Đề án tốt nghiệp: Hướng dẫn Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ phần 3 pptx

Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
13- 13 -














Có 3 yêu cầu chủ yếu sau về dòng điện và điện áp điều khiển:
+ Các giá trị lớn nhất không vợt quá giá trị cho phép.
+ Giá trị nhỏ nhất cũng phải đảm bảo cho tất cả các tiristor cùng loại làm việc đợc.
+ 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 đợc tín hiệu điều
khiển nằm trong vùng (I).
Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển:
Thông thờng độ rộng xung điều khiển lớn hơn 5 s (t
x
=510 s đối với tiristor làm
việc ở tần số cao và t
x
= 50200 s với tiristor làm việc ở tần số thấp) và tăng độ rộng của
xung điều khiển sẽ cho phép giảm nhỏ xung điều khiển (nh 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 đợc tính theo biểu thức:

dt
di
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 sờn trớc của xung:
- Độ dốc sờn trớc của xung càng cao thì việc mở tiristor càng dễ. Thông thờng yêu cầu
độ dốc sờn trớc của xung điều khiển là:
1,0
dt
dI
dk
A/s.
t
x
=1000

s

t

x
=100

s

(2)

(1)

I

II

đờng giới hạn
công suất điều khiển
0

U
đk

I
đk

Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
14- 14 -
- Độ dốc sờn trớc 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.
4. Lựa chọn phơng 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 đợc
tín hiệu điều khiển cần thiết:










a/ Khâu đồng pha
Đây là khâu có nhiệm vụ xác định thời điểm mốc để tính góc mở . 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 lu để taọ ra xung đồng bộ.
đồng
pha
U
tựa
So
sánh
KĐX BAX
Máy phát

xung
U
đk

Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
15- 15 -

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 đợc 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 nh hình 1.
- Mạch dùng transistor và các linh kiện điện tử khác nh hình 2.
- Mạch dùng khuếch đại thuật toán nh hình 3.

R1
R2
D1
D2
C
+Ung
-Ung

Hình 1.
R
CUdp
Ecc



Hình 3.
Sơ đồ mạch:

Ung

U
l

Utựa



t

t

R
d
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
16- 16 -
Udp
Dz
C
E+
E-
Hình 3.
ở sơ đồ hình 1 ta có một mạch tạo U
tựa
tơng đối đơn giản, dễ lắp đặt, rẻ tiền nhng có
nhợc điểm rất lớn là điện áp răng ca trải dài quá 1/2 chu kì của điện áp lới làm cho việc
xác định góc điều khiển từ điện áp răng ca 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
lới nhng 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 lợng rất tốt.
c/ Khâu so sánh
Khâu này có nhiệm vụ tạo ra góc điều khiển (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 đợc dùng để tạo ra xung
chùm. Ví dụ nh 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 lợng cao.

Udp

Urc

t

t

+E
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
17- 17 -

Chơng II
Thiết kế mạch lực


Sơ đồ nhuyên lý:

T1
T3 T5
T2
T4
T6
Rkt
Lkt
( Lkt>>Rkt )
La
Lb
Lc
Ua

Ub
Uc


- Số liệu yêu cầu : U
d
= 75V ; I
d
= 320A
U
1
=380 V; f=50 Hz; R
kđ
= 0,8A
1. Tính toán chọn van
U
ng
=K
n
U
2f

Trong đó : 56
34,2
130
34.2
0
2

d

f
U
U V và 6
n
K
- Suy ra: 137566
ng
U V
Để van làm việc an toàn ngời ta thờng chọn hệ số dự trữ cho van là K
dt
=1,62.
- Do đó: U
ngmax
= K
dt
U
ng
= 2137 = 274 V
- Dòng điện trung bình chảy qua van:

7,106
75
1024
3
1
33
1
3

d
vtb
d
v
I
IK
I
I
A
Để van làm việc an toàn thì chọn : I
vmax
= 4I
v
-Suy ra: I
vmax
= 4106,7 = 426,8 A
Từ các số liệu trên ta chọn van nh sau:
Tiristor KH: ST280CH04C0 có các thông số sau:
U
ngmax
= 400 V;
I
vmã
= 500 A;
Đề tài: Thiết kế mạch tự động kích từ cho động cơ đồng bộ Điện tử công suất.
18- 18 -

I
G

= 150 mA; (dòng điện điều khiển)
U
v
= 1,4 V;
2. Tính toán các thông số điện áp, dòng điện và công suất máy biến áp
+ Công suất biến áp nguồn đợc tính bởi:
S
ba
= K
s
.P
d
= 1,05.24.10
3
= 25,2 KW;
+ Điện áp các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp:
- Điện áp thứ cấp đợc tính bởi:
56
34
.
2
0
2

d
U
U 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
= 0,82.320 = 262,4 A
- Dòng điện của cuộn sơ cấp:
I
1
= K
ba
.K
1
.I
d
=
1
2
U
U
.0,82 . 320 = 66,8 A
Ta tiến hành chọn máy biến áp với các thông số trên.
3. Tính toán mạch từ MBA
Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức:

fc
S
KQ

ba



Trong đó :
k: Hệ số kinh nghiệm (thờng 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 :
)(8,77
503
102,25
6
3
3
cmQ



Chọn Q=78 (cm
2
)
Ta chọn mạch từ : làm bằng tôn silic 310 có bề dày là 0,35 mm
tỷ trọng
b
=75 kg/dm

3

tổn hao p=1,3 w/kg. Bề dày lá tôn silic 310 : 0,35(mm)