Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải và các thiết bị đòi hỏi điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng như máy cán thép, thiết bị nâng hạ hay khai thác hầm mỏ, động cơ điện một chiều giữ vai trò thiết bị chấp hành chủ yếu nhờ đặc tính điều chỉnh tốc độ linh hoạt và chất lượng cơ học tốt. Cùng với sự phát triển của công nghệ vi điện tử và các linh kiện bán dẫn công suất, các bộ biến đổi tĩnh dần thay thế các máy điện quay truyền thống, nâng cao hiệu suất biến đổi năng lượng và khả năng tự động hóa trong điều khiển truyền động.

Đồ án môn học Truyền động điện với đề tài "Thiết kế hệ thống truyền động điện Thyristor động cơ có đảo chiều dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha" được sinh viên thực hiện tại Hà Nội vào năm 2022, dưới sự hướng dẫn của ThS. Hoàng Thị Hải Yến. Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác lập theo các nội dung kỹ thuật cụ thể:

  1. Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo, nguyên lý vận hành, các phương trình đặc tính cơ, đặc tính cơ điện và các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
  2. Phân tích, so sánh các hệ truyền động kinh điển (hệ Máy phát - Động cơ, hệ Thyristor - Động cơ, hệ Biến đổi xung áp - Động cơ) và các sơ đồ chỉnh lưu để lựa chọn cấu hình truyền động tối ưu.
  3. Lựa chọn nguyên lý đảo chiều và phương pháp phối hợp điều khiển cho hệ truyền động hai bộ biến đổi cấp nguồn cho phần ứng.
  4. Tính toán thiết kế chi tiết mạch động lực, bao gồm việc xác định tham số máy biến áp động lực, chọn van bán dẫn Thyristor, thiết kế kết cấu tản nhiệt và hệ thống khí cụ bảo vệ quá dòng, quá áp.
  5. Thiết lập sơ đồ khối chức năng và phân tích nguyên tắc phát xung của mạch điều khiển Thyristor.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động điện động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất định mức 2,2 kW, được cấp nguồn từ lưới điện xoay chiều thông qua bộ biến đổi chỉnh lưu Thyristor có đảo chiều. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc tính toán giải tích mạch động lực, lựa chọn thiết bị công nghiệp theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện và phân tích nguyên lý điều khiển đồng bộ ở tần số công nghiệp 50 Hz.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên lý thuyết máy điện một chiều và nguyên lý biến đổi điện tử công suất lớn. Mô hình toán học mô tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở chế độ xác lập được xác định qua phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng:

$$U_ư = E + (R_ư + R_f) I_ư$$

Trong đó, $U_ư$ là điện áp phần ứng, $E$ là suất điện động phần ứng ($E = K \Phi \omega$), $I_ư$ là dòng điện phần ứng, $R_ư$ là điện trở nội phần ứng, và $R_f$ là điện trở phụ mắc thêm. Từ mối quan hệ giữa mômen điện từ $M = K \Phi I_ư$ và tốc độ góc $\omega$, phương trình đặc tính cơ được thiết lập:

$$\omega = \frac{U_ư}{K\Phi} - \frac{R_ư + R_f}{(K\Phi)^2} M = \omega_0 - \Delta\omega$$

Đồ án phân tích ba phương pháp điều chỉnh tốc độ kinh điển:

  • Thay đổi điện trở phụ $R_f$: Dễ thực hiện nhưng tổn hao năng lượng lớn, sai số tĩnh tăng khi điều chỉnh sâu và không mang tính triệt để.
  • Thay đổi từ thông kích từ $\Phi$: Cho phép điều chỉnh dải tốc độ phía trên tốc độ cơ bản ($\omega > \omega_{đm}$), song bị giới hạn bởi điều kiện chuyển mạch của cổ góp và tính chất phi tuyến của mạch từ.
  • Thay đổi điện áp phần ứng $U_ư$: Giữ nguyên độ cứng đặc tính cơ ($\beta = \text{const}$), cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp, bằng phẳng từ không tải đến định mức mà không làm suy giảm mômen cho phép trên trục. Tác giả lựa chọn phương pháp này kết hợp với bộ biến đổi bán dẫn Thyristor.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện trong đồ án là phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật kết hợp tra cứu số liệu kỹ thuật công nghiệp. Quá trình tính toán mạch động lực sử dụng các hệ số kinh nghiệm từ giáo trình chuyên ngành "Điện tử công suất lớn", xác định các thông số định mức của máy biến áp, van bán dẫn, thiết bị tản nhiệt và khí cụ bảo vệ dựa trên các chế độ tải nặng nhất và điều kiện ngắn mạch sự cố.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống truyền động điện được xây dựng bao gồm ba khối chính: mạch lực cấp nguồn, mạch bảo vệ và mạch điều khiển van.

Nguồn điện xoay chiều -> Máy biến áp hạ áp -> Bộ chỉnh lưu kép song song ngược (8 Thyristor) -> Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Thông số thiết kế mạch động lực

Phụ tải chấp hành là động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các thông số kỹ thuật định mức:

  • Công suất định mức: $P_{đm} = 2,2\text{ kW}$
  • Điện áp định mức phần ứng: $U_{đm} = 220\text{ V}$
  • Dòng điện định mức phần ứng: $I_{đm} = 12,5\text{ A}$
  • Tốc độ quay định mức: $n_{đm} = 3000\text{ vòng/phút}$
  • Điện trở phần ứng: $R_ư = 1,22,\Omega$
  • Điện cảm phần ứng: $L_ư = 0$

Điện áp chỉnh lưu không tải yêu cầu của bộ biến đổi được xác định bằng công thức bù trừ sụt áp:

$$U_{d0} = U_{đm} + \Delta U_{R,BA} + \Delta U_{X,BA} + \Delta U_v + \Delta U_{CK} = 220 + 5,87 + 0,33 + 2 + 4,44 = 232,64\text{ V}$$

Trong đó, sụt áp trên hai Thyristor dẫn nối tiếp là $\Delta U_v = 2\text{ V}$, sụt áp trên điện trở và điện kháng biến áp lần lượt chiếm $4%$ và $1,5%$ điện áp định mức, sụt áp trên cuộn kháng lọc chiếm $2%$.

Máy biến áp động lực được tính toán với công suất biểu kiến tính toán $S = 275\text{ kVA}$, mạch từ ba trụ với tiết diện mỗi trụ $Q = 14,07\text{ cm}^2$ (sử dụng hệ số kinh nghiệm $k = 6$ cho máy biến áp công suất nhỏ ở tần số $f = 50\text{ Hz}$). Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp đạt $I_{2đm} = 14,37\text{ A}$ (với hệ số $k_I = 1,15$), tỷ số biến áp $K_{ba} = 2,7$, và dòng điện hiệu dụng sơ cấp đạt $I_{1đm} = 5,32\text{ A}$.

Van Thyristor được chọn theo điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất với hệ số dự trữ dòng điện $K_{đt} = 2$ và hệ số dự trữ điện áp $K_{ung} = 1,4$. Dòng điện trung bình tính toán chạy qua mỗi van trong sơ đồ cầu một pha bằng một nửa dòng tải: $I_T = I_d / 2 = 6,25\text{ A}$.

Giải pháp bảo vệ mạch lực

Hệ thống tích hợp các khâu bảo vệ chuyên dụng:

  • Bảo vệ quá nhiệt: Tổn thất công suất nhiệt trên một van Thyristor được tính toán là $\Delta P = 191,68\text{ W}$. Ở nhiệt độ môi trường $T_{mt} = 40^\circ\text{C}$, nhiệt độ làm việc cho phép $T_{cp} = 125^\circ\text{C}$ và nhiệt độ mặt cánh tản nhiệt $T_{lv} = 80^\circ\text{C}$ ($\tau = 40^\circ\text{C}$), diện tích bề mặt toả nhiệt yêu cầu là $S_m = 0,559\text{ m}^2$. Tác giả chọn kết cấu cánh tản nhiệt tiêu chuẩn gồm 12 cánh, kích thước mỗi cánh $16 \times 16\text{ cm}$.
  • Bảo vệ quá dòng: Sử dụng Aptomat mã hiệu AB-4 do Liên Xô chế tạo ($I_{đm} = 400\text{ A}, U_{đm} = 400\text{ V}, I_{xk} = 42\text{ kA}$, thời gian cắt tức thời $0,06\text{ s}$) để bảo vệ ngắn mạch và quá tải. Dòng điện chỉnh định quá tải đặt ở mức $9,87\text{ A}$, chỉnh định cắt nhanh ngắn mạch ở mức $16,45\text{ A}$. Cầu dao cách ly có dòng định mức $I_{CD} = 7,23\text{ A}$. Kết hợp ba nhóm dây chảy tác động nhanh: nhóm 1CC chọn loại 80 A ($I_{1CC} = 63,25\text{ A}$), nhóm 2CC chọn loại 60 A ($I_{2CC} = 55\text{ A}$) và nhóm 3CC chọn loại 15 A ($I_{3CC} = 7,953\text{ A}$).
  • Bảo vệ quá điện áp: Lắp đặt mạch $R_1 - C_1$ song song trực tiếp với từng van bán dẫn ($R_1 = 5,1,\Omega, C_1 = 0,25,\mu\text{F}$) để dập tắt xung điện áp quá độ sinh ra do quá trình phục hồi tính khóa khi chuyển mạch. Đồng thời, bố trí mạch lọc $R_2 - C_2$ ở đầu vào xoay chiều ($R_2 = 12,5,\Omega, C_2 = 4,\mu\text{F}$) để triệt tiêu các xung sét và xung quá áp do đóng cắt phụ tải cảm kháng trên lưới điện.

Cấu trúc mạch điều khiển

Mạch điều khiển được xây dựng theo cấu trúc ba khâu chức năng: khâu tạo điện áp tựa răng cưa đồng bộ với điện áp anôt - catôt của Thyristor, khâu so sánh điện áp điều khiển một chiều $U_{cm}$ với điện áp tựa $U_s$, và khâu khuếch đại xung xuất tín hiệu mở van. Đồ án khảo sát hai nguyên tắc tạo góc mở $\alpha$:

  • Nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính: So sánh $U_d = U_{cm} - U_s$, lật trạng thái khi $U_s = U_{cm}$ để tạo xung kích.
  • Nguyên tắc thẳng đứng arccos: Sử dụng điện áp đồng bộ $U_s = U_m \cos\omega t$ đi trước điện áp anôt một góc $\pi/2$, xác lập quan hệ góc mở $\alpha = \arccos(U_{cm}/U_m)$, cho phép tuyến tính hóa đặc tính điều chỉnh của bộ biến đổi.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về động cơ điện một chiều

Chương này tập trung trình bày chi tiết về cấu tạo vật lý, nguyên lý chuyển hóa năng lượng và các phương trình giải tích xác lập của động cơ điện một chiều.

  • Cấu tạo Stator: Phân tích kết cấu cực từ chính gồm các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,5 mm đến 1 mm tán chặt lồng cuộn kích từ; cực từ phụ bằng thép khối đặt xen kẽ nhằm cải thiện điều kiện đổi chiều; gông từ đúc hoặc uốn hàn làm mạch dẫn từ kiêm vỏ máy; hệ thống chổi than tì trên cổ góp nhờ lực lò xo điều chỉnh được.
  • Cấu tạo Rotor: Lõi sắt phần ứng dập từ các lá thép kỹ thuật điện hợp kim silic dày 0,5 mm có phủ lớp cách điện bề mặt nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy Foucault, có bố trí các rãnh thông gió dọc trục và ngang trục; dây quấn phần ứng bằng đồng bọc cách điện; cổ góp cấu tạo từ nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn ghép cách điện bằng mica dày 0,2 mm.
  • Phân tích ba trạng thái hãm của máy điện một chiều:
    • Hãm tái sinh: Xuất hiện khi tốc độ quay lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ($\omega > \omega_0$), sức điện động lớn hơn điện áp lưới ($E > U_ư$), dòng điện và mômen đổi chiều, động cơ làm việc như một máy phát trả năng lượng về lưới nguồn.
    • Hãm ngược: Thực hiện bằng cách chèn điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng hoặc đảo chiều điện áp phần ứng ($+U_ư \to -U_ư$), mômen sinh ra ngược chiều với chiều quay của rotor ($M \uparrow\downarrow \omega$).
    • Hãm động năng: Phần ứng bị cắt khỏi nguồn điện và đóng kín qua một điện trở hãm $R_h$, động năng tích lũy trong hệ truyền động biến thành nhiệt năng tiêu tán trên điện trở.

Chương 2: Các hệ truyền động điều khiển tốc độ động cơ điện 1 chiều

Nội dung chương 2 dành cho việc phân tích, so sánh các phương án truyền động công nghiệp và lựa chọn cấu hình mạch chỉnh lưu, mạch đảo chiều:

  • Đánh giá ba hệ thống truyền động kinh điển:
Tiêu chí Hệ Máy phát - Động cơ (F-Đ) Hệ Biến đổi xung áp - Động cơ (XA-Đ) Hệ Thyristor - Động cơ (T-Đ)
Ưu điểm Điều chỉnh bằng phẳng, làm việc linh hoạt ở 4 góc phần tư, chuyển đổi trạng thái êm. Hiệu suất cao, chất lượng điện áp ra tốt, độ chính xác điều khiển cao. Tác động nhanh, hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn, dễ ghép nối tự động hóa (PLC, vi xử lý).
Nhược điểm Dùng nhiều máy điện quay cồng kềnh, gây ồn, rung, quán tính lớn, hiệu suất thấp. Cần thêm bộ biến đổi phụ, bộ lọc lớn làm tăng quán tính, giá thành cao. Mạch điều khiển phức tạp, phát sinh sóng hài đập mạch, hệ số công suất $\cos\phi$ thấp.
Kết luận chọn Loại bỏ do tính kinh tế và công nghệ lạc hậu. Không lựa chọn do chi phí thiết bị cao. Được lựa chọn cho hệ thống thiết kế.
  • Đánh giá các sơ đồ chỉnh lưu Thyristor: Tác giả so sánh sơ đồ hình tia ba pha, sơ đồ cầu ba pha và sơ đồ cầu một pha. Sơ đồ cầu một pha có điều khiển được lựa chọn nhờ ưu điểm cấu trúc gọn gàng, dòng điện trung bình qua mỗi van nhỏ ($I_T = I_d / 2$) và có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc khi góc mở $\alpha > \pi/2$ và $E > 0$, đáp ứng yêu cầu trả năng lượng về nguồn khi hãm.
  • Lựa chọn phương án đảo chiều: Phân tích các phương án đảo chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng. Tác giả lựa chọn sơ đồ dùng hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược điều khiển chung (với cuộn kháng cân bằng $L_c$). Phương án điều khiển chung tuyến tính với điều kiện phối hợp góc mở $\alpha_1 + \alpha_2 = 180^\circ$ được chọn để loại bỏ dòng điện tuần hoàn một chiều, đảm bảo quá trình chuyển mạch đảo chiều diễn ra êm thuận và liên tục, không xuất hiện vùng "thời gian chết" gián đoạn đặc tính cơ như phương pháp điều khiển riêng.

Chương 3: Tính chọn mạch động lực và mạch điều khiển

Chương 3 triển khai toàn bộ các bước tính toán số liệu kỹ thuật cho hệ thống:

  • Tính toán điện áp chỉnh lưu không tải đạt $U_{d0} = 232,64\text{ V}$.
  • Xác định các thông số cuộn dây, mạch từ và tham số tổn hao của máy biến áp cấp nguồn.
  • Tính toán thông số dòng điện, điện áp làm việc cực đại để chọn lựa van Thyristor.
  • Tính toán nhiệt học, xác định diện tích tản nhiệt và quy cách cánh tản nhiệt nhôm làm mát tự nhiên.
  • Tính định mức bảo vệ của hệ thống khí cụ đóng cắt bao gồm Aptomat AB-4, cầu dao phân đoạn và các nhánh cầu chì tác động nhanh.
  • Xây dựng mạch RC dập xung quá điện áp do đóng cắt chuyển mạch van và xung sét từ lưới xoay chiều.
  • Thiết lập sơ đồ khối nguyên lý của mạch điều khiển phát xung mở van theo quy luật hàm thẳng đứng tuyến tính và hàm arccos.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành việc thiết lập một hồ sơ tính toán kỹ thuật hoàn chỉnh cho hệ truyền động điện Thyristor - Động cơ có đảo chiều:

  • Đã tính toán đầy đủ các thông số kỹ thuật định mức cho hệ truyền động động cơ một chiều 2,2 kW:
Hạng mục thiết bị / Thông số Giá trị định mức / Quy cách lựa chọn
Động cơ một chiều $P_{đm} = 2,2\text{ kW}, U_{đm} = 220\text{ V}, I_{đm} = 12,5\text{ A}, n_{đm} = 3000\text{ v/p}$
Điện áp chỉnh lưu không tải ($U_{d0}$) $232,64\text{ V}$
Máy biến áp nguồn $S = 275\text{ kVA}, Q_{trụ} = 14,07\text{ cm}^2, K_{ba} = 2,7, I_{1đm} = 5,32\text{ A}, I_{2đm} = 14,37\text{ A}$
Dòng trung bình qua Thyristor ($I_T$) $6,25\text{ A}$ (hệ số dự trữ $K_{đt} = 2$, $K_{ung} = 1,4$)
Bộ tản nhiệt Thyristor Diện tích $S_m = 0,559\text{ m}^2$, quy cách 12 cánh kích thước $16 \times 16\text{ cm}$
Aptomat bảo vệ mạch lực Kiểu AB-4 ($I_{đm} = 400\text{ A}, U_{đm} = 400\text{ V}$, chỉnh định ngắn mạch $16,45\text{ A}$, quá tải $9,87\text{ A}$)
Dây chảy tác động nhanh Nhóm 1CC: 80 A; Nhóm 2CC: 60 A; Nhóm 3CC: 15 A
Mạch bảo vệ quá điện áp Mạch RC chuyển mạch: $R_1 = 5,1,\Omega, C_1 = 0,25,\mu\text{F}$; Mạch RC lọc lưới: $R_2 = 12,5,\Omega, C_2 = 4,\mu\text{F}$
  • Đề xuất áp dụng giải pháp hai bộ chỉnh lưu cầu một pha đấu song song ngược điều khiển chung theo nguyên tắc phối hợp tuyến tính $\alpha_1 + \alpha_2 = 180^\circ$, giúp hệ truyền động duy trì đặc tính cơ liên tục ở cả 4 góc phần tư, triệt tiêu vùng chết khi đổi chiều quay và cho phép thực hiện hãm tái sinh trả năng lượng về lưới.
  • Đóng góp chính của đề tài là xây dựng quy trình tính chọn thiết bị bảo vệ (quá nhiệt, quá dòng, quá áp) một cách đồng bộ và chặt chẽ, dựa trên các công thức giải tích chuyên ngành điện tử công suất lớn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Bản đồ án tồn tại một số hạn chế gắn liền với phạm vi tính toán lý thuyết:

  • Các thông số tính toán khí cụ bảo vệ (Aptomat AB-4) dựa trên các bảng tra thiết bị điện tiêu chuẩn của Liên Xô cũ, chưa cập nhật các dòng thiết bị đóng cắt và bảo vệ kỹ thuật số hiện đại.
  • Mạch điều khiển mới dừng lại ở việc phân tích sơ đồ khối chức năng và hai nguyên lý so sánh tạo xung (tuyến tính và arccos), chưa thiết kế chi tiết sơ đồ nguyên lý phần cứng ở cấp độ linh kiện (các tầng khuếch đại xung, biến áp xung, mạch tích hợp tạo răng cưa).
  • Đề tài chưa triển khai mô phỏng số kiểm chứng trên phần mềm (như MATLAB/Simulink) và chưa có mô hình thực nghiệm để đo kiểm dạng sóng đập mạch thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp được xác định dựa trên giới hạn của đề tài bao gồm: thiết kế chi tiết mạch phát xung điều khiển sử dụng vi điều khiển hoặc vi xử lý chuyên dụng; tiến hành mô phỏng số để đánh giá dạng sóng dòng điện, điện áp và biên độ dòng tuần hoàn; nghiên cứu giải pháp nâng cao hệ số công suất $\cos\phi$ và lọc sóng hài bậc cao cho bộ biến đổi Thyristor trên lưới điện.

Giá trị tham khảo

Bản đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật điện, Điện tử công suất và Tự động hóa khi thực hiện đồ án môn học Truyền động điện hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến điều khiển động cơ một chiều.

Các phần có giá trị tham khảo cao trong văn bản gồm:

  • Phương pháp luận phân tích và so sánh các hệ truyền động và các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển.
  • Quy trình tính toán giải tích xác định sụt áp nội bộ của bộ chỉnh lưu để tính toán điện áp không tải $U_{d0}$.
  • Công thức và phương pháp tính chọn diện tích tản nhiệt cho linh kiện bán dẫn công suất dựa trên cân bằng nhiệt.
  • Cách thức phối hợp góc mở trong mạch chỉnh lưu kép song song ngược nhằm duy trì sự liên tục của đặc tính cơ khi đảo chiều quay và khi hãm tái sinh.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thay vì dùng điện trở phụ hay từ thông?

Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng giữ nguyên độ cứng đặc tính cơ ($\beta = \text{const}$), cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp, bằng phẳng trong toàn bộ dải tải từ không tải đến định mức. Ngược lại, phương pháp thêm điện trở phụ làm giảm độ cứng đặc tính cơ, gây tổn thất nhiệt lớn trên điện trở và dải điều chỉnh hẹp; phương pháp thay đổi từ thông khó điều khiển phi tuyến và có nguy cơ gây mất an toàn chuyển mạch khi giảm từ thông quá sâu.

2. Sơ đồ chỉnh lưu kép điều khiển chung tuyến tính hoạt động theo quy tắc phối hợp góc mở nào?

Hai bộ chỉnh lưu song song ngược $G_1$ và $G_2$ được phát xung điều khiển đồng thời theo quy tắc tuyến tính $\alpha_1 + \alpha_2 = 180^\circ$. Khi một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu ($\alpha_1 < 90^\circ, U_{d1} > 0$) để quay thuận, bộ còn lại ở chế độ nghịch lưu ($\alpha_2 > 90^\circ, U_{i2} < 0$). Khi $\alpha_1 = \alpha_2 = 90^\circ$, điện áp ra bằng 0 và động cơ dừng quay.

3. Điện áp chỉnh lưu không tải $U_{d0}$ của hệ thống được tính toán bằng bao nhiêu và gồm những thành phần nào?

Giá trị điện áp chỉnh lưu không tải tính toán là $U_{d0} = 232,64\text{ V}$. Giá trị này được xác định bằng điện áp định mức của động cơ ($220\text{ V}$) cộng với các thành phần sụt áp: sụt áp điện trở máy biến áp ($5,87\text{ V}$), sụt áp điện kháng máy biến áp ($0,33\text{ V}$), sụt áp trên 2 van Thyristor nối tiếp ($2\text{ V}$), và sụt áp trên cuộn kháng lọc ($4,44\text{ V}$).

4. Hệ thống tản nhiệt cho van Thyristor được thiết kế với thông số kỹ thuật cụ thể nào?

Cánh tản nhiệt được thiết kế để giải tỏa tổn thất công suất nhiệt $\Delta P = 191,68\text{ W}$ trên mỗi van, với độ chênh nhiệt độ $\tau = 40^\circ\text{C}$ ($T_{lv} = 80^\circ\text{C}, T_{mt} = 40^\circ\text{C}$). Diện tích bề mặt tản nhiệt tính toán là $0,559\text{ m}^2$, tương ứng với quy cách cánh tản nhiệt nhôm gồm 12 cánh, kích thước mỗi cánh là $16 \times 16\text{ cm}$.

5. Thiết bị bảo vệ quá dòng cho mạch động lực được lựa chọn như thế nào trong đồ án?

Hệ thống sử dụng Aptomat công nghiệp AB-4 ($I_{đm} = 400\text{ A}, U_{đm} = 400\text{ V}, I_{xk} = 42\text{ kA}$, thời gian cắt $0,06\text{ s}$) với dòng chỉnh định quá tải $9,87\text{ A}$ và cắt nhanh ngắn mạch $16,45\text{ A}$. Đi kèm là ba nhóm cầu chì tác động nhanh: nhóm 1CC loại 80 A, nhóm 2CC loại 60 A, và nhóm 3CC loại 15 A.

Kết luận

Bản đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống truyền động điện Thyristor - Động cơ một chiều kích từ độc lập công suất 2,2 kW có khả năng đảo chiều quay. Việc ứng dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha kép mắc song song ngược điều khiển chung giúp tối ưu hóa khả năng điều chỉnh tốc độ, cho phép chuyển đổi trạng thái hãm tái sinh và đảo chiều vận hành ổn định. Các kết quả tính toán chi tiết về tham số biến áp, van bán dẫn Thyristor, kết cấu tản nhiệt và hệ thống bảo vệ quá dòng, quá áp cung cấp một giải pháp kỹ thuật mạch lực hoàn chỉnh cho hệ truyền động điện công suất nhỏ trong công nghiệp.