• Nenhum resultado encontrado

Do-an-DTCS-han

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Do-an-DTCS-han"

Copied!
56
0
0

Texto

(1)

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIÊP ___*****___

ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

THIẾT KỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU

KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHÔNG ĐẢO CHIỀU

Giáo viên phụ trách :

Đỗ Trọng Tín

Họ và tên :

Nguyễn Ngọc Thăng

Lớp : Tự động hóa 1 – K 47 Nhóm ĐAĐTCS : I

Số hiệu sinh viên : 20022615

(2)

Th¨ng

Hà Nội 7− 2005

MỤC LỤC

MỤC LỤC ... 2

ĐỀ BÀI : ... 4

LỜI NÓI ĐẦU ... 5

CHƯƠNG 1 : ... 6

TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ... 6

I. CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ... 6

1. Phần tĩnh hay stato ... 6

2. Phần quay hay rôto ... 7

II. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG: ... 8

III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ... 9

IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ... 9

1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng ... 9

2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông ... 10

3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp phần ứng ... 10

CHƯƠNG 2 : ... 11

CHỌN PHƯƠNG ÁN ... 11

1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng ... 11

2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng ... 13

3. Mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng ... 14

CHƯƠNG 3 : ... 16 THIẾT KẾ MẠCH LỰC ... 16 I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC ... 16 1. Sơ đồ ... 16 2.Nguyên lý hoạt động ... 17 II .TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ: ... 18

1 . Tính toán chọn máy biến áp: ... 18

2. Tính chọn van ... 25

(3)

Th¨ng

4. Tính toán bảo van mạch lực. ... 29

CHƯƠNG 4 : ... 32

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ... 32

I. CÂÚ TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN ... 32

1. Cấu trúc điều khiển ngang. ... 32

2 .Cấu trúc điều khiển dọc. ... 33

3. Chức năng điều khiển. ... 34

II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. ... 35

1.Nguyên lý hoạt động : ... 37

2.Dạng điện áp mạch điều khiển ... 37

III.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN. ... 39

1. Tính toán khâu đồng pha. ... 39

2. Khâu tạo điện áp răng cưa. ... 40

3. Khâu so sánh. ... 43

... 43

4 . Khâu phát xung chùm. ... 44

5 . Khâu khuếch đại xung và biến áp xung. ... 45

6. Khâu tạo nguồn nuôi. ... 49

... 49

Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ®Ó cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung vµ nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é. ... 49

7. Tính biến áp nguồn nuôi và đồng pha. ... 50

8 .Khâu phản hồi tốc độ. ... 52 CHƯƠNG 5: ... 54 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ... 54 ... 54 KẾT LUẬN ... 55

(4)

Th¨ng

ĐỀ BÀI :

ThiÕt kÕ nguån cÊp ®iÖn cho ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp kh«ng ®¶o chiÒu cã c¸c th«ng sè sau:

U®m ( V ) I®m ( A ) UkÝch tõ ( V ) IkÝch tõ ( A ) Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é 220 140 220 15 20:1 Yªu cÇu : M¹ch ph¶i ®¶m b¶o ®é tr¬n vµ æn ®Þnh tèc ®é ,®ång thêi cã kh©u b¶o vÖ qu¸ t¶i vµ ch«ng mÊt kÝch tõ .

§å ¸n gåm 5 ch¬ng nh sau :

- Ch¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ ®éng c¬ mét chiÒu

- Ch¬ng II : Chän ph¬ng ¸n m¹ch lùc

- Ch¬ng III : TÝnh to¸n m¹ch lùc

- Ch¬ng IV : M¹ch ®iÒu khiÓn

(5)

Th¨ng

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nÒn s¶n suÊt hiÖn ®¹i ,m¸y ®iÖn mét chiÒu ®îc coi lµ mét lo¹i m¸y ®iÖn quan träng . Nã ®îc dïng lµm ®éng c¬ ®iÖn ,m¸y ph¸t ®iÖn hay dïng trong c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¸c .

§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh tèc ®é rÊt tèt ,v× vËy m¸y ®îc dïng nhiÒu trong nh÷ng ngµnh c«ng nghiÖp cã yªu cÇu cao vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é nh c¸n thÐp ,hµm má ,giao th«ng vËn tai …

MÆc dï ®éng c¬ ®iÖn cã nhiÒu øng dông trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp ,nhng lu«n ®i kÌm víi nã lµ nh÷ng yªu cÇu vÒ ®iÖn ¸p ,dßng ®iÖn …ChÝnh v× vËy cÇn mét ph¬ng ph¸p nh»m ®¸p øng ®îc nh÷ng yªu cÇu trªn .

§iÖn tö c«ng suÊt lµ lÜnh vùc kü thuËt hiÖn ®¹i ,nghiªn cøu nh÷ng øng dông c¸c linh kiÖn b¸n dÉn lµm viÖc ë chÕ ®é chuyÓn m¹ch vµo qu¸ trinh biªn ®æi ®iÖn n¨ng . HiÖn nay c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt chiÕm hon 30% trong sè c¸c thiÕt bÞ cña mét xÝ nghiÖp hiÖn ®¹i . Nhê chñ tr¬ng më cöa ngµy cµng cã thªm nhiÒu xÝ nghiÖp míi, d©y truyÒn s¶n xuÊt míi ,®ßi hái c¸n bé kü thuËt vµ kü s ®iÖn nh÷ng kiÕn thøc vÒ ®iÖn tö c«ng suÊt vÒ vi m¹ch vµ vi xö lý . XuÊt ph¸t tõ yªu cÇu thùc tÕ vµ tÇm quan träng cña bé m«n ®iÖn tö c«ng suÊt c¸c thÇy c« trong bé m«n ®iÖn tö c«ng suÊt ®· cho chóng em tõng bíc tiÕp xóc víi viÖc thiÕt kÕ th«ng qua ®å ¸n m«n häc ®iÖn tö c«ng suÊt .

§èi víi nh÷ng sinh viªn n¨m thø 3 ,®©y lµ lÇn ®µu tiªn tiÕp xóc víi thùc tÕ .ChÝnh v× v©y , trong qu¸ tr×nh thc hiÖn ®å ¸n kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt nªn em kÝnh mong th©y c« th«ng c¶m vµ bá qua cho chóng em .

(6)

Th¨ng

Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« trong bé m«n Tù ®éng ho¸ xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp vµ ®¨c biÖt lµ thÇy gi¸o §ç TRäNG TÝN ®© tËn tinh hø¬ng dÉn em hoµn thµnh ®å ¸n nµy .

Sinh viªn

D¬ng §øc Anh

Chương 1 :

TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại 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 điều chỉnh tốc độ rất tốt, có nhiều ưu việt hơn so với 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 được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao vể điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…

I.

CẤU TẠO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Cấu tạo động cơ điện một chiều có thể chia thành hai phần chính là phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto)

1. Phần 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 những lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 mm đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ nhỏ có thẻ

(7)

Th¨ng

dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối 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 quấn mà cấu tạo giống như dây quấn 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 vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong động cơ điện lớn thường dùng thép đúc. Có thể dùng gang làm vỏ máy trong động cơ điện nhỏ.

d. Các bộ phận khác :

- Nắp động cơ : Để bảo vệ động cơ khỏi bị những vật ngoài rơi vào làn hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong động cơ điện nhỏ và vừa, nắp động cơ còn 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 thì dùng vít cố định chặt lại.

2. Phần quay hay rôto

Phần quay gồm có những bộ phận sau:

a. Lõi sắt phần ứng

Lõi sắt phần ứng dùng để đẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. 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 khi ép lại 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 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 nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép chặt trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn hơn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết

(8)

Th¨ng

kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.

b. Dây quấn phần ứng

Dây quấnphần ứng là phần 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 động cơ điện nhỏ (công suất dưới vài kilôoat) thương dùng dây có tiết dện tròn. Trong động cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn đựợc cách điện cẩn thẩn với rãnh của lõi thép.

Để tránh khi quay bị văng ra so sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlit.

c. Cổ góp

Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.

d. Các bộ phận khác :

- Cánh quạt : dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện một chiều thường được chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục động cơ. 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 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. II. CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG: Phương trình đặc tính cơ điện : ω = φ K Uu - φ K R Ru + f Phương trình đặc tính cơ : ω = φ K Uu - (Kφ)2 R Ru + f M Từ phương trình đặc tính trên ta thấy có 3 thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ: - Ảnh hưởng của điện trở phần ứng : Để thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng. Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm.

- Ảnh hưởng của điện áp phần ứng : Khi giảm điện áp thì mômen ngắn mạch giảm, dòng điện ngắn mạch giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với 1 phụ tải nhất định.

- Ảnh hưởng của từ thông : Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng Ikt động

(9)

Th¨ng

III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

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.

Để tiến hành mở máy, đặt mạch kích từ vào nguồn Ukt, dây cuốn kích từ sinh

ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng

cần đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì khi đó Φ = 0, M = 0, động cơ sẽ không quay được, do đó Eư = 0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điện Iư sẽ

rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > Mc) rôto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n.

Do sự xuất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng

chậm hơn.

IV. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Từ biểu thức : ω = φ K Uu - (Kφ)2 R Ru + f M

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. 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

9

ω

Mc

ω

0

Rn(TN)

R

(10)

Th¨ng

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

2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh mômen

điện từ của động cơ M = K.Φ.Iư 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: ik = k b k r r e + + ωk dt dφ

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 là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản. Vì βΦ = u R K )2 ( φ

nên độ cứng đặc tính cơ giảm rất nhanh khi ta giảm từ thông để tăng tốc độ cho động cơ

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.

n

(3)

(2)

(1)

(11)

Th¨ng

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.

Chương 2 :

CHỌN PHƯƠNG ÁN

Nguồn điện một chiều cấp cho động cơ điện một chiều có thể 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 biến 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 được theo yêu cầu của từng loại tải. Do các ưu điểm đó, ta sẽ 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.

1. Mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng

-

Các van dẫn lần lượt theo từng cặp (T1, T2) và (T3, T4).

ω

ω

01

U

dm

(TN)

ω

03

U

1

ω

04

(12)

Th¨ng

--

Góc mở van α, góc dẫn các van λ 0 – α : T1, T2 dẫn

α – α + λ : T3, T4 dẫn, đồng thời T1, T2 khóa lại

Công thức: Udα =

π

2 2 U

2cosα = 0,9U2cosα

Idα = Rd Udα Iv = 2 d I Sba = 1,23Pd Ungmax = 2U2 I2 = 1,11Id * Nhận xét:

(13)

Th¨ng

Chỉnh lưu cầu một pha sử dụng rộng rãi trong thực tế, nhất là với cấp điện áp tải lớn hơn 10V. Dòng tải có thể lên tới 100A. 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 tưng gấp đôi. Do đó nó không phù hợp với tải cần có dòng lớn nhưng điện áp nhỏ.

2. Mạch chỉnh lưu hình tia ba pha điều khiển đối xứng

-

Dòng điện id phẳng do Ld rất lớn.

- Hoạt động của mạch với góc điều khiển α θ : 00 – 30 + α : T 3 dẫn θ : 30 + α – 1500 + α : T 1 dẫn θ : 150 + α – 2700 + α : T 2 dẫn

Các van hoạt động riêng, độc lập

R1

L1

T3

T2

T1

Công thức: Udα = π 2 6 3

U2cosα = 1,17U2cosα

Idα = Rd Udα Iv = 3 d I Sba = 1,35Pd Ungmax = 6U2 I2 = 0,58Id * Nhận xét:

Chỉnh lưu tia 3 pha cần có biến áp nguồn để đưa điểm trung tính ra tải. Công suất máy biến áp này hơn công suât một chiều 1,35 lần, tuy nhiên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp thấp. Vì sử dụng nguồn ba pha nên cho

(14)

Th¨ng

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.

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 UKC,các van nhóm chẵn thay nhau dẫn cho điện áp ở điểm anốt

chung UAC. - Công thức: Udα = Udocosα = π 6 3 U2cosα id = Id = d d R U α Itbv = 3 d I Ungmax = 6U2 Sba = 1,05Pd I2 = 0,816Id * Nhận xét:

Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế vì nó có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép có thể đấu thẳng vào lưới điện ba pha, độ đập mạch nhỏ 5%. Nếu có 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 rất lớn đến hàng trăm kW.

(15)

Th¨ng

Nhược điểm của mạch này là sụt áp trên van gấp đôi sụt áp trên van trong mạch sơ đồ hình tia.

Chọn mạch van:

Theo yêu cầu của đề bài: Uđm = 220V, Iđm = 140A ta có công suất của động cơ là

Pđm = Uđm. Iđm = 220*140 = 30800 W = 30,8 kW

Công suất này khá lớn nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha.

Mặt khác yêu cầu nguồn cung cấp cho động cơ phải điều chỉnh được điện áp, điện áp điều chỉnh phải trơn nên ta chọn van phải là van điều khiển.

Như vậy ta sẽ chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Ta sử dụng lưới điện ba pha có điện áp pha 220V, như vậy điện áp ra của mạch chỉnh lưu là: Udα =

π

6 3 U

2cosα = 2,34.220.cosα = 514,8cosα

Suy ra α = arccos 8 , 514 d U

Theo đề bài: dải điều chỉnh của động cơ là 20:1, điện áp định mức của động cơ là 220V ứng với vận tốc định mức của động cơ. Như vậy điện áp ứng với vận tốc nhỏ nhất điều chỉnh được của động cơ là 220:20 = 11V.

Với Ud = 220V thì αmin = arccos

8 , 514 d U = arccos514220,8 = 64,70

Với Ud = 11V thì αmax = arccos

8 , 514 d U = arccos51411,8 = 88,80

(αmin - αmax ) nằm trong khoảng điều chỉnh được của góc mở α(khoảng nhỏ hơn

1500). Như vậy ta có thể sử dụng mạch chỉnh lưu này đấu trực tiếp vào lưới điện,

không cần thông qua biến áp.Nhng do gãc ®iÒu khiÓn αmin qu¸ lín nªn

cÇn dïng mét biÕn ¸p nh»m t¨ng dµi ®iÒu chØnh .

Kết luận:

Qua xem xét và tính toán ở trên, ta chọn mạch lực là mạch chỉnh lưu cầu ba

(16)

Th¨ng

Chương 3 :

THIẾT KẾ MẠCH LỰC

I .SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Sơ đồ

(17)

Th¨ng

BA AT K K K

A

V

RI

§

KT L A B C

FT

R R R R R R R R R C C C C C C C C C T4 T3 T5 T2 T6 T1 K RI K 0 220V ~ ~ 2.Nguyên lý hoạt động

§iÖn ¸p líi sau khi qua At«m¸t vµ R¬le ®îc ®a tíi biÕn ¸p lùc .BiÕn ¸p lùc cã nhiÖm vô thay ®æi ®iÖn ¸p ®Õn gi¸ trÞ mong ®îi ,tõ ®©y ®iÖn ¸p ®îc cung cÊp cho hÖ th«ng chØnh lu Thyristo

(18)

Th¨ng

cÇu 3 pha ®èi xøng . Sau ®ã cung cÊp ®éng c¬ lµm viÖc víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p nµy .§éng c¬ ho¹t ®éng ®¬c lµ do mét hÖ thèng kÝch tõ ®éc lËp . Kh©u ph¸t tèc dung ®Ó diÒu chØnh diÑn ¸p lµm viÖc cña ®éng c¬ .

II .TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ:

Th«ng qua ph¬ng ¸n lùa chän chØnh lu cÇu 3 pha ë ch¬ng 2 cïng víi s¬ ®å m¹ch lùc ®· tr×nh bµy ë trªn ta thÊy cÇn tÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ sao cho thËt phï hîp . C¸c thiÕt bÞ chÝnh cÇn tÝnh to¸n ë ®©y bao gåm : M¸y biÕn ¸p ,van ,thiÕt bÞ b¶o vÖ ,cuén c¶m .

1 . Tính toán chọn máy biến áp:

C¸c ®¹i lîng cÇn thiÕt cho tÝnh to¸n mét m¸y biÕn ¸p chØnh lu cÇu 3 pha a. §iÖn ¸p chØnh lu kh«ng t¶i

Ud0 = Ud +∆Uba +∆Uv +∆Uck

Trong ®ã : Ud0 : §iÖn ¸p chØnh lu kh«ng t¶i Ud : §iÖn ¸p chØnh lu . ∆Uba : Sôt ¸p trªn biÕn ¸p . ∆Uv : Sôt ¸p trªn van . ∆Uck : Sôt ¸p trªn cuén kh¸ng

Do theo yªu cÇu cña ®Ò bµi ,®èi víi s¬ ®å cÇu 3 pha ta cã c¸c th«ng sè sau :

ku =2.34 ; ks =1.05 ; kγ =3/π ; m = 3 ;

Theo c¸c gi¸ trÞ sôt ¸p trªn van ta tÝnh ®îc nh sau : Ud0 =

(

)

1 1 a b U U U U Ud ba v ck ∆ + + − ∆ + ∆ + ∆ + (1) Trong ®ã :

∆Uba =11 (V) ; ∆Uv = 1.15 (V) ; ∆Uck =11 (V) ; ∆U1

=0.05 a = * 0.0399 * * 2 x = s u e k k k m γ b = * 0.0209 * 2 2 Î = s u e k k m Thay vµo c«ng thøc 1 ta cã :

(19)

Th¨ng

Ud0 =

(

)

274.74 275

( )

V 05 . 0 0209 . 0 0399 . 0 1 11 11 15 . 1 * 2 220 = + + − + + +

b . X¸c ®Þnh c«ng suÊt tèi ®a cña t¶i :

Pdmax = Ud0*Id =275*140 =38500 (W) =38.5(kW)

c . C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p nguån ®îc tÝnh

Sba =ks * Pdmax =1.05*38500 =40.425(VA) ≈ 40(kVA) d . §iÖn ¸p ®Þnh møc phÝa thø cÊp : U2®m =

(

)

(

1 0.05

)

*2.34 124( ) 275 * 1 1 0 V k U U u d = − = ∆ − HÖ sè m¸y biÕn ¸p : kba = 124 1.78 220 2 1 = = dm dm U U e . TÝnh to¸n s¬ bé m¹ch tõ :

TiÕt diÖn trô QFe cña lâi thÐp biÕn ¸p ®îc tÝnh tõ c«ng thøc :

QFe =kQ f m Sba * Trong ®ã : kQ : HÖ sè phô thuéc lµm m¸t . Chän kQ = 5

Theo thùc nghiÖm s¶n suÊt th«ng thêng : QFe =5* 81.64 84( ) 50 * 3 2 cm Sba = §êng kÝnh trô

:

) ( 20 , 10 64 . 84 . 4 . 4 cm Q d= Fe = = π π

ChuÈn ho¸ ®êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 10(cm) Chän lo¹i thÐp E330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm

f. TÝnh to¸n d©y quÊn m¸y biÕn ¸p .

* / TÝnh to¸n ®iÖn ¸p cña c¸c cuén d©y . - §iÖn ¸p cuén d©y thø cÊp :

U2 = = U D k U 0

( )

V 52 . 117 34 . 2 275 =

- §iÖn ¸p cuén d©y s¬ cÊp U1 b»ng ®iÖn ¸p nguån cÊp .

*/ Tinh dßng ®iÖn trong c¸c cuén d©y . Ta cã : ) ( 75 . 183 220 38500 * 05 . 1 * 1 max 1 1 A U P k I = s = =

(20)

Th¨ng

I2 = 117.52 343.98( ) 38500 * 05 . 1 2 2 A U S ba = =

* / TÝnh vßng d©y cña mçi cuén d©y ; Ta cã :

Sè V«n/vßng = 4.44*B*Q*f*10-4

B = 1.5 (T); Q=84(cm2); f = 50(Hz)

Thay sè :

Sè vßng d©y cña cuén mét :

Sè V«n/vßng = 4.44*1.5*84*50*10-4 =1.8648

W1 = ( Sè V«n/vßng)*U1 = 1.8648*220 = 410(vßng)

W2 =(Sè V«n/ vßng)*U2 = 1.8648*124 = 232 (vßng)

* / TÝnh to¸n tiÕt diÖn d©y quÊn .

SCu =

J I

Trong ®ã :

I : Cêng ®ä ßng ®iÖn trong c¸c cuén d©y J : MËt ®é dßng ®iÖn trong c¸c cu«n d©y

Chän J = 2.75 ( A/mm2 ) Thay sè : SCu1 = 66( ) 75 . 2 75 . 183 = mm2 D 1 = 4*S1 ≈9

( )

mm Π Chän SCu2 = Scu1 = 66(mm2) ⇒ D2 = D1 = 9(mm) g . TÝnh to¸n kÝch thíc m¹ch tõ .

Do theo yªu cÇu cña ®Çu bµi , ë ®©y c«ng suÊt lín nªn ph¶i dïng trô cã nhiÒu bËc .

Chän l¸ thÐp cã ®é dµy : 0.5(mm) DiÖn tÝch cña sæ cÇn thiÕt :

QCS = QCS1 +QCS2 Víi : QCS1 = kl®*W1*SCu1 ; QCS1 = kl®*W2*SCu2 Trong ®ã : QCS1, QCS2 : PhÇn do cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp chiÕm chç W1 ,W2 : Sè vßng d©y s¬ cÊp vµ thø cÊp kl® : HÖ sè lÊp ®Çy , chän kl® = 2.5 Thay sè : QCS = 2.5*410*66 + 2.5*232*66 =105930 (mm2) =106 (cm2)

(21)

Th¨ng

h .TÝnh kÝch thø¬c cöa sæ :

Khi ®· cã diÖn tÝch cöa sæ QCS cÇn chän c¸c kÝch thíc c¬ b¶n

lµ chiÒu cao h vµ chiÒu réng ccña cöa sæ m¹ch tõ .Tuú theo thiÕt kÕ mµ chän gi¸ trÞ c¬ b¶n c vµ h . Thong thßng chän theo hÖ sè phô nh sau : m = a h = 2.5 ; n = a c = 0.5 ; l = a b = 1 ÷1.5 TÝnh to¸n ta ®îc : a = 10 (cm) ; b = 12(cm) ; c = 6(cm) ; h = 25(cm)

ChiÒu réng toµn bé m¹ch tõ lµ : C = 2*c +3*a = 42 (cm) ChiÒu cao toµn bé m¹ch tõ la : H = h + 2*a = 45 (cm)

i . TÝnh kÕt cÊu d©y quÊn .

D©y quÊn ®îc bè trÝ theo däc trô , mçi quËn d©y quÊn thµnh nhiÒu líp . Mçi líp ®îc quÊn liªn tôc, c¸c vßng d©y s¸t nhau, C¸c líp d©y c¸ch nhau b»ng mét b×a c¸ch ®iÖn.

- Sè vßng d©y trªn mçi líp: + KÕt cÊu d©y quÊn s¬ cÊp : Khi d©y quÊn tiÕt ch÷ nhËt :

(22)

Th¨ng

W1L= e n g k b h h 2− = *0.95 48.51 49( ) 47 . 0 5 . 0 * 2 25 vong ≈ = − Trong ®ã:

h : chiÒu cao cöa sæ.

bn : bÒ réng d©y quÊn kÓ c¶ c¸ch ®iÖn.

hg : kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn víi g«ng: hg = 5(mm)

ke : hÖ sè Ðp chÆt ke = 0.95

Sè líp d©y trong cöa sæ ®îc tÝnh b»ng tû sè sè vßng d©y W cña cuén W1 hoÆc W2 cÇn tÝnh trªn sè vßng d©y trªn mét líp.

W1d = l W W 1 1 = 8,45( ) 49 410 lop = ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp :

− TÝnh chiÒu dµi cña c¸c cuén d©y ®ång

Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy : S01=0,1 (cm)

Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén s¬ cÊp a01= 1,0(cm)

§êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn

Dt = dfe + 2 . a01 – 2 .S 01 = 10 + 2.1 - 2.0,1 = 11,8(cm)

§êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp

Dt1 = Dt + 2 . S01 = 11,8 + 2 . 0,1 = 12(cm)

Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén s¬ cÊp cd11 = 0,1(mm)

BÒ dµy cuén s¬ cÊp

Bd1 = (a1 + cd11) . n11 = (1,45+0,1).6,1 = 8,9(mm) = 0,89(cm)

§êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp

Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2.0,89 = 13,78(cm)

§êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp :

Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (12 + 13,78 )/2 = 12,89 (cm)

ChiÒu dµi d©y cuén s¬ cÊp :

l1 = W1 . π . Dtb = 410. π. 12,89 = 16603,0 (cm) = 166,03 (m)

Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp : cd01 = 1,0(cm)

+ KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp

) ( 24 , 24 95 , 0 47 , 0 . 49 . 1 11 1 cm k b w h e = = =

(23)

Th¨ng

Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp

h1 = h2 = 25 (cm) TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn 1 líp

:

58 95 , 0 . 41 , 0 25 . 2 2 12 = ke = ≈ b h w

(vßng)

TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn trªn cuén thø cÊp : 4 58 232 12 2 12 = = = w w n

(líp)

(Chän sè líp d©y cuèn n12 = 4 líp ,).

ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp :

67

,

14

95

,

0

41

,

0

.

34

k

b

.

w

h

e 2 12 2

=

=

=

(cm)

Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén thø cÊp lµ: a12= 1,0 (cm)

§êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp :

Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 13,78 + 2.1,0 = 15.78 (cm)

⇒ rt2 = Dt2/2 =7,89 (cm)

Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp cd22 = 0,1(mm)

BÒ dÇy cuén thø cÊp :

Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,145 + 0,01) . 4 = 0,62 (cm)

§êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp:

Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 15,78+ 2 . 0,62 = 17,02(cm)

§êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp :

Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (15,78 + 17,02) / 2 = 16,4(cm)

ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp :

l2 = π . w2 . Dtb2 = π. 232.14,76 = 11953,13(cm)

⇒l2 ≈ 119,53 (m)

§êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y:

D12 = ( Dt1 + Dn2 ) / 2 = (12 + 17,02 )/2 = 14,51(cm) ⇒ r12 = D12/2 =6,43 (cm) j) Khèi lîng s¾t: Khèi lîng s¾t b»ng tÝch thÓ tÝch s¾t trô vµ g«ng nh©n víi träng lîng cña s¾t. MFe = VFe . mFe VFe : thÓ tÝch khèi s¾t.

(24)

Th¨ng

VFe = QFe .( 3h+ 2c) = 0.84* (3*2,5 +2*5) = 14,7 (dm3) mFe = 7,85. QFe(3h+ 2c) = 115,395 (kg) l) Khèi lîng ®ång: Khèi lîng ®ång ®îc tÝnh t¬ng tù khèi lîng s¾t. MCu = VCu . mCu Trong ®ã: VCu : thÓ tÝch khèi ®ång. VCu = SCu . l

SCu : tiÕt diÖn d©y ®ång.

l : chiÒu dµi d©y ®ång. mCu = 8,9 Kg/dm3. Thay sè : MCu = 8,9. SCu . l = 16.7(kg) m) Tæng sôt ¸p bªn trong biÕn ¸p * §iÖn ¸p r¬i trªn trë: ∆Ur = [R2 + 2 1 2 1     W W R ] Id Trong ®ã:

R1, R2: ®iÖn trë thuËn cña c¸c cuén d©y

R1 = ρCu s l1 = 0.0000172* 66 166030 =0.043 (Ω) R2 = ρCu s l2 = 0.000072* 66 119530 =0.031 (Ω) Víi ρCu = 0,0000172 Ωmm. Id : dßng t¶i mét chiÒu. * §iÖn ¸p ra trªn quËn kh¸ng: ∆Ux = ΠmfΧnΙd 1 Trong ®ã: 2 1 2 7 2 2 .10 3 . 8 −     + +       Π = Χ cd Bd Bd ω h R W bk n mf: sè pha biÕn ¸p. W2 : sè vßng d©y thø cÊp biÕn ¸p. Rbk: b¸n kÝnh d©y thø cÊp. l : chiÒu cao l¸ thÐp.

(25)

Th¨ng

h : ChiÒu cao cöa sæ lâi thÐp

cd : bÒ dµy c¸ch ®iÖn cña c¸c cuén d©y víi nhau . Chän cd = 2 (mm)

Qua tÝnh to¸n:

Xn = 0.00597 (Ω) ∆Ux = 0.800(V)

§iÖn kh¸ng MBA quy ®æi vÒ thø cÊp:

) ( 014 , 19 314 00597 , 0 H w X L ba ba = = = µ h) §iÖn trë ng¾n m¹ch Rnm = R2 + 2 1 2     W W * R1 Rnm = 0. 014 o) Tæng trë ng¾n m¹ch Z nm = rnm2 +xnm2 = 0.0142 +0.005972 =0.015(Ω) p) TÝnh ®iÖn ¸p phÇn tr¨m ng¾n m¹ch Unm% = 100. m nm m U Z   Ι 2 = 1.79 (%) q) Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch: Inm = nm m Z U2 = 7800( ) 015 . 0 117 A =

NhËn xÐt: kÕt qu¶ tÝnh ®îc ë trªn chØ hoµn toµn cã ý nghÜa vÒ lý thuyÕt cßn thùc tÕ khi l¾p biÕn ¸p cÇn quan t©m ®Õn rÊt nhiÒu vÊn ®Ò kh¸c nh: lµn m¸t, c¸ch ®iÖn…

2. Tính chọn van

C¸c van trong m¹ch chØnh lu c«ng suÊt lµm viÖc víi dßng ®iÖn lín, ®iÖn ¸p cao, c«ng suÊt ph¸t nhiÖt trªn nã kh¸ m¹nh v× vËy c«ng viÖc chän van ph¶i hîp lý míi ®¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng tin cËy.

Khi chän van cÇn quan t©m tíi 2 chØ tiªu: chØ tiªu dßng ®iÖn vµ chØ tiªu ®iÖn ¸p.

*) TÝnh chän van theo chØ tiªu dßng ®iÖn: Theo yªu cÇu cña ®Ò bµi:

I = 140(A), tra b¶ng 1.1 ta cã: Itby=

3

d

Ι = 46,67(A)

(26)

Th¨ng

lµm viÖc ë chÕ ®é qu¸ t¶i nªn ta chän hÖ sè dù tr÷ klv = 2.

ë ®©y ta sö dông chÐ ®é lµm m¸t tù nhiªn, dßng ®iÖn cho phÐp chØ b»ng 25% dßng ®Þnh møc.

Nh vËy dßng trung b×nh qua van:

Iv = 46,67.1,5:25%= 280(A)

*) TÝnh chän van theo chØ tiªu ®iÖn ¸p - §é dao ®éng cña ®iÖn ¸p: ±10%

- TrÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p nguån U2 lín nhÊt:

U2max = U2+ 10%U2 = 123,59 + 12,359

U2max = 135,949 (v)

Tra theo b¶ng ta cã:

U2ngmax = 6U2max = 333,00(v)

Chän hÖ sè dù tr÷ vÒ ¸p cho van b»ng 1,7 th× ®iÖn ¸p qua van:

U2v = 1,7U2ngmax = 1,7 . 333 = 566,11(v)

Tra theo sæ tay ®iÖn tö c«ng suÊt ta chän van Thyristo T14-320-6 3. Tính toán bộ lọc. V× hÖ sè ®Ëp m¹ch c hØnh lu cÇu 3 pha lµ: K®mv = 0,057 nªn m¹ch läc cã hÖ sè san b»ng: Ksb = 9,5 006 , 0 057 , 0 = = dmr dmv k k Ta cã ®iÖn trë t¬ng ®¬ng: R = = =1,57

( )

Ω 140 220 d d I U Do R1 kh«ng lín , Ksb kh«ng lín nªn bé läc ®îc chän lµ ®iÖn c¶m L = 9,5 1 7,87 50 2 . 6 57 , 1 1 . 2 2 2 1 = − Π = −  sb m d k w m R (mH) *) TÝnh kÝch thíc lâi thÐp: - KÝch thíc c¬ së: a = 2,6 4 2 d LI Chän a = 10 (cm) b = 1,2a = 12 (cm) c = 0,8a = 8(cm) h= 3a = 30(cm)

(27)

Th¨ng

- TiÕt diÖn lâi thÐp:

Sth = ab = 10.12 = 120 (cm2) - DiÖn tÝch cña sæ : ςcs= h.c = 30.8 = 240 (cm2) - §é dµi trung b×nh ®êng søc: lth = 2 (a+b+c) = 2(12+8+10) = 60(cm)

- §é dµi trung b×nh d©y quÊn:

ldq= 2(a+b) + πc = 2(10+12) + π8 =

69,13(cm)

- ThÓ tÝch lâi thÐp:

Vth = 2ab (a+h+c) = 11520 (cm3)

*) TÝnh ®iÖn trë cña d©y quÊn ë t0 = 200C ®¶m b¶o ®é sôt ¸p

cho phÐp: ∆U = 7,5%U®m = 16,5( ) 100 220 5 , 7 v x = Tmt = 400C ; ∆T = 500C Theo tÝnh to¸n: r20 =

(

)

)] 20 90 ( 10 . 26 , 4 1 [ 140 5 , 16 20 10 . 26 , 4 1 / 3 3 + = + + ∆ − − T T I U mt d r20 = 0,091(Ω)

*) Sè vßng d©y cña cuén c¶m

W = 414 232( ) 13 , 69 240 . 091 , 0 414 . 20 V l s r dq cs = = *) TÝnh mËt ®é tõ trêng H = 54133( / ) 60 140 . 232 * 100 . * 100 A m l I W th d = = *) TÝnh cêng ®é tõ c¶m β = 0,0267( ) 120 . 6 . 50 . 232 . 44 , 4 10 . 5 , 16 . . 44 , 4 10 . 4 4 T s f W U th m = = ∆  *) TÝnh hÖ sè tõ thÈm: Theo thùc nghiÖm ta cã: µ = 542. 6 4 75 , 0 10 . 272 . 0 10 . 1000 − − − =       H TrÞ sè ®iÖn c¶m nhËn ®îc Ltt = 0,0293( ) 60 . 100 120 . 232 . 10 . 272 , 0 . 100 . . 2 4 2 H l s W th th == µ

(28)

Th¨ng

*) TiÕt diÖn d©y quÊn

s = 0,072. 360,74( ) 091 , 0 240 . 13 , 69 . 20 mm r s ldq cs = =

§êng kÝnh cña d©y quÊn

d = 1,13 s = 6,27(mm)

Chän d©y cã d= 6(mm) *) X¸c ®Þnh khe hë tèi u:

lkk = 1.6.10-3. W .I = 1,6.10-3.232.22,0 = 51,968(m)

V× trªn ®êng ®i m¹ch tõ cã hai ®o¹n khe hë nªn miÕng ®Öm c¬ ®o chiÒu dÇy b¨ng 1/2lkk.

l®Öm = 0,5.lkk = 26(mm)

*) KÝch thíc cuén d©y

Chän d©y quÊn dÇy 0,5mm, ®é cao sö dông d©y quÊn. hssd = h - 2∆C = 30-2.05 = 29 (cm) - Sè vßng d©y trong 1 líp: W' = 48,3 6 , 0 29 = = d sd h h VËy 1 líp quÊn 48 vßng. - TÝnh sè líp d©y: n = 4,83 48 232 ' = = W W VËy cÇn quÊn 5 líp.

- §é dµy cña c¶ cuén d©y ∆cd = n(d + ∆cd)

Trong ®ã: ∆cd = 1(mm)

∆cd = 5(0,6 + 0,1) = 3,5(cm)

§é dµy cña quËn d©y ∆cd b»ng mét nöa kÝch thíc cöa sè c =

8(cm) nªn d©y lät vµo trong cöa sæ. *) KiÓm tra chªnh lÖch nhiÖt ®é:

PCu = 2172( ) 20 . 10 . 26 , 4 1 140 . 8 , 16 . 02 , 1 ) 20 .( 10 . 26 , 4 1 . . 02 , 1 3 3 T W I U mt d = + = − + ∆ − − SCu = 2hsd (a+b+π∆cd) + 1,4. ∆cd ( π∆cd + 2a) SCu = 3065,6 (cm2) HÖ sè ph¸t nhiÖt: α = 1,03. 10-3 Ccm W hsd 0,008 . 5 0 6 = §é chªnh lÖch nhiÖt ®é: 56 . 88 6 , 3065 . 008 , 0 2172 . = = Ρ = ∆Τ Cu Cu S α

(29)

Th¨ng

∆Ttt < ∆T cho phÐp ⇒ Tho¶ m·n

4. Tính toán bảo van mạch lực.

Trong bé chØnh lu phÇn tö kÐm kh¶ n¨ng chÞu ®îc c¸c biÕn ®éng m¹nh cña biÕn ¸p vµ cña dßng ®iÖn chÝnh lµ c¸c van b¸n dÉn.

*) B¶o vÖ vÒ qu¸ dßng

Thùc tÕ do yªu cÇu cña ®Ò bµi mµ b¾t buéc ta ph¶i dïng ®Õn biÕn ¸p. V× vËy thùc chÊt trong m¹ch ®· cã b¶o vÖ qu¸ dßng nªn chØ cÇn l¾p atomat ®Çu m¹ch biÕn ¸p.

*) B¶o vÖ qu¸ ¸p do phÝa nguån xoay chiÒu g©y ra, ë ®©y ta dïng m¹ch RC ®Ó chèng qu¸ ¸p nguån kiÓu riªng rÏ tõng pha.

+) TÝnh hÖ sè biÕn ¸p cña van k =

tt cp U U

+) TÝnh n¨ng lîng tõ trêng tÝch luü trong biÕn ¸p: W = 0,5. Lµ. I2µmax = ω µ . . 2 2 . 2 max I I sba Trong ®ã:

Lµ : ®iÖn c¶m tõ ho¸ biÕn ¸p

I2

µmax:biªn ®é dßng tõ ho¸

Sba : c«ng suÊt biÕn ¸p I2 : dßng ®iÖn thø cÊp biÕn ¸p +) TÝnh gi¸ trÞ nhá nhÊt Cmin = * 2 2 max 2 C U W

+) Ph¹m vi ®iÒu chØnh gi¸ trÞ ®iÖn trë pha

α µ α µ max max 2 min max max 2 . . 0 R I U R R U U m ≤ ≤

Th«ng thêng qua tÝnh to¸n vµ kinh nghiÖm ngêi ta thêng chän R = 80(Ω) C = 0,25(µF)

*) B¶o vÖ c¸c sung ¸p trªn van

BiÖn ph¸p b¶o vÖ th«ng dông nhÊt hiÖn nay lµ dïng m¹ch RC m¾c song song víi van vµ cµng gÇn van cµng tèt ®Ó x©y dùng d©y ng¾n tèi ®a. Thùc chÊt chØ cÇn tô C song v× van sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn phãng cña tô qua van lµm nãng thªm cho van nªn cÇn dïng mét ®iÖn trë R nh»m h¹n chÕ dßng nµy trong ph¹m vi

(30)

Th¨ng

10 ÷50A. Tuy nhiªn cã thÓ dïng ph¬ng ph¸p ®å thÞ tÝnh gÇn ®óng. +) TÝnh hÖ sè qu¸ ¸p trªn van

: K = ntt ngcp U U Trong ®ã :

Ungcp: ®iÖn ¸p ngîc lín nhÊt thêng xuyªn ®Æt lªn van

Untt : ®iÖn ¸p ngîc thùc tÕ lín nhÊt

- Tra b¶ng vµ ®å thÞ: X¸c ®Þnh C*, R*, R*

max theo k

+) TÝnh tèi ®a gi¶m dßng lín nhÊt khi van kho¸ - (max) 2 .fY.Iymax dt di π = Trong ®ã:

fy: tÇn sè chuyÓn m¹ch cña van

Iymax: gi¸ trÞ dßng ®iÖn lín nhÊt qua van tríc khi kho¸.

+) TÝnh c¸c trÞ sè: Cmin = * min . 2 C U Q ngtt Rmin Q L Ung 2 ' . ≤ R'≤ Q L U R ng 2 ' * max

+) KiÓm tra tèc ®é t¨ng ¸p thuËn qua van du/dt Rf U dt du . 2 max = víi Rf ®iÖn trë t¶i

NÕu gi¸ trÞ nµy vît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp cña van th× l¹i tÝnh l¹i nh ®Çu.

+) TÝnh c«ng suÊt ®iÖn trë

Theo thùc nghiÖm ®îc tÝnh gÇn ®óng: PR = fy. C. U2ymax

Trªn ®©y lµ toµn bé c«ng viÖc tÝnh to¸n cña m¹ch ®éng lùc. HÇu nh ®îc dùa trªn kinh nghiÖm thùc tÕ cña c¸c thÇy c« gi¸o. V× vËy cã mét sè kÕt qu¶ thùc tÕ ®îc c«ng nhËn.

(31)
(32)

Th¨ng

Chương 4 :

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Sau khi thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n m¹ch lùc ta nhËn thÊy cÇn cã mét hÖ thèng ®óng ®Ó ®iÒu khiÓn m¹ch lùc nãi trªn. M¹ch ®iÒu khiÓn nµy ph¶i ®¸p øng ®îc nhu cÇu cÇnthùc hiÖn cña m¹ch ®iÒu khiÓn.

Cã hai hÖ ®iÒu khiÓn c¬ b¶n lµ hÖ ®ång bé vµ hÖ kh«ng ®ång bé

- HÖ ®ång bé: Trong hÖ nµy gãc ®iÒu khiÓn më, van α

lu«n ®îc x¸c ®Þnh xuÊt ph¸t tõ mét thêi ®iÓm cè ®Þnh cña ®iÖn ¸p m¹ch lùc. V× vËy trong m¹ch ®iÒu khiÓn ph¶i cã mét kh©u thùc hiÖn nhiÖm vô nµy gäi lµ kh©u ®ång bé ®Ó ®¶m b¶o m¹ch ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng theo nhÞp cña ®iÖn ¸p lùc.

- HÖ kh«ng ®ång bé: Trong hÖ nµy α kh«ng x¸c ®Þnh theo ®iÖn ¸p lùc mµ ®îc tÝnh dùa vµo tr¹ng th¸i cña t¶i chØnh lu vµ gãc ®iÒu khiÓn cña lÇn ph¸t xung më van ngay tríc ®ã. Do ®ã m¹ch ®iÒu khiÓn lo¹i nµy kh«ng cÇn kh©u ®iÒu khiÓn ®ång bé. Tuy nhiªn ®Ó bé chØnh lu ho¹t ®éng b×nh thêng b¾t buéc ph¶i thùc hiÖn ®iÒu khiÓn theo m¹ch vßng kÝn.

HiÖn nay ®¹i ®a sè c¸c m¹ch chØnh lu ®iÒu khiÓn thùc hiÖn theo s¬ ®å ®ång bé v× kh©u ®ång bé cã u ®iÓm ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ dÔ thùc hiÖn.

I. CÂÚ TRÚC MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1. Cấu trúc điều khiển ngang.

a. S¬ ®å

1 2 3

4

§B

U

®k

DF

TX

K§X

(33)

Th¨ng

5

Trong ®ã: 1 - Kh©u ®ång bé 2 - Kh©u dÞch pha 3 - Kh©u t¹o xung

4 - Kh©u khuyÕch ®¹i xung 5 - Kh©u t¹o U®k

a. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn ngang.

Kh©u ®ång bé thêng t¹o ra ®iÖn ¸p h×nh sin cã gãc lÖch pha cè ®Þnh so víi ®iÖn ¸p lùc. Kh©u dÞch pha cã nhiÖm vô thay ®æi gãc pha cña ®iÖn ¸p theo t¸c ®éng cña ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn. Xung ®iÒu khiÓn ®îc t¹o ra ë kh©u t¹o xung (TX) vµo thêi ®iÓm khi ®iÖn ¸p dÞch pha UDF qua ®iÓm O. Xung nµy nhê kh©u

khuyÕch ®¹i xung K§X ®îc t¨ng ®ñ c«ng suÊt göi tíi cùc ®iÒu khiÓn cña van. Nh vËy gãc α hay thêi ®iÓm ph¸t xung më van thay ®æi ®îc nhê sù t¸c ®éng cña U®k lµm ®iÖn ¸p UDF di chuyÓn

theo chiÒu ngang cña trôc thêi gian.

2 .Cấu trúc điều khiển dọc.

a. S¬ ®å cÊu tróc

1 2 3

4

5

Trong ®ã: 1 - Kh©u ®ång bé 2 - Kh©u t¹o Utùa

3 - Kh©u t¹o xung vµ so s¸nh 4 - Kh©u khuyÕch ®¹i xung 5 - Kh©u t¹o U®k

b. Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn

U®ãng kh©u ®ång bé thêng t¹o ra ®iÖn ¸p h×nh sin cã gãc

§B

U

®k

(34)

Th¨ng

lÖch pha cè ®Þnh so víi ®iÖn ¸p lùc. Kh©u t¹o UT t¹o ra ®iÖn ¸p

tùa cã d¹ng cè ®Þnh theo chu kú do nhÞp ®ång bé cña U§B . Kh©u

so s¸nh x¸c ®Þnh ®iÓm c©n b»ng cña hai ®iÖn ¸p UT vµ U§K ®Ó

ph¸t ®éng kh©u t¹o xung TX. Nh vËy trong nguyªn t¾c nµy thêi ®iÓm ph¸t xung më van hay gãc ®iÒu khiÓn thay ®æi do sù thay ®æi trÞ sè cña U§K . Theo ®å thÞ ®ã lµ sù di chuyÓn däc trôc biªn

®é.

3. Chức năng điều khiển.

- Ph¸t xung ®iÒu khiÓn ®Õn c¸c van lùc theo ®óng pha vµ gãc ®iÒu khiÓn α cÇn thiÕt.

- §¶m b¶o ph¹m vi ®iÒu chØnh gãc αmax + αmin t¬ng øng víi

®iÖn ¸p ra cña t¶i m¹ch lùc.

- Cho phÐp bé chØnh lu lµm viÖc b×nh thêng víi c¸c chÕ ®é kh¸c nhau do t¶i yªu cÇu nh chÕ ®é khëi ®éng, chÕ ®é nghÞch l-u, chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc.

- Cã ®é ®èi xøng xung ®iÒu khiÓn tèt, kh«ng vît qu¸ 10 ÷ 30

®iÖn tøc lµ gãc ®iÒu khiÓn víi mäi van kh«ng ®îc lÖch qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp.

- §¶m b¶o m¹ch ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ tin cËy khi líi ®iÖn xoay chiÒu giao ®éng c¶ vÒ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p vµ tÇn sè.

- Cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu c«ng nghiÖp tèt.

- §é t¸c ®éng cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhanh, díi 1ms.

- Thùc hiÖn c¸c yªu cÇu vÒ b¶o vÖ bé chØnh lu tõ h¸ ®iÒu khiÓn nÕu cÇn nªn ng¾t xung ®iÒu khiÓn khi sù cè, th«ng b¸o c¸c hiÖn tîng kh«ng b×nh thêng cña líi ®iÖn vµ b¶n th©n bé chØnh lu.

- §¶m b¶o xung ®iÒu khiÓn ph¸t tíi c¸c van lùc ®Ó më ch¾c ch¾n van, ph¶i tho¶ m·n yªu cÇu:

+ §ñ c«ng suÊt

(35)

Th¨ng

®iÓm quy ®Þnh, thêng tèc ®é t¨ng ¸p ®iÒu khiÓn ph¶i ®¹t 10V/µ

s tèc ®é t¨ng ®iÒu khiÓn.

+ §é réng xung ®iÒu khiÓn ®ñ cho dßng qua van kÞp vît trÞ sè dßng ®iÖn duy tr× Idt cña nã ®Ó khi ng¾t van vÉn gi÷ ®îc

trµng th¸i dÉn.

+ Cã d¹ng phï hîp víi s¬ ®å chØnh lu vµ tÝnh chÊt t¶i.

II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

Trong qu¸ tr×nh t×m hiÓu nguyªn t¾c diÒu khiÓn cña ®«ng c¬ ®iÑn ta ®· x©y dùng ®îc s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nh trang bªn .

(36)
(37)

TÝn hiÖu xoay chiÒu sau khi ®i qua biÕn ¸p nguån ®îc chØnh lu bëi 2 §ièt §1 vµ §2. §iÖn sau chØnh lu so s¸nh víi ®iÖn ¸p

chuÈn U0 ®Ó t¹o tÝn hiÖu ®ång bé trïng víi thêi ®iÓm diÖn ¸p líi

®i qua ®iÓm 0 . Khi tÝn hiÖu ®ång bé ©m tô C ®îc n¹p vµ ngîc lai khi tÝn hiÖu ®ång bé d¬ng tô C phãng . Nh vËy ë ®Çu ra cña IC sÏ cã tÝn hiÖu r¨ng ca .Sau ®ã tÝn hiÖu r¨ng ca ®îc so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (LÊy tõ kh©u ph¶n håi tèc ®é ) b»ng khuÕch ®¹i thuËt to¸n .

Bé OA7 lµ mét ®a hµi ®îi dao ®éng t¹o xung chïm cã tÇn sè cao víi môc ®Ých gi¶m kÝch thø¬c cña m¸y biÕn ¸p xung .TÝn hiÖu cao tÇn trén víi tÝn hiÖu sau khi so s¸nh råi tiÕp tôc ®îc trén víi tÝn hiÖu ph©n phèi nh»m tao ra tÝn hiªu cho tõng Thyristo riªng biÖt .Nh÷ng tÝn hiÖu nµy ®ùoc khuÕch ®¹i vµ th«ng qua biÕn ¸p xung ®a trùc tiÕp lªn cùc ®iÒu khiÓn cña Thyristo .

Do yªu cÇu cña ®Ò bµi lµ dïng s¬ ®å cÇu 3 pha nªn cÇn thiÕt kÕ 3 kªnh t¬ng tù nhau cho c¸c pha A , B , C .

(38)

Th¨ng

u

1

θ

0

θ

0

u

2

θ

0

u

3

u

4

θ

0

u

5

θ

0

u

6

θ

0

u

7

θ

0

u

8

θ

0

u

0

u

®k

θ

0

u

9

(39)

Th¨ng

III.TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN.

1. Tính toán khâu đồng pha.

a. Nguyªn lý ho¹t ®éng u1 θ 0 θ 0 u2 θ 0 u3 u0

§iÖn ¸p xoay chiÒu 220v ®îc ®a qua m¹ch chØnh lu mét pha hai nöa chu kú.

Nöa chu kú ®Çu U2 >0 vµ U2' ⇒ §1 dÉn.

Nöa chu ký sau U2 <0 vµ U2' >0 ⇒ §2 dÉn. Ta ®îc ®iÖnn

¸p UI nh h×nh vÏ. U ®îc ®a vµo cùc thuËn cña

OP1. §iÒu chØnh Rx1 ®Ó ®îc ®iÖn ¸p U0 ®a vµo cöa ®¶o.

NÕu UI <U0 th× UII < 0 vµ b»ng -(E - 2)v

NÕu UI > U0 th× UII > 0 vµ b»ng (E - 2)v §iÖn ¸p ra UII lµ d¹ng xung ch÷ nhËt b. TÝnh to¸n V× f = 50 Hz ⇒ T = Hz 50 1 = 0,02 (s) = 20ms

Do ®ã trong nöa chu kú ta ph¶i t¹o ra ®iÖn ¸p r¨ng ca sao cho :

(40)

Th¨ng

t = tp +tn = 0,01 (s)

tp : thêi gian phãng cña tô ®iÖn

tn : thêi gian n¹p cña tô diÖn

Trong thùc tÕ tÝnh to¸n ®Ó gi¶i ®iÒu kiÖn lín tõ 0

÷ U®m th× hoÆc

tn << tp hoÆc tp<<t.

Trong khu«n khæ cña ®å ¸n ta chän : tn =

0,001 (s) = 1ms

tp = 0,009 (s) = 9

ms

Víi tp = 9 ms ta ph¶i ®iÒu chØnh Rx1 sao cho

U0 = UI ( tp 2 1 ) = 15 Sin (2∏f tp 2 1 ) =15Sin(2π.50.0,5.10−3) v U0 = 2,35 v - Chän R2 = 1kΩ. TA cã U0 = 1 3 1. . x z R R E R + ⇒ Rx1 = = Ω − = − k U U E R 38 , 5 35 , 2 ) 35 , 2 15 .( 1 ) ( 0 0 2

Chän lo¹i biÕn trë cã gi¸ trÞ 10(kΩ) ®Ó ®iÒu chØnh lÊy gi¸ trÞ thÝch hîp

+ Chän D1 vµ D2 lµ lo¹i D- 1001 víi I = 1(a); Ungmax = 200v

2. Khâu tạo điện áp răng cưa.

(41)

Th¨ng

θ

0

u

3

u

4

θ

0

* Khi UII < 0 th× D3 dÉn, ¸p ë cöa ®¶o cña OA2 ©m U- < 0

nªn UIII = k0 ( U+- U-) > 0 ⇒ ®iÖn ¸p ra ë cöa ra cña OA lµ

b·o hoµ d¬ng.

Chän R3 << Rx2 ®Ó bá qua iRx2 trong giai ®o¹n nµy . Dßng

qua tô lµ dßng iR2v× dßng vµo cöa ©m cña OA kh«ng ®¸ng kÓ

§iÖn ¸p ra b»ng ®iÖn ¸p tô C vµ b»ng: UIII = UC = t R C U C dt R U C dt i C bh a C 3 3 . 1 1 1

= =

Nh vËy ®iÖn ¸p trªn tô C t¨ng trëngtuyÕn tÝnh khi ®iÖn ¸p nµy ®¹t tô rß ngìng Dz th× th«ng vµ gi÷ ë ®iÖn ¸p nµy (NÕu

kh«ng cã Dz th× ®iÖn ¸p t¨ng Ubh )

* Khi UII > 0 th× D3 kho¸ ⇒ iR2 = 0 lóc nµy dßng ®i qua tô C

lµ dßng ®i qua Rx2 , dßng ®iÖn nµy ngîc chiÒu víi dßng ®i qua tô

(42)

Th¨ng

UIII = UC = UOA12 - R t R C U dt i C RX2 Dz . x2 1 1 =

b) TÝnh to¸n . Chän tô C = 0,22µF

Chän biªn ®é ®iÖn ¸p r¨ng cöa lµ 9,1v do ®ã chän Dz cã UDz

= 9,1. §Ó tô C phãng ®iÖn vÒ kh«ng ta chän Rx2 theo: UIII = UC = uDz - tp R C E 3 * = 0 ⇒ R3 =C UDz tp E * * Thay sè ta cã : Rx2 = =

( )

Ω − k 43 . 67 1 . 9 * 10 * 22 . 0 10 * 9 * 15 6 3

Chän Rx2 gåm 1 lo¹i biÕn trë 50 (kΩ) vµ mét ®iÖn trë R =

30(kΩ)

Trong thêi gian tn ®iÖn ¸p trªn tô ph¶i vît qu¸ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p æn

¸p, nªn ta cã : Dz n x Dz bh U C t R E R U U     − * 2 3 ⇒ 2 3 * x n Dz Dz bh R E t C U R U U + ≥ − R3≤

( )

Ω = + − = + − − − k R E t C U U U x n Dz D bh 5.52 10 * 43 . 67 15 10 10 * 22 . 0 * 1 . 9 7 . 0 13 * 3 3 6 2 3 Chän R3 = 4.3(kΩ) vµ OA lo¹i µA 741 µA741 cã c¸c th«ng sè:

§iÖn ¸p nguån nu«i: Vcc = ± 15 (V)

HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cæng vµo ®¶o vµ cæng vµo kh«ng ®¶o: VID = ± 30 (V)

§iÖn ¸p tÝn hiªu ®Çu vµo: VI = ± 15 (V) (biªn ®é cña VI

kh«ng vît qu¸ 15V).

NhiÖt ®é lµm viÖc: T = - 550C ®Õn 1250C

(43)

Th¨ng

:

3. Khâu so sánh. u4

θ

0

θ

0 u®k u5 6 u 0

θ

§iÖn ¸p r¨ng ca U

3

®îc ®a vµo cöa ®¶o cña OA3, cßn ®iÖn

¸p ®iÒu khiÓn U

®k

®îc ®a vµo cöa kh«ng ®¶o. Khi ®ã ®iÖn

¸p ra lµ:

U

4

= K

0

(U

®k

– U

3

).

Do ®ã khi U

®k

> U

3

th× ®iÖn ¸p ra lµ d¬ng b·o hoµ, cßn khi

U

®k

< U

3

th× ®iÖn ¸p ra U

4

lµ d¬ng b·o hoµ.

(44)

Th¨ng

phÇn ®iÖn ¸p d¬ng.

b) TÝnh to¸n:

V× dßng vµo khuÕch ®¹i thuËt to¸n lµ rÊt nhá nªn ta

chän R

8

= 10 k

.

Chän OA3 lµ khuyÕch ®¹i thuËt to¸n

µ

A741.

Chän R

9

= 10 k

4 . Khâu phát xung chùm.

a)

Nguyªn lý ho¹t ®éng :

T¹i thêi ®iÓm mµ ®iÖn ¸p trªn tô UC2 = 0 th× Ur = 0 v× Ur =

p U R R R * 11 12 11+ = un= uC = 0

Ta tiÕn hµnh n¹p cho tô C2 mét ®iÖn ¸p UC2 < 0 . Khi ®ã UP -

UN =UP - UC > 0 ⇒ Ur =Urmax , khi ®ã th× tô ®iÖn C dîc n¹o ®iÖn

theo chiÒu ngîc l¹i so víi chiÒu mµ ta n¹p cho C2 lóc ban ®Çu .Tô C2

u6

θ

0 u7

θ

0

(45)

Th¨ng

®îc n¹p tíi gi¸ trÞ : UC2 = UP = max 11 12 11 * r U R R R + Khi Ur= 0 th× Up = 0 .Do ®ã

C2 phãng ®iÖn qua R10 vÒ ©m nguån cña OA4 vµ ®iÖn ¸p ra cña

OA4 ë møc ©m b·o hoµ . Qu¸ tr×nh n¹y lÆp l¹i lµm ®Çu ra cña OA4 cã xung ®iÖn ¸p d¹ng ch÷ nhËt víi tÇn sè tuú thuéc vµo gi¸ trÞ cña R10 vµ C2 .

b/ TÝnh to¸n :

Chu k× cña xung chïm ®¬c x¸c ®Þnh theo c«ng thøc :

T = R10*C2*ln(1+ 12 11 R R ) Chän T = 10*103 10 2 1 1 = = f Chän C2 =0.01(µF) ⇒ R10 = = − =

( )

Ω − k C T 54 . 4 10 * 01 . 0 * 2 . 2 10 * 2 . 2 6 4 2 Nh vËy chän R10 = R11 = R12= 4.5(kΩ)

5 . Khâu khuếch đại xung và biến áp xung.

1. BiÕn ¸p xung:

(46)

Th¨ng

khiÓn

- Phèi hîp trë kh¸ng gi÷a tÇng khuyÕch ®¹i xung vµ cùc ®iÒu khiÓn van lùc.

Yªu cÇu lín nhÊt ®èi víi biÕn ¸p xung lµ truyÒn xung tõ m¹ch ®iÒu khiÓn lªn cùc ®iÒu khiÓn cña thyistor víi ®é mÐo Ýt nhÊt.

BiÕn ¸p xung lµm viÖc víi tÇn sè cao nªn lâi dÉn tõ trêng cho biÕn ¸p xung lµ lâi ferit d¹ng xuyÕn, h×nh trô hoÆc cã tiÕt diÖn ch÷ E.

Do chÕ ®é lµm viÖc cña biÕn ¸p xung lµ tõ ho¸ mét phÇn nªn ta chän:

§é biÕn thiªn cêng ®é tõ trêng: ∆B = 0.2 (T). §é biÕn thiªn mËt ®é tõ c¶m: ∆H = 30 A/m. KÝch thíc tæng cña biÕn ¸p xung lµ:

H B U t I U k V ba x x ∆ ∆ ∆ = . . . . . 2 2 Trong ®ã: tx lµ ®é réng mét xung, tx = tn = 0.05ms ∆Ux lµ ®é sôt ¸p xung cho phÐp, chän ∆Ux = 0.1 (V). kba = 2 lµ hÖ s« m¸y biÕn ¸p.

U2 lµ ®iÖn ¸p cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p, U2 = U®k = 3.5 (V).

I2 lµ dßng ®iÖn cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p, do tx = tn nªn coi:

I2 = 0.5×I®k = 0.1 (A).

Thay c¸c gi¸ trÞ vµo c«ng thøc trªn, ta cã:

3 6 3 10 58 . 0 30 2 . 0 1 . 0 10 05 . 0 1 . 0 5 . 3 2 m V − = × − × × × × × × =

Tra b¶ng cho trêng hîp tõ ho¸ mét phÇn, chän lo¹i lâi h×nh trô kÝ hiÖu 1811 (®êng kÝnh ngoµi lµ 18 (mm) vµ ®êng kÝnh trong lµ 11(mm) cã tiÕt diÖn lâi t¬ng øng b»ng 0.443(cm2).

Do ®ã, ta cã sè vßng d©y cuén s¬ cÊp: 6 . 86 10 443 . 0 2 . 0 10 05 . 0 15 4 3 1 1 × × = × × = × ∆ × = − ba x S B t U w (vßng).

(47)

Th¨ng

Chän w1 = 88 vßng, suy ra: w2 = 88/2 = 44 (vßng)

` Yªu cÇu lín nhÊt ®èi víi biÕn ¸p xung lµ truyÒn xung tõ m¹ch ®iÒu khiÓn lªn cùc ®iÒu khiÓn cña thyistor víi ®é mÐo Ýt nhÊt.

2. KhuÕch ®¹i xung a. Nguyªn lý lµm viÖc :

- Khi cã xung vµo c¸c bãng T1 , T2 më , ®a xung tíi biÕn ¸p xung

råi t¹o xung më Thyristo .

+ V× biÕn ¸p xung cã tÝnh chÊt vi ph©n nªn ph¶i cã ®iÖn trë R2 ®Ó tiªu t¸m n¨ng lîng tÝch luü cña c¸c cuén d©y trong giai

®o¹n T1 , T2 kho¸ .NÕu kh«ng biªn ®é cña c¸c xung sÏ gi¶m ®i

®¸ng kÓ do ®iÓm lµm viÖc cña lâi biÕn ¸p ®Èy lªn phÝa b·o hoµ . + Do R2 m¾c nèi tiÕp víi cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p xung nªn

lµm gi¶m ®iÖn ¸p ®Æt lªn biÕn ¸p xung , ®Ó gi÷ ®iÖn ¸p ban ®Çu trªn m¸y biÕn ¸p b»ng nguån Ecs ta thªm tô C vµo D1 cã t¸c

dông ng¨n m¹ch biÕn ¸p xung khi T1 kho¸

D2 nh»m chèng qu¸ ¸p g©y háng bãng .

b. TÝnh to¸n :

Theo th«ng sè van T14 − 320 − 6 ®· chän ta cã : I®k = 200(mA)

U®k = 3.5(V)

Tham sè dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p xung :

U1 = k*U®k ; I1 = k

1

*I®k víi k : HÖ sè m¸y biÐn ¸p

Chän k = 2 ta cã : U1 = 2*3.5= 7(V)

I1 = 100(mA)

Nguån c«ng suÊt ph¶i cã trÞ lín h¬n U1 ®Ó bï ®iÖn ¸p trªn

®iÖn trë .V× vËy chän Ecs =15(V)

(48)

Th¨ng

=30(V) , β = 40 §iÖn trë : R2 > CP CS I E =15(Ω) .

C«ng suÊt ®iÖn trë nµy thêng tõ 2 (W) ®Õn 4 (W) do dßng qu¸ lín vµ kh¸ thêng xuyªn lín nhÊt lµ khi gèc ®iÒu khiÓn nhæ nhÊt.

KiÓm tra ®é sôt ¸p trªn ®iÖn trë khi bãng dÉn dßng:

V R

I

UR2 = 1 2 =0,1×15=1,5 .

Suy ra ®iÖn ¸p trªn biÕn ¸p xung ph¶i lµ:

U1 = ECS = UR2 = 15 - 1.5 = 13.5 V vµ ®¹t yªu cÇu. Tuy

nhiªn ®Ó t¨ng m¹nh xung kÝch cho van vÉn cã thÓ dïng thªm tô t¨ng cìng ¸p C ®ùoc tÝnh nh sau:

TÇn sè xung chïm 10 Khz t¬ng øng víi chu k× bæ xung lµ:

TXC = f

( )

s S XC µ 100 10 100 10 10 1 1 6 3 = × = × = −

Kho¶ng c¸ch gi÷a hai xung ch×m lµ: tu = S c T µ 50 2 = × VËy do F R t C n 1.1 10 1.1µ 15 3 10 50 3 6 6 2 = × = × × = < − − nªn chän C = 1µF

Bãng T2 chän lo¹i BC107, UCC = 45V, ICmax = 0.1A, βmin = 110.

VËy ®iÖn trë ®Çu vµo tÝnh theo c«ng thøc:

max 1 2 1 1 max max KI E R I U CS V C < < β β Thay sè: 40 21101 15 110 1 . 0 12 1 × × × < <R ⇔ 13.2kΩ < R1 < 33kΩ Chän R1 = 20kΩ

§iot chän lo¹i 1N1192A - Cã c¸c th«ng sè nh sau :

(49)

Th¨ng

6. Khâu tạo nguồn nuôi.

c

1

c

2 7815

c

4

c

3

c

6

c

5 7915 Ecs

c

7 a' b' c' cb a 2-1 2-2

Ta cÇn t¹o ra nguån ®iÖn ¸p ±15V ®Ó cÊp cho m¸y biÕn ¸p

xung vµ nu«i IC, c¸c bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, tèc ®é vµ ®iÖn ¸p ®Æt tèc ®é.

Ta chän m¹ch chØnh lu cÇu dïng ®i«t, ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p nguån nu«i:

U2 = 6.4( ) 34 . 2 105 V = . Chän U2 = 9(V)

§Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p ra cña nguån nu«i, ta dïng hai vi m¹ch æn ¸p 7815 vµ 7915 lµ vi m¹ch æn ¸p cho ta ®iÖn ¸p -15(V).

C¸c th«ng sè cña vi m¹ch:

§iÖn ¸p ®Çu vµo: UV = 7 ÷ 35V

§iÖn ¸p ®Çu ra: UR = 15V víi IC7815

UR = -15V víi IC7915

Dßng ®iÖn ®Çu ra: IRa = 0 ÷1(A)

Tô ®iÖn C4, C5 läc c¸c thµnh phÇn bËc cao

(50)

Th¨ng

7. Tính biến áp nguồn nuôi và đồng pha.

(1). Ta thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p dïng cho c¶ viÖc kÐo ®iÖn ¸p ®ång pha vµ t¹o nguån nu«i. Chän kiÓu m¸y biÕn ¸p ba pha ba trôc , trªn mçi trôc cã ba d©y, mét cuén s¬ cÊp vµ hai cuén thø cÊp.

(2). §iÖn ¸p lÊy ra ë thø cÊp m¸y biÕn ¸p lµm ®iÖn ¸p ®ång pha lÊy ra thø cÊp lµm nguån nu«i.

U2 = U2®ph = Un = 9v

(3). Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y bݪn ¸p ®ång pha I2®p = 1 (mA)

(4). C«ng suÊt nguån nu«i cÊp cho m¸y biÕn ¸p xung P®ph = 6.U2®p.I2®p = 6.9.1.10-3 = 0,054w

(5). C«ng suÊt tiªu thô ë 6IC TL084 sö dông lµm khuÕch ®¹i thuËt to¸n, ta chän hai IC TL084 ®Ó t¹o 6 cæng AND

P8IC = 8PIC = 8*0,68 = 5,44(W)

(6). C«ng suÊt biÕn ¸p xung cÊp cho viÖc ®iÒu khiÓn tisirton Px = 6. U®k . I®k = 6 . 3,5 . 0,2 = 4,2w

(7). C«ng só©t sö dông cho viÖc t¹o nguån nu«i PN = P®ph + P8IC + Px = 0,054 + 5,12 + 4,2

PN = 9,374 w

(8). C«ng suÊt cña m¸y biÕn ¸p cã kÓ ®Õn 5% tæn thÊt trong m¸y

S = 1,05 . (P®ph + Px)

= 1,05 . (0,054 +9,374) = 9,899VA (9). Dßng ®iÖn thø cÊp m¸y biÕn ¸p

I2 = 6.U 0,1833A

5

2 =

(10). Dßng ®iÖn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p

I1 = U A S 01499 , 0 220 . 3 899 , 9 2 1 = =

(11). TiÕt diÖn trô cña biÕn ¸p ®îc tÝnh theo c«ng thøc QT = kQ 2 154 50 . 3 899 , 9 6 cm mf S = = kQ = 6 lµ hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t m = 3 lµ sè trô cña biÕn ¸p f = 50Hz lµ tÇn sè líi ®iÖn ChuÈn sè tiÕt diÖn trô:

QT = 1,63 (cm2)

Referências

Documentos relacionados

Carga horária estudo: 4h Carga horária prática: 2h Carga horária teórica: 4h Carga Horária Total: 120h Duração: 12 semana(s) Objetivos.. Introduzir o estudo qualitativo das

Assim, a partir da utilização do gráfico de controle de regressão clássica para monitorar o processo de obtenção de alumínio, mais especificamente aplicado no monitoramento de

Líder: Beatriz Aparecida da Silva Vieira 1 - Nível Técnico Integrado 1 - Nível Superior Alunos dos cursos técnicos integrados (preferencia lmente, por ter na grade

II) O Tribunal reserva para si o direito de não aceitar nem receber qualquer produto em desacordo com o previsto neste Termo de Referência/Projeto Básico, ou

O setor calçadista está em expansão no Brasil, principalmente no que se refere a sua importação, o que leva as empresas a investirem em tecnologias diferenciadas para apresentar um

Esses parâmetros foram simulados para seis situações, combinando diferentes materiais de revestimento do piso e do teto e retirando ou inserindo divisórias entre as estações

As políticas de qualificação e plano de carreira docente/tutores da Faculdade ITOP envolverão, além da implantação do plano de cargos e carreira docente/tutor com as respectivas

Como dados de base foram utilizados: (i) um inventário histórico das manifestações de instabilidade ocorridas na bacia do Rio Grande da Pipa (1434 movimentos de vertente,