đồ án kỹ thuật điện lạnh Chức năng của UPS và ứng dụng của nó trong thực tế

Chương I : Tổng quan về UPS
A. Sự cố về nguồn và giải pháp UPS:
Sự cố về nguồn điện nói chung và mất điện nói riêng làm ảnh hưởng rất
nhiều đến các hoạt động trong cuộc sống hiện đại, nhất là các thiết bị nhạy
cảm hay yêu cầu phải hoạt động liên tục như là máy tính,máy xử lý công
nghiệp,thiết bị y tế,viễn thông và các hoạt động thương mại điện tử. Việc
ngừng trệ ( do sự cố về điện ) sẽ làm chậm giao dịch,mất thông tin, gây tổn
hại vê nhiều mặt, mất thời gian để khắc phục và sửa chữa.

1. Các sự cố về nguồn điện:
Về mặt lý thuyết: Hệ thống phân phối năng lượng điện tạo ra một điện
áp hình sin vơi biên độ và tần số thích hợp để cung cấp cho thiết bị điện
(400V-50Hz chẳng hạn).
Trong thực tế, những sóng hình sin điện áp và dòng điện cùng tần số bị
ảnh hưởng trong phạm vi khác nhau bởi những sự cố có thể xuất hiện trong
hệ thống.
• Xung nhọn : Là sù tăng lên đột ngột của điện áp trong một khoảng
thời gian ngắn. Nguyên nhân gây ra là sự đóng cắt của các bộ điều
chỉnh nhiệt hoặc các thiết bị đóng cắt dòng lớn. Hiện tượng này làm
hư hỏng phần cứng,các thiết bị ngoại vi,board … và làm hư các phần
mềm.
• Nhiễu điện : Chính là sự nhiễu loạn giữa đường cung cấp và đất,giữa
các dòng với nhau, dòng với trung tính Nó gây ra bởi sét đánh, do
lỗi dây hay gần các thiết bị thu phát sóng radio … Hiện tượng này làm
cho các dữ liệu có thể bị treo hoặc bị phá huỷ.
• Tăng áp : Sự tăng đột ngột tức thời đôi khi đến mức gây hư hỏng .
Hiện tượng này thường xảy ra ngắn và có biên độ rất cao. Nguyên
nhân gây ra thường là do tắt các máy dùng điện,bị sét đánh hay là
phục hồi lại điện sau khi bị mất.
• Sụt áp : Điện áp giảm so với giá trị điện áp trung bình tròng vài chu
kỳ. Hiện tượng này dễ gặp khi khởi động tải lớn nh là khi khởi động

máy điện quay. Nó làm cho hệ thống máy tính phải khởi động lại.
• Sụt áp do quá tải : Nó cũng giống nh hiện tượng sụt áp nhưng thời
gian dài hơn và thường là nguy hiểm hơn. Hiện tượng này xảy ra khi
nguồn cung cấp không cung cấp đủ cho tải và máy phát ngắt điện toàn
bộ lưới.
• Mất điện : Nguồn điện cung cấp bị ngắt hoàn toàn. Hiện tượng này
xảy ra khi đường dây cung cấp bị lỗi,tai nạn hay bị thiên tai …
• Dạng sóng của nguồn cung cấp không có hình sin.
• Tần số của nguồn thay đổi sai khác so với tần số định mức.
2. Giải pháp UPS :
Trước những sự cố về nguồn điện không thể tránh được, chúng ta cần
phải có một giải pháp sao cho vừa đem lại sự an toàn và tính sử dụng liên
tục cho các thiết bị điện,điện tử cần ưu tiên, vừa đảm bảo an toàn cho người
sử dụng.
Có nhiều giải pháp cho vấn đề này như sử dụng thêm nguồn dự phòng
và bộ chuyển mạch nhanh nhưng giải pháp này gây tốn kém vì phải sử dụng
thêm nguồn thứ hai và vẫn phải cần có thời gian để chuyển mạch trong khi
yêu cầu sư dụng đòi hỏi về nguồn :
• Tính liên tục.
• Chất lượng của nguồn điện.
Bộ nguồn liên tục UPS chính là giải pháp đáp ứng được các yêu cầu
đó. Nó cung cấp cho tải với nguồn ổn định và liên tục trong mọi trường hợp
bị sự cố.
B. Chức năng của UPS và ứng dụng của nó trong thực tế.
UPS : Uninterruptible Power Supply : Bộ nguồn liên tục.
1. Các chức năng của UPS :
Hoạt động nh mét giao diện giữa hệ thống cung cấp điện và những tải
nhạy cảm. UPS cung cấp cho tải một năng lượng điện liên tục, chất lượng
cao, không phụ thuộc mọi tình trạng của hệ thống cung cấp.
UPS tạo ra một điện áp cung cấp tin cậy :

• Không bị ảnh hưởng của những sự cố của hệ thống cung cấp, đặc biệt
khi hệ thống cung cấp ngừng hoạt động.
• Phạm vi sai sè cho phép tuỳ theo yêu cầu của những thiết bị điện từ
nhạy cảm
UPS có thể cung cấp điện áp tin cậy, độc lập và liên tục thông qua các
khâu trung gian: Acquy và chuyển mạch tĩnh.
2. Ứng dụng của UPS trong thực tế:
Hiện nay nhu cầu ứng dụng UPS trong các lĩnh vực tin học, viễn
thông, ngân hàng là rất lớn. Số lượng UPS được sử dụng gần bằng 1/3 số
lượng máy tính đang được sử dụng. Có thể lấy một vài ví dụ về các thiết bị
sử dụng UPS, đó là những máy tính, việc truyền dữ liệu và toàn bộ thiết bị ở
một trạng thái nào đó là rất quan trọng và không cho phép được mất điện.
UPS được sử dụng trong ngành hàng không để đảm bảo sự thắp sáng liêu tục
của đường băng sân bay… Nói tóm lại UPS là một nguồn điện dự phòng nó
có mặt ở mọi chỗ mọi nơi, những nơi đòi hỏi cao về yêu cầu cấp điện liên
tục.
Ví dụ hệ thống UPS để bàn:
Hệ thống UPS cỡ trung bình (công suất 3-20kVA)

Đánh giá chất lượng UPS :
Chất lượng của UPS được đánh giá dựa theo một số tiêu chuẩn quan
trọng như:
• Dạng sóng của điện áp đưa ra từ UPS. Thông thường điện áp ra
của UPS được điều chình về dạng sin là dạng sóng chuẩn cung cấp
cho các thiết bị tiêu thụ. Một số UPS chất lượng thấp cho ra cỏc
súng dạng xung vuông.
• Khi có sự cố bên trong UPS hoặc khi cần bảo dưỡng sữa chữa
UPS, bạn cần một thiết bị chuyển mạch bằng tay để có thể tách rời
UPS ra khỏi thiết bị tiêu thụ mà không làm ảnh hưởng đến thiết bị
đú, đõy cũng là một tiêu chuẩn để đánh giá UPS.

• Thời gian cũng như công suất mà UPS có thể đảm bảo cung cõp
nguồn liên tục khi có sự cố đối với nguồn cung cấp chính cũng là
một yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng của một UPS.
• Ở các UPS hiện đại, nú cũn có khả năng giao tiếp với các thiết bị
tiêu thụ (tự động tắt thiết bị khi nguồn cung cấp bị mất trong một
thời gian quỏ lõu), với người sử dụng đưa ra các cảnh báo về tình
trạng của nguồn cung cấp thông qua màn hình hiển thị hoặc các tín
hiệu cảnh báo.

C. Phân loại UPS:
Theo nguyên lý làm việc của UPS ta phân thành các loại dưới đây
1. UPS tĩnh:
Là UPS sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất làm chức năng
chỉnh lưu và nạp ắc quy để tích lũy điện năng khi làm việc bình thường. Khi
có sự cố bộ nghịch lưu làm nhiệm vụ biến đổi điện năng một chiều thành
điện năng xoay chiều cung cấp cho các tải ưu tiên.
UPS tĩnh chiếm phần lớn trong các hệ thống UPS. Năng lượng của
các hệ thống này thường được tích trữ trong ắc quy. Thành phần cơ bản của
UPS này bao gồm :
- Ăc quy
- Bộ chỉnh lưu/nạp
- Bộ nghịch lưu và bộ lọc

UPS tĩnh có 2 loại chính là : UPS chuyển đổi đơn và UPS chuyển đổi kép.
( dựa trên cách thức mà UPS cung cấp cho tải )
a. UPS chuyển đổi kép:
Trong loại này,trước tiên nguồn cung cấp sẽ chuyền thành dòng một
chiều thông qua bộ chỉnh lưu nạp vào ắc quy. Tiếp đó nguồn 1 chiều từ
ắc quy sẽ đc chuyển sang điện áp xoay chiều thông qua sự kết hợp của bộ
nghịch lưu và bộ lọc.

Bộ nghịch lưu này hoạt động liên tục và cung cấp năng lượng cho tải
cả trong trường hợp thường và trường hợp khẩn cấp.
Về cấu tạo UPS loại này cho phép mắc nối tiếp 1 nguồn bổ sung vào
mạch điện một chiều của nó. Ví dụ đầu ra nguồn 1 chiều của UPS được
cung cấp bởi một máy phát điện Diesel mắc song song với ắc quy. ắc quy
này có thể cung cấp năng lượng cho tải liên tục cho đến khi hết năng
lượng dự trứ thì máy phát điện sẽ làm việc tiếp tục cung cấp năng lượng
cho tải qua bộ nghịch lưu.
b. UPS chuyển đổi đơn:
Cấu tạo của loại UPS này không có bộ chỉnh lưu/nạp cho ắc quy.
Chính xác hơn thì bộ nghịch lưu của UPS này có khả năng chuyển đổi
hai chiều. Khi mà nguồn đang cung cấp thì bộ nghịch lưu đưa năng lượng
từ nguồn nạp vào ắc quy ( nếu cần ). Đến khi nguồn bị ngắt, ắc quy sẽ
cung cấp năng lượng cho tải thông qua bộ nghịch lưu. Dưới đây là sơ đồ
nguyên lý :
Không giống nh UPS chuyển đổi kép, loại UPS này không thể truyền
năng lượng cho tải khi mà nguồn vẫn đang cung cấp. Chính vì đặc thù
này mà UPS chuyển đổi đơn có hiệu quả kinh tế hơn UPS chuyển đổi
kép.
Tuy nhiên các tải ưu tiên của UPS này phải chịu được sự thay đổi về
nguồn cấp hơn là tảI của UPS chuyển đổi kép.
2. UPS quay.
Là UPS sử dụng máy điện làm chức năng nghịch lưu.
Ví dụ về UPS quay:
3. UPS gián tiếp ( Off – line ) và UPS trực tiếp ( On – line ).
a. UPS gián tiếp ( Off – line ):
Là loại UPS bộ nghịch lưu khụng chốn trực tiếp vào giữa tải và
nguồn cung cấp mà được nối như một mạch cung cấp song song với
nguồn chính và luôn ở trạng thái standby. Ở điêu kiện bình thường nú
khụng cung cấp nguồn cho tải tiêu thụ mà chỉ hoạt động khi nguồn

cung cấp chớnh cú sự cố.
Khi vận hành bình thường nguồn cấp điện trực tiếp cho tải qua bộ
lọc F mà qua bộ nghich lưu. Khi xảy ra sự cố ở hệ thống cung cấp hoặc
điện áp hệ thống nằm ngoài giới hạn cho phép tải sẽ được từ bộ nghịch
lưu sau một thời gian chuyển đổi rất ngắn cỡ 10ms. Tuy nhiên sự
chuyển mạch này vẫn không đáp ứng được với các loại tải nhạy cảm
như máy tính, các thiết bị truyền tin… Sơ đồ này thường chỉ áp dụng
cho các tải công suất nhỏ dưới 2kVA.
b. UPS trực tiếp ( On - line ):
Ở loại UPS này bộ nghịch lưu được chèn vào giữa hệ thống cung
cấp và thiết bị tiêu thụ. Ở trạng thái làm việc bình thường bộ chỉnh lưu
cung cõp nguồn để nạp acquy và bộ nghịch lưu. Khi nguồn cung cấp
xảy ra sự cố (mất nguồn cung cấp hoặc điện áp nằm ngoài giới hạn
cho phép) bộ nghịch lưu sẽ tiêu thụ điện năng từ acquy và do đó đảm
bảo sụ cung cấp liên tục cho tải. Toàn bộ nguồn cung cõp cho tải phải
đi qua bộ nghịch lưu do đó đảm bảo việc cung cấp liên tục, chất lượng
điện năng về điện áp, dạng sóng, tần số… không phụ thuộc vào sự
biến động của nguồn cung cấp.
Ngoài ra loại UPS này thường còn được cung cấp thêm một công
tắc chuyển mạch tĩnh (static switch) đảm bảo cung cấp điện liên tục
trong trường hợp UPS có vấn đề hoặc cần phải bảo dưỡng, sửa chữa.
Sơ đồ UPS này đảm bảo chất lượng điện và độ tin cậy cao nhưng giá
thành cao và được ứng dụng với công suất trung bình và lớn trên
40KVA.
D. Cấu trúc UPS :
1. Các thành phần chính của UPS:
Một hệ thống UPS hoàn chỉnh gồm một số phần tử chính cho ở hình
trên :
a) Đường dây vào(AC input): Một UPS đầy đủ thường có 2 đầu
vào độc lập từ hệ thống cung cấp.

- Hệ thống cung cấp 1 (HTCC1): Là đường vào bình
thường cung cấp cho chỉnh lưu nạp.
- Hệ thống cung cấp 2 (HTCC2): Cung cấp cho chuyển
mạch tĩnh (theo by-pass).
Chuyển mạch tĩnh cho phép tải được chuyển tức thời qua
đường by pass lúc cần thiết. Việc nối 2 nguồn cung cấp độc
lập vào UPS sẽ làm tăng độ tin cậy tuy nhiên cũng có thể sử
dụng đường vào chung.
b) Bộ chỉnh lưu nạp: Biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp
một chiều cung cấp trực tiếp cho bộ nghịch lưu (trong UPS
online) và nạp thường xuyên cho acquy ( đối với tất cả các
loại UPS).
c) Bộ acquy: Dùng để dự trữ điện năng dùng vào lúc các nguồn
cung cấp chính gặp sự cố ( mất nguồn hay chất lượng nguồn
giảm xuống dưới mức cho phép) . Dung lượng của acquy sẽ
quyết định thời gian mà UPS có thể cung cấp nguồn liên tục
cho thiết bị sau khi nguồn bị ngắt.
d) Bộ nghịch lưu: Nghịch lưu điện từ acquy hay từ bộ chỉnh lưu
để cung cấp cho thiết bị tiêu thụ. Bộ nghịch lưu phải đảm bảo
ổn định tần số, điện áp và công suất cung cấp cho thiết bị.
e) Đường song song với chuyển mạch tĩnh: Chuyển đổi tải của
UPS từ bộ nghịch lưu sang hệ thống cung cấp 2 mà không làm
gián đoạn cung cấp điện cho tải. Việc chuyển đổi này xảy ra
khi nghịch lưu ngừng hoạt động vì các lý do:
- Bảo dưỡng.
- Quá tải.
- Sự cố bên trong.
f) Đường cung cấp đóng cắt bằng tay : Sử dụng công tắc đóng
mở bằng tay để cấp điện cho tải theo hệ thống cung cấp 2 khi
yêu cầu bảo dưỡng.

g) Máy biến áp cách ly: Được đưa vào với mục đích cách ly tải
với hệ thống cung cấp 2, nó thường được sử dụng khi điển nối
đất của hệ thống vào và ra của UPS là khác nhau.
h) Chuyển mạch bằng tay, thiết bị đóng cắt acquy: Dùng để cách
ly các bộ phận trong quá trình bảo dưỡng.
2. Các thiết bị khác:
Ngoài các bộ phận chính đã nói ở trên, UPS có thể cũn cú thờm một
số chi tiết khác như sau:
 Thiết bị phân phối và bảo vệ.
 Thiết bị cách ly, máy biến áp tạo điện áp phù hợp với tải.
 Hệ thống điều khiển, cảnh báo, hiện thị, điều khiển xa. UPS còn
có thể được trang bị thêm hệ thống chẩn đoán tự động, tự động
kiểm tra trạng thái của các bộ phận khác. Ví dụ kiểm tra trạng
thái của acquy…
Chương III
Tính toán mạch lực
Dạng điện áp nghịch lưu ra có dạng như sau :
( hình vẽ )
Điện áp trung bình :

2
3 3
2 2 2
0 0
3
1 4 2
. ( ) . ( ) .
3 3
1 4 2
0.47

3 3 3
d d
d d
E E
U E d d d
E E
π π
π
π
θ θ θ
π π π
= = +
= + =
∫ ∫ ∫
Ta có:
U
ra
= 220 (V)

220
468.08( )
0.47 0.47
ra
d
U
E V
= = =
;
Nếu sử dụng nguồn chỉnh lưu có điện áp 468.08 (V) thỡ dũng tiêu thụ lớn
và khó khăn cho việc mắc các ắc quy (các ắc qu

2 *177 250.3( )V
=
y mắc nối
tiếp nhau để nạp ắc quy tốt thì điện áp dặt vào giữa các ắc quy là phải giống
nhau ). Do đó ta sẽ cho điện áp ở đầu ra chỉnh lưu là 120V sau đó ta dùng
một một máy biến áp chỉnh điện áp thành 468.08 (V) để phù hợp với phần
nghịch lưu .
Ta chọn loại ắc quy 12V  cần mắc
120
10
12
=
ắc quy nối tiếp nhau .
Theo bài ra thì công suất ra của UPS là S = 5 (kVA)
Coi hiệu suất của máy biến áp là 95% thì hiệu suất của máy biến áp nghịch
lưu là
S
nghịch lưu
=
5
5.26( )
0.95
KVA
=
Do tổn hao công suất qua các van công suất là không đáng kể nên ta có thể
bỏ qua và do đó ta có thể coi công suất đầu ra nghịch lưu bằng công suất đầu
vào . Do vậy ta suy ra được công suất ra của phần chỉnh lưu là : S
chỉnh lưu
=
5.26(KVA).

Dòng điện nạp cho acquy

5260
43.83( )
120
d
I A
= =
Do trong bộ acquy có nội điện trở do đó điện áp đầu ra chỉnh lưu được tính
như sau :
U
cl
= U
d
+U
t
Trong đó
U
cl
là điện áp đầu ra chỉnh lưu .
U
d
điện áp trên 2 đầu acquy
U
t
điện áp tổn hao do nội trở của acquy .
Ta tra được điện trở nội của acquy là 0.09
Ω
. Như vậy nội trở của toàn bộ

acquy là 10*0.09 = 0.9(
Ω
)
Như vậy điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu là
U
cl
= 120 + 43.83 x 0.9 = 159.4(V).
Sơ đồ ta chọn là sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng
( Sơ đồ )
Ta thấy điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu U
cl
= 159.4 (V) > 100 (V) . Như vậy
ta phải dựng mỏy biến áp ở phần đầu vào của chỉnh lưu để chỉnh điện áp lên
cho phù hợp với phần chỉnh lưu .

1. Chọn van công suất
Ta thấy dòng điện cung cáp cho tải chỉnh lưu là dũng khụng lien tục
Công thức cho cầu chỉnh lưu 1 pha là

2
1 os 1 os
. .
2 2
d do
u
U
c c
U U
k
α α

+ +
= =
Với k
u
là hệ số điện áp tải . Đối với mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không
đối xứng thì
k
u
= 0.9
Ở chế độ nặng nề nhất thì
osc
α
=1 hay
d do
U U=
2
159.4
177( )
0.9
u
U
V
k
= = =
Điện áp ngược đặt lên van khi van thông U
lv
=k
nv.
U
2

=
2 *177 250.3( )V
=
Trong đó k
nv
là hệ số điện áp ngựợc .
Điện áp ngược của van được chọn là
U
nv
= k
dtU
.U
lv
= 2*250.2 = 500.6(V)
Trong đó k
dtU
là hệ số dự trữ được chọn là 2 .
+ Dòng qua van
I
lv
= I
hd
= k
hd
. I
d
=
31( )
2
d

I
A=
Dòng định mức cực đại của van

dmv
. 4*31 124( )
i lv
I k I A= = =
( Chọn điều kiện làm mát bình thường I
lv
= (10
→
30)%I
đmv
)
Dựa vào các th ông số trên ta chọn diode CR150-060
Với các thông số của diode là
I
max
= 150(A)
U
max
= 600(A)
I
pik
= 3000(A)
∆U = 1.1(V)
I
th
= 150(A) : dòng điện thử cực đại .

I
r
=1(mA)
T
cp
=
200
o
C
Dựa vào các thông số trên ta chọn được van 2N3422
Với các thông số của van như sau :
U
nmax
=600(V) I
kmax
=100(mA)
I
đmmax
=125(A) I
rò
=7.5(mA)
I
pikmax
=3000(A)
ax
0 0
ax
1.8( );
25 ;
125 ;

m
cm
m
U V
t s
T C
µ
∆ =
=
=
I
gmax
=300(mA)
U
gmax
= 3.0V

max
max
911.19( ) 3000( )
911.19( ) 3000( )
pikT
pikD
I A I A
I A I A
= < =
= < =
2. Tính toán máy biến áp
Máy biến áp mà ta chọn là máy biến áp 1 pha 1 trụ
Tính cho chế độ nặng nề nhất của máy biến áp

U
maxd
= 159.4(V)
I
maxd
= 43.83(A)
2
159.4
177.11( )
0.9
d
u
U
U V
k
= = =
2
43.83
. 31( )
2
d hd
I I k A= = ≈
Với k
u
là hệ số điện áp tải ; k
hd
là hệ số xác định dòng điện hiệu dụng .

2 2 2
* 177.11*31 5490.41( )P U I W= = =

Lấy hiệu suất
0.95
η
=

2
5490.41
1.23* 7108.63( )
0.95
s
P
S k VA
η
= = ≈

2. Điện áp pha sơ cáp của máy biến áp : U
1
= 220(V)
3.Điện áp thứ cỏp mỏy biến áp
Phưong trình cân bằng điện áp khi tải :

min diod
cos
do d v dn ba
U U U U U U
α
= + ∆ + ∆ + ∆ + ∆
Trong đó

min

α
=10
0

góc dự trữ khi giảm điện áp lưới

1.8( )U V
∆ =
sụt ỏp trờn van .

dn
U
∆
= 0 sụt ỏp trờn dây nối

diod
U
∆
sụt ỏp trờn diod

xrba
UUU ∆+∆=∆
sụt ỏp trờn điện trở và dõy khỏng mỏy biến áp .
Chọn sơ bộ
6% 0.06*159.4 9.56( )
ba d
U U V∆ = = =
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có
0
min

159.4 1.8 0 9.56 1.1
174.51( )
cos cos10
d V dn ba diod
do
U U U U U
U V
α
+ ∆ + ∆ + ∆ +∆
+ + + +
= = =
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp

2
174.51
194( )
0.9
do
u
U
U V
k
= = ≈
4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA :
2
1 43.83
31( )
2 2
d
I I A= = =

5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp

2
1 2 2
1
194
*31 27.33( )
220
ba
U
I k I I A
U
= = = =
* Tính toán mạch từ
6 Tiết diện sơ bộ trụ :

fm
S
KQ
ba
QFe
*
=
K
Q
: hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát chọn K
Q
= 6 .
m : Số trụ của máy biến áp , m =1 .
f : tần số của nguồn điện xoay chiều .f = 50Hz.

Thay số ta được :

2
7108.63
6* 71.54( )
* 1*50
ba
Fe Q
S
Q K cm
m f
= = =
7.Đường kính trụ

4
4*71.54
9.55( )
Fe
Q
d cm= = =
Π Π
Chuẩn hóa ta lấy d = 10(cm)
8.Chọn loại thép Э330 các lá thép có độ dày 0.35 (mm)
Chọn mật độ từ cảm B = 1 T.
9. Chọn tỷ số
d
h
=2.3 suy ra h = 2.3 d =2.3*10 = 23(cm)
Chọn chiều cao trụ h = 23(cm)
* Tớnh toỏn dây quấn

10. Số vòng dây sơ cỏp mỏy biến áp :

1
1
4
220
139
4.44 4.44*50*71.54*10 *1
Fe T
U
W
fQ B
−
= = ≈
(vòng)
11. Số vòng dây trong cuộn thứ cấp của MBA :

1
2
2
U
U
W =
W
1
=
194
*139 123
220
≈

(vòng)
12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp .
Với dây dẫn bằng đồng ta chọn J
1
= J
2
= 2.75(A/mm
2
)
13. Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp

2
1
1
1
27.33
9.94( )
2.75
I
S mm
J
= = =
Chọn dây dẫn hình chữ nhật cấp cách điện B
Chuẩn hóa S
1
= 10.10 (mm
2
) ( tra trong bảng 20 trong quyển : Thiết kế
máy biến áp – Lê Văn Doanh )
a

1
= 2.24 (mm) ; b
1
= 4.7 (mm)
14. Tiết diện dây quấn thứ cấp của máy biến áp

2
2
2
2
31
11.27( )
2.75
I
S mm
J
= = =
Chọn dây quấn hình chữ nhật cách điện cấp B .
Chuẩn hóa S
2
= 11.30(mm
2
) ; a
2
=1.95 (mm); b
2
= 5.9 (mm);
* Kết cấu dây quấn sơ cấp :
15. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

1.1
1
2
23 2*1.5
*0.95 40
0.47
g
e
h h
W k
b
−
−
= = ≈
(vòng)
Trong đó k
e
= 0.95 hệ số ép chặt
h : chiều cao trụ .
h
g
: là khoảng cách từ gông tới cuộn sơ cấp thường chọn là
1.5 cm.
16. Số lớp dây ở cuộn thứ cấp

1
11
11
W 139
3.47

W 40
n
= = =
(lớp)
17.Chọn số lớp của cuộn dây sơ cấp là 4 lớp . Như vậy 139 vòng chia
thành 4 lớp 3 lớp đầu quấn 35 vòng, lớp sau quấn 34 vòng .
18.
19. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp

1.1 1
1
*
42*0.47
20.28( )
0.95
e
W b
h cm
k
= = =
20.Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy S
01
=
0.1(cm)
21.Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp là a
01
= 1 cm.
22. Đường kính trong của ống cách điện sơ cấp

1 01 01

2 2 10 2*1 2*0.1 11.8( )
t Fe
D d a S cm= + − = + − =

23.Đường kính trong của cuộn sơ cấp

1
2* 11.8 2*0.1 12( )
tsc t o
D D S cm= + = + =

24. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp cd
11
=0.1(mm)
25.Bề dầy của cuộn sơ cấp

1 1 1.1 1.1
( ) (2.44 0.1)*4 1.016( )
d
B a cd n cm= + = + =

26.Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp .

1 1
2 12 2*1.016 14( )
n tsc d
D D B cm= + = + ≈
28.Đường kính trung bình cuộn sơ cấp .

1

12 14
13( )
2 2
tsc n
tb
D D
D cm
+
+
= = =

29. Chiều dài dây quấn sơ cấp

1 1 1
139* *13 5673.98( ) 56.74( )
tb
l W D cm m= Π = Π = ≈
30. Chọn bề dầy cuộn sơ cấp và thứ cấp cd
01
= 1 cm .
31. Chọn sơ bộ h
1
=h
2
= 20.28(cm)
* Kết cấu dây quấn thứ cấp
32. Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp của cuộn dây thứ cấp :

2
1.2

2
20.28
*0.95 32
0.59
c
h
W k
b
= = ≈
(vòng)
33.Số lớp dây ở cuộn thứ cấp

2
1.2
1.2
123
3.84
32
W
n
W
= = =
 4 lớp
34. Ta sử dụng 4 lớp, mỗi lớp quấn 8 vòng.
35. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp

1.2
2 2
32*0.59
19.87( )

0.95
e
W
h b cm
k
= = =

36. Đường kính trong cuộn dây thứ cấp

1 12
2* 14 2*.1 16( )
ttc n
D D a cm= + = + =
37.Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây thứ cấp là cd
22
= 0.1 mm.
38.Bề dầy của cuộn thứ cấp

2 2 2.2 1.2
( ) (0.195 0.01)*4 0.82( )
d
B a cd n cm= + = + =
39.Đường kính ngoài cả cuộn thứ cấp

2 2
2 16 2*0.82 17.64( )
n ttc d
D D B cm= + = + =

40.Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp

2
16 17.64
16.82( )
2 2
ttc n
tb
D D
D cm
+
+
= = =

41. Chiều dài dây quấn thứ cấp

2 2 2
123* *16.82 6496.22( ) 64.96( )
tb
l W D cm m= Π = Π = ≈

42.Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75
0

C

1
1
1
56.74
0.02133* 0.12( )

10.10
l
R
s
ρ
= = ≈ Ω
Với
)/(02133.0
2
75
mmm
Ω=
ρ

43.Điện trở của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75
0

C

2
2
2
64.96
0.02133* 0.12( )
11.3
l
R
s
ρ
= = = Ω

44. Điện trở MBA qui đổi về thứ cấp :

2 2
2
2 1
1
123
( ) 0.12 0.12( ) 0.21( )
140
ba
W
R R R
W
= + = + = Ω
45. Sụt ỏp trờn mỏy biến áp

2
0.21*31 6.51( )
r ba
U R I V∆ = = =
46. Điện kháng của máy biến áp qui đổi về thứ cấp

2 2 7
1 2
2 12
2 2 2 7
8* ( )( )( ) *10
3
8 1.016 0.82

8*3.14 *123 ( )(0.01 10 )314*10 0.238
20.28 3
d d
ba
qd
B B
r
X W a w
h
−
− −
+
= Π +
+
= + = Ω

47. Điện cảm cảu máy biến áp qui đổi về thứ cấp

4
0.238
7.58*10 ( ) 0.758( )
314
ba
ba
X
L H mH
w
−
= = = =

48.Sụt ỏp trờn điện kháng của máy biến áp

2
3 3
*0.238*31 7.05( )
x ba
U X I V
∆ = = =
Π Π

3 3
*0.238 0.23( )
d ba
R X
= = = Ω
Π Π
49.Sụt ỏp trờn mỏy biến áp .

2 2 2 2
6.51 7.05 9.6( )
ba r x
U U U V
∆ = ∆ + ∆ = + =
50. Điện áp trên tải có góc mở
0
min
10
=
α

0
min
*cos 159.4*cos10 1.8 9.6 1.1 144.48( )
do v ba diod
U U U U U V
α
= − ∆ − ∆ − ∆ = − − − =
51.Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp

2 2 2 2
0.21 0.238 0.32( )
ba ba ba
Z R X
= + = + = Ω
52. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp

2 2
2
* 0.21*31 201.81( )
n ba
P R I W
∆ = = =
53.Điện áp ngắn mạch tác dụng

2
2
0.21*31
*100% *100% 3.35%
194
ba

nr
R I
U
U
= = =
54.Điện áp ngắn mạch phản kháng

2
2
0.238*31
*100% *100% 3.8%
194
ba
nx
X I
U
U
= = =

55. Điờn ỏp ngắn mạch phần trăm

2 2 2 2
3.35 3.8 5.06%
n nr nx
U U U
= + = + =
56. Dòng điện ngắn mạch xác lập

2
2

194
606.25( )
0.32
nm
ba
U
I A
Z
= = =

57. Dòng ngắn mạch tức thời cực đại

3.35
3.14*
3.8
max 2
2 (1 ) 2 *606.25(1 ) 911.19( )
nr
nx
U
U
nm
I I e e A
−Π
−
= + = + =

max
max
911.19( ) 3000( )

911.19( ) 3000( )
pikT
pikD
I A I A
I A I A
= < =
= < =
Với I
pikT
là đỉnh xung dòng điện lớn nhất của Thyristor.
I
pikD
là đỉnh xung dòng điện lớn nhất của Diode .
3. Tính toán các phần tử bảo vệ .
1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ .
(Hình vẽ )
2. Bảo vệ quá nhiệt cho van bán dẫn .
Khi van làm việc thỡ cú dũng chạy qua van nờn cú tổn hao công
suất ∆P, tổn ha công suất này được biểu hiện dưới dạng nhiệt , làm
nóng cá van công suất . Mặt khác đối với một van bán dẫn thì chỉ
làm việc được dưới một nhiệt độ nhất định được gọi là nhiệt độ cho
phép T
cp
nếu quá nhiệt độ đó van sẽ bị hỏng . Để van bán dẫn làm
việc an toàn thì ta phải chọn và thiết kế hệ thông tản nhiệt một cách
hợp lý .
• Tính toán cánh tản nhiệt
+ Tổn thất công suất trên 1 Thyristor
∆P
. 1.8*31 55.8

lv
U I= ∆ = =
(W)
+ Diện tích bề mặt tỏa nhiệt
1.1 1.1*31 34.1( )
qt lv
I I A
= = =

*
m
m
P
S
K
τ
∆
=
trong đó

P
∆
là tổn hao công suất .

m
K
hệ số tỏa nhiệt đối lưu và bức xạ . Chọn
m
K
=8

W/m
2
.
0
C
τ
- Độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường .
Chọn nhiệt độ môi trường T
mt
= 40
0
C . Nhiệt độ làm việc cho
phép của van T
cp
= 125
0
C . Chọn nhiệt độ trờn cỏnh tản nhiệt của
van T
lv
= 80
0
C

0
80 40 40
lv mt
T T C
τ
= − = − =
Vậy

2
55.8
0.17( )
8*40
m
S m= =

Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh , Kích thước mỗi cánh là
10 10( )a b cm cm
× = × ×
Tổng diện tích của cánh tản nhiệt
S = 12*2*10*10 = 0.24(m
2
)
3.Bảo vệ quỏ dũng cho van
Để bảo vệ quỏ dũng ta dựng cỏc phần tử bảo vệ là Aptomat ,
Cầu dao , cầu chì . Áptomat dùng để bảo vệ quá tải , ngắn mạch
đầu ra bộ nghịch lưu .
+ Chọn ỏptomat cú
I
đm
= 1.1I
lv
=1.1* 31
≈
34.1(A)
U
đm
= 220(V)
Áptomat có thể đóng ngắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện .

Chỉnh định dòng ngắn mạch

2.5 2.5*31 77.5( )
nm lv
I I A= = =
Dòng quá tải

1.5 1.5*31 46.5( )
qt lv
I I A
= = =
+ Chọn cầu dao cú dũng định mức :

1.1 1.1*31 34.1( )
qt lv
I I A
= = =
+ Dùng cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các
Thyristor và Diod
I
CC1
= 1.1I
2
= 1.1*43.83 = 48.21(A)
I
CC2
=1.1 I
hd
= 1.1*31 = 34.1(A)
4. Bảo vệ quá điện áp cho van

Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Thyristor được thực
hiện bằng cách mắc R-C song song với các Thyristor . Khi có sự
chuyển mạch các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn sẽ phóng ra
ngoài tạo dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn . Sự biến
thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động
cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa
anot và Katot của Thyristor . Khi có R-C mắc song song vào
thyristor tạo mạch vòng trong quá trình chuyển mạch nên
Thyristor không bị quá điện áp .
Người ta thương chọn R
1
= (5
→
30)
Ω
C
1
= (0.25
→
4)
µ
F.