Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
MỤC LỤC
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 1
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH
LƯU – ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
1. Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ
một chiều
Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi
điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải.
Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy
mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều.
Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là
điện áp đập mạch. Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng
do nguồn xoay chiều rất khác nhau.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra
là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều
điều khiển ngược.
Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có
thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực.
Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:
- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha
- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh
lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia
- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều
khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.
+ Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 2
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha:
• Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn cấp

ứng
với một tốc độ nào đó của động cơ. Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 4
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếu lúc
này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở α.
Đầu ra của BBĐ có điện áp U
d
đặt nên phần ứng động cơ→động cơ quay với tốc
độ ứng với U
đ
ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ
động cơ giảm thì qua biểu thức : U
ĐK
= U
đ
- ϒn.
khi n giảm →U
ĐK
tăng →α giảm →U
d
tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý
ổn định tốc độ.
* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:
Chế độ dòng điện liên tục:
Khi mômen tải tăng M
t
↑ thì dòng điện I

n
dm
K
dm
do
2
).(
.
cos.
φ
φ
α
+
−=
Đặc tính cơ có độ cứng
K
dm
XR
K
+
=
2
)(
φ
β
X
k
: Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Thay đổi góc điều khiển:
+ Khi

: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể
làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi
chiều.
+ Khi
max
2
αα
π
≤≤
: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,
biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới
điện. Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
K
d
XR
EE
I
+
−
=
Phương trình đặc tính:
I
K
XR
K
E
dm
K
dm

góc chuyển mạch
0
=
µ
.
Đường biên liên tục gần là đường elip.
Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu. Tuy nhiên
khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp.
2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống
- Ưu điểm:
+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bán
dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.
+ Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ
+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch
cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 7
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
+ Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm trong mặt
phẳng toạ độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos
ϕ
thấp.
+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc
khó khăn với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp
truyền động có tải nhỏ.
CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU
KHIỂN CHO BỘ CHỈNH LƯU

nv
, k
n
: hệ số điện áp ngược và điện áp tải.
U
lv
= 2,45.( 220/1,17) = 461 V
U
nv
= 1,7.461 = 783,7 V
Tính dòng điện van
I
hd
= k
hd
. I
d
Trong đó: I
hd
, I
d
: Dòng điện hiệu dụng và dòng điện tải.
K
hd
: Hệ số xác định dòng điện hiệu dụng.
I
hd
= 0,58.59,5 = 34,51 A
Khi có cánh tản nhiệt thì : I
đmv

= 75
o
C
2. Tính toán các thông số cơ bản của máy biến áp
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát bằng không khí tự
nhiên.
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 9
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
1. Tính toán công suất biểu kiến máy biến áp
S = K
s
. P
d
= k
s
. (p/ƞ) = 1,345.(11000/0,84) = 17613,1 VA
- Hệ số công suất biến áp
2. Điện áp sơ cấp máy biến áp
U
1
= 380 V
3. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải
U
do
.cos α
min
= U
d
+ ∆U

Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
U
d0
= (U
d
+ 2.∆U
v
+ ∆U
dn
+ ∆U
ba
)/ cos α
min
= (220 + 2,2 + 13,2)/cos10
0
= 241 V
Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :
U
2f
= U
d
/k
u
= 241/1,17 = 206 V
4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp
( )
2
1 1
. .59,5 34,35
3 3

Q cm= =
7. Đường kính trụ
4.
4.65,02
9,1
Fe
Q
d cm= = =
Π Π
Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 9 cm
8. chọn loại thép
∃
330 các lá thép có độ dày 0,5 mm
Chọn mật độ từ cảm B
t
= 1T
9. Chọn tỷ số m= h/d = 2,3 suy ra h = 2,3.d = 2,3.9 = 20,7cm
Ta chọn chiều cao trụ là 21cm
10. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 11
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
1
1
4
380
W 263,3
4,44. . . 4,44.50.65,02.10 .1
Fe T
U
f Q B

= I
1
/J
1
= 26,33/2,75 = 9,57 mm
2
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B
Chuẩn hóa tiết diện theo tiêu chuẩn : S
1
= 9,70 mm
2
Kích thước dây dẫn có kể cách điện: S
1cđ
= a
1
.b
1
= 1,68.5,90 mm × mm
Tính lại mật độ dòng điện cuộn sơ cấp:
J
1
= = 2,71 (A/mm
2
)
14. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp
S
2
= I
2
/J

c
h h
k
b
−
−
= = =
vòng
Trong đó :
K
c
=0,95 là hệ số ép chặt.
h, h
g
: chiều cao trụ, khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp chọn sơ bộ là 1,5.
16. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp
1
11
11
W 263
8
W 35
n = = =
lớp
Chọn 8 lớp, như vậy 263 vòng chia làm 8 lớp, 7 lớp đầu tiên mỗi lớp có 33 vòng
lớp thứ8 có 32 vòng
17. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp
11 1
1
W . 35.0,59

= 10,8 +2.0,1=11cm
22.Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp cd
11
= 0,1 mm
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 13
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
23. Bề dầy cuộn sơ cấp
B
d1
= (a
1
+ cd
11
).n
11
= (1,68 +0,1).8.10
-1
=1,4 cm
24. Đường kính ngoài cuộn sơ cấp
D
n1
= D
t1
+2.B
d1
=11+2.1,4=13,8 cm
25. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp
D
tb1
=(D

k
b
= = =
vòng
30. Tính toán sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp
2
12
12
W 143
5
W 28
n = = =
lớp
31. chọn số lớp quấn thứ cấp n
12
=5 lớp , chọn 4 lớp đầu tiên 29 vòng, lớp thứ5
chọn27 vòng
32. Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp h
2
= (W
12
/ k
c
) .b = (28/0,95).0,74= 21,81cm
33. Đường kính trong của cuộn thứ cấp
D
t2
=D
n1
+ 2.cd

tb2
=(D
t2
+D
n2
)/2=( 15 +17,8)/2 = 16,4cm
38. Chiều dài dây quấn thứ cấp
L
2
= π. W
2
.D
tb2
= π.143.15,6.10
-2
= 70,1 m
39. Đường kính trung bình các cuộn dây
D
12
= (D
t1
+D
n2
)/2=(11 +17,8)/2=14,4 cm
→ r
12
=D
12
/2=7,2 cm
40. Chọn khoảng cách giữ hai cuộn thứ cấp

= 11:0,5.2=44 lá
Bậc 3 n
3
=7:0,5.2= 28 lá
Bậc 4 n
4
=6:0,5.2=24 lá
Bậc 5 n
5
=4:0,5.2=16 lá
Bậc 6 n
6
=7:0,5.2=28 lá
Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật
có các kích thước sau:
Chiều dày gông bằng chiều dày của trụ : b= d
t
=10,2cm
Chiều cao của gông bằng chiều dày tập lá thép thứ nhất của trụ a=10,5cm
Tiết diện gông Q
bg
=a.b= 107,1cm
2
46.Tiết diện hiệu quả của gông
Q
g
= k
hq
.Q
bg

g
)=0,68.(81,89/101,7)=0,55 T
50. Chiều rộng cửa sổ
C=2.(cd
01
+B
d1
+cd
12
+B
d2
)+cd
22
=2.(1+1,337+1+1,352)+2=11,378 cm
51. Khoảng cách giữa hai tâm trụ
c
,
=c+d=11,378+11=22,378 cm
52. Chiều rộng mạch từ
C= 2.c+3.d=2.11,378+3.11=55,756cm
53. Chiều cao mạch từ
H = h+2.d
Fe
=25+2.10,5=46 cm
54. Thể tích của trụ
V
T
=3.Q
T
.h=3.81,89.25=6141,75 cm

g
=141,962Kg
59.Thể tích đồng
V
cu
=3.(S
1
.L
1
+S
2
.L
2
)=3.( 10,2.10
-4
.137.10+17,7.10
-4
.102,6.10)= 9,6(dm
3
)
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 17
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
60. Khối lượng đồng
M
cu
=V
cu
.m
cu
=9,6.8,9=85,44 Kg

BA
.I
d
= 0,176.59,5 = 10,47 (V)
65. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp
X
BA
= 8 .π
2
.(W
2
)
2
.






+
+









= 0,285 (
Ω
)
66. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp
L
BA
=
ω
BA
X
=
0,285
314
=0,91 (mH)
67. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp
∆U
x
=
π
3
X
BA
.I
d
=
π
3
0,285.59,5 = 16,19 (V)
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 18
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12

- ∆U
BA
= 241.cos10
0
– 2.2,2 – 19,28 =213,66(V)
70. Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp
Z
BA
=
22
BABA
XR +
=
2 2
0,176 0,285+
= 0,33 (Ω)
71. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp
∆P
n
= 3.R
BA
.I
2
= 3.0,176.48,6
2
= 1247,11 (W)
∆P% =
S
P
n

P
o
.100 = 0,43 %
73. Điện áp ngắn mạch tác dụng
U
nr
=
2
2
.
U
IR
BA
.100 =
0,176.48,6
206
.100 = 4,15 %
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 19
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
74. Điện áp ngắn mạch phản kháng
U
nx
=
2
2
.
BA
X I
U
.100 =

sang T
3
ta có phương trình
2. L
BA
.
dt
di
c
= U
23
– U
2a
=
)( 6
2
αθ
−SinU
dt
di
c
max
=
BA
L
U
.2
.6
2
=

Điện áp pha sơ cấp
Điện áp pha thứ cấp
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp
Số vòng dây mỗi pha sơ cấp
Số vòng dây mỗi pha thứ cấp
Chiều dài dây cuốn sơ cấp
Chiều dài dây cuốn thứ cấp
Điện trở trong cuộn sơ cấp
Điện trở trong cuộn thứ cấp
Điện trở quy đổi về thứ cấp
Điện kháng quy đổi về thứ cấp
Điện cảm quy đổi về thứ cấp
Điện áp ngắn mạch phần trăm
II. Thiết kế cuộn kháng lọc
1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại
Chọn góc mở cực tiểu α
min
= 10
o
. với góc mở α
min
là dự trữ để có thể bù được sự
giảm điện áp lưới.
Khi góc mở nhỏ nhất α = α
min
thì điện áp trên tải là lớn nhất.
U
dmax
= U

U
U
min
= arcos
min
2
1,17.
d
U
U
Trong đó U
d min
được xác định như sau:
Từ D =
min
max
n
n
=
Σ
Σ
−
−
uudmd
uudmddm
RIU
RIU
.
min
suy ra

1 3
. 1,17. .cos 20 1 . . .
20
udm u BA BA
U I R R X
α
π
 
 
+ − + +
 ÷
 
 
 
Thay số
U
d min
=
( )
0
1 3
. 1,17.206.cos(10 ) 20 1 .59,5. 0,197 0,176 .0,285
20
π
 
 
+ − + +
 ÷
 
 

max
Ta có:
U
d
+u
~
= E+R
u
Σ
.I
d
+ R
u
Σ
.i
~
+ L
dt
di
~
Cân bằng hai vế:
U = R.i
~
+L.
dt
di
vì R.i
~
<< L.
dt

.Cos(6θ+ϕ
1
)
Vậy I
m
=
1
3.2. . .
m
U
f L
π
≤
0,1 I
u đm
Suy ra:
L
≥
1
3.2. . .0,1.
m
dm
U
f I
π
ρ = 3 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp.
Trong đó:
U
1m
= 2.

177,50
3.2.50. .0,1.59,5
π
= 0,03165 (H)
Điện cảm mạch phần ứng đã có:
L
uc
= L
u
+ 2.L
BA
= 0,02 + 2.0,91.10
-3
= 0,02182 (H)
Điện cảm cuộn kháng lọc:
L
k
= L – L
uc
= 0,03165– 0,02182 = 9,83 (mH)
3. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc
Các thông số ban đầu
Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: L
k
= 9,83 (mH)
Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng: I
dm
= 59,5 (A)
Biên độ dòng điện xoay chiều bậc 1: I
1m

2
= 163,92(VA)
• Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc
Q = k
Q
.
163,92
5.
. 3.50
s
m f
=
= 5,23(cm
2
)
K
Q
là hệ số phụ thuộc làm mát, khi làm mát bằng không khí tự nhiên K
Q
= 5
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 24
Bài tập lớn tổng hợp hệ Điện Cơ – Nhóm 12
Chuẩn hóa tiết diện trụ theo kích thước có sẵn:
Chọn Q = 4,25 (cm
2
)
Kết cấu mạch từ cuộn kháng
• Với tiết diện trụ Q = 4,25 (cm
2
)

1m
Cos(6θ + ϕ
1
)
Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng
I
k
=
2 2
2 2
1 5,95
59,5
2 2
d
I m
I
   
+ = +
 ÷  ÷
   
= 59,65 (A)
• Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng
GVHD: Ths. Nguyễn Đăng Toàn 25