tính toán, thiết kế mạng điện một chiều cho phòng thí nghiệm khoa cơ khí động lực

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“Tính toán, thiết kế mạng điện một chiều cho phòng thí
nghiệm khoa cơ khí động lực trường ĐHSPKT Hưng Yên”
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
HƯNG YÊN
KHOA :CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Nhơn
Sinh viên thực hiện : Bá Văn Hùng
Hoàng Đình An
Lớp : ĐLK7
Hưng Yên ,Tháng 6 năm 2013
Phần 1: Phần mở đầu
1
Phần 2 : Nội Dung
2
Phần 3 : Kết luận
3
Kết cấu đồ án
Kết cấu đồ án
PHẦN 1 : PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Với mục đích chế tạo ra một hệ thống nguồn một chiều đáp ứng được một
phần nào đó trong lĩnh vực thực hành thí nghiệm môn điện ô tô
2. Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đồ án
Chúng em tập chung nghiên cứu chế tạo bộ nguồn một chiều với nhiều cấp
điện áp khắc nhau: 5V-2A; 5V-48A; 12V-21A; 12V- 30A
3. Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát, đánh giá thiết bị hiện có


Tìm và phân tích tài liệu

Sử dụng phương pháp thực nghiệm

Trao đổi kinh nghiệm và kiến thức với các thầy cô và các chuyên gia khoa
cơ khí động lực.
P
PHẦN 2: NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan đề tài
:
:
Chương 2: Khảo sát, tính toán thiết kế
hệ thống điện một chiều
Chương 3: Kết luận
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.1. MẠCH CHỈNH LƯU

Khái niệm: Mạch chỉnh lưu là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện
xoay chiều thành nguồn điện một chiều để cung cấp cho phụ tải điện
một chiều

Phân loại
o
Tùy theo số pha: 1 pha, 3 pha, m pha
o
Tùy theo đặc điểm: hình tia và hình cầu

Các thông số cơ bản của mạch chỉnh lưu
o

Thông số tải
o
Thông số van bán dẫn
o
Thông số nguồn
o
Thông số đánh giá chất lượng mạch điện
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài
Mạch chỉnh lưu hình
tia một pha nửa chu
kỳ không điều khiển
Mạch chỉnh lưu hình
tia một pha nửa chu
kỳ có điều khiển
Mạch chỉnh lưu hình
cầu một pha không điều
khiển
Mạch chỉnh lưu hình
cầu một pha
điều khiển hoàn toàn

Một số mạch chỉnh lưu
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.2. Các bộ biến đổi nguồn một chiều dùng mạch băm xung điện áp
một chiều nối tiếp

Khái niệm: Bộ biến đổi điện áp một chiều được sử dụng để biến đổi nguồn
điện áp một chiều không đổi thành nguồn điện áp một chiều thay đổi được

để cấp điện cho phụ tải một chiều.

Phân loại

Mạch xung áp nối tiếp

Mạch xung áp song song

Mạch xung áp tăng áp

Mạch xung áp giảm áp

Mạch xung áp đảo dòng

Mạch xung áp kép ( có đảo chiều)
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài
Sơ đồ cấu trúc chung mạch bộ biến đổi điện áp DC
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài
1.3. Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ

Aptomát: là khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá
tải, ngắn mạch, sụt áp, công suất ngược v.v

Cầu chì: là một loại khí cụ dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện tránh
khỏi dòng điện ngắn mạch. Nó thường được dùng để bảo vệ dây dẫn, máy
biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp
sáng v.v


Nút ấn: là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ
khác nhau, các dụng cụ báo hiệu, và cũng để chuyển đổi các mạch điện
điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệ vv

Contactor: là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc
bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải, điện áp đến 500V, dòng điện đến
600A.
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài

Máy biến áp cảm ứng một pha: Biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc
theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Nhiệm vụ chủ yếu là biến đổi năng lượng
điện xoay chiều có điện áp và dòng điện ở giá trị này sang năng lượng điện
xoay chiều có điện áp và dòng điện ở giá trị khác nhưng vẫn giữ nguyên tần
số và dạng sóng điện áp.

Mạch lọc : Bộ lọc là thiết bị kết nối giữa nguồn chỉnh lưu và phụ tải điện một
chiều. chức năng của bộ lọc là cho dòng điện có tần số nào đó đi qua mà biên
độ không bị suy giảm, đồng thời suy giảm mạnh dòng điện ở tần số khác.
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện một chiều
cho phòng thí nghiệm điện ôtô
2.1. Khảo sát hệ thông điện một chiều

Khảo sát phòng thí nghiệm

Khảo sát hệ thống nguồn điện trên ôtô

Điện áp một chiều 12(24V) được tạo ra từ máy phát điện để nạp cho
acquy sau đó cấp điện cho các thiết bị dùng nguồn 12 (24) như động cơ
đề, chiếu sáng vv Đây là hệ thống nguồn điện cần công suất lớn, nếu

không tính đến thời điểm đặc biệt khi đề khởi động động cơ thì dòng làm
việc thường nằmh trong phạm vi 7A đến 20A, tuỳ theo từng loại ôtô.
Ngoài ra nguồn điện áp này còn được cấp cho các thiết bị điều khiển như
rơle, các vỉ mạch điều khiểnvv

Điện áp một chiều +5V thường được dùng để cấp cho các cảm biến hoặc
các bộ điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển, thông thường dòng điện
hệ thống nguồn này dùng không lớn khoảng 5A trở lại.
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện một chiều

Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện
một chiều
2.2. Sơ đồ tủ điện cung cấp
nguồn một chiều
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện
một chiều
2.3. Tính toán, lựa chọn thiết bị

Tính chọn nguồn 5V: Qua khảo sát thị trường chúng em thống
nhất sử dụng hai bộ nguồn 5V-2A để chuyên dùng cấp cho các
cảm biến khi thí nghiệm và bộ nguồn 5V-48A để làm nguồn dự
phòng cấp điện cho các thiết bị điện 5V công suất lớn như rơle,
đèn hay các thiết bị khác.

Tính chọn bộ nguồn 12 VDC: Chế tạo bộ nguồn 12VDC với
dòng điện cực đại khoảng 30A. Với dòng điện lớn như trên các
thiết bị có bán sẵn trên thị trường giá thành rất lớn khoảng 7
triệu Vnđ. Do vậy nhóm thống nhất chế tạo bộ nguồn 12VDC
dùng biến áp cảm ứng và mạch chỉnh lưu cầu một pha không
điều khiển.

Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện một chiều
o
Tính chọn cầu chỉnh lưu
- Với điều kiện làm mát bằng cánh tản nhiệt và đối lưu tự nhiên thì dòng điện
cầu chỉnh lưu được chọn thảo mãn điều kiện sau:
Điện áp cầu chỉnh lưu được chọn thoả mãn điều kiện:
Căn cứ vào phần tính toán chúng em thống nhất chọn loại cầu chỉnh lưu 100A-
100VDC
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện một chiều

Tính chọn máy biến áp nguồn
- Dòng hiệu dụng chạy qua máy biến áp
- Điện áp thứ cấp máy biến áp
- Công suất biểu kiến thứ cấp máy biến áp
- Công suất biểu kiến sơ cấp máy biến áp
Như vậy ta cần chọn một máy biến áp có U
1
= 220V; U
2
= 14,9
(V) và S = 1,1*540 = 594(VA)
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện một chiều
Trên thị trường không có sẵn máy biến áp loại như trên và nhóm đã
quyết định mua máy biến áp lõi xuyến có sẵn trên thị trường với U
1

=220V; S = 700VA sau đó về tính toán quấn cuộn dây thứ cấp để tạo
ra điện áp 14,9(V). Các bước thực hiện như sau:
•
B1: Khảo sát số vòng trên vôn ta xác định được

N
V
= 0,9 (Vòng/vôn)
•
B2: Tính số vòng dây thứ cấp máy biến áp
•
B3: Tính đường kính dây quấn thứ cấp
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện một chiều

Tính chọn MCCB
- MCCB được dùng để bảo vệ tổng thể toàn mạch, nhưng bộ nguồn
công suất được cung cấp chủ yếu từ máy biến áp cấp nguồn 12V, do
vậy ta tập chung tính chọn MCCB theo dòng điện máy biến áp còn các
phần dòng điện khác cho nguồn 5V và mạch điều khiển coi như bỏ
qua.
- Dòng điện qua sơ cấp máy biến áp được xác định:
Như vậy ta chọn loại MCCB nhỏ loại nhỏ nhất hiện tại trên thị
trường là loại 6A-250V.
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện một chiều

.Tính chọn Contactor và nút nhấn
- Dòng điện qua contactor được chọn thoả mãn
điều kiện:
- Cuộn hút và nút nhấn được chọn theo điện áp làm việc 220V. Như vậy ta
chọn nút nhấn và contactor với các thông số ký thuật như sau:
-Nút nhấn loại: TN2TK1AB
- Nút cắt khẩn loại: TN2TFAB
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện
một chiều
Như vậy ta chọn contactor loại HiMC50 – 380/440V với các thông số

và kỹ thuật theo bảng sau :
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện
một chiều

Tính chọn cầu nối
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng
điện một chiều

Tính chọn dây cấp nguồn DC 12V-30A theo điều kiện phát nóng
Theo điều kiên phát nóng ta có I
cp
.K
1
.K
2
≥ I
PX
= I
tt


- Xét với điều kiện làm việc ở môi trường là 40
0C ,
như vậy ta chọn dây
đồng loại 2*4 có giá trị dòng điện làm việc cho phép lâu dài ở nhiệt độ 65
0C


là 45 (A) thỏa mãn điều kiện kiểm tra theo điều kiện phát nóng


45.0,8*0,9 = 32 (A) >30 (A).

Như vậy ta chọn dây 2*4 của Taya với đặc tính kỹ thuật:
4mm2x2C
7/0.85
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện
một chiều

Chọn cầu chì 2A
Cầu chì được chọn loại
HT18X với các thông số
kỹ thuật như sau:

Vỏ cầu chì 32A;
điện áp 380V

Dây chì loại 2A
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện
một chiều
2.5. Sơ đồ bố trí thiết bị trong và ngoài tủ điện
Chương 2: Khảo sát, tính toán, thiết kế mạng điện
một chiều

Hình ảnh sản phẩm sau khi hoàn thiện