Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, việc tự động hóa các dây chuyền sản xuất và ứng dụng các thành tựu khoa học - kỹ thuật vào công nghiệp đóng vai trò then chốt. Ngành điện tử công suất và truyền động điện giữ vị trí nền tảng trong việc nâng cao hiệu suất làm việc, tối ưu hóa năng lượng và giảm giá thành sản phẩm trong các nhà máy cũng như các ngành khai thác công nghiệp nặng. Nhằm củng cố và hiện thực hóa các kiến thức lý thuyết đã học vào bài toán thiết kế kỹ thuật cụ thể, đồ án môn học "Điện tử công suất - Truyền động điện" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của TS. Quách Đức Cường.

Đề tài nghiên cứu tập trung vào nhiệm vụ: "Tính toán thiết kế hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong hệ truyền động điện - Thiết kế bộ nguồn 1 chiều cấp cho động cơ điện kích từ độc lập". Hệ thống được thiết kế dựa trên các thông số kỹ thuật định mức của tải và nguồn như sau:

Thông số kỹ thuật Giá trị quy định Đơn vị
Công suất định mức động cơ ($P_{đm}$) 11 kW
Điện áp định mức ($U_{đm}$) 440 V
Tốc độ quay định mức ($n_{đm}$) 1500 rpm (vòng/phút)
Hiệu suất động cơ ($\eta$) 81 %
Cấu hình mạch động lực Chỉnh lưu SCR tia 3 pha -

Nhiệm vụ nghiên cứu và chuẩn đầu ra học phần bao gồm:

  1. Chuẩn đầu ra L1.1: Vận dụng hệ thống kiến thức về phân tích, thiết kế mạch lực, mạch điều khiển của bộ biến đổi công suất và hệ truyền động điện phục vụ sản xuất.
  2. Chuẩn đầu ra L1.2: Tính toán, lựa chọn van bán dẫn (Thyristor/SCR), thiết bị công suất (máy biến áp chỉnh lưu, cuộn kháng lọc, aptomat, công tắc tơ, cầu chì) và các phần tử mạch điều khiển.
  3. Nhiệm vụ mô phỏng và trình bày: Xây dựng mô hình mô phỏng mạch lực và mạch điều khiển trên phần mềm PSIM và MATLAB/Simulink; thực hiện bản vẽ kỹ thuật mạch động lực và mạch điều khiển trên phần mềm AutoCAD/Visio khổ A3.

Đối tượng nghiên cứu là hệ truyền động điện một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển tia 3 pha cấp nguồn cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập công suất 11 kW. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Bộ môn Điều khiển và Tự động hóa, Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội trong năm học 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu vận dụng nền tảng lý thuyết điện tử công suất và lý thuyết truyền động điện kinh điển:

  • Lý thuyết máy điện một chiều kích từ độc lập: Động cơ được mô tả qua phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng: $$U_ư = E_ư + (R_ư + R_f) I_ư$$ Trong đó, sức điện động phản kháng của phần ứng $E_ư = K_e \Phi n$, mômen điện từ $M_{đt} = K_M \Phi I_ư$. Đặc tính cơ của động cơ được biểu diễn qua quan hệ giữa tốc độ quay và mômen: $$\omega = \frac{U_ư}{K_M \Phi} - \frac{R_ư + R_f}{(K_M \Phi)^2} M$$ Tài liệu phân tích ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều: thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi từ thông kích từ và thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng. Trong đó, phương pháp thay đổi điện áp phần ứng bằng bộ biến đổi chỉnh lưu Thyristor được chọn làm giải pháp trung tâm vì duy trì được độ cứng đặc tính cơ và điều chỉnh vô cấp, êm dịu.
  • Lý thuyết bộ chỉnh lưu điều khiển SCR hình tia 3 pha: Mạch gồm biến áp 3 pha có cuộn thứ cấp đấu hình sao có dây trung tính ($Y_0$), 3 van Thyristor nối với 3 pha và chung cực catôt cấp cho tải. Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải phụ thuộc vào góc mở điều khiển $\alpha$: $$U_d = \frac{3\sqrt{6}}{2\pi} U_2 \cos\alpha$$ với $U_2$ là điện áp pha thứ cấp máy biến áp. Tài liệu phân tích chi tiết trạng thái làm việc ở các chế độ góc mở khác nhau ($\alpha = 0^\circ$, $\alpha = 30^\circ$, $\alpha = 60^\circ$) và ảnh hưởng của điện cảm tải đến tính liên tục của dòng điện $I_d$.
  • Lý thuyết phân tích sóng hài chuỗi Fourier: Ứng dụng khai triển Fourier cho điện áp ngõ ra chỉnh lưu để xác định biên độ các thành phần sóng hài bậc cao, từ đó tính toán trị số điện cảm yêu cầu cho cuộn kháng lọc nhằm làm phẳng dòng điện phần ứng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật: Áp dụng các công thức giải tích chuyên ngành để tính toán điện áp ngược cực đại, dòng điện hiệu dụng qua van bán dẫn có xét đến hệ số dự trữ; tính toán nhiệt học và chọn cánh tản nhiệt; tính toán thiết kế máy biến áp điện lực (mạch từ, dây quấn, sụt áp, khối lượng vật liệu) và cuộn kháng lọc.
  • Phương pháp mô phỏng số: Thiết lập sơ đồ nguyên lý và thông số thực nghiệm trên phần mềm PSIM và MATLAB/Simulink nhằm kiểm chứng dạng sóng điện áp, dòng điện phần ứng và phản ứng động học của hệ thống.
  • Nguồn tài liệu và học liệu tham khảo:
    • Tổng hợp hệ thống điện cơ (Quách Đức Cường, Nguyễn Đăng Toàn, NXB KHKT, 2019).
    • Điều chỉnh tự động truyền động điện (Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi, NXB KHKT, 2005).
    • Điện tử công suất (Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, NXB KHKT, 2005).
    • Giáo trình điện tử công suất (Trần Trọng Minh, NXB Giáo dục, 2012).
    • Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất (Trần Văn Thịnh, NXB Giáo dục, 2008).
    • Hướng dẫn thiết kế Điện tử công suất (Phạm Quốc Hải, NXB KHKT, 2009).
    • Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động (Nguyễn Phùng Quang, NXB KHKT, 2008).

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Đồ án triển khai thiết kế hệ thống bao gồm mạch động lực, cuộn kháng lọc, máy biến áp nguồn, hệ thống bảo vệ và mạch điều khiển hoàn chỉnh:

                                                     [Mạch điều khiển tích hợp TCA 780] 
                                                     [Biến áp đồng pha & Đồng bộ lưới]

1. Tính chọn van bán dẫn Thyristor

Dựa trên điện áp làm việc cực đại và dòng điện hiệu dụng qua van có kể đến hệ số dự trữ điện áp ($k_{dtU} = 1{,}6 - 2{,}0$) và hệ số dự trữ dòng điện ($k_{dtI} = 1{,}2 - 1{,}5$), kết hợp điều kiện làm mát tự nhiên bằng cánh tản nhiệt (van làm việc ở mức 40% công suất danh định), nhóm tác giả lựa chọn linh kiện bán dẫn công suất loại T35N1800BOF với các thông số chuẩn:

Đại lượng định mức Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Điện áp ngược cực đại $U_{ng.max}$ 1800 V
Dòng điện định mức của van $I_{đm}$ 35 A
Đỉnh xung dòng điện cho phép $I_{TM}$ 1100 A
Dòng điện điều khiển mở van $I_G$ 120 mA
Điện áp điều khiển mở van $U_G$ 1{,}4 V
Dòng điện tự giữ $I_H$ 200 mA
Dòng điện rò $I_L$ 20 mA
Sụt áp trên van ở trạng thái dẫn $\Delta U_V$ 2 V
Đạo hàm tăng điện áp cực đại $du/dt$ 1000 V/$\mu$s
Nhiệt độ chuyển tiếp làm việc cực đại $T_{j.max}$ 125 $^\circ$C

2. Thiết kế máy biến áp chỉnh lưu

Máy biến áp được tính toán là loại máy biến áp khô 3 pha 3 trụ làm mát bằng không khí tự nhiên:

  • Thông số điện cơ bản:
    • Điện áp chỉnh lưu không tải sơ bộ: $U_{d0} \approx 440\text{ V} + \Delta U_V + \Delta U_{BA} + \Delta U_{dn}$.
    • Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: $U_2$ được xác định theo hệ số sơ đồ tia 3 pha.
    • Số vòng dây cuộn sơ cấp: $W_1 = 270$ vòng (chia làm 6 lớp, mỗi lớp 45 vòng dây).
    • Số vòng dây cuộn thứ cấp: $W_2 = 287$ vòng (chia làm 6 lớp: lớp đầu tiên 47 vòng, 5 lớp kế tiếp mỗi lớp 48 vòng).
    • Tiết diện dây quấn: Chọn dây đồng tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B.
  • Kích thước mạch từ và khối lượng vật liệu:
    • Lõi thép: Sử dụng thép kỹ thuật điện cán lạnh dày 0,5 mm, trụ thép ghép 6 bậc.
    • Chiều cao trụ: $h = 23\text{ cm}$.
    • Kích thước cửa sổ mạch từ: Tính toán dựa trên hệ số lấp đầy cửa sổ $k_{ld}$.
    • Khối lượng vật liệu: Đã xác định chi tiết tổng khối lượng sắt từ ($M_{Fe}$) và tổng khối lượng đồng dây quấn ($M_{Cu}$) qua thể tích hình học của trụ, gông và chu vi trung bình cuộn dây.

3. Thiết kế cuộn kháng lọc và mạch bảo vệ

  • Cuộn kháng lọc:
    • Để đảm bảo dòng điện phần ứng liên tục và hệ số đập mạch $k_{sb} \le k_{sb.cp}$, đồ án xác định điện cảm cuộn kháng lọc $L_{cl}$ kết hợp với điện cảm tự nhiên của mạch phần ứng động cơ $L_ư$.
    • Mạch từ cuộn kháng: Dùng lá thép loại 330A dày 0,35 mm, kích thước trụ mạch từ $a = 20\text{ mm}$, $b = 25\text{ mm}$, mật độ từ cảm $B = 0{,}8 - 1{,}2\text{ T}$.
    • Dây quấn cuộn kháng: Dây đồng chữ nhật cách điện cấp B, tính toán số vòng $W_{cl}$ và kích thước tiết diện chịu dòng điện tải định mức.
  • Mạch bảo vệ động lực:
    • Bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch và quá điện áp từ lưới điện bằng các mạch hấp thụ xung $R-C$ mắc song song với van và ngõ vào máy biến áp.
    • Bảo vệ quá nhiệt bằng khối cánh tản nhiệt nhôm định hình tiêu chuẩn gắn cho từng vỏ van Thyristor.
    • Bảo vệ quá dòng ngắn mạch bằng cầu chì tác cắt nhanh và aptomat.

4. Thiết kế mạch điều khiển

  • Khâu phát xung điều khiển sử dụng vi mạch chuyên dụng TCA 780, hoạt động theo nguyên lý điều khiển pha đồng bộ với điện áp lưới.
  • Mạch bao gồm: khối biến áp đồng pha lấy tín hiệu điện áp lưới, khối định thì tạo điện áp răng cưa tuyến tính, khối so sánh tạo góc kích $\alpha$, và tầng khuếch đại - cách ly xung điều khiển (sử dụng biến áp xung hoặc transistor khuếch đại công suất cấp dòng $I_G \ge 120\text{ mA}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ 1 chiều

Chương 1 trình bày toàn diện lý thuyết về sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha và cấu tạo, nguyên lý vận hành của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

  • Phân tích sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu hình tia 3 pha: Gồm máy biến áp có thứ cấp đấu hình sao nối đất ($Y_0$) và 3 van Thyristor $T_1, T_2, T_3$. Điều kiện mở van là điện áp anôt dương hơn catôt và có xung điều khiển kích vào cực $G$. Mỗi Thyristor dẫn dòng trong khoảng thời gian tối đa $1/3$ chu kỳ ($120^\circ$).
  • Khảo sát dạng sóng điện áp và dòng điện ở các góc mở $\alpha = 0^\circ$, $\alpha = 30^\circ$, $\alpha = 60^\circ$ trên tải trở - cảm ($R-L-E$). So sánh với chỉnh lưu 1 pha, sơ đồ tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, độ đập mạch nhỏ hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn và mạch điều khiển tương đối đơn giản.
  • Khái quát cấu tạo và nguyên lý của Thyristor (cấu trúc 4 lớp bán dẫn $P-N-P-N$, 3 cực $A, K, G$), đặc tính V-A, quá trình kích mở bằng dòng $I_G$ và nguyên lý khóa van bằng cách đặt điện áp ngược $U_{AK} < 0$ hoặc ngắt dòng qua van nhỏ hơn dòng duy trì $I_H$.
  • Phân tích cấu tạo động cơ điện một chiều (stator gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, chổi than; rotor gồm lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp) cùng phương trình đặc tính cơ điện. So sánh ưu - nhược điểm của ba phương pháp điều chỉnh tốc độ: thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi từ thông $\Phi$, và mắc điện trở phụ $R_f$.

Chương 2: Tính toán thiết kế mạch lực

Chương 2 là phần trọng tâm về tính toán kỹ thuật của đồ án:

  • Thiết lập sơ đồ nguyên lý mạch động lực và xác định nguyên lý làm việc của hệ truyền động.
  • Tính chọn van bán dẫn: Xác định điện áp ngược cực đại $U_{ng.max}$ và dòng điện hiệu dụng qua van $I_{hd}$, từ đó tra cứu và chọn van Thyristor mã hiệu T35N1800BOF ($1800\text{ V} - 35\text{ A}$).
  • Thiết kế máy biến áp lực:
    • Tính toán các thông số điện: $U_{d0}$, công suất định mức máy biến áp $S_{BA}$ (kVA), điện áp pha sơ cấp $U_1$, điện áp pha thứ cấp $U_2$, dòng điện hiệu dụng sơ/thứ cấp $I_1, I_2$, tỷ số biến áp $k_{BA}$.
    • Tính toán mạch từ: Tính tiết diện trụ sắt sơ bộ $Q_{Fe}$, đường kính trụ $d$, chọn chiều cao trụ $h = 23\text{ cm}$, vật liệu tôn silic 0,5 mm.
    • Tính toán dây quấn: Số vòng dây sơ cấp $W_1 = 270$ vòng (6 lớp), số vòng thứ cấp $W_2 = 287$ vòng (6 lớp); chuẩn hóa tiết diện dây đồng chữ nhật có bọc cách điện cấp B; kiểm tra mật độ dòng điện $J$.
    • Tính toán kết cấu mạch từ và vật liệu: Kích thước cửa sổ lõi thép, xác định tổng khối lượng sắt $M_{Fe}$ (kg) và khối lượng đồng $M_{Cu}$ (kg).
    • Tính toán các tham số sụt áp nội bộ máy biến áp: Điện trở thuần $R_{BA}$, điện kháng $X_{BA}$, điện cảm quy đổi $L_{BA}$ và sụt áp ngắn mạch.
  • Tính toán thiết kế cuộn kháng lọc:
    • Xác định góc mở cực tiểu $\alpha_{min}$ và góc mở cực đại $\alpha_{max}$ để bù sụt áp lưới và điều chỉnh dải tốc độ.
    • Khai triển chuỗi Fourier điện áp tải để phân tích biên độ sóng hài bậc 1 ($k = 1$).
    • Xác định điện cảm yêu cầu của cuộn lọc $L_{cl}$, từ đó tính toán kết cấu mạch từ (thép lá 330A dày 0,35 mm, $a = 20\text{ mm}$, $b = 25\text{ mm}$, số vòng dây $W_{cl}$, tiết diện dây dẫn).
  • Tính chọn hệ thống bảo vệ: Thiết kế mạch $R-C$ dập xung quá điện áp do đóng cắt/chuyển mạch, bảo vệ quá điện áp nguồn lưới, tính chọn kích thước cánh tản nhiệt nhôm làm mát tự nhiên cho van bán dẫn.

Chương 3: Tính toán thiết kế mạch điều khiển

Chương 3 trình bày giải pháp điều khiển đồng pha cho hệ chỉnh lưu:

  • Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển phát xung kích mở Thyristor.
  • Tính chọn vi mạch tích hợp tạo xung chuyên dụng TCA 780, cấu hình các phần tử ngoại vi (điện trở, tụ điện tạo điện áp răng cưa và điều chỉnh độ rộng xung).
  • Tính toán máy biến áp đồng pha nhằm cung cấp tín hiệu điện áp chuẩn đồng bộ với lưới điện xoay chiều.
  • Tính toán tầng khuếch đại xung và biến áp xung cách ly để cung cấp đủ dòng điều khiển $I_G$ và điện áp $U_G$ kích mở đồng thời, tin cậy cho 3 Thyristor theo đúng thứ tự pha.

Chương 4: Mô phỏng và phân tích kết quả

Chương 4 tiến hành kiểm chứng thiết kế thông qua công cụ mô phỏng số:

  • Xây dựng mô hình mô phỏng bộ chỉnh lưu tia 3 pha dùng Thyristor trên phần mềm chuyên dụng PSIM.
  • Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ điện một chiều kích từ độc lập kết nối với bộ chỉnh lưu trên phần mềm MATLAB/Simulink.
  • Phân tích các dạng sóng kết quả: Dạng sóng điện áp ngõ ra chỉnh lưu $U_d$, dòng điện tải $I_d$, điện áp ngược trên từng van Thyristor, dạng sóng đáp ứng tốc độ và mômen của động cơ DC. Kết quả mô phỏng cho thấy các giá trị điện áp, dòng điện và đặc tính khởi động, xác lập của động cơ hoàn toàn phù hợp với các giá trị tính toán lý thuyết trong Chương 2 và Chương 3.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Hoàn thành hệ thống tính toán mạch lực hoàn chỉnh: Thiết kế thành công bộ biến đổi chỉnh lưu SCR tia 3 pha cấp nguồn cho động cơ DC kích từ độc lập 11 kW, 440 V, 1500 rpm với đầy đủ bảng thông số thiết bị:
Hạng mục thiết bị Thông số / Quy cách lựa chọn
Van chỉnh lưu chính 03 Thyristor T35N1800BOF ($1800\text{ V}, 35\text{ A}, I_G = 120\text{ mA}$)
Máy biến áp động lực Biến áp 3 pha 3 trụ làm mát tự nhiên, lõi thép 0,5 mm, $h = 23\text{ cm}$
Cuộn dây sơ cấp máy biến áp $W_1 = 270$ vòng (6 lớp, dây chữ nhật cách điện cấp B)
Cuộn dây thứ cấp máy biến áp $W_2 = 287$ vòng (6 lớp, dây chữ nhật cách điện cấp B)
Cuộn kháng lọc san bằng Lõi thép 330A dày 0,35 mm ($a = 20\text{ mm}, b = 25\text{ mm}$), quấn dây đồng chữ nhật
Khối điều khiển kích xung Vi mạch TCA 780 kết hợp biến áp đồng pha và mạch khuếch đại xung
Khối bảo vệ Mạch $R-C$ bảo vệ quá áp, cánh tản nhiệt nhôm bảo vệ quá nhiệt
  1. Kiểm chứng qua mô phỏng: Các mô hình trên PSIM và MATLAB/Simulink đã mô phỏng thành công quá trình chỉnh lưu, góc mở $\alpha$, sự liên tục của dòng điện phần ứng và phản ứng cơ học của động cơ, chứng minh tính khả thi của các công thức tính toán thiết kế.

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Cung cấp phương pháp luận và quy trình tính toán từng bước mạch lạc cho bài toán thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu công suất trung bình (11 kW) ứng dụng trong truyền động điện công nghiệp.
  • Kết hợp đồng bộ giữa tính toán lý thuyết giải tích mạch lực, thiết kế chi tiết kết cấu vật lý của thiết bị điện từ (máy biến áp, cuộn kháng) và kiểm chứng bằng công cụ mô phỏng số hiện đại.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ vào phạm vi thực hiện của đồ án môn học, các hạn chế và hướng mở rộng được ghi nhận như sau:

  • Hạn chế:
    • Cấu hình chỉnh lưu tia 3 pha có dòng điện thứ cấp máy biến áp là dòng một chiều, dẫn đến hiện tượng từ hóa một chiều lõi thép máy biến áp, làm tăng dung lượng định mức yêu cầu của máy biến áp so với sơ đồ cầu 3 pha.
    • Thiết kế dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết, lập bản vẽ kỹ thuật (AutoCAD/Visio) và mô phỏng trên phần mềm (PSIM/Simulink), chưa tiến hành gia công chế tạo mô hình phần cứng thực nghiệm để đo kiểm các thông số thực tế.
  • Hướng mở rộng:
    • Nghiên cứu so sánh và chuyển đổi sang sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn để loại bỏ hiện tượng từ hóa lõi thép, giảm điện áp ngược đặt lên van và nâng cao hệ số công suất.
    • Ứng dụng các bộ điều khiển số hiện đại (vi điều khiển, DSP hoặc PLC) thay thế cho vi mạch analog TCA 780 để tích hợp các thuật toán điều khiển kín (vòng lặp kín dòng điện - tốc độ PI/PID).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Tự động hóa và Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tham khảo cụ thể về phương pháp làm đồ án môn học Điện tử công suất, Truyền động điện và Thiết kế thiết bị điện cơ.
  • Nội dung tham khảo nổi bật: Quy trình tính toán chi tiết kết cấu dây quấn và mạch từ máy biến áp chỉnh lưu; phương pháp tính toán cuộn kháng lọc bằng chuỗi Fourier; sơ đồ ứng dụng IC tạo xung TCA 780 trong điều khiển Thyristor 3 pha.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án thiết kế hệ thống cấp nguồn cho loại động cơ nào với các thông số định mức ra sao?

Đồ án thiết kế bộ nguồn một chiều cấp cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập với các thông số định mức: công suất $P_{đm} = 11\text{ kW}$, điện áp phần ứng định mức $U_{đm} = 440\text{ V}$, tốc độ định mức $n_{đm} = 1500\text{ rpm}$, và hiệu suất định mức $\eta = 81%$.

2. Cấu hình mạch động lực nào được lựa chọn và van bán dẫn cụ thể là loại gì?

Mạch động lực sử dụng sơ đồ chỉnh lưu điều khiển SCR hình tia 3 pha. Loại van bán dẫn được tính chọn là Thyristor T35N1800BOF có điện áp ngược cực đại $U_{ng.max} = 1800\text{ V}$, dòng điện định mức $I_{đm} = 35\text{ A}$, dòng kích mở cực điều khiển $I_G = 120\text{ mA}$, và điện áp rơi trên van $\Delta U_V = 2\text{ V}$.

3. Số vòng dây và quy cách bố trí cuộn dây máy biến áp chỉnh lưu được tính toán như thế nào?

Máy biến áp 3 pha 3 trụ làm mát tự nhiên bằng không khí có cuộn sơ cấp gồm 270 vòng quấn thành 6 lớp (45 vòng/lớp); cuộn thứ cấp gồm 287 vòng quấn thành 6 lớp (lớp 1 có 47 vòng, 5 lớp sau mỗi lớp 48 vòng). Toàn bộ sử dụng dây đồng tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B.

4. Khâu điều khiển phát xung kích mở Thyristor được thiết kế bằng giải pháp nào?

Mạch điều khiển sử dụng vi mạch điều khiển pha chuyên dụng TCA 780, kết hợp máy biến áp đồng pha lấy tín hiệu lưới và tầng khuếch đại xung để tạo chuỗi xung điều khiển đồng bộ có biên độ điện áp và dòng điện phù hợp kích mở 3 van Thyristor.

5. Những phần mềm nào được nhóm tác giả sử dụng để thiết kế và mô phỏng hệ thống?

Hệ thống được mô phỏng kiểm chứng trên hai phần mềm là PSIM (mô phỏng mạch điện tử công suất) và MATLAB/Simulink (mô phỏng hệ truyền động động cơ DC). Các bản vẽ kỹ thuật mạch động lực và mạch điều khiển được thực hiện trên AutoCAD hoặc Visio khổ A3.

Kết luận

Báo cáo đồ án môn học "Điện tử công suất - Truyền động điện" của nhóm sinh viên Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu SCR tia 3 pha cấp cho động cơ một chiều kích từ độc lập công suất 11 kW. Toàn bộ quy trình tính chọn van Thyristor T35N1800BOF, thiết kế máy biến áp lực, cuộn kháng lọc, mạch bảo vệ và mạch điều khiển dùng IC TCA 780 đều được trình bày rõ ràng với số liệu giải tích cụ thể. Kết quả mô phỏng trên PSIM và MATLAB/Simulink đã khẳng định tính chính xác của các bước tính toán và tính khả thi trong việc triển khai kỹ thuật.