Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong các hệ thống truyền động điện công nghiệp và giao thông vận tải, động cơ điện một chiều kích từ độc lập được ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng điều chỉnh tốc độ quay liên tục, trơn tru trong phạm vi rộng và khả năng sinh mô-men khởi động lớn. Để vận hành hệ thống đạt các chỉ tiêu công nghệ theo yêu cầu của máy sản xuất, việc xây dựng bộ biến đổi nguồn cấp nhằm tạo ra các đường đặc tính cơ nhân tạo là nhiệm vụ trọng tâm của kỹ thuật truyền động điện tự động.
Báo cáo đồ án môn học Điện tử công suất của sinh viên Nguyễn Hoài Nam (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng, dưới sự hướng dẫn của Th.S Võ Khánh Thoại) tập trung giải quyết bài toán thiết kế bộ biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển nhằm điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập công suất $12\text{ kW}$.
Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được xác định theo 6 nội dung cụ thể:
- Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ; phân tích chuyên sâu phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha.
- Thiết kế và tính toán chọn các phần tử cho mạch động lực (van bán dẫn, máy biến áp chỉnh lưu, cuộn kháng lọc).
- Thiết kế và tính toán chọn các phần tử cho mạch điều khiển theo nguyên tắc phù hợp.
- Xây dựng mạch bảo vệ và tổng kết đánh giá hệ thống.
- Thiết lập mô hình mô phỏng kiểm chứng hoạt động của mạch trên phần mềm Matlab/Simulink.
Đối tượng nghiên cứu là hệ truyền động chỉnh lưu cầu ba pha – động cơ điện một chiều kích từ độc lập với các thông số kỹ thuật định mức ban đầu:
- Nguồn cấp: Lưới điện xoay chiều 3 pha $220/380\text{ V}$, tần số $f = 50\text{ Hz}$.
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Công suất định mức $P_{đm} = 12\text{ kW}$; Điện áp định mức $U_{đm} = 220\text{ V}$; Tốc độ quay định mức $n_{đm} = 1350\text{ vg/ph}$; Hiệu suất định mức $\eta_{đm} = 0,85$; Mô-men quán tính $J = 0,45\text{ kg}\cdot\text{m}^2$.
- Hệ số dự trữ thiết kế: Hệ số dự trữ điện áp $K_u = 1,5 \div 1,8$; Hệ số dự trữ dòng điện $K_i = 1,1 \div 1,4$.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên lý thuyết máy điện một chiều và lý thuyết mạch điện tử công suất. Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng ở chế độ xác lập được xác định bởi: $$U_ư = E_ư + I_ư(R_ư + R_f)$$
Trong đó $E_ư = K\Phi\omega$ là suất điện động phần ứng, $R_ư$ là điện trở mạch phần ứng (gồm điện trở cuộn dây phần ứng $r_ư$, cực từ phụ $r_{cf}$, cuộn bù $r_{cb}$ và tiếp xúc chổi than $r_{ct}$), $R_f$ là điện trở phụ mắc thêm, $\Phi$ là từ thông kích từ và $\omega$ là tốc độ góc. Mối quan hệ giữa tốc độ quay $\omega$ và mô-men điện từ $M = K\Phi I_ư$ hình thành phương trình đặc tính cơ: $$\omega = \frac{U_ư}{K\Phi} - \frac{R_ư + R_f}{(K\Phi)^2}M$$
Về mặt phương pháp, tác giả sử dụng phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật kết hợp phân tích chuỗi Fourier:
- Phương pháp so sánh và đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật: Phân tích định tính và định lượng 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ kinh điển (thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng, thay đổi từ thông kích từ, thay đổi điện áp phần ứng) dựa trên các chỉ tiêu: dải điều chỉnh ($D$), độ trơn điều chỉnh, độ cứng đặc tính cơ ($\beta$), sai số tĩnh tốc độ ($s%$) và hiệu suất năng lượng.
- Phương pháp giải tích mạch chỉnh lưu: Sử dụng các phương trình tích phân điện áp chỉnh lưu trung bình, dòng điện hiệu dụng qua van và công suất biểu kiến để tính chọn linh kiện bán dẫn và máy biến áp lực.
- Phương pháp phân tích điều hòa Fourier: Khai triển sóng điện áp và dòng điện sau chỉnh lưu thành chuỗi điều hòa để xác định biên độ thành phần sóng hài bậc 1 ($k = 1$, tần số $300\text{ Hz}$ đối với cầu 3 pha), làm căn cứ thiết kế cuộn kháng lọc hạn chế dòng đập mạch.
- Nguồn dữ liệu thực hiện: Số liệu tính toán được đối chiếu trực tiếp từ bảng tra thông số tiêu chuẩn linh kiện bán dẫn Thyristor công nghiệp, tiêu chuẩn dây quấn đồng cách điện cấp B và lá thép kỹ thuật điện cán lạnh (mã hiệu lá thép 330 và 330A).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về động cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Chương này trình bày cấu tạo gồm hai phần chính (stato/phần cảm và rôto/phần ứng) cùng nguyên lý sinh mô-men quay dựa trên lực điện từ tuân theo quy tắc bàn tay trái. Tác giả phân tích chi tiết ba phương pháp điều khiển tốc độ:
- Phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng ($R_f$): Thực hiện bằng cách nối thêm điện trở phụ vào phần ứng khi giữ nguyên điện áp và từ thông định mức. Khi $R_f$ tăng, độ dốc đặc tính cơ tăng khiến đặc tính cơ mềm đi, sai số tốc độ lớn, dải điều chỉnh hẹp ($D = 3:1$), điều chỉnh nhảy cấp và tổn hao nhiệt trên điện trở phụ rất lớn, làm giảm hiệu suất vận hành.
- Phương pháp thay đổi từ thông kích từ ($\Phi$): Thực hiện bằng cách tăng điện trở mạch kích từ để giảm dòng $I_{kt}$. Phương pháp này cho phép điều chỉnh trơn tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức ($D = 3:1$) với công suất không đổi và tổn hao điều khiển thấp (dòng kích từ chỉ chiếm $1 \div 10% I_{đm}$), tuy nhiên không thể hạ tốc độ xuống dưới mức định mức.
- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng ($U_ư$): Thực hiện thông qua các bộ nguồn biến đổi điện áp (máy phát điện một chiều hoặc bộ chỉnh lưu có điều khiển). Khi giảm điện áp $U_ư$, độ cứng đặc tính cơ $|\beta| = \frac{(K\Phi)^2}{R_ư}$ được giữ nguyên, họ đặc tính cơ dịch chuyển song song xuống phía dưới đặc tính tự nhiên, cho phép điều chỉnh trơn với mô-men không đổi trong vùng dưới tốc độ định mức, đạt dải điều chỉnh $D = 10:1$ đến $20:1$. Tác giả kết luận đây là phương pháp tối ưu nhất cho hệ truyền động yêu cầu dải điều chỉnh rộng và làm việc ổn định.
Chương 2: Lý thuyết về chỉnh lưu cầu ba pha
Chương 2 phân loại và khảo sát đặc tính làm việc của ba cấu hình chỉnh lưu cầu 3 pha:
- Chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển: Sử dụng 6 đi-ốt; giá trị điện áp trung bình trên tải $U_{dtb} = \frac{3\sqrt{6}}{\pi} U_{2f} \approx 2,34 U_{2f}$; dòng trung bình qua đi-ốt $I_{Dtb} = \frac{I_d}{3}$; dòng hiệu dụng $I_{Dhd} = \frac{I_d}{\sqrt{3}}$; công suất máy biến áp $S_{BA} = 1,05 U_d I_d$.
- Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng: Sử dụng 6 Thyristor gồm nhóm anốt chung ($T_1, T_3, T_5$) và nhóm catốt chung ($T_2, T_4, T_6$). Mạch đòi hỏi cấp đồng thời hai xung điều khiển tại mỗi thời điểm chuyển mạch theo đúng thứ tự pha. Điện áp tải liên tục khi góc mở $\alpha \le 60^\circ$ và gián đoạn khi $\alpha > 60^\circ$ nếu điện cảm tải nhỏ. Dạng sóng điện áp ngõ ra có 6 xung đập mạch trong một chu kỳ nguồn ($P = 6$).
- Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng: Gồm một nhóm van có điều khiển kết hợp một nhóm đi-ốt không điều khiển. Điện áp trung bình trên tải tuân theo biểu thức $U_{tb} = \frac{3\sqrt{3}}{2\pi} U_{day(max)} (1 + \cos\alpha)$. Mạch điều khiển đơn giản hơn nhưng thành phần sóng hài bậc cao tác động lên tải và nguồn lớn hơn.
Từ các so sánh kỹ thuật, tác giả lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng nhờ ưu điểm cung cấp chất lượng điện áp tốt nhất, độ đập mạch nhỏ và hiệu suất sử dụng dung lượng máy biến áp tối ưu nhất.
Chương 3: Thiết kế và tính chọn các phần tử mạch động lực
Chương 3 là phần trọng tâm tính toán kỹ thuật của đồ án, bao gồm ba hạng mục thiết kế chính:
- Tính chọn van bán dẫn: Dựa trên dòng tải định mức $I_d = \frac{P_{đm}}{\eta_{đm} \cdot U_{đm}} = \frac{12000}{0,85 \cdot 220} = 64,17\text{ A}$, dòng hiệu dụng qua van $I_{hd} = \frac{I_d}{\sqrt{3}} = 37,04\text{ A}$, điện áp ngược cực đại tính toán $U_{nv} = 414,68\text{ V} \approx 415\text{ V}$. Tác giả lựa chọn 6 Thyristor loại
T60N600BOC($U_n = 600\text{ V}$, $I_{đm} = 60\text{ A}$). - Thiết kế máy biến áp chỉnh lưu 3 pha: Sử dụng máy biến áp 3 pha 3 trụ, làm mát tự nhiên bằng không khí, tổ đấu dây $\Delta/Y$. Công suất biểu kiến tính toán $S_{BA} = 14823,52\text{ VA} \approx 14,82\text{ kVA}$. Điện áp sơ cấp $U_1 = 380\text{ V}$, thứ cấp $U_2 = 104,05\text{ V}$. Mạch từ chế tạo từ lá thép 330 dày $0,5\text{ mm}$, đường kính trụ $d = 9\text{ cm}$ (5 bậc thang), khối lượng sắt $M_{Fe} = 79,53\text{ kg}$, khối lượng đồng $M_{Cu} = 38,18\text{ kg}$. Cuộn sơ cấp có 287 vòng ($S_1 = 6\text{ mm}^2$), cuộn thứ cấp có 78 vòng ($S_2 = 21,5\text{ mm}^2$).
- Tính toán thiết kế cuộn kháng lọc: Phân tích thành phần sóng hài bậc 1 ($k = 1$, biên độ $U_{1m} = 81,8\text{ V}$) ứng với góc mở cực đại $\alpha_{max} = 78,35^\circ$. Để đảm bảo dòng xoay chiều bậc 1 $I_{1m} \le 10% I_{đm} = 6,417\text{ A}$, điện cảm yêu cầu của cuộn lọc là $L_k = 5,08\text{ mH}$. Cuộn kháng được thiết kế bằng lá thép kỹ thuật 330A dày $0,35\text{ mm}$, số vòng dây quấn $W = 87$ vòng (dây đồng chữ nhật $3,5 \times 8\text{ mm}$, tiết diện $27,9\text{ mm}^2$), khối lượng sắt $0,475\text{ kg}$ và khối lượng đồng $4,9\text{ kg}$.
Chương 4: Thiết kế và tính toán chọn các phần tử mạch điều khiển
Chương này trình bày nguyên lý phát xung mở Thyristor (yêu cầu đặt điện áp thuận trên van và cấp đồng thời xung dương vào cực điều khiển $G$). Tác giả phân tích hai nguyên tắc điều khiển kinh điển: nguyên tắc điều khiển nằm ngang và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính. Trong đó, nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính được lựa chọn để thiết kế hệ thống phát xung đồng bộ, dịch pha và tạo chuỗi xung kép mở các cặp Thyristor của mạch cầu ba pha.
Thiết kế và triển khai
Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều được thiết kế theo cấu trúc phần cứng mạch động lực hoàn chỉnh:
[Lưới điện 3 pha 380V/50Hz]
[Máy biến áp chỉnh lưu Δ/Y (14,82 kVA, 380V/104V)]
[Cuộn kháng lọc san bằng Lk = 5,08 mH]
[Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập (12 kW, 220V, 64,17A)]
Dữ liệu tính toán thiết kế chi tiết của các phần tử mạch động lực được tổng hợp trong bảng số liệu kỹ thuật dưới đây:
| Phần tử thiết kế | Thông số tính toán kỹ thuật | Giá trị xác lập / Quy chuẩn |
|---|---|---|
| Van Thyristor (6 van) | Loại van công nghiệp lựa chọn | T60N600BOC |
| Điện áp ngược cực đại chịu đựng ($U_n$) | $600\text{ V}$ (tính toán yêu cầu: $415\text{ V}$) | |
| Dòng điện định mức của van ($I_{đm}$) | $60\text{ A}$ (dòng hiệu dụng làm việc: $37,04\text{ A}$) | |
| Đỉnh xung dòng điện cho phép ($I_{pik}$) | $1400\text{ A}$ | |
| Dòng / Điện áp xung điều khiển ($I_{đk} / U_{đk}$) | $150\text{ mA} / 1,4\text{ V}$ | |
| Sụt áp thuận trên Thyristor ($\Delta U_v$) | $1,8\text{ V}$ (tính toán kiểm tra: $3,1\text{ V}$) | |
| Thời gian chuyển mạch ($t_{cm}$) / Nhiệt độ cực đại | $180,\mu\text{s} / 125^\circ\text{C}$ | |
| Máy biến áp chỉnh lưu | Kiểu kết cấu / Tổ đấu dây | 3 pha 3 trụ, làm mát tự nhiên / $\Delta/Y$ |
| Công suất biểu kiến định mức ($S_{BA}$) | $14823,52\text{ VA} \approx 14,82\text{ kVA}$ | |
| Điện áp pha sơ cấp / thứ cấp ($U_1 / U_2$) | $380\text{ V} / 104,05\text{ V}$ | |
| Dòng điện hiệu dụng sơ cấp / thứ cấp ($I_1 / I_2$) | $14,34\text{ A} / 52,39\text{ A}$ | |
| Đường kính trụ sắt ($d$) / Số bậc thang trụ | $9\text{ cm}$ / 5 bậc | |
| Chiều cao mạch từ ($H$) / Chiều rộng cửa sổ ($c$) | $38\text{ cm} / 48,12\text{ cm}$ | |
| Số vòng dây cuộn sơ cấp ($W_1$) / Tiết diện ($S_1$) | $287\text{ vòng}$ (12 lớp) / $6\text{ mm}^2$ (dây đồng chữ nhật cấp B) | |
| Số vòng dây cuộn thứ cấp ($W_2$) / Tiết diện ($S_2$) | $78\text{ vòng}$ (4 lớp) / $21,5\text{ mm}^2$ | |
| Khối lượng sắt ($M_{Fe}$) / Khối lượng đồng ($M_{Cu}$) | $79,53\text{ kg} / 38,18\text{ kg}$ | |
| Điện trở quy đổi ($R_{BA}$) / Điện kháng ($X_{BA}$) | $0,045,\Omega / 0,108,\Omega$ | |
| Điện cảm máy biến áp quy đổi ($L_{BA}$) | $0,34\text{ mH}$ | |
| Tổng trở ngắn mạch ($Z_{BA}$) / Điện áp ngắn mạch ($U_n%$) | $0,117,\Omega / 5,88%$ | |
| Dòng điện ngắn mạch xác lập thứ cấp ($I_{2nm}$) | $889,31\text{ A}$ | |
| Cuộn kháng lọc ($L_k$) | Điện cảm yêu cầu bổ sung ($L_k$) | $5,08\text{ mH}$ (tổng điện cảm mạch: $6,76\text{ mH}$) |
| Dòng định mức qua cuộn lọc ($I_d$) | $64,17\text{ A}$ (thành phần xoay chiều $I_{1m} = 6,417\text{ A}$) | |
| Vật liệu lõi thép / Chiều dày lá thép | Thép kỹ thuật 330A / $0,35\text{ mm}$ | |
| Kích thước trụ ($a \times b$) / Mật độ từ cảm ($B_T$) | $20\text{ mm} \times 25\text{ mm} / 0,8\text{ T}$ | |
| Số vòng dây quấn cuộn kháng ($W$) | $87\text{ vòng}$ | |
| Tiết diện dây dẫn cuộn kháng ($S_k$) | $27,9\text{ mm}^2$ (dây chữ nhật $3,5 \times 8\text{ mm}$) | |
| Khối lượng sắt ($M_{Fe}$) / Khối lượng đồng ($M_{Cu}$) | $0,475\text{ kg} / 4,9\text{ kg}$ | |
| Dải góc điều khiển | Góc mở nhỏ nhất ($\alpha_{min}$) / Điện áp cực đại ($U_{dmax}$) | $10^\circ / 220\text{ V}$ |
| Góc mở lớn nhất ($\alpha_{max}$) / Điện áp cực tiểu ($U_{dmin}$) | $78,35^\circ / 49,15\text{ V}$ (đáp ứng dải tốc độ $D = 20:1$) |
Kiểm tra an toàn chuyển mạch: Tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch lớn nhất qua biến áp tính được là $\left(\frac{di_c}{dt}\right){max} = 0,36\text{ A}/\mu\text{s}$, nhỏ hơn rất nhiều so với giới hạn cho phép của van bán dẫn ($\left(\frac{di_c}{dt}\right){cp} = 100\text{ A}/\mu\text{s}$), đảm bảo van không bị đánh thủng do quá trình quá độ.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán kỹ thuật chính
- Xây dựng hoàn chỉnh bộ hồ sơ tính toán cho hệ truyền động chỉnh lưu cầu ba pha – động cơ một chiều $12\text{ kW}$, bảo đảm cung cấp dòng điện tải định mức $64,17\text{ A}$ và dải điện áp điều khiển từ $49,15\text{ V}$ đến $220\text{ V}$.
- Thiết kế máy biến áp động lực $14,82\text{ kVA}$ với đầy đủ kích thước hình học lõi từ ($H = 38\text{ cm}$, trụ $d = 9\text{ cm}$), số vòng dây ($W_1 = 287, W_2 = 78$), điện trở và điện kháng ngắn mạch ($R_{BA} = 0,045,\Omega, X_{BA} = 0,108,\Omega$), đáp ứng kiểm nghiệm về độ sụt áp ($\Delta U_{BA} = 8,43\text{ V}$) và giới hạn dòng ngắn mạch.
- Tính toán thành công cuộn kháng lọc $5,08\text{ mH}$ với $87$ vòng dây, triệt tiêu dòng điện sóng hài bậc cao xuống dưới mức $10% I_{đm}$ ($6,417\text{ A}$) tại góc mở xấu nhất $\alpha_{max} = 78,35^\circ$.
Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất
- Ứng dụng cấu hình chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng nhằm tối ưu hóa hệ số công suất của máy biến áp ($S_{BA} = 1,05 U_d I_d$) và giảm thiểu biên độ đập mạch điện áp ra tải so với sơ đồ chỉnh lưu tia hoặc chỉnh lưu bán điều khiển.
- Mắc nối tiếp cuộn kháng lọc chuyên dụng trong mạch phần ứng để san bằng dòng điện, hạn chế hiện tượng phát nhiệt phụ trên cổ góp và chống vùng dòng điện gián đoạn khi vận hành ở dải góc mở lớn.
- Áp dụng nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính để đồng bộ hóa và phát chuỗi xung kép cho các cặp van trong mạch cầu 3 pha.
Đóng góp về mặt học thuật và thực tiễn
Đồ án đã hệ thống hóa tường minh phương pháp luận thiết kế một hệ truyền động điện tử công suất từ yêu cầu công nghệ ban đầu của phụ tải đến việc tính toán chi tiết kết cấu vật lý của thiết bị điện từ (biến áp, cuộn kháng) và lựa chọn linh kiện bán dẫn công suất thương mại.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Hệ truyền động được thiết kế ở cấu trúc điều khiển vòng hở (chưa tích hợp các mạch vòng hồi tiếp âm tốc độ và hồi tiếp âm dòng điện), do đó độ chính xác duy trì tốc độ khi phụ tải biến động phụ thuộc hoàn toàn vào độ cứng tự nhiên của đặc tính cơ.
- Sơ đồ phát xung điều khiển cầu 3 pha đối xứng có độ phức tạp cao, đòi hỏi phân phối xung kép chính xác theo thứ tự góc pha $60^\circ$.
Hạn chế về phạm vi tài liệu và hướng nghiên cứu mở rộng
- Văn bản hiện tại dừng lại ở phần thuyết minh tính toán nguyên lý mạch điều khiển (Chương 4), chưa thể hiện đầy đủ sơ đồ chi tiết các khối bảo vệ (Chương 5) và kết quả chạy mô phỏng kiểm chứng dạng sóng trên phần mềm Matlab/Simulink (Chương 6) theo đề cương nhiệm vụ ban đầu.
- Hướng mở rộng tiếp theo: Thiết kế hoàn chỉnh mạch điều khiển phát xung tích hợp vi điều khiển/DSP, xây dựng hệ thống điều khiển kín hai mạch vòng (mạch vòng dòng điện bên trong và mạch vòng tốc độ bên ngoài) nhằm nâng cao độ ổn định tĩnh và mở rộng dải điều chỉnh.
Giá trị tham khảo
Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Điện tử Công suất khi thực hiện đồ án môn học Điện tử công suất, Truyền động điện hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến hệ thống biến đổi xoay chiều – một chiều (AC-DC converter).
- Các kỹ sư thiết kế phần cứng tham khảo quy trình tính toán kích thước mạch từ, số lớp dây quấn, chọn tiết diện dây đồng chuẩn hóa và tính toán khối lượng vật liệu cho máy biến áp khô và cuộn kháng san bằng công suất vừa và nhỏ.
Câu hỏi thường gặp
1. Vì sao tác giả lựa chọn phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng thay vì phương pháp thay đổi điện trở phụ hoặc thay đổi từ thông?
Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng cho phép điều chỉnh trơn liên tục trong dải rộng ($D = 10:1$ đến $20:1$) ở vùng dưới tốc độ định mức với mô-men không đổi, đồng thời giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ và không gây tổn hao nhiệt lớn như phương pháp mắc điện trở phụ. Phương pháp giảm từ thông chỉ điều chỉnh được phía trên tốc độ định mức.
2. Mạch động lực sử dụng loại linh kiện bán dẫn nào và các thông số định mức chính là bao nhiêu?
Mạch động lực sử dụng 6 Thyristor loại T60N600BOC với điện áp ngược cực đại $U_n = 600\text{ V}$, dòng điện định mức $I_{đm} = 60\text{ A}$, đỉnh xung dòng điện $I_{pik} = 1400\text{ A}$, điện áp sụt thuận $\Delta U = 1,8\text{ V}$, dòng điện điều khiển $I_{đk} = 150\text{ mA}$ và điện áp điều khiển $U_{đk} = 1,4\text{ V}$.
3. Máy biến áp chỉnh lưu ba pha được thiết kế với các thông số kết cấu và điện áp như thế nào?
Máy biến áp 3 pha 3 trụ tổ đấu dây $\Delta/Y$ có công suất $S_{BA} = 14,82\text{ kVA}$, điện áp sơ cấp $U_1 = 380\text{ V}$, điện áp thứ cấp $U_2 = 104,05\text{ V}$. Mạch từ dùng thép 330 dày $0,5\text{ mm}$ với đường kính trụ $9\text{ cm}$, khối lượng sắt $79,53\text{ kg}$, khối lượng đồng $38,18\text{ kg}$. Cuộn sơ cấp quấn 287 vòng ($6\text{ mm}^2$) và cuộn thứ cấp quấn 78 vòng ($21,5\text{ mm}^2$).
4. Vì sao cần mắc thêm cuộn kháng lọc nối tiếp phần ứng và thông số cuộn kháng tính được là bao nhiêu?
Cuộn kháng lọc có tác dụng san bằng dòng điện, hạn chế biên độ đập mạch của dòng điện sóng hài bậc 1 ($I_{1m} \le 10% I_{đm}$) để tránh gây phát nhiệt cổ góp và hạn chế vùng dòng điện gián đoạn ở góc mở lớn. Cuộn kháng được thiết kế với điện cảm $L_k = 5,08\text{ mH}$, gồm 87 vòng dây đồng tiết diện $27,9\text{ mm}^2$, khối lượng sắt $0,475\text{ kg}$ và khối lượng đồng $4,9\text{ kg}$.
5. Dải góc điều khiển mở van $\alpha$ được xác định trong khoảng nào để đáp ứng yêu cầu công nghệ?
Góc mở van được xác định từ $\alpha_{min} = 10^\circ$ (góc dự trữ bù sụt áp lưới, cho điện áp ra tải lớn nhất $U_{dmax} = 220\text{ V}$ ứng với tốc độ định mức $1350\text{ vg/ph}$) đến $\alpha_{max} = 78,35^\circ$ (cho điện áp cực tiểu $U_{dmin} = 49,15\text{ V}$ ứng với dải điều chỉnh tốc độ $D = 20:1$).
Kết luận
Báo cáo đồ án môn học Điện tử công suất của sinh viên Nguyễn Hoài Nam đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật hệ truyền động chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng cấp nguồn cho động cơ một chiều kích từ độc lập $12\text{ kW}$. Toàn bộ các thông số từ van bán dẫn Thyristor, máy biến áp lực $14,82\text{ kVA}$ đến cuộn kháng lọc $5,08\text{ mH}$ đều được tính toán giải tích rõ ràng, tuân thủ các quy chuẩn vật liệu kỹ thuật điện. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị cao về mặt phương pháp luận tính toán thiết kế phần cứng biến đổi điện năng trong lĩnh vực truyền động điện tự động.