trụ
Q
bt
=2.(1,6.10,5+1,1.9,5+0,7.8,5+0,6.7,5+0,4.6,5+0,7.4)=86,2cm
2
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 15
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
43. Tiết diện hiệu quả của trụ
Q
T
=k
hq
.Q
bt
=0,95.86,2=81,89cm
2
44. Tổng chiều dày các bậc thang của thang của trụ
d
t
=2.(1,6+1,1+0,7+0,6+0,4+0,7)=10,2cm
45.Số lá thép dùng trong các bậc
Bậc 1 n
1
= 16:0,5.2=64 lá
Bậc 2 n
2

= 11:0,5.2=44 lá
Bậc 3 n
3
=7:0,5.2= 28 lá
Bậc 4 n
4
=6:0,5.2=24 lá
Bậc 5 n
5
=4:0,5.2=16 lá
Bậc 6 n
6
=7:0,5.2=28 lá
Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật
có các kích thước sau:
Chiều dày gông bằng chiều dày của trụ : b= d
t
=10,2cm
Chiều cao của gông bằng chiều dày tập lá thép thứ nhất của trụ a=10,5cm
Tiết diện gông Q
bg
=a.b= 107,1cm
2
46.Tiết diện hiệu quả của gông
Q
g
= k
hq
.Q
bg

=0,95.107,1=101,7cm
2
47. Số lá thép dùng trong một gông
h
g
=b/0,5=102/0,5=204 lá
48. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ
1
4
1
380
0,68
4,44. .W . 4,44.50.306.81,89.10
T
T
U
B T
f Q
−
= = =
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 16
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
49.Mật độ từ cảm trong gông
B
g
=B
t
.(Q
t
/Q

g
)=0,68.(81,89/101,7)=0,55 T
50. Chiều rộng cửa sổ
C=2.(cd
01
+B
d1
+cd
12
+B
d2
)+cd
22
=2.(1+1,337+1+1,352)+2=11,378 cm
51. Khoảng cách giữa hai tâm trụ
c
,
=c+d=11,378+11=22,378 cm
52. Chiều rộng mạch từ
C= 2.c+3.d=2.11,378+3.11=55,756cm
53. Chiều cao mạch từ
H = h+2.d
Fe
=25+2.10,5=46 cm
54. Thể tích của trụ
V
T
=3.Q
T
.h=3.81,89.25=6141,75 cm

3
55.Thể tích gông
V
g
=2.Q
g
.L=2.107,1.55,756=11942,94 cm
3
56. Khối lượng trụ
M
T
=V
T
.m
Fe
= 6,412.7,85=48,21 Kg
57. Khối lượng gông
M
g
=V
g
. m
Fe
=11,94294.7,85=93,752Kg
58. Khối lượng sắt
M
Fe
=M
T
+M

g
=141,962Kg
59.Thể tích đồng
V
cu
=3.(S
1
.L
1
+S
2
.L
2
)=3.( 10,2.10
-4
.137.10+17,7.10
-4
.102,6.10)= 9,6(dm
3
)
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 17
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
60. Khối lượng đồng
M
cu
=V
cu
.m
cu
=9,6.8,9=85,44 Kg

61. Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75
0
C
R
1
= = 0,02133.
trong đó
62. Điện trở của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75
0
C
R
2
= = 0,02133.
63. Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp
R
BA
= R
2
+ R
1
2
= 0,112 +0,218.
2
= 0,176 (
Ω
)
64. Sụt áp trên điện trở máy biến áp
U
r
= R

BA
.I
d
= 0,176.59,5 = 10,47 (V)
65. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp
X
BA
= 8 .π
2
.(W
2
)
2
.






+
+









3
.
21
12
dd
qd
BB
a
h
r
.ω.10
-7
=8.π
2
.(143)
2
.
2 7
6,8 1, 4 1
. 0,01 ( ).10 .314.10
21,74 3
− −
+
 
 
+
 ÷
 ÷
 
 

= 0,285 (
Ω
)
66. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp
L
BA
=
ω
BA
X
=
0,285
314
=0,91 (mH)
67. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp
∆U
x
=
π
3
X
BA
.I
d
=
π
3
0,285.59,5 = 16,19 (V)
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 18
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12

R
dt
=
π
3
.X
BA
= 0,272 (Ω)
68. Sụt áp trên máy biến áp
∆U
BA
=
22
xr
UU ∆+∆
=
2 2
10,47 16,19+
= 19,28 (V)
69. Điện áp trên động cơ khi có góc mở
α
min
= 10
0
U= U
d0
.Cosα
min
- 2.∆U
V

- ∆U
BA
= 241.cos10
0
– 2.2,2 – 19,28 =213,66(V)
70. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp
Z
BA
=
22
BABA
XR +
=
2 2
0,176 0,285+
= 0,33 (Ω)
71. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp
∆P
n
= 3.R
BA
.I
2
= 3.0,176.48,6
2
= 1247,11 (W)
∆P% =
S
P
n

∆
.100 =
1247,11
17613,1
.100 = 7,08 %
72. Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ
P
0
= 1,3.n
f
. (M
T
.B
T
2
+M
g
.B
g
2
) =1,3.1,15.(48,21.0,68
2
+93,752.0,55
2
)
P
o
= 75,73 (W)
∆P % =
S

P
o
.100 = 0,43 %
73. Điện áp ngắn mạch tác dụng
U
nr
=
2
2
.
U
IR
BA
.100 =
0,176.48,6
206
.100 = 4,15 %
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 19
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
74. Điện áp ngắn mạch phản kháng
U
nx
=
2
2
.
BA
X I
U
.100 =

0,285.48,6
206
.100 = 6,72 %
75. Điện áp ngắn mạch phần trăm
U
n
=
22
nxnr
UU +
=
2 2
4,15 6,72+
= 7,9
76. Dòng điện ngắn mạch xác lập
I
2nm
=
BA
Z
U
2
=
206
0,33
= 624,24 (A)
77. Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên
của dòng chuyển mạch
Giả sử chuyển từ mạch T
1

sang T
3
ta có phương trình
2. L
BA
.
dt
di
c
= U
23
– U
2a
=
)( 6
2
αθ
−SinU
dt
di
c
max
=
BA
L
U
.2
.6
2
=

3
6.206
2.1,86.10
−
= 137867,46 (A/s)
dt
di
c
max
= 0,13 (A/µs) <
dt
di
c
cp
= 100 (A/µs)
Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt
78. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu
η =
S
IU
dd
.
=
220.59,5
17613,1
= 74,32 %
BẢNG CÁC THÔNG SỐ CỦA MÁY BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 20
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Công suất máy biến áp biểu kiến

Điện áp pha sơ cấp
Điện áp pha thứ cấp
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp
Số vòng dây mỗi pha sơ cấp
Số vòng dây mỗi pha thứ cấp
Chiều dài dây cuốn sơ cấp
Chiều dài dây cuốn thứ cấp
Điện trở trong cuộn sơ cấp
Điện trở trong cuộn thứ cấp
Điện trở quy đổi về thứ cấp
Điện kháng quy đổi về thứ cấp
Điện cảm quy đổi về thứ cấp
Điện áp ngắn mạch phần trăm
II. Thiết kế cuộn kháng lọc
1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại
Chọn góc mở cực tiểu α
min
= 10
o
. với góc mở α
min
là dự trữ để có thể bù được sự
giảm điện áp lưới.
Khi góc mở nhỏ nhất α = α
min
thì điện áp trên tải là lớn nhất.
U
dmax
= U

do
. Cos α
min
= U
ddm
và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất n
max
= n
đm
.
Khi góc mở lớn nhất α = α
max
thì điện áp trên tải là nhỏ nhất.
U
dmin
= U
do
. Cos α
max
và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất n
min
.
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 21
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Ta có :
α
max
= arcos
do
d

U
U
min
= arcos
min
2
1,17.
d
U
U
Trong đó U
d min
được xác định như sau:
Từ D =
min
max
n
n
=
Σ
Σ
−
−
uudmd
uudmddm
RIU
RIU
.
min
suy ra

U
d min
=
( )
[ ]
Σ
−+
uudmd
RIDU
D
1.
1
min
U
d min
=
( ) ( )
2 min
1
. 1,17. .cos 1 . .
udm u BA dt
U D I R R R
D
α
+ − + +
 
 
=
( )
2 min

1 3
. 1,17. .cos 20 1 . . .
20
udm u BA BA
U I R R X
α
π
 
 
+ − + +
 ÷
 
 
 
Thay số
U
d min
=
( )
0
1 3
. 1,17.206.cos(10 ) 20 1 .59,5. 0,197 0,176 .0,285
20
π
 
 
+ − + +
 ÷
 
 

 
U
d min
= 48,34 (V)
Thay số vào ta được:
α
max
= arcos
do
d
U
U
min
= arcos
48,34
1,17.206
= 78,43
0
2. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc
Để hạn chế sự đập mạch của các thành phần sóng hài bậc cao ta phải mắc nối
tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để I
m
0,1.I
u đm
.
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 22
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Ngoài tác dụng hạn chế thành phần song hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn có tác
dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn.
Điện kháng lọc được tính khi góc mở α =α

max
Ta có:
U
d
+u
~
= E+R
u
Σ
.I
d
+ R
u
Σ
.i
~
+ L
dt
di
~
Cân bằng hai vế:
U = R.i
~
+L.
dt
di
vì R.i
~
<< L.
dt

di
nên U = L.
dt
di
Trong các thành phần xoay chiều bậc cao, thì thành phần sóng bậc k = 1 có mức
độ lớn nhất gần đúng ta có:
U
~
= U
1m
.Sin(6θ +ϕ) nên
I =
∫
dtU
L
~
1
=
)6(
2.
1
1
ϕθ
πρ
+Cos
Lf
U
m
= I
m

.Cos(6θ+ϕ
1
)
Vậy I
m
=
1
3.2. . .
m
U
f L
π
≤
0,1 I
u đm
Suy ra:
L
≥
1
3.2. . .0,1.
m
dm
U
f I
π
ρ = 3 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp.
Trong đó:
U
1m
= 2.

2 2
max
max
2
cos
1 3
3 1
do
U
tg
α
α
+
−
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 23
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
U
1m
= 2.
0
2
1,17.206.cos78,43
1 9 78,43
9 1
o
tg+
−
= 177,50 (V)
Thay số:
L =

177,50
3.2.50. .0,1.59,5
π
= 0,03165 (H)
Điện cảm mạch phần ứng đã có:
L
uc
= L
u
+ 2.L
BA
= 0,02 + 2.0,91.10
-3
= 0,02182 (H)
Điện cảm cuộn kháng lọc:
L
k
= L – L
uc
= 0,03165– 0,02182 = 9,83 (mH)
3. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc
Các thông số ban đầu
Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: L
k
= 9,83 (mH)
Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng: I
dm
= 59,5 (A)
Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I
1m

= 10%I
dm
= 5,95 (A)
• Do dòng điện cuộn kháng lớn và điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở
của điện kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng.
Z
k
= X
k
= 2.π.m.f.L
k
= 2.π.3.50.9,83.10
-3
= 9,26 (Ω)
• Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc
∆U = Z .
2
1dm
I
= 9,26.
5,95
2
= 38,96 (V)
• Công suất của cuộn kháng lọc
S = ∆U.
2
1dm
I
= 38,96 .
5,95

2
= 163,92(VA)
• Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc
Q = k
Q
.
163,92
5.
. 3.50
s
m f
=
= 5,23(cm
2
)
K
Q
là hệ số phụ thuộc làm mát, khi làm mát bằng không khí tự nhiên K
Q
= 5
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 24
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Chuẩn hóa tiết diện trụ theo kích thước có sẵn:
Chọn Q = 4,25 (cm
2
)
Kết cấu mạch từ cuộn kháng
• Với tiết diện trụ Q = 4,25 (cm
2
)

Chọn loại thép ∃330A, tấm thép dày 0,35 mm, a=20 mm, b=25 mm
• Chọn mật độ từ cảm trong trụ: B
T
= 0,8 T
• Khi có thàng phần dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm thì trong cuộn
cảm sẽ xuất hiện một sức điện động E
k
E
k
= 4,44 . w .f’. B
T
. Q
Gần đúng ta có thể viết : E
k
= ∆U = 15,06 (V)
W=
4
34,25
4,44. '. . 4,44.3.50.0,8.4,25.10
T
U
f B Q
−
∆
= =
151,25 (vòng)
Lấy W = 151 vòng
• Ta có dòng điện chạy qua cuộn kháng : i(t) = I
d
+ i

1m
Cos(6θ + ϕ
1
)
Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng
I
k
=
2 2
2 2
1 5,95
59,5
2 2
d
I m
I
   
+ = +
 ÷  ÷
   
= 59,65 (A)
• Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 25