Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều

THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐỀ BÀI: Đề số 38
Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một
chiều

Yêu cầu công nghệ

Thơng số thiết kế

Thiết kế bộ chỉnh lưu có điều khiển

Điện áp nguồn: Udm = 380 VAC, 50 Hz
Động cơ: 10kW, 440VDC, 3000v/ph

Giáo viên hướng dẫn : ĐẶNG HỒNG HẢI
Sinh viên

: PHAN VĂN THẾ

Lớp

: ĐTĐ52 – ĐH1

Hải Phòng, năm 2014


LỜI NĨI ĐẦU
Điện tử cơng suất là lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, nghiên cứu ứng dụng
của các linh kiện bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch và q trình

biến đổi điện năng.
Ngày nay, khơng riêng gì ở các nước phát triển, ngay cả ở nước ta các
thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong
lĩnh vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: xi măng, thủy điện, giấy,
đường, dệt, sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của
cơng nghiệp điện tử nói chung và điện tử cơng suất nói riêng. Đó là những minh
chứng cho sự phát triển của ngành công nghiệp này.
Với mục tiêu cơng nghiệp hố hiện đại hố đất nước, ngày càng có
nhiều xí nghiệp mới, dây chuyền mới sử dụng kỹ thuật cao đòi hỏi cán bộ kỹ
thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử cơng suất. Cũng với lý do đó,
trong học kỳ này em được nhận đồ án môn học điện tử công suất, đề tài: “ Thiết
kế bộ điều khiển chỉnh lưu có đảo chiều cung cấp cho động cơ điện một
chiều ”.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy
Đặng Hồng Hải trong quá trình làm đồ án mơn học với đề tài trên. Mặc dù đã
dành nhiều cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi những sai sót nhất định, em
mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy, cô.
Sinh viên thực hiện
Phan Văn Thế

2


Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
1.1.

Tổng quan về động cơ điện một chiều.

1.1.1 Phân loại

Động cơ điện một chiều chia làm nhiều loại theo sự bố trí của cuộn kích từ :
 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
 Động cơ điện một chiều kích từ song song
 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.1.2 Sơ đồ nguyên lý

1.2.

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
Truyền động điện được dùng để dẫn động các bộ phận làm việc của các máy

sản xuất khác. Thường phải điều chỉnh tốc độ chuyển động của các bộ phận làm
việc. Vì vậy điều chỉnh tốc độ động cơ điện là biến đổi tốc độ một cách chủ
động, theo yêu cầu đặt ra cho các qui luật chuyển động của bộ phận làm việc mà
không phụ thuộc mômen phụ tải trên trục động cơ.
Xét riêng về phương diện tốc độ của động cơ điện một chiều là có nhiều ưu
điểm hơn với các loại động cơ khác, khơng những có thể điều chỉnh tốc độ dễ
dàng, đa dạng các phương pháp điều chỉnh, cấu trúc mạch động lực, mạch điều
khiển đơn giản hơn. Đồng thời đạt chất lượng điều chỉnh cao, dải điều chỉnh
rộng.
3


Thực tế có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng điện
áp:
+Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ
+Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Vì vậy cần phải có những bộ biến đổi phù hợp để cung cấp mạch điện phần
ứng hoặc mạch kích từ của động cơ. Cho đến nay thường sử dụng những bộ

biếnđổi dựa trên các nguyên tắc truyền động sau đây :
+Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ)
+Hệ truyền động chỉnh lưu tiristor – động cơ (T – Đ)
► Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ (T-Đ)

Thường sử dụng bộ chỉnh lưu có điều khiển thyristor. Tốc độ động cơ
thay đổi bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu cấp cho phần ứng động cơ, để
thay đổi điện áp chỉnh lưu ta chỉ cần sử dụng mạch điều khiển, thay đổi thời
điểm thông van thyristor.
+ Ưu điểm của hệ này là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động
hố. Do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất rất cao, điều đó thuận lợi
cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh nhiều vòng, để nâng cao chất lượng đặc
tính tĩnh và các đặc tính của hệ thống.
+ Nhược điểm của hệ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng
chỉnh lưu của điện áp có biên độ đập mạch gây tổn hao phụ trong máy điện. Hệ

4


số cơng suất cosϕ của hệ thống nói chung là thấp. Tính dẫn điện 1 chiều của van
buộc ta phải sử dụng 2 bộ biến đổi để cấp điện cho động cơ có đảo chiều quay.
1.3.

Các phương pháp chỉnh lưu.

- Các bộ chỉnh lưu đảo chiều dùng cho động cơ điện một chiều cần quay
theo cả hai chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh.
- Tùy theo yêu cầu về chất lượng điều chỉnh mà có thể sử dụng các sơ đồ
sau.
- Các bộ chỉnh lưu đảo chiều dùng cho động cơ điện một chiều cần quay

theo cả hai chiều với chế độ làm việc ở cả 4 góc điều chỉnh.
- Tùy theo yêu cầu về chất lượng điều chỉnh mà có thể sử dụng các sơ đồ
sau.
1) Dùng phương pháp đảo chiều bằng đảo dấu điện áp đặt vào phần ứng
động cơ nhờ 2 mạch chỉnh lưu

Kt

2) Dùng phương pháp đảo chiều kích từ

Kt

5


3) Đảo chiều phần ứng động cơ bằng công tắc tơ T và N

Kt
T

N

T

N

4) Đảo chiều kích từ bằng cơng tắc tơ T và N

T

N

T

N

Nhận xét:
- Hai sơ đồ 3, chỉ áp dụng cho hệ thống khơng địi hỏi cao về chất lượng
đảo chiều, thông dụng và đáp ứng được yêu cầu chất lượng sơ đồ hình 1.
- Để đấu 2 mạch chính với nhau cấp ra một tải có 2 kiểu là : kiểu đáu chéo
số 8 và đấu song song ngược.
- Có 2 phương pháp điều khiển đảm bảo mạch hoạt động bình thường là
phương pháp điều khiển chung và phương pháp điều khiển riêng.
6


•

Phương pháp điều khiển chung

a

b

c

V1
V4
V3
V6

I
V5

V2
UdI

UdII
V6'

V 1'

V4'

V 3'

V5'

II

V2'

a

II

I

UdI

UdII

Lcb

Lcb

- Lúc này cả 2 mạch chỉnh lưu cùng được phát xung điều khiển, nhưng

a

b

c

V1
V4
V3
V6

I
V5

V2
UdI

UdII

V1'

V3'

V5'

V 6'

V 4'

II

V2'

a

II

I

UdI

Lcb

UdII

Lcb

luôn khác chế độ nhau: một mặt chế độ chỉnh lưu ( xác định dấu của điện áp một
chiều ra tải cũng là chiều quay đang cần có ) mạch kia là chế độ nghịch lưu ( là
quá trình chuyển năng lượng điện áp từ phía dịng một chiều sang dịng xoay
chiều ). Vì hai mạch cùng dấu cho một tải nên giá trị trung bình của chúng phải
gần bằng nhau:

Ut = Ud1= - Ud2
7


- Nếu dịng điện liên tục ta có:
Ud1=Ud0 . cosα1
Ud2=Ud0 . cosα2
Ud0 . cosα1= - Ud0 . cosα2
Hay

cosα1 + cosα2= 0
α1 + α2=1800

Biểu thức này chính là luật phối hợp điều khiển của phương pháp này.
- Tuy nhiên luật này mới chỉ đảm bảo sự cân bằng về giá trị một chiều, còn
giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu hai mạch là khác nhau Ud1 ≠ Ud2
Sự chênh lệch điện áp giữa chúng làm xuất hiện một dòng điện quẩn giữa hai
mạch van mà không qua tải.
- Để hạn chế dòng điện này cần phải dùng thêm cuộn kháng L cb mắc nối
mạch chỉnh lưu với tải . Như thế làm tăng công suất đặt và giá thành hệ
thống. Tuy nhiên phương pháp điều khiển này cho phép điều chỉnh nhanh
tối đa.
* Phương pháp điều khiển riêng

FX1

Uα 1

α1

i1L
iLd

LOG
i2L

Uα2

FX2

α2

1
&
i1L

i2L
iLd

1

b1

1

1

&

b1

τ

&

b2

&

1

b2

τ

8


- Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời
điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn một bộ biến đổi cịn một
bộ biến đổi kia bị khóa do chưa có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là
BĐ1 và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2. Trật
tự hoạt động của bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu lơgic b1 và
b2. Q trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian. Trong khoảng
thời gian từ 0 -> t1 bộ BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu α1 <π/2 còn bộ BĐ2 thì
khóa. Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi i LĐ góc điều khiển α1 tăng đột biến lớn hơn
π/2 dịng điện phần ứng giảm về 0 lúc này các xung để khóa bộ BĐ1. Thời điểm
t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện SI1. Trong khoảng thời gian trễ t= t 3 - t2
bộ BĐ1 bị khóa hồn tồn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t 3 sđđ E vẫn cịn
dương, tín hiệu lơgic b2 kích cho FX2 mở BĐ2 với góc α >π/2 và sao cho dịng

điện phần ứng khơng vượt q giá trị cho phép động cơ được hãm tái sinh. Nếu
nhịp điệu giảm α2 phù hợp với qn tính của hệ thì có thể duy trì dịng điện hãm
và dịng điện khởi động ngược khơng đổi, điều này được thực hiện bởi các mạch
vịng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống trên sơ đồ của khối lôgic LOG,
iLĐ , iL1 , iL2 là các tín hiệu lơgic đầu vào b1, b2 là các tín hiệu đầu ra để khóa các
bộ phát xung điều khiển.
iLĐ = 1 phá xung điều khiển mở BĐ1.
iL§ = 0 phát xung dk mở BĐ2.
i1L (i2L) = 1 có dịng điện chảy qua bộ BĐ1 và BĐ2
b1(b2) = 1 khóa bộ phát xung FX1 và FX2.
Từ mạch logic trên ta có :
__

__

b1 = i LD . i1L + i2 L
__

b2 = i LD . i 2 L + i1L

• Nhận xét:


Hệ truyền động van đảo chiều điều khiển riêng có ưu điểm là làm việc

an tồn, khơng có dòng điện cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi không cần thiết
9


kế cuộn kháng cân bằng, song cần một khoảng thời gian trễ trong đó dịng điện

động cơ bằng khơng.
Do ngun tắc điều khiển riêng dùng bộ biến đổi làm việc độc lập, trong một
thời điểm thì chỉ có một bộ BĐ làm việc còn bộ BĐ kia phải chắc chắn khóa ( có
nghĩa là dịng điện qua bộ BĐ này phải bằng “0”). Ta sẽ dùng sensor dòng điện
để nhận biết có dịng điện chạy qua bộ BĐ hay khơng.

10


Chương 2: Tính tốn chọn mạch cơng suất
2.1. Phân tích các sơ đồ chỉnh lưu
2.1.1 Chỉnh lưu hình tia 3 pha

Hình 2.1: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha

Hình 2.2 Dạng điện áp ra trên tải
11


2.1.2 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha
Ở mạch này người thiết kế sử dụng
bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển
được mắc theo sơ đồ cầu 3 pha đối
xứng được biểu diễn ở (hình III-3) bao
gồm 6 thyristor được chia thành 2
nhóm:
-

Nhóm anơt chung gồm T2,

T4, T6.
-

Nhóm catơt chung gồm T1,

Hình 2.3 Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

T3, T5

Hình 2.4 Dạng điện áp ra trên tải

 Hoạt động của sơ đồ
Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua Vt=Vc ,Vg=Vb :
Khi θ = θ1 = π/6 + α cho xung điều khiển mở T1 ( tiristo này mở vì u a > 0 ). Sự
mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì u a > ub. Lúc này T6 và
T1 cho dòng chảy quá, điện áp trên tải:
12


Ud = Uab = Ua - Ub
Khi Khi θ = θ1 = 3π/6 + α cho xung điều khiển mở T2 , tiristo này mở vì khi
T6 dẫn dịng, nó đặt Ub lên anốt T2. Khi θ = θ2 thì Ub > Uc . Sự mở T2 làm cho
T6 bị khóa lại một cách tự nhiên vì U b >Uc . Các xung điều khiển lệch nhau π/3
được lần lượt đưa đến điều khiển của tiristo theo thứ tự 1,2,3,4,5,6…1
Trong mỗi nhóm, khi một tiristo mở, nó sẽ khóa ngay tiristo dẫn dịng trước nó
Thời điểm
θ1 = π/6 + α

Mở
T1

Khóa
T5

θ2 = 3π/6 + α

T2

T6

θ3 = 5π/6 + α

T3

T1

θ4 = 7π/6 + α

T4

T2

θ5 = 9π/6 + α

T5

T3

T6

T4

θ6 = 11π/6 + α
Giá trị trung bình của điện áp trên tải

+ Đường bao phía trên biểu diễn điện thế của điểm F
+ Đường bao dưới trên biểu diễn điện thế của điểm G
Điện áp trên mạch tải là U d = Uf - Ug là khoảng cách thẳng đứng giữa 2 đường
bao
Ud =

6
2π

5π
+α
6

∫
π
6

2 .U 2 . sin θ .dθ =

+α

3 6
.U 2 . cos α
π

Cũng có thể tính Ud = Ud1 - Ud2 trong đó Ud1 là giá trị trung bình của u d1 do
nhóm catốt chung tạo nên, cịn U d 2 là giá trị trung bình của u d 2 do nhóm anốt
chung tạo nên
Ud =

3
2π

5π
+α
6

∫
π
6

Ud =

3
2π

+α

7π
+α
6

∫
π

3
+α
6

2 .U 2 . sin θ .dθ =

3 6
.U 2 . cos α
2π

2 .U 2 . sin θ .dθ = −

3 6
.U 2 . cos α
2π

13


Nhận xét: Từ những phân tích trên và do yêu cầu chỉnh lưu có đảo chiều nên ta
chọn phương án chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng
2.2. Thiết kế và tính tốn mạch động lực.
Động cơ có:
Udm =440 V , ndm =3000v/p , P =10kW
 Lựa chọn sơ đồ thiết kế
Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu và từ các ưu điểm của các sơ đồ
chỉnh lưu với tải và các động cơ điện một chiều có cơng 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
I dm =

P
10000
=
= 22, 7( A)
U dm
440

U2a,U2b,U2c 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.Rba + Ru + Rk + Rdt
L = 2.Lab + Lu + Lk
Rba, Lba : điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp.
Rk, Lk : điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc
Rdt : điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :
Ru = 0,5.(1 − η ).

U udm
( Ω)
I udm

Lư : điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo cơng thức:
Lu = γ

U dm .60
2.π . p.n dm .I dm

14


 Tính chọn Tiristor
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 thơng số cơ bản của van được tính như
sau :
U n max =K nv .U 2 =K nv .

Trong đó : K nv =

6, K u =

Ud π
= .440 = 460,76 (V).
Ku 3

3. 6
π

Điện áp ngược của van cần chọn
Unv = kdtU . Un max = 1,8 . 460,76 = 829,38(V)
Ungmax = Ungmaxth / 0,7 = 658,2 (V)
Trong đó kdtU : hệ số dự trữ điện áp chọn ktdU = 1,8
Dịng điện làm việc của van được tính theo dòng điện dòng hiệu dụng:
I lv = khd .I d =

Id
3

=

22, 7
= 13,11( A)
3

( 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 khơng có quạt đối lưu khơng khí, với điều kiện đó dịng định mức của van
cần chọn Iđm = Ki . Ilv =3,2 . 13,11 = 42 (A)
(Ki là hệ số dự trữ dịng điện và chọn Ki =3,2)
từ các thơng số Unv , Iđmv ta chọn 6 tiristor loại có thơng 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

du
= 200(V / s )
dt

15


Tốc độ biến thiên dòng điện

di
= 180A/μ s
dt

Dòng điện tự giữ 200mA
Thời gian chuyển mạch tcm = 90µs
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =15000C
 Tính tốn MBA chỉnh lưu
+ Tính tốn từ mạch
* Tính trụ
Tiết diện trụ sơ bộ của trụ T được tính theo cơng thức:
T = (π/4) .k2 . S f
Sf là công suất pha của máy biến áp 3 pha
kq = 5 -> 6 là hệ số kinh nghiệm ta chọn k = 6
T = ( π/4 ). 62
Chiều cao sơ bộ của trụ được tính theo cơng thức :
l=

π . 4.T n
β

β là hệ số cho biết hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng thường lấy β
=1,3.
l=

π . 4.T n
.
1,3

Chọn mạch từ hình chữ Ε được ghép từ những lá tơn Silic loại 3 - có
Bề dày tơn : 0,35mm
Tổn hao là : 1,7 W/kg
Tỷ trọng : d = 7,8kg/dm3
Tiết diện của trụ T=a.b
- Chọn MBA ba pha ba trụ sơ đồ đấu dây ∆ (làm mát bằng khơng khí tự nhiên)
- Tính các thơng số cơ bản
a) Tính cơng suất biểu kiến của MBA:
S = K.P =1,05.P = 1,05 . 10000 = 10500(VA)
16


b) Điện áp pha sơ cấp của MBA
U1=380(V)
c) Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :
Udo . cos (αmin) = Ud + 2.∆Uv + ∆Udn + ∆Uba
Trong đó αmin = 10 0 góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới .
∆Uv = 1,6(v) sụt áp trên tiristor
∆Udn = 0 sụt áp trên dây nối
∆Uba = ∆Ur + ∆Ux : sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
Chọn sơ bộ
∆Uba = 6%.Ud = 6% . 440 = 26,4(V)
Từ phương trình cân bằng điện áp tải ta có:
U d + 2.∆U v + ∆U dn + ∆U ba
cos18 0
440 + 2.1,6 + 0 + 26,4
=
= 476,84(V )
cos18 0

U do =
U do

Điện áp pha thứ cấp:
U2 =

U do 476,84
=
= 203,86(V )
ku
3 6
π

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA
I2 =

2
2
.I d =
.22, 72 = 18,55( A)
3
3

Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA
I1 = kba .I 2 =

U2
203,86
.I 2 =

.18,55 = 9,95( A)
U1
380

+ Tính sơ bộ mạch từ.
Tính tiết diện sơ bộ trụ:
QFe = k q .

S ba
m. f

kq : Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát kq= 6
m : số trụ của MBA = 3
17


f : tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz
QFe = 6.

10500
= 50, 2(cm 2 )
3.50

Đường kính trụ:
d=

4.QFe
4.50, 2
=
= 7,99(cm)

π
π

Chuẩn hố đường kính theo chuẩn d = 8 (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 . 8 =18,4 (cm)
Thông thường m = 2-> 2,5
Chọn chiều cao trụ h = 19 (cm)
- Tính tốn dây quấn
Số vịng dây mỗi pha sơ cấp MBA:
w1 =

U1
380
=
≈ 341 (vòng)
4, 44. f1.QFe .BT 4, 44.50.50,199.10 −4.1

Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA:
w2 =

U2
203,86
.w1 =
.340,98 = 182,9 (vòng)
U1
380

w2 = 183 (vòng)
- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA với dây dẫn bằng đồng MBA khô
chọn
J1 = J2 = 2,75(A/mm2)
Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA:
S1 =

I1 9,95
=
= 3, 62(mm 2 )
J1 2, 75

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B chuẩn hố tiết diện theo tiêu
chuẩn:

S1 = 4,30 (mm2 ).

Kích thước dây có kể cách điện : S1= a1.b1= 1,56 . 7,4(mm2).
18


• Tính lại mật độ dịng điện trong cuộn sơ cấp
J1 =

I1 9,95
=
= 2, 75( A / mm 2 )
S1 3, 62

Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA:
I 2 18,55
=
= 6, 75(mm 2 )
J 2 2, 75

S2 =

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hố tiết diện theo
tiêu chuẩn:

S2 = 7,30(mm2).

Kích thước dây có kể cách điện: S2 = a2 . b2 = 3,53 . 5,9(mm2).
Tính lại mật độ độ dịng điện trong cuộn thứ cấp :
I 2 18,55
=
= 2, 75( A / mm 2 )
S 2 6, 75

J2 =

- Kết cấu dây quấn sơ cấp :
Thực hiện dây quấn theo kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ
Tính sơ bộ số vịng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :
h − 2.hg

w11 =

b1

.ke =

19 − 2.1,5
.0,95 = 19, 7 ≈ 20 (vịng)
0, 77

Trong đó : ke = 0,95 hệ số ép chặt
h : chiều cao trụ
hg : khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp
Chọn sơ bộ khoảng cách
hg=1,5 cm
- Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:
n11 =

w1 341
=
= 17, 05 (lớp)
w11 20

Chọn lớp n11 = 17 lớp.
Như vậy có 341 vịng chia làm 17 lớp , chọn 16 lớp đầu 20 vịng , lớp thứ 17 có
341 – 6 . 20 = 21 (vòng)
Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp :
h1 =

w11.b 20.0, 74
=
= 15,58(cm)
ke

0,95

19


Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy : S01=0,1 (cm)
Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a01= 1,0(cm)
Đường kính trong của ống cách điện
Dt = Dfe + 2 . a01 – 2 .S 01 = 8 + 2.1 - 2.0,1 = 9,8(cm)
Đường kính trong của cuộn sơ cấp
Dt1 = Dt + 2 . S01 = 9,8 + 2 . 0,1 = 10(cm)
Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dày ở cuộn sơ cấp
cd11 = 0,1(mm)
Bề dày cuộn sơ cấp
Bd1 = (a1 + cd11) . n11 = (1,56+0,1).17 = 28,22 (mm) = 2,822 (cm)
Đường kính ngồi của cuộn sơ cấp
Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 10 + 2.2,822 = 15,644 (cm)
Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp :
Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (10 + 18,644 )/2 = 14,322 (cm)
Chiều dày dây cuộn sơ cấp :
l1 = w1 . π . Dtb = π.341.14,322 = 15342,9 (cm) = 153,4 (m)
Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :
cd01 = 1,0(cm)
• Kết cấu dây quấn thứ cấp
Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp
h1 = h2 = 15,58 (cm)
Tính sơ bộ số vịng dây trên 1 lớp:
w12 =

h2

15,58
.ke =
.0, 95 ≈ 25( vòng)
b2
0, 59

Tính sơ bộ số lớp dây quấn trên cuộn thứ cấp :
n12 =

w2 183
=
= 7,3 (lớp)
w12 25

Chọn số lớp dây cuốn n12 = 7 lớp , chọn 6 lớp đầu có 26 vịng ,lớp thứ ba có
183 - 6.26 = 27 (vòng)
Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp :
20


h1 =

w12 .b2 25.0,59
=
= 15,53
ke
0,95

Đường kính trong của cuộn thứ cấp :
Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 18,644 + 2.1 = 20,644 (cm)

Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm)
Bề dầy cuộn sơ cấp :
Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,353+0,01) .7 = 5,541 (cm)
Đường kính ngồi của cuộn thứ cấp:
Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 20,644 + 2 . 5,541 = 31,726 (cm)
Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp :
Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (20,644 + 31,726) / 2 = 26,185 (cm)
Chiều dài dây quấn thứ cấp :
l2 = π . w2 . Dtb2 = π.183.26,485 = 152,26 (m)
Đường kính trung bình các cuộn dây:
D12 = ( Dt1 + Dn2 ) / 2 = (10 + 31,726 ) /2 = 20,863 (cm)
-> r12 = D12/2 =10,432 (cm)
Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp a22 = 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 = khq . Q’ = 0,9.86,2 = 81,89(cm2)
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 gơng có tiết diện hình chữ nhật có
các kích thức sau:
Chiều dày của gơng 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
21


Tiết diện gông Q = a . b = 107,1(cm2)

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 = khq . Q = 0,95 . 107,1 = 101,7(cm2)
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:
BT =

u1
380
=
= 0, 613(T )
4, 44. f .w1.QT 4, 44.50.341.81,89.10 −4

Mật độ từ cảm của gông:
Bg = BT .

QT
81,89
= 0, 613.
= 0, 47(T )
Qg
107, 7

Chiều rộng cửa sổ
c =2.(a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2(1+1,162+1+1,089)+2 =
10,502(cm)

Tính khoảng cách giữa 2 tâm trục
c’ = c+d = 10,502 +11 = 21,502
Chiều rộng mạch từ
L =2c + 3d = 2 .10,502+3.11 = 54,004(cm)
Chiều rộng mạch từ
H = h + 2a = 25 + 2. 10,502 = 46(cm)
• Tính các thơng số của MBA
Điện trở trong cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750 C :
R1 = ρ1 .

l1
87,64
= 0,02133.
= 0,165(Ω)
S1
11,3

Trong đó ρ = 0,02133 Ωmm2/m
Điện trở cuộn thứ cấp MBA ở 750 C:
22


R2 = ρ1 .

l2
61,32
= 0,02133.
= 0,064(Ω)
S2
20,3

Điện trở MBA quy đổi về thứ cấp:
Rba = R2 + R1.(

w2 2
183 2
) = 0, 064 + 0,165.(
) = 0,112(Ω)
w1
341

Sụt áp trên điện trở máy biến áp :
∆Ur = Rba . Id = 0,112 . 22,7 =2,54 (V)
Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp :
Bd + Bd 2
r
X ba = 8.π 2 .( w2 )2 . .(a12 + 1
).π .10−7
h
3
8,
662
1,162 + 1, 089
X ba = 8.π 2 .1832.
.(0, 01 +
).3,14.10 −7 = 0,557(Ω)
22,58
3.100

Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:

Lba =

X ba 0,557
=
= 0, 00177( H ) = 1, 77(mH )
w
314

Sụt áp trên điện kháng MBA:
∆U x =
R=

3
3
. X ba .I d = .0,557.22, 7 = 12, 08(V )
π
π

3
. X ba = 0,532(Ω)
π

Sụt áp trên MBA:
∆U ba = ∆U r 2 + ∆U x 2 = 2, 54 2 +12, 082 = 12, 34(V )

Tổn hao ngắn mạch trong MBA:
∆Pn = 3.Rba .I 22 = 3.0,112.18,552 = 115, 6(W )
∆Pn % =

∆Pn

115, 6
.100 =
.100 = 1,1%
S
10500

Điện áp ngắn mạch tác dụng:
U nR =

Rba .I 2
0,112.22, 7
.100 =
.100 = 1, 25%
U2
203,86

Điện áp ngắn mạch phần kháng:

U nX =

X ba .I 2
0,557.22, 7
.100 =
.100 = 6, 2%
U2
203,86
23


Dòng điện ngắn mạch xác lập:

I 2 nm =

U 2 203,86
=
= 358, 91( A)
Z ba
0,568

Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:

I max = 2.I 2 m .(1 + e

U
− π . nn
U ln

) = 2.358,91.(1 + e

−π .

0,03
0,05

) = 584,17( A) < I ρ ik

Kiểm tra MBA thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến trên của dòng
điện chuyển mạch .
Giả sử chuyển mạch từ T1:
2.Lba .

dic
= U 2b −U 2 a = 6.U 2 .sin(θ −α)
dt

dic
6.U 2
6.203,86
/ max =
=
= 141060,16( A / sec)
dt
2.Lba
2.1, 77.10 −3
dic
di
/ max = 0,14( A / µs ) < ( ) CP
dt
dt

Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt.
Hiệu suất TB chỉnh lưu:
η=

U d .I d 440.22, 7
=
= 95%
S
10500

4)Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc

Các thông số ban đầu
Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc
Lk = 28,22 mH
Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng :
Im = 22,7 A
Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1
I1m = 10 %. Idm = 2,27 A.
Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé do đó ta có thể coi tổng trở cuộn
kháng xấp xỉ bằng điện của cuộn kháng :
Zk = Xk =2.π.f .Lk =2π.50. 28,22. 10-3 = 8,7 (Ω)
Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc:
24


ΔU = Zk .

I1m
2,27
= 8, 7.
= 13,97(V)
2
2

Công suất của cuộn kháng lọc:
SΔU
= .

1

I1m

13,97.
=
2

2,27
22,4(VA)
=
2

Tiết diện từ cực chính của cuộn kháng lọc:
Q = kQ

S
22,4
= 5.
= 1,37(VA)
f
6.50

kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát khi làm mát bằng không khi tự nhiên
kQ = 5.
Với tiết diện trụ Q= 1,37 cm2

Kết cấu mạch từ cuộn kháng
Chọn loại thép tồn tại 330 A tấm thép dày 0,35mm
a= 20mm.
b= 25mm.
Chọn mật độ từ cảm trong tụ Bt = 0,8(T)
Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong điện cuộn
kháng sẽ xuất hiện một sức điện Ek

Ek=4,44.w.f’.Bt.Q
Gần đúng Ek=∆U = 45,7V.
Tải bản FULL (file word 48 trang): bit.ly/2Ywib4t

25