THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH LỰC
I. Động cơ có:
U
dm
=440 V , n
dm
=1500v/p , P =30kW
Lựa chọn sơ đồ thiết kế
Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và nghịch lưu từ các ưu điểm của các sơ
đồ chỉnh lưu với tải và các động cơ điện một chiều có công suất vừa phải thì ta
dùng chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả bởi lẽ ở công suất
này để tránh lệch tải điện áp , không thể thiết kế theo sơ đồ một pha, sơ đồ tia ba
pha sẽ làm mất đối xứng điện áp nguồn. Nên trong đồ án này ta chọn sơ đồ thiết
kế chọn là sơ đồ cầu ba pha.
- Các thông số cơ bản còn lại của động cơ
)(2,68
440
30000
A
U
P
I
dm
dm
===
U
2a
,U
2b
,U
2c

sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn
E : sức điện động của động cơ
R, L :điện trở, điện cảm trong mạch
R = 2.R
ba
+ R
u
+ R
k
+ R
dt
L = 2.L
ab
+ L
u
+ L
k
R
ba
, L
ba
: điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp.
R
k
, L
k
: điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc
R
dt
: điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :

)().1.(5,0 Ω−=
udm
udm
u
I
U
R
η
L
ư
: điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức:
dmdm
dm
u
Inp
U
L
....2
60.
π
γ
=
II. Tính chọn Tiristo
Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải , sơ đồ đã chọn , điều khiển toả
nhiệt , điện áp làm việc , các thông số cơ bản của van được tính như sau :
U
nmax
= (π/3). U
d
= (π/3) . 440 = 460,76(V)

U
lv
= k
nv
. U
2
= k
nv
. U
d
/ k
u
Điện áp ngược của van cần chọn
U
nv
= k
dt
. U
nmax
= 1,8 . 460,76 = 829,38(V)
U
ngmax
= U
ngmaxth
/ 0,7 = 658,2 (V)
Trong đó k
dtU
: hệ số dự trữ điện áp chọn k
tdU
= 1,8

Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng điện dòng hiệu dụng:
)(36,39
3
18,68
3
. A
I
IkI
d
dhdlv
====
( trong sơ đồ cầu ba pha )
Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ điện tích toả
nhiệt không có quạt đối lưu không khi với điều khiển đó Idmv từ các thông số
U
nv
, I
đmv
ta chọn 6 tiristor loại có thông số sau
điện áp ngược cực đại của van 1000(V)
dòng điện định mức của van 200(A)
đỉnh xung dòng điện 4000(A)
dòng điện của xung điều khiển 100mA
điện áp của xung điều khiển 3,0(V)
dòng điện rò 20mA
sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn ∆U = 1,6(V)
tốc độ biến thiên điện áp
)/(200 sV
dt
du

=
tốc độ biến thiên dòng điện
sμ180A/
dt
di
=
dòng điện tự giữ 200mA
thời gian chuyển mạch t
cm
= 90µs
nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =1500
0
C
III. Tính toán MBA chỉnh lưu
+ Tính toán từ mạch
* Tính trụ
Tiết diện trụ sơ bộ của trụ T được tính theo công thức:
T = (π/4) .k
2
.
f
S
S
f
là công suất pha của máy biến áp 3 pha
k
q
= 5 -> 6 là hệ số kinh nghiệm ta chọn k = 6
T = ( π/4 ). 6
2

Chiều cao sơ bộ của trụ được tính theo công thức :
β
π
nT
l
.4.
=
β là hệ số cho biết hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng thường lấy β
=1,3.
.
3,1
.4. nT
l
π
=
Chọn mạch từ hình chữ Ε được ghép từ những lá tôn Silic loại 310 có
Bề dày tôn : 0,35mm
Tổn hao là : 1,7 W/kg
Tỷ trọng : d = 7,8kg/dm
3
Tiết diện của trụ T=a.b
- Chọn MBA ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây ∆ (làm mát bằng không khí tự nhiên)
- Tính các thông số cơ bản
a) Tính công suất biểu kiến của MBA:
S = K.P =1,05.P = 1,05 . 30000 = 31500(VA)
b) Điện áp pha sơ cấp của MBA
U
1
=380(V)

c) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :
U
do
. cos (α
min
) = U
d
+ 2.∆U
v
+ ∆U
dn
+ ∆U
ba
Trong đó α
min
= 10
0
góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới .
∆Uv = 1,6(v) sụt áp trên tiristor
∆U
dn
= 0 sụt áp trên dây nối
∆U
ba
= ∆U
r
+ ∆U
x
: sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.

Chọn sơ bộ
∆U
ba
= 6%.Ud = 6% . 440 = 26,4(V)
Từ phương trình cân băng điện áp tải ta có:
)(84,476
18cos
4,2606,1.2440
18cos
.2
0
0
VU
UUUU
U
do
badnvd
do
=
+++
=
∆+∆+∆+
=
Điện áp pha thứ cấp :
)(86,203
63
84,476
2
V
k

U
U
u
do
===
π
Dòng điện hiệu dung thứ cấp MBA:
)(67.5528,68.
3
2
.
3
2
2
AII
d
===
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA:
)(86,2967,55.
380
86,203
..
2
1
2
21
AI
U
U
IkI

ba
====
+ Tính sơ bộ mạch từ.
Tính tiết diện sơ bộ trụ:
fm
S
kQ
ba
qFe
.
.=
k
q
: Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát k
q
= 6
m : số trụ của MBA = 3
f : tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz
)(948,86
50.3
31500
.6
2
cmQ
Fe
==

Đường kính trụ:
)(52,10
948,86.4

.4
cm
Q
d
Fe
===
ππ

Chuẩn hoá đường kính theo chuẩn d = 11(cm)
- Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5 mm
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ B =1(T)
Chọn tỉ số
m = h/d = 2,3
-> h = 2,3 . d = 2,3 . 11 =25,3(cm)
Thông thường m = 2-> 2,5
Chọn chiều cao trụ h = 25(cm)
- Tính toán dây quấn
Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:
197
1.10.948,86.50.44,4
380
...44,4
4
1
1
1
≈==
−
TFe
BQf

U
w
(vòng)
Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA:
5,1058,196.
380
86,203
.
1
1
2
2
=== w
U
U
w
(vòng)
w
2
= 106 (vòng)
- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA với dây dẫn bằng đồng MBA khô
chọn :
J
1
= J
2
= 2,75(A/mm
2
)
Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA:

)(86,10
75,2
86,29
2
1
1
1
mm
J
I
S ===
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B chuẩn hoá tiết diện theo tiêu
chuẩn: S
1
= 11,30(mm
2

).
Kích thước dây có kể cách điện : S
1
= a
1
.b
1
= 1,56 . 7,4(mm
2
).
• Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp
)/(64,2
30,11

86,29
2
1
1
1
mmA
S
I
J ===
Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA:
)(24,20
75,2
67,55
2
2
2
2
mm
J
I
S ===
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu
chuẩn: S
2
= 20,30(mm
2
).
Kích thước dây có kể cách điện: S
2
= a

2
. b
2
= 3,53 . 5,9(mm
2
).
Tính lại mật độ độ dòng điện trong cuộn thứ cấp :
)/(74,2
30,20
67,55
2
2
2
2
mmA
S
I
J ===
- Kết cấu dây quấn sơ cấp :
Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ
Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :
292,2895,0.
77,0
5,1.225
.
.2
1
11
≈=
−

=
−
=
e
g
k
b
hh
w
(vòng)
Trong đó : k
e
= 0,95 hệ số ép chặt
h : chiều cao trụ
h
g
: khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp
Chọn sơ bộ khoảng cách
h
g
=1,5 cm
- Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:
8,6
29
197
11
1
11
===
w

w
n
(lớp)
Chọn lớp n
11
= 7 lớp.
Như vậy có 197 vòng chia làm 7 lớp , chọn 6 lớp đầu 29 vòng , lớp thứ 7 có 197 –
6 . 29 = 23 (vòng)
Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :
)(58,22
95,0
74,0.29
.
11
1
cm
k
bw
h
e
===
Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S
01
=0,1 (cm)
Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a
01
= 1,0(cm)
Đường kính trong của ống cách điện
D
t

= D
fe
+ 2 . a
01
– 2 .S
01
= 11 + 2.1 - 2.0,1 = 12,8(cm)
Đường kính trong của cuộn sơ cấp
D
t1
= D
t
+ 2 . S
01
= 12,8 + 2 . 0,1 = 13(cm)
Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dày ở cuộn sơ cấp
cd
11
= 0,1(mm)
Bề dày cuộn sơ cấp
Bd
1
= (a
1
+ cd
11
) . n
11
= (1,56+0,1).7 = 11,62(mm) = 1,162(cm)
Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp

D
n1
= D
t1
+ 2 . B
d1
= 13 + 2.1,162 = 15,324(cm)
Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp :
D
tb1
= ( D
t1
+ D
n1
) / 2 = (13 + 15,324 )/2 = 14,162 (cm)
Chiều dày dây cuộn sơ cấp :
l
1
= w
1
. π . D
tb
= π.197.14,162 = 8764,7(cm) = 87,64(m)
Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :
cd
01
= 1,0(cm)
• Kết cấu dây quấn thứ cấp
Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp
h

1
= h
2
= 22,8(cm)
Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp:
(3795,0.
59,0
58,22
.
2
2
12
≈==
e
k
b
h
w
vòng)
Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp :
9,2
37
106
12
2
12
===
w
w
n

(lớp)
Chọn số lớp dây cuốn n
12
= 3 lớp , chọn 2 lớp đầu có 36 vòng ,lớp thứ ba có 106 -
2.36 = 34 (vòng)
Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :
35,22
95,0
59,0.36
.
212
1
===
e
k
bw
h
Đường kính trong của cuộn thứ cấp :
D
t2
= D
n1
+ 2 . a
12
= 15 , 324 + 2,1 = 17,324(cm)
Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd
22
= 0,1(mm)
Bề dầy cuộn sơ cấp :
Bd2 = (a

2
+ cd
22
) .n
12
= (0,353+0,01) .3 = 1,089(cm)
Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
D
n2
= D
t2
+ 2 .Bd2 = 17,324 + 2 . 1,089 = 19,502(cm)
Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp :
D
tb2
= ( D
t2
+ D
n2
) / 2 = (17,324 + 19,502) / 2 = 18,413(cm)
Chiều dài dây quấn thứ cấp :
l
2
= π . w
2
. D
tb2
= π.106.18,413 = 61,32(m)
Đường kính trung bình các cuộn dây:
D

12
= ( D
t1
+ D
n2
) / 2 = (13 + 19,502 ) /2 = 16,251(cm)
-> r
12
= D
12
/2 =8,125 (cm)
Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp a
22
= 2(cm)
• Tính kính thức mạch từ
Với đường kính d =11cm , ta có số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ
Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:
Q’= 2.(1,6.10,5+1,1.9,5+0,7.0,8+0,6.7,5+0,4.6,5+0,74) = 86,2(cm2)
Tiết diện hiệu quả của trụ :
Qt = k
hq
. Q’ = 0,9.86,2 = 81,89(cm
2
)
Tổng chiều dày các bậc thang của trụ:
d = 2. (1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 + 0,7) = 10,2(cm)
Để đơn giản trong chế tạo gông từ , ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các
kích thức sau:
Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ b = d =10,2(cm)
Chiều cao của gông bằng chiều rộng của tập lá thép thứ nhất của trụ a = 10,5 cm

Tiết diện gông Q = a . b = 107,1(cm
2
)
Dựa vào m = h/a = 2,3/2,5
n = c/a= 0,5
l = b/a = 1:2,5 .
Trong đó h=25cm
Tiết diện hiệu quả của gông:
Qg = k
hq
. Q = 0,95 . 107,1 = 101,7(cm
2
)
Số lá thép dùng trong 1 gông:
hg = b/0,5 = 102/0,5 = 204 (lá thép)
Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ: