Xem mẫu
- ỒÁ
Ử SUẤ
UỒ Ấ
UÍ Ừ
Giảng viên hướng dẫn :Ths U Á
Lớp : Đ6LT – ĐCN
Sinh viên thực hiện : Ngô Ngọc Hà
Nguyễn Đình Hoàng
Chu Văn Quyền
Hà Nội, Ngày 19 Tháng 9 Năm 2012
- ời nói đầu
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ
của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp
nói chung và các ngành điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn
được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó trong nền kinh tế
quốc dân cũng như trong đời sống làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế
các loại thiết bị này là hết sức cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư ngành điện.
Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần
số công nghiệp. Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dòng
điện điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền
động điện một chiều người ta đã hoàn thiện bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng
Thiristor (SCR)
Trong đề tài của chúng em là thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện
một chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều khiển chung.
Mạch đảm bảo điều chỉnh tốc độ trơn và có khâu bảo vệ chống mất kích từ.
Bao gồm các chương:
Chương I : Giới thiệu về động cơ điện một chiều.
Chương II: Lựa chọn các phương án.
Chương III: Tính toán mạch lực.
Chương IV : Tính toán mạch điều khiển.
Chương V: Kiểm chứng mạch thiết kế bằng chương trình Circuti Maker
Qua việc thiết kế đồ án đã giúp chúng em hiểu rõ hơn những gì mình đã
được học trong môn Điện tử công suất. Hiểu được những ứng dụng thực tế
của các thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Chúng
em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giảng dạy bộ môn Điện tử công suất,
đặc biệt là thầy Nguyễn Khánh Hưng đã hướng dẫn chúng em hoàn thành
đồ án này.
Ngô Ngọc Hà
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Đình Hoàng
Chu Văn Quyền
- ục lục
Trang
Chương I : Giới thiệu về động cơ điện một chiều. 5
1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều. 5
1.2 Các thông số ảnh hưởng. 7
1.3 Sơ đồ nguyên l cu động cơ điện một chiều. 7
1.4 Phương pháp điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện một chiều. 8
Chương II: Lựa chọn các phương án. 9
2.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng. 10
2.2 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng. 11
2.3 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. 12
Chương III: Tính toán mạch lực. 13
3.1 Tính toán máy biến áp MB . 13
3.2 Tính chọn van và bảo vệ van. 17
3.3 Tính toán cuộn kháng lọc. 17
3.4 Kết luận. 19
Chương IV : Tính toán mạch điều khiển. 19
4.1 Cấu trúc mạch điều khiển. 20
4.2 Sơ đồ mạch điều khiển. 22
4.3 Tính toán mạch điều khiển. 23
Chương V : Kiểm chứng mạch thiết kế bằng chương trình Circuti Maker. 31
- Á
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
I
ìm hiểu về động cơ một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một l oại
máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng
trong những điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện một chiều có đặc tính tốc độ rất tốt, có nhiều ưu việt hơn so
với nhiều loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ
dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại
đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Động cơ điện
một chiều dùng nhiều trong ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh
tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
1.1.Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Cấu tạo động cơ điện một chiều có thể chia thành hai thành phần chính là
phần tĩnh (stato) và phần quay rôto)
1.1.1Phần tĩnh hay stato
Đây là phần đứng yên của động cơ, bao gồm các bộ phận chính sau:
a)Cực từ chính.
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây
quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng các lá thép kỹ
thuật điện hay thép cácbon dày 0,5mm đến 1mm ép lại tán chặt. Trong động
cơ nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông.
Dây cuốn kích từ được cuốn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây
đều được cách điện kỹ thành một khối và t m sơn cánh điện trước khi đặt trên
các cực từ. Các cuộn dây kích từ dặt trên các cực từ này được nối tiếp với
nhau.
b)Cực từ phụ.
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 và trên thân cực từ phụ có
đặt dây cuốn mà cấu tạo giống như dây cuốn cực từ chính. Cực từ phụ cũng
được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c)Gông từ.
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ nhỏ và thường dùng thép tấm dày uốn hàn lại. Trong động cơ
điện lớn thường dùng thép đúc. Có thể dùng gang làm vỏ máy trong động cơ
điện nhỏ.
5
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
d)Các bộ phận khác.
- Nắp động cơ : Để bảo vệ động cơ khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư
hỏng dây cuốn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong động cơ
điện nhỏ và vừa, nắp động cơ có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp
này nắp động cơ thường làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi
than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ
góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá
chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau
khi điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại.
1.1.2. Phần quay hay rôto.
Phần quay gồm những bộ phận sau:
a)Lõi sắt phần ứng
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật
điện thép hợp kim silic dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép
chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây lên . Trên lá thép có dập hình
dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
Trong những động cơ cỡ trung trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió
để ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong động cơ điện cỡ lớn thì lõi sắt chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa các
đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi động cơ làm
việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện cỡ nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép chặt trực tiếp vào
trục. Trong động cơ điện cỡ lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt gia rôto. Dùng giá
rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
b)Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện ch ạy
qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong
dộng cơ điện nhỏ công suất dưới vài kilôoát thường dùng dây tiết diện tròn.
Trong động cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây
quấn được cách điện cận thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra so sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để
chèn chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể bằng tre, gỗ hay bakêit.
c)Cổ góp
Cổ góp n còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chi ều dòng
diện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhận
cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4mm đến 1,2mm và hợp thành một
6
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp
có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của phần tử dây quấn vào các phiến góp
được dễ dàng.
d)Các bộ phận khác
- Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều
thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu lắp động cơ có lỗ thông gió.
Cánh quạt lắp trên động cơ, khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào
động cơ. Gió đi qua vành góp, cưc từ, lõi sắt và dây cuốn rồi qua quạt gió ra
ngoài làm nguội động cơ.
-Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục
động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt.
1.2 Các thông số ảnh hưởng
Phương trình đặc tính cơ điện : - (1.2)
Phương trình đặc tính cơ : = (1.3)
( )
Từ phương trình đăc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hươnngr tới đặc tính
cơ
- nh hưởng của điện trở phần ứng : Để thay đổi điên trở phần ứng ta nối tiếp
thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. càng lớn thì động cơ càng giảm,
đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm.
- nh hưởng của điện áp phần ứng : Khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch
giảm, dòng điện ngắn mạch và giảm tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một
phụ tải nhất định.
- nh hưởng của từ thông : Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng
động cơ. Khi giảm từ thông thì vận tốc động cơ tăng.
1.3 Sơ đồ nguyên l của động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần
ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc này
động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.
7
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
(Hình 1.1 Động cơ điện một chiều)
Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn , dây cuốn kích từ
sinh ra từ thông . Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng
phải đảm bảo có tức là phải giám điện trở của mạch kích từ đến nhỏ
nhất có thể. Cũng cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó
, M 0, động cơ sẽ không quay được, do đó 0 và theo biểu thức U
thì dòng điện sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do
= +
động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản ( M ) rôto bắt đầu quay và suất
điện động sẽ tăng lên tỉ lệ vói tốc độ quay n. Do sự xuất hiện và tăng lên
của dòng điên sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn. Tăng dần
bằng cách tăng hoặc giảm điên trở mạch điện phần ứng cho đến khi
máy đạt tốc độ định mức. Trong quấ trình tăng cần chú không để lớn quá
so với để không xảy ra cháy động cơ.
1.4 Phương pháp điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện 1 chiều
R R
Uu
Từ biểu thức : ω= - u 2f M (1.4)
( K )
K
ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện
được bằng cách thay đổi các đại lượng Φ, Rư, U.
1.4.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng
Ứng với mỗi giá trị của Rf có một đặc tính cơ khác nhau trong đó Rf = 0 là
đặc tính cơ tự nhiên. Ta thấy nếu Rf càng lớn thì đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng
cao nghĩa là tốc độ thay đổi nhiều khi tải thay đổi. Phương pháp này chỉ cho
phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luôn kèm
theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ
điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ có công suất nhỏ
1.4.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
8
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
mômen điện từ của động cơ M = K.Φ. và sức điện động quay của động cơ
Eư = K.Φ.ω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh
từ thông cũng là hệ phi tuyến:
d
ek
+ ωk
ik =
rb rk dt (1.5)
trong đó :
rk – điện trở dây quấn kích thích.
rb – điện trở của nguồn điện áp kích thích.
ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích.
Thường khi điều chỉnh điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị
định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính l à
đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc
( K ) 2
tính cơ bản. Vì βΦ = nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm
Ru
từ thông để tăng tốc độ cho động cơ.
1.4.3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng
Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ
song song với đặc tính cơ tự nhiên.
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp giảm áp thì mômen ngắn mạch, dòng
điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất
định. Do đó phương pháp này cũng được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ
và hạn chế dòng điện khi khởi động.
hương
ác phương án điều khiển
Nguồn điện một chiều cấp cho động cơ điện một chiều có th ể lấy được từ
nhiều cách khác nhau. Lấy trực tiếp từ máy phát điện một chiều hoặc có thể
dùng bộ biến đổi một chiều. Trong thực tế, bộ biền đổi một chiều có thể dễ
dàng thiết kế nhờ các mạch chỉnh lưu sử dụng các van bán dẫn . Hơn nữa, các
mạch chỉnh lưu sử dụng van điều khiển còn có thể dễ dàng điều khiển dược
theo yêu cầu của từng loại tải. Do các ưu điểm đó, ta thiết kế nguồn một chiều
thông qua các mạch chỉnh lưu điện áp xoay chiều lấy từ lưới điện. Dưới đây
là một số mạch chỉnh lưu cơ bản và hay được sử dụng.
9
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
2.1 Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng
- Các van dẫn lần lượt theo từng cặp ( , ) và ( , ).
- Góc mở van , góc dẫn các van
0 – : , dẫn.
– α + θ: , dẫn, , khóa.
Hình 2.1 Sơ đồ và đồ thị dạng xung của mạch
Công thức :
√
=
=
=
= 1,23
=√
= 1,1
Nhận xét :
Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thưc tế, nhất là với cấp điện áp
tải lớn hơn 10V. Dòng tải có thể lên tới 100 . Ưu điểm của nó là không nhất
thiết phải có biến áp nguồn. Tuy nhiên do số lượng van gấp đôi hình tia nên
sụt áp trong mạch van cũng từng gấp đôi. Do đó không phù hợp với tải cần có
dòng lớn nhưng điện áp nhỏ.
10
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
2.2 Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng
- Dòng điện id phẳng do rất lớn.
- Hoạt động của mạch với góc điều khiển
+ : dẫn
-
dẫn
dẫn
Các van hoạt động riêng, độc lập.
Hình 2.2 Sơ đồ và đồ thị dạng xung của mạch
Công thức :
√
= cos = 1,17 cos
=
=
= 1,35
=√
= 0,58
Nhận xét :
Chỉnh lưu tia 3 pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính tải. Công
suất máy biến áp này hơn công suất một chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong
mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi thấp . Vì sử dụng nguồn bap ha nên
cho phép nâng công suất tải lên nhiều đến vài trăm ampe , mặt khác độ đập
mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc
cũng nhỏ đi nhiều.
11
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
2.3 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng
- Hoạt động của mạch : Các van nhóm lẻ thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm
katốt chung , các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm chung
.
Hình 2.3 Sơ đồ và đồ thị dạng xung của mạch
- Công thức :
√
= cos = cos
= =
=
=√
= 1,05
= 0,816
Chỉnh lưu ba pha sơ đồ cầu là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế.
Ưu điểm : Nó cho phép có thể đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ dập mạch
nhỏ 5%. Nó có thể sử dụng máy biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các loại
trên. Đồng thời công suất mạch chỉnh lưu này có thể lên tới vài trăm KW.
Nhược điểm : Mạch này là sụt áp trên van gấp đôi sụt áp trong mạch sơ đồ
hình tia.
Tóm lại :
12
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
Theo đồ án thì = 220 (A) ta có công suất của động cơ là
= 600 (V),
= . = 600.220 = 132000 (W) = 132 (kW)
Theo công suất của động cơ là 132 kW nên ta sử dụng mạch cầu 3 pha đối
xứng là thích hợp nhất.
Mặt khác theo yêu cầu của đề tài tốc độ trơn, ổn định, chống quá tải và chống
mất kích từ
hương hiết kế mạch lực
Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu từ các ưu nhược điểm của các sơ đồ
chỉnh lưu, với các tải và động cơ điện một chiều với công suất như trên thì sơ
đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp l nhất vì để tránh lệch tải
biến áp và dùng thiết kế theo sơ đồ 1 pha, sơ đồ hình tia 3 pha sẽ làm mất đối
xứng điện áp nguồn. Nên sơ đồ thiết kế ta chọn là sơ đồ cầu 3 pha có điều
khiển đối xứng.
3.1 Tính toán máy biến áp MB
Từ thông số cơ bản : + Điện áp trung bình trên tải : = 600V
+ Dòng làm việc trung bình trên tải -DC) : = 220 A
Ta chọn MB ba pha 3 trụ.
Điện áp pha sơ cấp MB :
= 220 (V)
Ta có = +2 + + (3.1)
Trong đó : = 600 (V)
: sụt áp trên van chọn = 1 (V)
: Sụt áp trên R và C của MB
Chọn = 6% = 0,06 = 36 (V)
= 600 + 2 + 0 + 36 = 638 (V)
√
Mặt khác : = (1+cos )
Với =
= =2 = 309 (V)
√( )
Vậy điện áp thứ cấp MB : = 309 (V)
+ Dòng điện thứ cấp MB :
=√ =√ = 180 (A)
+ Dòng điện sơ cấp MB :
13
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
= = = 253 (A)
Trong đó : : hệ số biến áp
Công suất biểu kiến MB :
S= = = 1,05 = 139000 (W) (3.2)
=139 (KVA)
-Tính toán mạch từ :
Vì công suất máy biến áp lớn ta chọn
+ Thiết kế tiết diện trụ :
√
Áp dụng công thức : = (3.3)
Trong đó: : hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, lấy =6
m : là số trụ máy biến áp, chọn m 3
f : tần số xoay chiều, chọn f 50 Hz
Thay số vào ta được :
√ = 138 ( )
=6
Để đảm bảo cho kích thước của MB được phù hợp đảm bảo yêu cầu công
nghệ người ta chọn chiều dài a và chiều dày b sao cho 1,5. Dựa vào tiết
diện trụ = 183 =a
Chọn a 11 (cm) ,b = 17 (cm)
Chọn những lá thép có bề dày từ 0,35mm đến 0,5mm. Vậy ta chọn những lá
thép có bề dày 0,35mm
+ Chiều cao của trụ :
Áp dụng công thức h 2,5.a 2,5.110 275 (mm)
Chọn h 280 (mm) = 28 (cm)
+ Tính toán dây quấn
⁄
+ Số ,( )
(3.4)
=
Trong đó Bt là cảm ứng điện từ 1,4 đến 1,6, vì lá thép dẫn từ
không đẳng hướng. Chọn = 1,5
Hệ số k : phụ thuộc vào tần số và bản chất của lõi sắt, k 30 50.
Chọn k 50
⁄
= 0,24 ( )
=
=
14
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
Số vòng cuộn sơ cấp là = = 220.0,24 = 53 (vòng)
Số vòng cuộn thứ cấp là = = 309.0,24 = 74 (vòng)
Tính tiết diện dây dẫn :
= =2 ( ⁄
Chọn mật độ dây dẫn ). Vì công suất MB trên 500V
+ Tiết diện dây dẫn sơ cấp MB :
= 128 ( )
=
= 4.16.2 ( )
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc cách điện là : .
= 4,5.16,5.2 (
kích thước dây kể cả cách điện : )
Tiết diện dây dẫn thứ cấp MB :
=90 ( )
= =
= 4.11.2 ( )
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật bọc cách điện là : .
= 4,5.11,5.2 (
kích thước dây kể cả cách điện : )
+ Tính số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :
Công thức : W = (3.5)
Trong đó : độ dày tấm fit cách điện giữa gông và dây cuốn
()
chọn
: hệ số ép chặt, chọn
h : chiều cao
= .0,95 = 15 (vòng)
Số lớp trên cuộn sơ cấp :
= 3,5 (lớp)
= =
Chọn số lớp 4 lớp,chọn 3 lớp đầu 14 vòng, lớp thứ 4 có :
số vòng là : 53 – 3.14 = 13 vòng
Giữa hai lớp đặt 1 lớp cách điện dày = 0,1 (mm)
Bề dày cuộn sơ cấp :
=( + ). = (4,5 + 0,1).4 = 18,4 (mm)
Số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp : Từ công thức 3.5 ta có.
Trong đó : độ dày tấm fit cách điện giữa gông và dây cuốn,
()
chọn
: hệ số ép chặt, chọn
h : chiều cao
15
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
= 0,95 = 23 (vòng)
Số lớp trên cuộn sơ cấp :
= 3,2 (lớp)
= =
Chọn số lớp 4 lớp, chọn 3 lớp đầu 19 vòng, lớp thứ 4 có :
số vòng là : 74 - 3.19 = 17 vòng
Giữa hai lớp đặt 1 lớp cách điện dày = 0,1 (mm)
Bề dày cuộn sơ cấp :
=( + ). = (4,5 + 0,1).4 = 18,4 (mm)
+ Kích thước lõi sắt :
Chọn khoảng cách giữa hai trụ của MB là :
C= 1,5a = 15.110 = 165 (mm)
+ Tổng chiều dài trụ là : l 3.a + 2.c = 3.110 + 2.165 = 660 (mm)
+ Gông từ
Để đơn giản ta chọn gông từ có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau
:
Chiều dài của bằng chiều dày của trụ = b = 170 (mm)
Chiều cao của gong bằng chiều rộng của trụ = a = 110 (mm)
= . = 11,5.17,5 = 201,5 (
Tiết diện của gông : )
Tổng chiều cao của MB :
H = h + 2.a = 28 + 2.11,0 = 50 (cm)
3.2 Tính chọn van và bảo vệ van
a)Tính chọn van.
Van là một thiết bị rất quan trọng trong mạch lực. Trong quá trình làm việc
van rất nhạy với sự thay đổi điện áp và dòng điện, nhiệt độ…
Chọn theo điện áp trên van
=√ = √ .309 = 757 (V)
Ta có
Điện áp ngược mà van chịu được :
= .
trong đó : hệ số dự trữ điện áp, = 1,3 1.5.Chọn = 1,4
= 1,4.757 = 1000V
Chọn dòng điện qua van.
Với sơ đồ cầu ba pha ta có :
= = 73,33 (A)
Chọn hệ số dự trữ dòng là K 1,4
16
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
= K. = 1,4.73,33 = 102,66 (A)
Van gắn tải nhiệt, van được làm mát bằng tự nhiên nên ta chọn = 25%
Do đó = = 102,66.4 = 410,65 (A)
Van chịu được dòng điện là : 410.65 (A)
Từ thông số kỹ thuật trên ta chọn : SCR LS431050
b)Tính bảo vệ van.
* Bảo vệ dòng điện cho van.
+ Áttômát : dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và
ngắn mạch.
Chọn áttômát :
= 1,1. = 1,1.253 = 278,3 (A)
Chỉ định dòng ngắn mạch :
= 2,5. = 2,5.253 = 632,3 (A)
Dòng quá tải :
= 1,5. = 1,5.253 = 379,5 (A)
Bảo vệ điện áp cho van
Thyritor 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 hai nguyên nhân gây ra quá điện áp :
+ Nguyên nhân nội tại : Đó là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn . Khi
khóa thyritor bằng điện áp ngược, các điện tích nói trên đổi ngược lại hình
thành 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 anốt va katốt của thyritor xuất hiện quá điện áp.
+ Nguyên nhân bên ngoài : Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu
nhiên khi cắt không tải một máy biến áp trên đường dây khi co sấm sét…
Đẻ bảo vệ van người ta dùng mạch R-C, mạch R-C đấu sống với thyritor
nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích di chuyển mạch gây nên.
Mạch R-C đấu giữa các pha thứ cấp MB là bảo vệ quá điện áp do cắt không
tải MB gây nên.
*Các bước tính toán.
- Xác định hệ số quá điện áp theo công thức :
(3.5)
k=
-Xác định các thông số trung gian :
( ), ( ), ( ),
Điện lượng tích tụ Q f ⁄ )
Tính các thông số trung gian
17
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
C= ,
√ √
Trong đó L là điện cảm của mạch RLC
Vậy tromg mạch bảo vệ quá áp ta thường chọn R 80( ), C=0,25( )
3.3 Tính toán cuộn kháng lọc
- Lấy công suất cuộn kháng lọc :
= 5% = 0,05.600.220 = 6600 (VA)
- Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc :
√ = 6√
= = 48,74 ( )
Trong đó : hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, chọn =6
Để dáp ứng yêu cầu công nghệ người ta thường chọn sao cho
⁄ = 1,2 1,4
nên ts chọn
Do = . = 48 = 6 (cm), =8 (cm)
- Chọn chiều cao = 2,5 = 2,5.6 = 15 (cm)
- Chọn khoảng cách 2 trụ = = 2.6 =12 (cm)
- Tổng chiều dài mạch từ :
L=2 + = 2.12 + 2.6 = 36 (cm)
- Tổng chiều cao trụ :
H= h+a = 15+6 = 21 (cm)
3.4 Kết luận
Qua tính toán thí ta chọn mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng
=√ =√
Vì : = 757 (V)
=
= 0,816. = 0,816.220 = 180 (A)
= MBA
Vậy ta có mạch lực như sau
(Hình 3.1 Mạch lực
18
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
hương ính toán mạch điều khiển
Sau khi thiết kế mạch lực ta nhận thấy cần có một hệ thống đúng để điều
khiển mạch lực nói trên . Mạch điều khiển này phải đáp ứng được nhu cầu
cần thực hiện của mạch điều khiển.
Có hai hệ thống điều khiển là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ.
Hệ đồng bộ : Trong hệ này góc điều khiển mở, van luôn được xác định
xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực . Vì vậy trong mạch
điều khiển phải có một khâu thự hiện nhiện vụ này gọi là khâu đồng bộ dể
đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp của điện áp lực.
Hệ không đồng bộ : Trong hệ này không xác định theo điện áp lực mà
được tính dựa vào trạnh thái của tải chỉnh lưu và góc điều khiển đồng bộ. Tuy
nhiên để bộ chỉnh lưu hoạt động bình thường bắt buộc phải thực hiện điều
khiển theo mạch vòng kín.
Hiện nay đại đa số các mạch chỉnh lưu điều khiển theo sơ đồ đồng bộ vì khâu
đồng bộ co ưu diểm hoạt động ổ định va dễ thực hiện.
4.1 Cấu trúc mạch điều khiển.
4.1.1 Sơ đồ cấu trúc
a.Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển ngang :
KĐX
ĐB DF TX
2 3 4
1
5
Hình 4.1 Cấu trúc mạch điều khiển ngang
Trong đó : 1- Khâu đồng bộ.
2 – Khâu dịch pha.
3 – Khâu tạo xung.
4 – Khâu khuyếch đại xung .
5 – Khâu tạo
19
- Đồ án ĐTCS Khoa Công Nghệ Tự Động
b. Sơ đồ cấu trúc điều khiển dọc :
ĐB KĐX
Đ SS+TX
1 3 4
2
5
(Hình 4.2 Cấu trúc mạch điều khiển dọc
Trong đó : 1- Khâu đồng bộ.
2 – Khâu tạo .
3 – Khâu tạo xung và so sánh.
4 – Khâu khuyếch đại xung.
5– Khâu tạo .
4.1.2 Các nguên tắc điều khiển trong hệ thống.
Như đã nêu ở sơ đồ cấu trúc trên, có hai nguyên tắc điều khiển sau :
a)Nguyên tắc điều khiển ngang.
Khâu đồng bộ thường táo ra điện áp hính sin có góc lệch pha cố định so với
điện áp lực. Khâu dịch pha có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp theo tác
động của điện áp điều khiển . Xung điều khiển được tạo ra ở khâu tạo xung
TX vàothời điểm khi điện áp dịch pha qua điểm O. Xung này nhờ khâu
khuyếch đại xung KĐX) được tăng đủ công suất gửi tới cực điều khiển của
van. Như vậy góc hay thời điểm phát xung mở van thay đổi được nhờ sự
tác động của làm điện áp di chuyển theo chiều ngang của trục theo
chiều ngang của trục thời gian.
b)Nguyên tắc điều khiển dọc.
khâu đồng bộ thường tạo ra hình sin có góc lệch pha cố định so với
điện áp lực. Khâu tạo tạo ra điện áp tựa có dạng cố định theo chu kỳ do
nhịp đồng bộ của . Khâu so sánh xác định điểm cân bằng của hai điện áp
để phất động khâu tạo xung TX. Như vậy trong nguyên tắc này
và
thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi trị số của . Theo
đồ thị đó là sự di chuyển dọc trục.
c)Chức năng điều khiển.
- Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và góc điều khiển cần
thiết.
20
nguon tai.lieu . vn
