Đồ án điện tử công suất - Vũ Thị Bích - 2 pdf

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 12



















CHƯƠNG 3:
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THIẾT KẾ.
I. Sơ đồ nguyên lý mạch lực:
1. Sơ đồ

2. Nguyên lý hoạt động.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 13

Thông thường chỉnh lưu cầu 3 pha không cần có máy biến áp lực. Tuy nhiên do yêu
cầu điện áp phía một chiều là 75V cho nên cần phải có máy biến áo để giảm điện áp lưới đặt
vào bộ chỉnh lưu.
Mạch lực bao gồm các phần tử sau:
Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha gồm 6 Thyristor. Các van nhóm lẻ T
1
, T
3
, T
5
đấu KC, các van
nhóm chẵn T
2
,T
4
, T
6
đấu AC.
Các van mở khi nó đã thỏa mãn được điều kiện mở: với van chẵn thì phải có ϕ
A
âm
nhất, với van lẻ dương nhất và phải có xung điều khiển mở. Các van tự khóa nhờ đặt điện áp
ngược khi có van khác dẫn.
Trên mạch có tiếp điểm của 2 côngtăctơ CTT1 và CTT2 trong đó có 2 tiếp điểm thường
đóng và 2 tiếp điểm thường mở. Các tiếp điểm này đóng mở để đảm bảo yêu cầu đóng mở
trong quá trình khởi động và đảm bảo kích từ. Điện trở R
T
là điện trở triệt từ có tác dụng tiêu

tán năng lượng cảm ứng của dây quấn kích từ phía stato để tránh làm hỏng dây quấn kích
thích. Dây quấn kích thích là phần cố định được đặt trong roto của động cơ. Khi có dòng điện
kích từ một chiều chạy qua dây quấn kích thích sẽ tạo ra momen đồng bộ để kéo roto vào
đồng bộ.
Để khởi động động cơ đồng bộ theo phương pháp khởi động không đồng bộ, ban đầu
đóng điện lưới cấp cho stato. Nhờ có dây quấn khởi động đặt trong roto nên nó sẽ tạo ra
momen không đồng bộ làm cho roto quay. Do dây quấn kích từ được đặt ở roto nên khi cấp
điện cho stato thì thì trường quay của stato quét nó với tốc độ đồng bộ sẽ tạo ra điện áp cao
trên nó. Tuy nhiên, nhờ tiếp điểm thường đóng trong suốt quá trình này nên giây quấn kích từ
được nối ngắn mạch qua RT. Vì vậy năng lượng được tiêu tán qua RT để bảo vệ giây quấn
kích từ (RT là điện trở khởi động, có thể cho dòng rất lớn đi qua trong thời gian ngắn). Ở giai
đoạn này thì bộ chỉnh lưu vẫn hoạt động nhưng cấp cho tải do tiếp điểm thường hở làm hở
mạch vì vậy dòng kích từ qua dây quấn kích từ i
t
= 0.
Khi động cơ đạt được tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ thì côngtăctơ sẽ tác động. Lúc
này tiếp điểm thường đóng, mở ra ngắt R
t
ra khỏi mạch con tiếp điểm thường hở đóng lại nhờ
vậy bộ chỉnh lưu sẽ cấp nguồn một chiều cho dây quấn kích từ vì vậy sẽ xuất hiện một
momen đồng bộ tác dụng tương hỗ với momen không đồng bộ, tăng tốc cho đồng bộ để kéo
roto đồng bộ vào đồng bộ.
Vì một lý do nào đó mà động cơ chưa thể vào đồng bộ mặc dù tốc độ vẫn cho phép vào
đồng bộ (côngtăctơ 2 vẫn đóng, côngtăctơ 4 vẫn mở thì mạch điều khiển sẽ giảm góc mở α
của Thyristor để dòng điện áp ra của chỉnh lưu). Nhờ đó tăng dòng kích từ qua dây quấn kích
từ vì vậy sẽ tăng momen đồng bộ và kéo roto vào tốc độ đồng bộ.
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 14

Nếu động cơ chưa vào được đồng bộ và tốc độ không cho phép vào đồng bộ nữa thì
côngtăctơ 3 mở ra, côngtăctơ 4 đóng lại. Lúc đó i
t
= 0 và dây quấn kích từ lại được nối với R
t
.
Vì vậy muốn động cơ vào đồng bộ thì phải tìm hiểu nguyên nhân và cố gắng khắc phục để
động cơ đạt được tốc độ vào đồng bộ.
Nhận thấy mặc dù vẫn có điện áp phía một chiều xong đến khi động cơ đạt được tốc độ
vào đồng bộ thì mới xuất hiện dòng kích từ i
t
qua dây quấn kích từ. Khi phát hiện ra tốc độ
đồng bộ đạt được tốc độ vào đồng bộ thì côngtăctơ 2 sẽ tác động nhờ điện áp tác động V
hctt
=
f(n).











II. Sơ đồ mạch điều khiển.
1. Sơ đồ
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 15


2. Nguyên lí
Do sử dụng 6 Thyristor trong mạch cầu 3 pha nên phải có 6 mạch điều khiển đề điều
khiển chúng. ở đây chỉ trình bày sơ đồ điều khiển của một Thyristor. Trong sơ đồ có khâu
đồng pha, khâu tạo điện áp tựa, khâu so sánh, khâu tạo xung chùm, khâu khuyếch đại xung
biến áp xung và phần thực hiện điện áp điều khiển.
Biến áp đồng pha có điện áp sơ cấp lấy từ thứ cấp biến áp mạch lực. Cuộn sơ cấp đấu tam giác để
tăng góc điều khiển cho các thyristor Thứ cấp biến áp điều khiển gồm 6 cuộn dây và có điểm trung tính
. Mỗi cuộn dây dùng để tạo ra một điện áp đồng pha có biên độ phù hợp để điều khiển một thyristor trên
mạch lực.
Bộ tạo xung răng cưa tạo ra một xung răng cưa tuyến tính nhờ sự phóng nạp của tụ C
1
qua các
tranzito Tr
1
và Tr
2
. Khi Tr
1
khoá, tụ C
1
được nạp điện áp từ nguồn +E qua Tr
2
tạo ra xung răng cưa, khi
Tr
1
mở bão hoà tụ C

1
phóng điện qua Tr
1
về 0.
Bộ tạo nguồn điều khiển là giá trị điện áp được thiết lập nhờ điện áp đặt trên biến trở VR
1
cộng với
điện áp phản hồi đưa về từ máy phát tốc thông qua bộ điều chỉnh PI và bộ hạn chế tín hiệu dòng điện.
Giá trị điện áp này thay đổi tuỳ thuộc vào tốc độ của động cơ đồng bộ BĐ.
Khâu so sánh có hai đầu vào là xung răng cưa và điện áp điều khiển được tạo ra bởi việc cộng hai
điện áp là điện áp đặt lấy trên biến trở VR
1
và điện áp phản hồi lấy từ máy phát tốc thông qua bộ điều
chỉnh tỉ lệ tích phân PI. Tín hiệu này sau đó được đưa qua khâu hạn chế dòng rồi mới đưa tới bộ so

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 16

Để đảm bảo mở chắc chắn các thyristor trên mạch lực dùng bộ tạo xung chùm bằng vi
mạch 555. Sau đó đưa vào cổng và (cổng AND) để trộn với xung chữ nhật ở đầu ra bộ so
sánh. Chu kỳ của xung chùm có thể chọn lựa để phù hợp với các thyristor đã có.
Khâu khuếch đại sau cùng dùng sơ đồ đấu Dalingtơn với hai tranzitor. Khâu này có nhiệm vụ khuếch
đại tín hiệu điều khiển các tiristo trước khi đưa vào cực điều khiển của chúng. Khuếch đại ở đây là việc
tạo ra đủ công suất để mở các thyristor.
Tín hiiêụ điều khiển sau đó được đưa qua máy biến áp xung. Biến áp xung có nhiệm vụ cách ly
mạch lực với mạch điều khiển. Mục đích là để đảm bảo các thiết bị trong mạch điều khiển không bị ảnh
hưởng bởi điện áp cao từ mạch lực. Ngoài ra biến áp xung còn làm nhiệm vụ phối hợp trở kháng giữa
tầng khuếch đại xung và cực điều khiển van lực.
Trên mạch điều khiển còn có các rơle: RL1 và RL2 làm nhiệm vụ điều khiển các tiếp điểm của

chúng đóng cắt các côngtăctơ CTT1 à CTT2 trên mạch lực. Điều này được tạo ra nhằm đáp ứng yêu
cầu công nghệ là tự động cấp kích từ cho động cơ đồng bộ. Còn bộ tạo trễ dung vi mạch 555 để tạo thời
gian trễ khi cấp quá kích từ cho động cơ.















CHƯƠNG 4:
Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 17
TÍNH TOÁN MẠCH LỰC.
I. Tính toán van động lực.
1. Chọn van động lực.
Các van động lực được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều
kiện tỏa nhiệt, điều kiện làm việc.
* Điện áp ngược cơ bản của van.
U
d

2,45
U
nmax
= k
nv
= k
vn
. = . 130 = 136,11
k
u
2,34
k
nv
= 2,45 : hệ số điện áp ngược
k
u
= 2,34 : hệ số điện áp tải.
U
2
, U
2
, U
max
: điện áp tải, điện áp nguồn xoay chiều, điện áp ngược của van.
Để chọn van theo điện áp hợp lí thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện
áp làm việc, chọn qua hệ số dự trữ k
dtu
= 2.
→ U
nv

= k
dtu
. U
nmax
= 272,22 (V).
* Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng
I
lv
= I
hd
= k
hd
. I
d
=
3
d
I
Có: U
ktmax
= 130V
U
ktđm
= 75V
P
kt
= 24 . 10
3
W
→ I

ktđm
= = = 320 (A)
ktdm
kt
U
P
75
10.24
3
R
kt
=

=
ktdm
ktdm
I
U
Ω= 234,0
320
75
I
ktmax
=
A
R
U
kt
ktdm
556,555

234,0
130
==
Vậy dòng làm việc của van là:
I
lv
=
A
I
d
2,185
3
556,555
3
==
Với các thông số làm việc trên và chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt
với đầy đủ diện tích toả nhiệt, không quạt đối lưu không khí: thông số cần có của van động
lực:
U
nv
= 2. U
lv
= 272,22 V
U
đmv
= k
i
. I
lv
= 185,2 . 1,2 = 222,24 A.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 18
(Chọn hệ số dự trữ dòng điện k
i
= 1,2).
Ta được Thyristor C184C có các thông số sau:
U
nmax
= 300V
I
đm
= 300A
dòng đỉnh I
pikmax
= 300mA.
áp xung điều kiển: U
g,max
= 3,0
dòng tự giữ: I
h,max
= 500mA
dòng dò: I
rmax
= 20mA
ΔU
max
= 1,8.
sV

d
d
t
u
/200=

Thời gian chuyển mạch (mở và khóa) t
0
em
= 10μs.
T
max
= 125
0
C
2. Tính toán máy biến áp
Chọn máy biến áp 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí tự nhiện.
Tính các thông số cơ bản:
+ Tính công suất biểu kiến của máy biến áp:
Công suất tối đa của tải P
đmax
= U
đ0
. I
đ
= 158,8 . 555,556 = 88,22KW
→ Công suất máy biến áp nguồn S
ba
= 1,05 P
đ

= 92,631 KVA
S = K
s
. P
đ
= K
s
.
3
3
10.647,29
85,0
10.24.05,1
==
η
P
+ Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
U
p
= 380V
+ Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
U
đ0
. cos(α
min
) = U
đ
+ 2. ΔU
v

+ ΔU
đn
+ ΔU
ba
+ ΔU
γ
Trong đó:
α
min
= 10
0
là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới.


ΔU
v
= 2,8V là sụt áp trên Thyristor
ΔU
đn
= 0 là sụt áp trên dây nối.
ΔU
ba
= ΔU
r
+ ΔU
x
là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
ΔU
γ
là sụt áp do hiện tượng chuyển mạch gây ra khi điện kháng phía X

c
là đáng kể
chọn ΔU
γ
= 9% . ΔU
đ
= 11,7V.
Chọn sơ bộ:

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 19
ΔU
ba
= 7%. U
đ
= 7% . 130 = 9,1V
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
ΔU
đ0
= V
UUUUU
badlvd
8,158
)10cos(
7,11,1908,2.2130
)cos(
2.2
0
min

=
++++
=
Δ
+
Δ
+
Δ+Δ
+
α
γ

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp:
U
2
=
63,67
34,2
8,158
0
==
u
d
k
U
+ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp:
I
2
= AI
d

6,453556,555.
3
2
.
3
2
==
+ Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:
I
1
=
AI
U
U
47,806,453.
380
63,67
.
2
1
2
==
a. Tính sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ).
+ Tính tiết diện sơ bộ trụ.
Q
Fe
= K
Q
.
mf

S
ba
Trong đó: K
Q
là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy K
Q
= 6
M là số trụ của máy biến áp
F là tần số xoay chiều, ở đây f = 50Hz
Thay số ta được:
Q
Fe
= 147,62
+ Đường kính trụ:
d =
cm
Q
Fe
7,13
62,147.4
.4
==
ππ
Chuẩn đoán đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 14cm
+ Chọn loại thép ∃330 các lá thép có độ dày 0,5mm
Chọn mật độ từ cảm trong trụ B
t
= (T)
+ Chọn tỷ số m = , suy ra h = 2,3 . d = 32,2cm
3,2=

d
h
Ta chọn chiều cao trụ là 32 cm.
b. Tính toán dây quấn.
+ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 20
W
1
=
9,1150,1.10.62,147.50.
44,4
380

44,4
4
1
==
−
tFe
BQf
U
Lấy W
1
= 116 vòng
+ Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp
W
2

= vòng
7,20116.
380
86,67
.
1
1
2
==W
U
U
Lấy W
2
= 21 vòng.
+ 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
)
+ Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp
S
1
= mm
2
, suy ra đường kính dây d
1
= mm

29
75,2
80
1
1
==
J
I
07,6
4
1
=
π
cw
S
+ Tính lại mật độ dòng diện trong cuộn sơ cấp.
J
1
= A/mm
2
76,2
29
80
1
1
==
S
I
+ Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp.
S

2
= mm
2
, suy ra d
2
= mm
94,164
75,2
6,453
1
2
==
J
I
5,14
4
2
=
π
cw
S
c. Kết cấu dây dẫn sơ cấp:
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục
+ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp
W
11
= vòng 4395,0.
03,0607,0
5,1.232
.

2
1
=
+
−
=
−
c
n
g
k
d
hh
Trong đó: k
c
= 0,95 là hệ số ép chặt
h là chiều cao trụ
h
g
là khoảng cách từ gông đến cuộn sơ cấp
Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5cm
+ Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp
n
11
= lớp
69,2
43
116
11
1

==
W
W
+ Chọn số lớp n
11
= 3 lớp. Như vậy có 116 vòng chia thành 3 lớp, chọn 2 lớp đầu vào
có 40 vòng, lớp thứ 3 có 116 – 3.40 = 36 vòng.
+ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 21
h
1
= cm
8,20
95,0
637,0.31
k
d . W
c
111
==
+ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S
01
= 0,1 cm.
+ Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp a
01
= 1,0 cm.
+ Đường kính trong của ống cách điện

D
t
= d
Fe
+ 2. a
01
– 2. S
01
= 14 + 2,1 –2. 0,1 =16,8 cm.
+ Đường kính trong của cuộn sơ cấp.
D
t1
= D
t
+ 2S
01
= 16,8 + 2.0,1 = 17 cm.
+ Chọn bề dầy giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd
11
= 0,1 mm
+ Bề dày cuộn sơ cấp:
B
d
= (dn
1
+ cd
11
) . n
11
= (0,637 + 0,1) . 3 = 2,211 cm B

+ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp Dn
1
= D
t1
+ 2. B
d1
= 17 + 2. 2.211 = 21,422 cm.
+ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp.
Dt
b1
= cm
211,19
2
422,2117
2
11
=
+
=
+
nt
DD
+ Chiều dày dây quấn sơ cấp.
L
1
= W
1
. Π . D
tb
= Π . 116 . 19,211 = 70 m.

+ Chọn bề dầy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd
01
= 1,0 cm.
d. Kết cấu dây cuốn thứ cấp.
+ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp.
h
1
= h
2
= 20,8 cm
+ Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp.
W
12
= vòng.
1395,0.
03,045,1
8,20
.
2
2
=
+
=
c
k
dn
h
+ Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp.
n
12

= lớp.
61,1
13
21
12
2
==
W
W
+ Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n
12
= 2 lớp. Chọn 1 lớp đầu có 12 vòng, lớp thứ 2 có số
vòng là: 21 – 12 = 9 vòng.
+ Chiều cao thự tế của cuộn thứ cấp.
h
2
= cm.
95,2375,1.
95,0
13
.
2
12
==
p
c
d
k
W
+ Đường kính trong của cuộn thứ cấ:

D
t2
= D
n1
+ 2. a
12
= 21,422 + 2 . 1 = 23.422 cm.

Đồ án điện tử công suất

Sinh Viên: Vũ Thị Bích- TĐH2-K46 22
+ Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd
22
= 0,1 mm.
+ Bề dày cuộn sơ cấp.
B
d2
= (d
n2
+ cd
22
). n
12
= (1,48 + 0,01) . 2 = 2,98 cm.
+ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp.
D
n2
= D
t2
+ 2. B

d2
= 27,056 + 2. 3,52 = 34,696 cm.
+ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp.
n
2
= Π . W
2
. D
tb2
= Π . 21. 30,576 = 20,172 m.
+ Đường kính trung bình các cuộn dây.
D
12
= cm
133,17
2
096,3417
2
21
=
+
=
+
nt
DD
⇒ r
12
= cm.
5665,8
2

133,17
2
12
==
D
+ Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: a
22
= 2 cm.
e. Tính kích thước mạch từ:
+ Chọn sơ bộ các kích thước cơ bản của mạch từ.
+ Chọn hình dáng của trụ.
+ Chọn trụ chữ nhật với các kích thước.
Q
Fe
= a . b (a- bề rộng trụ, b- bề dày trụ).
+ Chọn là thép có độ dày 0,35 mm
+ Diện tích cửa sổ
Q
cs
= Q
cs1
+ Q
cs2
= k
ld
. W
1
. S
cu1
+ k

ld
. W
2
. S
cu2
.
k
ld
: hệ số lấp đầy, chọn bằng 3.
Q
cs1
, Q
cs2
: phần do cuộn sơ, thứ cấp chiếm chỗ (mm
2
).
S
cu1
, S
cu2
: tiết diện dây sơ, thứ cấp, kể cả cách điện (mm
2
)
⇒ Q
cs
= 3 . (116 . 29 + 21 . 164,94) = 20483,22 mm
2
+ Chọn kích thước cửa sổ:
Khi đã diện tích cửa sổ Q
cs

, cần chọn các kích thước cơ bản (chiều cao h, và chiều
rộng c v ới Q
cs
= h . c) của cửa sổ mạch từ.
Theo công thức kinh nghiệm với máy biến áp 3 pha, lõi thép III thì:
m =
2=
a
h
n =
7,0=
a
c
l =
1=
a
b