Hệ truyền động một chiều và thiết kế mạch điều khiển cho hệ truyền động quay chi tiết máy mài tròn

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ 3
Chương 1 ........................................................................................................................ 4
ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG ..................................... 4
1.1. Đặc điểm công nghệ của máy mài ....................................................................... 4
1.2. Yêu cầu truyền động ............................................................................................ 5
1.2.1. Truyền động chính ......................................................................................... 5
1.2.2. Truyền động ăn dao ....................................................................................... 5
1.2.3. Truyền động phụ ............................................................................................ 5
Chương 2 ........................................................................................................................ 6
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG. TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
VÀ MẠCH LỰC ............................................................................................................ 6
2.1. Chọn phương án truyền động ............................................................................... 6
2.1.1. Ưu và nhược điểm của động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ ........ 6
2.1.2. Tính chọn công suất động cơ ......................................................................... 7
2.2. Lựa chọn phương án chỉnh lưu ............................................................................ 8
2.2.1. Chỉnh lưu 3 pha hình tia ................................................................................ 8
2.2.2. Chỉnh lưu cầu 1 pha ..................................................................................... 10
2.2.3. Chỉnh lưu cầu 3 pha ..................................................................................... 12
2.3. Mạch lực ............................................................................................................. 14
2.3.1. Tính toán máy biến áp ................................................................................. 14
2.3.2. Chọn van ...................................................................................................... 26
2.3.3. Tính toán cuộn kháng lọc ............................................................................ 27
2.3.4. Bảo vệ van ................................................................................................... 35
Chương 3 ...................................................................................................................... 37
XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .... 37
3.1 Cấu trúc mạch tạo xung điều khiển ..................................................................... 37
3.1.1 Yêu cầu đối với mạch điều khiển ................................................................. 37
3.1.2 Cấu trúc ......................................................................................................... 38
3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung điều khiển ....................................................... 38
3.2.1. Khâu đồng bộ ............................................................................................... 38

3.2.2. Khâu tạo điện áp tựa .................................................................................... 41
3.2.3. Khâu so sánh ................................................................................................ 43
3.2.4. Khâu tạo xung chùm .................................................................................... 44
3.2.5. Khâu tách xung ............................................................................................ 45
3.2.6. Khâu trộn xung ............................................................................................ 46
3.2.7. Khuếch đại xung – Biến áp xung ................................................................. 47
3.3. Tính toán mạch điều khiển ................................................................................. 49
3.4. Xây dựng đặc tính cơ ......................................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 57


LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại hiện nay truyền động điện đang ngày càng được ứng dụng rộng
rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống nhờ những ưu thế của nó như kết cấu gọn nhẹ, độ
bền và độ tin cậy cao, tương đối sạch nên không gây ra các vấn đề về môi trường… Bên
cạnh đó truyền động điện còn có một ưu thế rất nổi bật, đặc biệt với truyền động điện
một chiều, là khả năng điều khiển tốc độ dễ dàng. Chính vì thế mà hệ truyền động một
chiều giữ vai trò quan trọng trong các hệ truyền động đang sử dụng hiện nay, nhất là
trong những lĩnh vực đòi hỏi khả năng điều khiển cao như trong các máy sản xuất.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đặt ra, trong bản đồ án này đã giới thiệu về hệ
truyền động một chiều và thiết kế mạch điều khiển cho hệ truyền động quay chi tiết
máy mài tròn.
Do đây là lần đầu em được tiếp cận với một mô hình truyền động ứng dụng thực
tế, kiến thức thu thập chưa được nhiều nên không tránh khỏi những sai sót. Vì thế, em
xin các thầy cô góp ý để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ em hoành thành đề tài đúng thời hạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 04 tháng 01 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thanh Tùng


Chương 1
ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU
TRUYỀN ĐỘNG
1.1. Đặc điểm công nghệ của máy mài
Mài là quá trình cắt gọt được thực hiện đồng thời bởi nhiều hạt mài có các lưỡi
cắt có hình dáng hình học không xác định được phân bố một cách ngẫu nhiên trên bề
mặt đá mài.
Máy mài có hai loại chính: máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra, còn có
các loại máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng.
Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn để kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trục
chính với đá mài. Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy.
 Máy mài tròn
Máy mài tròn có 2 loại: máy mài tròn trong (hình 1.1a) và máy mài tròn ngoài
(hình 1.1b).

Hình 1.1 Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài
Máy mài tròn có 3 dạng chuyển động là: chuyển động chính, chuyển động ăn dao
và chuyển động phụ:
-

Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài, chính là chuyển động
cắt.

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

4


-

-

Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục)
hoặc di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang) hoặc chuyển
động quay của chi tiết.
Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết.

1.2. Yêu cầu truyền động
1.2.1. Truyền động chính
Đặc tính tải: công suất không đổi (P= const) khi tốc độ thay đổi còn mômen tỷ
lệ ngược với tốc độ MC= 1/ω.
Thông thường máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, nên sử dụng động cơ không
đồng bộ roto lồng sóc. Ở các máy mài cỡ nặng để duy trì tốc độ cắt là không đổi khi
mòn đá hay kích thước chị tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động cơ
có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D= (2÷4)/1 với công suất không đổi.
Ở máy mài trung bình và nhỏ v= 50÷ 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn thì
tốc độ quay đá khoảng 1000 vòng/phút. Ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá rất
cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt, đá mài gắn trên trục động cơ, động
cơ có tốc độ (24000÷ 48000 vòng/phút), hoặc có thể lên tới (150000 ÷ 200000
vòng/phút). Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao
(BBT quay), hoặc là các bộ biến tần tĩnh (BBT bằng thyristor).
Mô men cả tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷ 20% momen định mức. Mô
men quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn: 500 ÷ 600% momen quán tính của

động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay đá. Không yêu cầu đảo chiều động cơ
quay đá.

1.2.2. Truyền động ăn dao
Đặc tính tải: Mômen không đổi khi điều chỉnh tốc độ (MC= const).
Máy mài tròn: ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng
bộ nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D= (2 ÷ 4)/1. Ở các máy lớn thì dùng
hệ thống biến đổi – động cơ điện một chiều (BBĐ- ĐM) , hệ KĐT – ĐM có D= 10/1
với điều chỉnh điện áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của máy bàn tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ-ĐM
với D= (20÷25)/1.
Truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực.

1.2.3. Truyền động phụ
Sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

5


Chương 2
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG. TÍNH CHỌN
CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC
2.1. Chọn phương án truyền động
2.1.1. Ưu và nhược điểm của động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ
a. Động cơ một chiều
Ưu điểm:
-

Có khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, dễ sử dụng.
Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất
lượng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Khả năng làm việc trong điều kiện quá tải tốt.

Nhược điểm:
-

-

Có hệ thống chổi than cổ góp nên vận hành với độ chính xác kém, đòi hỏi phải
thường xuyên bảo dưỡng; không đảm bảo an toàn trong các môi trường khác
nhau.
Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi.

b. Động cơ không đồng bộ
Ưu điểm:
-

-

Cấu tạo đơn giản.
So với động cơ điện một chiều thì động cơ điện không đồng bộ có giá thành
thấp hơn, vận hành tin cậy và chắc chắn hơn do không có hệ thống cổ góp và
chổi than.
Dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm
các thiết bị biến đổi kèm theo.

Nhược điểm:

-

Điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn.
Riêng với động cơ roto lồng sóc các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động
cơ một chiều.

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

6


 Kết luận: Hệ yêu cầu điều chỉnh với dải điều chỉnh tốc độ khá lơn (D = 10:1)
nên ở đây chọn động cơ một chiều để quay chi tiết.

2.1.2. Tính chọn công suất động cơ
Máy mài làm việc ở chế độ dài hạn
Theo số liệu đầu bài ta tính được:
 Tốc độ lớn nhất của cơ cấu ứng với tốc độ định mức của động cơ:
nĐđm= i.nCmax= 3.330 = 990 (vòng/phút)
-

Tốc độ nhỏ nhất cho phép:
nĐmin = i.nCmin = 3.33 = 99 (vòng/phút)

-

Dải điều chỉnh tốc độ:
𝐷=

𝑛Đđ𝑚

990
=
= 10: 1
𝑛Đ𝑚𝑖𝑛
99

 Công suất động cơ tính toán được tính theo công thức:
𝑃Đ𝑡𝑡 =

𝑘. 𝑃𝐶𝑡𝑡
𝜂

(2.1)

Trong đó:
-

k là hệ số dự trữ thường được chọn trong khoảng 1,1 ÷ 1,3.
Chọn k = 1,3.
PCtt là công suất cơ tính toán
η là hiệu suất
PCtt= MC.ωC

-

(2.2)

MC là mô men tải
ωC là tốc độ quay

Từ (2.1) và (2.2) suy ra:

𝑃Đ𝑡𝑡

330
𝑘. 𝑀𝐶 . 𝜔𝐶 1,3.30. 9.55
=
=
= 1684,55 (W) = 1,685 (kW)
𝜂
0,8

Để thực hiện truyền động ta sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập, do vậy
động cơ được chọn phải có công suất đáp ứng được với yêu cầu truyền động với công
suất 1,685 kW. Căn cứ vào số liệu đã tính toán bên trên ta chọn được động cơ loại Π42
có các thông số kỹ thuật như sau:
Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

7


Loại

Pđm
(kW)

UĐđm
(V)

Π42

2,2

220

nđm
nmax
Rư (Ω)
(vòng/ph) (vòng/ph)
1000

2000

1,75

IĐđm
(A)

Iktđm
(A)

Uktđm
(V)

13,3

0,6

220

2.2. Lựa chọn phương án chỉnh lưu
2.2.1. Chỉnh lưu 3 pha hình tia
a. Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia.
b. Đồ thị áp – dòng

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

8


Hình 2.2 Đồ thị áp dòng sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia
c. Công thức tính toán
Điện áp sau chỉnh lưu:
𝑈𝑑 =

3 √6
. 𝑈 . 𝑐𝑜𝑠𝛼
2𝜋 2

Dòng trung bình qua van:
𝐼𝑡𝑏𝑣 =

𝐼𝑑
3

Công suất máy biến áp:
𝑆𝑏𝑎 = 1,35. 𝑃𝑑

d. Ưu, nhược điểm

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

9


 Ưu điểm
- Do sử dụng ít van trong mạch 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 ( đến vài trăm
Ampe).
- Độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước
bộ lọc cũng nhỏ đi.
 Nhược điểm
- Cần có biến áp nguồn đển có điểm trung tính đưa ra tải.

2.2.2. Chỉnh lưu cầu 1 pha
a. Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha
b. Đồ thị áp – dòng

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

10


Hình 2.4 Đồ thị áp – dòng sơ đồ cầu 1 pha.
c. Công thức tính toán
Điện áp sau chỉnh lưu:

𝑈𝑑 =

2√2
𝑈 . 𝑐𝑜𝑠𝛼
𝜋 2

Dòng trung bình qua van:
𝐼𝑡𝑏𝑣 =

𝐼𝑑
2

Công suất máy biến áp:
𝑆𝑏𝑎 = 1,23. 𝑃𝑑
d. Ưu, nhược điểm
 Ưu điểm:
- Được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp ra từ 10V trở
lên.
- Dòng tải có thể lên tới 100A.
- Không nhất thiết phải có biến áp nguồn: khi điện áp ra tải phù hợp với cấp điện
áp nguồn xoay chiều ta có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện.
 Nhược điểm:

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

11


- Do số lượng van gấp đôi sơ đồ hình tia nên sụt áp trong mạch van cũng tăng
gấp đôi.

- Không thích hợp với tải cần dòng lớn nhưng điện áp ra lại nhỏ.

2.2.3. Chỉnh lưu cầu 3 pha
a. Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.5 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển động cơ một chiều.
b. Đồ thị áp – dòng

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

12


Hình 2.5 Đồ thị áp – dòng chỉnh lưu cầu 3 pha
c. Công thức tính toán
Điện áp sau chỉnh lưu:
𝑈𝑑 =

3 √6
𝑈 . 𝑐𝑜𝑠𝛼
𝜋 2

Dòng trung bình qua van:
𝐼𝑡𝑏𝑣 =

𝐼𝑑
3

Công suất máy biến áp:
𝑆𝑏𝑎 = 1,05. 𝑃𝑑

d. Ưu, nhược điểm

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

13


 Ưu điểm
- Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%);
- Công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải, đồng thời gây méo lưới
điện ít hơn các loại chỉnh lưu cầu 1 pha và 3 pha hình tia.
 Nhược điểm
- Sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa dòng ra tải,
nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10V.
 Kết luận: Với ưu nhược điểm của 3 sơ đồ chỉnh lưu trên chọn sơ đồ cầu 3 pha
có sử dụng máy biến áp để phù hợp với động cơ một chiều có công suất định mức 2,2
kW đã chọn ở trên.

2.3. Mạch lực
2.3.1. Tính toán máy biến áp
a. Tính toán thông số máy biến áp
Công suất máy biến áp:
𝑆𝑏𝑎 = 1,05. 𝑃𝑑

(2.3)

Trong đó:
- Pd là công suất chỉnh lưu;
- Hệ số 1,05 trong công thức (2.3) có được là do sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu 3

pha.
Công suất một chiều trên tải được tính theo công thức:
𝑃𝑑 = 𝑈𝑑đ𝑚 . 𝐼𝑑

(2.4)

Trong đó:
- Udđm là điện áp một chiều sau chỉnh lưu ở chế độ định mức;
- Id là dòng điện tải.
Điện áp một chiều sau chỉnh lưu ở chế độ định mức được tính theo công thức:
Udđm = UĐđm + ΔULd +ΣΔUV + ΔUBA

(2.5)

Trong đó:
- UĐđm – điện áp một chiều ra tải định mức (điện áp định mức động cơ);
- ΔULd – sụt điện áp trên bộ kháng lọc;

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

14


- ΣΔUV – sụt áp trung bình trên các van bán dẫn;
- ΔUBA – sụt áp trên máy biến áp quy đổi về một chiều.
Sụt áp trên một van ΔU1V= (1,5 ÷ 3)V.
 Chọn ΔU1V = 2V.
Với chỉnh lưu cầu 3 pha tại một thời điểm có 2 van dẫn, do đó sụt áp tổng trên
van là ∑∆UV = 2. ΔU1V = 2.2 = 4 (V).
Sụt áp trên bộ kháng lọc ΔULd = (5 ÷ 10%).UĐđm.

 Chọn ΔULd = 5%.UĐđm = 5%.220 = 11 (V).
Sụt áp trên máy biến áp quy đổi về một chiều thông thường được lấy từ 5 đến
10% UĐđm. ΔUBA= (5 ÷ 10%).UĐđm.
 Chọn ΔUBA= 10%.UĐđm = 10%.220 = 22 (V).
Thay vào biểu thức (2.5) ta tính được điện áp định mức sau chỉnh lưu:
Udđm = UĐđm + ΔULd +ΣΔUV + ΔUBA
= 220 + 11 +4 +22
= 257 (V).
Mặt khác điện áp sau chỉnh lưu cầu 3 pha Udđm còn được tính theo công thức:
Udđm = 2,34.U2.cosαmin

(2.6)

Trong đó:
- U2 – điện áp thứ cấp của máy biến áp;
- αmin – là góc điều khiển nhỏ nhất của Tiristor, thường được chọn trong khoảng
10˚ đến 15˚. Chọn αmin = 10˚.
Từ (2.4) suy ra điện áp thứ cấp của máy biến áp là:
𝑈2 =

𝑈𝑑đ𝑚
2,34. 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑚𝑖𝑛

(2.7)

𝑈1
𝑈2

(2.8)

Hệ số máy biến áp:
𝑘𝑏𝑎 =
Trong đó:

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

15


- U1 là điện áp sơ cấp của máy biến áp (U1= 220V);
Thay số vào các biểu thức (2.8), (2.7), (2.4), (2.3) tính được:
- Điện áp thứ cấp máy biến áp:
𝑈2 =

257
= 111,52 (𝑉)
2,34. 𝑐𝑜𝑠10°

- Hệ số máy biến áp:
𝑘𝑏𝑎 =

380
= 3,407
111,52

- Công suất chỉnh lưu:
𝑃𝑑 = 257.13,3 = 3418,1(𝑉𝐴).
- Công suất máy biến áp:
𝑆𝑏𝑎 = 1,05.3418,1 = 3589,01 (𝑉𝐴).
b. Tính toán kết cấu máy biến áp

1. Tiết diện sơ bộ trụ:
𝑄𝐹𝑒 = 𝑘𝑄 √

𝑆𝐵𝐴
𝑚. 𝑓

Trong đó:
- kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ=6;
- m là số trụ máy biến áp, m=3;
- f là tần số nguồn xoay chiều, f = 50Hz.
Thay số:
𝑄𝐹𝑒 = 6√

3589,01
= 29,35 𝑐𝑚2
3.50

2. Đường kính trụ:
𝑑=√

4. 𝑄𝐹𝑒
4.29,35
=√
= 6,11 𝑐𝑚.
𝜋
𝜋

Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn: d= 8cm

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

16


3. Chọn loại thép 330, các lá thép có độ dày 0,5 mm.
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1T.
4. Chọn tỷ số m = h/d =2,3. Suy ra h= 2,3d= 2,3.8=18,4 cm.
Thông thường m= 2,2 ÷ 2,5
Chọn chiều cao trụ h= 20 cm.
 Tính toán dây quấn
5. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biên áp:
𝑊1 =

𝑈1
380
=
= 583,2 (𝑣ò𝑛𝑔).
4,44𝑓. 𝑄𝐹𝑒 . 𝐵𝑇 4,44.50.29,35. 10−4 . 1,0

Lấy W1= 583 vòng.
6. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:
𝑊2 =

𝑈2
111,52
. 𝑊1 =
. 583 = 171 (𝑣ò𝑛𝑔)
𝑈1
380

7. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp:
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2
8. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:
𝑆1 =

𝐼1 37,0
=
= 13,45 𝑚𝑚2
𝐽1 2,75

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cấp cách điện B.
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S1= 14,40 mm2.
Kích thước dây có kể cách điện: S1cđ = a1.b1 = 1,81.8,0 mm.
9. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
𝐽1 =

𝐼1
37,0
=
= 2,70(𝐴/𝑚𝑚2 )
𝑆1 13,70

10. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:
𝑆2 =

𝐼2 10,85
=
= 3,95 𝑚𝑚2
𝐽2
2,75

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cấp cách điện B.
Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

17


Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S2= 4,21 mm2.
Kích thước dây có kể cách điện: S2cđ = a2.b2 = 1,81.2,44 mm.
11. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
𝐽2 =

𝐼2 10,85
=
= 2,65(𝐴/𝑚𝑚2 )
𝑆2
4,10

 Kết cấu dây quấn sơ cấp
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ.
12. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp cuộn sơ cấp:
𝑊11 =

ℎ − 2ℎ𝑔
20 − 2.1,5
. 𝑘𝑐 =
. 0,95 = 20 (𝑣ò𝑛𝑔).
𝑏1
0,80

Trong đó:
- kc= 0,95 là hệ số kẹp chặt;
- h là chiều cao trụ;
- hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp.
Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg= 1,5 cm.
13. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
𝑛11 =

𝑊1
583
=
= 29,15 (𝑙ớ𝑝).
𝑊11
20

14. Chọn số lớp n11 = 30.
Như vậy có 583 vòng chia làm 30 lớp, chọn 29 lớp đầu có 20 vòng, lớp thứ 30
có
583 – 29.20= 3 vòng.
15. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
ℎ1 =

𝑊11 . 𝑏 20.0,8
=
= 16,84 (𝑐𝑚).
𝑘𝑐
0,95

16. Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày:
𝑆01 = 0,1 (𝑐𝑚)

17. Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp:
Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

18


𝑎01 = 1,0 (𝑐𝑚)
18. Đường kính trong của ống cách điện:
𝐷𝑡 = 𝑑𝐹𝑒 + 2𝑎01 − 2𝑆01 = 8 + 2.1,0 − 2.0,1 = 9,8 (𝑐𝑚).
19. Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
𝐷𝑡1 = 𝐷𝑡 + 2𝑆01 = 9,8 + 2.0,1 = 10 (𝑐𝑚).
20. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp:
𝑐𝑑11 = 0,1 (𝑚𝑚).
21. Bề dày cuộn sơ cấp:
𝐵𝑑1 = (𝑎1 + 𝑐𝑑11 )𝑛11 = (1,81 + 0,1). 30 = 57,6 (𝑚𝑚) = 5,76 (𝑐𝑚).
22. Đường kính ngoài cuộn sơ cấp:
𝐷𝑛1 = 𝐷𝑡1 + 2𝐵𝑑1 = 10 + 2.5,76 = 21,52 (𝑐𝑚).
23. Đường kính trung bình cuộn sơ cấp:
𝐷𝑡𝑏1 =

𝐷𝑡1 + 𝐷𝑛1 10 + 21,52
=
= 15,76 (𝑐𝑚).
2
2

24. Chiều dài dây quấn sơ cấp:
𝑙1 = 𝑊1 . 𝜋. 𝐷𝑡𝑏 = 583. 𝜋. 15,76 = 28865,2 (𝑐𝑚) = 288,652 (𝑚).
25. Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp:
𝑐𝑑01 = 0,1 (𝑚𝑚).

 Kết cấu dây quấn thứ cấp
26. Chọn chiều cao sơ bộ cuộn thứ cấp:
ℎ1 = ℎ2 = 16,84 (𝑐𝑚).
27. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp:
𝑊12 =

ℎ2
16,84
. 𝑘𝑐 =
. 0,95 = 6,56 (𝑣ò𝑛𝑔)
𝑏2
2,44

Chọn W12 = 7 vòng.
28. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

19


𝑛12 =

𝑊2
171
=
= 24,4 (𝑙ớ𝑝).
𝑊12
7

29. Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n12 = 25
Chọn 24 lớp đầu có số vòng là 7, lớp 25 có: 171 – 24.7= 3 (vòng).
30. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:
ℎ2 =

𝑊12 . 𝑏 7.2,44
=
= 17,98 (𝑐𝑚).
𝑘𝑐
0,95

31. Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
𝐷𝑡2 = 𝐷𝑛1 + 2𝑎12 = 21,52 + 2.1,81 = 25,14 (𝑐𝑚).
32. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp:
𝑐𝑑22 = 0,1 (𝑚𝑚).
33. Bề dày cuộn thứ cấp:
𝐵𝑑2 = (𝑎2 + 𝑐𝑑22 )𝑛12 = (1,81 + 0,1). 25 = 48 (𝑚𝑚) = 4,8 (𝑐𝑚).
34. Đường kính ngoài cuộn thứ cấp:
𝐷𝑛2 = 𝐷𝑡2 + 2𝐵𝑑2 = 24,14 + 2.4,8 = 33,74 (𝑐𝑚).
35. Đường kính trung bình cuộn thứ cấp:
𝐷𝑡𝑏2 =

𝐷𝑡2 + 𝐷𝑛2 24,14 + 33,74
=
= 28,94 (𝑐𝑚).
2
2

36. Chiều dài dây quấn thứ cấp:
𝑙2 = 𝑊2 . 𝜋. 𝐷𝑡𝑏2 = 171. 𝜋. 28,94 = 15546,93 (𝑐𝑚) = 155,469 (𝑚).

37. Đường kính trung bình các cuộn dây:
𝐷12 =

𝐷𝑡1 + 𝐷𝑛2 10 + 33,74
=
= 21,87 (𝑐𝑚).
2
2

38. Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp:
𝑎22 = 1,5 (𝑐𝑚).
 Tính kích thước mạch từ
39. Với đường kính trụ d= 8 cm, ta có số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ. ( công thức
38).
Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

20


Hình: Các bậc thang ghép thành trụ.
40. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:
𝑄𝑏𝑡 = 2(1,6.10,5 + 1,1.9,5 + 0,7.8,5 + 0,6.8,5 + 0,4.6,5 + 0,7.4) = 86,2 (𝑐𝑚2 ).
41. Tiết diện hiệu quả của trụ:
𝑄𝑇 = 𝑘ℎ𝑞 . 𝑄𝑏𝑡 = 0,95.86,2 = 81,89 (𝑐𝑚2 ).
42. Tổng chiều dày các bậc thang của trụ:
𝑑𝑡 = 2(1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2 (𝑐𝑚).
43. Số lá thép dùng trong các bậc:
- Bậc 1:
𝑛1 =

16
. 2 = 64 (𝑙á).
0,5

𝑛2 =

11
. 2 = 44 (𝑙á).
0,5

𝑛3 =

7
. 2 = 28 (𝑙á).
0,5

- Bậc 2:

- Bậc 3:

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

21


- Bậc 4:
𝑛4 =

6
. 2 = 24 (𝑙á).

0,5

𝑛5 =

4
. 2 = 16 (𝑙á).
0,5

𝑛6 =

7
. 2 = 28 (𝑙á).
0,5

- Bậc 5:

- Bậc 6:

Để đơn giản trong chế tạo gông từ, ta chọn gông từ có tiết diện hình chữ nhật có
các kích thước sau:
-

Chiều dài của gông bằng chiều dày của trụ b= dt = 10,2 cm.
Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a= 10,5 cm.
Tiết diện gông Qb.g= a.b = 107,1 cm2.

44. Tiết diện hiệu quả của gông:
𝑄𝑔 = 𝑘ℎ𝑞 . 𝑄𝑏.𝑔 = 0,95.107,1 = 101,7 (𝑐𝑚2 ).
45. Số lá thép dùng trong một gông:
ℎ𝑔 =

𝑏
102
=
= 204 𝑙á.
0,5 0,5

46. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:
𝐵𝑇 =

𝑈1
380
=
= 0,359 (𝑇).
4,44𝑓. 𝑊1 . 𝑄𝑇 4,44.50.583.81,89. 10−4

47. Mật độ từ cảm trong gông:
𝐵𝑔 = 𝐵𝑇

𝑄𝑇
81,89
= 0,359.
= 0,289 (𝑇).
𝑄𝑔
101,7

48. Chiều rộng cửa sổ:
𝑐 = 2(𝑎01 + 𝐵𝑑1 + 𝑎12 + 𝐵𝑑2 ) + 𝑎22
Thay số ta được:

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

22


𝑐 = 2(1 + 1,337 + 1 + 1,352) + 2 = 11,378 (𝑐𝑚).
49. Tính khoảng cách giữa hai tâm trục:
𝑐 ′ = 𝑐 + 𝑑 = 11,378 + 8 = 19,378 (𝑐𝑚).
50. Chiều rộng mạch từ:
𝐿 = 2𝑐 + 3𝑑 = 2.11,378 + 3.8 = 46,756 (𝑐𝑚).
51. Chiều cao mạch từ:
𝐻 = ℎ + 2𝑎 = 25 + 2.10,5 = 46 (𝑐𝑚).
 Tính khối lượng của sắt và đồng
52. Thể tích của trụ:
𝑉𝑇 = 3𝑄𝑇 . ℎ = 3.81,89.25 = 6141,75 𝑐𝑚3 ≈ 6,142 𝑑𝑚3 .
53. Thể tích của gông:
𝑉𝑔 = 2𝑄𝑔 . 𝐿 = 2.101,7.46,756 = 9510,17 𝑐𝑚3 ≈ 9,510 𝑑𝑚3 .
54. Khối lượng của trụ:
𝑀𝑇 = 𝑉𝑇 . 𝑚𝐹𝑒 = 6,142.7,85 = 48,21 (𝑘𝑔).
55. Khối lượng của gông:
𝑀𝑔 = 𝑉𝑔 . 𝑚𝐹𝑒 = 9,510.7,85 = 74,65 (𝑘𝑔).
56. Khối lượng của sắt:
𝑀𝐹𝑒 = 𝑀𝑇 + 𝑀𝑔 = 48,21 + 74,65 = 122,86 (𝑘𝑔).
57. Thể tích của đồng:
𝑉𝐶𝑢 = 3(𝑆1 𝑙1 + 𝑆2 𝑙2 ) = 3(13,45. 10−4 . 288,652.10 + 3,95. 10−4 . 155,469.10)
= 13,489 (𝑑𝑚3 )
58. Khối lượng của đồng:
𝑀𝐶𝑢 = 𝑉𝐶𝑢 . 𝑚𝐶𝑢 = 13,489.8,9 = 120,052(𝑘𝑔).
 Tính các thông số máy biến áp
59. Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75˚C:

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

23


𝑅1 = 𝜌

𝑙1
288,652
= 0,02133.
= 0,458 (𝛺).
𝑆1
13,45

60. Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75˚C:
𝑙2
155,469
= 0,02133.
= 0,840 (𝛺).
𝑆1
3,95

𝑅2 = 𝜌

61. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
𝑅𝐵𝐴

𝑊2 2
171 2

) = 0,879 (𝛺).
= 𝑅2 + 𝑅1 . ( ) = 0,840 + 0,458. (
𝑊1
583

62. Sụt áp trên điện trở máy biến áp:
∆𝑈𝑟 = 𝑅𝐵𝐴 . 𝐼𝑑 = 0,879.13,3 = 11,69 (𝑉 ).
63. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
𝑋𝐵𝐴 = 8𝜋 2 . (𝑊2 )2 (

𝑟
𝐵𝑑1 + 𝐵𝑑2
) (𝑎12 +
) 𝜔. 10−7
ℎ𝑑𝑞
3

8,837
1,337 + 1,352
) (0,01 +
) 314. 10−7
𝑋𝐵𝐴 = 8𝜋 2 . (171)2 (
20,34
3
= 0,595 (𝛺).
64. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:
𝐿𝐵𝐴 =

𝑋𝐵𝐴 0,595
=

= 0,00189 (𝐻 ) = 1,89 (𝑚𝐻 ).
𝜔
314

65. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp:
∆𝑈𝑋 =

3
3
𝑋𝐵𝐴 . 𝐼𝑑 = . 0,595.13,3 = 7,56 (𝑉 ).
𝜋
𝜋
𝑅𝑑𝑡 =

3
𝑋 = 0,568 (𝛺).
𝜋 𝐵𝐴

66. Sụt áp trên máy biến áp:
∆𝑈𝐵𝐴 = √(∆𝑈𝑟 )2 + (∆𝑈𝑋 )2 = √11,692 + 7,562 = 13,92 (𝑉)
67. Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin= 10˚:
𝑈 = 𝑈𝑑0 . 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑚𝑖𝑛 − 2∆𝑈𝑣 + ∆𝑈𝐵𝐴
𝑈 = 260,96. 𝑐𝑜𝑠10° − 2.2 + 13,92 = 266,92 (𝑉 ).
Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

24


68. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp:
𝑍𝐵𝐴 = √(𝑅𝐵𝐴 )2 + (𝑋𝐵𝐴 )2 = √0,8792 + 0,5952 = 1,061 (𝛺).

69. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp:
∆𝑃𝑛 = 3𝑅𝐵𝐴 . 𝐼2 2 = 3.0,879. 10,862 = 311,0 (𝑊 ).
∆𝑃𝑛 % =

∆𝑃𝑛
311,0
. 100 =
. 100 = 0,932%.
𝑆
33353

70. Tổn hao không tải có kể đến 15% tổn hao phụ:
𝑃0 = 1,3𝑛𝑓 (𝑀𝑇 . 𝐵𝑇 2 + 𝑀𝑔 . 𝐵𝑔 2 )
𝑃0 = 1,3.1,15(48,21. 0.3592 + 74,65. 0,2892 ) = 18,61 (𝑊 ).
∆𝑃0 % =

𝑃0
18,61
. 100 =
. 100 = 0,056%.
𝑆
33353

71. Điện áp ngắn mạch tác dụng:
𝑈𝑛𝑟 =

𝑅𝐵𝐴 . 𝐼2
0,879.10,86
. 100 =
. 100 = 8,56 %.

𝑈2
111,52

72. Điện áp ngắn mạch phản kháng:
𝑈𝑛𝑥 =

𝑋𝐵𝐴 . 𝐼2
0,595.10,86
. 100 =
. 100 = 5,79 %.
𝑈2
111,52

73. Điện áp ngắn mạch phần trăm:
2 + 𝑈 2 = √8,562 + 5,792 = 10,33 %.
𝑈𝑛 = √𝑈𝑛𝑟
𝑛𝑥

74. Dòng điện ngắn mạch xác lập:
𝐼2𝑛𝑚 =

𝑈2
111,52
=
= 105,11 (𝐴).
𝑍𝐵𝐴
1,061

75. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:
𝐼𝑚𝑎𝑥 = √2. 𝐼2𝑛𝑚 (1 + 𝑒

−

𝜋𝑈𝑛𝑟
𝑢𝑛𝑥 )

= √2. 105,11 (1 + 𝑒

−

𝜋0,0856
0,0579 )

𝐼𝑚𝑎𝑥 = 150,08 (𝐴) < 𝐼đỉ𝑛ℎ = 2800 (𝐴).

Nguyễn Thanh Tùng – ĐK & TĐH 01 K57

25