Đề tài Mạch điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng bằng cách đệm xung điều khiển

8.9 Ví dụ tính toán bộ nguồn chỉnh lưu . Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu một chiều cấp điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Thông số động cơ: Uđm=400 (V) ;nđm=980 (vòng/phút) ;P=27(Kw); η=0,85 ;số đôi cực p=2. 8.9.1 Lựa chọn sơ đồ thiết kế . Sau khi phân tích đánh giá về chỉnh lưu, từ các ưu nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu, với tải và động cơ điện một chiều với công suất vừa phải như trên thì sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lí hơn cả, bởi lẽ ở công suất này để tránh lệch tải biến áp, không thể thiết kế theo sơ đồ một pha, sơ đồ 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 . Sơ đồ được biểu diễn trên hình 8 -17 dưới đây: T3 ba c T1T2 C T5 ¦ A T6 T4 B Các thông số cơ bản còn lại của động cơ được tính . Hình 8 -17: Sơ đồ nguyên lí mạch động lực Iưđm= dmU P .η =79,41(A) . U2a ;U2b ;U2c - Sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn . E - Sức điện động của động cơ . R, L - Điện trở và điện cảm trong mạch . R= 2.Rba+Rư+Rk+Rdt . L= 2.Lba+Lư+Lk . Rk,Lk là điện trở và điện kháng của máy biến áp qui đổi về thứ cấp: Rba=R2+R1. 2 1 2 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ W W Lba=L2+L1. 2 1 2 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ W W . Rk, Lk là điện trở và điện kháng cuộn lọc . Rdt điện trở mạch phần ứng động cơ được tính gần đúng như sau: Rư=0,5 .(1-η). udm udm I U (Ω)=0,5 .(1-0,85) . 41,79 400 =0,38 (Ω) . Lư là điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức Umanxki_Lindvit: Lư =γ . dmdm dm Inp U ....2 60. π =0,25 . 41,79.980..2 60.400 π =0,0061 (H) =6,1 (mH) Trong đó γ=0,25 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù . 8.9.2 Tính chọn Thyristor: Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính như sau: +)Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu: Unmax=Knv.U2 =Knv . u d K U = 3 π .400 = 418,879 (V). Trong đó: Knv = 6 Ku= π 6.3 Điện áp ngược của van cần chọn: Unv = KdtU . Un max =1,8 . 418,879 = 753,98 Lấy bằng 754 (V) Trong đó: KdtU - hệ số dự trữ điện áp, chọn KdtU =1,8 . +) Dòng làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng: Ilv = Ihd = Khd .Id = 3 dI = 3 41,79 =45,847 (A) (Do trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng hiệu dụng: Khd = 3 1 ) . Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt ; Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn: Iđm =Ki . Ilv =3,2 . 45,847 = 147 (A) (Ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn Ki =3,2) từ các thông số Unv, Iđmv ta chọn 6 Thysistor loại SCI50C80 do Mỹ sản xuất có các thông số sau: Điện áp ngược cực đại của van: Un = 800 (V) Dòng điện định mức của van : Iđm =150 (A) Đỉnh xung dòng điện : Ipik =2800 (A) Dòng điện của xung điều khiển: Iđk =0,1 (A) Điện áp của xung điều khiển : Uđk =3,0 (V) Dòng điện rò : Ir =15 (mA) Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là: ΔU = 1,6 (V) Tốc độ biến thiên điện áp : dt dU =200 (V/μs) Tốc độ biến thiên dòng điện : dt dI =180 (A/μs) Thời gian chuyển mạch : tcm = 80 (μs) Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax=125 oC 8.9.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu. • Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí tự nhiên . • Tính các thông số cơ bản: 1. Tính công suất biểu kiến của Máy biến áp: S = Ks . Pd =Ks .η p =1,05 . 85,0 27000 =33353 (VA) 2. Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: Up =380 (V) 3. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Udo .cos αmin =Ud +2. ΔUv +ΔUdn + ΔUba Trong đó: αmin =100 là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới ΔUv =1,6 (V) là sụt áp trên Thyristor ΔUdn ≈0 là sụt áp trên dây nối ΔUba = ΔUr + ΔUx là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp . Chọn sơ bộ: ΔUba =6% .Ud =6% .400 = 24 (V) Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có: Ud0 = mincos .2.2 α badnvd UUU Δ+Δ+Δ+ = o10cos 2406,1.2400 +++ =433,79 (V) Điện áp pha thứ cấp pha máy biến áp: U2= u d k U = 6.3 79,433 =185,45 (V) 4. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp của máy biến áp: I2 = dI3 2 = 41,79 3 2 = 64,84 (A) 5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp: I1 = KbaI2 = 1 2 U U .I2 = 380 45,185 . 64,84 = 34,64 (A) Tính sơ bộ mạch từ (Xác định kích thước bản mạch từ) 6. Tiết diện sơ bộ trụ. QFe =kQ . jm Sba . Trong đó: kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6 m là số trụ của máy biến áp f là tần số xoay chiều, ở đây f = 50 (Hz) Thay số ta được: QFe=6 . 50.3 33353 7. Đưòng kính trụ: d = π eFQ.4 = π 469,89.4 = 10,67 (cm) Chuẩn đoán đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 11 (cm) 8. Chọn loại thép ∃330 các lá thép có độ dày 0,5 mm Chọn mật độ từ cảm trong trụ Bt = (T) 9. Chọn tỷ số m= d h = 2,3 , suy ra h = 2,3 . d = 2,3.11 = 25,3 (cm) Ta chọn chiều cao trụ là 25 cm Tính toán dây quấn . 10. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp . W1= TFe BQf U ...44,4 1 = 0,1.10.469,89.50.44,4 380 4− = 191,3 (vòng) Lấy W1= 191 vòng 11. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp: W2 = 1 2 U U .W1= 380 45,185 .191 = 93,2 (vòng) Lấy W2= 93 vòng 12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp. Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1= J2= 2,75 (A/mm2) 13. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp. S1 = 1 1 J I = 75,2 64,31 = 11,5 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 12,30 (mm2) Kích thước dây dẫn có kể cách điện S1cđ = a1.b1= 1,81.6,9 =(mm x mm) 14. Tính lại mật độ dòng điệnk trong cuộn sơ cấp J1= 1 1 S I = 3,12 64,31 = 2,57 (A/mm2) 15. Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp S2 = 2 2 J I = 75,2 84,64 = 23,58 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B . Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2= 23,6 (mm2) Kích thước dây dẫn có kể cách điện: S2cđ = a2.b2 = 3,28.7,4 (mm x mm) 16. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp J2= 2 2 S I = 2,74 (A/mm2) Kết cấu dây dẫn sơ cấp: Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục 18. Tính sơ bộ số vòng dây tren một lớp của cuộn sơ cấp W11= 1 .2 b hh g− . kc= 69,0 5,1.225 − .0,95 = 30 (vòng) Trong đó: kc = 0,95 là hệ số ép chặt . h là chiều cao trụ . hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5 cm 19. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp: n11= 11 1 W W = 30 191 = 6,3 (lớp) 20. Chọn số lớp n11=7 lớp .Như vậy có 191 vòng chia thành 7 lớp, chọn 6 lớp đầu vào có 28 vòng, lớp thứ 7 có 191 – 6.28 = 23 (vòng) 21. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: h1= ck bW .11 = 95,0 69,0.28 = 20,34 (cm) 22. Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy: S01= 0,1 cm. 23. Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp a01= 1,0 cm. 24. Đường kính trong của ống cách điện . Dt= dFe + 2.a01- 2.S01 =11+ 2.1 – 2.0,1 = 12,8 (cm) 25. Đường kính trong của cuộn sơ cấp. Dt1= Dt + 2.S01=12,8 + 2.0,1= 13 (cm) 26. Chọn bề dầy giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11= 0,1 mm 27. Bề dầy cuộn sơ cấp Bd1= (a1+cd11).n11= (1,81 + 0,1).7 = 1,337 (cm) 28. Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp . Dn1= Dt1+2.Bd1=13 + 2.1,337= 15,467 (cm) 29. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp . Dtb1= 2 11 nt DD + = 2 674,1513 + = 14,337 (cm) 30. Chiều dài dây quấn sơ cấp . l1 = W1.π.Dtb= π.191.14,337 = 86,02 (m) 31. Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cd01= 1,0 cm Kết cấu dây quấn thứ cấp . 32. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp . h1= h2 = 20,34 (cm) 33. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp . W12= ckb h 2 2 = 95,0 74,0 34,20 = 26 (vòng) 34. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp . n12= 12 2 W W = 26 93 = 3,6 (lớp) 35. Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n12= 4 lớp .Chọn 6 lớp đầu có 24 vòng, lớp thứ 4 có 93 – 4.24 = 21 (vòng) 36. Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp h2= b k W c .12 = 74,0. 95,0 24 = 18,69 (cm) 37. Đường kính trong của cuộn thứ cấp. Dt2 = Dn1+ 2.a12 = 15,674 + 2.1 = 17,674 (cm) 38. Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd22= 0,1 (mm) 39. Bề dầy cuộn sơ cấp . Bd2 = (a2+cd22).n12 = (0,328 + 0,01).4= 1,352 (cm) 40. Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 17,674 + 2.1,352 = 20,378 (cm) 41. Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp . Dtb2= 2 22 nt DD + = 2 378,20674,17 + = 19,026 (cm) 42. Chiều dài dây quấn thứ cấp . l2 = π.W2.Dtb2 = π.93.19,026 = 55,5597 (m) 43. Đường kính trung bình các cuộn dây . D12= 2 21 nt DD + = 2 378,2013 + =16,689 (cm) ⇒r12= 2 12D = 8,344 (cm) 44. Chọn khoảng cách giữa hai cuộn thứ cấp: a22= 2 (cm) Tính kích thước mạch từ . 45. Với đường kính trụ d= 11 cm, ta có số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ W2 W1 . . a 01 hg a 12 Bd2 Bd1 H×nh 8.18 C¸ c bËc thang ghÐp thµnh trô 1 2 3 4 5 6 46. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ Qbt= 2.(1,6.10,5+1,1.9,5+0,7.8,5+0,6.7,5+0,4.6,5+0,7.4) = 86,2 (cm2) 47. Tiết diện hiệu quả của trụ QT= khq.Qbt = 0,95.86,2 = 81,89 (cm2) 48. Tổng chiều dày các bậc thang của trụ. dt = 2.(1,6+1,1+0,7+0,6+0,4+0,7)= 10,2 (cm) 49. Số lá thép dùng trong các bậc . Bậc 1 n1= 2. 5,0 16 = 64 lá Bậc 2 n2= 2. 5,0 11 = 44 lá Bậc 3 n3= 2. 5,0 7 = 28 lá Bậc 4 n4= 2. 5,0 6 = 24 lá Bậc 5 n5= 2. 5,0 4 = 16 lá Bậc 6 n6= 2. 5,0 7 = 28 lá Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ, ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau: Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = dt = 10,2 cm Chiều cao của gông bằng chiều rộng tập lá thép thứ nhất của trụ: a = 10,5 cm Tiết diện gông Qbg= a x b = 107,1 (cm2) 50. Tiết diện hiệu quả của gông Qg= khq.Qbg = 0,95 .107,1 = 101,7 (cm2) 51. Số lá thép dùng trong một gông . hg = 5,0 b = 5,0 102 = 204 (lá) 52. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ BT = TQWf U ...44,4 1 1 = 410.89,81.191.50.44,4 380 − = 1,094 (T) 53. Mật độ từ cảm trong gông . Bg = BT. g T Q Q = 1,094. 7,101 89,81 = 0,88 (T) 54. Chiều rộng cửa sổ c= 2.(a01+Bd1+a12+Bd2) + a22 = 2.(1+1,337+1+1,352) + 2 = 11,378 (cm) 55. Tính khoảng cách giữa hai tâm trục . c’ = c+d = 11,378 + 11 = 22,378 (cm) 56. Chiều rộng mạch từ . L= 2.c +3.d = 2.11,378 + 3.11 = 55,756 (cm) 57. Chiều cao mạch từ . H = h + 2.a = 25 + 2.10,5 = 46 (cm) Tính khối lượng của sắt và đồng 58. Thể tích của trụ . VT = 3.QT.h = 3.81,89.25 = 6141,75 (cm3) 59. Thể tích của gông Vg = 2.Qg.L = 2.107,1.55,756 = 11942,94 (cm3) 60. Khối lượng của trụ MT= VT . mFe = 6,412 . 7,85 = 48,21 (Kg) 61. Khối lượng của gông Mg = Vg . mFe = 11,94294.7,85 = 93,752 (Kg) 62. Khối lượng của sắt MFe= MT+Mg = 48,21 + 93,752 = 141,962 (Kg) 63. Thể tích đồng VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.(12,3.10-4.86,02.10+ 23,6.10-4.55,5597.10) = 7,1077 (dm3) 64. Khối lượng của đồng MCu = VCu . mCu = 7,1077.8,9 =63,26 (Kg) Tính các thông số của máy biến áp 65. Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0 C R1= ρ. 1 1 S l = 0,02133. 3,12 02,86 = 0,149 (Ω) Trong đó ρ75 = 0,02133 (Ω) 66. Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C R2= ρ. 2 2 S l = 0,02133. 6,23 5597,55 = 0,0502 (Ω) 67. Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp RBA = R2 + R1 2 1 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ W W = 0,0502 + 1,49 2 191 93 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ =0,085 (Ω) 68. Sụt áp trên điện trở máy biến áp ΔUr = RBA.Id = 0,085 . 79,41 = 6,75 (V) 69. Điện kháng máy biến áp qui đổi về thứ cấp . XBA= 8 .π2.(W)2. ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 3 . 2112 dd qd BB a h r .ω.10-7 = 8 .π2.932. ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ 3 352.1337,1 01,0. 34,20 837,8 .314.10-7 = 0,176 (Ω) 70. Điện cảm máy biến áp qui đổi về thứ cấp LBA = ω BAX = 314 176,0 = 0,00056 (H) = 0,56 (mH) 71. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp ΔUx = π 3 XBA.Id = π 3 0,176.79,41 = 13,35 (V) Rdt =π 3 .XBA = 0,168 (Ω) 72. Sụt áp trên máy biến áp ΔUBA= 22 xr UU Δ+Δ = 22 67,1275,6 + = 13,45 (V) 73. Điện áp trê động cơ khi có góc mở αmin= 100 U= Ud0.Cosαmin - 2.ΔUV - ΔUBA = 433,79.cos100 – 2.1,6 – 19,46 =405 (V) 74. Tổng trở ngắn mạch qui đổi về thứ cấp ZBA = 22 BABA XR + = 22 176,0085,0 + = 0,195 (Ω) 75. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp ΔPn = 3.RBA .I2 = 3.0,085.64,842 = 1072,1 (W) ΔP% = S PnΔ .100 = 33353 1,1072 .100 = 3,12 % 76. Tổn hao có tải có kể đến 15% tổn hao phụ . P0 = 1,3.nf . (MT.BT2+Mg.Bg2) = 1,3.1,15.(48,21.1,0942+93,752.0,882) Po = 194,8 (W) ΔP % = S Po .100 = 0,58 % 77. Điện áp ngắn mạch tác dụng Unr= 2 2. U IRBA .100 = 45,185 085,0.84,64 .100 = 2,97 % H ìn h 8. 19 : S ơ đồ k ết c ấu m áy b iế n áp 78. Điện áp ngắn mạch phản kháng Unx = 2 2. U IxBA .100 = 45,185 176,0.84,64 .100 = 6,15 % 79. Điện áp ngắn mạch phần trăm Un= 22 nxnr UU + = 22 15,697,2 + = 6,83 (V) 80. Dòng điện ngắn mạch xác lập I2nm= BAZ U2 = 187,0 45,185 = 991,7 (A) 81. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại Imax = ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + nx nr u u m eI . 2 1.2 π = ⎟⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + 0584,0 0297,0. 1.1,991.2 π e =1686,5 (A) < Ipik = 2800 (A) Ipik: Đỉnh xung max của Thyristor 81. Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng chuyển mạch. Giả sử chuyển từ mạch T1 sang T3 ta có phương trình. 2. LBA . dt dic = U23 – U2a = )(..6 2 αθ −SinU dt dic max= BAL U .2 .6 2 = 310.53,0.2 45,185.6 − = 428545,2 (A/s) dt dic max = 0,43 (A/μs) < dt dic cp = 100 (A/μs) Vậy máy biến áp thiết kế sử dụng tốt. 82. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu . η = S IU dd . = 33353 41,79.400 = 95 % 8.9.4 Thiết kế cuộn kháng lọc I. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại Chọn góc mở cực tiểu αmin= 10o . Với góc mở αmin là dự trữ ta có thể bù được sự giảm điện áp lưới. Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất. Ud max = Udo . Cos αmin = Ud đm và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = nđm. Khi góc mở lớn nhất α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất . Ud min = Udo . Cos αmax và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin Ta có: αmax = arcos do d U U min = arcos 2 min .34,2 U Ud Trong đó Ud min được xác định như sau . D = min max n n = Σ Σ − − uudmd uudmddm RIU RIU .min = Ud min = ( )[ ]Σ−+ uudmd RIDUD ..1. 1 min Ud min = ( ) ( )[ ]dtBAuudm RRRIDUD ++−+ ..1cos..34,2. 1 min2 α = ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++−+ BABAuudm XRRIU .3..120cos..34,2.20 1 min2 πα Thay số: Ud min = ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++−+ 176,0.3085,0378,0.412,79.120cos.45,185.34,2. 20 1 min πα Ud min = 64,8 (V) Thay số vào (4.3) ta được: αmax = arcos do d U U min = arcos 45,185.34,2 648 = 80,90 II. Xác định các thành phần sóng hài Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier ta chuyển gốc toạ độ sang điểm θ1(Hình 1.1 b), khi đó điện áp tức thời trên tải khi Thyristor T1 và T4 dẫn Ud = Uab = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +− απθ 6 ..6 2 CosU Với θ = Ω.t Điện áp tức thời trên tải điện Ud không sin và tuần hoàn với chu kì τ = P π2 = 6 2π = 3 π Trong đó P = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp lưới. Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud: Ud = ( )θθ kbkaa nno k .6sin..6cos. 2 1 ++ Σ= ∞ = ).6(. 2 1 kkSinUnm a k o ϕθ ++ Σ= ∞ Trong đó a = ∫ τ θθτ 0 6cos. 2 dkUd = θθαπθπ τ dkU 6cos.) 6 cos(.6 6 0 2∫ +− an = αππ cos6sin.2.1)6( 2 .. 6.3 22 − − k U = απ cos.1)6( 2 .. 6.3 22 − − k U bn= ∫ τ θθτ 0 6cos. 2 dkUd = θθαπθπ τ dkU 6cos.) 6 cos(.6 6 0 2∫ +− = αππ sin6 3 sin.2. 1)6( 12 .. 6.3 22 −kU = απ cos.1)6( 12 .. 6.3 22 −k k U Ta có 2 oa = 2. 6.3 Uπ . αcos Vậy ta có biên độ của điện áp: Uk.n = 22 nn ba + Uk.n = 2. 2. 6.3 Uπ . αα 222 2 )6(cos 1)6( 1 Sink k +− Uk.n = doU. 6.3 π . α 22 2 )6(1 1)6( 1 tgk k +− Ud ≈ )6(..6.3 1ϕθαπ −+ Σ SinUCos kmn III. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc Từ phân tích trên ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn, có nghĩa là đập mạch của điện áp, dòng điện càng tăng lên. Sự đập mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp, đồng thời gây ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ. Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im ≤ 0,1.Iư đm . Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn . Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở α =αmax Ta có Ud+u~ = E+RuΣ.Id + RuΣ .i~ + L dt di~ Cân bằng hai vế U = R.i~ +L. dt di vì R.i~ << L. dt di nên U = L. dt di Trong các thành phần xoay chiều bậc cao, thì thành phần sóng bậc k=1 có mức độ lớn nhất gần đúng ta có: U~ = U1m.Sin(6θ +ϕ) nên I = ∫ dtUL ~ 1 = )6( ...2. 1 1 ϕθπρ +CosLf U m = Im.Cos(6θ+ϕ1) Vậy Im = Lf U m ...2.6 1 π ≤0,1 Iưđm Suy ra L≥ dm m If U .1,0...2.6 1 π ρ = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp . Trong đó U1m = 2. max 22 2 max 61 16 cos αα tgUdo +− U1m = 2. otg 9,80361 136 9,80cos.45,184.34,2 2 0 +− = 146,95 Thay số: L = 41,79.1,0..50.2.6 78,147 π = 0,00986 (H) = 9,8 (mH) Điện cảm mạch phần ứng đã có: Lưc = Lư+ 2.LBA = 6,1 + 2.0,53 = 7,16 (mH) Điện cảm cuộn kháng lọc . Lk = L – Lưc = 9,86 – 7,16 = 2,70 (mH) IV. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc Các thông số ban đầu: Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc Lk= 2,7 (nH) Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng Im = 79,41 (A) Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1 I1m = 10% Iđm= 7,94 (A) Các bước tính toán: 1. Do dòng điện cuộn kháng lớn và điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở của cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng . Zk = Xk = 2.π.f.Lk = 2.π.6.50.2,70.10-3 = 5,09 (Ω) 2. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc . ΔU = Z . 2 1dmI = 5,09. 2 94,7 = 28,58 (V) 3. Công suất của cuộn kháng lọc . S = ΔU. 2 1dmI = 28,58 . 2 94,7 = 160,46 (VA) 4. Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc . Q = kQ . 50.6 46,160 .5= f s = 3,656 (cm2) KQ là hệ số phụ thuộc phương thức là mát, khi làm mát bằng không khí tự nhiên kQ = 5 . Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn: Chọn Q = 4,25 (cm2) b L/ 2 L hH c a / 2 a H×nh 8.20: KÕt c Êu m¹ c h tõ cuén kh¸ ng 5. Với tiết diện trụ Q = 4,25 (cm2) Chọn loại thép ∃330A, tấm thép dày 0,35 mm a= 20 (mm); b= 25 (mm) 6. Chọn mật độ từ cảm trong trụ: BT = 0,8 T 7. Khi có thành phần dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm thì trong cuộn cảm sẽ xuất hiện một sức điện động Fk Fk= 4,44 . w . f’. BT . Q Gần đúng ta có thể viết: Ek = ΔU = 28,58 (V) W= 410.25,4.8,0.50.6.44,4 58,28 .'..44,4 − =Δ QBf U T 63,1 (vòng) Lấy w = 63 vòng 8. Ta có dòng điện chạy qua cuộn kháng: i(t) = Id + i1mCos(6θ + ϕ1) Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng Ik= 2 2 2 2 2 94,7 41,79 2 1 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ mIId =79,61 (A) 9. Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: S1= 75,2 61,79= J Ik = 28,95 (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B, chọn Sk =29,90 mm2 với kích thước dây: ak x bk =3,80 x 8,00 (mm x mm) Tính lại mật độ dòng: j = 66,2 9,29 61,79 == k k S I (A/mm2) 10. Chọn tỷ số lấp đầy: Klđ = cs k Q Sw. = 0,7 11. Diện tích cửa sổ: Qcs= 7,0 9,29.63. = ld k k Sw = 26,91 (cm2) 12. Tính kích thước mạch từ: Qcs = c . h Chọn m = 3= a h Suy ra h = 3 . a = 3 . 20 = 60 (mm) c = 0,6 91,26= h Qcs = 4,5 cm = 45 mm 13. Chiều cao mạch từ: H = h + a = 60 + 20 = 80 (mm) 14. Chiều dài mạch từ: L = 2.c + 2.a = 2.45 + 2.20 = 130 (mm) 15. Chọn khoảng cách từ gông tới cuộn dây: hg = 2 mm 16. Tính số vòng trên một lớp: w1= k g b hh .2− = 7(vòng) 17. Tính số lớp dây quấn: n1 = 9 7 63 1 == w w (lớp) 18. Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quấn với trụ: a01 = 3mm Cách điện giữa các lớp: cd1 = 0,1mm 19. Bề dầy cuộn dây: Bd =(ak + cd1 ).n1 =(3,8+ 0,1).9=35,1(mm) 20. Tổng bề dầy cuộn dây: Bd Σ=Bd +a01 =35,1+3=38,1(mm) 21. Chiều dài của vòng dây trong cùng: l1 = 2(a+b)+2.πa01 = 2(20+25)+2.π.3 = 108,8 (mm) 22. Chiều dài của vòng dây ngoài cùng: l2 = 2(a+b) + 2π.(a01 + Bd ) = 2.(20+25) + 2π(3+35,1)=329,4(mm) 23. Chiều dài trung bình của một vòng dây ltb = (l1 + l2 )/2 =(108,8+329,4)/2 =219,1(mm) 24. Điện trở của dây quấn ở 75o R=ρ75 . ltb w/sk =0,02133.219,1.10-3 .63/29,9 = 0,0098(Ω) với ρ75 =0,02133 (Ω.mm2 /m) Điện trở suất của đồng ở 75o c ta thấy điện trở rất bé nên giả thiết ban đầu bỏ qua điện trở là đúng 25. Thể tích sắt vfe = 2.a.b.h+ 2. a/2.b.l = a.b.(2h+1) = 0,125( dm3 ) 26. Thể tích sắt Mfe = Vfe . mfe = 0,944 (kg) Trong đó mfe là khối lượng riêng của sắt mfe =7,85 (kg/dm3 ) 27. Khối lượng đồng: M cu = V cu . m cu = s k ltb.. w. m cu =3,7 (kg). Trong đó: mcu =8,9 ( kg/dm3 ) 8.9.5 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực 1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ Sơ đồ mạch động lực với đầy đủ bảo vệ mô tả trên hình 8. 21 2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn Khi làm việc với dòng điện có dòng điện chạy qua trên van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất Δp, tổn 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 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 cánh tản nhiệt + Tổn thất công suất trên 1 Tiristo: Δp = ΔU. Ilv =73,4 (w) + Diện tích bề mặt toả nhiệt: Sm =Δp/km .τ Trong đó: Δp - tổn hao công suất (w) τ - độ chênh lệch so với môi trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt =400 c. Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristo Tcp =1250 c. Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv =800 c τ = Tlv - Tmt = 400 c Km hệ số toả nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn Km = 8 [ w/m2 . 0 C ] vậy sm = 0,2294 (m2 ) C 2CC 1CC ¦ 1CC R R 2CC C R B c R 2CC 2CC 1CC Ap R T1 T4 T6 R C T2 a 2CC 3CC DC T3 CD 2CC T5 3CCL C A C C b C Hình 8.21: Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ Chọn loại cánh toả nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh a x b =10 x 10 (cm x cm). Tổng diện tích toả nhiệt của cánh S = 12.2.10.10=2400(cm2 ) 3. Bảo vệ quá dòng điện cho van + Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng mạch khi quá tải và ngắn mạch tiristo, ngắn mạch đầu ra độ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. + Chọn 1 apomat có: Idm = 1,1 Ild = 69,8 ( A ) =70 ( A ) Udm =220 (v ) Có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. Chỉnh định dòng ngắn mạch Inm =2,5 Ild = 137 (A) Dòng quá tải Iqt =1,5 Ild = 82,5 (A) Chọn cầu giao có dòng định mức Iqt = 1,1. 3 . Idl =1,1. 3 . 31,64 =70 (A) Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động + Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristo, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu Nhóm 1cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc I1cc =1,1. I2 = 1,1 . 64,83= 73,31 (A) Nhóm 2 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc =1,1. Ihd = 1,1 . 45,847= 50,43 (A) Nhóm 3 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc =1,1. Id = 1,1 . 79,41= 87,35 (A) vậy chọn cầu nhẩy nhóm: 1cc loại 80 A 2cc loại 50 A 3cc loại 100 A 4. Bảo vệ quá điện áp cho van: Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristo được thực hiện bằng cách mắc R- C song song với Tiristo. 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 Tiristo. Khi có mạch R- C mắc song song với Tiristo tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristo không bị quá điện áp Hình 8.22 .Mạch R_C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch Theo kinh nghiệm R1 = (5 30÷ ) Ω ; C1 = (0,25 4÷ ) μF Chọn tài liệu [4]: R1 = 5,1Ω ; C1= 0,25 μF C2 1CC1CC C2C2 R2 cb R2 R2 a 1CC Hình 8.23 .Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới + Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch R-C như hình 8.35 nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây. Trị số RC được chọn theo tài liệu [4]: R2= 12,5 Ω ;C2 = 4 μF + Để bảo vệ van do cắt đột biến áp non tải, người ta mắc một mạch R – C ở đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha phụ bằng các điôt công suất bé. 1 2 R2 C2 D3 D2 R4 a D1 C3 D6 D4 b c D5 R3 Hình 8.24 Mạch cầu ba pha dùng điôt tải RC bảo vệ do cắt MBA non tải Thông thường giá trị tự chọn trong khoảng 10 20÷ 0 μF Chọn theo tài liệu [4]: R3 = 470 Ω ; C3 = 10 μF Chọn giá trị điện trở R4= 1,4 (KΩ) 8.9.6 Tính toán các thông số của mạch điều khiển Sơ đồ một