Đồ án Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ đoc lập có đảo chiều theo nguyên tăc điều khiển riêng.Mạch đảm bảo tốc độ trơn và có khâu bảo vệ chống mất kích từ

` đồ án điện tử công suất đề tài: Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ đoc lập có đảo chiều theo nguyên tăc điều khiển riêng.Mạch đảm bảo tốc độ trơn và có khâu bảo vệ chống mất kích từ Với số liệu Udm=80 V I đm=20 A U kích từ = 50V I kích từ = 2 A Phạm vi điêu chỉnh 30:1 NHIÊM Vụ : Tìm hiểu về công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của thiết bị cần thiết kế. Đề xuất các phương án tổng thể,phân tích ưu,nhược điểm của từng phương án để đi đến lựa chon một phương án phù hợp thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. Xây dựng chi tiết toàn bộ sơ đò nguyên lý mạch thiết kế (cả mạch lực và mạch điều khiển),sau đó thuyết minh sự hoạt động của sơ đồ này với đồ thị minh hoạ. Tính toán mạch lực. Tính toán mạch điều khiển. Lập bảng trị số toàn bộ các phần tử và linh kiện tính toán được trong phần 4 và 5. Kiểm chứng bằng chạy mô phỏng trên máy tính PC. Kết luận. Tài liệu tham khảo. CHƯƠNG I Tìm hiểu về động cơ điện một chiều kích từ độc lập I. 1) Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều Ngày nay,động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy điện quan trọng mặc dù máy điện xoay chiều rát thông dụng do động cơ điện một chiều vẫn có những ưu điểm như khả năng điều chinh tốc độ rát tốt.Nó được dùngtrong những ngành đòi hỏi yêu cầu cao về mặt điều chinh tốc độ như máy cán thép,bào hầm mỏ,giao thông vận tải. Mặt dù có một số nhược điểm so vói máy điện xoay chiều như giá thành cao,bảo quản cổ góp phức tạp (dễ sinh tia lửa điện) nhưng do những ưu điểm của nó mà nó vẫn có tầm quan trọng nhát định trong nền sản xuất. 2) Cấu tạo Động cơ điện một chiều có hai phần chính Phần tĩnh và phần động 2.1)Phần tĩnh (stato). Phần Stato là bộ phận đứng yên của máy nó bao gồm cục từ chính,cưc từ phụ (là bộ phận sinh ra từ trường hay nó là phần cảm). a)Cực từ chính Là bộ phận sinh ra từ trường,gồm có lõi sắt cực từ và dây quán kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ.Lõi thép cực từ làm bằng lõi thép kỹ thuật điện mỏng ,các cuộn kích từ được quấn bằng dây đồng boc cách điện và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên cực từ các cuộn kích 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 thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt day quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính c)Gông từ Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy. d) Nắp máy Bảo vệ máy khỏi bị những vật bên ngoài rơI vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người vận hành.Trong động cơ điện nó được làm giá đỡ ổ bi +Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phàn quay ra ngoài.Cơ cấu chổi than gồm có một chổi than đặt trong 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. Phần quay hay Roto (phần ứng) Bao gồm những bộ phận chính sau : a)Lõi sắt phần ứng Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuậtdày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá 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 phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. c) Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng. d) Các bộ phận khác. - Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ. ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy. - Trục máy : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt. 3) Phân loại máy điện Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song ,kích thích nối tiếp,kích thích hỗn hợp Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích thích song song là giống nhau nên khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận tiện do đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đòi hỏi có dòng bên ngoài. Trong đồ án này ta xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập Khi mà nguồn một chiều có công suất không quá lớn thì mạch phần ứng và mạch từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập 4) Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh ra dòng điện Iư .Các thanh dẫn ab,cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực Fđt tác dụng làm cho Roto quay ,khi phần ứng quay nửa vòng thì vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều 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 Eư ,chiều quay xác định theo quy tắc bàn tay trái Phương trình phần ứng Uư =Eư +Rư.Iư II.) Điều chỉnh tốc độ động cơ và đảo chiều E I Rf Uư Ikt Rkt Uư CKT Ukt 1) Phương trình đặc tính cơ Uư = Eư +(Rư +Rf)Iư Uư :điện áp phần ứng Eư :suất điện động phần ứng Rư ,Rf :điện trở phần ứng,điện trở phụ trong mạch phần ứng Iư :dòng điện mạch phần ứng Rư =rư +rct +rb +rtc rư :điện trở cuộn dây phần ứng rct :điện trỏ cực từ phụ rb :điện trở cuộn bù rtx :điện trở tiếp xúc chổi điện Eư = P : số cực từ chính N :số đôI mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng : từ thông kích từ dưới một cực từ Wb : tốc độ góc (Rad/s) Eư = Ke . Mômen điện từ Mđt =K..Iư Suy ra Iư = Nếu bỏ qua tổn thất coi mômen điện từ bằng mômen cơ đầu trục Mđt =Mcơ =M (1) Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng Từ phương trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư ,từ thông tức là thay đổi dòng kích từ Ikt và thay đổi điện trở phần ứng Rư ,Rf M =K..Iư .do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mômen M ta có thể dùng phương pháp đảo chiều từ thông (tức là đảo chiều dòng kích từ Ikt ) hoặc là đảo chiều dòng điện phần ứng Iư 2) Các phương pháp thay đổi tốc độ a) Phương pháp thay đổi từ thông ,thay đổi dòng kích từ Ikt .Với một phụ tải Mc nhất định .Khi giảm tốc độ động cơ tăng lên n M(Iu) Iu nodm Khi kích thích dòng khác nhau đặc tính cơ nhận được khác nhau và độ dốc khác nhau.Giao điểm mômen cản Mư =f(Iư) với các đường trên cho biết tốc độ xác lập ứng với thông số khác nhau của từ thông . b) Thay đổi 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 Eb điều chỉnh được là nhờ tín hiệu Uđk BBĐ LK -Phương trình đặc tính cơ của hệ thống như sau: 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 Uđk 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: Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: Mnmmin = Mcmax = KM.Mđm Trong đó : KM: 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: * Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc tuyến tính vào b wmin w0min wmax womax Mđm Mnmmin wđk1 wđk2 3) Vấn đề đảo chiều Chiều quay động cơ phụ thuộc vào chiều quay mômen có thể dùng hai phương pháp .Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng Iư hoặc đổi chiều từ thông (đổi chiều dòng kích từ Ikt). + Nếu dùng phương pháp đảo chiều dòng kích từ .Khi máy đang quay thì do hệ số điện cảm của cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vòng dây) nên khi thay đổi dòng kích thích Ikt thì xuất hiện suát điện động cảm ứng rất cao gây ra điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích . Do đó để đảo chiều quay động cơ ta chon phương pháp đảo chiều dòng phần ứng Iư Từ những phân tích trên ta chon phương pháp thay đổi tốc độ là thay đổi điện áp phần ứng Uư (tức là điều khiển Uư ) và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng phần ứng Iư 4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác a) Độ trơn Trong đó là tốc độ ổn định của động cơ đạt được ở cấp i ,i+1 tức là hệ truyền động có thể ổn định ở mọi vị trí trong toàn dảI điều chỉnh b) Dải điều chỉnh tốc độ Là phạm vi điều chỉnh – là tỉ số giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với mômen tảI đã cho bị hạn chế bởi độ bền động cơ và độ bền của vành góp bị chặn bởi yêu cầu về mômen khởi động ,khả năng quá tải và sai số tốc độ làm việc cho phép. c) Chống mất kích từ Khi mở máy phảI đảm bảo chống mất kích từ mà nguyên nhân là do ngắn mạch kích thích Vì khi đó Eư =0 nên Iư = U không đổi ,Rư rất nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên Iư rất lớn làm cháy dây quấn và vành góp + cách khắc phục điều này là phảI có bộ phận nhận biết được mất kích từ ( và do đó Iư =0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức Uư =0. Khi đó Iư không lớn và tránh được sự cố trên. CHƯƠNG II Mạch lực I).Lựa chọn phương án mạch lực Từ yêu cầu bài toán: Udm= 80V Idm = 20A Ukt = 50V Ikt = 2A Công suất định mức của động cơ điện 1 chiều Sdm = UdmIdm = 80.20 = 1600 Công suất kích từ : Sdmkt = Ukt.Ikt=50.2 = 100 W Vì Sdm và Sdmkt nhỏ nên ta chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu 1 pha. Ta có các phương án đưa ra cho mạch lực : _ Chỉnh lưu một nửa chu kỳ _ Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính _ Chỉnh lưu một pha . 1.) Chỉnh lưu một nửa chu kỳ . Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu . Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp . Sba = 3,09.Ud.Id +Ưu điểm _ Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản ít van +Nhược điểm _Chất lượng điện áp xấu _Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp 2.)Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính (dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngược trên van T1 trong trường hợp tải thuần trở và tải điện cảm lớn) Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt _Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua _Khi θ = α cho phát xung mở T1 , T1 dẫn do điện áp đầu anot dương và có xung mở .Khi θ =Π , điện áp trên anot = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn còn dòng điện Id nên T1 chưa khoá , T1 tiếp tục dẫn cho đến khi θ = Π + α , phát xung mở T2 thì T1 bị khoá và T2 dẫn . T1 khoá không phải dòng đã về 0 mà là do T2 dẫn . T2 lại dẫn cho đến khi θ = 2Π + α , T1 được phát xung mở , T1 dẫn và T2 bị khoá lại. Quá trình cứ như vậy cho đến khi điện áp tải đập mạch có tần số bằng 2 lần tần số điện áp xoay chiều . (Dạng điện áp tải , dòng trên các van T1,T2 và điện áp ngược trên van T1 được vẽ trên hình ). Với α : là góc điều khiển mở . + Điện áp trung bình trên tải Ud =U2.sinθdθ = .U2.cosα = Udo.cosα Udo = .U2 = 0,9.U2 : Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở . + Điện áp ngược trên van là lớn Unv = 2 U2 Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục id = Id Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ + Dòng hiệu dụng qua van (chính là dòng hiệu dụng qua máy biến áp). Ihd = = = 0,71.Id + Hệ số đập mạch Kđm = 0,67. + Công suất máy biến áp Sba = 1,48.UdId Nhận xét : + Ưu điểm : _ So với chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì chỉnh lưu hình tia có điện áp với chất lượng tốt hơn _ Dòng qua van không quá lớn _ Điều khiển van đơn giản + Nhược điểm _ Chế tạo máy biến áp phải có 2 cuộn giống nhau mỗi cuộn làm việc 1nửa chu kỳ _ Chế tạo biến áp phức tạp _ Hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn _ Điện áp ngược trên van là lớn . 3.) Chỉnh lưu cầu một pha Xét với tải RL , điện cảm L đủ lớn để lọc dòng , áp , dòng là liên tục. _ Mạch có T1 , T3 chung Katot T2 , T4 chung Anot Nửa chu kỳ đầu U2 > 0 , Anot của T1 dương , Katot của T2 âm . Nếu có xung điều khiển mở đồng thời T1 và T2 thì cả hai van này được mở thông và đặt điện áp lưới lên tải Ud = U2 . Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay chiều (Ud = U2) cho đến khi nào T1 , T2 còn dẫn .(Khoảng dẫn của các van phụ thuộc vào tải ) . Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu , anot của T3 dương và katot T4 âm , nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3,T4 thì các van này được mở thông và Ud = - U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước (Các đặc tính điện áp tải , dòng qua tải , dòng qua van và điện áp ngược trên van được biểu diễn trên hình vẽ). + Giá trị trung bình của tải Ud = = = Udo cosα. Udo : điện áp trung bình tải trong chỉnh lưu cầu không điều khiển . + Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) . + Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp I2 = = Id + Điện áp ngược lớn nhất van phải chịu Unv = U2 + Dòng làm việc của van tính theo giá trị trung bình IT = = = 0.71 Id + Kdm = 0,67 + Công suất biến áp Sba = 1,23Pd * Nhận xét : Chất lượng điện áp của chỉnh lưu cầu một pha giống như chỉnh lưu hình tia . Hình dạng đường cong điện áp , dòng tải , dòng qua van bán dẫn , hệ số đập mạch như trong chỉnh lưu hình tia . + Ưu điểm : _ Điện áp ngược trên van nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia Unv= U2. _ Máy biến áp chế tao đơn giản hơn , và có hiệu suất cao hơn so với chỉnh lưu hình tia . + Nhược điểm : _ Số van nhiều hơn _ Điều khiển van T1 ,T2 và nhóm T3 , T4 phải đồng thời nên khó khăn hơn. * Nhận xét chung Từ các phân tích trên ta lựa chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu điều khiển cầu một pha. II. Phân tích mạch lực. 1. Mạch lực ta chọn là mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng 4 góc phần tư. Tải ta coi là RLE , cuộn cảm L được thêm vào để lọc điện áp và dòng . θ = α phát xung mở T1 , T2 T1T2 dẫn T3 , T4 khoá Ud = U2 θ = Π + α phát xung mở T3 , T4 T1 , T2 khoá ; T3 , T4 dẫn (mở) Ud = - U2 + Điện áp trung bình tải Ud = U2cosα + Điện áp ngược lớn nhất trên van Unv = +Dòng liên tục nên id =Id Phương trình mạch tải sin =R.id +XL . +E Ud =RId +E +Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp I2 = 2) Trùng dẫn Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm La Giả sử T1 ,T2 đang mở cho dòng chảy qua iT1,iT2 =Id Khi phát xung mở T3,T4 Vì có La nên dòng iT1,iT2 không giảm đột ngột về 0 mà dòng iT3,iT4 cũng không tăng đột ngột từ 0 đến Id Lúc này cả 4 van cùng mở thông cho dòng chảy qua ,phụ tải bị ngắn mạch ud =0 Nguồn e2 bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch ic Phương trình ic = đặt ic =ic1 +ic2 ,ic1 =ic2 =0,5.ic ic1 :làm tăng dòng trong T4 và làm giảm dòng trong T2 ic2 : làm tăng dòng trong T3 và làm giảm dòng trong T1 Khi kết thúc giai đoạn trùng dẫn tức khi thì iT1,2 =0 Ta thấy so với không trùng dẫn đặc tính điện áp sụt một phần và đó là sụt áp gây ra do trùng dẫn khi đó giá trị trung bình điện áp trên tải là Ud’ =Ud - Ud’ =R.Id +E 3) Nghịch lưu phụ thuộc Trong đông cơ điện một chiều có sức phản điện động ,trong điều kiện nào đó nó có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu - là chế độ biến đổi năng lượng dòng một chiều phía tải thành dòng điện xoay chiều cấp trở lại lưới điện .chế độ làm việc như vậy chính là khi ta hãm tái sinh để tiết kiệm năng lượng . Để sức điện động E phát năng lượng trở lại lưới điện thì dòng và áp phải ngược chiều nhau Ud và Id ngược nhau Do dòng điện chỉ chảy theo một chiều từ A đến K của thyristor nên ta điều chỉnh sao cho chiều dòng như cũ đảo chiều sức điện động Ed ở trong chế độ chỉnh lưu với góc mở là thì Ud =Ud0 .cos. nên nếu tức là điện áp trên tải thay đổi cực tính và ngược chiều van Do đó đẻ duy trì dòng chảy qua van từ A đến K của van thì ta phải đảo chiều Ed và đảm bảo vậy ở chế độ chỉnh lưu ,dòng trong mạch được duy trì bởi Ud –E >0 thì trong chế độ nghịch lưu phụ thuộc dòng được duy trì bởi Trong chế độ nghịch lưu lưới điện nhận năng lượng từ phía tải Điều kiện hoạt động chế độ nghịch lưu phụ thuộc - - Đảo chiều Ed - Đảm bảo Xét dạng điện áp trên van . Trong mạch có điện cảm biến áp nên nó có quá trình trùng dẫn với góc trùng dẫn xét T1,T2 đang dẫn , phát xung mở T3 ,T4 ,UA > UK nên có dòng qua van và T1,T2 vẫn còn dẫn từ đó 4 van cùng dẫn trong khoảng .Sau đó T1 ,T2 khoá và T3,T4 mở Điện áp ngược trên van T1 ,T2 Unv = Điện áp ngược chỉ xuất hiện trên van trong khoang từ đến vì sau đó điện áp trên T1 ,T2 lại là thuận (UA > UK ) Như vậy trong một chu kỳ làm việc mỗi van chỉ chịu điện áp ngược trong khoảng từ đến tức là trong khoảng thời gian ,khoảng thời gian này khá nhỏ . Nếu (ứng với thời gian phục hồi Thyristor) ,Thyristor sẽ tự mở trở lại không cần dòng điều khiển (mở tự nhiên ) Khi đó trong mạch cả hai nguồn cùng phát năng lượng khi đó Id rất lớn gây sự cố sập nghịch lưu . Do đó để an toàn phải có Chọn ( ứng với toff =555 thì có thể khoá van Thyristor thông thường ) Vậy góc mở phải thoả mãn trong nghịch lưu phụ thuộc là CHƯƠNG III Tính toán mạch lực I ) TíNH CHọN van + điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu Un max = knv.U2=knv. knv :hệ số knv = ku :hệ số điện áp (mạch cầu 1 pha) ku = Ud =110 (điện áp trung bình trên tải) Un max = điện áp ngược van cần chọn Chọn hệ số dự trữ điện áp kdtu=1,8 Unv =kdtu.Un max =1,8.172,7=310,86 Chọn Unv =311 (v) +Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng Ilv =Ihd =khd.Id = (A) Dòng định mức van cần chọn Iđm =ki.Ilv Hệ số dự trữ dòng điện ki .chọn van làm việc ở điều kiện có cánh tản nhiệt và không cần dùng cần quạt đối lưu thông gió chọn ki = 4 Iđm =4.10,6 =42,4 (A) +Từ hai thông số Un max và Iđm ta chọn 4 van thyristor loại ACR44U08LE với các thông số như sau - điện áp ngược van : Un =800 (V) - dòng định mức van : Iđm =44 (A) - đỉnh xung dòng điện : Ipi k max =550( A) - dòng xung điều khiển : Iđk max = 200(mA) - điện áp xung điều khiển : Uđk max =3 (V) - dòng điện giữ : Ih max =25 (mA) - dòng điện dò : Ir max =10 (mA) - độ sụt áp lớn nhất : - tốc độ thay đổi điện áp : - thời gian chuyển mạch : tcm = 6() - nhiệt độ làm việc cho phép :Tmax =125 0C II) TíNH toán máy biến áp chỉnh lưu Chọn máy biến áp một pha làm mát bằng không khí tự nhiên 1) Do khi làm việc với máy biến áp ,có sụt áp trên đường tải - sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp - sụt áp trên van lực - sụt áp do quá trình chuyển mạch (theo kinh nghiệm ) Công suất biểu kiến máy biến áp Pd =Ud .Id =143.15 =2145 (W) Suy ra Sba =1,05.Pd =1,05.2145 =2252 (W) 2) điện áp sơ cấp máy biến áp + U1 =220 (V) 3) điện áp pha thứ cấp máy biến áp + 4) Dòng điện hiệu dụng máy biến áp I2 =k2.Id =1.15 =15 (A) ( Hệ số dòng thứ cấp máy biến áp k2 =1) 5) Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp = (kba là hệ số máy biến áp ) ** Tính toán mạch từ và dây Chọn mạch từ ghép từ những lá thép kỹ thuật dây máy biến áp là dây đồng 0,5 mm ,với mật độ từ cảm trong trụ Bt =1 T Hình 1 sơ đồ kết cấu máy biến áp 6) Thiết diện mạch từ + chọn hệ số máy biến áp với máy biến áp khô =6 + số trụ máy biến áp m =1 + tần số dòng xoay chiều f=50 (HZ) + Q= Q = a.b =40,3 (cm ) với cách chọn thông số tối ưu là m =h/a =2,5 ; n =c/a =0,7 ;l =b/a =1,5 do đó ta chọn a=5,2 cm ; b =Q/a=7.75cm ; c= a/2 =3,64 cm h =2,5.a =13 cm ; H =h +a =18,2 cm C =2.a+2.c =17,68 cm 7) Số vòng dây sơ cấp máy biến áp (vòng ) 8) Số vòng dây cuộn thứ cấp máy biến áp (vòng ) 9) Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong dây sơ cấp và thứ cấp là J1 =J2 =2,75 (A/mm2) 10) +Dây sơ cấp S1 =I1/J1= 10,8/2,75=3,93 (mm2) +đường kính dây Chuẩn hoá đường dây chọn d1 =2,26 mm S1 =4,012 mm2 Tính lại mật độ dòng điện J1 =I1/S1 =10,8/4,012 =2,69 (A/mm2) 11) Dây thứ cấp +Tiết diện S2 =I2/J2 =15/2,75 =5,45 (mm2) + Đường kính d2 = Chuẩn hoá lại đường kính dây lấy d2 =2,44 mm Tính lại S2 =4,676 mm2 . Mật độ dòng khi đó J2 =I2 /S2 =15/4,676 =3,2 A/mm2 12) Cuộn sơ cấp h =13 cm =130 mm d1 =2,24 mm + số vòng dây trên một lớp W1l = (vòng) +W1 =246 =4.56 +22 Như vậy cuộn sơ cấp quấn thành 5 lớp .giữa các lớp có 1 tờ giấy cách điện mỏng 0,1 mm .Bề dày dây quấn cuộn sơ cấp e1 =5.d1 +6.0,1 =17,2 mm < c 13) Cuộn thứ cấp d2 = 2,63 mm + Số vòng dây trên một lớp W2l = +W2 = 178 =3.51 +23 .Như vậy ta cũng quấn cuộn thứ cấp thành 4 lớp giữa các lớp có giấy cách điện 0,1 mm Bề dày dây quấn thứ cấp e2 =4.d2+5.0,1 =4.2,63 +0,5 =10,26 mm suy ra e1 +e2 =17,2 +10,26 =27,46 mm < c =36,4 mm *** Tính điện kháng máy biến áp và góc trùng dẫn Bd1 =e1 =17,2 mm =1,72 cm Bd2 = e2 =10,26 mm =1,026 cm a12 =0,01 cm bề dày cách điện giữa các lớp w2 =178 vòng a = 5 b = 6 suy ra bán kính trong của ống quấn dây là ống dây cách điện làm bằng vật liệu cách điện 1mm có bán kính trong q12 =40 mm chiều cao sử dụng hsd =h= 150 mm Từ đây theo phần phân tích mạch lực trong trùng dẫn ta có góc trùng dẫn được xác định góc trùng dẫn lớn nhất ứng với suy ra Lấy III) tính toán bảo vệ van 1) Bảo vệ quá nhiệt cho van bán dẫn Khi làm việc với dòng điện chạy qua trên van có sụt áp , do đó có tốn hao công suất Dp ,tốn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn . Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng . Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý . +Tính toán cách toả nhiệt +Tổn thất công suất trên 1 Thyristor DP=DU.I=2,7.10,6=28,62(W) Diện tích bề mặt toả nhiệt: Dp : tổn hao công suất (W) :độ chênh lệch so với môi trường Chọn Tmt = 400C Nhiệt độ làm việc cho phép của Tcp=1250C Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv=800C =Tlv-Tmt =80 – 40 = 400C :Hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ Chọn =8 (w/m2. 0C) Chọn loại cánh toả nhiệt có 7 cánh Kích thước mỗi cánh a.b=8.8 =64(cm2) Tổng diện tích toả nhiệt của cánh S=7.2.8.8=896 (cm2) 2) Bảo vệ van tránh xung điện áp khi chuyển mạch bán dẫn Trong quá trình chuyển mạch van do mạch có những điện cảm lớn nên có xuất hiện những xung áp lớn tức là lớn .Tốc độ tăng áp lớn hơn giá trị cực đại thì thyristor có thể mở mà không cần dòng điều khiển làm cho mất khả năng điều khiển mở thyristor .Đồng thời khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn ,sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược ,gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anod và catod của Tiristor . Khi có mạch R-C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện áp . Với thyristor ta đã chọn và theo kinh nghiệm ta chọn R = 20 () và C = 4 () IV) thiết kế bộ lọc một chiều Mục đích là để xác định trị số điện cảm lọc cần thiết sao cho thoả mãn hệ số đập mạch cho trước đồng thời hiệu chỉnh dể có kích thước vừa phải Ta dùng một điện cảm mắc nối tiếp với động cơ .Điện kháng của điện cảm L . Xd =w.L càng lớn so với Rd càng tốt Rd = Cầu một pha có mdm =2,w1 =2..f =100. kdm = 0,67 thay vào ta có như vậy ta cần có một cuộn cảm có trị số điện cảm L=0,015 (H) Lõi thé