Tài liệu Đồ án “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập đảm bảo yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ” doc

Lời nói đầu
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của
các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của điện tử công suất vào công nghiệp nói
chung và công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn
đã được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó vào các ngành
kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các
loạI thiết bị này hết sức cần thiết đối với lạI kỹ sư ngành điện
Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động
cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. Việc sử dụng động
cơ điện một chiều với nhiều mục đích như để bảo đảm yêu cầu công nghệ
của phụ tải
Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều thì
trong bản đồ án môn học này được sự hướng dẫn của thầy Đỗ Trọng Tín với
nội dung :
“ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ một chiều kích từ độc lập đảm bảo
yêu cầu tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống mất kích từ”
Bản đồ án của em gồm


Trong bản đồ án này mặc dù em đã cố gắng song với sự hiều biết và những
kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những
thiếu sót.Em kính mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo tận tình của các thầy
cô giáo và của các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn
Sinh viên
Đào xuân Hùng


….

1


Chương I: Giới thiệu về động cơ một chiều
I- Cấu tạo của động cơ một chiều
- những phần chính của máy điện một chiều gồm stato với cực từ
, roto với dây quấn và cổ góp với chổi điện
a- stato: còn gọi là phần cảm gồm một lõi thép bằng thép
đúc vừa là mạch từ vừa là vỏ máy
+ cực từ chính : có dây quấn kích từ lồng vào lõi sắt cực từ , lõi thép cực từ
làm bằng thép kỹ thuật điện mỏng, các cuộn kích từ được quấn bằng dây
đồng bọc cách điện và được nối nối tiếp với nhau
+ cực từ phụ : được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều
, lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có
đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính
b- roto: còn gọi là phần ứng gồm lõi thép và dây quấn
phần ứng
- lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật dày 0,5 mm, phủ
sơn cách điện ghép lại và được dập lỗ thông gió và rãnh để đặt
dây quấn phần ứng
- cổ góp gồm các phiến góp làm bằng đồng được cách điện có
dạng hình trụ gắn ở đầu trục roto
- chổi điện làm bằng than graphit, các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ
lò xo và giá chổi điện gắn lên nắp máy
II- Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
- Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than A,B trong dây
quấn phần ứng sinh ra dòng điện I
ư
. Các thanh dẫn ab , cd có
dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực F

đt
tác dụng làm cho
roto quay , khi phần ứng quay nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab,
cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện
giữ cho chiều lực tác dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều
quay không đổi , khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường
sẽ cảm ứng sức điện động E
ư
chiều quay xác định theo qui tắc
bàn tay trái
Phương trình điện áp :
U = E
ư
+ R
ư
.I
ư
III- Phân loại về động cơ một chiều
- Động cơ một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp
giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh

2
tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng ( máy cán thép,
máy công cụ lớn, đầu máy tiện.)
- cũng như máy phát, động cơ điện một chiều được phân loại
theo kích thích từ thành các động cơ điện kích từ độc lập , kích
thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp
- Giới thiệu về động cơ kích từ độc lập

E
I
R
f
U
ư
I
kt
R
kt
U
ư
CKT
U
kt










Hình 1: sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập
- Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch
điện phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn một
chiều độc lập với nhau và lúc này động cơ được gọi là động cơ
kích từ độc lập

b- Phương trình đặc tính cơ
phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập


u
fu
u
I
K
RR
K
U
.
Φ
+
−
Φ
=
ω



nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép của mômen cơ trên trục
động cơ bằng mômen điện từ ta kí hiệu là M, nghĩa là M
đt
= M
cơ
=
M thì ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

kích từ độc lập


()
M
K
RR
K
U
fu
u
.
2
Φ
+
−
Φ
=
ω



3

- Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, φ = const thì các
phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là tuyến tính
Trong đó:
a
Np
K

Π
=
2
.

ω : tốc độ góc , rad/s
φ : từ thông kích từ dưới một cực từ
U
ư
: điện áp phần ứng
R
ư
: điện trở phần ứng
R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng
I
ư
: dòng điện trong mạch phần ứng

Đồ thị mô tả phương trình đặc tính cơ


ω
đm
ω
0
ω

M
đm
M



IV- Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng
-Để điều chỉnh điện áp phần ứng đông cơ điện một chiều cần có thiết bị
nguồn như máy phát điện một chiều kích từ độc lập , các bộ chỉnh lưu
điều khiển các thiết bị này có chức năng biến đổi lượng xoay chiều thành
một chiều có suất điện động E
b
điều chỉnh được là nhờ tín hiệu U
đk


BBĐ
LK

-Phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau:


4

u
dm
bud
dm
b
I
K
RR
K
E
.
Φ
+
−
Φ
=
ω


- vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính
cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào
giá trị điện áp U
đk
của hệ thống do đó có thể nói phương pháp điều
chỉnh này là triệt để

- Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ
thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện áp định
mức và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải
điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi
động , khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của
tốc độ là:

β
ωω
dm
M
−=
max0max


β
ωω
dm
M
−=
min0min



Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh
phải có mômen ngắn mạch là:
M
nmmin
= M
cmax

= K
M
.M
đm

Trong đó : K
M
: hệ số quá tải về mômen, do họ đặc tính cơ là những
đường thẳng song song với nhau nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính
cơ ta có thể viết:


()()
()
1
1
1
1
1
max0
max0
minmin
−
−
=
−
−
=
−=−=
M

dm
dm
M
dm
M
dm
dmnm
K
M
M
K
M
D
K
M
MM
βω
β
β
ω
ββ
ω


* Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào β



5

ω
min
ω
0min
ω
max
ω
omax
M
đm
M
nmmin
ω
đk1
ω
đk2










Chương II: Lựa chọn phương án điều chỉnh
I- Lựa chọn phương án
- Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ
chỉnh lưu với mục đích biến đổi năng lượng điện xoay chiều

thành năng lượng điện một chiều. Các loại bộ biến đổi này có
thể là chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển
1- Phương án 1: chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha:





















2
1
3
T
T
L

T
R
α
U
d
I
d
TB
1

6
θ

θ

B
θ

t
1 t
2 t
3
t
4

- Do suất điện động cảm ứng nên T
1
vẫn dẫn điện cho đến thời
điểm t
2

- Khi đưa xung vào mở T
2
thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt
vào T
1
làm T
1
khoá lại và quá trình khoá T
1
là quá trính khoá
cưỡng bức
- Từ thời điểm t
2
÷ t
3
thì T

2
dẫn điện , là khi chúng ta mở T
3
dòng
điện được san phẳng lúc này điện cảm sẽ thu toàn bộ những
thành phần sóng điều hoà bậc cao nên nó sẽ duy trì cho dòng
điện là không đổi
- Giá trị điện áp ra trên tải:
U
d
= 1,17.U
2
.cosα
U
ngmax
= 2,45. U
2
K
đm
= 0,25

Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3


74,0=
ba
d
S
P

+ ưu và nhược điểm của chỉnh lưu tia 3 pha
*ưu điểm : so với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất
lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp
hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van
tương đối đơn giản
*nhược điểm : sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra
tải chưa thật tốt lắm, khi cần chất lượng điện áp ra tốt hơn thì dùng
sơ đồ nhiều pha hơn.

7
2- phương án 2 : sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng














3
T
T
1
2

4
T
6
T
T
5
T
11
RRLR
α

U
f
θ

I
d
U
d
i
T1
i
T3
iB
T5
iB
T2
θ

θ

θ


8

θ


















Điện áp trung bình trên tải

α
π
θθ
π
α
π
α
π
cos

63
.sin 2
2
6
2
6
5
6
2
UdUU
d
==
∫
+
+

Điện áp ngược cực đại đặt lên van
U
ngmax
=2,45U
2
Số lần đập mạch trong 1 chu ky là 6
+ ưu và nhược điểm của chỉnh lưu cầu 3 pha
*ưu điểm : chất lượng điện áp tốt nhất, hệ số đập mạch tháp, thành phần
sóng hài nhỏ, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất
 nhược điểm : cần phải mở đồng thời hi van theo đúng thứ tự pha nên
rất phức tạp, nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa

3- phương án 3 : sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng

D
T
2
D
6
D
T
5
11
~
T
14

9
3

i
T1
iB
T2
iB
T3
θ

θ

θ
I
d
U
f
θ

α

U
d
θ

θ


10

Hoạt động của sơ đồ :
+trong khoảng 0÷θ
1
: T
5
và D
6
cho dòng tải i
d
= i
d
chảy qua D
6

đặt điện
thế U
2b
lên anôt D
2
+ khi θ > θ
3
điện thế catôt D
2
là U
2c
bắt đầu < U
2b
. Điốt D
2
mở dòng tải
i
d
= I
d
chảy qua D
2
và T
5
, U
d
= 0
*khi θ =θ
2
cho xung điều khiển mở T

1
- trong khoảng θ
2
÷ θ
3
: T
1
và D
2
cho dòng i
d
chảy qua , D
2
đặt
điện thế U
2c
lên anôt D
4

- khi θ ≥θ
3
điện thế catot D
4
là U
2a
bắt đầu < U
2c
điot D
4
mở dòng

tải chảy qua D
4
và T
1
, U
d
= 0
- góc mở α về nguyên tắc có thể biến thiên từ 0 ÷ π . Điện áp
chỉnh lưu có thể điều chỉnh từ giá trị lớn nhất đến 0

Điện áp trung bình trên tải
U
d
=U
dI
-U
dII
Trong đó

α
π
θθ
π
α
π
α
π
cos
2
63

.sin 2
2
3
2
6
6
6
2
UdUU
dI
==
∫
−
−


11

α
π
θθ
π
π
π
cos
2
63
.sin 2
2
3

2
6
11
6
7
2
UdUU
dII
−==
∫

Thay vào ta có
ợc cực đại đặt lên van
6
h điều khiển hơn so với sơ đồ cầu 3 pha nên
ợc tốt như sơ đồ cầu 3 pha đối

Chương III : Tính chọn mạch lực
I-Tính toán máy
= 600 V; I
d
= 220 A ta chọn MBA 3 pha 3trụ
1
Ta có : U
do
= U
d
+ 2. U
dv
+ U

dn
+ ΔU
ba
ΔU
d
= 600 V
ΔU
d
= 1 V : sụt áp trên van
ΔU
ba
= ΔU
R
+ ΔU
X
: sụt áp trên điện trở và điện kháng
chọn U
ba
= 6%.U
d
= 0,06.600 = 36 (V)
U
do
= 600 + 2.1 + 0 + 36 = 638 ( V )
)cos1.(.
2
63
2
α
π

+= UU
d

Điện áp ngư
U
ngmax
=2,45U
2
Số lần đập mạch trong 1 chu ky là
-Ưu nhược điểm của sơ đồ
+Ưu điểm:sơ đồ có ít kên
điều khiển dễ dàng hơn,đầu tư ít hơn
+nhược điểm: điện áp ra không đư
xứng,dải điều chỉnh điện áp không lớn lắm



biến áp
Từ các thông số cơ bản : U
d
1- điện áp pha sơ cấp MBA
U = 220 (V)
Δ Δ
Trong đó :
MBA
Δ
→

12
có :

()
α
cos1
2
.63
2
+
Π
=
U
U
do

với α = 40
0
→
()()
()
V
U
U
do
309
40cos163
638.2
cos163
.2
2
=
+

Π
=
+
Π
=
α

Vậy điệ áp thứ cấp MBA là : U
2
= 309 (V)
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp I
2
:

()
AII
d
180220.
3
2
3
2
2
===

+ Dòng sơ cấp máy biến áp I
1
:

()

AI
U
U
IKI
ba
253180.
220
309

2
1
2
21
====

+ Công suất biểu kiến máy biến áp:
S = K
s
.P
d
= 1,05.U
d
.I
d
= 1,05.600.220 = 139 (KVA)
2- tính toán mạch lực
- Thiết diện trụ được tính theo công thức
()
2
3

183
50.3
10.139
.6
.
. cm
fm
S
KQ
ba
QFe
===

trong đó :
4,66,5
÷
=
Q
K
ta chọn
6
=
Q
K

m = 3 : số trụ của máy biến áp
f: tần số nguồn xoay chiều f = 50 Hz
Để đảm bảo cho kích thước của máy biến áp được phù hợp đảm bảo yêu cầu công nghệ
người ta thường chọn chiều dài a và chiều dày b sao cho
25,1=

a
b
dựa vào tiết diện trụ
Q
Fe
= a.b = 183 ( cm
2
) ta chọn
a =11 ( cm)

13
b = 17 ( cm )
+ chọn loại thép ∃310, các lá thép dày 0,35mm

110mm
170mm






Chọn sơ bộ chiều cao trụ: h = 2,5.a = 2,5 .110 = 275 (mm)
→ chọn h = 280 (mm)
+ Số vôn/ vòng là:
V/vòng = 4,44.B
T
.f.Q
Fe
.10

-4
= 4,44.1.50.183. 10
-4
= 4(V/vòng)
→ số vòng cuộn sơ cấp là :
55
4
220
1
==W
(vòng)
số vôn/vòng của cuộn thứ cấp máy biến áp là 2
→ số vòng cuộn dây thứ cấp là:
78
4
309
2
==W
(vòng)
+Tính tiết diện dây dẫn:
Chọn mật độ dòng điện:
2
.
2
.
1
/2 mmAJJ ==
+Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

14

(
)
2
.
1
1
1
128
2
253
mm
J
I
S ===

chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thuỷ tinh có kích
thước :
a
1
.b
1
= 4.16.2 (mm
2
)
kính thước dây kể cả cách điện:
S
1cđ
= 4,5.16,5.2(mm
2

)
+Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

()
2
.
2
2
2
90
2
180
mm
J
I
S ===

chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc sợi thuỷ tinh có kích
thước :
a
2
.b
2
= 4.11.2 (mm
2
)
kính thước dây kể cả cách điện:
S
2cđ
= 4,5.11,5.2(mm

2
)
Tính số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

c
g
k
b
hh
W .
.2
1
11
−
=

trong đó : h
g
: là độ dày của tấm fit cách điện giữa gông va dây
quấn
chọn h
g
= 1,2 (cm)
k
c
= 0,95 : hệ số ép chặt
h: chiều cao trụ
Vậy:

15

1595,0.
65,1
2,1.228
.
.2
1
11
=
−
=
−
=
c
g
k
b
hh
W
(vòng)
Tính số lớp ở cuộn dây sơ cấp:

7,3
15
55
11
1
11
===
W
W

n
(lớp)
chọn số lớp n
11
= 4 (lớp)
Chọn 3 lớp đầu 14 vòng, lớp thứ 4 có số vòng là :
55 –3.14 = 13 ( vòng)
+ Giữa 2 lớp đặt một lớp giấy cách điện dày: cd
11
= 0,1 (mm)
+ Bề dày cuộn sơ cấp
Bd
1
= (a
1
+ cd
11
).n
11
= ( 4,5 + 0,1 ).4 = 18,4(mm
Tính số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

c
g
k
b
hh
W .
.2
2

12
−
=

trong đó : h
g
: là độ dày của tấm fit cách điện giữa gông va dây
quấn
chọn h
g
= 1,2 (cm)
k
c
= 0,95 : hệ số ép chặt
h: chiều cao trụ
Vậy:

2395,0.
1,1
2,1.228
.
.2
2
12
=
−
=
−
=
c

g
k
b
hh
W
(vòng)
Tính số lớp ở cuộn dây sơ cấp:

4,3
23
78
12
2
12
===
W
W
n
(lớp)

16
chọn số lớp n
12
= 4 (lớp)
Chọn 3 lớp đầu 19 vòng, lớp thứ 4 có số vòng là :
78 –3.19 = 21 ( vòng)
+ Giữa 2 lớp đặt một lớp giấy cách điện dày: cd
12
= 0,1 (mm)
+ Bề dày cuộn sơ cấp

Bd
2
= (a
2
+ cd
12
).n
12
= ( 4,5 + 0,1 ).4 = 18,4(mm)
 Kích thước lõi sắt
Chọn khoảng cách giữa 2 trụ của MBA là :
c = 1,5.a = 1,5.110 = 165(mm)
+ Tổng chiều dài trụ:
l = 3.a + 2.c = 3.110 + 2.165 = 660 (mm)
+ Chọn gông từ
- Để đơn giản ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích
thước sau:
+ Chiều dài của gông bằng chiều dầy của trụ: b
g
= b = 170(mm)
+ Chiều cao của gông bằng chiều rộng của trụ: a
g
= a = 110(mm)
Tiết diện gông: Q
g
= a
g
.b
g
= 11,5.17,5 = 201,25(cm

2
)
Tổng chiều cao của MBA:

H = h + 2.a = 28,0 + 2.11,0 = 50 (cm)

















h
a
g
a

b

h

c


17








II Tính chọn van và bảo vệ van
1. Tính chọn van
Van là 1 thiết bị rất quan trọng trong mạch lực .Trong quá trình làm
việc,van rất nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ,điện áp và dòng điện
2 thông số để chọn van là điện áp và dòng điện
Điện áp ngược lớn nhất đặt trên van:

(
)
VUU
ng
9,756309.6.6
2max
===

Chọn U
ngmax
= 757(V)

→ Điện áp ngược mà van chịu được là:
U
ngv
= k
dtU
.U
ngmax
= 1,4.757 = 1000 (V)
k
dtU
: hệ số dự trữ điện áp chọn k
dtU
= 1,4
-Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, nhiệt độ làm việc của van
không vượt quá trị số cho trước, vì vậy cần có phương thức làm
mát cho van. Có 3 phương pháp làm mát là:
+ làm mát bằng gió tự nhiên
- Khi van bán dẫn được làm mắc vào cánh toả nhiệt bằng
đồng hay bằng nhôm, nhiệt độ của van được toả ra môi
trường xung quanh nhờ bề mặt của cánh toả nhiệt. Sự
toả nhiệt như trên là nhờ vào sự chênh lệch giữa cách
tản nhiệt với môi trường xung quanh khi cách tản nhiệt
nóng lên, nhiệt độ xung quanh cánh tản nhiệt tăng lên
làm cho tốc độ ra không khí bị chậm lại với những lí do
vì hạn chế của tốc độ dẫn nhiệt khi van bán dẫn được
làm mát bằng cánh toả nhiệt mà chỉ nên cho van làm
việc với dòng điện I
lv
= 25% i
đm

+ Làm mát bằng thông gió cưỡng bức
- - Khi có quạt đối lưu không khí thổi dọc theo khe của
cánh tản nhiệt nhiệt độ xung quanh cánh tản nhiệt thấp
hơn tốc độ dẫn nhiệt ra môi trường tốt hơn, hiệu suất
cao hơn. Do đó cho van làm việc với dòng điện
- I
lv
= 35%i
đm


18
+ Làm mát bằng nước:
- - Khi làm mát bằng nước hiệu suất trao đổi nhiệt tốt
hơn, cho phép làm việc với dòng điện I
lv
= 90% i
đm
.
Quá trình làm mát bằng nước phải đảm bảo xử lý nước
không dẫn điện. Bằng cách khử ion trong nước hoặc
giảm độ dẫn điện của nước ( tăng điện trở nước) theo
nguyên tắc chiều dài hay giảm tiết diện đường cong ống
dẫn nước ta có thể coi độ dẫn điện của nước không
đáng kể.
*Ta chọn chế độ làm mát bằng thông gió tự nhiên. Trong
chế độ này thì I
lv
= 25% i

đm

trong đó:
()
A
I
I
d
lv
33,73
3
220
3
===

do đó I
đmv
= I
lv
.4 = 73,33.4 = 293,32 (A)
vì vậy ta phải chọn van chịu được dòng điện là:

I
đmv
= k
đtI
.4 = 1,4.293,32 = 410,65 (A)
Từ các thông số tính toán ở trên ta chọn được 3 Tiristor
loại TΠ 500-10 có các thông số
U

max
= 1000 V
I
đm
= 500 A
I
gm
= 400 mA
U
gm
= 8 V
ΔU
v
=1V
dU/dt =100V/μs
di/dt = 20 A/μs
T
off
=120μs

2. Tính bảo vệ van
 Bảo vệ dòng điện cho van
+ Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi
quá tải và ngắt mạch Tiristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn
mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch đầu ra ở bộ nghịch lưu
+ Chọn Aptomat có:
I
đm
= 1,1.I
1

= 1,1.253 = 278,3 (A)
+ Chỉnh định dòng ngắn mạch
I
nm
= 2,5.I
1
= 2,5.253 = 632,5 (A)
+ Dòng quá tải:
I
qt
= 1,5.I
1
= 1,5.253 = 397,5 (A)

19
 Bảo vệ quá điện áp cho van
Tiristor cũng rất nhạy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định
mức, ta gọi là quá điện áp
*Người ta chia làm 2 loại nguyên nhân gây ra quá điện áp:
- Nguyên nhân nội tại: Đó là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn.
Khi khoá tiristor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược
lại hàng trình tạo ra dòng điện trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự
biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động
cảm ứng rất lớn trong các điện cảm. Do vậy giữa anot và catot của
tiristor xuất hiện quá điện áp.
- Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu
nhiên như khi cắt không tải một máy biến áp trên đường dây, khi có
sấm sét
Để bảo vệ quá điện áp , người ta thường dùng mạch RC như hình vẽ

Mạch RC đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ
điện tích khi chuyển mạch gây nên.
Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp MBA là để bảo vệ quá điện áp do cắt
không tải MBA gây nên

* Các bước tính toán
- Xác định hệ số quá điện áp theo công thức:

20

im
pim
Ub

U
k
.
.
=
- Xác định các thông số trung gian:
C
*
min
(k) , R
*
max
(k), R
*
min
(k)
- Tính di/dt|
max
khi chuyển mạch
- Xác định điện lượng tích tụ Q= f(di/dt), sử dụng các đường cong tra trong
sổ tay tra cứu
- Tính các thông số trung gian
C = C
*
min
im
U
Q2

R

*
min
Q
im
2
LU
≤ R ≤

R
*
max
Q
im
2
LU

Trong đó L là điện cảm của mạch RLC

21
Trong mạch bảo vệ quá điện áp ta chọn R=80Ω C=0,25μF

III/ Thiết kế cuộn kháng lọc

- Lấy công suất cuộn kháng lọc S
L
= 5%P
d
=0,05.600.200 =6600VA
- Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc:
Q
L
=k
Q
)(74,48

50.2
6600
6
2
'
cm
f
S
L
==

Chọn Q
L
= 48(cm
2
)
Trong đó k
Q
: hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, chọn k
Q
= 6

Để đáp ứng yêu cầu công nghệ người ta thường chọn sao cho
b
L
/a
L
=1,2÷1,4
Do Q
L

=b
L
.a
L
=48 cm
2
nên ta chọn a
L
=6cm, b
L
= 8cm
- Chọn chiều cao h
L
= 2,5.a
L
= 2,5.6 = 15(cm)
- Chọn khoảng cách 2 trụ c
L
= 2a
L
= 2.6 = 12(cm)
- Tổng chiều dài mạch từ
L = 2.c
L
+2.a
L
= 2.12+2.6 = 36(cm)
- Tổng chiều cao trụ
H = h+a = 15+6 = 21 (cm)

Chương IV
Thiết kế và tính toán mạch điều khiển

a
L
/2
b
L
c
L
h

a
L
/2

22
I. Yêu cầu đối với mạch điều khiển
- Mạch điều khiển là khâu quan trọng trong bộ biến đổi tiristor vì
nó đóng vai trò chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ
tin cậy của bộ biến đổi . Yêu cầu của mạch điều khiển có thể
tóm tắt trong 6 điểm chính sau:
+ yêu cầu về độ rộng của xung
+ Yêu về độ lớn của xung
+ Yêu cầu về độ dốc sườn trước của xung
+ Yêu cầu về sự đối xứng của xung
+ Yêu cầu về độ tin cậy
- Điện trở kênh điều khiển phải nhỏ hơn để tiristor không tự mở
khi dòng rò tăng
- xung điều khiển ít phụ thuộc vào dao động nhiệt độ , dao động
điện áp nguồn
- cần khử được nhiễu cảm ứng để tránh mở nhầm
+ Yêu cầu về lắp ráp vận hành
- Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh
Dễ lắp và mỗi khối có khả năng làm việc độc lập
II. Nguyên lý chung của mạch điều khiển

1. Nhiệm vụ của mạch điều khiển:
Nhiệm vụ của mạch điều khiển là tạo ra các xung vào ở những thời điểm
mong muốn để mở các Tiristor của bộ chỉnh lưu trong mạch động lực.
Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên
Anod và có xung áp dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi tiristor đã mở thì
xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng điện chảy qua tiristor do
thông số của mạch động lực quyết định

Mạch điều khiển có chức năng :
- Điều chỉnh vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương
của điện áp đặt trên Anod – Catod của Tiristor
- Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor độ
rộng xung t
x
> 10 μs


Độ rộng xung được xác định theo biểu thức:
t
x
=
dtdi
I
dt
/

Trong đó I
dt
: dòng duy trì của Tiristor
di/dt: tốc độ tăng trưởng của dòng tải

23
Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi góc α

2. Cấu trúc của mạch điều khiển Tiristor


SS

1
U
đk
-
1
2
3 4
T






Hiệu điện áp u
đk
-u
rc
được đưa vào khâu so sánh 1, làm việc như một trigơ
Khi u
đk
-u
rc
= 0 thì trigơ lật trạng thái, ở đầu ra của nó ta nhận được một
chuỗi xung dạng ″sinus chữ nhật ”
Khâu 2 là đa hài 1 trạng thái ổn định
Khâu 3 là khâu khuyếch đại xung
Khâu 4 là biến áp xung
Bằng cách tác động vào u
đk

có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển,
tức là điều chỉnh góc α

3. Nguyên tắc điều khiển
Trong thực tế người ta thường dùng 2 nguyên tắc điều khiển: thẳng
đứng tuyến tính và thẳng đứng “arccos” để thực hiện việc điều chỉnh vị trí
xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Tiristor

a. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính


U

AK



ω



U
rc


ω
t

α
α

α

U
đk
+ U
rc
t
0
0
U
đk

24


Theo nguyên tắc này, người ta thường dùng 2 điện áp:
- Điện áp điều khiển U
đk
là điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh được biên
độ
- Điện áp đồng bộ U
rc
có dạng răng cưa,đồng bộ với điện áp Anod-
Catod
Tổng đại số của U
rc
+ U

đk
đưa đến đầu vào của một khâu so sánh. Bằng
cách làm biến đổi U
đk
ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra
tức là điều chỉnh được góc α.
Khi U
đk
= 0 ta có α = 0.
Khi U
đk
< 0 ta có α > 0.
Quan hệ giữa α và U
đk
như sau:
max.
.
rc
dk
U
U
πα
=


b. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”


U
AK

U
đk

U
r

U
đk

U
đk
+U
rc

ωt

α

0

U
rc

Theo nguyên tắc này cũng có 2 điện áp:
- Điện áp đồng bộ U
rc
vượt trước điện áp Anod-Catod Tiristor một góc
bằng π/2 ( Nếu U
AK
= Asinwt thì U
r
= Bcoswt)
- Điện áp điều khiển U
đk
là điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh được theo
2 hướng
Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anốt – catốt tiristor, từ điện áp này
người ta tạo ra U
rc
. Tổng đại số U
rc
+ U
đk
được đưa đến đầu vào của khâu
so sánh .
Khi U
rc
+ U
đk
= 0 ta nhận được một xung ở đầu ra của khâu so sánh :
U

đk
+ B.cosα = 0
Do đó α = arccos(-U
đk
/B)

25