Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, sự phát triển của các lĩnh vực kỹ thuật điện, điện tử và tin học đã tác động sâu sắc đến cả cơ sở lý thuyết lẫn thực tiễn sản xuất. Việc ứng dụng các thiết bị bán dẫn công suất vào lĩnh vực điều khiển tự động và các dây chuyền công nghiệp khép kín đóng vai trò then chốt, đặc biệt là bài toán điều khiển truyền động động cơ điện. Động cơ điện một chiều là đối tượng truyền động truyền thống nhưng vẫn giữ vị trí quan trọng trong công nghiệp và giao thông vận tải nhờ khả năng điều chỉnh tốc độ quay liên tục, trơn tru trong phạm vi rộng và cung cấp đặc tính cơ phù hợp với nhiều loại phụ tải phức tạp.

Đồ án tốt nghiệp đại học chính quy ngành Điện Tự động Công nghiệp của tác giả Vũ Hải Sơn (Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, năm 2016) tập trung giải quyết bài toán thiết kế hệ thống biến đổi điện áp cấp nguồn và điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.

Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác lập gồm:

  1. Tổng quan cơ sở lý thuyết về cấu tạo, nguyên lý vận hành và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
  2. Nghiên cứu cấu trúc, nguyên lý chuyển mạch và đặc tính làm việc của bộ chỉnh lưu hình tia 3 pha sử dụng linh kiện bán dẫn có điều khiển (Thyristor).
  3. Tính toán và thiết kế hoàn chỉnh mạch động lực, bao gồm lựa chọn van Thyristor, tính toán thiết kế máy biến áp chỉnh lưu và mạch bảo vệ, mạch lọc.
  4. Xác lập cấu trúc và tính toán các khâu trong mạch điều khiển phát xung mở Thyristor.

Đối tượng nghiên cứu là hệ truyền động chỉnh lưu Thyristor – động cơ điện một chiều (hệ T-Đ) sử dụng sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha cấp nguồn cho động cơ điện một chiều có thông số tải định mức $U_d = 220\text{ V}$ và $I_d = 59,5\text{ A}$. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc vận dụng các linh kiện điện tử công suất cơ bản để tính toán thiết kế phần cứng mạch lực và mạch điều khiển trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp kỹ sư tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án sử dụng khung lý thuyết truyền động điện và điện tử công suất kinh điển:

  • Mô hình động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng: $U_ư = E_ư + (R_ư + R_f)I_ư$, trong đó sức điện động phần ứng $E_ư = k\Phi\omega$ với $k = \frac{pN}{2\pi a}$. Phương trình đặc tính cơ được thiết lập dưới dạng: $$\omega = \frac{U_ư}{k\Phi} - \frac{R_ư + R_f}{(k\Phi)^2}M$$ Độ cứng đặc tính cơ $\beta = \frac{dM}{d\omega} = -\frac{(k\Phi)^2}{R_ư + R_f}$, tốc độ không tải lý tưởng $\omega_0 = \frac{U_ư}{k\Phi}$, dòng điện ngắn mạch $I_{nm} = \frac{U_ư}{R_ư + R_f}$ và mômen ngắn mạch $M_{nm} = k\Phi I_{nm}$.
  • Lý thuyết chỉnh lưu có điều khiển: Khung giải tích chỉnh lưu hình tia 3 pha với tải $R-L-E_ư$. Điện áp trung bình trên tải phụ thuộc vào góc mở $\alpha$ theo công thức: $$U_d = \frac{3\sqrt{6}U_2}{2\pi}\cos\alpha$$ với $U_2$ là điện áp pha hiệu dụng phía thứ cấp máy biến áp. Quá trình chuyển mạch giữa các van xảy ra dưới tác động của điện áp dây và chịu ảnh hưởng của điện kháng tản máy biến áp.
  • Lý thuyết khóa Thyristor và chuyển mạch cưỡng bức: Thiết lập phương trình vi phân phóng nạp tụ chuyển mạch dưới dạng toán tử Laplace để xác định điện dung chuyển mạch: $$C = \frac{I \cdot t_{off}}{E}$$ trong đó $t_{off}$ là thời gian phục hồi tính chất khóa của Thyristor.

Phương pháp nghiên cứu chính là phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật công nghiệp (Engineering Design Calculations), kết hợp phân tích giải tích dạng sóng điện áp - dòng điện và tra cứu lựa chọn thiết bị theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực. Nguồn dữ liệu sử dụng bao gồm các công thức tiêu chuẩn của ngành chế tạo máy điện, sổ tay tra cứu van bán dẫn công suất và yêu cầu kỹ thuật tải thực tế.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc phần cứng mạch động lực hoàn chỉnh gồm máy biến áp nguồn 3 pha, khối van chỉnh lưu Thyristor, bộ lọc san bằng và mạch bảo vệ.

1. Tính chọn van bán dẫn Thyristor

Từ yêu cầu điện áp tải $U_d = 220\text{ V}$ và dòng tải định mức $I_d = 59,5\text{ A}$:

  • Điện áp nguồn xoay chiều thứ cấp yêu cầu: $U_2 = \frac{U_d}{k_u} = \frac{220}{1,17} = 188,03\text{ V}$ ($k_u = 1,17$).
  • Điện áp ngược cực đại đặt lên van: $U_{lv} = \sqrt{6} \times U_2 = \sqrt{6} \times 188,03 = 460,58\text{ V}$. Tính với hệ số dự trữ điện áp, điện áp ngược chọn là $U_{nv} = 829,04\text{ V}$.
  • Dòng điện hiệu dụng qua van: $I_{hd} = k_{hd} \cdot I_d = 0,58 \times 59,5 = 34,51\text{ A}$. Chọn hệ số dự trữ dòng $k_i = 1,4$ (chế độ làm việc có cánh tản nhiệt làm mát tự nhiên đến 40% $I_{đm}$), dòng làm việc tính toán là $I_{lv} = 1,4 \times 34,51 = 48,314\text{ A}$.
  • Tác giả chọn Thyristor mã hiệu T60N1000VOF có các thông số định mức chuẩn:
Thông số kỹ thuật Ký hiệu Giá trị định mức Đơn vị
Dòng điện định mức của van $I_{đm}$ 60 A
Điện áp ngược cực đại $U_{nv}$ 1000 V
Đỉnh xung dòng điện cho phép $I_{pik}$ 1400 A
Điện áp xung điều khiển $U_{đk}$ 1,4 V
Dòng điện xung điều khiển $I_{đk}$ 150 mA
Dòng điện rò $I_r$ 25 mA
Độ sụt áp thuận trên van $\Delta U$ 1,8 V
Tốc độ biến thiên điện áp $du/dt$ 1000 V/$\mu\text{s}$
Thời gian chuyển mạch $t_{cm}$ 180 $\mu\text{s}$
Nhiệt độ làm việc cực đại $T_{max}$ 125 $^\circ\text{C}$

2. Tính toán thiết kế máy biến áp chỉnh lưu

Hệ thống sử dụng máy biến áp 3 pha 3 trụ, kiểu làm mát khô tự nhiên bằng không khí, tổ đấu dây $\Delta/Y_0$:

  • Thông số điện cơ bản: Điện áp sơ cấp $U_1 = 380\text{ V}$; góc mở dự trữ $\alpha_{min} = 10^\circ$; sụt áp máy biến áp sơ bộ $\Delta U_{ba} = 5% U_d = 11\text{ V}$; sụt áp trên van $\Delta U_v = 1,8\text{ V}$; sụt áp trên dây $\Delta U_{dn} \approx 0\text{ V}$. $$U_{do} = \frac{U_d + 2\Delta U_v + \Delta U_{dn} + \Delta U_{ba}}{\cos\alpha_{min}} = \frac{220 + 2(1,8) + 0 + 11}{\cos 10^\circ} = 238,22\text{ V}$$ $$U_{2f} = \frac{U_{do}}{k_u} = \frac{238,22}{1,17} = 203,6\text{ V}$$
  • Dòng điện cuộn dây: Dòng thứ cấp hiệu dụng $I_2 = \frac{1}{\sqrt{3}} I_d = 48,58\text{ A}$; dòng sơ cấp hiệu dụng $I_1 = 26,03\text{ A}$.
  • Công suất biến áp nguồn cấp: $$S_{ba} = k_S \cdot U_{do} \cdot I_d = 1,345 \times 238,22 \times 59,5 = 19064,15\text{ W}$$
  • Kích thước mạch từ: Thép kỹ thuật điện có từ cảm $B = 1\text{ T}$, hệ số làm mát khô $k_Q = 6$.
    • Tiết diện trụ: $Q_{Fe} = k_Q \sqrt{\frac{S_{ba}}{m \cdot f}} = 6 \sqrt{\frac{19064,15}{3 \times 50}} = 67,64\text{ cm}^2$.
    • Đường kính trụ: $d_{Fe} = 9\text{ cm}$; tỷ số $h/d_{Fe} = 2,3 \rightarrow$ chiều cao trụ $h = 21\text{ cm}$.
    • Trụ được ghép bậc thang gồm 6 bậc, tiết diện bậc thang $Q_{bt} = 65,8\text{ cm}^2$, tiết diện hiệu quả $Q_T = 62,51\text{ cm}^2$, tổng chiều dày trụ $d_t = 10,2\text{ cm}$.
    • Gông mạch từ có tiết diện hình chữ nhật: bề rộng $a = 8,5\text{ cm}$, bề dày $b = 10,2\text{ cm}$, tiết diện hiệu quả $Q_g = 82,365\text{ cm}^2$, từ cảm gông $B_g = 0,82\text{ T}$.
  • Thông số dây quấn: Dây đồng tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, mật độ dòng điện $J_1 = J_2 = 2,75\text{ A/mm}^2$.
    • Cuộn sơ cấp: Số vòng $W_1 = 253$ vòng (chia làm 6 lớp), tiết diện dây chuẩn $S_1 = 9,51\text{ mm}^2$ ($a_1 \times b_1 = 2,63 \times 3,80\text{ mm}$), chiều dài dây $l_1 = 100,46\text{ m}$.
    • Cuộn thứ cấp: Số vòng $W_2 = 136$ vòng (chia làm 8 lớp, 17 vòng/lớp), tiết diện dây chuẩn $S_2 = 17,70\text{ mm}^2$ ($a_2 \times b_2 = 2,00 \times 9,30\text{ mm}$), chiều dài dây $l_2 = 76,52\text{ m}$.
  • Khối lượng vật liệu:
    • Khối lượng sắt: $M_{Fe} = M_T + M_g = 31 + 67,4 = 98,4\text{ kg}$.
    • Khối lượng đồng: $M_{Cu} = V_{Cu} \cdot m_{Cu} = 6,93 \times 8,9 = 61,68\text{ kg}$.
  • Kiểm tra thông số ngắn mạch và bảo vệ:
    • Điện trở quy đổi về thứ cấp: $R_{BA} = 0,16,\Omega$; điện kháng tản $X_{BA} = 0,253,\Omega$; điện cảm $L_{BA} = 0,8\text{ mH}$; tổng trở ngắn mạch $Z_{BA} = 0,3,\Omega$.
    • Sụt áp tổng trên máy biến áp: $\Delta U_{BA} = \sqrt{\Delta U_r^2 + \Delta U_x^2} = \sqrt{9,52^2 + 14,37^2} = 17,24\text{ V}$.
    • Điện áp ngắn mạch phần trăm: $U_n% = 7,15%$; tổn hao ngắn mạch $\Delta P_n = 5,94%$; tổn hao không tải $P_0 = 0,64%$.
    • Dòng điện ngắn mạch xác lập: $I_{2nm} = 678,6\text{ A}$. Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại: $I_{max} = 1091,27\text{ A}$. Giá trị này nhỏ hơn dòng xung đỉnh cho phép của Thyristor ($I_{pik} = 1400\text{ A}$), đảm bảo điều kiện an toàn khi xảy ra sự cố ngắn mạch.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều và các phương pháp điều chỉnh tốc độ

Chương 1 trình bày chi tiết về cấu tạo máy điện một chiều gồm hai bộ phận chính:

  • Phần tĩnh (Stato): Cực từ chính (lõi thép kỹ thuật điện dày 0,5–1 mm ép chặt, dây quấn cách điện), cực từ phụ (đổi chiều và cải thiện tiếp xúc), gông từ đúc hoặc uốn hàn, nắp động cơ và cơ cấu giá đỡ chổi than.
  • Phần quay (Roto): Lõi sắt phần ứng (lá thép kỹ thuật điện 0,5 mm có rãnh và lỗ thông gió làm mát), dây quấn phần ứng bằng đồng bọc cách điện, cổ góp gồm các phiến đồng ghép trụ tròn cách điện mica 0,4–1,2 mm, cánh quạt làm mát và trục động cơ bằng thép cacbon.

Chương này phân loại 3 dạng động cơ (kích từ độc lập, kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp) và phân tích nguyên lý mở máy động cơ kích từ độc lập (yêu cầu từ thông đạt cực đại $\Phi_{max}$ để tạo mômen mở máy và hạn chế dòng điện phần ứng chống cháy động cơ).

Tác giả đi sâu phân tích toán học và đặc tính cơ của 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ:

  1. Điều chỉnh bằng điện trở phụ mạch phần ứng ($R_f$): Khi tăng $R_f$, độ cứng đặc tính cơ giảm ($\beta$ dốc hơn), tốc độ giảm dưới tốc độ cơ bản. Ưu điểm là đơn giản; nhược điểm là tổn hao nhiệt lớn trên điện trở và dải điều chỉnh hẹp.
  2. Điều chỉnh bằng giảm từ thông kích từ ($\Phi$): Mắc biến trở vào mạch kích từ. Tốc độ không tải lý tưởng $\omega_0$ tăng, tốc độ động cơ tăng lên trên tốc độ cơ bản, song mômen cho phép giảm.
  3. Điều chỉnh bằng thay đổi điện áp phần ứng ($U_ư$): Cấp nguồn qua các bộ biến đổi bán dẫn có điều khiển. Đường đặc tính dịch chuyển song song (giữ nguyên độ cứng $\beta = \text{const}$), cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp, triệt để trong toàn dải tải từ không tải đến định mức.

Chương 2: Tổng quan về bộ chỉnh lưu tia 3 pha

Chương 2 mô tả cấu trúc mạch chỉnh lưu tia 3 pha gồm máy biến áp có thứ cấp đấu sao có trung tính ($Y_0$), 3 van Thyristor có 3 catot đấu chung nối về cực dương của tải, dây trung tính của biến áp nối về cực âm của tải.

Nội dung phân tích quá trình chuyển mạch và nguyên lý hoạt động:

  • Các pha lệch nhau góc $120^\circ$. Van chỉ mở khi điện áp anốt dương hơn catot và có xung điều khiển kích vào cực $G$.
  • Khi góc mở $\alpha = 0$, dạng sóng điện áp chỉnh lưu bám theo đỉnh của các đường cong điện áp pha xoay chiều. Mỗi van dẫn điện trong khoảng $1/3$ chu kỳ ($120^\circ$).
  • Khi góc mở $\alpha > 0$ với tải $R-L-E_ư$, chu kỳ được chia thành 3 nhịp dẫn ($V_1, V_2, V_3$). Trị trung bình điện áp ra tải tuân theo quy luật $U_d = \frac{3\sqrt{6}U_2}{2\pi}\cos\alpha$. Đối với tải thuần trở, dòng áp liên tục khi $\alpha \le 30^\circ$ và gián đoạn khi $\alpha > 30^\circ$.

Tác giả đánh giá so sánh: Bộ chỉnh lưu tia 3 pha cho chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, độ đập mạch nhỏ hơn và thành phần sóng hài bậc cao thấp hơn so với chỉnh lưu 1 pha; việc điều khiển van tương đối đơn giản. Tuy nhiên, nhược điểm là máy biến áp có dòng thứ cấp một chiều gây hiện tượng từ hóa một chiều lõi thép, đòi hỏi dung lượng máy biến áp phải lớn hơn và dây trung tính phải có tiết diện lớn hơn dây pha.

Chương này cũng tổng kết cấu tạo bán dẫn 4 lớp ($P-N-P-N$) của Thyristor, cơ chế kích mở bằng dòng $I_g$, các phương pháp khóa van (giảm dòng xuống dưới dòng duy trì $I_H$ hoặc đặt điện áp ngược $U_{AK} < 0$), công thức xác định dung lượng tụ điện chuyển mạch và phân tích 4 vùng trên đường đặc tính Vôn - Ampe ($V-A$).

Chương 3: Tính toán và thiết kế mạch động lực bảo vệ

Nội dung chương 3 tập trung toàn bộ các bước tính toán thiết kế phần cứng:

  • Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch động lực và thuyết minh chức năng từng khối linh kiện.
  • Tính chọn van bán dẫn: Xác định điện áp ngược, dòng điện làm việc, chọn mã van Thyristor T60N1000VOF ($60\text{ A} / 1000\text{ V}$).
  • Thiết kế chi tiết máy biến áp lực: Tính toán công suất biểu kiến ($19,06\text{ kW}$), thiết kế mạch từ 6 bậc, kích thước trụ ($d=9\text{ cm}, h=21\text{ cm}$), kích thước gông, số vòng dây và tiết diện dây đồng dẹt của cuộn sơ cấp (253 vòng) và cuộn thứ cấp (136 vòng).
  • Tính toán tổn hao, điện trở, điện cảm tản máy biến áp, dòng điện ngắn mạch xác lập và dòng xung kích cực đại để đối chiếu với độ bền van bán dẫn.
  • Xác định góc mở cực tiểu $\alpha_{min} = 10^\circ$ để bù sụt áp lưới và dự trữ dải điều chỉnh cho cuộn kháng lọc.

Chương 4: Tính toán mạch điều khiển

Chương 4 thực hiện nhiệm vụ thiết kế mạch phát xung điều khiển đồng bộ cho 3 pha Thyristor theo nhiệm vụ đề tài, đảm bảo dải biến thiên góc mở $\alpha$ tương ứng với dải điều chỉnh tốc độ đặt ra cho động cơ một chiều.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả tính toán kỹ thuật chính

Đồ án đã hoàn thiện hệ thống tính toán phần cứng cho bộ chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều với các kết quả cụ thể:

Hạng mục thiết kế Thông số tính toán / Lựa chọn Giá trị định lượng
Phụ tải định mức Điện áp / Dòng điện phần ứng $U_d = 220\text{ V}; I_d = 59,5\text{ A}$
Van Thyristor Mã hiệu linh kiện T60N1000VOF
Thông số định mức van $I_{đm} = 60\text{ A}; U_{nv} = 1000\text{ V}; I_{pik} = 1400\text{ A}$
Máy biến áp lực Kiểu máy biến áp 3 pha 3 trụ, làm mát khô, đấu $\Delta/Y_0$
Công suất tính toán $S_{ba} = 19064,15\text{ W}$
Điện áp định mức $U_1 = 380\text{ V}; U_{2f} = 203,6\text{ V}$
Dây quấn sơ cấp $W_1 = 253\text{ vòng}; S_1 = 9,51\text{ mm}^2$
Dây quấn thứ cấp $W_2 = 136\text{ vòng}; S_2 = 17,70\text{ mm}^2$
Khối lượng vật liệu Sắt $M_{Fe} = 98,4\text{ kg}$; Đồng $M_{Cu} = 61,68\text{ kg}$
Đặc tính ngắn mạch Tổng trở ngắn mạch $Z_{BA} = 0,3,\Omega$ ($R_{BA} = 0,16,\Omega; X_{BA} = 0,253,\Omega$)
Dòng ngắn mạch cực đại $I_{max} = 1091,27\text{ A} < I_{pik} (1400\text{ A})$
Hiệu suất máy biến áp Tổn hao ngắn mạch $\Delta P_n = 5,94%$; $P_0 = 0,64%$

2. Đóng góp và giải pháp kỹ thuật

  • Đã xây dựng quy trình tính toán thiết kế máy điện biến áp chuyên dụng cho chỉnh lưu công suất, có xét đến các hệ số méo dạng, sụt áp trên van ($\Delta U_v = 1,8\text{ V}$) và góc dự trữ suy giảm điện áp lưới ($\alpha_{min} = 10^\circ$).
  • Kiểm chứng an toàn thành công cho cấu kiện bán dẫn công suất trước nguy cơ ngắn mạch: dòng xung kích tức thời cực đại $I_{max} = 1091,27\text{ A}$ hoàn toàn nằm trong ngưỡng chịu đựng của van ($I_{pik} = 1400\text{ A}$).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung trình bày trong thuyết minh đồ án, các hạn chế và định hướng phát triển gồm:

  • Hạn chế về cấu trúc: Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha gây hiện tượng từ hóa một chiều trong lõi thép máy biến áp, làm tăng kích thước và khối lượng đồng/sắt so với sơ đồ cầu 3 pha. Mạch chỉ thực hiện điều khiển động cơ quay một chiều, chưa tích hợp mạch đảo chiều quay hoặc hãm tái sinh.
  • Hạn chế về phương thức làm mát: Hệ thống tính toán dựa trên giải pháp làm mát tự nhiên bằng không khí, đòi hỏi kích thước tản nhiệt lớn và giới hạn công suất làm việc của van ở mức 40% dòng danh định.
  • Hướng phát triển: Mở rộng nghiên cứu sang sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng hoặc sơ đồ chỉnh lưu kép phục vụ hệ truyền động đảo chiều; tích hợp hệ thống điều khiển số (sử dụng vi điều khiển hoặc DSP) thay thế mạch điều khiển tương tự để nâng cao độ chính xác góc mở $\alpha$.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tham khảo trực quan và hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Điện Tự động Công nghiệp, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Thiết bị Điện: Cung cấp tài liệu mẫu về quy trình thiết kế đồ án tốt nghiệp và đồ án môn học Điện tử công suất / Truyền động điện.
  • Kỹ sư thiết kế thiết bị nguồn và biến đổi điện năng: Cung cấp phương pháp từng bước tính toán chi tiết lõi thép, kết cấu cuộn dây, khối lượng sắt đồng và kiểm tra thông số ngắn mạch của máy biến áp cấp nguồn cho van chỉnh lưu.
  • Các phần đáng tham khảo nhất: Mục 3.4 đến 3.11 (toàn bộ tiến trình thiết kế hình học và điện từ máy biến áp 3 pha) và phương pháp tính chọn dung lượng van Thyristor gắn liền với điều kiện tản nhiệt và biên độ xung dòng ngắn mạch.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng thay vì điều chỉnh từ thông hay điện trở phụ?
Trả lời: Theo phân tích ở Chương 1, phương pháp thay đổi điện áp phần ứng giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ ($\beta = \text{const}$), cho phép điều chỉnh tốc độ vô cấp và triệt để trong mọi vùng tải kể cả khi không tải lý tưởng, phù hợp cho các hệ truyền động công nghiệp đòi hỏi dải điều chỉnh rộng và làm việc dưới tốc độ cơ bản.

2. Tiêu chí lựa chọn van Thyristor T60N1000VOF trong đồ án là gì?
Trả lời: Van được chọn dựa trên điện áp ngược tính toán $U_{nv} = 829,04\text{ V}$ (chọn van chịu $1000\text{ V}$) và dòng làm việc có kể đến hệ số dự trữ làm mát tự nhiên $I_{lv} = 48,314\text{ A}$ (chọn van định mức $60\text{ A}$). Đồng thời, đỉnh xung dòng điện cho phép của van ($I_{pik} = 1400\text{ A}$) phải lớn hơn dòng ngắn mạch tức thời cực đại của hệ thống ($I_{max} = 1091,27\text{ A}$).

3. Nhược điểm chính của bộ chỉnh lưu tia 3 pha được tác giả chỉ ra là gì?
Trả lời: Nhược điểm chính là dòng điện mỗi cuộn thứ cấp là dòng một chiều, gây từ thông xoay chiều không đối xứng và từ hóa một chiều lõi thép máy biến áp, làm tăng dung lượng yêu cầu của máy biến áp; đồng thời dây quấn trung tính phải chịu toàn bộ dòng tải nên phải thiết kế tiết diện lớn hơn dây pha.

4. Mạch từ máy biến áp lực được thiết kế với hình dạng và kích thước như thế nào?
Trả lời: Mạch từ có chiều cao trụ $h = 21\text{ cm}$, đường kính trụ $d = 9\text{ cm}$ ghép từ 6 bậc lá thép kỹ thuật điện (tổng chiều dày trụ $10,2\text{ cm}$), gông tiết diện chữ nhật ($a = 8,5\text{ cm}, b = 10,2\text{ cm}$). Tổng khối lượng sắt của mạch từ là $98,4\text{ kg}$ và khối lượng đồng cuộn dây là $61,68\text{ kg}$.

5. Góc mở cực tiểu $\alpha_{min} = 10^\circ$ được đưa vào tính toán nhằm mục đích gì?
Trả lời: Góc mở $\alpha_{min} = 10^\circ$ được chọn làm góc dự trữ điều khiển nhằm bù trừ cho độ sụt áp của lưới điện khi vận hành thực tế, đảm bảo ở chế độ điện áp tải cực đại ($U_{d,max}$) hệ thống vẫn đạt được điện áp định mức $U_{đm} = 220\text{ V}$ tương ứng với tốc độ định mức của động cơ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Vũ Hải Sơn đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật bộ chỉnh lưu Thyristor hình tia 3 pha điều khiển động cơ điện một chiều $220\text{ V} - 59,5\text{ A}$. Tác giả đã thực hiện đầy đủ các khâu tính toán giải tích từ lựa chọn linh kiện bán dẫn công suất T60N1000VOF, thiết kế chi tiết kết cấu hình học và tham số điện từ của máy biến áp lực $19,06\text{ kW}$, đến kiểm tra an toàn nhiệt và khả năng chịu ngắn mạch. Đây là tài liệu kỹ thuật có kết cấu chặt chẽ, số liệu tính toán chi tiết và mang giá trị thực tiễn cao cho chuyên ngành Điện Tự động Công nghiệp.