Do an DTCS _han pptx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIÊP
___*****___
ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU
KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

Giáo viên phụ trách : Đỗ Trọng Tín
Họ và tên : Nguyễn Ngọc Thăng
Lớp : Tự động hóa 1 – K 47
Nhóm ĐAĐTCS : I
Số hiệu sinh viên : 20022615

Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
H Ni 7 2005
MC LC
MC LC 2
BI : 4
LI NểI U 5
CHNG 1 : 6
TèM HIU V NG C IN MT CHIU 6
I. CU TO NG C IN MT CHIU

6
1. Phn tnh hay stato 6
2. Phn quay hay rụto 7
II. CC THễNG S NH HNG:

8
III. S NGUYấN Lí NG C IN MT CHIU

8
IV. PHNG PHP IU CHNH TC NG C IN MT CHIU

9
1. iu chnh tc bng cỏch thay i in tr phn ng 9
2. iu chnh tc bng cỏch thay i t thụng 10
3. iu chnh tc bng thay i in ỏp phn ng 10
CHNG 2 : 11
CHN PHNG N 11
1. Mch chnh lu cu mt pha iu khin i xng 11
2. Mch chnh lu hỡnh tia ba pha iu khin i xng 13
3. Mch chnh lu cu ba pha iu khin i xng 14
CHNG 3 : 16
THIT K MCH LC 16
I .S MCH NG LC

16
1. S 16
2.Nguyờn lý hot ng 17
II .TNH TON CHN THIT B:

17
1 . Tớnh toỏn chn mỏy bin ỏp: 17
2. Tớnh chn van 24
3. Tớnh toỏn b lc 24
4. Tớnh toỏn bo van mch lc 27
2
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
CHNG 4 : 29

THIT K MCH IU KHIN 29
I. C TRC MCH IU KHIN

30
1. Cu trỳc iu khin ngang 30
2 .Cu trỳc iu khin dc 30
3. Chc nng iu khin 31
II. S MCH IU KHIN.

32
1.Nguyờn lý hot ng : 34
2.Dng in ỏp mch iu khin 34
III.TNH TON MCH IU KHIN.

36
1. Tớnh toỏn khõu ng pha 36
2. Khõu to in ỏp rng ca 37
3. Khõu so sỏnh 39
39
4 . Khõu phỏt xung chựm 40
5 . Khõu khuch i xung v bin ỏp xung 41
6. Khõu to ngun nuụi 44
44
Ta cần tạo ra nguồn điện áp để cấp cho máy biến áp xung và nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng
điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ 44
7. Tớnh bin ỏp ngun nuụi v ng pha 44
8 .Khõu phn hi tc 47
CHNG 5: 48
Mễ PHNG MCH IU KHIN 48
49

KT LUN 49
TI LIU THAM KHO 50
3
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
BI :
Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo
chiều có các thông số sau:
U
đm
( V ) I
đm
( A ) U
kích từ
( V ) I
kích từ
( A ) Phạm vi điều chỉnh tốc độ
220 140 220 15 20:1
Yêu cầu :
Mạch phải đảm bảo độ trơn và ổn định tốc độ ,đồng thời có khâu bảo vệ quá
tải và chông mất kích từ .
Đồ án gồm 5 chơng nh sau :
- Chơng I : Giới thiệu chung về động cơ một chiều
- Chơng II : Chọn phơng án mạch lực
- Chơng III : Tính toán mạch lực
- Chơng IV : Mạch điều khiển
- Chơng V : Mô phỏng mạch điều khiển
4
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
LI NểI U

Trong nền sản suất hiện đại ,máy điện một chiều đợc coi là một loại máy điện quan
trọng . Nó đợc dùng làm động cơ điện ,máy phát điện hay dùng trong các điều kiện
làm việc khác .
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt ,vì vậy máy đợc
dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh
cán thép ,hàm mỏ ,giao thông vận tai
Mặc dù động cơ điện có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp ,nhng
luôn đi kèm với nó là những yêu cầu về điện áp ,dòng điện Chính vì vậy cần một
phơng pháp nhằm đáp ứng đợc những yêu cầu trên .
Điện tử công suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ,nghiên cứu những ứng dụng
các linh kiện bán dẫn làm việc ở chế độ chuyển mạch vào quá trinh biên đổi điện
năng . Hiện nay các thiết bị điện tử công suất chiếm hon 30% trong số các thiết bị
của một xí nghiệp hiện đại . Nhờ chủ trơng mở cửa ngày càng có thêm nhiều xí
nghiệp mới, dây truyền sản xuất mới ,đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ s điện những
kiến thức về điện tử công suất về vi mạch và vi xử lý . Xuất phát từ yêu cầu thực tế
và tầm quan trọng của bộ môn điện tử công suất các thầy cô trong bộ môn điện tử
công suất đã cho chúng em từng bớc tiếp xúc với việc thiết kế thông qua đồ án môn
học điện tử công suất .
Đối với những sinh viên năm thứ 3 ,đây là lần đàu tiên tiếp xúc với thực tế
.Chính vì vây , trong quá trình thc hiện đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót
nên em kính mong thây cô thông cảm và bỏ qua cho chúng em .
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp
công nghiệp và đăc biệt là thầy giáo Đỗ TRọNG TíN đâ tận tinh hứơng dẫn em
hoàn thành đồ án này .
Sinh viên
Dơng Đức Anh
5
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
Chương 1 :
TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy
quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những
điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, có nhiều ưu việt
hơn so với loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ
dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất
lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Động cơ điện một chiều
được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao vể điều chỉnh tốc
độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
I. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Cấu tạo động cơ điện một chiều có thể chia thành hai phần chính là phần tĩnh
(stato) và phần quay (rôto)
1. Phần tĩnh hay stato
Đây là phần đứng yên của động cơ, bao gồm các bộ phận chính sau:
a. Cực từ chính :
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích
từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay
thép cácbon dày 0,5 mm đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ nhỏ có thẻ
dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông. Dây quấn kích từ
được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện
kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây
kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau.
b. Cực từ phụ :
Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi
thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây
quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ cũng được gắn vào
vỏ máy nhờ những bulông.
c. Gông từ :
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong
động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong động cơ điện

lớn thường dùng thép đúc. Có thể dùng gang làm vỏ máy trong động cơ điện nhỏ.
6
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng

d. Cỏc b phn khỏc :
- Np ng c : bo v ng c khi b nhng vt ngoi ri vo ln h hng
dõy qun hay an ton cho ngi khi chm phi in. Trong ng c in nh v
va, np ng c cũn cú tỏc dng lm giỏ bi. Trong trng hp ny np ng
c thng lm bng gang.
- C cu chi than : a dũng in t phn quay ra ngoi. C cu chi than
gm cú chi than t trong hp chi than v nh mt lũ xo tỡ cht lờn c gúp. Hp
chi than c c nh trờn giỏ chi than v cỏch in vi giỏ. Giỏ chi than cú th
quay c iu chnh v trớ chi than cho ỳng ch. Sau khi iu chnh xong thỡ
dựng vớt c nh cht li.
2. Phn quay hay rụto
Phn quay gm cú nhng b phn sau:
a. Lừi st phn ng
Lừi st phn ng dựng n t. Thng dựng nhng tm thộp k thut in
(thộp hp kim silic) dy 0,5 mm ph cỏch in mng hai mt ri ộp cht li
gim hao tn do dũng in xoỏy gõy nờn. Trờn lỏ thộp cú dp hỡnh dng rónh sau
khi ộp li thỡ t dõy qun vo.
Trong nhng ng c c trung tr lờn, ngi ta cũn dp nhng l thụng giú
khi ộp li thnh lừi st cú th to c nhng l thụng giú dc trc.
Trong nhng ng c in ln hn thỡ lừi st thng chia thnh tng on nh.
Gia cỏc on y cú mt khe h gi l khe thụng giú ngang trc. Khi ng c
lm vic, giú thi qua cỏc khe lm ngui dõy qun v lừi st.
Trong ng c in nh, lừi st phn ng c ộp cht trc tip vo trc. Trong
ng c in ln hn, gia trc v lừi st cú t giỏ rụto. Dựng giỏ rụto cú th tit
kim thộp k thut in v gim nh trng lng rụto.
b. Dõy qun phn ng

Dõy qunphn ng l phn sinh ra sut in ng v cú dũng in chy qua. Dõy
qun phn ng thng lm bng dõy ng cú bc cỏch in. Trong ng c in
nh (cụng sut di vi kilụoat) thng dựng dõy cú tit dn trũn. Trong ng c
in va v ln, thng dựng dõy tit din hỡnh ch nht. Dõy qun c cỏch in
cn thn vi rónh ca lừi thộp.
trỏnh khi quay b vng ra so sc ly tõm, ming rónh cú dựng nờm ố
cht hoc phi ai cht dõy qun. Nờm cú th lm bng tre, g hay bakờlit.
c. C gúp
C gúp (cũn gi l vnh gúp hay vnh i chiu) dựng i chiu dũng in
xoay chiu thnh mt chiu. C gúp cú nhiu phin ng cú uụi nhn cỏch in
vi nhau bng lp mica dy 0,4 n 1,2 mm v hp thnh mt tr trũn. Hai u tr
trũn dựng hai vnh p hỡnh ch V ộp cht li. Gia vnh gúp cú cao hn mt ớt
7
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
d. Các bộ phận khác :
- Cánh quạt : dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều
thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh
quạt lắp trên trục động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào động
cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm
nguội động cơ.
- Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục
động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt.
II. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG:

Phương trình đặc tính cơ điện : ω =
φ
K
U
u

-
φ
K
RR
fu
+
I
ư

Phương trình đặc tính cơ : ω =
φ
K
U
u
-
2
)(
φ
K
RR
fu
+
M

Từ phương trình đặc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ:
- Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm
điện trở phụ R
f
vào mạch phần ứng. R
f

càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng
thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm.
- Ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch
giảm, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với 1 phụ tải
nhất định.
- Ảnh hưởng của từ thông : Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng I
kt
động
cơ. Khi giảm từ thông thì vận tốc động cơ tăng.
III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được
gọi là động cơ kích từ độc lập.
8
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn U
kt
, dây cuốn kích từ sinh
ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo
có Φ
max
tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ R
kt
đến nhỏ nhất có thể. Cũng
cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ
không quay được, do đó E
ư
= 0 và theo biểu thức U = E
ư
+ R

ư
I
ư
thì dòng điện I
ư
sẽ
rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản
(M > M
c
) rôto bắt đầu quay và suất điện động E
ư
sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n.
Do sự xuất hiện và tăng lên của E
ư
, dòng điện I
ư
sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng
chậm hơn.
IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Từ biểu thức : ω =
φ
K
U
u
-
2
)(
φ
K
RR

fu
+
M
ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện được
bằng cách thay đổi các đại lượng Φ, R
ư
, U.
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng
Ứng với mỗi giá trị của R
f
có một đặc tính cơ khác nhau trong đó R
f =
0 là đặc
tính cơ tự nhiên. Ta thấy nếu R
f
càng lớn thì đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng cao nghĩa
là tốc độ thay đổi nhiều khi tải thay đổi. Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh
tốc độ trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng
trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ
áp dụng ở động cơ có công suất nhỏ

9
ω Mc
ω
0


Rn(TN)
R
f1

R
f2



R
f3



R
f2

M
c
M

R
f3
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen
điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư và sức điện động quay của động cơ
E
ư
= K.Φ.ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ
thông cũng là hệ phi tuyến:
i
k
=

kb
k
rr
e
+
+ ω
k
dt
d
φ
trong đó r
k
– điện trở dây quấn kích thích
r
b
– điện trở của nguồn điện áp kích thích
ω
k
– số vòng dây của dây quấn kích thích
Thường khi điều chỉnh điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức,
do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện
áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản.
Vì β
Φ =
u
R
K
2
)(
φ

nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm từ thông
để tăng tốc độ cho động cơ

3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng
Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song
song với đặc tính cơ tự nhiên.
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng điện
ngắn mạch giảm và tốc
độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng
được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
10
ω Mc
ω
0


Rn(TN)
R
f1
R
f2



R
f3



R

f2

M
c
M

R
f3
ω
ω
01
U
dm
(TN)
ω
03
U
1
ω
04
U
2

M(I)

U
3
n
(3)
(2)

(1)
M
®m
M
M
m

(3)
(2)
(1)
M
®m
M
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
Chương 2 :
CHỌN PHƯƠNG ÁN
Nguồn điện một chiều cấp cho động cơ điện một chiều có thể lấy được từ nhiều
cách khác nhau. Lấy trực tiếp từ máy phát điện một chiều hoặc có thể dùng bộ biến
đổi một chiều. Trong thực tế, bộ biến đổi một chiều có thể dễ dàng thiết kế nhờ các
mạch chỉnh lưu sử dụng các van bán dẫn. Hơn nữa, các mạch chỉnh lưu sử dụng van
điều khiển còn có thể dễ dàng điều khiển được theo yêu cầu của từng loại tải. Do
các ưu điểm đó, ta sẽ thiết kế nguồn một chiều thông qua các mạch chỉnh lưu điện
áp xoay chiều lấy từ lưới điện. Dưới đây là một số mạch chỉnh lưu cơ bản và hay
được sử dụng.
1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng
- Các van dẫn lần lượt theo từng cặp (T
1
, T
2
) và (T

3
, T
4
).
11
ω
ω
01
U
dm
(TN)
ω
03
U
1
ω
04
U
2

M(I)

U
3
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
-
- Góc mở van α, góc dẫn các van λ
0 – α : T
1
, T

2
dẫn
α – α + λ : T
3
, T
4
dẫn, đồng thời T
1
, T
2
khóa lại
Công thức:
12
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
U
dα
=
π
22
U
2
cosα = 0,9U
2
cosα
I
dα
=
Rd
U
d

α
I
v
=
2
d
I
S
ba
= 1,23P
d
U
ngmax
=
2
U
2
I
2
= 1,11I
d
*
Nhận xét:
Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp
tải lớn hơn 10V. Dòng tải có thể lên tới 100A. Ưu điểm của nó là không nhất thiết
phải có biến áp nguồn. Tuy nhiên do số lượng van gấp đôi hình tia nên sụt áp trong
mạch van cũng tưng gấp đôi. Do đó nó không phù hợp với tải cần có dòng lớn
nhưng điện áp nhỏ.
2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng
- Dòng điện i

d
phẳng do L
d
rất lớn.
- Hoạt động của mạch với góc điều khiển α
θ : 0
0
– 30 + α : T
3
dẫn
θ : 30 + α – 150
0
+ α : T
1
dẫn
θ : 150 + α – 270
0
+ α : T
2
dẫn
Các van hoạt động riêng, độc lập
R1
L1
T3
T2
T1

Công thức:
U
dα

=
π
2
63
U
2
cosα = 1,17U
2
cosα
I
dα
=
Rd
U
d
α
13
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
I
v
=
3
d
I
S
ba
= 1,35P
d
U
ngmax

=
6
U
2
I
2
= 0,58I
d
*
Nhận xét:
Chỉnh lưu tia 3 pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính ra tải. Công
suất máy biến áp này hơn công suât một chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong mạch
van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho
phép nâng công suất tải lên nhiều (đến vài trăm ampe), mặt khác độ đập mạch của
điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cũng nhỏ đi
nhiều.
3. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng
- Hoạt động của mạch: các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm
katốt chung U
KC
,

các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt
chung U
AC
.
- Công thức:
U
dα
= U

do
cosα =
π
63
U
2
cosα
i
d
= I
d
=

d
d
R
U
α

I
tbv
=
3
d
I
14
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
U
ngmax
=

6
U
2
S
ba
= 1,05P
d
I
2
= 0,816I
d
*
Nhn xột:
Chnh lu 3 pha s cu l loi c s dng rng rói nht trong thc t vỡ
nú cú nhiu u im hn c. Nú cho phộp cú th u thng vo li in ba pha,
p mch nh 5%. Nu cú s dng mỏy bin ỏp thỡ gõy mộo li in ớt hn cỏc
loi trờn. ng thi, cụng sut mch chnh lu ny cú th rt ln n hng trm kW.
Nhc im ca mch ny l st ỏp trờn van gp ụi st ỏp trờn van trong mch s
hỡnh tia.
Chn mch van:
Theo yờu cu ca bi: U
m
= 220V, I
m
= 140A ta cú cụng sut ca ng c l
P
m
= U
m
. I

m
= 220*140 = 30800 W = 30,8 kW
Cụng sut ny khỏ ln nờn ta s dng mch chnh lu cu 3 pha.
Mt khỏc yờu cu ngun cung cp cho ng c phi iu chnh c in ỏp,
in ỏp iu chnh phi trn nờn ta chn van phi l van iu khin.
Nh vy ta s chn mch lc l mch chnh lu cu ba pha iu khin i xng.
Ta s dng li in ba pha cú in ỏp pha 220V, nh vy in ỏp ra ca mch
chnh lu l: U
d
=

63
U
2
cos = 2,34.220.cos = 514,8cos
Suy ra = arccos
8,514
d
U
Theo bi: di iu chnh ca ng c l 20:1, in ỏp nh mc ca ng c
l 220V ng vi vn tc nh mc ca ng c. Nh vy in ỏp ng vi vn tc
nh nht iu chnh c ca ng c l 220:20 = 11V.
Vi U
d
= 220V thỡ
min
= arccos
8,514
d
U

= arccos
8,514
220
= 64,7
0

Vi U
d
= 11V thỡ
max
= arccos
8,514
d
U
= arccos
8,514
11
= 88,8
0
(
min
-
max
) nm trong khong iu chnh c ca gúc m

(khong nh hn
150
0
). Nh vy ta cú th s dng mch chnh lu ny u trc tip vo li in,
khụng cn thụng qua bin ỏp.Nhng do góc điều khiển

min
quá lớn nên cần dùng một
biến áp nhằm tăng dài điều chỉnh .
Kt lun:
Qua xem xột v tớnh toỏn trờn, ta chn mch lc l mch chnh lu cu ba
pha iu khin i xng v cn dựng bin ỏp ngun
15
§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt NguyÔn ngäc Th¨ng
Chương 3 :
THIẾT KẾ MẠCH LỰC
I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
1. Sơ đồ
BA
AT
KKK
A
V
RI
§
KT
L
A B
C
FT
R
R
R
R
R
R

R
R
R
C
C
C
C
C
C
C
C
C
T4
T3
T5
T2
T6
T1
K
RI
K
0
220V
~
~
16
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
2.Nguyờn lý hot ng
Điện áp lới sau khi qua Atômát và Rơle đợc đa tới biến áp lực .Biến áp lực có
nhiệm vụ thay đổi điện áp đến giá trị mong đợi ,từ đây điện áp đợc cung cấp cho hệ

thông chỉnh lu Thyristo cầu 3 pha đối xứng . Sau đó cung cấp động cơ làm việc với
giá trị điện áp này .Động cơ hoạt động đơc là do một hệ thống kích từ độc lập .
Khâu phát tốc dung để diều chỉnh diẹn áp làm việc của động cơ .
II .TNH TON CHN THIT B:
Thông qua phơng án lựa chọn chỉnh lu cầu 3 pha ở chơng 2 cùng với sơ đồ
mạch lực đã trình bày ở trên ta thấy cần tính toán các thiết bị sao cho thật phù hợp .
Các thiết bị chính cần tính toán ở đây bao gồm : Máy biến áp ,van ,thiết bị bảo vệ
,cuộn cảm .
1 . Tớnh toỏn chn mỏy bin ỏp:
Các đại lợng cần thiết cho tính toán một máy biến áp chỉnh lu cầu 3 pha a. Điện
áp chỉnh lu không tải

U
d0
= U
d
+U
ba
+U
v
+U
ck

Trong đó :
U
d0
: Điện áp chỉnh lu không tải
U
d
: Điện áp chỉnh lu .

U
ba
: Sụt áp trên biến áp .
U
v
: Sụt áp trên van .
U
ck
: Sụt áp trên cuộn kháng
Do theo yêu cầu của đề bài ,đối với sơ đồ cầu 3 pha ta có các thông số sau :
k
u
=2.34 ; k
s
=1.05 ; k

=3/ ; m = 3 ;
Theo các giá trị sụt áp trên van ta tính đợc nh sau :
U
d0
=
( )
1
1 Uba
UUUU
ckvbad
++
+++
(1)
Trong đó :

U
ba
=11 (V) ; U
v
= 1.15 (V) ; U
ck
=11 (V) ; U
1
=0.05
a =
0399.0*
*
*
2
=
x
s
u
e
kk
km

b =
0209.0*
*
2
2
=
ẻ
s

u
e
kk
m
Thay vào công thức 1 ta có :
U
d0
=
( )
( )
V27574.274
05.00209.00399.01
111115.1*2220
=
++
+++
17
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
b . Xác định công suất tối đa của tải :
P
dmax
= U
d0
*I
d
=275*140 =38500 (W) =38.5(kW)
c . Công suất máy biến áp nguồn đợc tính
S
ba
=k

s
* P
dmax
=1.05*38500 =40.425(VA) 40(kVA)
d . Điện áp định mức phía thứ cấp :
U
2đm
=
( )
( )
)(124
34.2*05.01
275
*1
1
0
V
kU
U
u
d
=

=

Hệ số máy biến áp :
k
ba
=
78.1

124
220
2
1
==
dm
dm
U
U
e . Tính toán sơ bộ mạch từ :
Tiết diện trụ Q
Fe
của lõi thép biến áp đợc tính từ công thức :

Q
Fe
=k
Q

fm
S
ba
*
Trong đó : k
Q
: Hệ số phụ thuộc làm mát .
Chọn k
Q
= 5
Theo thực nghiệm sản suất thông thờng :

Q
Fe
=5*
)(8464.81
50*3
2
cm
S
ba
=

Đờng kính trụ:
)(20,10
64.84.4
.4
cm
Q
d
Fe
===

Chuẩn hoá đờng kính trụ theo tiêu chuẩn d = 10(cm)
Chọn loại thép E330 các lá thép có độ dày 0,5 mm

f. Tính toán dây quấn máy biến áp .
* / Tính toán điện áp của các cuộn dây .
- Điện áp cuộn dây thứ cấp :
U
2
=

=
U
D
k
U
0
( )
V52.117
34.2
275
=
- Điện áp cuộn dây sơ cấp U
1
bằng điện áp nguồn cấp .
*/ Tinh dòng điện trong các cuộn dây .
Ta có :
)(75.183
220
38500*05.1
*
1
max1
1
A
U
Pk
I
s
===
I

2
=
)(98.343
52.117
38500*05.1
2
2
A
U
S
ba
==
* / Tính vòng dây của mỗi cuộn dây ;
18
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
Ta có :
Số Vôn/vòng = 4.44*B*Q*f*10
-4
B = 1.5 (T); Q=84(cm
2
); f = 50(Hz)
Thay số :
Số vòng dây của cuộn một :
Số Vôn/vòng = 4.44*1.5*84*50*10
-4
=1.8648
W
1
= ( Số Vôn/vòng)*U
1

= 1.8648*220 = 410(vòng)
W
2
=(Số Vôn/ vòng)*U
2
= 1.8648*124 = 232 (vòng)
* / Tính toán tiết diện dây quấn .
S
Cu
=
J
I
Trong đó :
I : Cờng đọ òng điện trong các cuộn dây
J : Mật độ dòng điện trong các cuôn dây
Chọn J = 2.75 ( A/mm
2
)
Thay số :
S
Cu1
=
)(66
75.2
75.183
2
mm=
D
1
=

( )
mm
S
9
*4
1


Chọn S
Cu2
= S
cu1
= 66(mm
2
) D
2
= D
1
= 9(mm)

g . Tính toán kích thớc mạch từ .
Do theo yêu cầu của đầu bài , ở đây công suất lớn nên phải dùng trụ có nhiều
bậc .
Chọn lá thép có độ dày : 0.5(mm)
Diện tích của sổ cần thiết :
Q
CS
= Q
CS1
+Q

CS2
Với :
Q
CS1
= k
lđ
*W
1
*S
Cu1
; Q
CS1
= k
lđ
*W
2
*S
Cu2

Trong đó :
Q
CS1
, Q
CS2
: Phần do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ
W
1
,W
2
: Số vòng dây sơ cấp và thứ cấp

k
lđ
: Hệ số lấp đầy , chọn k
lđ
= 2.5
Thay số :
Q
CS
= 2.5*410*66 + 2.5*232*66 =105930 (mm
2
) =106 (cm
2
)
h .Tính kích thứơc cửa sổ :
Khi đã có diện tích cửa sổ Q
CS
cần chọn các kích thớc cơ bản là chiều cao h và
chiều rộng ccủa cửa sổ mạch từ .Tuỳ theo thiết kế mà chọn giá trị cơ bản c và h .
Thong thòng chọn theo hệ số phụ nh sau :
m =
a
h
= 2.5 ; n =
a
c
= 0.5 ; l =
a
b
= 1 ữ1.5
Tính toán ta đợc : a = 10 (cm) ; b = 12(cm) ; c = 6(cm) ; h = 25(cm)

19
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
Chiều rộng toàn bộ mạch từ là : C = 2*c +3*a = 42 (cm)
Chiều cao toàn bộ mạch từ la : H = h + 2*a = 45 (cm)

i . Tính kết cấu dây quấn .
Dây quấn đợc bố trí theo dọc trụ , mỗi quận dây quấn thành nhiều lớp . Mỗi lớp
đợc quấn liên tục, các vòng dây sát nhau, Các lớp dây cách nhau bằng một bìa cách
điện.
- Số vòng dây trên mỗi lớp:
+ Kết cấu dây quấn sơ cấp :
Khi dây quấn tiết chữ nhật :

W
1L
=
e
n
g
k
b
hh 2
=
)(4951.4895.0*
47.0
5.0*225
vong=


Trong đó:

h : chiều cao cửa sổ.
b
n
: bề rộng dây quấn kể cả cách điện.
h
g
: khoảng cách cách điện với gông: h
g
= 5(mm)
k
e
: hệ số ép chặt k
e
= 0.95
Số lớp dây trong cửa sổ đợc tính bằng tỷ số số vòng dây W của cuộn W
1
hoặc
W
2
cần tính trên số vòng dây trên một lớp.
20
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
W
1d
=
l
W
W
1
1

=
)(45,8
49
410
lop=
Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :
Tính chiều dài của các
cuộn dây đồng
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 a
01
= 1,0(cm)
Đờng kính trong của ống cách điện
D
t
= d
fe
+ 2 . a
01
2 .S
01
= 10 + 2.1 - 2.0,1 = 11,8(cm)
Đờng kính trong của cuộn sơ cấp
D
t1
= D
t
+ 2 . S

01
= 11,8 + 2 . 0,1 = 12(cm)
Chọn bề dày 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
= (1,45+0,1).6,1 = 8,9(mm) = 0,89(cm)
Đờng kính ngoài của cuộn sơ cấp
D
n1
= D
t1
+ 2 . Bd
1
= 12 + 2.0,89 = 13,78(cm)
Đờng kính trung bình của cuộn sơ cấp :
D
tb1
= ( D
t1
+ D

n1
) / 2 = (12 + 13,78 )/2 = 12,89 (cm)
Chiều dài dây cuộn sơ cấp :
l
1
= W
1
. . D
tb


= 410. . 12,89 = 16603,0 (cm) = 166,03 (m)
Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :
cd
01
= 1,0(cm)
+ Kết cấu dây quấn thứ cấp
Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp
h
1
= h
2
= 25 (cm)
Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:
5895,0.
41,0
25
.
2
2

12
==
e
k
b
h
w
(vòng)
Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp :
4
58
232
12
2
12
===
w
w
n
(lớp)
(Chọn số lớp dây cuốn n
12
= 4 lớp ,).
Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :
21
)(24,24
95,0
47,0.49.
111
1

cm
k
bw
h
e
===
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
67,14
95,0
41,0.34
k
b.w
h
e
212
2
===
(cm)
Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp là: a
12
= 1,0 (cm)
Đờng kính trong của cuộn thứ cấp :
D
t2
= D
n1
+ 2 . a
12
= 13,78 + 2.1,0 = 15.78 (cm)
r

t2
= D
t2
/2 =7,89 (cm)
Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd
22
= 0,1(mm)
Bề dầy cuộn thứ cấp :
Bd
2
= (a
2
+ cd
22
) .n
12
= (0,145 + 0,01) . 4 = 0,62 (cm)
Đờng kính ngoài của cuộn thứ cấp:
D
n2
= D
t2
+ 2 .Bd2 = 15,78+ 2 . 0,62 = 17,02(cm)
Đờng kính trung bình của cuộn thứ cấp :
D
tb2
= ( D
t2
+ D
n2

) / 2 = (15,78 + 17,02) / 2 = 16,4(cm)
Chiều dài dây quấn thứ cấp :
l
2
= . w
2
. D
tb2
= . 232.14,76 = 11953,13(cm)
l
2
119,53 (m)
Đờng kính trung bình các cuộn dây:
D
12
= ( D
t1
+ D
n2
) / 2 = (12 + 17,02 )/2 = 14,51(cm)
r
12
= D
12
/2 =6,43 (cm)
j) Khối lợng sắt:
Khối lợng sắt bằng tích thể tích sắt trụ và gông nhân với trọng lợng của sắt.
M
Fe
= V

Fe
. m
Fe
V
Fe
: thể tích khối sắt.
V
Fe
= Q
Fe
.( 3h+ 2c) = 0.84* (3*2,5 +2*5) = 14,7 (dm
3
)
m
Fe
= 7,85. Q
Fe
(3h+ 2c) = 115,395 (kg)
l) Khối lợng đồng:
Khối lợng đồng đợc tính tơng tự khối lợng sắt.
M
Cu
= V
Cu
. m
Cu
Trong đó:
V
Cu
: thể tích khối đồng.

V
Cu
= S
Cu
. l
S
Cu
: tiết diện dây đồng.
l : chiều dài dây đồng.
m
Cu
= 8,9 Kg/dm
3
.
Thay số :
M
Cu
= 8,9. S
Cu
. l = 16.7(kg)
m) Tổng sụt áp bên trong biến áp
* Điện áp rơi trên trở:
22
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
U
r
= [R
2
+
2

1
2
1








W
W
R
] I
d
Trong đó:
R
1
, R
2
: điện trở thuận của các cuộn dây
R
1
=
Cu

s
l
1

= 0.0000172*
66
166030
=0.043 ()
R
2
=
Cu
s
l
2

= 0.000072*
66
119530
=0.031 ()
Với
Cu
= 0,0000172 mm.
I
d
: dòng tải một chiều.
* Điện áp ra trên quận kháng:

U
x
=
dnf
m

1
Trong đó:

7
21
2
2
2
10.
3
.8







+
+






=

BdBd
cd

h
R
W
bk
n
m
f
: số pha biến áp.
W
2
: số vòng dây thứ cấp biến áp.
R
bk
: bán kính dây thứ cấp.
l : chiều cao lá thép.
h : Chiều cao cửa sổ lõi thép
cd : bề dày cách điện của các cuộn dây với nhau .
Chọn cd = 2 (mm)
Qua tính toán:
X
n
= 0.00597 () U
x
= 0.800(V)
Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:
)(014,19
314
00597,0
H
w

X
L
ba
ba
à
===
h) Điện trở ngắn mạch
R
nm
= R
2
+
2
1
2








W
W
* R
1
R
nm
= 0. 014

o) Tổng trở ngắn mạch
Z
nm
=
22
nmnm
xr +
=
22
00597.0014.0 +
=0.015()
p) Tính điện áp phần trăm ngắn mạch
U
nm
% = 100.
m
nmm
U
Z



2
= 1.79 (%)
23
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng
q) Dòng điện ngắn mạch:
I
nm
=

nm
m
Z
U
2
=
)(7800
015.0
117
A=
Nhận xét: kết quả tính đợc ở trên chỉ hoàn toàn có ý nghĩa về lý thuyết còn thực tế
khi lắp biến áp cần quan tâm đến rất nhiều vấn đề khác nh: làn mát, cách điện
2. Tớnh chn van
Các van trong mạch chỉnh lu công suất làm việc với dòng điện lớn, điện áp cao,
công suất phát nhiệt trên nó khá mạnh vì vậy công việc chọn van phải hợp lý mới
đảm bảo mạch hoạt động tin cậy.
Khi chọn van cần quan tâm tới 2 chỉ tiêu: chỉ tiêu dòng điện và chỉ tiêu điện áp.
*) Tính chọn van theo chỉ tiêu dòng điện:
Theo yêu cầu của đề bài:
I = 140(A), tra bảng 1.1 ta có:
I
tby
=
3
d

= 46,67(A)
Khi làm việc, dòng diện qua động cơ, các van thờng xuyên làm việc ở chế độ quá
tải nên ta chọn hệ số dự trữ k
lv

= 2.
ở đây ta sử dụng ché độ làm mát tự nhiên, dòng điện cho phép chỉ bằng 25%
dòng định mức.
Nh vậy dòng trung bình qua van:
I
v
= 46,67.1,5:25%= 280(A)
*) Tính chọn van theo chỉ tiêu điện áp
- Độ dao động của điện áp:

10%
- Trị hiệu dụng của điện áp nguồn U
2
lớn nhất:
U
2max
= U
2
+ 10%U
2
= 123,59 + 12,359
U
2max
= 135,949 (v)

Tra theo bảng ta có:
U
2ngmax
=
6

U
2max
= 333,00(v)
Chọn hệ số dự trữ về áp cho van bằng 1,7 thì điện áp qua van:
U
2v
= 1,7U
2ngmax
= 1,7 . 333 = 566,11(v)
Tra theo sổ tay điện tử công suất ta chọn van Thyristo T14-320-6
3. Tớnh toỏn b lc.
Vì hệ số đập mạch c hỉnh lu cầu 3 pha là: K
đmv
= 0,057 nên mạch lọc có hệ số san
bằng:
K
sb
=
5,9
006,0
057,0
==
dmr
dmv
k
k

Ta có điện trở tơng đơng:
24
Đồ án điện tử công suất Nguyễn ngọc Thăng

R =
( )
== 57,1
140
220
d
d
I
U

Do R
1 không
lớn , K
sb
không lớn nên bộ lọc đợc chọn là điện cảm

L =
87,715,9
502.6
57,1
1
.
2
2
2
1
=

=

sb
m
d
k
wm
R
(mH)
*) Tính kích thớc lõi thép:
- Kích thớc cơ sở:
a = 2,6
4
2
d
LI

Chọn a = 10 (cm)
b = 1,2a = 12 (cm)
c = 0,8a = 8(cm)
h= 3a = 30(cm)
- Tiết diện lõi thép:
S
th
= ab = 10.12 = 120 (cm
2
)
- Diện tích của sổ :

cs

= h.c = 30.8 = 240 (cm

2
)
- Độ dài trung bình đờng sức:
l
th
= 2 (a+b+c) = 2(12+8+10) = 60(cm)
- Độ dài trung bình dây quấn:
l
dq
= 2(a+b) + c = 2(10+12) + 8 = 69,13(cm)
- Thể tích lõi thép:
V
th
= 2ab (a+h+c) = 11520 (cm
3
)
*) Tính điện trở của dây quấn ở t
0
= 20
0
C đảm bảo độ sụt áp cho phép:
U = 7,5%U
đm
=
)(5,16
100
2205,7
v
x
=

T
mt
= 40
0
C ; T = 50
0
C
Theo tính toán:
r
20
=
( )
)]2090(10.26,41[140
5,16
2010.26,41
/
33
+
=
++


TT
IU
mt
d

r
20
= 0,091()

*) Số vòng dây của cuộn cảm
W = 414
)(232
13,69
240.091,0
414
.
20
V
l
sr
dq
cs
==
*) Tính mật độ từ trờng
H =
)/(54133
60
140.232
*100
.
*100 mA
l
IW
th
d
==
*) Tính cờng độ từ cảm
25