Đề tài " Thiết kế chỉnh lưu cầu 3 pha điều kiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập " Chương 3 docx

12 3K 29
Đề tài " Thiết kế chỉnh lưu cầu 3 pha điều kiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập " Chương 3 docx

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG CHƯƠNG III TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 3.1.Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ Hình 3-1 sơ đồ mạch bảo vệ có thiết bị bảo vệ • Các thơng số động - Nguồn điện lưới xoay chiều pha : 220/ 380 (V) - Động chiều có thơng số sau : GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG P = 10 Kw ; Udm = 220 V ; Idm = 63 A ; Rư = 0,03 Ω Hệ số dự trử điện áp : Ku = 1,5÷ 1,8 Hệ số dự trử dịng điện : Kd = 1,1 ÷1,4 3.2 Tính chọn thyristor : Tính chọn thyristor dựa vào yếu tố : dòng điện tải , sơ đồ chỉnh lưu, điều kiện tản nhiệt , điện áp làm việc - Điện áp ngược lớn mà thyristor phải chịu : dm Ud Unmax = Knv U2 = Knv K = u Trong : Knv = ; Ku = Ud π = 220 = 230,383 V ; π hệ số điện áp ngược điện áp tải ;( với π mạch cầu pha điều khiển đối xứng) - Điện áp ngược van cần chọn : Unv = Ku Unmax = 1,8 230,383 = 414,689 V ; Trong : Ku - Hệ số dự trữ điện áp , thường chọn Ku = 1,8(Ku = 1,5 ÷1,8) ; - Dịng điện làm việc van đựơc tính theo dịng hiệu dụng : Ilv = Ihd = khd Id = I dm 63 = = 36,373( A) ; 3 ( sơ đồ cầu ba pha , hệ số dòng điện hiệu dụng : khd = ) - Chọn thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt đủ diện tích tản nhiệt , khơng có quạt đối lưu khơng khí , với điều kiện có dịng điện định mức van cần chọn : Idm = kd Ilv = 1,4 36,373 = 50,922 A ; ki : Hệ số dự trữ dòng điện , chọn kd = 1,4 Để chọn thyristor làm việc với tham số định mức , ta tra bảng thông số van , chọn van có thơng số điện áp ngược , dòng điện định mức lớn gần với thơng số tính  Sau tính tốn ta phải chọn thyristor với thông số: Idmv = 50,96 (A), Unv = 414,54 (V).ta chọn thyritor loại : T60N600BOC có thơng số sau : - Dòng điện định mức van: Idm = 60 (A) ; - Điện áp ngược cực đại van: Un = 600 (V) ; - Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 1400(A) ; GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG - Độ sụt áp thyristor : Dòng điện xung điều khiển : Điện áp xung điều khiển : Dòng điện rò : Nhiệt độ làm việc cực đại : Dòng điện trì : - Tốc độ biến thiên điện áp : ∆UT = 1,8 (V) ; Ig = 150 (mA) ; Ug = 1,4 (V) ; Ir = 25 (mA) ; Tmax = 125 0C ; Ih = 200 mA ; du dt = 400 (V/µs) ; - Thời gian chuyển mạch : tcm =180 (µs) ; 3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu : Để chọn thiết bị mạch động lực mạch bảo vệ , trước hết cần xác định điện áp biến đổi Thyristor Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây ∆ / Y ,làm mát tự nhiên khơng khí Máy biến áp phận quan trọng hệ thống điện , thực chức sau - Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải - Bảo đảm cách ly phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn thuận tiện - Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha sơ đồ phụ tải - Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia - Hạn chế dịng điện ngắn mạch chỉnh lưu hạn chế mức tăng dòng Anot để bảo vệ van - Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho đỡ biến dạng so với hình sin , nâng cao chất lượng điện áp lưới * Tính thơng số : - Tính cơng suất biểu kiến máy biến áp : S BA = K s I dm U dm = 1,05.220.63 = 14553(VA) - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1 = 380 V ; - Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Phương trình cân điện áp có tải : Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + ∆Udn + ∆UBA Trong : αmin = 100 góc dự trữ có suy giảm điện áp lưới ; ∆UV = 1,8 V sụt áp thyristor ; ∆Udm ≈ sụt áp dây nối : GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux sụt áp điện trở điện kháng máy biến áp ; Chọn sơ : ∆UBA = 6%.Ud = 0,06 220 = 13,2 V ; Từ phương trình cân điện áp có tải ta có : Ud0 = U d + 2∆UV + ∆U dn + ∆U BA 220 + 2.1,8 + + 13, = = 240, 45(V ) cos α cos(100 ) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Ud U2 = k = u 240, 45 = 102, 796(V ) ; π - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : I2 = Id = 63= 51,44( A) ; - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : U2 102, 796 51, 44 = 13,915( A) ; I1 = kBA.I2 = U I2 = 380 * Xác định kích thước mạch từ - Tiết điện sơ trụ QFe = kQ S BA m f ; Trong : kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , lấy kQ = 6(máy biến áp khơ kQ = 5÷6 ) m : Số trụ máy biến áp , m = f : Tần số nguồn xoay chiều , f = 50 Hz Thay vào ta có : QFe = 14553 = 59,1(cm2 ) 50.3 - Đường kính trụ : d = 4.QFe π = 4.59,1 = 8, 7(cm) π Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = cm - Chọn loại thép kỹ thuật điện , thép có độ dày 0,5 mm Chọn sơ mật độ từ cảm trụ BT = T - Chọn tỷ số m = h = 2,3 Suy h = 2,3 d = 2,3 = 20,7 d cm GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG ( Thông thường m = ÷ 2,5 ) Chọn chiều cao trụ h = 21 cm * Tính tốn dây quấn - Số vòng dây mổi pha sơ cấp máy biến áp : U1 380 W1 = 4, 44 f Q B = 4, 44.50.59,1.10−4.1, = 289, 63 ( vòng) Fe T Lấy W1 = 290 vòng - Số vòng dây mổi pha thứ cấp máy biến áp : U2 102, 796 290 = 78, vòng W2 = U W1 = 380 Lấy W2 = 78 vòng - chọn sơ mật độ dòng điện máy biến áp : Với dây dẫn đồng , máy biến áp khô , chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2 - Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp : I1 13,915 S1 = J = 2, 75 = 5, 06 mm2 Chọn dây dẫn thiết diện hình chũ nhật , cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 5,04 mm2 Kích thước dây có kể đến cách điện : S1cd = a1 × b1 = 2,1 × 2,63=5,04 (mm) - Tính lại mật độ dịng điện cn sơ cấp : I1 J1 = S = 13,915 = 2, 761 = A/mm2 5, 04 - Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : I2 51, 44 I2 51, 44 S2 = J = 2, 75 = 18, 71 ( mm2 ) Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật , có cách điện cấp B Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S2 = 18,9 ( mm2 ) Kích thước dây có kể đến cách điện : S2cd = a2 × b2 = 2,24 ×8,6= 18,9 ( mm2 ) - Tính lai mật độ dịng điện cuộn thứ cấp : J2 = S = 18,9 = 2, 72 (A/mm2 ) * Kết cấu dây quấn sơ cấp Thực dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG - Tính sơ số vòng dây lớp cuộn sơ cấp : W11 = h − 2hg b1 kc = 21 − 2.1,5 0,95 = 65 vòng 0, 263 Trong : kc : Là hệ số ép chặt , lấy kc = 0,95 h : Chiều cao trụ h = 21 cm hg : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp Chọn sơ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm - Tính sơ số lớp dây cuộn sơ cấp : W1 290 n11 = W = 65 = 4,5 lớp 11 Chọn số lớp n11 = lớp Như có 290 vịng chia thành lớp , lớp đầu có 64 vịng lớp thứ có:290– 64 = 34 vịng - Chiều cao thực tế cuộn sơ cấp : h1 = W11.b1 64.0, 263 = = 17, 72 cm kc 0,95 - Chọn ống quấn dây làm vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 cm - Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a01 = cm - Đường kính ống cách điện : Dt = dFe + 2a01 – 2S01 = + – 0,1 = 10,8 cm - Đường kính cuộn sơ cấp : Dt1 = Dt + 2S01 = 10,8 + 0,1 = 11 cm - Chọn bề dày cách điện lớp cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1 mm - Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = ( a1 + cd11 ).n11 = ( 2,1 + 0,1 ).5 = 11 mm = 1,1 cm - Đường kính ngồi cuộn sơ cấp : Dn1 = Dt1 + 2Bd1 = 11 + 1,1 = 13,2 cm - Đường kính trung bình cuộn sơ cấp : Dtb1 = Dt1 + Dn1 11 + 13, = = 12,1 cm 2 - Chiều dài dây quấn sơ cấp : l1 = W1.π.Dtb = π 290.12,1 = 11024 cm = 110,24 m - Chọn bề dày cách điện hai cuộn sơ cấp thứ cấp : GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG cd0 = cm * Kết cấu dây quấn thứ cấp - Chọn sơ cuộn chiều cao cuộn thứ cấp : h2 = h1 = 17,72 (cm) - Tính sơ số vòng dây lớp : h2 17, 72 W12 = b kc = 0,86 0,95 = 19, vòng Chọn W12 =20 (vòng) - Tính sơ số lớp dây quấn thứ cấp: w2 78 nl2 = w = 20 = 3,9 lớp 12 chọn n12 = lớp 78vòng chia thành lớp, lớp đầu mổi lớp có 20 vịng, lớp thứ có: 78- 3.20 =18( vịng) - Chiều cao thực tế cuộn thứ : h2 = Wl 2b 20.0,86 = = 18 cm kc 0,95 - Đường kính cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2a12 = 13,2 + = 15,2 cm - Chọn bề dày cách điện lớp dây cuộn thứ cấp : cd22 = 0,1 mm - Bề dày cuộn thứ cấp : Bd2 = ( a2 + cd22 ) nl2 = ( 0,224 + 0,01 ) 4= 0,936 cm - Đường kính ngồi cuộn thứ cấp : Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 15,2 + 0,936 = 17,072 cm - Đường kính trung bình cuộn thứ cấp : Dtb2 = Dt + Dn 15, + 17, 072 = = 16,136 cm 2 - Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = π.W2.Dtb2 = π 78 16,136 = 3954 cm = 39,54 m - Đường kính trung bình cuộn dây : D = Suy : Dt1 + Dn 11 + 17, 072 = = 14, 036 cm 2 D 14, 036 = = 7, 018 cm r = 2 = 2( cm) • Tính kích thước mạch từ GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG Vớ đường kính trụ d = (cm) ta có số bậc nửa tiết diện trụ.( theo bảng 41a trang 213 sách thiết kế máy biến áp điện lực – PHAN TỬ THỤ) Hình 3- 2các bậc thang ghép thành trụ kết cấu cuộn dây - Tính tồn tiết diện bậc thang trụ: Qbt = 2.(8,5.1,5 + 7,5.1 + 6,5.0,6 + 5,5.0, + 4.0,5) = 56,7(cm ) + Theo bảng 41a trang 213 sách thiết kế máy biến áp điện lực – PHAN TỬ THỤ - Tiết diện hiệu trụ: QT = Qbt khq = 56,7.0,95 = 53,865(cm ) Với : khq = 0,95 - hệ số hiệu - Tổng chiều dày bậc thang hình trụ: dt = 2.(1,5 + + 0,6 + 0, + 0,5) = (cm) - Số thép bậc: 15 + Bậc 1: n1 = 0,5 = 60 (lá) 10 + Bậc 2: n2 = 0,5 = 40 (lá) + Bậc 3: n3 = 0,5 = 24 (lá) + Bậc 4: n4 = 0,5 = 16 (lá) + Bậc 5: n5 = 0,5 = 20 (lá) - Để đơn giản chế tạo tạo ta chọn gơng có tiết diện hình chử nhật có kích thước sau: +Chiều dày gơng chiều dày trụ: b = dt =8 (cm) GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG +Chiều cao gông chiều rộng tập thép thứ trụ: a = 8,5 (cm) +Tiết diện gông: Qbg = a.b = 8,5.8 = 68(cm) - Tiết diện hiệu gông: Qg = K hq Qbg = 0,95.68 = 64, 6(cm ) - Số thép dùng gông: hg = b = = 160 0,5 0,5 - Tính xác mật độ điện cảm trụ: B T = U1 380 = =1, 096(T ) 4, 44 f QT W1 4, 44.50.290.53,865.10 −4 - Mật độ tự cảm gông: B g = QT 53,865 B T 1, 096 = 0, 914(T ) Qg 64, - Chiều rộng sổ: c = 2( + + + =10,072 (cm) - Khoảng cách hai tâm trục: ) + = 2( +1,1+ + 0,936) + c, = c + d = 10,072 + = 19,072 (cm) - Chiều rộng mạch từ: C = 2c + 3d = 10,072 + 9= 47,144 (cm) - Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 21 + 8,5 = 38 ( cm) b H h Hình – c đồ kết c máy biến áp sơ a cấu C • Tính khối lượng sắt: GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG - Thể tích trụ: VT = 3.QT h = 3.53,865.21 = 3393(cm3 ) = 3,393( dm3 ) - Thể tích gơng: Vg = 2.Qg C = 2.64,6.47,144 = 6091(cm3 ) = 6,091(dm3 ) - Khối lượng trụ: M T = mFe VT = 7,85.3,393 = 26,635( kg ) - Khối lượng gông: M g = mFe Vg = 7,85.6,091 = 47,814(kg ) - Khối lượng sắt: M Fe = M g + M T = 26,635 + 47,814 = 74, 449(kg ) - Thể tích đồng: Vcu = 3.( Scu1.l1 + Scu l2 ) = 3(5, 04.110, 24.10.10−4 + 18,9.39,54.10.10 −4 ) = 3,909(dm3 ) - Khối lượng đồng: 8,9 3,909=34,79(kg) * Các thông số máy biến áp : - Điện trở cuộn sơ cấp máy biến áp 75oC : l1 110, 24 = 0, 467(Ω ) R1 = ρ s = 0,02133 5,04 Trong : ρ = 0,02133 Ω.mm2/m - Điên trở cuộn thứ cấp máy biến áp 75oC : l 39,54 R2 = ρ s = 0.02133 18, = 0, 045 ( Ω) - Điện trở máy biến áp quy đổi thứ cấp : 2 W   78  RBA = R2 + R1  ÷ = 0,045 + 0, 467  ÷ = 0, 079 ( Ω ) W1   290   - Sụt áp điện trở máy biến áp : Δur = RBA.Id = 0,079 63 = 4,977(V ) - Điện kháng máy biến áp quy đổi thứ cấp : r XBA = 8.π2.(W2)2.( h )(a12 + qđ GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC B d + Bd ).ω.10-7 SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG 1,1 + 0,936 −2   7,6   X BA = 8π 782  10 ÷.314.10 −7 = 0,109 ( Ω ) ÷  0,01 +   17,72   XBA = 0,109 Ω Trong đó: + D 15, = 7,6(cm) bán kính dây quấn thứ cấp + r = t2 = 2 - Điện cảm máy biến áp quy đổi thứ cấp : LBA = 0,109 X BA = 3, 5.10−4 ( H ) = 0,35 ( mH ) = 314 ω - Tổng trở ngắn mạch quy đổi thứ cấp: 2 Z AB = RAB + X AB = 0, 0792 + 0,1092 = 0,135(Ω) - Sụt áp điện kháng máy biến áp : ΔUx = 3 XBA.Id = 0,109.63 =6,558 V π π 3 X BA = 0,109 = 0,104 ( Ω ) π π - Sụt áp máy biến áp: Rdt = ∆U BA = U r +U x = 4,977 + 6,5582 = 8, 233V - Điện áp động góc mở αmin = 100 U = U cos α − 2∆ UV − ∆U BA U = 240, 45.cos100 − 2.1,8 − 8, 233 = 225(V ) - Tổn hao ngắn mạch máy biến áp: ∆ Pn = 3.RBA I 2 = 3.0,079 ( 51, 44 ) = 627(W) ∆ Pn 627 100 = 100 = 4,31 0 S BA 14553 - Tổn hao khơng tải có kể đến 15 0 tổn hao phụ ∆P 0 = P0 = 1,3.n f ( M T BT + M g Bg ) = 1,3.1,15(26, 635.1, 0962 + 47,814.0,914 ) = 107,55(w) P 107,55 ∆P0 0 = 100 = 100 = 0, 74 0 S BA 14553 - Điện áp ngắn mạch tác dụng : Unr = RBA I 0, 079.51, 44 100 = 100 = 3,95 0 U2 102, 796 GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG - Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = X BA I 0,109.51, 44 100 = 100 = 5, 45 0 U2 102, 796 - Điện áp ngắn mạch phần trăm: Un = U nr + U nx = 3,952 + 5, 452 = 6, 731 % - Dòng điện ngắn mạch xác lập: U 102, 796 I nm = = = 761,5( A) Z BA 0,135 - Dòng điện ngắn mạch tức thười cực đại : − π U nr − π 0,0395     I max = I nm  + e U nx ÷ = 2.761,5  + e 0,0545 ÷ = 1187( A)  ÷  ÷     I max = 1187( A) < I dinh = 1400( A) I dinh - Đỉnh xung dòng điện max thyristor - Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng khơng để hạn chế tốc độ biến thiên đong điện chuyển mạch Giả sử mạch chuyển từ T1 sang T3, ta có phương trình: dic = U 23 − U a = 6U sin(θ − α ) dt dic 6U 6.102, 796 = = = 359711 dt max LBA 2.0,35.10−3 LBA dic dt max  di = 0,36 A / s < ữ = 800 A / µ s  dt cp Vậy máy biến áp thết kế sử dụng tốt - Hiêu suất thiết bi chỉnh lưu: η= U d I d 220.63 = = 0,95 S BA 14553 - Ta có thơng số MBA GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG Công suất máy biến áp biểu kiến SBA = 14553VA Điện áp pha sơ cấp U1 = 380 V Điện áp pha thứ cấp U2 = 102,798 V Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1 = 13,91 A Dòng điện hiệu dụng thứ cấp I2 = 51,44 A Số vòng dây mổi pha sơ cấp W1 = 290 vòng Số vòng dây mổi pha thứ cấp W2 = 78 vòng Chiều dài dây quấn sơ cấp l1 = 110,24 m Chiều dài dây quấn thứ cấp l2 = 39,54 m Điện trở cuộn sơ cấp R1 = 0,467 Ω Điện trở cuộn thứ cấp R2 = 0,045 Ω Điện trở quy đổi thứ cấp RBA = 0,079 Ω Điện kháng quy đổi thứ cấp XBA = 0,109 Ω Điện cảm quy đổi thứ cấp LBA = 0,35 mH Điện áp ngắn mạch phần trăm Un = 6,731 % Bảng – thông số máy biến áp GVHD: TRƯƠNG THỊ BÍCH THANH -11D1CLC SVTH:LÊ XUÂN TRUNG ... trụ: VT = 3. QT h = 3. 53, 865.21 = 33 93( cm3 ) = 3, 3 93( dm3 ) - Thể tích gơng: Vg = 2.Qg C = 2.64,6.47,144 = 6091(cm3 ) = 6,091(dm3 ) - Khối lượng trụ: M T = mFe VT = 7,85 .3, 3 93 = 26, 635 ( kg ) -... TRƯỜNG ĐHBK- ĐÀ NẴNG - Độ sụt áp thyristor : Dòng điện xung điều khiển : Điện áp xung điều khiển : Dòng điện rò : Nhiệt độ làm việc cực đại : Dịng điện trì : - Tốc độ biến thiên điện áp : ∆UT = 1,8... I dm 63 = = 36 ,37 3( A) ; 3 ( sơ đồ cầu ba pha , hệ số dòng điện hiệu dụng : khd = ) - Chọn thyristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt đủ diện tích tản nhiệt , khơng có quạt đối lưu khơng

Ngày đăng: 19/03/2014, 10:20

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan