Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giường

                                                    MỤC LỤC 
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG VÀ LỰA CHỌN 
PHƯƠNG ÁN THAY THẾ ................................................................................................. 4
1. Tổng quan về máy bào giường .................................................................................... 4
1.1. Giới thiệu về công nghệ ........................................................................................ 4
1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện máy bào giường ....................... 7
2. Lựa chọn phương án thay thế hệ truyền động cho máy bào giường 7210 .................. 9
3. Chọn phương án mạch lực ......................................................................................... 10
3.1. Chỉnh lưu hình tia ba pha ................................................................................... 10
3.2. Chỉnh lưu cầu một pha ....................................................................................... 11
3.3. Chỉnh lưu cầu ba pha ......................................................................................... 12
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ MẠCH LỰC ............................................................................ 14
1. Nguyên lí mạch lực .................................................................................................... 14
1.1. Sơ đồ ................................................................................................................... 14
1.2. Giản đồ điện áp, dòng điện ................................................................................ 14
1.3. Nguyên lý làm việc và các biểu thức tính toán ................................................... 15
1.4. Sơ đồ mạch lực ................................................................................................... 16
2. Thiết kế biến áp lực ................................................................................................... 17
2.1. Tính công suất máy biến áp lực .......................................................................... 17
2.2. Thiết kế biến áp .................................................................................................. 18
3. Chọn van thyristor ..................................................................................................... 24
3.1. Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện ....................................................................... 24
3.2. Chọn van theo chỉ tiêu điện áp ........................................................................... 25
4. Tính chọn cuộn kháng san bằng ................................................................................ 26
4.1. Tính giá trị cuộn kháng lọc ................................................................................ 26
4.2. Thiết kế cuộn kháng lọc ...................................................................................... 29
5. Tính toán bảo vệ mạch lực ........................................................................................ 32
5.1. Bảo vệ quá dòng ................................................................................................. 32
1 
 

5.2. Bảo vệ quá điện áp ............................................................................................. 34
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ MẠCH TẠO XUNG ĐIỀU KHIỂN ...................................... 36
1. Khâu đồng bộ ............................................................................................................. 37
1.1. Sơ đồ (hình 3.2a) ................................................................................................ 37
1.2. Giản đồ xung (hình 3.2b).................................................................................... 37
1.3. Giới thiệu sơ đồ .................................................................................................. 37
1.4. Nguyên lí làm việc .............................................................................................. 37
2. Khâu tạo điện áp tựa .................................................................................................. 38
2.1. Sơ đồ (hình 3.3a) ................................................................................................ 38
2.2. Giản đồ xung (hình 3.3b).................................................................................... 38
2.3. Giới thiệu sơ đồ .................................................................................................. 38
2.4. Nguyên lí làm việc .............................................................................................. 39
3. Khâu so sánh .............................................................................................................. 40
3.1. Sơ đồ (hình 3.4a) ................................................................................................ 40
3.2. Giản đồ xung (hình 3.4b).................................................................................... 40
3.3. Giới thiệu sơ đồ .................................................................................................. 40
3.4. Nguyên lí làm việc .............................................................................................. 40
4. Khâu trộn xung và khuếch đại xung (KĐX) ............................................................. 41
4.1. Khâu trộn xung ................................................................................................... 41
4.3. Sơ đồ của khâu trộn xung và khuếch đại xung ................................................... 44
5. Tính toán thông số mạch điều khiển .......................................................................... 45
5.1. Tính toán khâu khuếch đại xung ......................................................................... 46
5.2. Tính toán khâu trộn xung ................................................................................... 47
5.3. Tính toán khâu so sánh ....................................................................................... 48
5.4. Tính toán khâu tạo điện áp tựa........................................................................... 48
6.5. Tính toán khâu tạo xung đồng bộ ....................................................................... 49
CHƯƠNG  IV. TỔNG HỢP HỆ VÀ MÔ PHỎNG .......................................................... 50
1. Tính toán thông số ..................................................................................................... 50
2 

 


1.1. Động cơ .............................................................................................................. 50
1.2. Bộ biến đổi .......................................................................................................... 51
2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện ................................................................................ 51
3. Tổng hợp mạch vòng tốc độ ...................................................................................... 54
4. Mô phỏng hệ thống .................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 61

 

3 
 


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG VÀ
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THAY THẾ

1. Tổng quan về máy bào giường
1.1. Giới thiệu về công nghệ
Máy bào giường là loại máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 
1,5 m đến 12 m. Tuỳ thuộc vào chiều dài của bàn máy và lực kéo có thể phân loại máy 
thành ba loại : 
 

+Máy cỡ nhỏ : chiều dài bàn Lb < 3 m, lực kéo Fk = 30 – 50 kN.                 
 

+Máy cỡ trung bình : chiều dài bàn Lb = 4 – 5 m, lực kéo Fk = 50 – 70 kN. 

      +Máy cỡ nặng : chiều dài bàn Lb > 5 m, lực kéo Fk > 70 kN. 

       

 
Hình 1.1. Dạng bên ngoài của máy bào giường.
Trong đó :  
1: chi tiết gia công 
2: bàn máy 
3: dao cắt 
4: bàn dao đứng 
5: xà ngang cố định 
4 

 


Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy và  có thể chuyển động tịnh tiến qua 
lại. Dao cắt được kẹp chặt trên bàn dao đứng, bàn dao này được đặt trên xà ngang cố định 
khi gia công. Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kì lặp lại, 
mỗi chu kì gồm hai hành trình thuận và ngược.  
-Hành trình thuận thực hiện gia công chi tiết gọi là hành trình cắt gọt. 
-Hành trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu, không cắt gọt gọi là hành trình    
không tải. 
Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một 
khoảng gọi là lượng ăn dao s ( mm/ hành trình kép ).  
Chuyển động qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. 
Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi hành trình kép gọi là chuyển động ăn dao. 
Chuyển động phụ là chuyển động nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành 

trình không tải. 

 
Hình 1.2. Đồ thị tốc độ của bàn máy
Giả  thiết  bàn  máy  đang  ở  đầu  hành  trình  thuận  và  đươc  tăng  tốc  độ  đến  tốc  độ 
v0=515 m/phút trong khoảng thời gian t1.  
5 
 


- t1: khoảng thời gian tăng tốc độ đến v0 = 515 m/phút. 
- t2: khoảng thời gian chạy ổn định với tốc độ v0, sau t2 dao cắt vào chi tiết 
- t3: bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định v0  
- t4: tăng tốc độ từ v0vth 
- t5: bàn máy  chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết 
- t6: bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V0 
- t7: bàn máy làm việc ổn định với tốc độ của bàn máy là v0 
- t8: dao được ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn máy là v0 
- t9,t10: đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược đến tốc độ vng 
- t11: bàn máy chạy theo hành trình ngược với tốc độ vng 
- t12: thời gian giảm tốc đến v0 ở hành trình ngược  
- t13: bàn máy chạy ổn định ở tốc độ thấp v0 để chuẩn bị đảo chiều 
- t14: đảo chiều sang hành trình thuận để bắt đầu thực hiện 1 chu kì khác. 
Bàn  dao  được  di  chuyển  bắt  đầu  từ  thời  điểm  bàn  máy  đảo  chiều  từ  hành  trình 
ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết. 
Tốc độ hành trình thuận Vth  được xác định tương ứng bởi chế độ cắt,thường V2  = 5 
đến (75120) m/ph, tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt (75120) m/ph. Để tăng năng suất 
của  máy  tốc  độ  hành  trình  ngược  thường  được  chọn  lớn  hơn  tốc  độ  hành  trình  thuận 
Vng=k.Vth (thường k=23). 
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian: 

   

 

n

1
1

   
Tck t th  t ng

Trong đó : 
Tck –thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy [s] 
tth – thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận [s] 
tng - thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược [s] 

6 
 


 Gọi L là chiều dài hành trình bàn máy: 
   

 

n

1
1


     
L / Vth  L / Vng  t dc (k  1).L
 t dc
Vng

Trong đó : 
            k 

Vng
Vth

-tỉ số giữa tốc độ hành trình thuận và hành trình ngược. 

            tđc : thời gian đảo chiều của máy 
Năng suất của máy phụ thuộc vào k và tđc: 
+ Khi tăng k thì năng suất của máy tăng, nhưng khi k > 3thì năng suất tăng không 
đáng kể do tđc tăng. 
+ Khi Lb > 3 thì tđc ít ảnh hưởng, năng suất phụ thuộc chủ yếu vào k. 
+ Khi Lb bé vth = (75 ÷ 120) m/ph thì tđc ảnh hưởng nhiều tới năng suất. 
Vì vậy, khi thiết kế truyền động chính máy bào giường cần phấn đấu giảm thời gian 
quá trình quá độ. 
1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện máy bào giường
1.2.1. Truyền động chính
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn 
máy  (tốc  độ  lớn  nhất  trong  hành  trình  ngược)  và  tốc  độ  nhỏ  nhất  của  bàn  máy  (tốc  độ 
thấp nhất trong hành trình thuận).
 

 

D =

Vng . max
Vmax
 = 
Vth. min
Vmin

 
 

Trong đó: 
 

Vng.max – tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường  

                        Vng.max = 75 ÷ 120 m/phút. 
 

Vth.min – tốc độ nhở nhất của bàn máy trong hành trình thuận, 

                        thường Vth.min = 4 ÷ 6 m/phút 
7 
 


           Như vậy D = (12,5 ÷ 30) / 1. 

 

Hình 1-3: đồ thị phụ tải của truyền động chính MBG
 Thông  thường,  hệ  thống  truyền  động  điện  sử  dụng  động  cơ  điện  một  chiều  được 
cấp nguồn từ bộ biến đổi (BBĐ). Theo yêu cầu của phụ tải tốc độ được điều chỉnh theo 
hai vùng: 
- Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5 ÷ 6)/1 với mômen trên trục động cơ 
là hằng số ứng  với tốc độ bàn thay  đổi từ  Vmin=(4  ÷ 6) m/ph đến  Vgh  =  (20  ÷ 25) 
m/ph, khi đó lực kéo không đổi. 
- Giảm từ thông động cơ trong phạm vi (4 ÷ 5 )/1, khi thay đổi tốc độ từ Vgh đến  
Vmax =(75 ÷ 120) m/ph, khi đó công suất kéo gần như không đổi.  
Nếu sử dụng phương pháp điều chỉnh từ thông thì sẽ làm giảm năng suất máy. Vì 
thế  người  ta  thường  mở  rộng  phạm  vi  điều  chỉnh  điện  áp,  giảm  phạm  vi  điều  chỉnh  từ 
thông,  hoặc  điều  chỉnh  tốc  độ  động  cơ  trong  cả  dải  bằng  thay  đổi  điện  áp  phần  ứng. 
Trong trường hợp này công suất của động cơ phải tăng lên Vmax/Vmin lần. 
Ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ  0 đến 
định mức. Đối với máy bào giường cỡ nhỏ hệ thống truyền động chính thường là động cơ 
không đồng bộ – khớp li hợp; động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc động cơ một 
chiều kích từ độc lập và hộp tốc độ. Những máy cỡ trung bình thì hệ thống truyền động là 
F-Đ.  Đối  với  máy  cỡ  nặng  hệ  truyền  động  là  hệ  F-Đ  có  bộ  khuếch  đại  trung  gian  ;  hệ 
chỉnh lưu dùng tiristor - động cơ một chiều T-Đ. 
8 
 


1.2.2. Truyền động ăn dao
Truyền  động  ăn  dao  có  tính  chất  chu  kì.  Phạm  vi  điều  chỉnh  lượng  ăn  dao  là 
D=(100÷ 200)/1. Lượng ăn dao cực đại có thể đạt tới 100 mm/hành trình kép. Cơ cấu ăn 
dao làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ. Hệ thống di chuyển đầu dao cần 
phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền 
động ăn dao được thực hiện bởi động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và hộp tốc độ. 
1.2.3. Truyền động phụ

Truyền  động  phụ  đảm  bảo  các  di  chuyển  nhanh  bàn  dao,  xà  máy,  nâng  đầu  dao 
trong hành trình ngược, được thực hiện bởi động cơ không đồng bộ và nam châm điện. 
Đặc  điểm  truyền  động  chính  của  máy  bào  giường  là  đảo  chiều  với  tần  số  lớn, 
mômen khởi động, hãm êm, quá trình quá độ chiếm tỷ lệ đáng kể trong chu kì làm việc, 
chiều  dài  hành  trình  càng  giảm  thì  ảnh  hưởng  của  quá  trình  quá  độ  càng  tăng.  Vì  vậy, 
muốn quá trình quá độ, khởi động, hãm êm ta cần chọn hệ thống truyền động phù hợp. 
2. Lựa chọn phương án thay thế hệ truyền động cho máy bào giường 7210
Truyền  động  chính  của  máy  bào  giường  sử  dụng  hệ  truyền  động  F-Đ  có  tồn  tại 
nhiều nhược điểm như : 
-

Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp, cồng kềnh, tốn diện tích lắp 
đặt, gây ồn lớn. 

-

Công suất đặt lớn, vốn đầu tư cao. 

-

Máy phát một chiều có từ dư nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc 
độ. 
Vì  vậy,  Thay  thế  hệ  F-D  bằng  hệ  T-Đ  “hệ  chỉnh  lưu  điều  khiển-  động  cơ  ”.  Bộ 

biến đổi chỉnh lưu bán dẫn, biến đổi trực tiếp năng lượng điện xoay chiều thành năng 
lượng điện một chiều không qua khâu trung gian nào nên có nhiều ưu điểm như: 
-

Độ tác động nhanh, không gây ồn, dễ tự động hoá do các van ban dẫn có hệ số 
khuếch đại công suất cao. 

-

Thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng 
cao chất lượng hệ thống. 
9 

 


-

Dùng cho hệ cố công suất lớn, vốn đầu tư và sửa chữa ít hơn hệ F-Đ. 

3. Chọn phương án mạch lực
3.1. Chỉnh lưu hình tia ba pha

Hình 1.4. Sơ đồ và đồ thị làm việc của chỉnh lưu hình tia ba pha 


Xung điều khiển các van lệch pha nhau 1200 điện.



Giá trị Ud0 = 1,17U2.



Với tải là động cơ,  điện cảm Ld đủ lớn để coi dòng id là liên tục và phẳng, có 
quy luật điều chỉnh:

                                     Udα = Ud0cosα 
Trong đó   Ud0: trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu điôt. 
           U2: trị số hiệu dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn. 
            α : góc điều khiển


Biểu thức dòng tải:
Id = 

U d   Ed
  , với Ed là suất điện động phần ứng động cơ.
Rd

- Ưu điểm:  
10 
 


+ Khi dẫn chỉ có một van dẫn nên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với 
phạm vi điện áp làm việc thấp. 
+ Sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều lần. 
- Nhược điểm: 
+ Cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải, công suất máy biến áp 
này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần. 
3.2. Chỉnh lưu cầu một pha

 

 

Hình 1.5. Sơ đồ và đồ thị làm việc của chỉnh lưu cầu một pha


Giá trị Ud0 = 0,9U2.



Với tải là động cơ,  điện cảm Ld đủ lớn để coi dòng id là liên tục và phẳng, có 
quy luật điều chỉnh:
Udα = Ud0cosα 



Biểu thức dòng tải:
Id = 

U d   Ed
  
Rd

- Ưu điểm: 
+ Có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện. 
11 
 


- Nhược điểm: 
+ Có hai van dẫn cùng lúc nên sụt áp trong mạch tăng gấp đôi so với sơ đồ hình 
tia nên không thích hợp với tải cần dòng lớn mà điện áp ra nhỏ. 
+ Xung điều khiển phải đưa tới 2 van dẫn trong cùng một thời điểm. 

3.3. Chỉnh lưu cầu ba pha

Hình 1.6. Sơ đồ và đồ thị làm việc của chỉnh lưu cầu ba pha


Giá trị Ud0 = 2,34U2.



Với tải là động cơ, điện cảm Ld đủ lớn để coi dòng id là liên tục và phẳng, có quy 
luật điều chỉnh:
Udα = Ud0cosα 



Biểu thức dòng tải:

12 
 


Id = 

U d   Ed
  
Rd

- Ưu điểm: 
+ Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha. 
+ Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%). 

+ Công suất biến áp xấp xỉ công suất tải, lưới điện ít bị méo.  
+ Phạm vi điều chỉnh công suất lớn. 
- Nhược điểm: 
+ Có hai van dẫn cùng lúc nên sụt áp trong mạch tăng gấp đôi so với sơ đồ hình 
tia nên không thích hợp với cấp điện áp ra tải thấp. 
Từ những phân tích khái quát trên, chọn phương án mạch lực là chỉnh lưu cầu ba
pha để thiết kế hệ truyền động cho máy bào giường 7210.
 

13 
 


CHƯƠNG II. THIẾT KẾ MẠCH LỰC

1. Nguyên lí mạch lực
1.1. Sơ đồ
1.2. Giản đồ điện áp, dòng điện

Hình 2.1. Sơ đồ và giản đồ điện áp, dòng điện của chỉnh lưu cầu ba pha.

14 
 


1.3. Nguyên lý làm việc và các biểu thức tính toán
Nguồn xoay chiều 3 pha có dạng : 
+  UA = Um Sin(θ) 
+  UB = Um Sin(θ–2π/3) 
+  UC = Um Sin(θ+2π/3) 

Mạch  van  được  đấu  thành  hai  nhóm:  nhóm  katôt  chung  (T1,  T3,  T5)  và  nhóm 
anôt chung (T2, T4, T6). 
Xung điều khiển được phát lần lượt theo đúng thứ tự từ T1 đến T6 cách nhau 600. 
Để  thông  mạch  cần  có  hai  van  cùng  dẫn,  trong  đó  mỗi  nhóm  phải  có  một  van 
tham gia, do đó 2 van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc. Vì vậy, dạng 
xung là dạng xung kép: xung thứ nhất được xác định theo góc điều khiển, xung thứ hai 
đảm bảo điều kiện thông mạch, nên quy luật van dẫn như sau: 


-  Trong khoảng  ( +    +  )  thì van T1 và T6 dẫn. 
6

2


5
- Trong khoảng  ( +    + )  thì van T1 và T2 dẫn. 
2

6

- Trong khoảng  (

5
7
+     +  )  thì van T2 và T3 dẫn. 
6
6

- Trong khoảng  (

7
3
+     +  )  thì van T3 và T4 dẫn. 
6
2

- Trong khoảng  (

3
11
+    
+  )  thì van T4 và T5 dẫn. 
2
6

- Trong khoảng  (

11

+    2  +  )  thì van T5 và T6 dẫn. 
6
6

Quy luật điều chỉnh:  


Giá trị Ud0 = 2,34U2.



Với tải là động cơ, điện cảm Ld đủ lớn để coi dòng id là liên tục và phẳng, có quy 
luật điều chỉnh:
Udα = Ud0cosα 
15 

 




Biểu thức dòng tải:
Id = 

U d   Ed
  
Rd

1.4. Sơ đồ mạch lực
Sử dụng mạch lọc điện cảm L để giảm độ đập mạch dòng điện tải. 
Sơ đồ mạch lực hoàn chỉnh (hình 2.2) gồm có: Biến áp lực, mạch van, mạch lọc 
và mạch bảo vệ van bán dẫn. 

 
Hình 2.2. Sơ đồ mạch lực

16 
 

2. Thiết kế biến áp lực
2.1. Tính công suất máy biến áp lực
 Máy biến áp lực đấu ∆/Y do đó điện áp phía sơ cấp MBA: U1=380 V 
 Điện áp phía thứ cấp của MBA được xác định như sau: 
Phương trình điện áp chỉnh lưu khi tải định mức: 
U ddm  U d 0 .cos min  U Ddm  2.U v  U loc  U ba  

Trong đó chọn các tham số như sau: 
+ UDdm là điện áp định mức động cơ, UDdm = 220V. 
+ Với chỉnh lưu cầu 3 pha αmin = 100 ÷ 150, chọn αmin = 100. 
+∆Uv là sụt áp trên 1 van thyristor  trong khoảng (2÷3)V, chọn sụt áp trên 1 van 
là 2 V, với chỉnh lưu cầu ba pha tại một thời điểm có 2 van dẫn nên tổng sụt áp 
trên các van là 4V. 
+  ∆Ulọc  là  sụt  áp  trên  cuộn  kháng  lọc,  thường  ∆Uloc  =  (5%÷10%)UĐđm  nên  chọn 
∆Ulọc = 5%UĐđm = 5%.220 = 11 V 
+ ∆Uba = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp quy về một 
chiều, thông thường ∆Uba = (5%÷10%)UĐđm, nên chọn ∆Uba = 5%.UDđm =11 V. 
      Vì vậy: 
Uddm = 220 + 2.2 + 11 + 11 = 246 V 
              mà:  U ddm  U d 0 .cos min  2,34U 2 cos min = 246 V 
Do đó điện áp pha thứ cấp máy biến áp:  U 2 

U ddm
246

 107(V )
2,34.cos min 2,34.cos100
 

 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp: 

I 2  0,816.I d  

Với I  là dòng chỉnh lưu chính là dòng động cơ vì vậy I =IĐđ =345 A 
       Do đó :  I 2  0,816.I d  0,816.345  282( A)  
 Dòng điện hiệu dụng phía sơ cấp của máy biến áp: 
I =

1
U
107
.I =
.I =
. 282 = 79,6A 
k
U
380
17 

 


 Tổng công suất máy biến áp: 
     Sba = kp.Pd = kp.Udđm.Id = 1,05.246.345 = 89113,5 VA = 89,1135 kVA 
2.2. Thiết kế biến áp
2.2.1. Tính sơ bộ mạch từ  
 Tiết diện trụ QFe của lõi thép máy biến áp được tính từ công thức : 


=

.

 

Trong đó : 
Sba  - công suất máy biến áp được tính bằng [W] 
kQ   - hệ số phụ thuộc phương thức làm mát 
        + kQ = 4÷5 nếu là biến áp dầu 
        + kQ = 5÷6 nếu là biến áp khô 
thiết kế máy biến áp khô nên chọn:  kQ = 6  
m  - số trụ của máy biến áp;  nên: 
QFe  6

89113,5
 146  cm2 
3.50

 Đường kính trụ:  
d Fe 

4.QFe



                 Thay số vào được:  
d Fe 

4.146



 13, 6 [cm]

                  Chuẩn hóa đường kính trụ chọn dFe =14 [cm] 
2.2.2. Tính toán dây quấn máy biến áp 
Thông số các cuộn dây cần tính bao gồm số vòng và kích thước dây. Loại đây quấn 
sử dụng là dây đồng có điện trở suất  ρ=0,0000172 [Ω.mm2] , thông số cụ thể được tính 
như sau: 
18 
 


 Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp: 
=

 

4,44. .

Trong đó: 
U1 – điện áp phía sơ cấp 
QFe – tiết diện sơ bộ của trụ 
BT – từ cảm ( thường chọn trong khoảng 1÷1,8 T ), chọn BT = 1T 
Thay số vào được: 

                               

W1 

380

 117 [vòng] 
4, 44.50.146.10 4.1

 Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: 
               W2 

U2
107
.W1 
.117  33 [vòng]    
U1
380

 Tiết diện dây quấn và đường kính dây quấn:

- Tiết diện: 
= [

]

     Trong đó : I – dòng điện chạy qua cuộn dây 

                         J –  mật  độ dòng điện chạy trong máy  biến áp J=(2÷2,75)A/mm2,                       
chọn J=2,5  A/mm2 
- Đường kính: 
=

4

 

Áp dụng cho các cuộn dây phía sơ cấp và thứ cấp như sau: 
- Tiết diện và đường kính dây quấn sơ cấp:   
S dq1 
d1 

I1 79, 6

 31,8 [mm 2 ]
J1
2, 5
4 S dq1





4.31,8
 6, 4 [ mm]
3,14

19 
 


- Tiết diện và đường kính dây quấn thứ cấp: 
S dq 2 

4 S dq 2

d2 

2.2.3. Kích thước mạch từ  
- Diện tích cửa sổ:  
=

I 2 282

 112,8 [mm 2 ]
J 2 2,5





4.112,8
 12 [ mm]
3,14

+

- Diện tích cửa sổ phía sơ cấp: 
Qcs1  k.W1Sdq1  2.116.31,8  7377, 6 [mm2 ]

- Diện tích cửa sổ phía thứ cấp: 
Qcs 2  k .W2 Sdq 2  2.33.112,8  7444,8 [mm2 ]

Do đó, 

=

+

=14822,4 mm2 

Khi đã có Qcs cần chọn kích thước cơ bản của cửa sổ  mạch từ gồm chiều cao h và 
chiều rộng c của mạch từ, diện tích mạch từ được tính  Qcs = h.c. 
Trong đó:  
      Chiều cao cửa sổ mạch từ: h = m.d  ; với: 
   m: hệ số tỉ lệ, chọn m=2,3 
   d: đường kính trụ, d = dFe = 14 [cm], nên: 
h  m.d  2,3.14  32, 2 [cm]

                 Chọn h = 32 [cm]                                   
2.2.4. Kết cấu dây quấn
Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trục, mỗi dây quấn được quấn  thành  nhiều lớp 
dây. Mỗi lớp dây được quấn liên tục, các vòng dây quấn sát nhau. Giữa các lớp dây có 
bìa cách điện. 
 Số vòng dây của một lớp: 
                                       Wii 

h  hg
dn

.kc   

                     Trong đó : h – chiều cao cửa sổ mạch từ 
20 
 

 

 

 

     hg – khoảng cách cách điện với gông 

 

 

 

     dn -  đường kính dây quấn kể cả cách điện   

                                       kc – hệ số ép chặt, lấy kc = 0,95 
- Đối với cuộn dây sơ cấp: 
+ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp: 
w11 

h  2d1
320  2.6, 4
kc 
.0,95
d1
6, 4

45 [vòng]

+ số lớp cuộn sơ cấp:  
n1 

w 1 117

 3 [lớp] 
w11 45

- Đối với cuộn dây thứ cấp: 
+ số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp: 
w 22 

h  2d 2
320  2.12
.kc 
.0,95  23 [vòng ]
d2
12

+ số lớp cuộn thứ cấp: 
n2 

w 2 33

 2 [lớp]
w 22 23

 Chiều dày cuộn sơ cấp và thứ cấp: 
+ sơ cấp:   Bd1=(d1 +cd).n1  

+ thứ cấp: Bd2=(d2 +cd).n2 
Trong đó : cd – chiều dày bìa cách điện, lấy cd = 0,1mm  
Thay số vào được: 
Bd1  (6, 4  0,1).3  19, 5 [mm]

 

Bd 2  (12  0,1).2  24, 2 [ mm]  

 Đường kính trong của ống cách điện: 
21 
 


Chọn ống dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 [cm] 
Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp chọn cd01 = 1 [cm] 
Khi đó đường kính trong của ống cách điện là: 
                                       Dt = dFe + 2a01 - 2.S01 
                       Thay số vào thu được : Dt = 14 + 2.1 - 2.0,1  = 15,8 [cm] 
 Đường kính trong của cuộn sơ cấp: 
Dt1 = Dt + 2.S01 =16 [cm] 
 Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: 
Dn1 = Dt1 + 2.Bd1 = 16+ 2.1,95 = 19,9 [cm] 
 Đường kính trung bình cuộn sơ cấp:  
Dtb1 

Dt1  Dn1 16  19,9

 17,95 [cm]
2

2

 Đường kính trong cuộn thứ cấp: 
Chọn bề dày lớp cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp cd12 = 1[cm] 
Nên đường kính trong cuộn thứ cấp là : 
Dt2 = Dn1 + 2.cd12 = 19,9 + 2.1 = 21,9 [cm] 
 Đường kính ngoài cuộn thứ cấp: 
Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 21,9 + 2.2,42 = 26,74 [cm] 
 Đường kính trung bình cuộn thứ cấp: 
Dtb 2 

Dt 2  Dn 2 21,9  26, 74

 24,32[cm]
2
2

 Chiều dài dây quấn sơ cấp: 
L1 = π.W1.Dtb1 = 3,14.117.17,95 = 6594,5 [cm]  
 Chiều dài dây quấn thứ cấp: 
L2 = π.W2.Dtb2=3,14.33.24,32=2520[cm]
2.2.5. Điện trở máy biến áp
 

Chọn dây quấn là dây đồng có điện trở suất ρ=0,02133 [Ω.mm2/m] 
22 

 

- Điện trở cuộn sơ cấp: 
R1   .

l1
65, 945
 0, 02133.
 0, 0442 []
S cu1
31,8

- Điện trở cuộn thứ cấp: 
R2   .

l2
25, 2
 0, 02133.
 0, 0048 []
Sdq 2
112,8

- Điện trở máy biến áp: 
2

2

W 
 33 
Rba  R2   2  .R1  0, 0048  
 .0, 0442  0, 0083 []
 117 

 W1 

2.2.6. Điện kháng máy biến áp
Điện kháng máy biến áp được xác định theo công thức: 
R
X ba  8 2 .W22 .  bk
 h

Bd1  Bd2 

..107  
 . cd 

3



Trong đó: 
Rbk – bán kính trong của cuộn dây thứ cấp 
h – chiều cao cửa sổ lõi thép   
cd – bề dày các cách điện các cuộn dây với nhau 
ω– tần số góc của điện áp 
Đường kính trung bình của các cuộn dây: 
D12 

Dt1  Dn 2 16  26, 74

 21,37 [cm]
2
2

Nên Rbk = D12 = 21,37[cm]; thay số vào ta có: 
 21, 37  
1, 95  2, 42  2
X ba  8 2 .332. 
.10 314.10 7  0, 031[]
 . 0, 01 

3

 32  
X
0, 031
Lba  ba 
 0,1[mH ]

314

Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: 
U X 

Thay số vào được :  U X 

3



3



. X ba .I d

.0, 032.345  10,5 [V]   

23 
 


2.2.7. Sụt áp trên máy biến áp 
- Sụt áp trên điện trở máy biến áp: 
Urba  Rba .I d

 

 

Thay số vào được :∆Urba = 0,0083.345=2,8635 [V] 

- Sụt áp trên điện kháng máy biến áp: 
U X 

3



. X ba .I d

                   Thay số vào được :  U X 

3



.0, 032.345  10,5 [V]   

Do đó, sụt áp trên máy biến áp: 
Uba  U r 2  U x 2

Thay số vào thu được: 
Uba  2,86352  10,52  10,9 [V ]

Vậy sụt áp trên máy biến áp thiết kế trên hoàn toàn phù hợp với sụt áp giả thiết ban 
đầu. 
3. Chọn van thyristor
Khi chọn van cần quan tâm tới hai chỉ tiêu chính: 
- Chỉ tiêu về dòng điện: ở đây thường phải tính được trị số dòng điện tring bình lớn 
nhất  chảy  qua  van,  mặt  khác  cũng  cần  quan  tâm đến  dạng  dòng  điện,  giá  trị  dòng 
điện đỉnh, dòng quá tải tuỳ theo từng trường hợp cụ thể. 
- Chỉ tiêu về điện áp: chủ yếu là điện áp ngược đặt lên van trong quá trình làm việc. 
3.1. Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện
Dòng trung bình qua van được chọn theo: 
  IV  k Iv .I tbv  k Iv

Id
 
3

kIv : hệ số dự trữ về dòng điện cho van, chọn  k Iv  2  

I tbv  : dòng điện trung bình qua van 
Id : dòng điện phần ứng định mức, Id = 345 A 
24 
 


Thay số vào được dòng trung bình qua van: 
IV  2.

345
 230 A
3
 

3.2. Chọn van theo chỉ tiêu điện áp
Điện áp của van được chọn thoả mãn điều kiện:
Uv > kUv.Ungmax 
Trong đó:  
KUv – hệ số dự trữ về điện áp cho van, thường lấy từ 1,7÷2,2 và chọn KUv=2 
Ungmax – điện áp ngược lớn nhất đặt lên van, Ungmax= 6U 2  
thay số vào ta được UV >2. √6. 107 = 524  
Vậy nên theo [TL.1] chọn van T14-250 do Nga chế tạo để chịu được các điều kiện 
dòng và áp trong mạch. Các thông số của van được cho trong bảng sau: 
Itb (A) 

250 

Ung (V) 

600 

U (V) 

1,75 

tph (µs) 

200 

Ig (mA) 

200 

Ug (V) 

3,5 

di/dt (A/µs) 

200 

du/dt(V/µs)

600 
 

Chú thích: 
Itb – dòng điện trung bình cho phép. 
Ung – điện áp ngược cực đại cho phép đặt lên van. 
U – Sụt áp thuận trên van. 

tph – thời gian phục hồi tính chất khoá cho van. 
Ug – điện áp điều khiển. 
25