Do an Tot Nghiep Dieu Khien Dong Co Dien Mot Chieu 792

5/7/2018 Do an Tot Nghiep Dieu Khien Dong Co Dien Mot Chieu 792 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/do-an-tot-nghiep-dieu-khien-dong-co-dien-mot-chieu-792 1/87

Đồ án t ố t nghiệ p

CHƯƠ NG I

TỔ NG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈ NH TỐC ĐỘ ĐỘ NG CƠ ĐIỆ N

MỘT CHIỀU.

Xét phươ ng trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng động cơ điện một

chiều:

U = E + R ư.I ( I – 1 )

Trong đó:

U – điện áp phần ứng động cơ (V);

E – sức điện động phần ứng động cơ (V);

R ư – điện tr ở của mạch phần ứng (Ω ).Sức điện động của mạch phần ứng động cơ đượ c xác định như sau:

E =a.2

N. p

π.φ.ω = K.φ.ω ( I – 2 )

Trong đó:

K =a.2

N. p

πlà hệ số phụ thuộc vào k ết cấu của động cơ ;

a - số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng;

p – là số đôi cực từ chính; N – tổng số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng;

φ - từ thông kích từ;

ω - tốc độ góc ( rad/s ).

ω =60

n.2π=

55,9

n

Từ ( I – 1 ) và ( I – 2 ) suy ra : ö ö

K.

I.R

.K

U

φ

−

φ

=ω ( I – 3 )

Phươ ng trình ( I – 3 ) là phươ ng trình đặc tính cơ điện của động cơ .

Mặt khác mômen điện từ của động cơ đượ c xác định theo công thức :

ö ö ñt I..K I..a.2

N. pM φ=φ

π= ( I – 4)

Từ phươ ng trình ( I –3 ) và ( I – 4) ta đượ c :




ñtö M.).K (

R

.K

U2φ

−φ

=ω (I – 5)

Nếu bỏ qua các tổn thất ma sát trong các ổ tr ục, tổn thất trong thép, tổn

thất trong dây quấn động cơ thì ta có : Mcơ = Mđt

Để đơ n giản ta kí hiệu : Mcơ = Mđt = M , lúc đó ta có :

M.).K (

R

.K

U2φ

−φ

=ω ö ( I - 6)

Phươ ng trình ( I-6) là phươ ng trình đặc tính cơ của động cơ điện một

chiều.

Từ phươ ng trình đặc tính cơ của động cơ , ta nhận thấy tốc độ phụ thuộc

vào 3 thông số là : R, φ, U. Do vậy có 3 phươ ng pháp điều khiển động cơ

điện một chiều như sau :- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá tr ị điện tr ở mạch

phần ứng của động cơ .

- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông φ.

- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá tr ị điện áp phần

ứng.

I. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch

phần ứ ng.

Giả thiết U = Uđm = const. Muốn thay đổi giá tr ị điện tr ở mạch phần ứng,

bằng cách mắc thêm một điện tr ở phụ R f vào mạch phần ứng và thay đổi giá

tr ị điện tr ở R f thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo. Vậy phươ ng trình đặc tính

cơ lúc này sẽ là :

M.).K (

R R

.K

U2f

ñm

ö

ñm φ

+−

φ=ω

Ta thấy r ằng khi thay đổi giá tr ị điện tr ở R f thì tốc độ sẽ thay đổi theo.

- Xét đặc tính cơ của động cơ điện một chiều khi mắc R f vào mạch điện phần ứng như sau :

ω1= ωđm

ω2

ω3

(1) R ư = R TN

ωo




Ta có : ωΔ−ω=φ

−φ

=ω o2M

).K (

R

.K

U ö

Trong đó :

ωo – là tốc độ không tải, ωo = const;

ωΔ - là độ sụt tốc độ.

- Theo đườ ng đặc tính ta có :

M).K (

R 21

ñm

ö

φ=ωΔ

M).K (

R R 21f

2ñm

ö

φ

+=ωΔ

M).K (

R R 22f

3ñm

ö

φ

+=ωΔ

Ta giả thiết U, φ, Iư, là những hằng số. Do vậy nên mômen M cũng là

hằng số.Mặt khác, vì R ư < R f1 < R f2 nên ta có : 321 ∆ω ∆ω ∆ω <<

- Độ cứng của đặc tính cơ :

Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên :ö

ñm

R

).K (M

d

dM 2

TN

φ=

ωΔ

Δ≈

ω=β

ö

ñm

R

).K ( 2

TN1

φ=β=β

1f

22 R R

).K (+

φ=βö

ñm

2f

2

3 R R

).K (

+

φ=β

ö

ñm

Vậy 321 βββ >> .

Nhận xét :




- Nếu ở cùng một giá tr ị mômen cản MC thì độ sụt tốc độ sẽ càng lớ n

nếu điện tr ở của mạch phần ứng càng lớ n và làm cho tốc độ động cơ bị suy

giảm, đồng thờ i làm cho độ cứng của đặc tính cơ càng giảm, tức là đặc tính

cơ càng dốc. Dựa vào đặc tính cơ ta thấy, tốc độ làm việc ω2, ω3 ở các đườ ng

đặc tính điều chỉnh (2) và (3) nhỏ hơ n tốc độ ωđm trên đườ ng đặc tính tự

nhiên. Vậy tốc độ truyền động chỉ đượ c điều chỉnh về phía dướ i, tức là tốc

độ điều chỉnh nhỏ hơ n tốc độ định mức.

- Hiệu suất của phươ ng pháp này thấ p.

Ta có :ñieän

cô

P

P=η

Mặt khác ta có : ñmcñmcô1 .ωMP =

2cñmcô2 .ωMP =

3cñmcô3 .ωMP =

Theo giả thiết ở trên, ta có U, Iư, φ, Mc là những hằng số và là những đại

lượ ng định mức. Nên ta có:

const.IUPPP ñmñmñieän3ñieän2ñieän1 ====

Suy ra 321 ηηη >> , vậy khi điều chỉnh tốc độ theo phươ ng pháp này

sẽ không kinh tế, do có tổn hao trên các điện tr ở phụ nên làm cho hiệu suất

của thiết bị giảm. Vì vậy nên phươ ng pháp này trong thực tế ít sử dụng.II. Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông của cuộn dây

kích từ .

Giả thiết U = Uđm = const và R ư = const. Muốn thay đổi từ thông thì ta

phải thay đổi dòng điện kích từ Ikt. Ta có phươ ng trình đặc tính cơ như sau:

ωΔ−ω=φ

−φ

=ω o2M

).K (

R

.K

U ö

Trong đó :

ωo – là tốc độ không tải, ωo = var ;

ωΔ - là độ sụt tốc độ, ωΔ = var.

- Ta có đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi từ thông mạch kích từ như

sau:

ω02

ω01 2)

ω02

ω01 ωđm

ωω




Đườ ng (1) là đườ ng ứng vớ i khi φ1 = φđm ;

Đườ ng (2) là đườ ng ứng vớ i khi φ2 < φ1 = φđm.

Theo đườ ng đặc tính cơ ta có :

1

ñm

ñm

ñm

φ=

φ=ω=ω

.K

U

.K

U01TN0

202

.K

U

φ=ω ñm

- Độ cứng của đăc tính cơ :

var R

).K (M

d

dM 2

=φ

=ωΔ

Δ≈

ω=β

ö

Do cấu trúc của máy điện nhất định nên cuộn dây kích từ chỉ chịu đượ c

dòng kích từ định mức, do vậy thực tế chỉ sử dụng phươ ng pháp điều chỉnh

giảm từ thông ( φ <φđm ). Khi ta cho giảm từ thông thì lúc đó tốc độ không tải

sẽ tăng lên. Nhận xét:

- Đặc tính điều chỉnh theo từ thông φ có độ cứng càng giảm xuống nếu

như ta càng giảm từ thông, tức là đặc tính cơ càng dốc. Ngh ĩ a là tốc độ thì sẽ

tăng vọt còn mômen thì giảm nhanh, làm cho hệ số quá tải giảm. Vì vậy làm

cho động cơ làm việc kém ổn định.

- Việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phươ ng pháp giảm từ thông không

phù hợ p vớ i những tải có mômen cản là hằng số ( MC = const ). Vì MC = K M.

φ.I = const . Do vậy khi φ giảm thì làm cho I tăng lên gây phát nóng động cơ .- Giải điều chỉnh của phươ ng pháp này cũng bị hạn chế bở i tốc độ cao

nhất của động cơ , khi tốc độ cao quá thì có thể làm hỏng phần quay của động

cơ do lực li tâm lớ n.

III. Phươ ng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị

điện áp phần ứ ng.




Giả thiết φ = φđm = const, khi ta thay đổi giá tr ị điện áp phần ứng thì ta có

tốc độ không tải lí tưở ng cũng thay đổi theo. Do cấu trúc cuộn dây phần ứng

chỉ chịu đượ c điện áp Uđm nên thực tế chỉ sử dụng phươ ng pháp điều chỉnh

giảm điện áp phần ứng.

Tốc độ không tải và độ sụt tốc :

var .K

Uioi =

φ=ω

ñm

; constM).K (

R 2

=φ

=ωΔñm

ö .

- Đặc tính cơ :

- Độ cứng đặc tính cơ :

constR

).K ( 2

=φ

=βö

ñm

Khi giảm điện áp phần ứng động cơ thì ta đượ c một họ đặc tính cơ song

song và nằm về phía dướ i đặc tính cơ tự nhiên. Và khi giảm điện áp phần

ứng thì tốc độ động cơ giảm xuống tươ ng ứng vớ i một phụ tải nhất định.

Nhận xét:

- Các đặc tính cơ nhân tạo có độ dốc không đổi ( tức là β = const ), nên

tốc độ điều chỉnh đượ c ổn định tươ ng đối.

- Phươ ng pháp này có thể điều chỉnh đượ c vô cấ p tốc độ.

- Dải điều chỉnh tốc độ của phươ ng pháp này r ất lớ n.

- Phươ ng pháp này có thể tự động hóa mạch điều khiển và mạch động

lực và có thể làm việc ở cả 4 góc phần tư của đồ thị đặc tính cơ .

- Hiệu suất của phươ ng pháp này tươ ng đối cao và giống nhau ở các

đườ ng đặc tính do không có tổn hao trên điện tr ở .

IV. K ết luận chọn phươ ng pháp điều khiển : Trong ba phươ ng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ nói trên thì ta nhận

thấy phươ ng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phươ ng pháp giảm điện

áp phần ứng là hiệu quả hơ n cả vì những ưu điểm nói trên. Vậy ta chọn

phươ ng pháp giảm điện áp phần ứng động cơ để điều chỉnh tốc độ động cơ .

V. Các phươ ng pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện

áp phần ứ ng.

Uđm

U1 U2

U3

ω

ωo

ωo1

ωo2

ωo3

M




1. Nguyên lý điều chỉnh:

Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta dùng một bộ biến đổi điều chỉnh đượ c

điện áp đầu vào cấ p cho mạch phần ứng động cơ .

Bộ biến đổi BBĐ dùng để biến đổi điện xoay chiều của lướ i thành điện

một chiều và điều chỉnh điện áp ra của nó theo yêu cầu. Hiện nay thườ ng

dùng ba loại bộ biến đổi sau đây :

- Bộ biến đổi máy phát điện một chiều.

- Bộ biến đổi xung áp một chiều.

- Bộ chỉnh lưu bán dẫn.

Tươ ng ứng vớ i việc sử dụng bộ biến đổi, ta có các hệ truyền động như

sau :

- Hệ truyền động máy phát – động cơ ( hệ F – Đ ).

- Hệ truyền động xung áp – động cơ điện một chiều ( hệ XA – Đ ).

- Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor – động cơ ( hệ T – Đ ).

Từ sơ đồ nguyên lí nói trên, ta có sơ đồ khối như sau :

Ta có phươ ng trình cân bằng điện áp như sau :

E = U bđ – ( R bđ + R ư )Iư

Suy ra :

M).K (

)R R (

.K

U2

b

ñm

ñbñ

ñm

bñ

φ

+−

φ=ω

Trong đó :

φ=ω

.K

Ubño là tốc độ không tải lí tưở ng;

∅

∅

~

∅

∅

∅

KT

BBĐ

IR bđ R ư

U bđ E




ω.K.E ñmφ= là sức điện động dây quấn phần ứng động cơ .

U bđ = K a.Uđk

vớ i : K a- hệ số khuếch đại của bộ nguồn.

Uđk – điện áp điều khiển.

Vậy :

)U(f .K

U.K ao ñk

ñm

ñk =φ

=ω

2. Hệ truyền động máy phát – động cơ ( MF – ĐC ).

- Sơ đồ nguyên lí :

Giả thiết tốc độ của máy phát MF là ω F = const, sức điện động của máy

phát EF = f( Ikt ) theo qui luật đườ ng cong từ hóa. Nếu coi mạch từ của máy

phát không bão hòa thì đặc tính EF = f( Ikt ) có dạng đườ ng thẳng.

Ta có :

ktf f f f f f f I...K ..K E αω=ωΦ=

Trong đó :

a.2

N. pK f π

= - là hệ số cấu trúc của máy điện một chiều;

f Φ - là từ thông kích từ máy phát;

α - là hệ số góc của đườ ng đặc tính từ hóa máy phát ( ở đọan

tuyến tính);

ktf

f

ktf

f

IdI

d

Δ

ΔΦ≈

Φ=α

Vì dây quấn kích thích của máy phát đượ c cấ p bở i nguồn áp Uktf nên lúc

này ta có :

∅ —

∅ +

KTĐCRf KTF

ĐCSC

~

∅ ∅ ∅

∅

∅

F Đ




ktf

ktf kt R

UI = suy ra : Iktf ≡ Uktf

Sức điện động của máy phát trong tr ườ ng hợ p này sẽ tỉ lệ vớ i điện áp

kích thích bở i hệ số tỉ lệ K u , vì vậy ta có thể viết :

Ef = K u.Uktf

Mà điện áp của bộ biến đổi U bđ chính là Ef nên ta có phươ ng trình đặc

tính cơ của động cơ như sau :

M).K (

)R R (

.K

U.K 2

ktf u

ññ

öf öñ

ññ Φ

+−

Φ=ω

- Tốc độ không tải lí tưở ng của động cơ :

)U(f .K

U.K

ktf

ktf u

o=

Φ=ω

ññ

(1)

- Độ cứng của đặc tính cơ :

öñöf

ññ

R R

)K ( 2

DF +Φ

=β − = const (2)

Từ (1) và (2) chứng tỏ r ằng khi thay đổi dòng kích từ từ máy phát thì

tốc độ không tải của động cơ sẽ thay đổi còn độ cứng của đặc tính cơ thì giữ

nguyên. Vì vậy đặc tính cơ điều chỉnh sẽ là họ đườ ng thẳng song song như

sau :

+ Góc phần tư thứ (I) và (III), tốc độ quay ω và mômen quay M của

động cơ quay cùng chiều nhau. Đây là chế độ động cơ , nói lên r ằng nănglượ ng đượ c vận chuyển thuận chiều từ nguồn → máy phát → động cơ → tải.

+ Góc phần tư (II) và (IV), tốc độ quay ω và mômen quay M của động

cơ quay ngượ c chiều nhau. Đây đượ c gọi là chế độ hãm tái sinh của động cơ ,

nói lên r ằng năng lượ ng đượ c vận chuyển theo chiều từ tải → động cơ →

máy phát → nguồn, lúc này máy phát và động cơ đổi chức năng cho nhau .

Uktf = 0(III)

(IV)

(I)II)

o

ω

M




Hãm tái sinh trong hệ F – Đ đượ c khai thác triệt để khi giảm tốc độ, hãm để

đảo chiều quay và hãm khi làm việc ổn định vớ i tải

có tính thế năng.

Nhận xét :

Hệ truyền động F – Đ có đặc tính động r ất tốt và linh hoạt khi chuyển

đổi tr ạng thái làm việc, khả năng quá tải lớ n. Tuy nhiên, hệ F – Đ dùng nhiều

máy điện quay, trong đó sẽ có ít nhất là 2 máy điện một chiều, vì vậy nên sẽ

gây ồn lớ n, công suất lắ p đặt máy phát lớ n ít nhất gấ p 3 lần công suất động

cơ , cho nên hiệu suất của hệ truyền động này không cao. Ngồi ra, do máy

phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hóa có tr ễ nên khó điều chỉnh tốc độ

theo ý muốn.

3. Hệ truyền động xung áp – động cơ ( XA – ĐC ).

Bộ biến đổi xung áp là một nguồn điện áp dùng để điều chỉnh tốc độ

động cơ điện một chiều.

- Sơ đồ nguyên lí và giản đồ xung áp :

Để cải thiện dạng sóng của dòng điện phần ứng, ta thêm vào mạch một

van đệm V0 .

Có thể sử dụng Tiristor hoặc Tr ănzitor công suất để thay thế cho khóa K

trong mạch trên. Khi đóng cắt khóa K, trên phần ứng động cơ sẽ có điện áp

biến đổi theo dạng xung vuông. Khi ở tr ạng thái dòng liên tục thì giá tr ị

trung bình của điện áp ra sẽ là:

∫ γ===1t

0 CK

1

CK d U.U

T

tUdt

T

1U

Trong đó :

t1 – thờ i gian khóa ở tr ạng thái đóng ;

+ ∅

Vo

- ∅

KTĐC

•

K

∅

∅

ĐCU

TCK

t2 t1

t

Ud




t2 – thờ i gian khóa ở tr ạng thái mở ;

TCK – thờ i gian thực hiện một chu kì đóng mở của khóa;

CK

1

T

t=γ - là độ r ộng của xung áp.

Vậy ta có thể coi bộ biến đổi xung đẳng tr ị vớ i nguồn liên tục có điện áp

ra Ud và Ud có thể thay thay đổi đượ c bằng cách thay đổi độ r ộng xung γ.

Mặt khác, thờ i gian một chu kì đóng cắt của khóa K r ất nhỏ so vớ i hằng số

thờ i gian cơ học của hệ truyền động, nên ta coi tốc độ và sức điện động phần

ứng động cơ không thay đổi trong thờ i gian TCK .

- Đặc tính điều chỉnh của hệ XA - ĐC :

I.

.K

R R

.K

U.

ñm

bñö

ñm Φ

+−

Φ

γ=ω (1)

M.).K (

R R

.K

U.2

ñm

bñö

ñm Φ

+−

Φ

γ=ω (2)

Khi thay đổi γ ta đượ c họ đườ ng thẳng song song có độ cứng β = const

và tốc độ không tải lí tưở ng ωo thay đổi theo γ. Nếu nguồn vô cùng lớ n thì ta

có thể bỏ qua R bđ , khi đó độ cứng của đặc tính cơ của hệ có độ cứng là:

const

R

).K ( 2

TN =Φ

=β=βö

ñm

Tốc độ không tải lí tưở ng ωo phụ thuộc vào γ chỉ là giá tr ị giả định. Nó

có thể tồn tại nếu như dòng trong hệ là liên tục k ể cả khi giá tr ị dòng tiến

đến 0. Vì vậy, biểu thức (1) và (2) chỉ đúng vớ i tr ạng thái dòng liên tục.

Khi dòng điện đủ nhỏ thì hệ sẽ chuyển trang thái từ dòng liên tục sang

tr ạng thái dòng gián đoạn. Khi đó các phươ ng trình đặc tính điều chỉnh nói

trên không còn đúng nữa mà lúc này đặc tính của hệ là những đườ ng cong r ất

dốc.

γ1

γ2

ω

ωo




Nhận xét :

+ Tất cả đặc tính điều chỉnh của hệ XA – ĐC khi dòng điện gián đoạn

đều có chung một giá tr ị không tải lí tưở ng, chỉ ngoại tr ừ tr ườ ng hợ p γ = 0.

+ Bộ nguồn xung áp cần ít van dẫn nên vốn đầu tư ít. Hệ đơ n giản

chắc chắn.+ Độ cứng của đặc tính cơ lớ n.

+ Điện áp dạng xung nên gây ra tổn thất phụ khá lớ n trong động cơ .

Khi làm việc ở tr ạng thái dòng điện giáng đoạn thì đặc tính làm việc kém ổn

định và tổn thất năng lượ ng nhiều.

4. Hệ truyền động chỉnh lư u – động cơ ( CL – ĐC ).


Hệ truyền động chỉnh lưu có điều khiển – động cơ ( CL – ĐC ) có bộ

biến đổi là các mạch chỉnh lưu có điều khiển, có sức điện động Ed phụ thuộc

vào giá tr ị của xung điều khiển ( tức là phụ thuộc vào góc điều khiển hay góc

mở Tiristor ).Điện áp chỉnh lưu Ud ( hay Ed ) là điện áp không tải ở đầu ra, có dạng

đậ p mạch vớ i số lần đậ p mạch là n trong một chu kì 2π của điện áp thứ cấ p

máy biến áp.

+ Vớ i sơ đồ chỉnh lưu hình tia : n = m, trong đó m là số pha.

+ Vớ i sơ đồ hình cầu : n = 2.m , m là số pha.

+

-

∼

∅

∅

∅

CL

ĐK

ĐC

∅

∅

KT




Giả sử điện áp thứ cấ p của máy biến áp có dạng hình sin vớ i biểu thức là

:

u2 = U2m.sin ωt = U2m.sin θ , ( vớ i θ = ωt ).

Trong khoảng θ = ( 0 ÷ 2π ) thì dạng điện áp và dòng điện lặ p lại như

chu kì ban đầu nên ta chỉ cần xét trong một chu kì T = 2π.

- Sơ đồ thay thế của hệ CL – ĐC.

Khi van dẫn thì ta có phươ ng trình cân bằng điện áp như sau :

dt

di.LR .IEu d

d2 ∑∑ +=−

Suy ra :

dt

di.LR .iEsin.U d

dm2 ∑∑ +=−θ

Trong đó :

R ∑ = R ba + R ư + R k L∑ = L ba + Lư + Lk

Vớ i :

2

1

212 ba )

W

W.(R R R +=

2

1

212 ba )

W

W.(LLL +=

a. Trạng thái dòng liên tục :Ở tr ạng thái dòng liên tục, khi van này chưa khóa thì van k ế tiế p đã mở ,

việc mở van k ế tiế p là điều kiện cần để khóa van đang dẫn. Do vậy, điện áp

của chỉnh lưu sẽ có dạng đườ ng bao của điện áp thứ cấ p máy biến áp.

Giá tr ị trung bình của điện áp chỉnh lưu :

E

R∑

Tiristor

L∑

Ud ~




∫∫

π+α

α

π+α

α

θθπ

=π

=n

2

m2

n

2

2d d.sin.U.2

ndt.u.

2

nU

α=α

π

π= cos.Ucos.U.nsin.

ndom2

Trong đó :

t.ω=θ

)n2

(o

π−

π−α=α là góc mở của van;

nsin.U.

nU m2do

ππ

= là điện áp một chiều lớ n nhất ở đầu ra

chỉnh lưu ứng vớ i α = 0;

U2m là tr ị biên độ của điện áp thứ cấ p máy biến áp;

n – số lần đậ p mạch trong một chu kì.

+ Bỏ qua sụt áp trên van, ta có phươ ng trình đặc tính cơ như sau :

M).K (

R

.K

cos.U2

do

ñmñm Φ−

Φα

=ω ∑

Trong đó :

v ba bakh R X.2

nR R R R +

π+++=∑ ö

R ư – điện tr ở của phần ứng động cơ ;

R kh – điện tr ở của cuộn kháng lọc;

R ba – điện tr ở của máy biến áp, vớ i 2

1

212 ba )

W

W.(R R R +=

X ba – điện kháng máy biến áp, vớ i 2

1

212 ba )

W

W.(XXX +=

R v – điện tr ở của các van, ( R v r ất nhỏ có thể bỏ qua );

baX.2nπ

- điện tr ở đẳng tr ị do quá trình chuyển mạch.

+ Độ cứng của đặc tính cơ :

∑

Φ=

ωΔΔ

≈ω

=βR

).K (M

d

dM 2ñm

Udo

Ud1

ω

ωo

ωo1 ωo2




b. Trạng thái dòng gián đọan :

Khi điện kháng trong mạch không đủ lớ n, nếu sức điện động của động

cơ đủ lớ n thì dòng điện tải sẽ tr ở thành gián đoạn. Ở tr ạng thái này thì dòng

qua van bất kì sẽ bằng 0 tr ướ c khi van k ế tiế p mở . Do vậy trong một khoảng

dẫn của van thì sức điện động của chỉnh lưu bằng sức điện động nguồn :

ed = U2 , vớ i 0 ≤ θ ≤ λ , trong đó λ là khoảng dẫn.

Khi dòng điện bằng 0 thì sức điện động của chỉnh lưu bằng sức điệnđộng của động cơ :

ed = E , vớ i λ < θ ≤ n

2π

Vậy ta có điện áp trung bình của chỉnh lưu là :

∫ ∫∫ ∫λ

π

λ

λπ

λ

θ+θθπ

=θ+θπ

=0

n

2

m20

n

2

2d d.Ed.sin.U.2

nd.Ed.u.

2

nU

)n2.(E)cos1.(U.

2n m2 λ−π+λ−π=

Vậy :

)n

2.(E)cos1.(U.

2

nU m2d λ−

π+λ−

π=

Đặc tính cơ của hệ CL – ĐC khi dòng điện gián đọan :

ω

M( I )

α = 0

2π=α

ωo




Nhận xét :

+ Ư u điểm : Hệ truyền động CL – ĐC có độ tác động nhanh cao,

không gây ồn và dễ tự động hóa, do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại

công suất r ất cao, vì vậy r ất thuận tiện cho việc thiết lậ p hệ thống tự động

điều chỉnh để nâng cao chất lượ ng các đặc tính t ĩ nh và các đặc tính động củahệ thống. Mặt khác, việc dùng hệ CL – ĐC có kích thướ c và tr ọng lượ ng nhỏ

gọn.

+ Nhượ c điểm : Hệ truyền động CL – ĐC có các van bán dẫn là các

phần tử phi tuyến tính, do đó dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đậ p mạch

cao, gây nên tổn thất phụ trong máy điện một chiều.

5. K ết luận :

Trong các hệ truyền động điện dùng phươ ng pháp giảm điện áp phần ứng

để điều chỉnh tốc độ nói trên, ta nhận thấy hệ truyền động CL – ĐC là có

nhiều ưu điểm hơ n cả.




CHƯƠ NG II

TỔ NG QUAN VỀ BỘ CHỈ NH LƯ U TĨ NH CÓ ĐIỀU KHIỂ N.

So vớ i chỉnh lưu không điều khiển ( chỉ dùng Diode để chỉnh lưu ), thì

chỉnh lưu có điều khiển ( dùng Tiristor để chỉnh lưu ) có nhiều ưu điểm hơ n. Nhờ có cực điều khiển của Tiristor mà ta có thể điều chỉnh đượ c giá tr ị điện

áp ra theo yêu cầu bằng cách thay đổi góc mở α của Tiristor. Do vậy r ất

thuận tiện trong việc điều khiển.

Mặt khác, vớ i chỉnh lưu có điều khiển thì ta có thể điều khiển công suất

chạy theo cả hai chiều : từ nguồn → tải, hoặc từ tải → nguồn ( nghịch lưu tr ả

năng lượ ng về lướ i ).

I. Chỉnh lư u một nử a chu kì có điều khiển :- Sơ đồ nguyên lí :

- Đồ thị dạng sóng :

Dạng điện áp một chiều ở đầu ra của chỉnh lưu sẽ bị gián đoạn trong một

nửa chu kì khi điện áp ở Anốt của Tiristor bị âm. Do vậy, chất lượ ng điện áp

một chiều của loại chỉnh lưu này r ất xấu.

- Tr ị số điện áp trung bình lớ n nhất đượ c tính như sau :

Ud = ≈π

=ωωπ ∫

π

02

2td.tsin.U.2

2

10,45.U2

Vì chất lượ ng điện áp ra xấu cho nên hệ số sử dụng biến áp cũng thấ p:

Ud

U

t

α

Id

∅

∅

Rd BA

Ld

Tiristor

~




ddddddBA2BA1

BA I.U.09,32

I.U.49,3I.U.69,2

2

SSS =

+=

+=

Nhận xét :

Chỉnh lưu một nửa chu kì là loại chỉnh lưu cơ bản, có sơ đồ nguyên lí

đơ n giản. Chất lượ ng điện áp một chiều ở đầu ra xấu, dòng điện gián đoạn.Do vậy, loại chỉnh lưu này ít dùng trong thực tế.

II. Chỉnh lư u cả chu kì vớ i biến áp có trung tính.


- Đồ thị dạng sóng:

+ Giá tr ị trung bình của điện áp tải :

∫π+α

α

α=απ

=ωωπ

= cos.U.9,0cos.U.22

td.tsin.U.21

U 222d

Vớ i α là góc mở của Tiristor.

+ Giá tr ị điện áp ngượ c đặt trên Tiristor :

max22maxng U.2U.22U ==

+ Giá tr ị trung bình của dòng điện chạy qua Tiristor :

2

II d

tbT =

+ Giá tr ị trung bình của dòng điện chạy qua tải :

R

UI d

d =

+ Công suất máy biến áp :

• •

Ld

T2

Id

BA

Rd

∅

∅

T1

U1

U2

U2

Ud

U

t

α




ddddddBA2BA1

BA I.U.48,12

I.U.74,1I.U.23,1

2

SSS =

+=

+=

Nhận xét :

So vớ i chỉnh lưu nửa chu kì, thì loại chỉnh lưu này có chất lượ ng điện

áp tốt hơ n, dòng điện chạy qua van không quá lớ n, tổng điện áp r ơ i trên vannhỏ, việc điều khiển các van đơ n giản. Tuy nhiên, việc chế tạo máy biến áp

phải có hai dây quấn thứ cấ p giống nhau, vớ i mỗi cuộn chỉ làm việc ở một

nửa chu kì. Chính vì vậy làm cho việc chế tạo máy biến áp phức tạ p hơ n và

khả năng sử dụng máy biến áp thấ p.

III. Chỉnh lư u cầu một pha có điều khiển :




Id

Ld

T4

T2

T3

Rd

BA

• ••

•

∅∅

T1

U2

U1

Ud

U

t

α




∫π+α

α

α=απ

=ωωπ

= cos.U.9,0cos.U.22

td.tsin.U.21

U 222d

+ Giá tr ị điện áp cực đại trên tải :

π== 22UU domaxd

+ Giá tr ị điện áp ngượ c đặt lên mỗi van Tiristor :

2max2maxng U.22U.2U ==

+ Giá tr ị dòng điện hiệu dụng thứ cấ p máy biến áp :

R

UII d

d2 ==

+ Giá tr ị trung bình của dòng điện chạy qua mỗi van :

2

II d

tbV =

+ Công suất của máy biến áp :

dd2BA1BABA I.U.23,1SSS ===

Nhận xét :

Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượ ng điện áp ra tươ ng đươ ng vớ i chất

lượ ng điện áp ra của chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính, nhưng đối vớ i

chỉnh lưu cầu một pha lại có điện áp ngượ c đặt lên mỗi van chỉ bằng một nữaso vớ i chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính. Khả năng sử dụng máy biến

áp của chỉnh lưu này cao hơ n so vớ i chỉnh lưu một pha có biến áp trung tính.

IV. Chỉnh lư u tia ba pha có điều khiển :



T2

a

b

c•

•

•

•

Rd

Id

Ld

T1

T3

Ud

t

Uα





α=απ

=ωωπ

= ∫α+

π

α+π

cos.U.17,1cos.U.2

63td.tsin.U.2.

2

3U 222

6

5

6

d

+ Giá tr ị điện áp điện áp ngượ c đặt lên Tiristor :

f 2f 2ng U.6U.3.2U ==

+ Giá tr ị dòng điện trung bình chạy qua tải :

R

UI d

d =

+ Giá tr ị dòng điện hiệu dụng thứ cấ p máy biến áp :

3

II d

2 =

+ Giá tr ị dòng điện trung bình của từng van :

3

II d

tbV =


ddddddBABA

BA I.U.35,12

I.U.48,1I.U.23,1

2

SSS =

+=

+=

Nhận xét :

Chỉnh lưu tia ba pha có chất lượ ng điện áp tốt hơ n so vớ i tất cả các loại

chỉnh lưu một pha.

Dòng điện chạy qua các van bán dẫn nhỏ hơ n so vớ i các loại chỉnh lưu

một pha.Trong các loại chỉnh lưu ba pha, thì chỉnh lưu tia ba pha có số van bán

dẫn ít nhất.

Trong cuộn dây phía thứ cấ p máy biến áp có tồn tại dòng điện một chiều,

vì vậy làm cho lõi thép máy biến áp chóng bị bão hòa gây phát nóng lõi thép.

Cuộn dây thứ cấ p máy biến áp phải đấu sao, vớ i bốn đầu dây nối ra ngồi

và dây trung tính phải lớ n gấ p đôi dây pha.




V. Chỉnh lư u cầu ba pha điều khiển đối xứ ng.



+ Giá tr ị trung bình của điện áp chỉnh lưu :

∫α+

π

α+π

α=α=ωωπ=6

5

6

222d cos.U.34,2cos.U.17,1.2td.tsin.U.2322U

+ Giá tr ị trung bình của dòng điện qua Tiristor :

3

II d

tbT =

+ Giá tr ị dòng điện hiệu dụng qua Tiristor :

•

•

T1

T3

T5T6

Id

•

•

•

T4

•

• •

Rd Ld

c

T2

b a

t

Ud

UT

UT

U

t

α

α




3

II d

THD =

+ Giá tr ị điện áp ngượ c lớ n nhất của Tirisror :

22max NU.6U.3.2U ==


ddBA2BA1BA I.U.05,1SSS ===

Nhận xét :

+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp của chỉnh lưu này cao.

+ Điện áp chỉnh lưu có số lần đậ p mạch trong một chu kì gấ p đôi số lầnđậ p mạch của chỉnh lưu tia ba pha. Cụ thể, có n = 6 lần đậ p mạch trong mộtchu kì. Dòng điện trong các Tiristor có dạng chữ nhật nhưng dòng điện qua

thứ cấ p máy biến áp hồn tồn đối xứng và không có thành phần một chiều nênít làm lõi thép bị phát nóng.

+ Có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu tr ả năng lượ ng về nguồn. Cùngmột lúc cần có hai xung điều khiển để điều khiển hai Tiritor đồng thờ i.VI. Chỉnh lư u cầu ba pha điều khiển không đối xứ ng.


- Sơ đồ dạng sóng :

U

UD

UT

t

α

t

Ud

•

T2

T3D3

•

•

•

D2

•

• •

T1

D1

•

c b a

IdRd Ld





)cos1.(U.17,1td.tsin.U2

23td.tsin.U2

23U 26

5

6

26

5

6

2tb α+=ωωπ

+ωωπ

= ∫∫

π

π

α+π

α+π

+ Giá tr ị trung bình của dòng tải :

R

UI d

d =

+ Giá tr ị dòng điện trung bình chạy qua mỗi van :

3

II d

tbV =

+ Giá tr ị điện áp ngượ c của van :

22 N U.6U.3.2U ==


ddBA2BA1BA I.U.05,1SSS ===

Nhận xét :+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt.+ Việc mở các van điều khiển đơ n giản hơ n so vớ i chỉnh lưu cầu 3 pha

điều khiển đối xứng, nhưng các sóng điều hòa bậc cao của tải và của nguồnlớ n hơ n.

+ Số lần đậ p mạch trong một chu kì chỉ có 3 lần và thành phần đậ p mạchcủa chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng có giá tr ị lớ n hơ n giá tr ị của thành phần điện áp đậ p mạch của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đốixứng.VII. Chỉnh lư u tia sáu pha.


•

Rd

∅ ∅

••

A B

C

Ld

∅

••

•

A-

• •

• •

B

-C

-

T4 T5 T6

• •

• A

+

•

• • B

+ C

+

T1 T2 T3

•

Id






α=απ

=ωωπ

= ∫α+

π

α+π

cos.U.35,1cos.U.23

td.tsin.U.226

U 22

3

2

3

2d

+ Giá tr ị dòng điện tải :

R

UI d

d =

+ Giá tr ị dòng điện trung bình va mỗi van :

6

I

Id

d =

+ Giá tr ị hiệu dụng của dòng điện qua van :

6

II d

hdV =

+ Giá tr ị điện áp ngượ c lớ n nhất của van :

2max N U.22U =


dddddd21

BA I.U.55,12

I.U.81,1I.U.28,12

SSS =+=+=

Nhận xét :

+ Cùng vớ i chỉnh lưu cầu ba pha, đây là loại chỉnh lưu có chất lượ ng

điện áp chỉnh lưu tốt nhất.

+ Dòng điện chạy qua các van bán dẫn là nhỏ nhất trong các sơ đồ

thườ ng gặ p.

U

Ud

t

α




+ Khả năng tận dụng máy biến áp là thấ p và việc chế tạo sáu cuộn dây

thứ cấ p máy biến áp giống nhau là r ất khó khăn phức tạ p.

VIII. K ết luận chọn sơ đồ mạch động lự c :

Từ các phân tích về ưu, nhượ c điểm của các loại sơ đồ chỉnh lưu nói trên.

Vớ i tải là động cơ điện một chiều có công suất P = 5,5 KW thì việc chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng là hợ p lí nhất, bở i vì đây sơ đồ

chỉnh lưu có chất lượ ng điện áp và dòng điện ra tốt nhất. Khả năng tận dụng

máy biến áp r ất cao, chế tạo máy biến áp đơ n giản, dòng điện thứ cấ p máy

biến áp là đối xứng và không có thành phần một chiều nên không gây bão

hòa lõi thép.

Mặt khác, khi góc mở α càng lớ n thì điện áp trên tải sẽ có phần âm nên

chỉnh lưu này có thể làm việc ở chế độ nghịch lưu tr ả năng lượ ng về lướ i.

SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰ C CÓ THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ

∅BA C

Ap

CD

∅ ∅∅

•

•

•

° °°

•

•

•

° °°

N




CHƯƠ NG III

TÍNH CHỌ N MẠCH ĐỘ NG LỰ C

Các thông số cơ bản của động cơ bản của động cơ :

- Dòng điện định mức ở cuộn dây phần ứng động cơ :

5,62100.88,0

5500

U.

PI ==

η=

ñmöñm (A)

- Điện tr ở mạch phần ứng động cơ đượ c tính gần đúng như sau :




096,05,62

100).88,01.(5,0

U).1.(5,0R =−=η−=

öñm

öñmö I

(Ω)

- Điện cảm mạch phần ứng động cơ đượ c xác định theo công thức

Umanxki – Lindvit :

00191,05,62.1000.2.2

60.100.25,0

I.n. p.2

60.U.L =

π=

πγ=

ñmñm

ñmö (H) = 1,19 (mH)

Trong đó :

Lấy γ = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ điện một chiều có cuộn

bù.

I. Tính chọn Tiristor :

Việc tính chọn Tiristor sẽ đượ c dựa vào các yếu tố cơ bản như : dòng

điện tải, điều kiện tỏa nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van,và việc tính chọn Tiristor đượ c tính như sau :

1. Điện áp ngượ c lớ n nhất mà Tiristor phải chịu :

666,10463

100.6

K

U.K U.K U

u

dnv2nv =

π

===maxn (V)

Trong đó :

6K nv = là hệ số điện áp ngựơ c của van, (bảng 8.1 [1]);

π=

63K u là hệ số điện áp chỉnh lưu, (bảng 8.1 [1]).

2. Điện áp ngựơ c của van cần chọn.

4,188666,104.18,1U.K U maxndtUnv === (V)

Lấy 189Unv = (V).

Trong đó :

K dtU = 1,8 là hệ số dự tr ữ điện áp, vớ i K dtU = (1,6 ÷ 2).

3. Dòng điện làm việc của van :

084,365,62.3

1I.K II dhdhdlv ==== (A)

Trong đó :




3

1K hd = là hệ số dòng điện hiệu dụng của chỉnh lưu cầu

ba pha.

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và có đủ diện tính

tản nhiệt, không có quạt gió đối lưu không khí, ứng vớ i điều kiện này thì

dòng điện định mức của van cần chọn là :

336,144084,36.4I.K I lvi ===ñmv (A)

Ta lấy Iđmv = 145 (A).

Trong đó :

K i - hệ số dự tr ữ dòng điện. Vớ i điều kiện làm việc của

van ta đã chọn như trên thì Ilv = (10 ÷ 30 )%.Iđmv. Do vậy

ta chọn Ilv = 25%.Iđmv, suy ra K i = 4.

4. Chọn Tiristor :

Từ các thông số Unv, Iđmv đã xác định ở trên, để van bán dẫn làm việc

an tồn, không bị chọc thủng về nhiệt, nên ta chọn van có cánh tản nhiệt vớ i

đầy đủ diện tích tỏa nhiệt. Tra bảng phụ l ục 2 [1], ta chọn 6 Tiristor loại

151RC40 có các thông số như sau :

- Điện áp ngượ c cực đại của van : Unv max = 400 (V).

- Dòng điện định mức của van : Iđmv =150 (A).

- Dòng điện đỉnh cực đại : I pik max = 4000 (A).

- Dòng điện xung điều khiển : Ig max = 150 (mA).

- Điện áp xung điều khiển : Ug max = 2,5 (V).

- Dòng điện duy trì : Ih max = 50 (mA).

- Dòng điện rò : Ir max = 8 (mA).

- Sụt áp lớ n nhất trên Tiristor ở tr ạng thái dẫn : ΔUmax = 1,7 (V).

- Tốc độ biến thiên điện áp : 200dt

du= ( s

V ).

- Thờ i gian chuyển mạch của Tiristor : tcm = 80 (μs).

- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 (0C).

II. Tính tóan máy biến áp cho bộ chỉnh lư u :




Chọn máy biến áp ba pha ba tr ụ có sơ đồ đấu dây ! Y, làm mát bằng

không khí tự nhiên.

Tính tóan các thông số của máy bi ế n áp :

1. Công suất biểu kiến của máy biến áp :

5,656288,0

5500.05,1

P.K P.K S SdS ==η

== (V.A)

Ta lấy S = 6563 (V.A).

Trong đó :

K S – hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực. Theo bảng

8.2 [1] tra đượ c .05,1K S =

2. Điện áp pha sơ cấp máy biến áp :U1 = 380 (V).

3. Điện áp pha thứ cấp :

- Phươ ng trình điện áp khi có tải :

BAdnvdmindo UUU.2Ucos.U Δ+Δ+Δ+=α

Từ phươ ng trình trên, suy ra đượ c :

min

BAdnddo cos

UUU.2UU

αΔ+Δ+Δ+

=

Trong đó :o

min 10=α là góc dự tr ữ khi có sự suy giảm điện áp lướ i;

7,1Uv =Δ (V) là độ sụt áp trên Tiristor;

0Udn ≈Δ (V) độ sụt áp trên dây nối;

BAUΔ là độ sụt áp trên máy biến áp gồm có sụt áp trên

điện tr ở và điện kháng máy biến áp. Ta chọn sơ bộ sụt áp

của máy biến áp là 6100.06,0U%.6U dBA ===Δ (V).Thay số vào ta đượ c :

084,11110cos

607,1.2100U

0do =+++

= (V)

Ta lấy 112Udo = (V)

- Điện áp pha thứ cấ p máy biến áp :




86,4763

112

K

UU

U

do2 =

π

== (V)

Trong đó :

π=

63K U là hệ số điện áp chỉnh lưu, (bảng 8.1 [1]).

4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp :

031,515,62.3

2I.K I d22 === (A)

Trong đó :

3

2K

2= là hệ số dòng điện chỉnh lưu,( bảng 8.1 [1] ).

5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp :

427,603,51.380

86,47I.

U

UI.K I 2

1

22BA1 ==== (A)

Tính sơ bộ mạch t ừ .

6. Tiết diện sơ bộ của trụ :

687,3950.36563.6f .mS.K Q BAQFe === (cm2)

Trong đó :

K Q – hệ số phụ thuộc phươ ng thức làm mát, lấy K Q = 6;

m - là số tr ụ của máy biến áp, vớ i m = 3;

f – tần số nguồn xoay chiều, f = 50 Hz.

7. Bề rộng và bề dày của trụ :

Đối vớ i máy biến áp có công suất SBA = 6563 (V.A) < 10 KVA, nên ta

chọn dạng tr ụ hình chữ nhật. Ta có : b.aQFe =

Trong đó :

a – bề r ộng của tr ụ;

b – bề dày của tr ụ.

Mặt khác theo kinh nghiệm thì thườ ng chọn : 5,11a

bl ÷== , ta chọn :




5,1a

b= suy ra : b = 1,5.a

Vậy ta có :

QFe = a.b = 1,5.a2 = 39,687 (cm2)

Suy ra :

14,55,1

687,39a == (cm)

b = 1,5.a = 1,5.5,14 = 7,71 (cm)

Ta lấy a = 5,2 (cm) và b = 7,7 (cm).

8. Chọn loại thép :

Chọn loại thép ∃ 330, các lá thép có độ dày : 0,5 mm. Chọn sơ bộ mật

độ từ cảm trong tr ụ là BT = 1 Testla.9. Tính sơ bộ chiều cao của trụ :

Chọn tỉ số 2a

hm == ,( theo trang 257 [1] ).

Suy ra : h = 2.a = 2.5,2 = 10,4 (cm).

Vậy chọn chiều cao của tr ụ là 10 (cm).

Tính t ố n dây quấ n.

10. Số vòng dây quấn mỗi pha của cuộn sơ cấp máy biến áp :

3,4311.10.687,39.50.44,4

380B.Q.f .44,4

UW4

TFe

11 ===

− (vòng).

Lấy W1 = 431 (vòng).

11. Số vòng dây mỗi pha của cuộn dây thứ cấp máy biến áp :

32,543,431.380

86,47W.

U

UW 1

1

22 === (vòng).


12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong dây dẫn máy biến áp.

Vớ i dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, ta chọn :

J1 = J2 = 2,75 ( 2mmA )

13. Tiết diện dây quấn sơ cấp máy biến áp :

337,275,2

427,6

J

IS

1

11 === (mm2)

- Chọn dây dẫn tròn cách điện cấ p B.




- Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 2,378 (mm2).

- Kích thướ c dây dẫn có k ể cả cách điện :

dn = 1,84 (mm) = 0,184 (cm), ( phụ l ục 8 [1])

6577,24

84,1.S

2

1 =π=cñ (mm2

)

14. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp :

7,2378,2

427,6

S

IJ

2

22 === ( 2mmA )

15. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp :

556,1875,2

031,51

J

IS

2

22 === (mm2)

- Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấ p B.- Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S2 = 18,9 (mm).

- Kích thướ c dây dẫn k ể cả cách điện :

a2 = 2,24 (mm)

b2 = 8,6 (mm)

Scđ = a× b =2,24×8,6 = 19,264 (mm2)

( theo phụ l ục 9 [1] )

16. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp :

7,29,18

031,51SIJ

2

22 === ( 2mmA )

K ế t cấ u dây quấ n sơ cấ p.

17. Kiểu dây quấn :

Thực hiện theo kiểu dấy quấn đồng tâm, bố trí theo chiều dọc tr ục.

18. Tính sơ bộ số vòng dây trong một lớ p của cuộn sơ cấp.

4492,0.184,0

8,0.24,10K .

d

h.2hW c

n

o11 =

−=

−= (vòng)


Trong đó :

+ dn = 0,184 (cm) là độ dày một vòng dây.

+ K c = 0,92 là hệ số ép chặt dây quấn.

+ h = 10,4 (cm) là chiều cao tr ụ.




+ ho là khoảng cách đến gông đến cuộn sơ cấ p, chọn sơ bộ

ho = 0,8 (cm); (xác định theo trang 269 [1]).

19. Tính sơ bộ số lớ p dây ở cuộn sơ cấp :

8,944

431

W

W

n 11

1

11 === (lớ p)

20. Chọn số lớ p dây cuộn sơ cấp :

Chọn số lớ p n11 = 10 lớ p, vậy có 431 vòng dây đượ c chia thành 10

lớ p. Chọn 9 lớ p đầu có số vòng của mỗi lớ p là 44 vòng. Suy ra, số vòng của

lớ p thứ 10 có : 431 – 9. 44 = 35 (vòng).

21. Chiều cao thự c tế của cuộn sơ cấp :

8,8

92,0

184,0.44

K

d.Wh

c

n111 === (cm)

22. Chọn ống quấn dây :

Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày :

S01 = 0,1 (cm)

23. Khoảng cách từ trụ đến cuộn sơ cấp :

a01 = 0,5 (cm)

24. Kích thướ c bên trong của ống cách điện :

at = a + 2.a01 – 2.S01 = 5,2 + 2.0,5 – 2.0,1 = 6 (cm)

bt = b + 2.a01 – 2.S01 = 7,7 + 2.0,5 – 2.0,1 = 8,5 (cm)25. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớ p trong của cuộn dây sơ cấp

:

at1 = at +2.S01 = 6 + 2.0,1 = 6,2 (cm)

bt1 = bt + 2.S01 = 8,5 + 2.0,1 = 8,7 (cm)

26. Chọn bề dày cách điện giữ a các lớ p dây ở cuộn sơ cấp :

cd11 = 0,1 (mm) = 0,01 (cm)

27. Bề dày cuộn sơ cấp :

Bd1 = (dn + cd11).n11 = (0,184 + 0,01).10 = 1,94 (cm)28. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớ p ngồi của cuộn dây sơ cấp :

an = at1 + 2.Bd1 = 6,2 + 2.1,94 = 10,08 (cm)

bn1 = bt1 + 2.Bd1 = 8,7 + 2.1,94 = 12,58 (cm)

29. Chiều dài trung bình mỗi cạnh của một vòng dây cuộn sơ cấp :




14,82

08,102,6

2

aaa 1n1t

1tb =+

=+

= (cm)

64,102

58,127,8

2

b b b 1n1t

1tb =+

=+

= (cm)

30. Chiều dài dây quấn sơ cấp :3,16188)64,1014,8.(2.431) ba.(2.Wl 1tb1tb11 =+=+= (cm)

Vậy l1 = 16188,33 (cm) = 161,883 (m)

31. Chọn bề dày cách điện giữ a cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp :

cd12 = 1 (cm)

K ế t cấ u dây quấ n thứ cấ p.

32. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp :

h2

= h1

= 8,8 (cm)

33. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớ p :

41,992,0.86,0

8,8K .

b

hW c

2

212 === (vòng)

Lấy W12 = 9 (vòng)

34. Tính sơ bộ số lớ p dây quấn thứ cấp :

69

54

W

Wn

12

212 === (lớ p)

35. Chọn số lớ p dây cuộn thứ cấp :Chọn số lớ p dây quấn thứ cấ p n12 =6 lớ p, mỗi lớ p có số vòng dây bằng

nhau và bằng 9 vòng dây.

36. Chiều cao thự c tế cuộn thứ cấp :

413,892,0

86,0.9

K

b.Wh

c

2122 === (cm)

37. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớ p trong của cuộn thứ cấp :

08,121.208,10cd.2aa 121n2t =+=+= (cm)

58,141.258,12cd.2 b b 121n2t =+=+= (cm)

38. Chọn bề dày cách điện giữ a các lớ p dây ở cuộn thứ cấp :

cd22 = 0,1 (mm) = 0,01 (cm)

39. Bề dày cuộn sơ cấp :

404,16).01,0224,0(n).cda(B 122222d =+=+= (cm)

40. Chiều dài mỗi cạnh vòng dây thuộc lớ p ngồi của cuộn thứ cấp :




888,14404,1.208,12B.2aa 2d2t2n =+=+= (cm)

388,17404,1.258,14B.2 b b 2d2t2n =+=+= (cm)

41. Chiều dài trung bình mỗi cạnh của một vòng dây cuộn thứ cấp :

484,132

88,1408,12

2

aaa 2n2t2tb =

+=

+= (cm)

984,152

388,1758,14

2

b b b 2n2t

2tb =+

=+

= (cm)

42. Chiều dài dây quấn thứ cấp :

5,3182)984,15484,13.(2.54) ba.(2.Wl 2tb2tb22 =+=+= (cm)

Vậy l2 = 3182,5 (cm) = 31,825 (m)

43. Chiều dài trung bình mỗi cạnh vòng dây của cả hai cuộn sơ cấp và

thứ cấp :

544,102

888,142,6

2

aaa 2n1t

12tb =+

=+

= (cm)

044,132

388,177,8

2

b b b 2n1t

12tb =+

=+

= (cm)

44. Chọn khoảng cách giữ a hai cuộn thứ cấp :

a22 = 1,5 (cm)

Tính kích thướ c mạch t ừ .

45. Tiết diện tòan bộ trụ :QFe = a.b = 5,2.7,7 = 40,04 (cm2)

46. Tiết diện hiệu quả của trụ :

QT = K hq.QFe = 0,95.40,04 = 38,04 (cm2)

47. Số lá thép dùng trong một trụ :

1545,0

77

5,0

bh t === (lá)

Trong đó :

b = 77 (mm)

Độ dày của một lá thép là: 0,5 (mm)

48. Chọn gông có tiết diện chữ nhật và có cùng kích thướ c vớ i trụ :

Q b.g = ag.bg = QFe = a.b = 5,2.7,7 = 40,04 (cm2)

Trong đó :

ag = a = 5,2 (cm) là chiều cao của tr ụ;




bg = b = 7,7 (cm) là chiều dày của gông.

49. Tiết diện hiệu quả của gông :

QG = K hq.Q b.g = 0,95.40,04 = 38,04 (cm2)

50. Số lá thép dùng trong một gông :

1545,0

775,0

bh g

g === (lá)

51. Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ :

04,110.04,38.431.50.44,4

380

Q.W.f .44,4

UB

4T1

1T === − (T)

52. Mật độ từ cảm trong gông :

04,1

04,38

04,3804,1

Q

QBB

G

TTG === (T)

53. Chiều rộng cử a sổ :

5,1)404,1194,15,0.(2a)BcdBa.(2c 222d121d01 ++++=++++=

188,11= (cm)

54. Khoảng cách giữ a hai tâm trục :

388,162,5188,11acc, =+=+= (cm)

55. Chiều rộng mạch từ :

976,372,5.3188,11.2a.3c.2L =+=+= (cm)56. Chiều cao mạch từ :

8,202,5.24,10a.2hH g =+=+= (cm)




Tính khố i l ượ ng của sắ t và đồng.

57. Thể tích của trụ :

85,11864,10.04,38.3h.Q.3V TT === (cm3) ≈ 1,187 (dm3)

58. Thể tích của gông :

2,2889976,37.04,38.2L.Q.2V GG === (cm3) ≈ 2,889 (dm3)

59. Khối lượ ng của trụ :

318,985,7.187,1m.VMFeTT

=== (kg)

Trong đó :

mFe = 7,85 ( 3dmkg ) là khối lượ ng riêng của sắt.

60. Khối lượ ng của gông :

678,2285,7.889,2m.VM FeFeG === (kg)

61. Khối lượ ng của sắt :

996,31678,22318,9MMM GTFe =+=+= (kg)

62. Thể tích của đồng :

)10.825,31.10.9,1810.883,161.10.378,2.(3)l.Sl.S.(3V 442211Cu

−− +=+=

= 2,959 (dm3)

Trong đó :

S1, S2 là tiết diện dây quấn sơ cấ p và thứ cấ p;

l1, l2 l là tiết diện dây quấn sơ cấ p và thứ cấ p.

63. Khối lượ ng đồng :

L

cac

h H

b

S ơ đồ k ế t cấ u lõi thép máy biế n áp chỉ nh l ư u.




338,269,8.959,2m.VM CuCucu === (kg)

Trong đó :

mCu = 8,9 ( 3dmkg ) là tr ọng lượ ng riêng của đồng.

Tính các thông số của máy bi ế n áp.64. Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0C :

452,1378,2

883,161.02133,0

S

l.R

1

1751 ==ρ= (Ω)

Trong đó :

75ρ = 0,02133 ( mmm. 2Ω ) là điện tr ở suất của

đồng ở 75 0C.

65. Điện trở cuộn dây thứ cấp máy biến áp :0359,0

9,18

825,31.02133,0

S

l.R

2

21752 ==ρ= (Ω)

66. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp :

0587,0)431

54.(452,10359,0)

W

W.(R R R 22

1

212BA =+=+= (Ω)

67. Sụt áp trên điện trở máy biến áp :

67,35,62.0587,0I.R U dBAr ===Δ (V)

68. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp máy biến áp :

72112

bk 22

2BA 10.).

3

BdBda.(

h

R .)W(8X −ω

++π=

= 1022 10.314).3

04,144,1910.(

4,10

665,6.54..8 −+

+π

= 0,098 (Ω)

Trong đó :

+ W2 = 54(vòng) là số vòng dây quấn thứ cấ p máy biến áp;+ h = 10,4 (cm) là chiều cao cửa sổ lõi thép;

+ R bk – bán kính trong của cuộn thứ cấ p máy biến áp :

665,64

58,1408,12

4

ba

22

b

2

a

R 2t2t

2t2t

bk =+

=+

=+

= (cm)

+ a12 = 10 (mm);




+ Bd1 = 1,94 (cm) = 19,4 (mm);

+ Bd2 = 1,404 (cm) = 140,4 (mm);

69. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp :

000312,0314

098,0X

LBA

BA ==ω= (mH) = 0,312 (H)

70. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp :

852,55,62.098,0.3

I.X.3

U dBAX =π

=π

=Δ (V)

71. Sụt áp trên máy biến áp :

91,6852,567,3)U()U(U 222BA

2BABA =+=Δ+Δ=Δ (V)

72. Điện áp trên động cơ khi có góc mở αmin = 100 :91,67,1.210cos.112UU.2cos.UU 0

BAvmindod −−=Δ−Δ−α=

98,99= (V)

73. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp :

114,0098,00587,0)X()R (Z 222BA

2BABA =+=+= (Ω)

74. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp :

6,458031,51.0587,0.3)I.(R .3P 22

2BAn===Δ (W)

98,6100.6563

6,458100.

S

P%P n

n ==Δ

=Δ %

75. Tổn hao không tải có k ể đến 15% tổn hao phụ :

)04,1.678,2204,1.318,9.(15,1.3,1)B.MB.M.(n.3,1P 222TG

2TTf o +=+=

74,51= (W)

788,0100.6563

74,51100.

S

P%P o ===Δ %

Trong đó :

nf = 1,15 là hệ số k ể đến 15 % tổn hao.

76. Điện áp ngắn mạch tác dụng :

26,6100.86,47

031,51.0587,0100.

U

I.R %U

2

2BAnr === %

77. Điện áp ngắn mạch phản kháng :




45,10100.86,47

031,51.098,0100.

U

I.X%U

2

2BAnx === %

78. Điện áp ngắn mạch phần trăm :

18,12%)45,10(%)26,6(%)U(%)U(%U

222

n

2

nn =+=+= % 79. Dòng điện ngắn mạch xác lập :

82,419114,0

86,47

Z

UI

BA

2nm2 === (A)

80. Dòng điện ngắn mạch tứ c thờ i cự c đại :

22,684)e1.(82,419.2)e1.(I.2I 45,10

26,6.

U

U.

maxUnx

UÛn

=+=+=π

−π

−(A)

Vậy ta có : Imax = 684,22 (A) < I pik = 4000 (A) ⇒ đảm bảo cho van vẫn

làm việc đượ c bình thườ ng.

81. Kiểm tra máy biến áp :

Kiểm tra máy biến áp có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên

của dòng điện chuyển mạch.

)sin(.U.6UUdt

di.L.2 22123

cBA α−θ=−=

⇒ 7,187872

10.312,0.2

86,47.6

L.2

U.6|

dt

di3

BA

2max

c ===− (A/s) ≈ 0,188 (A!μs)

Vậy : maxc |

dt

di= 0,188 (A/μs) < (

dt

di)⏐cp =180 (A/μs) .

82. Hiệu suất của thiết bị chỉnh lư u :

952,06563

5,62.98,99

S

I.U dd ===η = 95,2 %

III. Thiết k ế cuộn kháng lọc.

Vớ i các bộ nguồn một chiều thì độ nhấ p nhô của điện áp là chỉ tiêu

quan tr ọng nhất để đánh giá chất lượ ng. Đối vớ i bộ nguồn một chiều dùngchỉnh lưu có điều khiển thì điện áp ra có tính chu kì. Điện áp này có thể phân

tích thành tổng của điện áp không đổi và các điện áp điều hòa tần số cao.

Chính vì vậy, sẽ xuất hiện thành phần xoay chiều chạy trong mạch gây ảnh

hưở ng không tốt cho thiết bị điện một chiều. Để hạn chế ảnh hưở ng của

thành phần xoay chiều thì ta phải đưa vào mạch tải những bộ lọc thành phần




xoay chiều, thông thườ ng là dùng cuộn điện kháng để lọc thành phần xoay

chiều.

Sau đây là các bướ c tính tốn thiết k ế cuộn kháng lọc :

1. Xác định góc mở cự c tiểu và góc mở cự c đại :

Chọn góc mở cực tiểu αmin =100. Vớ i góc mở αmin là góc mở dự tr ữ có

thể bù đượ c sự suy giảm điện áp lướ i.

- Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải là lớ n nhất :

Udmax = Udo.cosαmin = Udđm ;

và Udmax tươ ng ứng vớ i tốc độ động cơ là lớ n nhất : n = nmax = nđm .

- Khi góc mở lớ n nhất α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất :

Udmin

= Udo

.cosαmax

;

và Ud min tươ ng ứng vớ i tốc độ động cơ nhỏ nhất : n = nmin .

Vậy ta có đượ c :

)U.34,2

Ucos(ar )

U.63

Uarccos()

U

Uarccos(

2

mind

2

mind

do

mindmax =

π

==α

- Tính Ud min :

+ Tốc độ góc định mức :

667,104601000.2

60n.2

max =π=π=ω=ω ñmñm (rad!s)

+ Tốc độ góc nhỏ nhất :

)1K .(||

M

||

1)MM( Mminnm −

β=

β−=ω ñm

ñmmin

Trong đó:

Mn min = Mc max = K M.Mđm

• Giả sử cho động cơ làm việc vớ i mômen cản lớ n nhất và bằng 2 lần

mômen định mức. Ta chon hệ số quá tải K M = 2.

• Ta có :

898,0667,104

5,62.096,0100I.R U).K ( =

−=

ω

−=Φ

ñm

ñmö ñm

ñm (Wb)

• Mômen định mức :

Mđm = (K.Φđm).Iđm = 0,898.62,5 = 56,125 (N.m)




• Độ cứng đặc tính cơ của động cơ :

4,8096,0

)898,0().K (M

d

dM 22

==Φ

=ωΔ

Δ≈

ω=β

ö

ñm

R

Vậy tốc độ góc nhỏ nhất của động cơ là :

681,6)12.(4,8

125,56)1K .(

||

MMmin =−=−

β=ω ñm (rad!s)

+ Dải điều chỉnh của động cơ là :

66,15681,6

667,104D

min

max ==ωω

=

+ Mặt khác ta có :

∑

∑

−

−=

ω

ω=

ö öñm

ö öñm

R .IU

R .IUD

mind

maxd

min

max

Suy ra :

[ ]∑−+= ö öñm R .I).1D(U.D

1U maxdmind

[ ])R R R .(I).1D(cos.U.34,2.D

1dtBAmin2 ++−+α= ö öñm

[ ])0936,00587,0096,0.(5,62).166,15(10cos.86,47.34,2.66,15

1 0 ++−+=

= 21,838 (V)

Mà theo trên ta có :

75,78)86,47.34,2

838,21arccos()

U.34,2

Ucos(ar

2

mindmax ===α 0

Vậy :

Góc mở nhỏ nhất là : αmin = 10 0.

Góc mở lớ n nhất là : αmax = 78,750.

2. Xác định các thành phần sóng hài :Theo lí thuyết chuỗi Furier thì điện áp chu kì có thể khai triển thành tổng

của điện áp một chiều và các thành phần điện áp điều hòa có tần số khác

nhau, công thức khai triển như sau :

∑ ∑∞

=

∞

=∑ θ

τπ

+θτπ

+=1k 1k

nno

d )k .2

sin(. b)k .2

cos(.a2

aU




Trong đó :

ao – điện áp của thành phần một chiều;

ak , bk – biên dộ điện áp của sóng điều hòa bậc k;

θθτ

π

τ= ∫

τ

d).k .

2

cos(.U.

2

a 0dk

θθτπ

τ= ∫

τd.)k .

2sin(.U.

2 b

0dk

Để thuận tiện trong việc khai triển chuỗi Furier, ta chuyển tọa độ sang

điểm O’( 0;6

π) (tại góc thông tự nhiên), khi đó điện áp tức thờ i trên tải khi

Tiristor T1 và T4 dẫn :

)6

cos(.U.6UU 2abd α+π−θ== ; vớ i t.ω=θ .

Điện áp tức thờ i trên tải Ud là không hình sin và tuần hồn vớ i chu kì :

36

2

p

2 π=

π=

π=τ

Trong đó : p = 6 là số xung đậ p mạch trong một chu kì điện áp lướ i của

chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.

Vậy ta có :

• θθτπ

τ= ∫

τd).k .

2cos(.U.

2a

0dk

θα+π

−θπ

= ∫τ

d).k .6cos().6

cos(.U.6.6

02

απ

−

−π

= cos.6

sin.2).1)k 6(

)2(.U.

6322

α−−π= cos.1)k 6(

)2(.U.63 22

• θθτπ

τ= ∫

τd).k .

2sin(.U.

2 b

0dk

θθα+π

−θπ

= ∫τ

d).k .6sin().6

cos(.U.6.6

02




απ

−−

−π

= sin.6

sin).2).(1)k 6(

)12(.U.

6322

α

−π

= sin).

1)k 6(

)12(.U.

6322

Suy ra biên độ của điện áp điều hòa là :

α+α−π

=+= 22222

2k

2k m.k sin.)k 6(cos.

1)k 6(

1.U.

63.2) b()a(U

α+−

α= 22

2do tg.)k 6(1.

1)k 6(

cos.U.2

Trongđ

ó : 22udo U

63

U.K U π==

Ta có : απ

= cos.U.63

2

a2

o

Vậy :

∑∞

=ϕ−θ+α

π≈

1k 1m.k d )6sin(.Ucos.

63U

Nhận xét :

Vậy biên độ của các thành phần sóng điều hòa có giá tr ị thay đổi theogóc điều khiển α, góc điều khiển càng lớ n thì sóng hài càng tăng.

3. Xác định điện cảm của cuộn kháng lọc :

Từ những phân tích ở trên, ta nhận thấy r ằng khi góc mở càng tăng thì

biên độ của sóng hài càng lớ n, ngh ĩ a là độ đậ p mạch của điện áp và dòng

điện sẽ tăng lên. Chính sự đậ p mạch đó sẽ làm xấu đi chế độ chuyển mạch

của vành góp, đồng thờ i gây ra tổn hao phụ dướ i dạng nhiệt trong động cơ .

Để hạn chế sự đậ p mạch này thì ta phải mắc nối tiế p vớ i phần ứng của động

cơ điện một cuộn kháng lọc đủ lớ n để có IK ≤ 0,1.Iưđm. Ngồi tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, thì cuộn kháng còn

có tác dụng hạn chế vùng làm việc gián đoạn.

Ta cần xác định giá tr ị điện kháng lọc ứng vớ i khi α = αmax, vì lúc này

trên tải có sóng hài bậc cao lớ n nhất.

Ta có phươ ng trình cân bằng điện áp :




dt

di.Li.R I.R EUU ~

~d~ +++=+ ∑∑ ö ö

Cân bằng hai vế của phươ ng trình ta đượ c :

dt

di

.Li.R U~

~~ += ∑ö

Vìdt

di.Li.R ~

~ <<∑ö nên ta có thể bỏ qua ~i.R ∑ö

Vậy ta có :

dt

di.LU ~

~ = (3 - 1)

Trong các thành phần xoay chiều thì thành phần sóng bậc k = 1 có mức

độ lớ n nhất, gần đúng ta có :

)6sin(.UU 1m1~ +θ=

Từ biểu thức (1 - 3) ta có :

dt.)t6sin(.U.L

1dt.U.

L

1i 1m1~~ ∫∫ ϕ+== ; vớ i t.ω=θ và f .2π=ω .

Suy ra :

)6cos(.I)6cos(.L.f .2.6

Ui 1m1

m1~ ϕ+θ=ϕ+θ

π=

Vậy :

öñmI.1,0L.f 2.6

UI m1

m ≤π

=

⇒ öñmI.1,0.f .2.6

UL m1

π≥

Trong đó :

max22

2maxdo

m1 tg.61.16

cos.U.2U α+

−

α=

683,3775,78tg.361.136

75,78cos.112.2 02

0=+

−= (V)

Vậy :

0032,05,62.1,0.50.2.6

68,37L =

π≥ (H)

Ta chọn L = 0,0032 (H) = 3,2 (mH).




- Điện cảm của cuộn kháng lọc :

BAK L.2LLLLL −−=−= ö ñcö

666,0312,0.291,12,3 =−−= (mH)

Ta chọn : LK = 0,67 (mH).

Trong đó :

+ Lư – điện cảm mạch phần ứng động cơ đượ c tính theo công

thức Umaxki – Lindvil đã xác định ở phần tính tốn các

thông số cơ bản của động cơ , ta có đượ c : Lư = 1,91 (mH).

+ LBA – điện cảm của máy biến áp.

4. Thiết k ế k ết cấu cuộn kháng lọc :

Các thông số ban đầu :

- Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc : LK = 0,67 (mH);- Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Im = Iưđm = 62,5 (A);

- Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I1m = 10%.Iđm = 0,1.62,5 = 6,25

(A).

4.1 . Xác định tổng trở của cuộn kháng :

Do điện cảm của cuộn kháng lọc lớ n và điện tr ở của cuộn kháng lọc lại

bé, nên ta có thể coi tổng tr ở của cuộn kháng xấ p xỉ bằng điện kháng.

K K '

K K L.f . p.2L.f .2XZ π=π==

26,110.67,0.50.6.2 3 =π= − (Ω).

4.2. Điện áp xoay chiều rơ i trên cuộn kháng lọc :

57,52

25,6.26,1

2

I.ZU m1

K ===Δ (V)

4.3. Công suất của cuộn kháng lọc :

62,242

25,6.57,5

2

I.US m1 ==Δ= (VA)

a!2 c a

L

H h

b




4.4. Tiết diện cự c từ chính của cuộn kháng :

432,150.6

62,24.5

f

S.K Q

'Q === (cm2)

Trong đó :

f ’ = 6.f = 6.50 = 300 (Hz);

K Q = 5 là hệ số phụ thuộc vào phươ ng thức làm mát bằng

không khí tự nhiên.

Ta lấy Q = 1,6 (cm2).

4.5. Chọn loại thép :Vớ i tiết diện tr ụ Q = 1,6 (cm2), ta chọn loại thép 330A, lá thép dày 0,35

(mm).

Tiết diện tr ụ Q = a.b = 1,6 (cm2).

Chọn 3,1a

b= ⇒ b = 1,3.a ;

Vậy ta có : 1,3.a2 = 1,6 (cm2) ⇒ a = 1,11 (cm);

b = 1,44 (cm).

Lấy : a = 1,2 (cm) = 12 (mm);

b = 1,4 (cm) = 14 (mm).

4.6. Chọn mật độ từ cảm trong trụ :

BT = 0,8 (T).

4.7. Số vòng dây của điện kháng :

Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì trong cuộn

kháng xuất hiện một sức điện động EK :

Q.B.f .44,4E T

'

K = Gần đúng, ta có thể coi : 57,5UEK =Δ= (V).

Vậy ta có :

67,3210.6,1.8,0.50.6.44,4

57,5

Q.B.f .44,4

UW

4T

'==

Δ= − (vòng);

Lấy W = 32 (vòng).




4.8. Dòng điện chạy qua cuộn kháng :

)6cos(.II)t(i 1m1d ϕ+θ+=

Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng là :

66,62)225,6(5,62)

2I()I(I 222m12dK =+=+= (A)

Trong đó :

I1m = 0,1.Iưđm = 6,25 (A).

4.9. Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng :

J = 2,75 (A!mm2).

4.10. Tiết diện dây quấn cuộn kháng :

785,2275,2

66,62

J

I

SK

K === (mm2

)

Chọn dây theo tiêu chuẩn, ta chọn dây dẫn hình chữ nhật, cách điện cấ p

B, ta chọn SK = 23,6 (mm2). Có các kích thướ c : aK .bK = 3,28×7,4

(mm×mm).

Tính lại mật độ dòng điện :

65,26,23

66,62

S

IJ

K

K === (A!mm2)

4.11. Chọn hệ số lấp đầy :

7,0Q

S.WK

cs

K ==lñ

4.12. Diện tích cử a sổ :

57,1117,0

6,23.33

K

S.WQ K

cs ===lñ

(mm2) = 11,13 (cm2)

4.13. Tính kích thướ c mạch từ :

h.cQcs =

Chọn 3a

hm == ⇒ h = 3.a = 3.1,2 = 3,6 (cm) = 36 (mm)

Vậy chiều r ộng cửa sổ cực từ là :

1,36,3

13,11

h

Qc cs === (cm) = 31 (mm).

4.14. Chiều cao mạch từ :




8,42,16,3ahH =+=+= (cm) = 48 (mm)

4.15. Chiều dài mạch từ :

6,82,1.21,3.2a.2c.2L =+=+= (cm) = 86 (mm)

4.16. Chọn khoảng cách từ gông đến cuộn dây :

hg = 2 (mm) = 0,2 (cm)

4.17. Tính số vòng dây trên một lớ p :

32,44,7

2.236

b

h.2hW

k

g =−

=−

=1lôùp (vòng)

Lấy W1 lớ p = 4 (vòng).

4.18. Tính số lớ p dây quấn :

8

4

32

W

Wn1 ===

1lôùp

(lớ p)

Vậy có 8 lớ p dây, mỗi lớ p dây có 4 vòng dây.

4.19. Chọn khoảng cách cách điện giữ a dây quấn vớ i trụ :

a01 = 3 (mm)

Chọn khoảng cách cách điện giữa các lớ p dây : cd1 = 0,1 (mm)

4.20. Bề dày cuộn dây :

04,278).1,028,3(n).cda(B 11k d =+=+= (mm)

4.21. Tổng bề dày cuộn dây :

04,30304,27aBB 01dd =+=+=∑ (mm)

4.22. Chiều dài của vòng dây trong cùng :

76)3.41412.(2]a.4 ba.[2)]a.2 b()a.2a.[(2l 0101011 =++=++=+++= (mm)

4.23. Chiều dài của vòng dây ngồi cùng :

]4.B4.a b2.[a)]2.B2a(b)2.B2.a2.[(al d01d01d012 +++=+++++=

32,292)04,27.43.41412.(2 =+++= (mm)

4.24. Chiều dài trung bình của một vòng dây :

184,162292,3276

2ll

l 21tb =+=+= (mm)

4.25. Điện trở của dây quấn ở 75 0C :

0,005323,6

.32184,16.100,02133.

S

.Wl.ρR

3

K

tb75K ===

−

(Ω)




Vớ i 0,02133ρ75 = (Ω.mm2!m) là điện tr ở suất của đồng ở 75 0C. Ta

thấy r ằng, giá tr ị điện tr ở của dây quấn cuộn kháng r ất bé nên ta giả thiết ban

đầu bỏ qua giá tr ị điện tr ở của cuộn kháng là đúng.

4.26. Thể tích sắt : 24Fe 86).10(2.3612.14.10L)a.b.(2.h.b.L

2

a2.2.a.b.hV

−−+=+=+=

02654,0= (dm3)

4.27. Khối lượ ng sắt :

2083,085,7.02654,0m.VM FeFeFe === (kg)

Trong đó :

mFe – khối lượ ng riêng của sắt, mFe =7,85 (kg!dm3)

4.28. Khối lượ ng đồng :

238,19,8.32.10.16,184.6,23m.W.l.Sm.VM 6CutbK FeFeCu ==== − (kg)

Trong đó : mCu = 8,9 (kg!dm3) là khối lượ ng riêng của đồng.

IV. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lự c :

1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn :

Khi làm việc vớ i dòng điện chạy qua van thì trên van có sụt áp, do vậy

sẽ có tổn hao công suất trên van ΔP, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van

bán dẫn. Mặt khác vì van bán dẫn chỉ đượ c phép làm việc dướ i nhiệt độ cho phép Tcp, nếu quá nhiệt độ cho phép thì van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van

bán dẫn làm việc an tồn, không bị chọc thủng về nhiệt thì ta phải tính chọn

và thiết k ế hệ thống cánh tản nhiệt để làm mát van bán dẫn.

- Tổn thất công suất trên một Tiristor :

343,61084,36.7,1I.UP lvv ==Δ=Δ (W)

- Diện tích bề mặt tỏa nhiệt :

1917,040.8

343,61

.K

PS M

m ==τΔ

= (m2)

Trong đó :

ΔP – tổn hao công suất trên van, (W);

K M – hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, chọn K M = 8

(W!m2.0C);




τ - độ chênh nhiệt độ so vớ i môi tr ườ ng. Chọn nhiệt độ môi

tr ườ ng Tmt = 40 0C. Nhiệt độ làm việc cho phép của

Tiristor là Tcp = 125 0C. Chọn nhiệt độ trên cánh tản nhiệt

Tlv = 80 0C.

404080TT mtlv =−=−=τ (0C)

- Chọn loại cánh tản nhiệt có 12 cánh, kích thướ c của mỗi cánh là :

a×h1

Chọn :

a = b =10 (cm) = 100 (mm);

h0 = 1 (cm) = 10 (mm);

h1 = 8,5 (cm) = 85 (mm);

h = 95 (mm);c = 3 (mm);

z = 5,8 (mm).

(Chọn theo trang tài liệu [2] )

Vậy tổng diện tích tản nhiệt của cánh là :

20405,8.10.2.12 ===12.2.b.hS 1 (cm2) = 0,204 (m2)

Hình dáng và kích thướ c giớ i hạn cánh t ản nhiệt của một van bán d ẫ n

h

zc

h1

h0

a

b




2. Bảo vệ quá dòng cho van bán dẫn :

Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực tự bảo vệ mạch điện khi quá

tải và ngắn mạch Tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ biến đổi, ngắn mạch thứ

cấ p máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu.

- Chọn Aptomat có các thông số sau :

+ Dòng điện định mức :245,12427,6.3.1,1I.1,1I === 1daâyñm (A)

Ta lấy Iđm = 13 (A);

+ Điện áp định mức :

380UU 1 ==ñm (V)

Aptomat có 3 tiế p điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam

châm điện.

+ Chỉnh định dòng điện ngắn mạch :83,27427,6.3.5,2I.5,2Inm === 1daây (A)

Chọn Inm = 28 (A)

+ Chỉnh định dòng điện quá tải :

7,16427,6.3.5,1I.5,1Iqt === 1daây (A)

- Chọn cầu dao có dòng định mức như sau :




245,12427,6.3.1,1I.1,1I === 1daâyqt (A)

Chọn Iqt = 13 (A)

Cầu dao dùng để tạo khe hở an tồn khi sữa chữa hệ thống truyền động.

- Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor, ngắnmạch đầu ra của bộ chỉnh lưu và ngắn mạch ở mạch điều khiển mở máy.

+ Nhóm 1CC :

Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1CC :

15,56031,51.1,1I.1,1I 2CC1 === (A)

+ Nhóm 2CC:

Dòng điện định mức dây chảy nhóm 2CC :

7,39084,36.1,1I.1,1I hdCC2 === (A)

+ Nhóm 3CC :Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 3CC :

75,685,62.1,1I.1,1I dCC3 === (A)

+ Nhóm 4CC :

Dòng điện định mức của dây chảy nhóm 4CC :

25,12427,6.3.1,1I.1,1I CC4 === 1daây(A)

⇒ Vậy ta chọn cầu chảy của các nhóm như sau :

Nhóm 1CC loại 60 (A); Nhóm 2CC loại 40 (A);

Nhóm 3CC loại 70 (A);

Nhóm 4CC loại 13 (A).

- Chọn công tắc tơ :

Ta dùng một công tắc tơ để mở máy cho động cơ , có các thông số sau :

+ Dòng điện định mức của công tắc tơ :

25,12427,6.3.1,1I.1,1I ===1daâyñm

(A)

Chọn Iđm = 12 (A)

+ Điện áp định mức của công tắc tơ :

220UU f 1 ==ñm (V)

3. Bảo vệ quá điện áp cho van :

- Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristor đượ c thực hiện bằng

cách mắc R – C song song vớ i Tiristor. Khi có sự chuyển mạch, các điện tích




tích tụ trong lớ p bán dẫn sẽ phóng ra ngồi tạo ra dòng điện ngượ c trong

khoảng thờ i gian ngắn. Chính sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện

ngượ c sẽ gây ra sức điện động cảm ứng r ất lớ n trong các điện cảm làm cho

quá điện áp giữa Anốt và Katốt của Tiristor. Khi có mạch R – C mắc song

song vớ i Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyểnmạch nên Tiristor không bị quá điện áp.

Theo kinh nghiệm, thườ ng chọn :

R 2

= ( 5 ÷ 30 ) (Ω)

C2 = ( 0,25 ÷ 4 ) (μF)

Ta chọn :

R 2 = 5 (Ω)

C2 = 0,25 (μF)

- Bảo vệ xung điện áp từ lướ i điện, ta mạch R – C như hình vẽ sau :

• •

R C

T




Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung điện áp gần như nằm lại hồn tồn trên

điện tr ở đườ ng dây. Tr ị số R 1, C1 đượ c chọn theo kinh nghiệm :

R 1 = ( 5 ÷ 20 ) (Ω)

C1 = 4 (μF)

Ta chọn :R 1 = 10 (Ω)

C1 = 4 (μF)

•

••

••

CR

C

R C

R




CHƯƠ NG IV

TÍNH CHỌ N MẠCH ĐIỀU KHIỂ N.

I. Lí thuyết mạch về mạch điều khiển :

Nhiệm vụ của mạch điều khiển là nhằm tạo ra xung điều khiển trong nửachu kì dươ ng điện áp Anốt của Tiristor.

1. Nguyên tắc điều khiển :

Có hai nguyên tắc điều khiển Tiristor :

- Điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng.

- Điều khiển theo nguyên tắc nằm ngang.

a. Điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứ ng :

Điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứ ng tuyến tính :

- Trong vùng điện áp dươ ng Anốt của Tiristor, ta tạo một điện áp tựa

biến thiên tuyến tính theo dạng r ăng cưa rcU .

- Dùng một điện áp một chiều gọi là ñk U để so sánh vớ i điện áp tựa rcU

nói trên. Tại thờ i điểm hai điện áp này bằng nhau thì cho phát xung điều

khiển mở Tiristor.

Khi ta điều chỉnh giá tr ị ñk U từ giá tr ị 0 đến đỉnh điện áp rcU thì giao

điểm của hai đườ ng này sẽ thay đổi tươ ng ứng từ ( 0 ÷1800 ). Vậy góc mở α

của Tiristor phụ thuộc tuyến tính vào giá tr ị ñk U . Vì vậy, trong thực tế

nguyên tắc này đượ c ứng dụng r ộng rãi.

U

t

t

t

Xđk Xđk

URCURC

α

Uđk




Điều khiển theo nguyên tắc cosin :

- Cần tạo một điện áp hình sin uS lệch pha vớ i điện áp hình sin ở Anốt

của Tiristor một góc 900 điện. Giả sử điện áp trên Anốt của Tiristor có dạng

uA = Um.sinωt thì điện áp uS = Um.cosωt.

- Dùng một điện áp một chiều Uđk có thể điều chỉnh giá tr ị theo hai chiều

dươ ng và âm. Tại thờ i điểm Uđk = uS thì cho phát xung điều khiển.

Vậy khi ta cho thay đổi giá tr ị điện áp một chiều Uđk = - Um đến giá tr ị

Uđk = + Um thì ta có thể điều chỉnh đượ c góc mở α từ ( 0 ÷ π ), ta nhận thấy

góc α phụ thuộc phi tuyến vào giá tr ị Uđk , vậy α là một hàm theo giá tr ị , α

= f(Uđk ).

2. Điều khiển theo nguyên tắc nằm ngang :

- Dùng mạch L – C để để tạo ra một điện áp lệch pha so vớ i điện áp Anốt

của Tiristor. Nhờ có các phần tử lệch pha L, C sẽ tạo ra một điện áp dịch pha

udf lệch pha (cụ thể là chậm pha) so vớ i điện áp hình sin ở Anốt của Tristor

một góc là α . Tại thờ i điểm udf = 0 thì cho phát xung mở Tiristor.

Vậy chỉ cần điều chỉnh giá tr ị L và C là có thể thay đổi đượ c góc mở Tiristor. Tuy nhiên, việc điều chỉnh giá tr ị L và C là r ất phức tạ p. Vì vậy nên

nguyên tắc điều khiển theo phươ ng nằm ngang là ít đượ c dùng trong thực tế.

UA =Um.sinωt

uS =Um.cosωt

U

t

t

t

Xđk Xđk

α

Uđk

uA=Um.sinωt

udf

U

t

t

URCURC

α




3. K ết luận :

Trong các nguyên tắc điều chỉnh nói trên thì ta nhận thấy nguyên tắc

điều khiển theo phươ ng thẳng đứng tuyến tính là đơ n giản nhất, vì góc mở α

phụ thuộc tuyến tính vào điện áp một chiều Uđk nên việc điều khiển sẽ thuận

lợ i hơ n. Vậy ta chọn nguyên tắc điều khiển theo phươ ng thẳng đứng tuyến

tính để thiết k ế mạch điều khiển Tiristor.II. Cấu trúc mạch điều khiển :

1. Sơ đồ khối của mạch điều khiển :

2. Nhiệm vụ từ ng khối :

- Khâu đồng pha (ĐF) : có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc, trùng pha vớ i

điện áp dươ ng Anốt của Tiristor.

- Khâu so sánh (SS) : có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa Urc và điện

áp điều khiển Uđk , xác định thờ i điểm Urc = Uđk thì phát xung đầu ra để gửi

sang tầng khuếch đại.

- Khâu tạo xung khuếch đại (TXK Đ) : có nhiệm vụ tạo xung điều khiển

có biên độ và độ r ộng xung phù hợ p đủ để mở Tiristor một cách tin cậy trongmọi chế độ làm việc trong tồn dải điều chỉnh của hệ.

Mặt khác, để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượ ng xung

kích mơ ,û nhằm đảm bảo cho Tiristor mở một cách chắc chắn thì ta dùng bộ

phát xung chùm có tần số cao để tạo xung điều khiển cho Tiristor. Nguyên

G K

A

Urc

Uđk

UAT ĐF SS TX,K Đ




tắc phát xung chùm là tr ướ c khi vào tầng khuếch đại ta đưa chèn thêm một

cổng AND vớ i tín hiệu nhận từ khâu so sánh và bộ phát xung chùm.

III. Thiết k ế các khâu trong mạch điều khiển :

1. Thiết k ế khâu đồng pha :

Ta có một số sơ đồ dùng làm khâu đồng pha để tạo điện áp r ăng cưa như

sau :

Từ bộ phát xungchùm đưa đến

Đưa đến khâu K Đ Khâu SS đưa tớ i

&

Hình a

- E

C

D2

D1

R2

∅

R1 ∅

∅ ∅

∅• •

••

U1 U2 Urc

• ∅•

•

Hình b.

- E

CD

R2

∅

R1 ∅

∅ ∅

•

• •

U1 U2 Urc

•

GHÉP QUANG∅ • ∅•

Hình c.

+ E

CD

R2

∅

R1

∅

∅

•

•

Urc

Tr

C

∅

∅

•

•

•

•

•

•

R1 ∅

∅

•

•

U1 U2 Urc

OA2

-

+•OA1

+

- D

R3

R2




- Sơ đồ hình a :

Dùng diode và tụ điện để tạo mạch đồng pha. Sơ đồ này đơ n giản, dễ thực hiện, vớ i số linh kiện ít nhưng chất lượ ng điện áp tựa chưa tốt, độ dàicủa phần biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết 1800. Do vậygóc mở lớ n nhất của van bị hạn chế. Có ngh ĩ a là, ở sơ đồ này thì ta khôngđiều khiển đượ c góc mở Tiristor từ 0 ÷ 1800 mà chỉ điều khiển đượ c góc mở từ 0 ÷ θ, vớ i góc θ < 1800.

- Sơ đồ hình b :Dùng Tranzitor và tụ điện để tạo mạch đồng pha. Sơ đồ này cho ra điện

áp tựa biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kì điện áp dươ ng Anốt củaTiristor. Vậy ở sơ đồ này ta có thể điều khiển đượ c góc mở Tiristor từ 0 đến

giá tr ị cực đại.- Sơ đồ hình c :Dùng bộ ghép quang và tụ điện để tạo mạch đồng pha. Chất lượ ng điện

áp tựa biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kì dươ ng điện áp Anốt củaTiristor. Vì vậy ta cũng có thể điều khiển đượ c góc mở Tiristor từ 0 đến cựcđại. Nhưng ở sơ đồ này thì không cần dùng đến biến áp đồng pha để cách limạch động lực vớ i mạch điều khiển vì bộ ghép quang đã có chức năng cáchli giữa mạch điều khiển vớ i mạch động lực. Vì vậy có thể đơ n giản hơ n trongviệc chế tạo.

- Sơ đồ hình d :

Dùng bộ khuếch đại thuật tốn để tạo mạch đồng pha. Chất lượ ng điện áptựa ở đầu ra r ất tốt, phủ hết nửa chu kì dươ ng. Ngày nay các vi mạch chế tạongày càng nhiều, chất lượ ng điện áp ngày càng cao, kích thướ c ngày càngnhỏ gọn. Nên việc ứng dụng các vi mạch vào việc thiết k ế mạch đồng pha sẽ cho ra điện áp tựa tốt hơ n.

• Nhận xét :Ở sơ đồ hình a, có nhượ c điểm là góc mở cực đại của Tiristor bị hạn chế,

điện áp tựa không phủ hết 1800.Ở sơ đồ hình b và c có nhượ c điểm là : việc mở hoặc khóa các Tranzitor

trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác, làm cho việc nạ p xả tụ trong

vùng điện áp lướ i lân cận 0 là không đượ c như ý muốn.Vậy chỉ có sơ đồ hình d là làm việc ổn định và chính xác và có chất

lượ ng điện áp tựa cũng tốt.Vậy ta chọn sơ đồ hình d dùng khuếch đại thuật tốn để chế tạo mạch

đồng pha.2. Thiết k ế khâu so sánh :

- Để xác định thờ i điểm mở Tiristor thì ta cần so sánh hai tín hiệu Uđk vàtín hiệu Urc, ta có một số sơ đồ so sánh như sau:




- Sơ đồ hình a :Dùng Tranzitor để chế tạo mạch so sánh. Tại thờ i điểm Uđk = Urc thì đầu

vào Tranzitor lật tr ạng thái từ khóa sang mở ( hoặc ngượ c lại từ mở sangkhóa) làm cho điện áp của khâu so sánh cũng lật tr ạng thái, tại thờ i điểm Urc = Uđk ta đánh dấu đượ c thờ i điểm cần mở Tiristor. Vớ i mức độ mở bão hòacủa Tranzitor phụ thuộc vào tín hiệu Uđk ± Urc = U b, hiệu này có một vùngđiện áp nhỏ hàng mV làm cho Tranzitor không làm việc ở chế độ đóng cắtnhư ta mong muốn.

Do đó, nhiều khi thờ i điểm mở Tiristor bị lệch khá xa so vớ i điểm cầnmở tại Uđk = Urc.

- Sơ đồ hình b và c :Dùng khuếch đại thuật tốn để chế tạo mạch so sánh, các sơ đồ này có hệ

số khuếch đại tín hiệu vô cùng lớ n, chỉ cần có một tín hiệu ở đầu vào r ất nhỏ ( cỡ hàng μV) thì đầu ra đã có điện áp nguồn nuôi. Mặt khác các sơ đồ khuếch đại thuật tốn này có ưu điểm là có thể phát xung chính xác tại thờ iđiểm Udk = Ucr .

• K ết luận :Trong các sơ đồ so sánh nói trên, ta nhận thấy việc dùng khuếch đại thuật

tốn để chế tạo mạch so sánh là r ất có nhiều ưu điểm và đem lại chất lượ ngtốt. Vậy ta chọn sơ đồ hình b để làm mạch so sánh.

3. Thiết k ế khâu khuếch đại:- Một số sơ đồ mạch khuếch đại :

Tr R1

Ura

R3

R2

Urc

Uđk

- E

Hình a.

OA

R1

R1

Ura

-

+

Urc

Uđk

Hình b.

OA

R1

R1

Ura

+

Urc

Uđk

Hình c.

-

BAX

Tr1 Tr2R

D

+E

BAX

R

D

+E




- Sơ đồ hình a:

Dùng Tranzito để chế tạo mạch khuếch đại. Để có dạng xung kim gửi tớ iTiristor thì ta dùng biến áp xung (BAX). Để có thể khuếch đại công suất thìta dùng Tranzito (Tr), Diode (D) bảo vệ Tranzitor và cuộn dây sơ cấ p máy biến áp xung khi Tranzitor khóa đột ngột. Mặt dù vớ i ưu điểm đơ n giản,nhưng sơ đồ này đượ c dùng không r ộng rãi, bở i vì hệ số khuếch đại của loạiTranzitor này nhiều khi không đủ lớ n để có thể khuếch đại tín hiệu từ khâuso sánh đưa sang.

- Sơ đồ hình b :Sơ đồ khuếch đại kiểu Darlington, đượ c sử dụng hai Tranzitor Tr 1 và

Tr 2. Ở sơ đồ này hồn tồn có thể đáp ứng đượ c yêu cầu về khuếch đại công

suất. Khi hệ số khuếch đại đượ c nhân lên theo thông số của Tranzitor.- Sơ đồ hình c :Đây cũng là sơ đồ khuếch đại kiểu Darlington nhưng có dùng tụ điện để

nối tầng vớ i mục đích làm giảm công suất tỏa nhiệt trên Tranzitor và giảmkích thướ c dây quấn sơ cấ p máy biến áp xung. Ở sơ đồ này thì Tranzitor chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong thờ i gian nạ p tụ, nên dòng hiệu dụng củachúng bé đi nhiều nên không có công suất tỏa nhiệt dư trên Tranzitor.

Vậy ta chọn sơ đồ khuếch đại kiểu Darlington có tụ nối tầng (sơ đồ hình

c) để làm khâu khuếch đại.

R2

BAX

Tr1

Tr2

C R1

D1

D2

Uv

+ E




4. Thiết k ế khâu dao động đa hài để tạo xung chùm :- Một số sơ đồ tạo xung chùm :

- Sơ đồ hình a :Dùng vi mạch 555 để tạo xung đồng hồ. Sơ đồ này cho ta chất lượ ng

xung khá tốt và sơ đồ cũng tươ ng đối đơ n giản.- Sơ đồ hình b :Dùng khuếch đại thuật tốn để tạo mạch dao động đa hài phát xung chữ

nhật. Ở sơ đồ loại này cũng tươ ng đối đơ n giản.• Nhận xét :Trong thiết k ế mạch điều khiển, ta thườ ng dùng khuếch đại thuậtốn để

thiết k ế các khâu đồng pha, khâu so sánh, do vậy để đồng dạng về linh kiệnnên ta chọn sơ đồ hình b làm mạch tạo xung chùm.5. Sơ đồ một kênh điều khiển và nguyên tắc hoạt động của sơ đồ điềukhiển :

Từ các khâu đã chọn ở trên, ta ghép các khâu lại vớ i nhau để tạo mạchđiều khiển hồn chỉnh để điều khiển cho một Tiristor như sau :

Ura

•

•

•

•

••

• • •

•

+U

R1

R2

C1

8 4

3

5

12

6

7

555

Hình a. Hình b.

R2

R3

R1

C

•

•

•

• •

•

Ura

OA

-

+




R 1 1 ∗

∗

B i Õ n ¸ p ® å n g p h a

t h y r i s t o r

d 4

+ e

d 3

t r 2

d 2

t r 3

c 3

r 1 0

a 3

u d

r 4

r 3

t r 1

r 2

d 1

c 1

r 6

u ® k

a 2

r 5

r 1

a 1

A

B

C

D

A N D

a 4 r

8

c 2

r 7

E

F

R 0

S Ô Ñ O À N G U Y E Â N L Y

Ù C U Û A M O Ä T K E Â N H Ñ I E À U K H

I E Å N




• Nguyên lí hoạt động của sơ đồ mạch điều khiển :

U

XĐK

UF

UE

UD

Uđk

Urc+Uo

Urc

UB

UA

t

t

t

t

t

t

t

t

Sơ đồ dạng sóng trong mạch điều khiển.




Vì việc điều khiển của các Tiristor là tươ ng tự nhau nên ta chỉ cần xétnguyên lí hoạt động của một kênh điều khiển cho một Tiristor, còn việc điềukhiển cho các Tiristor khác cũng tươ ng tự.

→ Dựa vào sơ đồ nguyên lí của mạch điều khiển và đồ thị dạng sóng củamạch điều khiển, ta nhận thấy :

- Điện áp vào tại điểm A là uA có dạng hình sin và trùng pha vớ i điện ápAnốt của Tiristor (T), qua điện tr ở R 1 để giảm bớ t dòng điện sau đó đến đầuvào của khuếch đại thuật tốn A1 mắc theo kiểu không đảo, ở đầu ra củakhuếch đại thuật tốn A1 ( ở điểm B) cho ta điện áp UB có dạng một chuỗixung chữ nhật đối xứng.

+ Phần dươ ng của điện áp chữ nhật UB sẽ làm cho Tranzitor (Tr 1) khóavà làm cho Diode D1 mở thông, đến đầu vào của khuếch đại thuật tốn A2 tích phân thành điện áp tựa dạng r ăng cưa có giá tr ị âm ở đầu ra tại C.

+ Phần âm của điện áp chữ nhật UB sẽlàm cho Diode D1 khóa vàTranzitor Tr 1 mở thông và k ết quả là khuếch đại thuật tốn A2 bị ngắn mạch,

làm cho điện áp Urc tại C có giá tr ị Urc = 0.Vậy trên đầu ra ở C của khuếch đại thuật tốn A2 ta có đượ c một chuỗi

điện áp r ăng cưa Urc gián đoạn.- Điện áp Urc có giá tr ị âm ở C đượ c so sánh vớ i điện áp điều khiển Uđk

có giá tr ị dươ ng. Giá tr ị so sánh này đượ c đặt vào đầu vào của khuếch đạithuật tốn A3. Tổng đại số Uđk + Urc quyết định dấu ở đầu ra khuếch đạithuật tốn A3. Dựa vào đồ thị dạng sóng ta nhận thấy, trong khoảng thờ i giantừ 0 ÷ t1 thì ta có ⎢Uđk ⎢-⎢Urc⎢ > 0 nên tại điểm D ở đầu ra của khuếch đạithuật tốn A3 có giá tr ị âm. Trong khoảng thờ i gian t1 ÷ t2 thì ta có ⎢Uđk ⎢<⎢Urc⎢nên ở đầu vào của khuếch đại thuật tốn A3 có giá tr ị ⎢Uđk ⎢-⎢Urc⎢< 0nên tại điểm D của đầu ra khuếch đại thuật tốn A3 có giá tr ị dươ ng. Cáckhoảng thờ i gian tiế p theo cũng đượ c giải thích tươ ng tự.

Mạch dao động đa hài tạo xung chùm A4 cho ta chuỗi xung dươ ng giánđoạn, có tần số cao ở điểm E của khuyếch đại thuật tóan A4. Mạch daođộngđa hài A4 cho điện áp ra tại điểm E có tần số cao cỡ hàng chục KHz.

Hai tín hiệu UD và UE đượ c đưa vào hai ngõ vào của cổng AND. Khiđồng thờ i hai tín hiệu UD và UE có giá tr ị dươ ng ở điểm F của đầu ra, cổngAND có giá tri dươ ng làm tụ C3 nạ p, sau đó đến R 9 đặt vào chân Bazơ củaTranzitor Tr 2 làm cho các Tranzitor Tr 2, Tr 3 mở thông. Khi các Tranzitor Tr 2,Tr 3 dẫn thì sẽ có dòng điện từ nguồn +E qua cuộn dây sơ cấ p của máy biếnáp xung về mass làm xuất hiện ở cuộn thứ cấ p máy biến áp xung một chuỗixung điều khiển (XĐK) dạng xung nhọn qua Diode D4 điều khiển mở Tiristor T.

Khi hai tín hiệu UD và UE không đồng thờ i dươ ng thì ở đầu ra của cổngAND sẽ có giá tr ị ở mức 0, lúc này sẽ làm cho tụ C3 xả điện theo đườ ng C – AND – A3 – D2 – R 9 về C . Trong thờ i gian C3 xả điện thì các Tranzitor Tr 2,Tr 3 bị khóa.




Điện áp Ud sẽ xuất hiện trên tải từ thờ i điểm có xung điều khiển đầu tiêntại các thờ i điểm t2, t4 trong chuỗi xung điều khiển của mỗi bán chu kì dươ ngđiện áp nguồn cấ p.IV. Tính tốn các thông số của mạch điều khiển.

Mạch điều khiển đượ c xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristor. Các

thông số cơ bản để tính mạch điều khiển như sau :- Điện áp xung điều khiển Tiristor : Ug max = 2,5 (V).- Dòng điện xung điều khiển Tiristor: Ig max = 0,15 (A).- Thờ i gian mở Tiristor : tcm = 80 (μs)

Vớ i thờ i gian chuyển mạch (đóng hoặc mở ) là tcm = 80 (μs). Để Tiristor đóng, mở chắc chắn thì yêu cầu về độ r ộng của xung điều khiển tx >2.tcm, tứclà tx > 160 (μs). Ta chọn tx = 167 (μs)(tươ ng ứng vớ i 30 điện).

Ta chọn thờ i gian ngắt của xung : tn = tx = 167 (μs) (tươ ng ứng vớ i 30 điện).

Vậy ta chu kì của xung điều khiển là: TCK = tx + tn = 167 + 167 = 334(μs).Suy ra, tần số của xung điều khiển là :

3334.10

1

T

1f

6CK

x ≈==−

(KHz)

1. Tính chọn Diode D4 :- Điện áp ngượ c của Diode D4 :

7,85.2,5.UKU gn1n` === π (V)

Trong đó :K

n1= π là hệ số điện áp ngượ c của Diode so vớ i điện áp tải

(theo bảng 8.1 [2]).- Điện áp ngượ c của van cần chọn :

13,1485,7.8,1U.K U ndtnv === (V)Trong đó:

K dt – là hệ số dự tr ữ, vớ i K dt = (1,6÷2), ta chọn K dt = 1,8.- Dòng điện làm việc của Diode :

106,015,0.2

1I.K I hdlv === ñk (A)

Trong đó :

21K hd = là hệ số dòng điện hiệu dụng (theo bảng 8.2[2]).

- Dòng điện lớ n nhất của Diode cần chọn:636,0106,0.6I.6I.K I lvlvi ====ñm (A)

Trong đó :K i = 6 là hệ số dự tr ữ dòng điện.

Chọn loại Diode có các thông số như sau :+ Dòng điện định mức : Iđm = 1,5 (A);




+ Điện áp ngượ c cực đại của Diode : U N = 100 (V).2. Tính tốn các thông số của máy biến áp xung :

- Điện áp thứ cấ p máy biến áp xung :5,2UU g2 == (V)

- Dòng điện thứ cấ p máy biến áp xung :15,0II g2 == (A)

- Tỉ số máy biến áp xung :K = 2 ÷ 3, ta chọn K = 3.

- Dòng điện sơ cấ p máy biến áp xung :

05,03

15,0

K

II 21 === (A)

- Điện áp sơ cấ p máy biến áp xung :5,75,2.3U.K U 21 === (V)

- Chọn vật liệu làm lõi máy biến áp xung là sắt Ferit HM. Lõi có dạng

hình xuyến có khe hở không khí, làm việc trên một phần đặc tính từ hóa cocác thông số như sau : ΔB = 0,3 (T) và ΔH = 30 (A!m).

- Độ từ thẩm trung bình tươ ng đối của lõi sắt :

37

otb 10.96,7

30.10.4

3,0

H.

B=

π=

ΔμΔ

=μ−

(H!m).

Trong đó :μo = 4π.10-7 (H!m) là độ từ thẩm của không khí.

-Thể tích của lõi thép cần có :

2

11xxotb

B

I.U.s.t.l.QV

Δ==

Trong đó :Q – tiết diện lõi Ferit;l – chiều dài trung bình của đườ ng sức từ;tx = 1,67 (μs) – độ r ộng của xung điều khiển;sx =0,15 – độ sụt biên độ;ΔB = 0,3 (T) .

Thay số vào biểu thức trên ta đượ c :

62

673

10.0435,1

3,0

05,0.5,7.15,0.10.167.10.4.10.96,7V −

−−

=π

= (m3 ) =

1,0435 (cm3)Tra bảng 8.5[2] , ta chọn lõi thép hình xuyến tròn. Loại OA - 22!30 – 5,

có các kích thướ c như sau :Q = 0,2 (cm2) = 20 (mm2);l = 8,2 (cm) = 82 (mm);V = Q.l = 0,2.8,2 = 1,64 (cm3);Qcs = 3,82 (cm2) = 382 (mm2);d = 2,2 (cm) = 22 (mm);

D

b

a

d




D = 3 (cm) = 30 (mm);a = 0,4 (cm) = 4 (mm); b = 0,5 (cm) = 5 (mm).

- Số vòng dây thứ cấ p máy biến áp xung :

Theo định luật cảm ứng điện từ ta có :

x111 t

B.Q.W

dt

dB.Q.WU

Δ==

Suy ra :

75,2083,010.20

10.167.5,7

B.Q

t.UW

6

6x1

1 ==Δ

=−

−

(vòng)

Lấy W1 = 209 (vòng).- Số vòng dây thứ cấ p máy biến áp xung:

66,693

209

K

WW

12 === (vòng)

Lấy W2 =70 (vòng).- Tiết diện dây quấn sơ cấ p :

00833,06

05,0

J

IS

1

11 === (mm2)

Trong đó :Ta chọn mật độ dòng điện J1 =6 (A!mm2).

- Đườ ng kính dây quấn sơ cấ p :

103,0

00833,0.4S.4

d1

1 =π=π= (mm)Ta chọn đườ ng kính dây theo tiêu chuẩn, chọn :

d1 = 0,11 (mm);S1 = 0,095 (mm);dn = 0,135 (mm).

- Tiết diện dây quấn thứ cấ p :

0375,04

15,0

J

IS

2

22 === (mm2)

Trong đó :

Ta chọn mật độ dòng điện J1 = 4 (A!mm2

).- Đườ ng kính dây quấn thứ cấ p :

2185,00375,0.4S.4

d 22 =

π=

π= (mm)

Chọn đườ ng kính dây theo tiêu chuẩn, ta chọn :d2 = 0,23 (mm);S2 = 0,04155 (mm);dn = 0,26 (mm).




-Kiểm tra hệ số lấ p đầy :

0,0593,82.10

0,04155.700,095.209

Q

.WS.WSK

2CS

2211lñ =

+=

+=

Vậy vớ i K lđ = 0,059 thì cửa sổ đã đủ diện tích cần thiết để dây quấn đặt

vào.3.Tính khâu khuếch đại công suất :

- Tính giá tr ị R 11 :Khi máy biến áp làm việc ( tức là Tr 2, Tr 3 mở thông) thì ta có :

1111 R .IUE += Suy ra :

1

111 I

UER

−=

Trong đó :

U1 – điện áp sơ cấ p máy biến áp xung;I1 – dòng điện sơ cấ p máy biến áp xung;E – là nguồn nuôi, ta chọn nguồn nuôi E = 12 (V).

Vậy ta tính đượ c :

9005,0

5,712R 11 =

−= (Ω)

Vậy ta chọn điện tr ở R 11 = 90 (Ω).- Tính chọn giá tr ị Tr ănzitor Tr 2, Tr 3 :

+ Chọn Tranzitor Tr 3 loại 2SC 911 làm việc ở chế độ xung, có các thông

số như sau :Tranzitor loại PNP, vật liệu bán dẫn là Silic;Điện áp giữa Colectơ và Bazơ khi hở mạch Emitơ : UCB = 40 (V);Điện áp giữa Emitơ và Bazơ khi hở mạch Colectơ : UEB0 = 4 (V);Dòng điện lớ n nhất ở Colectơ có thể chịu đựng : IC max = 500 (mA);Công suất tiêu tán ở Colectơ : PC = 1,7 (W); Nhiệt độ lớ n nhất ở mặt tiế p giáp : T = 175 ( 0C );Hệ số khuếch đại β = 50 ;Dòng điện làm việc của Colectơ : IC3 = I1 = 0,05 (A) = 50 (mA);

R11

BAX

Tr2

Tr3

C3 R10

D2

D3

Uv

+ E




Dòng điện làm việc của Bazơ : 15050I

I 3C3B ==

β= (mA).

+ Chọn Tranzitor Tr 2 loại 2SC 427 có các thông số sau :Tranzitor loại PNP, vật liệu bán dẫn là Silic;Điện áp giữa Colectơ và Bazơ khi hở mạch Emitơ : UCB = 40 (V);Điện áp giữa Emitơ và Bazơ khi hở mạch Colectơ : UEB0 = 5 (V);Dòng điện lớ n nhất ở Colectơ có thể chịu đựng : IC max = 100 (mA);Hệ số khuếch đại β = 60.

Dòng điện cấ p cho Bazơ của Tranzitor Tr 2 đủ để Tr 2 mở thông là :

017,060

1I 2B ===

2

B3

β

I(mA)

Vậy hệ số khuếch đại của khâu khuếch đại là :300050.60 === 32 .βββ

- Tính chọn điện tr ở R 10 và tụ điện C3 :

+ Điện tr ở R 10 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ của Tranzitor Tr 2, ta chọn R 10 thỏa mãn điều kiện sau :

1,29410.017,0

5

I

UR

32B

0EB10 ==≥

−(k Ω)

Chọn R 10 = 295 (k Ω)+ Theo sơ đồ mạch khuếch đại thì Tranzitor Tr 2, Tr 3 chỉ dẫn trong

khoảng thờ i gian tụ C3 nạ p.Vậy ta có :

167tR .C X103 == (μs)

Suy ra :00057,0

10.295

167

R

tC

310

X3 === (μF)

Vậy ta chọn tụ điện C3 là tụ giấy có giá tr ị C3 = 0,00057 (μF) = 0,57 (pF).- Tất cả các Diode trong mạch điều khiển ta đều dùng loại 1N 4009 có

các thông số như sau :Dòng điện định mức : Iđm = 10 (mA);Điện áp ngượ c lớ n nhất : U N = 25 (V);Điện áp để cho Diode mở thông : Um = 1 (V).

4. Tính chọn cổng AND :Tồn bộ mạch điều khiển ta phải dùng đến 6 cổng AND, nên ta chọn hai

IC 4081 họ CMOS. Mỗi IC 4081 có 4 cổng AND. Có các thông số như sau : Nguồn nuôi IC : Vcc = + 12 (V); Nhiệt độ làm việc : - 40 0C ÷ 80 0C;Điện áp ứng vớ i mức logic “1” : (2 ÷ 4,5) (V);Dòng điện làm việc Ilv < 1 (mA);Công suất tiêu thụ : P = 2,5 nW!1 cổng.

- Ta có sơ đồ chân của IC 4081 như sau :

810 9111214 1

Vcc




5. Tính chọn bộ tạo xung chùm :Mỗi kênh điều khiển phải dùng 4 khuếch đại thuật tốn, do đó ta chọn 6

IC loại TL084 do hãng Texas Instruments chế tạo, các IC này có các khuếch

đại thuật tốn. Thông số của các IC TL084 như sau :- Điện áp nguồn nuôi : ± 12 (V);- Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : ± 30 (V);- Nhiệt độ làm việc : T = ( - 25 ÷ 85 ) 0C;- Công suất tiêu thụ : P = 680 (mW);- Tổng tr ở đầu vào : R in = 106 (MΩ);- Dòng điện đầu ra : Ira = 30 (pF);

- Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : 13dt

du= (V!μs).

- Ta có sơ đồ chân của IC TL084 như sau :

- Mạch tạo xung chùm có tần số :

310.167.2

1

t.2

1f

6X

=== − (kHz)

- Chu kì của xung chùm :

- Ucc

+ Ucc

11 810 91214 13

1 2 3 4 5 6 7

−

− −

−++

++




334t.23

1

f

1T XCK ==== (μs)

Ta có :

)

R

R .21ln(.C.R .2T

8

729CK +=

Ta chọn R 7 = R 8 = 10 (k Ω).Lúc này ta có :

334C.R .197,23ln.C.R .2T 2929CK === (μs)Suy ra :

152197,2

334R .C 92 == (μs)

Ta chọn tụ điện C2 = 0,1 (μF);

Suy ra : 1520

1,0

152R 9 == (Ω) = 1,52 (k Ω).

Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắ p mạch, ta chọn R 9 là biến tr ở cógiá tr ị điện tr ở là 2 (k Ω).6. Tính chọn khâu so sánh :

Khuếch đại thuật tốn A3 ta đã chọn là loại IC TL084 ở mục 5, IC TL084có các thông số như sau :

Điện áp vào khuếch đại thuật tốn A3 : UV = 12 (V);Dòng điện vào A3 đượ c hạn chế để có Ilv ≤ 1 (mA).

- Chọn điện tr ở R 4, R 5, R 6 :

33

v

V654 10.12

10.1

12

I

UR R R ==≥== (Ω) = 12 (k Ω)

Vậy ta chọn : R 4 = R 5 = R 6 = 15 (k Ω) > 12 (k Ω).Khi đó dòng làm việc vào A3 sẽ là :

8,010.15

12I

3maxV == (mA)

- Chọn chiết áp R o = 30 (k Ω).7. Tính chọn khâu đồng pha:

R0

A3

R6

R5

-

+

Urc

-Uđk

+E

R4

CB

A

Tr1

C1

∅ • •

•

•

•

R1

∅

A2

-

+A1

+

- D1

R2

R3




- Tính chọn tụ C1 và điện tr ở R 3 :Để điện áp r ăng cưa tuyến tính và ổn định trong nửa chu kì điện áp

dươ ng Anode của Tiristor thì thờ i gian tụ C1 nạ p trong nửa chu kì điện ápdươ ng là :

01,0C.R T 13 ==naïp (s)

Chọn C1 = 0,1 (μF)Suy ra :

3

61

3 10.10010.1,0

01,0

C

01,0R === − (Ω) = 100 (k Ω).

- Chọn Tranzitor Tr 1 là loại A564 có các thông số sau :+ Tranzitor loại PNP làm bằng bán dẫn Silic;+ Điện áp giữa Colectơ và Bazơ khi hở mạch Emitơ : UCB0 = 25 (V);+ Điện áp giữa Emitơ và Bazơ khi hở mạch Colectơ : UBE0 = 7 (V);+ Dòng điện lớ n nhất ở Colectơ có thể chịu đựng: IC max = 100 (mA)+ Nhiệt độ lớ n nhất ở mặt tiế p giáp : Tcp = 150 (0C);+ Hệ số khuếch đại : β = 250 ;

+ Dòng điện cực đại ở chân Bazơ : 4,0250

100II C

3B ==β

= (mA).

- Điện tr ở R 2 để hạn chế dòng đi vào chân Bazơ của Tranzitor Tr 1 đượ c

chọn như sau :

3010.4,0

12

I

UR

3B

max N2 ==≥

−(k Ω)

Ta chọn R 2 = 30 (k Ω).- Chọn giá tr ị điện tr ở R 1 :Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : UA = 9 (V).Điện tr ở R 1 dùng để hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại thuật tốn A1,

thườ ng chọn R 1 sao cho dòng điện vào khuếch đại thuật tốn là IV < 1 (mA).Do vậy ta chọn :

910.19

IUR

3V

A1 ==≥ − (k Ω).

Vậy ta chọn R 1 = 10 (k Ω).

8. Tạo nguồn nuôi :Ta có sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi như sau :




Ta cần tạo ra nguồn điện áp ±12 (V) để cung cấ p cho máy biến áp xunglàm việc, để nuôi IC, để cung cấ p cho các bộ điều chỉnh dòng điện, bộ điềuchỉnh tốc độ và điện áp đặt tốc độ.

- Để có đượ c điện áp nguồn nuôi có chất lượ ng tốt thì ta dùng mạchchỉnh lưu cầu ba pha dùng Diode, mặt khác để tiện lợ i trong việc chế tạo

mạch, thì ta dùng máy biến áp đồng pha để vừa cung cấ p tín hiệu cho khâuđồng pha và vừa lấy điện áp thứ cấ p của máy biến áp đồng pha chỉnh lưu làmnguồn nuôi. Vì vậy ta phải chế tạo máy biến áp làm nguồn nuôi và đồng phalà kiểu máy biến áp ba pha.

Ta chọn U2N = U2đ p = 9 (V). Lúc này ta có :06,219.34,2U.K U 2UCL === (V)

Ta nhận thấy UCL = 21,06 (V) > 12 (V), mà ta lại cần nguồn nuôi có giátr ị điện áp là ±12 (V) nên ta cần phải dùng vi mạch ổn áp để ổn định điện ápđúng theo yêu cầu là ±12 (V). Ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912 cócác thông số sau :

+ IC 7812 có các thông số :Điện áp đầu vào : UV = (7 ÷ 35) (V);Điện áp đầu ra : Ura = +12 (V);Dòng điện đầu ra : Ira = ( 0 ÷ 1 ) (A).

+ IC 7912 có các thông số :Điện áp đầu vào : UV = ( 7 ÷ 35 ) (V);Điện áp đầu ra : Ura = - 12 (V);Dòng điện đầu ra : Ira = ( 0 ÷ 1 ) (A).

7812

a

b

c

C6C4

+12V

7912

a∗

b∗

c∗

C7C5

-12V

B

A

C




- Tụ điện C4, C5, C6, C7 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao.Chọn C4 = C5 = C6 = C7 =450 (μF).Điện áp của tụ là U = 35 (V).

9. Tính tốn máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha :9.1. Chọn loại máy biến áp :Thay vì chế tạo các máy biến áp đồng pha và máy biến áp nguồn nuôi

riêng r ẽ nhau thì ta chế tạo máy biến áp dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo điện áp để chỉnh lưu làm nguồn nuôi. Ta chọn kiểu máy biến áp ba pha ba tr ụ, trên mỗi tr ụ có ba cuộn dây gồm một cuộn thứ cấ p và hai cuộnthứ cấ p.

9.2. Điện áp thứ cấp máy biến áp :Điện áp lấy ra ở thứ cấ p máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha là :

9UUU N2 === 2ñp (V)

9.3. Dòng điện thứ cấp máy biến áp :

I2đ p = 1 (mA)9.4. Công suất cấp cho khâu đồng pha :054,010.1.9.6I.U.6P 3 === −

2ñp2ñpñp (W)

9.5. Công suất tiêu thụ ở 6 IC TL084 sử dụng làm khuếch đại thuậttốn và 2 IC 4081 để tạo 6 cổng AND.

08,410.10.268,0.6P.2P.6P 12

4081IC084ICIC8 =+=+= − (W)Trong đó :

105,2.4P 4081IC == (nW) = 10.10-12 (W).9.6. Công suất cấp cho máy biến áp xung để mở Tiristor :

25,215,0.5,2.6I.U.6PggX

=== (W)

9.7. Công suất dùng cho việc tạo nguồn nuôi :33,625,208,4PPP XIC8 N =+=+= (W)

Ngồi ra còn có công suất để cung cấ p cho các bộ điều chỉnh dòng điện,điều chỉnh tốc độ.... và các công suất này ta chọn khoảng bằng 15% côngsuất dùng cho việc làm nguồn nuôi :

95,0)25,208,4.(15,0)PP.(15,0P XIC8 =+=+=ñc (W)9.8. Công suất của máy biến áp có k ể đến 5% tổn thất trong máy :

7,7)95,033,6054,0.(05,1)PPP.(05,1S N =++=++= ñcñp (V.A)

9.9. Dòng điện thứ cấp máy biến áp :

1426,09.67,7

U.6S

I2 ===2ñp

(A)

9.10. Dòng điện sơ cấp máy biến áp :

01167,0220.3

7,7

U.3

SI1 ===

1ñp

(A)

9.11. Tiết diện trụ máy biến áp đượ c xác định theo công thứ c kinhnghiệm như sau :




36,150.3

7,7.6

f .m

S.K Q QT === (cm2)

Trong đó :K Q = 6 là hệ số phụ thuộc vào phươ ng thức làm mát;

m = 3 là số tr ụ của máy biến áp;f = 50 Hz là tần số lướ i điện.Chuẩn hóa tiết diện tr ụ, ta có đượ c :

QT = 1,63 (cm2) ( trang 332[1] )- Kích thướ c mạch từ :

+ Chọn loại thép có độ dày lá thép là δ = 0,5 (mm);+ Số lượ ng lá thép là 68 lá;

+ Các kích thướ c a = 12 (mm); b = 16 (mm); h = 30 (mm).9.12. Tính số vòng dây cuộn sơ cấp :Chọn mật độ từ cảm trong tr ụ là B = 1 (T), ta có :

608010.63,1.1.50.44,4

220UW

41 ===−

T

1ñp

4,44.f.B.Q(vòng)

9.13. Tiết diện dây quấn sơ cấp :Ta chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 (A!mm2)- Tiết diện dây quấn sơ cấ p :

00424,075,2.220.3

7,7

J.U.3

SS

11

1 == (mm2)

- Đườ ng kính dây quấn sơ cấ p :

0375,000424,0.4S.4

d 11 =

π=

π= (mm)

Chọn d1 = 0,1 (mm) để đủ đảm bảo độ bền cơ . Đườ ng kính k ể cả cáchđiện : d1 cd = 1,12 (mm) ( Phụ l ục 8[1] ).

9.14. Số vòng dây quấn cuộn thứ cấp :

H a a

a

b

C

c

h

a




249220

9.6080

U

U.WW

1

212 === (vòng)

9.15. Tiết diện dây quấn thứ cấp :

052,075,2.9.6

7,7

I.U.6

SS

222 === (mm2)

9.16. Đườ ng kính dây quấn thứ cấp :

257,0052,0.4S.4

d 22 =

π=

π= (mm)

Chuẩn hóa đườ ng kính :d2 = 0,27 (mm) ( Phụ l ục 8[1] )

Đườ ng kính k ể cả cách điện :d2cđ = 0,31 (mm) ( Phụ l ục 8[1] )

9.17. Chọn hệ số lấp đầy :K lđ = 0,7

Vớ ih.c

)W.dW.d(4K

2122cñ

21cñ

lñ

+π

=

9.18. Chiều rộng cử a sổ :

3,830.7,0

)249.31,06080.12,0(4

h.K

)W.dW.d(4c

2221

=+

π=+

π

=lñ

22cñ

21cñ

(mm)

Để đảm bảo việc đặt các cuộn dây vào lõi dễ dàng và để đảm bảo chodây quấn tỏa nhiệt tốt, ta chọn c = 12 (mm).

9.19. Chiều dài mạch từ : 6012.312.2a.3c.2L =+=+= (mm)9.20. Chiều cao mạch từ :

5412.230a.2hH =+=+= (mm)10. Tính chọn Diode cho bộ chỉnh lư u nguồn nuôi :

- Dòng điện hiệu dụng qua Diode :

101,02

1426,0

2

II 2

Dhd === (A)

- Điện áp ngượ c lớ n nhất mà Diode phải chịu :229.6U.6U

2maxn=== (V)

- Chọn Diode có dòng điện định mức :Iđm ≥ K I.ID đm = 10.0,101=1,01 (A)

- Chọn Diode có điện áp ngượ c lớ n nhất :U N = K U.U N max = 2.22 = 44 (V)

Chọn Diode loại K π 208A có các thông số như sau :+ Dòng điện định mức : Iđm = 1,5 (A);+ Điện áp ngượ c cực đại của Diode : U N = 100 (V)




CHƯƠ NG VĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢ NG CỦA HỆ

I. Xây dự ng đặc tính cơ của hệ hở :1. Phươ ng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều :

ñm

ñm

ö

ñm

ñm

K.M.

).K (

R U2Φ

−Φ

=ω ; ( Vớ i Mc = Mđm).

- Các thông số trong phươ ng trình đặc tính cơ khi động cơ làm việc vớ i

tốc độ định mức :+ Ta có :

ñm

ñmö ñmñm ω

−=Φ

I.R U.K

Trong đó :

667,10460

1000.2

60

n.2=

π=

π=ω ñm (rad!s)




Suy ra : 898,0667,104

5,62.096,0100.K =

−=Φñm (Wb)

+ Mômen định mức của động cơ :125,565,62.898,0I..K M ==Φ= ñmö ñmñm (N.m)

+ Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên của động cơ :4,8

096,0

898,0).K (M

d

dM 22

==Φ

=ωΔ

Δ≈

ω=β

ö

ñm

R

+ Tốc độ không tải lí tưở ng :

36,111898,0

100UTN0 ==

Φ=ω

ñm

ñm

K.(rad!s)

+ Độ sụt tốc độ của động cơ :

68,6125,56.)898,0(

096,0M.

).K (

R 22

==Φ

=ωΔ ñm

ñm

ö ñm (rad!s)

2. Phươ ng trình đặc tính cơ của tồn bộ hệ hở :Hệ hở gồm: Động cơ – cuộn kháng lọc – chỉnh lưu – biến áp chỉnh lưu.- Ứ ng vớ i khi góc mở αmin = 10 0 thì ta có phươ ng trình của đặc tính cơ

cao nhất của hệ như sau :

ñm

ñm

ö

ñm

maxd

K.M.

).K (

R U2maxH

Φ−

Φ=ω ∑

Trong đó :

∑ö R - điện tr ở tổng của hệ;

BAX

3

R R R R π+++=∑ bakhö ö

253,0098,0.3

0587,00053,0096,0 =π

+++= (Ω)

Vớ i :R ư = 0,096 (Ω);R kh = 0,0053 (Ω);R BA = 0,00587 (Ω);XBA = 0,098 (Ω).

+ Tốc độ không tải của hệ CL – ĐC khi góc mở αmin = 10 0 ( Ở đườ ng đặc

tính cơ cao nhất ) :36,111

898,0

100UTN0maxH0 ==

Φ=ω=ω

ñm

ñm

K.(rad!s)

+ Độ sụt tốc độ của hệ:

61,17125,56.)898,0(

253,0M.

).K (

R 22

==Φ

=ωΔ ∑ñm

ñm

ö H (rad!s)

+ Tốc độ của động cơ khi làm việc vớ i tải định mức ( Ở đườ ng đặc tínhcơ cao nhất ) :




75,9361,1736,111HH0maxH =−=ωΔ−ω=ω (rad!s)

- Phươ ng trình đặc tính cơ thấ p nhất của hệ ứng vớ i khi góc mở αmax :

ñm

ñm

ö

ñm

mind

K.M.

).K (

R U2minH

Φ−

Φ=ω ∑

+ Ta có độ cứng đặc tính cơ của hệ :

187,3253,0

898,0).K (M

d

dM 22

H ==Φ

=ωΔ

Δ≈

ω=β

∑ö

ñm

R

+ Tốc độ làm việc thấ p nhất của hệ :

HmaxCminH

1).MM(

β−=ω ñm

Giả sử cho động cơ làm việc vớ i mômen cản lớ n nhất bằng hai lầnmômen định mức MC max = 2.Mđm.

Suy ra :

61,17187,3125,56M1).MM.2(

HHminH ==

β=

β−=ω ñm

ñmñm (rad!s)

+ Tốc độ không tải thấ p nhất của hệ :22,3561,1761,17HminHminH0 =+=ωΔ−ω=ω (rad!s)

Từ các số liệu vừa xác định trên đây, ta vẽ đượ c đườ ng đặc tính cơ caonhất và thấ p nhất như sau :

ω (rad/s)

ωTN

ωH max = 93,75

ωđm = 104,667

ωH max

ωH min

ω0Hmax= ω0TN = 111,36

M

ΔωTN = 6,68

ΔωH = 17,61

Mđm

ΔωH = 17,61

ω0H min = 35,22

ωH min =17,61

2Mđm




Nhận xét :Dựa vào đặc tính cơ ta vừa xây dựng ở trên, ta nhận thấy :Đườ ng đặc tính cơ của hệ CL – ĐC dốc hơ n đườ ng đặc tính cơ tự nhiên.

Điều này có ngh ĩ a là do có điện tr ở của các thành phần trong mạch như :

R BA, R kh, ... làm cho điện tr ở tổng của mạch lớ n. Vì vậy làm cho độ sụt tốccủa hệ CL – ĐC lớ n hơ n độ sụt tốc tự nhiên. Hay nói cách khác là đườ ng đặctính cơ của hệ mềm hơ n đườ ng đặc tính cơ tự nhiên.II. Dải điều chỉnh của hệ CL – ĐC :

32,561,17

75,93D

minH

maxHH ==

ωω

=

III. Sai số t ĩ nh lớ n nhất của hệ :

5,0

22,35

61,17S

minH0minH0

minHmaxH0max ==

ω

ωΔ=

ω

ω−ω=

K ết luận :Hệ có dải điều chỉnh tươ ng đối hẹ p và có sai số t ĩ nh lớ n. Vì vậy nên chất

lượ ng của hệ chưa cao. Để nâng cao chất lượ ng của hệ ( tức là làm giảm saisố t ĩ nh ) và để cho hệ làm việc ổn định thì ta có các biện pháp cải thiện sauđây :

1. Dùng phản hồi dươ ng dòng điện :

- Ta có phươ ng trình đặc tính điều chỉnh cơ điện của hệ CL – ĐC :

ö ñm

ö

ñm

I..K

R

.K

Ud

Φ−

Φ=ω ∑

Trong đó :

α== cos.UU.K U CLd doñk ; vớ i constU

UK do

CL ==ñkmax

- Mặt khác , ta có :ö ñaëtñaëtñk I.K UUUU i pi +=+=

BD

Uđk Uđặt +

∅

∅

∅

CL

ĐC KT




Trong đó :Uđặt – là điện áp đặt tốc độ, Uđặt = const;U pi = K i.Iư là điện áp phản hồi của khâu phản hồi dươ ng dòngđiện;

Suy ra :

)I.K U.(K )UU.(K U iCL piCLd ö ñaëtñaët +=+= Vậy ta có :

ö ñm

ö ö ñaët

ñm

I..K

R )I.K U.(

.K

K i

CL

Φ−+

Φ=ω ∑

ö ñm

ö

ñm

I..K

)K .K R (

.K

K iCLCL

Φ−

−Φ

= ∑

Ta có độ sụt tốc độ :

ö

ñm

ö I.

.K

)K .K R ( iCL

Φ

−=ωΔ ∑

Vậy khi K i càng tăng thì Δω giảm xuống. Lúc này ta có độ cứng của đặctính cơ càng lớ n :

iCL

2

K .K R

).K (

−Φ

=β∑ö

ñm

Mặt khác, khi Δω giảm xuống thì sai số t ĩ nh cũng sẽ giảm theo. ( Vì saisố t ĩ nh st ĩ nh ≡ Δω, vớ i ωomin = const ).

2. Dùng phản hồi âm tốc độ :

Ta có :α== cos.UU.K U CLd doñk

Mặt khác :ω−=−= ωω .K UUUU p p ñaëtñaëtñk

Trong đó :Uđặt – là điện áp đặt tốc độ, Uđặt = cost;

Upω

Uđk Uđặt

-

∅

CL ĐC

FT




ω= ωω .K U p p - là điện áp phản hồi tốc độ.

Vậy ta có phươ ng trình đặc tính cơ như sau :

ñm

ñm

ö ñaët

ñm

M.).K (

R ).K U.(

.K

K 2 p

CL

Φ−ω−

Φ=ω ∑

ω

ñm

ñm

ö

ñmñaët

ñm

M.).K (

R ..K

K .K U..K K

2 pCLCL

Φ−ω

Φ−

Φ= ∑ω

Suy ra :

ñm

ñm

ñm

ö

ñm

ñm M.

.K

K .K 1

).K (R

.K

K .K 1

.K K

pCL

2

pCL

CL

Φ+

Φ−

Φ+

Φ=ω

ω

∑

ω

Vậy ta có độ sụt tốc độ của hệ lúc có phản hồi âm tốc độ là :

ñm

ñm

ñm

ö

M.

.K

K .K 1

).K (R

pCL

2

H

Φ+

Φ=ωΔω

∑

Ta nhận thấy, khi ω pK tăng lên thì độ sụt tốc độ sẽ giảm xuống và lúc

này độ cứng của đặc tính cơ sẽ đượ c nâng lên.Ta có độ cứng đặc tính cơ của hệ khi có phản hồi âm tốc độ như sau :

2

pCL

).K (R

.K

K .K 1M

ñmö

ñm

Φ

Φ+

=

ωΔ

Δ=β

∑

ω

3. K ết luận :Trong hai loại phản hồi đã nói ở trên, ta nhận thấy việc dùng phản hồi âm

tốc độ để tự động ổn định tốc độ cho động cơ là hiệu quả hơ n, vì đối tượ ngcần điều chỉnh là tốc độ nên ta chọn phản hồi tốc độ để ổn định hệ thống sẽ đem lại hiệu quả cao hơ n và sai số sẽ nhỏ hơ n.

Vậy ta chọn khâu phản hồi âm tốc độ để nâng cao chất lượ ng cho hệ :- Ta xây dựng sơ đồ mạch kín như sau :

Theo sơ đồ mạch kín, ta có :ω−= pUUU ñaëtñk




- Để cho hệ làm việc đượ c ổn định và có chất lượ ng tốt, ta cần đưa thêmvào các khâu hiệu chỉnh nối tiế p PID ( gồm các khâu tích phân, vi phân tỉ lệ

). Lúc này ta có sơ đồ cấu trúc của hệ như sau :

L

Uđặt

•

•

∅

•

•

•

•

•

ĐC

•

FT

∅

∅ ∅

•

∅

Upω

Uđk

ω •

Upω

Uđk Wreg(P) WCL(P) WĐC(P)

Kpω




- Các khâu trong sơ đồ cấu trúc của hệ :

+ Wreg(P) – hàm truyền của khâu hiệu chỉnh nối tiế p;

+ WCL(P) – hàm truyền của bộ chỉnh lưu;

+ WĐC(P) – hàm truyền của động cơ điện một chiều.Do nhiệm vụ thiết k ế không yêu cầu xác định chi tiết giá tr ị của các

hàm truyền, và do thờ i gian có hạn nên không xác định cụ thể giá tr ị của các

hàm truyền mà chỉ đưa ra dạng sơ đồ cấu trúc có hàm truyền tượ ng tr ưng

như trên.

Documents

Do an Tot Nghiep Dieu Khien Dong Co Dien Mot Chieu 792