Do An Dien Tu Cong Suat

MỤC LỤC Chương 1 Giới thiệu khái quát về tải điện phân Chương 2 Phân tích, lựa chọn phương án, thuyết minh hoạt động. Chương 3 Tính toán biến áp và thông số mạch lực Chương 5 Tính chọn mạch điều khiển Chương 5 Khảo sát mạch điện bằng các phần mềm mô phỏng mạch điện Chương 6 Thiết kế kết cấu Chương 7 Tài liệu tham khảo và các phần mềm đã dùng Số liệu ban đầu: Điện áp tải: Ud = 27,2V Dòng điện tải: Id = 2000A Điện áp nguồn cấp: U1 = 220/380V Tần số nguồn cấp: f = 50HZ Điều chỉnh dòng điện vô cấp trong khoảng từ 0 đến Imax

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ TẢI ĐIỆN PHÂN

1. Vai trò của ngành điện phân. - Trong ngành luyện kim nói chung, luyện kim bằng phương pháp điện phân chiếm 1 vai trò hết sức quan trọng. Tuyệt đại đa số các kim loại khi luyện hoăc tinh luyện đều cần thiết dùng phương pháp điện phân. - Luyện kim loại kiềm và kiềm thổ hầu như phải dùng phương pháp điện phân, vì các kim loại này có hoạt tính lớn nên khó hoàn nguyên bằng con đường hỏa luyện. Trong thiên nhiên chúng tồn tại ở dạng muối như NaCl, KCl,… hoặc qua sơ chế thành NaOH, KOH…, chúng đều là các chất điện ly nên có thể điện phân trực tiếp. - Luyện kim bằng phương pháp điện phân có ưu điểm chính:  Có thể luyện được những kim loại mà phương pháp hỏa luyện không thể luyện được.  Có thể luyện được những quặng nghèo, quặng ôxit… đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn phương pháp khác.  Dễ dàng thu hồi kim loại quý lẫn trong quặng.  Cho sản phẩm kim loại có độ nguyên chất cao. 2.Lý thuyết quá trình điện phân. a) Hệ thống điện hóa :

nguồn môt chiêu

Katốt

lớp mạ Dung dịch điện phân Anốt

2

b)Dung dịch điện ly.  Dung dịch điện ly gồm  Thành phần cơ bản: gồm muối và hợp chất chứa ion của kim loại cùng 1 số hóa chất khác.  Thành phần phụ gia: chất đệm và chống thụ động Anôt. Chức năng của chất đệm là giữ cho thành phần của dung dịch luôn ổn định khi điện phân, tốc độ của kim loại về Catot cũng nhỏ khi thoát ra cũng phải ổn định . Đồng thời chất đệm chống thụ động Anot.  Phân loại dung dịch điện ly: có 2 loại chính là:  Dung dịch nước  Dung dịch muối nóng chảy.  Dựa vào đó cũng có các công nghệ điện phân khác nhau như:  Điện phân trong dung dịch nước: luyện kẽm, tinh luyện Cu,Ni,Pb…  Điện phân trong muối nóng chảy: Sản xuất Nhôm, Magie, các kim loại đắt, hiếm… c. Một số đặc điểm của dung dịch điện phân:  Có độ dẫn điện cao giúp giảm tổn thất và làm cho quá trình diễn ra đồng đều.  Độ pH phù thuộc chất điện phân.  Nhiệt độ dung dịch không vượt quá nhiệt độ sôi. 3. Các quá trình điện cực. Quá trình Anot:  Anot là điện cực nối với cực dương của nguồn điện 1 chiều.Khi điện phân, trên anot xảy ra quá trình điện hóa (oxi hóa) gọi là quá trình Anot và chia làm 2 loại:  Quá trình Anot tan.  Quá trình Anot không tan.  Bản chất của các quá trình xảy ra trên Anot là quá trình Oxi hóa. a. Trường hợp Anot tan.  Kim loại làm Anot bị Oxi hóa chuyển thành ion dương và tan vào trong dung dịch điện phân. A + x.H2O –ze = Az+.xH2O Ví dụ: Cu – 2e  Cu2+  Các Cation kim loại sau đó đi về phía Catot và thực hiện hoàn nguyên trên bề mặt catot.  Cơ chế của quá trình Anot tan gồm 3 giai đoạn chính: 3

 Tách ion ra khỏi mạng tinh thể và chuyển điện tử vào mạng điện.  Hidrat hóa các Cation.  Khuếch tán các Cation vào trong dung dịch. b. Trường hợp Anot không tan  Trên bề mặt Anot xảy ra quá trình Oxi hóa các Anion trong dung dịch: 4OH – – 4e  2H2O + O2 2Cl – – 2e  Cl2 Quá trình Catot:  Catot là điện cực nối với cực âm của nguồn điện 1 chiều, là nơi đặt vật mạ hoặc thu kim loại tinh chế, do quá trình hoàn nguyên kim loại diễn ra trên bề mặt catot.  Bản chất của các quá trình catot chính là sự khử các Cation thành kim loại: • MZ+ + z.e  M  Hoặc hoàn nguyên Hydro: • 2H + + 2e H2

4. Sự kết tinh điện hóa .Quá trình kết tủa kim loại và các yếu tố ảnh hưởng.  Trong công nghệ kết tủa kim loại Catot, cấu trúc tinh thể và hình dạng bên ngoài của kết tủa Catot có ý nghĩa rất lớn.  Việc lấy được một kết tủa đặc, chắc, nhẵn theo yêu cầu phụ thuộc vào quá trình kết tinh điện hóa Catot.  Quá trình kết tinh điện hóa 1 kim loại được xác định bởi quá trình tạo mầm và quá trình phát triển tinh thể.  Kết tủa mịn hay thô, từ đó tạo ra mặt Catot nhẵn hay gồ ghề phụ thuộc vào tốc độ tạo mầm và tốc độ phát triển tinh thể. Để lấy được kết tủa chất lượng cao cần điều khiển được tốc độ đó bằng cách khống chế các nhân tố ảnh hưởng sau:  Mật độ dòng điện và phân cực.  Thành phần và nhiệt độ dung dịch.  Chất hoạt tính bề mặt.  Chủng loại các Catot mẫu.  Sự tuần hoàn dung dịch. a) Xem xét sự ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch: 4

 Đây là yếu tố ảnh hưởng phức tạp vì có ảnh hưởng nhiều tới tính chất dung dịch. Tăng nhiệt độ sẽ cho phép dùng dung dịch có nồng độ cao hơn, tăng độ dẫn điễn của dung dịch, giảm nguy cơ thụ động Anot.  Các yếu tố đó làm tăng mật độ dòng điện giới hạn nên cho phép điện phân với mật độ dòng cao hơn. b) Xem xét sự ảnh hưởng của tuần hoàn dung dịch  Trong quá trình điện phân, nồng độ ion kim loại sát Catot bị nghèo đi, gây phân cực nồng độ quá lớn và nhiều bất lợi xảy ra như: không dùng được mật độ dòng cao, chất lượng điện phân thấp, gây cháy lớp mạ … c) Sự ảnh hưởng của mật độ dòng điện:  Mật độ dòng điện cao sẽ thu được lớp mạ có tinh thể nhỏ, mịn, chắc sít và đồng đều, do khi tăng mật độ dòng điện sẽ làm tăng khả năng tạo mầm,ngược lại, mật độ dòng thấp cho kết tủa to, thô.  Tuy nhiên, mật độ dòng cao quá lại không tốt vì lớp kim loại dễ bị gai, bị cháy.  Khi diện phân tại mật độ dòng giới hạn chỉ tạo thành bột kim loại, do đó, muốn nâng cao mật độ dòng điện cần nâng cao mật độ dòng giới hạn bằng cách tăng nhiệt độ, tăng nồng độ và đối lưu dung dịch. 5. Nguồn điện phân  Khi tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng điện phân ở trên, ta thấy mật độ dòng là yếu tố quyết định. Để có được độ mịn, độ gắn bám tốt thì nguồn 1 chiều cấp cho bể điện phân phải có chất lượng thật tốt, cho dòng bằng phẳng và có thể điều chỉnh liên tục trong 1 giới hạn rộng, cấp được một mật độ dòng đủ lớn. Tính chất tải điện phân:  Tải bể điện phân thuộc loại tải R-C-E, tuy nhiên điện trở trong của bể mạ nhỏ, do đó, hằng số thời gian phóng, nạp của tụ là rất nhỏ cho nên coi ảnh hưởng của tụ là không đáng kể. Sức điện động E trong bể mạ thường nhỏ nên chúng ta có thể bỏ qua.  Từ đó có thể coi tải điện phân gần như thuần trở, nên muốn có một mật độ dòng lớn, có độ bằng phẳng cao theo yêu cầu thì điện áp nguồn 1 chiều cũng phải thật bằng phẳng.

5

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, LỰA CHỘN PHƯƠNG ÁN, THUYẾT MINH HOẠT ĐỘNG Để có thể lựa chọn được phương án tối ưu nhất cho mạch chỉnh lưu ta khảo sát tất cả các phương án có thể có, phân tích ưu nhược điểm từ đó đưa ra phương án tối ưu nhất. 1. Chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính. a.Sơ đồ nguyên lí:

T1

U U

L

R1

T2 U

Hình 2.1 Sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính

b. Hoạt động: - Máy biến áp có 2 cuộn dây thứ cấp với thong số giống hệt nhau, có thể coi đây là 2 sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kì hoạt động dịch pha nhau 1800. Ở mỗi chu kì có một van dẫn cho dòng điện chạy qua. Cho nên ở cả 2 nửa chu kì sóng điện áp tải trùng với địên áp cuộn dây có van dẫn. Điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kì, với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều(fđm = 2f1). - Điện áp trung bình trên tải, khi tải thuần trở là: 6

Ud = Udo.(1 + cosα)/2. Trong đó: Udo- Điện áp chỉnh lưu khi không điều khiển và bằng Udo = 0,9.U2. α - Góc mở của các tristor. - Khi tải điện cảm lớn, dòng điện, điện áp tải liên tục, lúc này điện áp một chiều được tính: Ud = Udo.cosα. - Điện áp ngược của van trong sơ đồ này lớn: Unv = 2. 2 .U2 = 2 2 .U. c. Ưu và nhược điểm: -Ưu điểm:  Có chất lượng điện áp tốt hơn chỉnh lưu một nửa chu kì.  Dòng chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ.  Điều khiển các van bán dẫn tương đối đơn giản. -Nhược điểm:  Việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mà mỗi cuộn chỉ làm việc có một nửa chu kì là hết sức phức tạp và hiệu suất sử dụng biến áp thấp.  Đện áp ngược của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất, làm cho việc lựa chọn van bán dẫn khó.  Theo đề tài thiết kế là cho nguồn điện ba pha do đó nếu chọn sơ đồ này thì mạch sẽ rất cồng kềnh và phức tạp. 2. Chỉnh lưu cầu một pha a. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng  Sơ đồ nguyên lí:

7

Hình 2.2 Chỉnh lưu cầu 1 pha  Hoạt động: Trong nửa chu kì điện áp của Tiristor T1 dương (catod T2 âm), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T1, T2 đồng thời, thì các van này sẽ được dẫn để đặt điện áp lưới lên tải. Điện áp tải một chiều còn trùng với xoay chiều chừng nào các Tiristor còn dẫn (khoảng dẫn của Tiristor phụ thuộc vào tính chất tải). Đến nửa chu kì sau, điện áp đổi dấu(UAB < 0), anod của Tiristor T3 dương catod của T4 âm, nếu có xung điều khiển cho cả 2 van T3, T4 đồng thời, thì các van này sẽ được dẫn, để đặt điện áp lưới lên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa chu kì trước. b. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng:  Sơ đồ nguyên lí: Có thể thực hiện được bằng hai phương án khác nhau, mỗi sơ đồ có hai Diode và hai Tiristor.

8

Hình 2.3 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển không đối xứng (1)

Hình 2.4 Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển không đối xứng (2) 9

 Hoạt động:

- Theo hình 2.3: Khi điện áp anod T1 dương và catod D1 âm có dòng điện tải chạy qua T1, D1 đến khi điện áp đổi dấu ( với anod T2 dương) mà chưa có xung mở T2, năng lượng của cuộn dây tải L được xả ra qua D2,T1. Như vậy việc chuyển mạch của các van không điều khiển D1, D2 xảy ra khi điện áp bất ngờ đổi dấu. Tiristor T1 sẽ bị khoá khi có xung mở T2. Kết quả là chuyển mạch các van có điều khiển được thực hiện bằng việc mở van kế tiếp. Từ những giải thích trên thấy rằng các van dẫn được dẫn trong một nửa chu kì. Về trị số, dòng điện trung bình chạy qua van bằng itb = (1/2)Id, dòng điện hiệu dụng của van Ihd = 0,71.Id. - Theo sơ đồ hình 2.4: Khi điện áp lưới đặt vào anod và catod của các Tiristor thuận chiều và có xung điều khiển, thì việc dẫn của các van hoàn toàn giống như trưòng hợp hình 2.3. Khi điện áp đổi dấu năng lượng của L xả qua D1, D2, các van này đóng vai trò của diode ngược. Chính do đó mà các Tiristor sẽ tự động khóa khi điện áp đổi dấu. Ở sơ đồ này dòng điện qua Tiristor nhỏ hơn dòng qua diode. c. Ưu và nhược điểm: - Ưu điểm:  Chất lượng điện áp ra hoàn toàn giống trường hợp chỉnh lưư cả chu kì với biến áp có trung tính.  Điện áp ngược van phải chịu nhỏ hơn Unv = 2 .U.  Biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn.

- Nhược điểm:  Việc điều khiển mở hai Tiristor cùng nhau khó thực hiện hơn trong trường hợp mở một Tiristor của sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính.  Số van nhiều gấp hai lần phương pháp chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính, làm giá thành cao hơn.  Sụt áp trên va lớn gấp hai lần.  Nhiệm vụ thiết kế cho nguồn điện ba pha do đó nếu dùng sơ đồ này sẽ rất cồng kềnh, không phù hợp.  Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu một pha đã dùng ở trên: Nhìn chung các sơ đồ chỉnh lưu một pha cho điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn điều này không đáp ứng được cho nhiều loại tải.. Mặt khác đề tài của ta cho nguồn 10

điện xoay chiều, thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho tải điện phân, đòi hỏi chất lượng điện áp một chiều tốt và dòng điện tải ổn định. Muốn có chất lượng điện áp tốt hơn phải sử dụng các sơ đồ có số pha nhiêu hơn .

Dưới đây ta đi khảo sát các mạch chỉnh lưu có nhiều pha. 3. Chỉnh lưu tia ba pha a. Sơ đồ nguyên lí:

11

Hình 2.5 Chỉnh lưu tia 3 pha

b. Hoạt động: -Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu còn lại của van bán dẫn nối với các pha biến áp. Tải được nối giữa đầu nối chung của van dẫn với trung tính như hình vẽ ở trên. - Khi biến áp có ba pha đấu sao (Y) trên mỗi pha A, B, C nối một van, ba catod đấu chung cho điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Ba pha điện áp A, B, C dịch pha nhau một góc là 1200 theo các đường cong điện áp pha, có điện áp của một pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kì. Từ đó thấy rằng tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn hai pha kia. - Nguyên tắc điều khiển các Tristor là khi anod của pha nào dương hơn Tristor đó mới được kích mở. Thời điểm điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các Tristor. Các Tristor chỉ được mở với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên, như vậy trong chỉnh lưu ba pha, góc mở nhỏ nhất α = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300. c. Ưu và nhược điểm: - Ưu điểm:  Chất lượng điện áp một chiều tốt hơn chỉnh lưu một chiều, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành .phần song hài bậc cao bé hơn.  Điều khiển van bán dẫn trong trường hợp này tương đối đơn giản. 12

- Nhược điểm:  Dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, do biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thong xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn. 4. Chỉnh lưu tia sáu pha: a. sơ đồ nguyên lí:

Hình 2.6 Chỉnh lưu tia 6 pha b. Hoạt động: Với góc mở chậm α = 600 góc chuyển mạch = 00

13

14

c. Ưu nhược điểm: - Ưu điểm:  Chất lượng điện áp tương đối tốt.  Dòn qua van nhỏ, chỉ cần van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn. - Nhược điểm:  Biến áp ba pha sáu cuộn dây thứ cấp chế tạo rất phức tạp, nên sơ đồ nay ít được áp dụng trong thực tế.  Thiết kế cuốn kháng cân bằng phức tạp.

15

5. Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển: a. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng:  Sơ đồ nguyên lí:

Hình 2.8 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng

16

 Hoạt động:

Uf

B

A

A

C

t 0

t1

t2

t3

t4

t6

t5

Uf

A

B

C

A

t7

t

Ud U d

t I1

X1

X6-1

I3 I5

X3

I6

X2-3

X4-5 X2 X4

t X5

I2 I4

t

t

X1-4

X4-5 t

X5-2

Uf

A

B

C

t X4

X6

c

X3-6

A t

t t

UT1

t

Ud

t d b

17

- Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược nhau nhóm anod(NA) gồm T1, T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tai ba pha cho điện áp dương, nhóm catod(NK) T2, T4, T6 tạo thành một chỉnh lưu tia cho điện áp âm, hai chỉnh lưu này ghép lại thành cầu ba pha. - Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng chạy từ pha này đến pha kia, do đó mỗi thời điểm cần mở Tiristor đòi hỏi cấp hai xung điều khiển đồng thời ví dụ tại thời điểm t1 cẩn mở Tiristor T1 của pha A phía NA cấp xung X1 đồng thời tại đó cấp thêm xung X4 →X1-4 cho Tiristor T4 của pha B phía NK. Các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha. - Khi cấp đúng các xung điều khiển , dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp dương hơn. Ví dụ trong khoảng t1 ÷ t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, dòng điện được chạy từ A về B qua T1, T4. - Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này( NA hay NK) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1-t3 T1 của nhóm NA dẫn, nhưng trong nhóm NK T4 dẫn trong khoảng t1 ÷ t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ÷ t3 . - Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng không khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khóa. Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 trong khoảng t1 ÷ t3 van T1 dẫn điện áp bằng không, trong khoảng t3 ÷ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5 ÷ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA. - Khi góc mở các Tiristor lớn lên tới góc α > 600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn như các đường nét đậm trên hình d. Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này sang pha kia là da các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng, cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫ sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khoá.  Ưu nhựơc điểm: - Ưu điểm:  Số xung áp chỉnh lưa trong một chu kì lớn, vì vậy độ đập mạch của điện áp chỉnh lưa thấp, chất lượng điện áp cao.  Không làm lệch pha lưới điện, Ud đối xứng thiết kế bộ lọc đơn giản.  Điện áp ngược các van có thể bằng không. - Nhược điểm: 18

 Sử dụng số van lớn, giá thành thiết bị cao.  phải mở các van đồng thời theo đúng thứ tự pha nên khó khăn khi chế tạo, vận hành và sửa chữa. b .Chỉnh lưa cầu 3 pha điều khiển không đối xứng:  sơ đồ nguyên lí:

Hình 2.9 Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển ko đối xứng

19

 Hoạt động:

20

- Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm có điều khiển và một nhóm không có điều khiển như hình vẽ trên. - Các dạng song dòng điện, điện áp, đươc mô tả như hình vẽ. Các Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tiristor của pha kế tiếp. Ví dụ T1 dẫn từ t1 tới t3. Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn. Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp đổi dấu. Các diode tự động dẫn khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều. Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng từ t1 đến t6 và nó sẽ mở có dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4 ÷ t5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5 ÷ t6. - Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các tiristor nhở hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn. - Theo dạng sóng điện áp tải, trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800. Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha. Utb = 3.

3 3 3 Ufmax(1 + cosα) = Udaymax(1 + cosα). 2π 2π

- Điều khiển các tiristor trong chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng dễ dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn.  Ưu và nhựơc điểm: - Ưu điểm:  Là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất.  Việc điều khiển các van bán dẫn thực hiện đơn giản hơn. - Nhược điểm:  Ud không đối xứng, thành phần sóng điều hoà thay đổi nên bộ lọc phức tạp. Tổng kết:  Nhận thấy đặc điểm tải của ta là tải điện phân do đó chất lượng dòng một chiều, độ ổn định điện áp là cần thiết hơn cả.  Trong các phương án chỉnh lưu đã phâ tích ở trên ta nhận thấy phương án chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng là hợp lí hơn cả vì cho dòng một chiều có chất lượng điện áp tốt, hiệu suất sử dụng biến áp cao, điều khiển các van dẫn dễ dàng .

21

ch¬ng 3: tÝnh to¸n biÕn ¸p vµ th«ng sè m¹ch lùc  Điện áp tải Ud = 27,2V, dòng điện tải Id = 2000A.  §iÖn ¸p nguån cÊp U1 = 220/380V, tÇn sè nguån cÊp 50HZ  §iÒu chØnh dßng ®iÖn v« cÊp trong d¶I tõ 0 ®Õn Idmax

1.Tính chọn Thyristor:

 TÝnh chän dùa vµo c¸c yÕu tè c¬ b¶n dßng t¶i, ®iÒu kiÖn to¶ nhiÖt, ®iÖn ¸p lµm viÖc, c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña van ®îc tÝnh nh sau:  §iÖn ¸p ngîc lín nhÊt mµ Thyristor ph¶i chÞu: Unmax=Knv.U2 =Knv . Trong ®ã:

Ud π = .27,2 = 28,48 V. Ku 3

Knv = 6

Ku=

3. 6 π

§iÖn ¸p ngîc cña tiristor cÇn chän: Unv = KdtU . Un max =1,8 . 28,48 = 51,27 LÊy b»ng 52 V Trong ®ã: KdtU - hÖ sè dù tr÷ ®iÖn ¸p, chän KdtU =1,8 .  Dßng lµm viÖc cña van ®îc tÝnh theo dßng hiÖu dông: Ilv = Ihd = Khd .Id =

Id 2000 = = 1154,7 A 3 3

Chän ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña van lµ cã c¸nh to¶ nhiÖt vµ ®Çy ®ñ diÖn tÝch to¶ nhiÖt; cã qu¹t ®èi lu kh«ng khÝ, víi ®iÒu kiÖn ®ã dßng ®Þnh møc cña van cÇn chän: I®m =Ki . Ilv =1,6 . 1154,7 = 1847,5 A (Ki lµ hÖ sè dù tr÷ dßng ®iÖn vµ chän Ki =1,6)  Tõ c¸c th«ng sè Unv, I®mv ta chän:

 3 Thysistor lo¹i C458S cã c¸c th«ng sè sau:  §iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i cña van: Un = 700 V

22

 Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña van : I®m =2000A  §Ønh xung dßng ®iÖn : Ipik =16000 A  Dßng ®iÖn cña xung ®iÒu khiÓn: I®k =0,2 A  §iÖn ¸p cña xung ®iÒu khiÓn :

U®k =5,0 V

 Dßng ®iÖn rß

Ir =50 mA

:

 Sôt ¸p lín nhÊt cña Thyristor ë tr¹ng th¸i dÉn lµ:

∆U =

2,6 V  Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p  Thêi gian chuyÓn m¹ch

dU =400 V/µs dt

: :

tcm = 25 µs

 NhiÖt ®é lµm viÖc cùc ®¹i cho phÐp: Tmax=125 oC

 Và 3 Diode loại A621A có các thông số sau:

Dßng ®iÖn max



: Imax = 2000A

•

§iÖn ¸p ngîc van

: Un = 100V

•

§Ønh xung dßng ®iÖn

•

Tæn hao ®iÖn ¸p ë tr¹ng th¸i më cña diode: ∆U =

: Ipik = 25000A

1,1V •

Dßng ®iÖn thö cùc ®¹i : Ir =

•

NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp

: Tcp = 1750C

2. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu.  Chän m¸y biÕn ¸p 3 pha 3 trô s¬ ®å ®Êu d©y ∆/Y lµm

m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn .  TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n: 1. TÝnh c«ng suÊt biÓu kiÕn cña M¸y biÕn ¸p: S = Ks . Pd =1,05 . 27,2.2000=57120 VA 2. §iÖn ¸p s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: U1 =380 V 23

3. §iÖn ¸p pha thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p Ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i: Udo (1.80)

αmin

.cos

=Ud

+2.

∆Uv

+∆Udn

+

∆Uba

Trong ®ã:

αmin =100 lµ gãc dù tr÷ khi cã sù suy gi¶m ®iÖn líi ∆Uv =2,6 V lµ sôt ¸p trªn Thyristor ∆Udn ≈ 0 lµ sôt ¸p trªn d©y nèi ∆Uba = ∆Ur + ∆Ux lµ sôt ¸p trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p . Chän s¬ bé:

∆Uba =6% .Ud =6% .27,2 = 1.632 V Tõ ph¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p khi cã t¶i ta cã: Ud0 =

U d + 2.∆U v + ∆U dn + 2.∆ ba 27, 2  2.2, 6  0  2.1, 632 = = 36,21 cos10o cosα min

V §iÖn ¸p pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p: U2f =

U d 36, 21 = 2,34 =15,47 V ku

4. Dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p: I2 =

2 2 .I d = 2000 = 1633 A 3 3

5. Dßng ®iÖn hiÖu dông s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p: I1 = KbaI2 =

U2 15, 47 .I2 = . 1633 = 66,48 A 380 U1

TÝnh s¬ bé m¹ch tõ (X¸c ®Þnh kÝch thíc b¶n m¹ch tõ) 6. TiÕt diÖn s¬ bé trô. QFe =kQ .

Sba m.f

24

Trong ®ã: kQ - hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t, lÊy kQ = 6 m - sè trô cña m¸y biÕn ¸p f - tÇn sè xoay chiÒu, ë ®©y f = 50 Hz Thay sè ta ®îc: 57120 =117,08 cm2 3.50

QFe=6 .

7. §ßng kÝnh trô: 4.QF e

d=

π

=

4.117, 08 = 12,2 cm 

ChuÈn hãa ®êng kÝnh trô theo tiªu chuÈn d = 12 cm 8. Chän lo¹i thÐp

∃330 c¸c l¸ thÐp cã ®é dµy 0,5 mm

Chän mËt ®é tõ c¶m cña trô Bt = 1 T 9. Chän tû sè m= 27,6 cm

h = 2,3 , suy ra h = 2,3 . d = 2,3.12 = d

Ta chän chiÒu cao trô lµ 28 cm TÝnh to¸n d©y quÊn . 10. Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p . W1=

U1 380 = = 146,2 vßng 4, 44.50.117, 08.104.1, 0 4,44. f .QFe.BT

LÊy trßn W1= 146 vßng 11. Sè vßng d©y mçi pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p: W2 =

U2 15, 47 .W1= .146 = 5,9 vßng 380 U1

LÊy trßn W2= 6 vßng 12. Chän s¬ bé mËt ®é dßng ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p. Víi d©y dÉn b»ng ®ång, m¸y biÕn ¸p kh«, chän J1= J2= 2,75 A/mm2 25

13. TiÕt diÖn d©y dÉn s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p. S1 =

I1 66, 48 = 2, 75 = 24,17 mm2 J1

Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt, c¸ch ®iÖn cÊp B ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn: S1 = 25,80 mm2 KÝch thíc d©y dÉn cã kÓ c¸ch ®iÖn S1c® = a1.b1= 2,63.10 mm x mm 14. TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén s¬ cÊp J1=

I1 66, 48 = 25,8 = 2,57 A/mm2 S1

15. TiÕt diÖn d©y dÉn thø cÊp cña m¸y biÕn ¸p S2 =

I2 1633 = 2, 75 = 593,8 mm2. J2

Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt, c¸ch ®iÖn cÊp B. ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn theo tiªu chuÈn: S2= 600 mm2 KÝch thíc d©y dÉn cã kÓ c¸ch ®iÖn: 15.40 (mm x mm)

S2c® = a2.b2 =

16. TÝnh l¹i mËt ®é dßng ®iÖn trong cuén thø cÊp J2=

I2 = 2,72 A/mm2 S2

KÕt cÊu d©y dÉn s¬ cÊp: Thùc hiÖn d©y quÊn kiÓu ®ång t©m bè trÝ theo chiÒu däc trôc 18. TÝnh s¬ bé sè vßng d©y tren mét líp cña cuén s¬ cÊp W11=

h − 2.hg b1

. kc=

28  2.1,5 .0,95 = 24 vßng 1

Trong ®ã: 26

kc = 0,95 lµ hÖ sè Ðp chÆt . h - chiÒu cao trô . hg - kho¶ng c¸ch tõ g«ng ®Õn cuén d©y s¬ cÊp Chän s¬ bé kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn g«ng lµ 1,5 cm 19. TÝnh s¬ bé sè líp d©y ë cuén s¬ cÊp: n11=

W1 146 = = 6,083 líp 24 W11

20. Chän sè líp n11=7 líp. Nh vËy cã 169 vßng chia thµnh 7 líp, chän 6 líp ®Çu vµo cã 24 vßng, líp thø 6 cã 146 – 6.24 = 2 vßng 21. ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp: h1=

W11.b 24.1 = 0,95 = 25,26 cm kc

22. Chän èng quÊn d©y lµm b»ng vËt liÖu c¸ch ®iÖn cã bÒ dÇy: S01= 0,1 cm. 23. Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp chän cd 01= 1,0 cm. 24. §êng kÝnh trong cña èng c¸ch ®iÖn . Dt= dFe + 2.cd01- 2.S01 =11+ 2.1 – 2.0,1 = 12,8 cm 25. §êng kÝnh trong cña cuén s¬ cÊp. Dt1= Dt + 2.S01=12,8 + 2.0,1= 13 cm 26. Chän bÒ dÇy gi÷a hai líp d©y ë cuén s¬ cÊp: cd11= 0,1 mm 27. BÒ dÇy cuén s¬ cÊp Bd1= (a1+cd11).n11= (2,63 + 0,1).7 = 1,91 cm 28. §êng kÝnh ngoµi cña cuén s¬ cÊp . Dn1= Dt1+2.Bd1=13 + 2.1,91= 16,82 cm 29. §êng kÝnh trung b×nh cña cuén s¬ cÊp . 27

Dtb1=

Dt1+ Dn1 13  16,82 = = 14,91 cm 2 2

30. ChiÒu dµi d©y quÊn s¬ cÊp . l1 = W1.π.Dtb= π.146.14,91= 68,39 m 31. Chän bÒ dµy c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp: cd12= 1,0 cm KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp . 32. Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp . h1= h2 = 25,26 cm 33. TÝnh s¬ bé sè vßng d©y trªn mét líp . W12=

h2 kc = 25, 26 0,95 = 5,99 vßng 4 b2

LÊy W12 = 6 vßng 34. TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp . n12=

W2 6 = = 1 líp 6 W12

36. ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén thø cÊp h2=

W12 6 .b= .4 = 25,26 cm 0,95 kc

37. §êng kÝnh trong cña cuén thø cÊp. Dt2 = Dn1+ 2.cd12 = 15,674 + 2.1 = 17,674 cm 38. Chän bÒ dÇy c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp d©y ë cuén thø cÊp: cd2= 0,1 mm 39. BÒ dÇy cuén s¬ cÊp . Bd2 = (a2+cd2).n12 = (1,5 + 0,01).1= 1,51 cm 40. §êng kÝnh ngoµi cña cuén thø cÊp . Dn2= Dt2+ 2.Bd2= 17,674 + 2.1,51 = 20,694 cm 28

41. §êng kÝnh trung b×nh cña cuén thø cÊp . Dtb2=

Dt2 + Dn2 17, 674  20, 694 = = 19,184 cm 2 2

42. ChiÒu dµi d©y quÊn thø cÊp . l2 = π.W2.Dtb2 = π.6.19,184 = 3,66 m 43. §êng kÝnh trung b×nh c¸c cuén d©y . D12=

Dt1 + Dn2 13  20, 694 = =16,847 cm 2 2

⇒ r12=

D12 = 8,4235 cm 2

44. Chän kho¶ng c¸ch gi÷a hai cuén thø cÊp: cd22= 2 cm TÝnh kÝch thíc m¹ch tõ . 45. Víi ®êng kÝnh trô d= 11,5 cm, ta cã sè bËc lµ 6 trong nöa tiÕt diÖn trô 6

a 01

5 4 3

hg

2 1 W2

W1

Bd1 H× nh 1.72 C ¸ c bËc thang ghÐp thµnh trô

a12 Bd2

46. Toµn bé tiÕt diÖn bËc thang cña trô cm

2

Qbt= 2.(1,7.11+1,1.10+0,8.9+0,5.8+0,4.7+0,7.5) = 94,4 47. TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña trô QT= khq.Qbt = 0,95.94,4= 89,7 cm2 48. Tæng chiÒu dµy c¸c bËc thang cña trô. 29

dt = 2.(1,7+1,1+0,8+0,5+0,4+0,7)= 10,4 cm 49. Sè l¸ thÐp dïng trong c¸c bËc . BËc 1 BËc 2

17

n1= 0,5 .2 = 68

l¸

11 .2 = 44 0,5

l¸

n2=

8

BËc 3

n3= 0,5 .2 = 30

BËc 4

n4= 0,5 .2 = 20

l¸

BËc 5

n5=

4 .2 = 16 0,5

l¸

BËc 6

n6=

7 .2 = 28 l¸ 0,5

5

l¸

§Ó ®¬n gi¶n trong viÖc chÕ t¹o g«ng tõ, ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch thíc sau: ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô: b = dt = 10,4 cm ChiÒu cao cña g«ng b»ng chiÒu réng tËp l¸ thÐp thø nhÊt cña trô: a = 11 cm TiÕt diÖn g«ng

Qbg= a x b = 114,4 cm2

50. TiÕt diÖn hiÖu qu¶ cña g«ng Qg= khq.Qbg = 0,95 .114,4 = 108,67 cm2 51. Sè l¸ thÐp dïng trong mét g«ng . hg =

b 110 = 0,5 = 220 l¸ 0,5

52. TÝnh chÝnh x¸c mËt ®é tõ c¶m trong trô BT =

U1 380 = 4, 44.50.169.89, 7.10−4 = 1,129 T 4,44. f .W1.QT

53. MËt ®é tõ c¶m trong g«ng . 30

Bg = BT.

QT 89, 7 = 1,129. 108, 67 = 0,825 T Qg

54. ChiÒu réng cöa sæ c= 2.(cd01+Bd1+cd12+Bd2) + cd22 = 2.(1+1,38+1+2,83) + 2 = 14,42 cm 55. TÝnh kho¶ng c¸ch gi÷a hai t©m trôc . c’ = c+d = 14,42 + 11.5 = 25,92 cm 56. ChiÒu réng m¹ch tõ . C = 2.c +3.d = 2.14,42 + 3.11,5 = 63,34 cm 57. ChiÒu cao m¹ch tõ . H = h + 2.dFe = 26,45 + 2.11 = 48,45 cm TÝnh khèi lîng cña s¾t vµ ®ång 58. ThÓ tÝch cña trô . VT = 3.QT.h = 3.89,7.26,45 = 7117,7 cm3 59. ThÓ tÝch cña g«ng Vg = 2.Qg.C = 2.108,67.63,34 = 13766,3 cm3 60. Khèi lîng cña trô MT= VT . mFe = 7,117 . 7,85 = 55,86 Kg 61. Khèi lîng cña g«ng Mg = Vg . mFe = 13,7663.7,85 = 108,06 Kg 62. Khèi lîng cña s¾t MFe= MT+Mg = 55,86 + 108,06= 163,925 Kg 63. ThÓ tÝch ®ång VCu = 3.(S1.L1 + S2.L2) = 3.(18,5.10-4.76,34.10+ 446.104 .4,508.10) = 10,268(dm3) 64. Khèi lîng cña ®ång MCu = VCu . mCu = 10,268.8,9 =91,38Kg TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p 31

65. §iÖn trë cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750 C R1= ρ.

l1 76,34 = 0,02133. 18,5 = 0,088 Ω S1

Trong ®ã ρ75 = 0,02133 (Ω) 66. §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750C R2= ρ.

l2 4,508 = 0,02133. = 0,000215 Ω 446 S2

67. §iÖn trë cña m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp 2

RBA = R2 0,000365 Ω

 W2    W + R1  1  = 0,000215 + 0.088

 7     169 

68. Sôt ¸p trªn ®iÖn trë m¸y biÕn ¸p ∆Ur = RBA.Id = 0,000365 . 1500 = 0,55 V &&&69. §iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp .  r  . a12 + Bd1 + Bd2  .ω.10-7 XBA= 8 .π2.W2.   3   hqd    9, 0825   1,38 + 2,83  -7  .  0, 01 +  .314.10 24, 73 3    

= 8 .π2.72. 

= 0,00095 Ω 70. §iÖn c¶m m¸y biÕn ¸p qui ®æi vÒ thø cÊp 0, 0012 XBA = = 0,0038 mH 314 ω

LBA =

71. Sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng m¸y biÕn ¸p ∆Ux = Rdt =

3 3 XBA.Id = 0,0038.1500 = 5,44 V π π

3 .XBA = 0,0036 Ω π

72. Sôt ¸p trªn m¸y biÕn ¸p 32

2

=

∆UBA=

2 2 ∆U r + ∆U x =

0,552 + 5, 44 2 = 5,46 V

73. Tæng trë ng¾n m¹ch qui ®æi vÒ thø cÊp 2 2 RBA + XBA =

ZBA =

0, 00122 + 0, 0003652 = 0,0038 Ω

74. Tæn hao ng¾n m¹ch trong m¸y biÕn ¸p ∆Pn = 3.RBA .I2 = 3.0,000365.1224,742 = 1642,48 W ∆P% =

∆Pn 1642, 48 .100 = .100 = 3,86 % 42480 S

75. Tæn hao cã t¶i cã kÓ ®Õn 15% tæn hao phô . P0 = 1,3.nf . (MT.BT2+Mg.Bg2) 1,3.1,15.(55,86.1,1292+108,06.0,8252) Po = 216,4 W ∆P % =

Po .100 = 0,51 % S

77. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch t¸c dông Unr=

RBA.I 2 1224, 74.0, 000365 .100 = .100 = 3,04 % 14, 694 U2

33

=

34 H×nh 1.73: S¬ ®å kÕt cÊu m¸y biÕn ¸p

76. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch ph¶n kh¸ng Unx =

xBA.I 2 1224, 74.0, 0012 .100 = .100 = 9,8 % 14, 694 U2

77. §iÖn ¸p ng¾n m¹ch phÇn tr¨m 2 2 U nr + U nx = 3, 042 + 9,82 = 10,26 V

Un=

78. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch x¸c lËp I2nm=

U2 14, 694 = 0, 0012 = 12470 A ZBA

79. Dßng ®iÖn ng¾n m¹ch tøc thêi cùc ®¹i Imax =

−π .unr  2.I 2 m  1 + e unx  

 =  

−π .0,034   2.12470. 1 + e 0,098  =24290 A    

Imax< Ipik = 30000 A&&& Ipik: §Ønh xung max cña Thyristor 80. HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh lu . η=

U d .I d 27, 2.1500 = = 95 % 42840 S

3. ThiÕt kÕ cuén kh¸ng läc.

I. X¸c ®Þnh gãc më cùc tiÓu vµ cùc ®¹i 35

Chän gãc më cùc tiÓu αmin= 10o . Víi gãc më αmin lµ dù tr÷ ®Ó cã thÓ bï ®îc sù gi¶m ®iÖn ¸p líi. Khi gãc më nhá nhÊt α = αmin th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ lín nhÊt. Ud max = Udo . Cos αmin = Ud ®m vµ t¬ng øng tèc ®é ®éng c¬ sÏ lín nhÊt nmax = n®m. Khi gãc më lín nhÊt α = αmax th× ®iÖn ¸p trªn t¶i lµ nhá nhÊt . Ud min = Udo . Cos αmax vµ t¬ng øng tèc ®é ®éng c¬ sÏ nhá nhÊt nmin Ta cã: αmax = arcos

U d min U d min = arcos U do 2,34.U2

Trong ®ã Ud min ®îc x¸c ®Þnh nh sau . D=

U ddm− I udmRuΣ nmax = → nmin U d min − I udm.RuΣ

Ud min =

1 .[U d min + ( D − 1) .I udm.RuΣ ] D

Ud min =

1 .[ 2,34.U2.cosα min + ( D − 1).I udm.( Ru + RBA + Rdt) ] D =

1  3   .2,34.U2.cosα min + ( 20− 1).I udm. Ru + RBA + .XBA  20  π   Thay sè: Ud min = 1  3   .2,34.185,45.cosα min + ( 20− 1) .79,412. 0,378+ 0,085+ .0,176 20  π   Ud min = 64,8 V Thay sè vµo (4.3) ta ®îc:

36

αmax = arcos

U d min 648 = arcos = 80,90 U do 2,34.185,45

2. X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn sãng hµi §Ó thuËn tiÖn cho viÖc khai triÓn chuçi Furier ta chuyÓn gèc to¹ ®é sang ®iÓm θ1 (thêi ®iÓm më tiristor), khi ®ã ®iÖn ¸p tøc thêi trªn t¶i khi Thyristor T1 vµ T4 dÉn Ud = Uab =

π   6.U2.Cosθ − + α  6  

Víi θ = Ω.t

§iÖn ¸p tøc thêi trªn t¶i ®iÖn Ud kh«ng sin vµ tuÇn hoµn víi chu k× τ=

2π 2π π = = P 6 3

Trong ®ã P = 6 lµ sè xung ®Ëp m¹ch trong mét chu k× ®iÖn ¸p líi. Khai triÓn chuçi Furier cña ®iÖn ¸p Ud: ∞

Ud

=

∞

ao + Σ ( an.cos6.kθ + bn.sin6.kθ ) = 2 k=1

ao + Σ Unm.Sin(6.kθ + ϕk) 2 k=1 Trong ®ã 2τ 6τ π a = ∫ U d .cos6kθdθ = ∫ 6U2.cos(θ − + α ).cos6kθdθ τ0 π0 6

an =

3. 6 −2 π 3. 6 −2 .U2. .2.sin cosα = .U2. .cosα 2 π 6 π (6k) − 1 (6k)2 − 1

2τ 6τ π U . cos 6 k θ d θ bn = ∫ d = ∫ 6U2.cos(θ − + α ).cos6kθdθ τ0 π0 6 37

=

3. 6 12 3π 3. 6 12k .U2. . 2 . sin sin α . U . .cosα = 2 π 6 π (6k)2 − 1 (6k)2 − 1 ao 3. 6 = .U2 . cosα 2 π

Ta cã

VËy ta cã biªn ®é cña ®iÖn ¸p: Uk.n = Uk.n = 2. Uk.n = Ud ≈

2

2

an + bn

1 3. 6 cos2 α + (6k)2 Sin2α .U2 . 2 (6k) − 1 π

1 3. 6 1+ (6k)2 tg2α .U do. 2 (6k) − 1 π

3. 6 .Cosα + Σ U km.Sin(6θ − ϕ1) π n

3. X¸c ®Þnh ®iÖn c¶m cuén kh¸ng läc Tõ ph©n tÝch trªn ta thÊy r»ng khi gãc më cµng t¨ng, biªn ®é thµnh phÇn sãng hµi bËc cao cµng lín, cã nghÜa lµ ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn cµng t¨ng lªn. Sù ®Ëp m¹ch nµy lµm xÊu chÕ ®é chuyÓn m¹ch cña vµnh gãp, ®ång thêi g©y ra tæn hao phô díi d¹ng nhiÖt trong ®éng c¬. §Ó h¹n chÕ sù ®Ëp m¹ch nµy ta ph¶i m¾c nèi tiÕp víi ®éng c¬ mét cuén kh¸ng läc ®ñ lín ®Ó Im ≤ 0,1.I ®m . Ngoµi t¸c dông h¹n chÕ thµnh phÇn sãng hµi bËc cao, cuén kh¸ng läc cßn cã t¸c dông h¹n chÕ vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n . §iÖn kh¸ng läc ®îc tÝnh khi gãc më α =αmax Ta cã: U+U~ = E+RuΣ.Id + RuΣ .i~ + L C©n b»ng hai vÕ

38

di~ dt

U~ = R.i~ +L.

di di di ; v× R.i~ << L. nªn U~ = L. dt dt dt

Trong c¸c thµnh phÇn xoay chiÒu bËc cao, th× thµnh phÇn sãng bËc k=1 cã møc ®é lín nhÊt gÇn ®óng ta cã: U~ = U1m.Sin(6θ +ϕ) nªn I=

U1m 1 Cos(6θ + ϕ1) = Im.Cos(6θ+ϕ1) U ~dt= ∫ ρ .2.π . f .L L

VËy Im =

U1m ≤ 0,1 I®m 6.2.π . f .L

Suy ra U1m 6.2.π . f .0,1.I dm

L≥

ρ = 6 lµ sè xung ®Ëp m¹ch trong mét chu k× ®iÖn ¸p . Trong ®ã U1m = 2. U1m

U do cosα max 2

6 −1

1+ 62 tg2α max

2,34.184,45.cos80,90 = 2. 1+ 36tg280,9o = 146,95 36− 1

Thay sè: L=

147,78 = 0,00986 H = 9,8 mH 6.2.50.π .0,1.79,41

§iÖn c¶m m¹ch phÇn øng ®· cã: Lc = L+ 2.LBA = 6,1 + 2.0,53 = 7,16 mH §iÖn c¶m cuén kh¸ng läc . Lk = L – Lc = 9,86 – 7,16 = 2,70 mH 4. ThiÕt kÕ kÕt cÊu cuén kh¸ng läc C¸c th«ng sè ban ®Çu: §iÖn c¶m yªu cÇu cña cuén kh¸ng läc mH 39

L k= 2,7

Dßng ®iÖn ®Þnh møc ch¹y qua cuén kh¸ng 79,41 A

Im =

Biªn ®é dßng ®iÖn xoay chiÒu bËc 1 10% I®m= 7,94 A

I1m =

C¸c bíc tÝnh to¸n: 1. Do dßng ®iÖn cuén kh¸ng lín vµ ®iÖn trë bÐ do ®ã ta cã thÓ coi tæng trë cña cuén kh¸ng xÊp xØ b»ng ®iÖn kh¸ng cña cuén kh¸ng . Zk = Xk = 2.π.m.f.Lk = 2.π.6.50.2,70.10-3 = 5,09 Ω 2. §iÖn ¸p xoay chiÒu r¬i trªn cuén kh¸ng läc . ∆UK = Z .

I 1dm 2

= 5,09.

7,94 2

= 28,58 V

3. C«ng suÊt cña cuén kh¸ng läc . Sk = ∆UK.

I 1dm 2

= 28,58 .

7,94 2

= 160,46 VA

4. TiÕt diÖn cùc tõ chÝnh cña cuén kh¸ng läc . Q = kQ .

Sk 160,46 = 3,656 cm2 = 5. m.f 6.50

KQ lµ hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµ m¸t, khi lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn kQ = 5 . ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô theo kÝch thíc cã s½n: Chän Q = 4,25 cm2

a

H

h

c

a/2

b L/2 L

H× nh 1.74 : KÕt c Êu m¹ c h tõ c uén kh¸ ng

40

5. Víi tiÕt diÖn trô Q = 4,25 cm2 Chän lo¹i thÐp ∃330A, tÊm thÐp dµy 0,35 mm a= 20 mm; b= 25 mm 6. Chän mËt ®é tõ c¶m trong trô: BT = 0,8 T 7. Khi cã thµnh phÇn dßng ®iÖn xoay chiÒu ch¹y qua cuén c¶m th× trong cuén c¶m sÏ xuÊt hiÖn mét søc ®iÖn ®éng Fk Fk= 4,44 . w . f’. BT . Q GÇn ®óng ta cã thÓ viÕt: Ek = ∆U = 28,58 V W=

∆U 28,58 = = 63,1 vßng 4,44. f '.BT .Q 4,44.6.50.0,8.4,25.10− 4

LÊy w = 63 vßng 8. Ta cã dßng ®iÖn ch¹y qua cuén kh¸ng: iT = Id + i1mCos(6θ + ϕ1) Dßng ®iÖn hiÖu dông ch¹y qua cuén kh¸ng 2

Ik=

Id

2

2

I   7,94  =79,61 A +  1m  = 79,412 +  2 2    

9. Chän mËt ®é dßng ®iÖn qua cuén kh¸ng: S1= I k 79,61 = = 28,95 mm2 J 2,75 Chän d©y dÉn tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt, c¸ch ®iÖn cÊp B, chän Sk =29,90 mm2 víi kÝch thíc d©y: ak x bk =3,80 x 8,00 (mm x mm) TÝnh l¹i mËt ®é dßng: j =

I k 79,61 = = 2,66 A/mm2 Sk 29,9

10. Chän tû sè lÊp ®Çy: Kl® =

41

w.Sk = 0,7 Qcs

11. DiÖn tÝch cöa sæ: Qcs=

w.Sk 63.29,9 = = 26,91 cm2 kld 0,7

12. TÝnh kÝch thíc m¹ch tõ: Qcs = c . h Chän m =

h =3 a

Suy ra h = 3 . a = 3 . 20 = 60 mm c=

Qcs 26,91 = = 4,5 cm = 45 mm h 6,0

13. ChiÒu cao m¹ch tõ:

H = h + a = 60 + 20 = 80 mm

14. ChiÒu dµi m¹ch tõ: C = 2.c + 2.a = 2.45 + 2.20 = 130 mm 15. Chän kho¶ng c¸ch tõ g«ng tíi cuén d©y: hg = 2 mm 16. TÝnh sè vßng trªn mét líp: w1= 17. TÝnh sè líp d©y quÊn: n1 =

h − 2.hg bk

= 7vßng

w 63 = = 9 líp w1 7

18. Chän kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a d©y quÊn víi trô: a01 = 3mm C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c líp: cd1 = 0,1mm 19. BÒ

dÇy cuén d©y: Bd =(ak + cd1 ).n1 =(3,8+ 0,1).9=35,1mm

20. Tæng

bÒ dÇy =35,1+3=38,1mm

cuén

d©y:

Bd

Σ

=Bd

+a01

21. ChiÒu dµi cña vßng d©y trong cïng: l1 = 2(a+b)+2.πa01 = 2(20+25)+2.π.3 = 108,8 mm 22. ChiÒu dµi cña vßng d©y ngoµi cïng: l2 = 2(a+b) + 2π.(a01 + Bd ) = 2.(20+25) + 2π (3+35,1)=329,4mm 23. ChiÒu dµi trung b×nh cña mét vßng d©y 42

ltb = (l1 + l2 )/2 =(108,8+329,4)/2 =219,1mm 24. §iÖn trë cña d©y quÊn ë 75o R=ρ75 . ltb w/sk =0,02133.219,1.10-3 .63/29,9 = 0,0098 Ω 75o c

víi ρ75 =0,02133 (Ω.mm2 /m) §iÖn trë suÊt cña ®ång ë

ta thÊy ®iÖn trë rÊt bÐ nªn gi¶ thiÕt ban ®Çu bá qua ®iÖn trë lµ ®óng 25. ThÓ tÝch s¾t vfe = 2.a.b.h+ 2. a/2.b.l = a.b.(2h+1) = 0,125 dm3 26. ThÓ tÝch s¾t Mfe = Vfe . mfe = 0,944 Kg =7,85 kg/dm

3

Trong ®ã mfe lµ khèi lîng riªng cña s¾t mfe

27. Khèi lîng ®ång:

M cu = V cu . m cu = s k ltb.. w. m cu =3,7

Kg. Trong ®ã: mcu =8,9 kg/dm3 1.8.5 TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ m¹ch ®éng lùc

1. S¬ ®å m¹ch ®éng lùc cã c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ S¬ ®å m¹ch ®éng lùc víi ®Çy ®ñ b¶o vÖ m« t¶ trªn h×nh 1.75 2. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®é cho c¸c van b¸n dÉn Khi van b¸n dÉn lµm viÖc, cã dßng ®iÖn ch¹y qua, trªn van cã sôt ¸p ∆U, do ®ã cã tæn hao c«ng suÊt ∆p. Tæn hao nµy sinh nhiÖt, ®èt nãng van b¸n dÉn. MÆt kh¸c, van b¸n dÉn chØ ®îc phÐp lµm viÖc díi nhiÖt ®é cho phÐp (Tcp), nÕu qu¸ nhiÖt ®é cho phÐp c¸c van b¸n dÉn sÏ bÞ ph¸ háng. §Ó van b¸n dÉn lµm viÖc an toµn, kh«ng bÞ chäc thñng vÒ nhiÖt, ph¶i chän vµ thiÕt kÕ hÖ thèng to¶ nhiÖt hîp lÝ. TÝnh to¸n c¸nh t¶n nhiÖt: Th«ng sè cÇn cã: + Tæn thÊt c«ng suÊt trªn 1 Tiristor: ∆p = ∆U. Ilv =73,4 w 43

+ DiÖn tÝch bÒ mÆt to¶ nhiÖt: STN =∆p/km .τ

A

B

C Ap CD

a

b

1CC

1CC

c 1CC

C

R

T

2CC

C

R

T

2CC

C

R 2CC

T

R

C

T

2CC

R

C

T

2CC

R

C

T

2CC

DC 3CC

L

3CC

¦

H×nh 1.75 : M¹ch ®éng lùc cã c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ Trong ®ã:

∆p - tæn hao c«ng suÊt W τ - ®é chªnh nhiÖt ®é so víi m«i trêng 44

Chän nhiÖt ®é m«i trêng Tmt =400 c. NhiÖt ®é lµm viÖc cho phÐp cña Tiristor Tcp =1250 c. Chän nhiÖt ®é trªn c¸nh to¶ nhiÖt Tlv =800 c τ = Tlv - Tmt = 400 c Km hÖ sè to¶ nhiÖt b»ng ®èi lu vµ bøc x¹. Chän Km = 8 w/m2 . 0 C vËy STN = 0,2294 m2 Chän lo¹i c¸nh to¶ nhiÖt cã 12 c¸nh, kÝch thíc mçi c¸nh a x b =10 x 10 (cm x cm). Tæng diÖn tÝch 12.2.10.10=2400 cm2

to¶

nhiÖt

cña

c¸nh

STN

=

3. B¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn cho van + Aptomat dïng ®Ó ®ãng c¾t m¹ch ®éng lùc, tù ®éng c¾t m¹ch khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch tiristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra ®é biÕn ®æi, ng¾n m¹ch thø cÊp m¸y biÕn ¸p ng¾n m¹ch ë chÕ ®é nghÞch lu. + Chän 1 apomat cã Dßng ®iÖn lµm viÖc ch¹y qua aptomat I lv =

Sba

= 50,53A 3.380

Dßng ®iÖn aptomat cÇn chän Idm = 1,1 Ilv = 1,1.50,53 =55,58 A Udm =380 V Cã 3 tiÕp ®iÓm chÝnh, cã thÓ ®ãng c¾t b»ng tay hoÆc b»ng nam ch©m ®iÖn. ChØnh ®Þnh dßng ng¾n m¹ch Inm =2,5 Ilv = 126 A Dßng qu¸ t¶i Iqt =1,5. Ilv = 75 A Tõ th«ng sè trªn chän aptomat SA63B do h·ng Fuji chÕ t¹o, cã th«ng sè I®m=60A, U®m = 380 V. Chän cÇu dao cã dßng ®Þnh møc Iqt = 1,1. Ilv = 50,53 A

45

CÇu dao dïng ®Ó t¹o khe hë an toµn khi söa ch÷a hÖ thèng truyÒn ®éng vµ dïng ®Ó ®ãng, c¾t bé nguån chØnh lu khi kho¶ng c¸ch tõ nguån cÊp tíi bé chØnh lu ®¸ng kÓ + Dïng d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch c¸c Tiristor, ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé chØnh lu Nhãm 1cc: dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 1 cc I1cc =1,1. I2 = 1,1 . 64,83= 73,31 A Nhãm 2 cc: dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 2cc I2cc =1,1. Ihd = 1,1 . 45,847= 50,43 A Nhãm 3 cc: dßng ®iÖn ®Þnh møc d©y ch¶y nhãm 3cc I3cc =1,1. Id = 1,1 . 79,41= 87,35 A vËy chän cÇu nhÈy nhãm: 1cc lo¹i 80 A 2cc lo¹i 50 A 3cc lo¹i 100 A 4. B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p cho van: B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do qu¸ tr×nh ®ãng c¾t Tiristor ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch m¾c R- C song song víi Tiristor. Khi cã sù chuyÓn m¹ch, c¸c ®iÖn tÝch tÝch tô trong c¸c líp b¸n dÉn phãng ra ngoµi t¹o ra dßng ®iÖn ngîc trong kho¶ng thêi gian ng¾n, sù biÕn thiªn nhanh chãng cña dßng ®iÖn ngîc g©y ra søc ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trong c¸c ®iÖn c¶m lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p gi÷a Anod vµ catod cña Tiristor. Khi cã m¹ch R- C m¾c song song víi Tiristor t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn Tiristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p R2

C2

H×nh 1.76 .M¹ch R_C b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do chuyÓn m¹ch

46

Theo kinh nghiÖm R1 = (5 ÷ 30) Ω ; C1 = (0,25 ÷ 4) µF Chän theo tµi liÖu [4]: R1 = 5,1Ω ; C1= 0,25 µF

a

b

1CC

1CC

R2

C2

c 1CC

R2

R2

C2

C2

H×nh 1.77 .M¹ch RC b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p tõ líi + B¶o vÖ xung ®iÖn ¸p tõ líi ®iÖn ta m¾c m¹ch R-C nh h×nh 1.77 nhê cã m¹ch läc nµy mµ ®Ønh xung gÇn nh n»m l¹i hoµn toµn trªn ®iÖn trë ®êng d©y. D2

a

b

c

D1

D4

D3

D6

D5

H×nh 1.78 M¹ch cÇu ba pha dïng diod t¶i RC b¶o vÖ do c¾t MBA non t¶i

TrÞ sè RC ®îc chän theo tµi liÖu [4]: R2= 12,5 Ω ;C2 = 4 µ F + §Ó b¶o vÖ van do c¾t ®ét biÕn ¸p non t¶i, ngêi ta m¾c mét m¹ch R – C ë ®Çu ra cña m¹ch chØnh lu cÇu 3 pha phô b»ng c¸c diod c«ng suÊt bÐ. Th«ng thêng gi¸ trÞ tù chän trong kho¶ng 10 ÷ 200 µF Chän theo tµi liÖu [4]: R3 = 470 Ω ; C3 = 10 µF 47

Chän gi¸ trÞ ®iÖn trë R4= 1,4 (KΩ)

48