Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lượng

Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Tên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động cho cân  băng định lượng F Phễu Vật liệu Cơ cấu cân định lượng Puli chủ động Hộp số Động cơ Động cơ điện một chiều Số liệu : Lực kéo 600N Tốc độ cực đại 1,5 m/s Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s Đường kính trục 300 mm Hộp số i = 10 ; h = 80% Yêu cầu : Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động Tính chọn công suất động cơ Chọn phương án truyền động Xây dựng sơ đồ điều khiển Tổng hợp hệ Chương I Mô tả quá trình công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động cân băng định lượng 1 . Mô tả quá trình công nghệ của cân băng định  lượng Cân băng định lượng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng vận chuyển. Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo ...) hoặc các vật liệu thể rắn ( gỗ , hòm , thép thỏi ) theo phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng ( góc nghiêng không lớn hơn 30o ). Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền sản xuất. Hệ truyền động cân băng định lượng gồm có: + Động cơ + Hộp số + Puli chủ động + Băng tải + Phễu + Cơ cấu cân định lượng Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờ ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với băng . Để khắc phục độ võng của băng người ta đặt các con lăn và chúng cũng tự do quay do ma sát với băng . Vật liệu từ phễu nhờ băng tải được chuyển đến đổ ở máng phối liệu. Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định lượng cân chính xác theo lượng đặt ban đầu. Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức: [ kg/s ] hay: [ tấn/h ] trong đó: ả : khối lượng tải theo cjiều dài [kg/m ] v : tốc độ di chuyển của băng [m/s] Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo công thức: trong đó: g : khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ] S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ] 2 . Các thông số kỹ thuật, đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu 2.1 . Các thông số kỹ thuật Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều. Lực kéo 600 N Tốc độ cực đại 1,5 m/s Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s Đường kính trục 300 mm Hộp số i =10 ; h = 80% 2.2 . Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ  truyền động a . Loại phụ tải Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng trong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ v = 0 Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm Mc - Mômen ứng với tốc độ v Với băng tải a = 0. Do đó ta có Mc = Mđm = const . Ta thấy rằng tải của hệ truyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi trong quá trình làm việc. Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn. Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh tốc độ với Mc = const như sau: w wmax Pc Mc wmin Pmax Mc ,Pc b . Chiều quay của băng Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay. Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi, không bảo đảm được yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số phần của vật liệu không chuyển qua được thiết bị cảm biến để cân chính xác. c . Giản đồ phụ tải Các thông số chính của hệ truyền động Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất vmin = 0,075 ( m/s ) vmax = 1,5 ( m/s ) Vận tốc của trục quay Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10 Từ phương trình động học của truyền động điện ta có giản đồ phụ tải 0 1 2 3 MC t + Đoạn 01 là đoạn băng tải được khởi động. Vì băng tải làm việc ở chế độ dài hạn, số lần đóng cắt ít. Các yêu cầu về khởi động động cơ là không nặng nề. Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc và ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống băng từ phễu. + Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải Mc không đổi. Biến thiên dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23. + Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm. d . Các yêu cầu về khởi động và hãm Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động. Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình làm việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn. Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhưng cũng tránh cho hệ dừng với gia tốc lớn gây hư hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thường làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng không cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự do. e . Sơ đồ động học Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng có dạng đơn giản như sau : Trong đó: Động cơ điện Hộp tốc độ Trục chính để lắp vào máy quay băng tải g . Hệ truyền động nhiều động cơ Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trường hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng. h . Độ chính xác Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , được đánh giá bởi sai lệch tĩnh: i . Dải điều chỉnh Chương II tính chọn công suất động cơ 1 . Xác định các thông số cần thiết Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất Mô men cản qui đổi về trục động cơ: 2 .Tính công suất động cơ Để tính chọn công suất động cơ trong trường hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau: Đặc tính phụ tải truyền động Pc(w), Mc(w): Phụ tải truyền động yêu cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm.wmax Đặc tính phụ tải Phạm vi điều chỉnh tốc độ wmax và wmin Dải điều chỉnh tốc độ: D =wmax/wmin = 20 : 1 Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động Dự dịnh dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển (thyristor). Loại động cơ truyền động Yêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập. Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI: Ta chọn loại động cơ PH-68 của Nga với các thông số sau Pđm = 1,45 (kW) Uđm = 220 (V) Iđm = 8,5 (A) nđm = 2100 (vòng/phút) R = Rư + Rcp =2,49(W) Fđm = 4,8 (mWb) Ikt = 0,57 (A) Jđ = 0,125 (kg.m2) 2p = 4 Xác định các thông số động cơ Điện cảm phần ứng Lư = Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 á 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 á 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. kFđm = Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m2) Hằng số thời gian cơ học Tc = Hằng số thời gian mạch phần ứng Tư = Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Chương III Chọn phương án truyền động Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của băng tảI và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh tốc độ động cơ quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi. Với phương án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông động cơ không đổi thì ta có các phương án truyền động sau: Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ). Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ T-Đ). Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ). 1 . Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một  chiều (F-Đ) a . Cấu trúc hệ F-Đ Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát điện này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ truyền động quay chi tiết của máy mài M được cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát iKF thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ được giữ nguyên. b . Đặc điểm của hệ F-Đ Các chỉ tiêu chất lượng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tương tự như các chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ. Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác như các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lượng. Các đặc điểm khác Phạm vi điều chỉnh tốc độ được nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiện hãm điện dễ dàng. Vốn đầu tư ban đầu và diện tích lắp đặt lớn. 2 . Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển -  động cơ một chiều Tốc độ động cơ điện một chiều có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lưu - động cơ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó các bộ chỉnh lưu là điều khiển được. Các van điều khiển có thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristor được sử dụng rộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi những tính chất ưu việt: gọn nhẹ, tổn hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ... Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có sức điện động Eđ phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển a). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp (chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu tia ...). Các bộ chỉnh lưu thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ). a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ) Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng thyristor. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu thyristor. Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và các tính chất của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E). Phương trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lưu liên tục: Độ cứng của đặc tính cơ là trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ Rư và điện trở các phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ). Đặc tính cơ hệ T-Đ. Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển a: . Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tưởng này chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính là lớn hơn. Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trường hợp này như trên hình 4-3 khi điều chỉnh ở vùng dưới tốc độ định mức. Các đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển a càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản Mc, tốc độ động cơ sẽ giảm. Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn. Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, là đường phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đường ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ: Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lưu p. Song khi tăng số xung p thì mạch lực chỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thời gian quá độ) và làm tăng trọng lượng, kích thước của hệ thống. Biên giới này được mô tả bởi đường cong nét đứt trên hình 4-3. c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn. Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cosj của hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu. 3 . Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp -  động cơ một chiều (XA-Đ) Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử dụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai trò cơ bản. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh được điện áp ra tải. Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó là các van bán dẫn. Song do chúng làm việc trong mạch một chiều nên khi dùng loại thyristor thông thường nó không được khoá lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn như khi làm việc với nguồn xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi là "mạch khoá cưỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế. Vì vậy, hiện nay ta cố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt như transistor bipolar, MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này chịu được. Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor. Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp dụng cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện...). Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện áp ra của bộ XA tính theo giá trị trung bình : Uư = sUng, trong đó: Uư là điện áp phần ứng động cơ,Ung là điện áp một chiều cần băm , s là hệ số lấp đầy xung: với tt, tk là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện tử. Do đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, cần thay đổi hệ số s của bộ XA. Hệ số này có thể thay đổi bằng 3 phương pháp: thay đổi tt, T hoặc cả hai. So sánh 3 phương án ta quyết định chọn phương án truyền động chỉnh lưu Thyristor - động cơ một chiều kích từ độc lập. 4 . Tính chọn bộ biến đổi chỉnh lưu TIRISTOR Yêu cầu đối với bộ chỉnh lưu Nguồn điện xoay chiều: 3x380V, 50Hz Bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Điện áp chỉnh lưu: Ud = 220 V Dòng chỉnh lưu: Id = 8,5 A Độ nhấp nhô thấp a . Xác định điện áp không tải chỉnh lưu và điện áp ra của máy biến áp Bộ biến đổi chỉnh lưu cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều có các tham số : sức điện động định mức động cơ Eưđm , sụt áp tổng ở mạch khi dòng phản ứng cực đại Iư max . g1Udocosamin = g2Eưđm + SDUV + Iư maxRưS + DUgmax Trong đó : Udo - điện áp không tải của chỉnh lưu g1 - hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp lưới g1 = 0,95 g2 - hệ số dự trữ máy biến áp g2 = 1,04 á 1,06 amin - góc điều khiển cực tiểu . Đối với sơ đồ không đảo chiều amin = 0 SDUV - tổng sụt áp trên van , bao gồm sụt áp trên điện trở tương đối lớn ( khoảng 4% ) còn sụt áp trên điện kháng ít hơn ( khoảng 1,5% )và điện áp sụt trên hai thyristor nối tiếp khoảng 2V. RưS - điện trở đẳng trị tổng quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở toàn phần mạch phần ứng , điện trở máy biến áp và điện trở cuộn lọc một chiều Iư max - dòng phần ứng cực đại nằm trong khoảng 2 á 2,5 Iư đm DUgmax - sụt áp cực đại do trùng dẫn DUgmax = DUgđm Iddm : dòng định mức của bộ biến đổi DUgđm : sụt áp trùng dẫn định mức , được xác định : DUgđm = Udo.UK. Yg UK : điện áp ngắn mạch Yg : đối với sơ đồ sáu xung và mười hai xung Yg = 0,5 Nếu Iudm = Iddm ta có Udo = l = : bội số dòng điện Từ đó ta có : Udo= = b . Tính chọn biến áp nguồn BAN BAN đấu theo kiểu D/Y. Điện áp lưới UL = 380V. Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối D/Y) = 128 (V) Tỷ số máy biến áp: k = = 3 Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I2 = = 6,94(A) Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN: I1 = I2 = 21,23 ằ 6,94(A) Công suất máy biến áp: S = 3.U2.I2 = 3.128.6,94 = 2665 (VA) 2,665 (kVA). Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 3(kVA). c . Chọn van cho bộ biến đổi Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van: Giá trị dòng cực đại qua mỗi van: Ivmax = Id = 8,5 (A) Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van: Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha là: Ungt ³ 1,6. Ungmax = 1,6 . 314 = 502 (V) It ³ 1,5. Imax = 1,5.8,5 = 12,75 (A) Vậy ta chọn được loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ: Loại I0 (A) VRRM = VDRM (V) ITSM (A) IDM (mA) VGT Max (V) IGT Max (A) VTM max (V) ITM Max (A) Du/dt (V/ms) di/dt (A/ms) TYN 690 16 600 220 3 1,5 25 1,4 50 50 100 d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều Điện cảm phần ứng Lư = Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 á 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 á 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. Cuộn kháng lọc mạch một chiều được nối vào mạch phần ứng động cơ để làm giảm vùng điện gián đoạn ( làm giảm xung dòng một chiều ) đồng thời cải thiện điều kiện chuyển mạch của động cơ điện Điện áp đầu ra của bộ biến đổi m xung chứa sóng điều hòa cơ bản và sóng điều hoà bậc cao với tần số góc wK = K.m. w1 với w1 - tần số góc lưới điện , w1 = 314 ( 1 / s ) K - số nguyên bậc của các thành phần điều hoà điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng điện xoay chiều điều hoà với giá trị hiệu dụng LS - điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở ) Gọi gs là hệ số đập mạch điện áp đầu ra bộ biến đổi gs = và si - hệ số đập mạch dòng điện si = Hệ số đập mạch điện áp gs phụ thuộc vào góc điều khiển a , gs = f( ) Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của động cơ giảm I'dm = Idm . Tỷ số đặc trưng cho sự ảnh hưởng của dòng điện điều hoà bậc cao làm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này = 2 á 3 Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh hưởng xấu tới quá trình chuyển mạch ở vành góp máy điện . Cụ thể do ảnh hưởng dòng xoay chiều điều hoà bậc m , từ trường của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90o so với dòng điện điều hoà bậc m . Điện áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù được điện áp phản ứng phần ứng vì sụt áp xoay chiều DU2 không thể tăng nhẩy cấp . Từ các lý luận trên , ta rút ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạch một chiều Ld = Tra đường cong quan hệ gc = gs . ta được = 1,1 Udo = 299V Iddm = 8,5A n0 = 2322 (1/s) n = 2100 (1/s) Ta có Ld = = 5,46.10-3 (H) = 5,46 mH 5 . Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện Mạch bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho người vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thường xảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất. Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm như ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết bị biến đổi. Tuỳ theo các loại sự cố và mức độ ta có thể phân ra các nhóm loại bảo vệ a . Bảo vệ trên mạch động lực Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Như ngắn mạch ở bộ biến đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền thống như cầu chì, áptômát, rơle.. kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển như khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh... Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v . Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh sẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc người vận hành trực tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ tác động cắt hệ thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố . Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi tính có trang bị chương trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh báo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây hư hỏng . Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhưng nằm ngoài bộ biến đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp... b . Bảo vệ trong bộ biến đổi Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor được điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cưỡng bức. Biện pháp làm mát thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằng gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nước) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu biến thế. Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng phương pháp làm mát cưỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trên van là ki=1,5 và ku=1,6. Bảo vệ quá điện áp trên van: Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân nội tại gây ra – sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ngược khi khoá van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đường dây nối. Mạch LRC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài mang tính ngẫu nhiên – hiện tượng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt không tải máy biến áp... Các trị số linh kiện bảo vệ được chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm: Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh như sau Sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh Mạch R1C1 bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích: (Điện tử công suất - Nguyễn Bính - trang 261) Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của Thyristor ị b = 1á 2. Chọn b = 1,6. Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH). - Hệ số quá điện áp : k = = ằ 1,23. - Các thông số trung gian, sử dụng các đường cong (Hình X.9 trang 262 -ĐTCS): - C*min(k) = 5,5; R*max(k) = 1,2; R*min(k) = 0,55. - Tính khi chuyển mạch. Ta có phương trình lúc bắt đầu trùng dẫn: 2Lc = udây = Uv0sin(wt+j) = = ằ 783055,3(A/s) Û = 0,785(A/ms) Ta thấy với Thyristor đã chọn có = 100(A/ms) >> 0,76(A/ms), nên trong mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ Lk (bảo vệ ). Tức là có thể coi Lk = 0. -Xác định điện lượng tích tụ Q = f(), sử dụng các đường cong (Hình X.10b): Với Id = 8,5(A), = 0,785(A/ms) tra đường cong ị Q ằ 15(Ams). -Xác định R1,C1: C1 = .C*min(k) = 5,5 ằ 0,54(mF). R*min(k) Ê R1 Ê R*max(k) Û 0,55 Ê R1 Ê 1,2 ị 35,04 Ê R1 Ê 76,44 (W). Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R1 = 47(W) và C1 = 0,6(mF) Mạch R2C2 bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra: -Ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23. -Các thông số trung gian, sử dụng các đường cong (Hình X.11-ĐTCS): C*min(k) = 0,45; R*max(k) = 2,1; R*min(k) = 1. -Giá trị lớn nhất của năng lượng từ trong BAN (3pha) khi cắt: WT3 = Trong đó: Is.o.m : là giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp. Is : giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp. Is =Id =.8,5 ằ 6,94(A) S : Công suất biểu kiến BAN. w = 2pf = 314(rad/s). Ta có Is.o.m = Is.o = .0,03Is ị WT3 = = 0,03 ằ 0,127(W.s) -Xác định R2 và C2: C2 = C*min(k) Trong đó Usm là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN: Usm = Us = .Uv0 = .221,3 ằ 312,9(V) ị C2 = 0,45 ằ 1,17.10-6(F) Û C2 = 1,17(mF). R*min(k) Ê R2 Ê R*max(k) Û 1. Ê R2 Ê 2,1. ị 1062,69 Ê R2 Ê 2231,66 (W). Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R2 = 1500(W) và C2 = 2(mF). Chương IV Tổng hợp hệ truyền động 1 . Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền  động điện Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định lượng có cấu trúc được trình bày ở dưới, gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn Mx và thiết bị biến đổi năng lượng - chỉnh lưu cầu ba pha BĐ (được gọi là phần lực), các thiết bị đo lường ĐL và các bộ điều chỉnh R (được gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống được gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. Cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định lượng . Động cơ truyền động được sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc lập và được cấp năng lượng từ bộ biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển. Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng lượng điện thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (như công suất, điện áp, dòng điện, tần số...). Tín hiệu điều khiển được lấy ra từ bộ điều chỉnh R. Các bộ điều chỉnh R (regulator) nhận tín hiệu thông báo sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo lường các đại lượng truyền động. Sự biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh được trong quá trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp để nâng cao chính xác của hệ thống. 2 . Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số thường phân hệ thành cấu trúc nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp. Cho đến nay, phương pháp chung tổng hợp các bộ điều chỉnh trong cấu trúc nối cấp chưa thật hoàn thiện, chủ yếu do việc chọn thông số tối ưu của các bộ điều chỉnh và tính chất phức tạp của hệ thống thực. Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần đúng có giá trị to lớn trong thiết kế định hướng cũng như trong chỉnh định và vận hành hệ thống. Như đã trình bày ở trên, để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động, ta chọn hệ điều chỉnh động cơ một chiều điều chỉnh theo nguyên tắc T - Đ. Qua phân tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng hệ truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều chỉnh, đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh năng suất. Sơ đồ nối cấp của hệ điều chỉnh được trình bày như hình vẽ. Qđ + + + i w Q Rq(p) Rw(p) Ri(p) Si(p) Sw(p) Sq(p) Năng suất của hệ thống cân băng quyết định tốc độ đặt động cơ truyền động để đạt được kết quả theo yêu cầu. Qua hệ điều chỉnh tốc độ ta sẽ tạo ra tốc độ điều khiển động cơ- điều khiển thông qua mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Do các yêu cầu công nghệ mà hệ thống cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô sai cấp hai. Nhiễu chính của hệ thống là mômen cản Mc. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà bộ điều chỉnh tốc độ Rw có thể được tổng hợp theo hai tín hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải Mc. Trong trường hợp chung, hệ thống phải có đặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều khiển lẫn phía tín hiệu nhiễu loạn. 2.1 . Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện Trong các hệ truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra nó còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc... Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện có dạng như hình vẽ: Trên sơ đồ ta thấy có hai đại lượng đầu vào là tín hiệu đặt Ud và tín hiệu nhiễu loạn Mc. Khi có sự biến đổi của dòng điện, sẽ có hai sự tác động vào hệ thống: Một tín hiệu qua mạch vòng điện tử để điều chỉnh dòng và một tín hiệu qua mạch vòng cơ đi vào điều khiển mô men. Tuy nhiên, mạch vòng cơ có hệ số quán tính lớn hơn rất nhiều so với mạch vòng điện tử nên ta có thể cắt bỏ, hay nói cách khác, khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của suất điện động động cơ. Như vậy ta có sơ đồ khối tổng hợp mạch vòng dòng điện lúc này có dạng như sau: U Iđ U I R I U đk 1+T ư p K i 1+ t fI p K CL 1+ t CL p U d I ư 1/R ư Trong đó: KCL: Hệ số khuyếch đại khâu chỉnh lưu dòng điện. KCL= tCL : Hằng số thời gian của khâu chỉnh lưu. tCL= 3.33 ms Ki : Hệ số khuyếch đại của sensor dòng. Ki= tfi : Hằng số thời gian của sensor dòng. tfi = 0.51 ms Rư ,Lư : Điện trở và điện cảm mạch phần ứng. Tư : Hằng số thời gian mạch phần ứng, có giá trị cỡ hàng chục  ms. Tư = TV0 = 1,67 ( ms ) Tổng hợp mạch ta có cấu trúc thu gọn: U I U Iđ F R I (1+ t CL )(1+T ư p)(1+ t fI p) K CL .1/R ư .K I U I Suy ra hàm truyền mạch: FS = Do các giá trị tCL và tfI là tương đối nhỏ nên ta có thể tổng hợp như sau: FS ằ Với KS = = 11,056 Ts = tfI + tCL + TV0 = 6.10-3 s FS ằ = Tổng hợp mạch vòng theo tiêu chuẩn modul tối ưu ta thu được cấu trúc của bộ điều chỉnh mạch vòng dòng điện có dạng PI: RI(p) = = Sơ đồ bộ PI - + Uiđ Ui R1 R2 R3 C CK UĐk Lựa chọn các thông số R1C = = 0,1326 R3C = Tư = 0,014 Chọn C = 100 mF Ta tính được R1 = = 1326 W Chọn R1 = 1,5 kW R3 = = 140 W Chọn R3 = 150 W Có thể chọn R2 = R1 = 1,5 kW Để tạo lọc , thường nối thêm tụ Ck song song với điện trở R3 sao cho R3Ck = Tf và R3( C + Ck ) = Tư Từ đó ta tính Ck = = 42,8 .10-6 F = 42,8 mF Chọn Ck = 50 mF Với các giá trị đã cho ta xây dựng được đặc tính quá độ của cấu trúc mạch như sau: Đặc tính quá độ của mạch vòng dòng điện Quá trình quá độ sẽ kết thúc sau thời gian Tqđ = 0,0363(s) và độ quá điều chỉnh là 4,23% . Với động cơ trong hệ truyền động T - Đ, do không cần phải đảo chiều động cơ nên nói chung ta sẽ phát xung cho hệ trong chế độ dòng điện liên tục, đơn giản và tiện lợi. 2.2 . Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh TốC Độ Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lượng được điều chỉnh là tốc độ góc của động cơ. Hệ thống điều chỉnh tốc độ được hình thành từ hệ thống điều chỉnh dòng điện. Từ công nghệ ban đầu, ta chọn hệ điều chỉnh tốc độ không có đảo chiều với mức vô sai cấp 2. Kết cấu cơ bản của hệ truyền động động cơ có dạng như trên. Tín hiệu từ bộ phát xung sẽ được đưa vào bộ biến đổi để điều khiển động cơ. Bộ điều chỉnh dòng điện RI và sensor dòng SI tạo thành mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Phần tử phi tuyến HCD là phần tử hạn chế dòng điện trong quá trình quá độ. Sensor tốc độ Sw đóng vai trò khâu phản hồi tốc độ. Ta thấy rằng có hai tín hiệu tác động vào hệ truyền động tốc độ, đó là tín hiệu đặt Uwđ và tín hiệu nhiễu loạn MC , hai tín hiệu này sẽ quyết định bộ biến đổi Rw của hệ. Sơ đồ khối chức năng của hệ truyền động tốc độ được trình bày trên hình vẽ: Uwđ KFđm - Uw M -Mc w Sw Rw F1 Ta chọn máy phát tốc 1 chiều với điện trở đủ lớn ,gần đúng ta có Uw=Kww Vậy ta có sensor tốc độ : =0,03183 Đầu ra của máy phát tốc có thêm mạch lọc RC để lọc các sóng điều hoà có tần số cao .Ta có thể chọn các thông số R và C thích hợp để có hằng số thời gian lọc Tw = 0,001 (s). Hàm truyền của đối tượng ( khi chưa kể bộ điều chỉnh tốc độ ) Vì ts là nhỏ nên ta coi rằng : = Trong đó: T's=0,5Tw +Ts=0,0005+0,006=0,0065(s) Khi đó ta có : Hằng số thời gian cơ học : Tc = Đặt KT = Rút gọn lại ta có Trong đó : Đến đây ta thấy có hai cách tổng hợp mạch dùng hàm chuẩn, đó là tổng hợp mạch theo modul tối ưu và tổng hợp mạch theo modul đối xứng. Do sự giới hạn của yêu cầu, nên ở đây ta không trình bày cả hai phương pháp để chọn phương án tối ưu. Ta thấy rằng, khi tổng hợp theo phương án modul tối ưu, kết quả sẽ cho ta bộ điều chỉnh mạch vòng tốc độ có dạng bộ điều chỉnh P Theo chuẩn Module tối ưu, hàm truyền chuẩn có dạng; = 211,7 Cấu trúc của hệ thống có dạng FRw(p) DUd=0 -DMc (-) Sơ đồ thực hiện bộ điều chỉnh P có dạng như sau: R2 R1 Với các giá trị tính toán về hệ số khuyếch đại cũng như hằng số thời gian của các khâu ta có thể xây dựng được các đặc tính quá độ và đặc tính điều chỉnh của hệ truyền động tốc độ như sau: Đặc tính quá độ của mạch vòng điều chỉnh tốc độ 3. Các mạch đo lường và các mạch điều khiển phụ trợ trong các mạch điều khiển Trong các hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đo lường các tham số của đại lượng điều chỉnh như điện áp, dòng điện, tốc độ... Độ chính xác của các thiết bị đo lường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điều chỉnh, bởi vì nhiệm vụ của nó là phải phản ánh chính xác trạng thái làm việc của hệ để từ đó đi điều khiển hệ. Do vậy yêu cầu đối với các thiết bị đo lường là phải đảm bảo độ chính xác cao trong chế độ động và chế độ tĩnh, ngoài ra phải đảm bảo không bị nhiễu loạn bên ngoài tác động. Tuy nhiên, trên thực tế bao giờ cũng tồn tại sai số trong thiết bị đo, cho nên quá trình xây dựng một mạch đo cần phải đảm bảo tối ưu, tức là hạn chế được tối đa các sai lệch gặp phải. 3.1. Mạch đo dòng điện một chiều có cách ly Yêu cầu đặt ra cho mạch đo dòng áp một chiều đối với hệ truyền động băng tải là phải đảm bảo độ chính xác, cũng như đảm bảo sự cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển. Do vậy ta sẽ dùng bộ đo có cách ly bằng phần tử quang. Nó gồm mạch dao động xung tam giác đối xứng (khâu biến điệu), mạch so sánh, mạch truyền xung và mạch tích phân. Hàm truyền của mạch đo như sau: FI = t - hằng số thời gian của khâu tích phân t =RC và có giá trị cỡ 1ms 3.2 . Máy phát tốc một chiều Tốc độ truyền động là đại lượng điều khiển chính, vì vậy thiết bị đo tốc độ có vai trò quan trọng quyết định tới chất lượng động và tĩnh của truyền động. Hiện nay đo tốc độ trong hệ truyền động một chiều, người ta thường dùng phát tốc một chiều. Yêu cầu đối với máy phát tốc một chiều là điện áp một chiều có chứa ít thành phần xoay chiều tần số cao và tỷ lệ với tốc độ động cơ, không bị trễ nhiều về giá trị và dấu so với biến đổi đại lượng đo. Ngoài ra còn có yêu cầu là điện áp một chiều phát ra không phụ thuộc vào tải, vào nhiệt độ. Sơ đồ máy phát tốc một chiều: Điện áp đầu ra của máy phát tốc: Uw= kww- RưpI-DUct Uw kww Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền của máy phát tốc là: Ff(p)= = tfw - hằng số thời gian của bộ lọc tfw =RC 3.3. Mạch hạn chế mô men HCm Mạch hạn chế đối với truyền động băng tải được bố trí để hạn chế lượng đặt hoặc mô men và hạn chế tín hiệu điều khiển. Mạch hạn chế đơn giản có cấu trúc như sau: Khi U1> 0, nếu U1> U thì D mở, U2 ằ U Khi U1ẵUẵ thì D mở, U2 ằ U Ta có đặc tính của mạch hạn chế: Giá trị hạn chế được chỉnh định bởi chiết áp P1 và P2 3.4 . Khâu gia tốc và giảm tốc Trong các hệ truyền động sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất, do tác động nhanh của bộ biến đổi nên cần phải hạn chế tốc độ lượng đặt. Cấu trúc của một khâu gia tốc và giảm tốc gồm một khâu so sánh, một khâu hạn chế và khâu tích phân. 3.5 . Khâu bù nhiễu loạn Trong tổng hợp mạch vòng năng suất, có sự tác động của các nhiễu loạn khác nhau lên hệ thống như nhiễu loạn chu kỳ của phần nối băng khi đi qua sensor đo áp lực, nhiễu loạn do sự trượt của băng trên các con lăn... Với các nhiễu loạn chu kỳ, cần xác định điểm chu kỳ của nó và biên độ tín hiệu gây sai lệch thì ta có thể bù hoàn toàn được. Trong hệ truyền động T- Đ ta sử dụng một sensor để nhận biết nhiễu loạn này, khi có nhiễu loạn nó sẽ tự động bù một lượng bằng lượng nhiễu loạn. Sơ đồ mạch nguyên lý của khâu bù: Khi có tín hiệu nhiễu loạn U0 = 0, T1 đóng, lượng bù đặt vào hệ thống. khi không có tín hiệu nhiễu loạn U0 ạ 0 dẫn đến T1 thông và không có tín hiệu bù. Với tín hiệu nhiễu loạn do sự trượt băng tải trên các con lăn, ta thấy khi khối vật liệu trên băng tải không đổi thì sai lệch năng suất do sự trượt chỉ phụ thuộc vào hệ số trượt. Đo hệ số trượt ta có thể bù được sai lệch này. Để đo hệ số trượt, ta đo tốc độ của băng tải và tốc độ của Culy, sai lệch của hai tốc độ này sẽ chỉ ra thời điểm sai lệch và có tác động bù phù hợp. Sơ đồ bù có dạng như hình vẽ 3.6. Sensor đo áp lực Trong hệ truyền động băng tải, để có thể định lượng được vật liệu, ta sử dụng hệ thống sensor đo áp lực lắp trên băng. Cấu trúc của mạch sensor có dạng như sau: Do cấu tạo của cầu điện trở nên áp lực vật liệu khi đi qua sensor sẽ tỷ lệ với độ chênh của điện trở . DP ằ DR suy ra UR = = Nếu U0 = Uw = K1.v (điện áp ra của máy phát tốc) thì UR = K1.v.DP = Q :năng suất của băng tải Như vậy ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ để thay đổi năng suất băng tải, tức là có thể cân định lượng tự động thông qua quá trình điều khiển động cơ. Cơ cấu đo của sensor như sau: Hàm truyền có dạng: Chương V thiết kế mạch điều khiển 1 . Điều khiển TIRISTO Tiristo chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt trên anốt và có xung áp dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi Tiristo đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng điện chạy qua Tiristo do thông số của mạch quyết định. Mạch điều khiển có các chức năng sau: Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anôt- catôt Tiristo. Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở được Tiristo, (xung điều khiển thường có biên độ từ 2 đến 10 vôn, độ rộng xung tx=20á100 đối với thiết bị chỉnh lưu, tx Ê10 đối với thiết bị biến đổi tần số cao ). Độ rộng xung được xác định theo biểu thức Trong đó :Idt-dòng duy trì của Tiristo. di/dt-tốc độ tăng trưởng của của dòng tải. Cấu trúc của mạch điều khiển một Tiristo được trình bày trên sơ đồ . Ucm: Là điện áp điều khiển, điện áp một chiều . Ur: Là điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp của anôt-catốt của Tiristo. Hiệu điện áp Ucm - Ur được đưa vào khâu so sánh 1, làm việc như một trigơ lật trạng thái, ở đầu ra của nó ta nhận được một chuỗi xung dạng sin chữ nhật . Khâu 2 là điện áp hài một trạng thái ổn định . Khâu 3 là khâu khuếch đại xung. Khâu 4 là biến áp xung . Bằng cách tác động vào Ucm , có thể diều chỉnh được vị trí xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh góc à. Cấu trúc mạch điều khiển một thyristor 2. Hệ thống điều khiển thiết bị chỉnh lưu 2.1 . Nguyên tắc điều khiển Trong việc điều khiển chỉnh lưu thì việc tạo thời điểm để phát xung mở Tiristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh lưu thường sử dụng hai nguyên tắc đó là nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos để điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt lên Tiristor. a . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos Điện áp đồng bộ US vượt trước điện áp UAK=Umsinwt của Tiristor một góc bằng p/2 vậy Us =Usm cos wt Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều (dương và âm ). Nếu đặt US vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos Usm cosa= Ucm . Vậy khi Ucm= Usm thì a=0 Ucm =0 thì a =p/2 Ucm = -Usm thì a=p Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ giá trị +Usm đến -Usm thì ta có thể điều chỉnh được góc a từ 0áp. b . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển Ucm và điện áp tựa (cũng chính là điện áp đồng bộ trùng pha với điện áp đặt lên A-K của Tiristor và thường đặt vào đầu đảo bộ so sánh. Thông thường điện áp tựa thường có dạng răng cưa. Như vậy bằng cách biến đổi Ucm người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra theo đồ thị nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính . Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Ta xác định góc điều khiển a theo phương trình : Với a :góc mở của Tiristor Uđk :điện áp điều khiển Usm :điện áp đồng bộ cực đại Thông thường người ta thường lấy Ucm max =Usm Nhận thấy rằng góc a là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển Ucm.Vậy ta có thể điều khiển góc a thông qua điều khiển điện áp một chiều 2.2 . Nguyên tắc điều khiển một hệ thống chỉnh lưu điều khiển ba pha đối xứng Nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng gồm 6 kênh. Một máy biến áp đồng bộ 6 pha và một nguồn điện áp điều khiển Ucm chung cho cả 6 kênh. Cấu trúc của mỗi kênh gần giống như cấu trúc điều khiển một Tiristor .Yêu cầu đối với sơ đồ là phải đảm bảo luôn luôn có thể mở hai thyristor, một ở nhóm catot chung và một ở nhóm Anot chung. Có như thế mới khởi động được thiết bị chỉnh lưu và đảm bảo hoạt động của thiết bị khi làm việc ở chế độ dòng tải gián đoạn. Chính vì vậy mà sơ đồ có sử dụng 6 cổng “OR” và sự tổ hợp của các tín hiệu logic . Vi mạch TCA780 Vi mạch TCA780 là một vi mạch phức hợp thực hiện được 4 chức năng của một mạch điều khiển : “tề đầu” điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra. TCA 780 do hãng Siemens chế tạo có thể điều chỉnh được góc a từ á 1800 . Vi mạch TCA 780 Thông số chủ yếu của TCA780 là : Điện áp nguồn nuôi : US = 18 v. Dòng điện tiêu thụ : IS = 10mA. Dòng điện ra : I = 50mA. Điện áp răng cưa : Ur.max = ( US – 2 ) v. Điện trở trong mạch tạo điện áp răng cưa : R9 = ( 20 á 500 ) kW Điện áp điều khiển : U11 = - 0,5 á ( US – 2 ) v. Dòng điện đồng bộ : IS = 200mA. Tụ điện : C10 = 0,5mF. Tần số xung ra : f = ( 10 á 500 ) Hz. Theo hình vẽ thì điều chỉnh điện áp tại chân 11 sẽ thay đổi được thời điểm phát xung ra tại chân 14 và chân 15 . Mặt khác chỉ cần một dạng sóng hình sin đặt vào chân 5 thì ta có thể phát ra xung tại hai thời điểm a và p + a Do đó khi chỉ cần một vi mạch thì ta có thể mở được hai van. Hơn thế nữa, biến áp đầu vào sẽ không cần tới 6 pha mà biến áp đồng bộ chỉ cần 3 pha đồng bộ với 3 pha của điện áp nguồn . Bộ phát xung chùm Để tạo điều kiện mở chắc chắn cho các Tiristo người ta sử dụng bộ phát xung chùm. Bộ phát xung chùm được đưa vào kết hợp phát xung phối hợp với xung điều khiển mở Tiristo. Khi đó xung đưa vào cực điều khiển Tiristo là xung chùm. Bộ phát xung chùm được thực hiện thông qua 2 cổng “NOT” và bộ dao động RC được đấu như trên hình vẽ 5.12. Tần số bộ phát xung chùm được tính theo công thức : f= Khi thay đổi giá trị của điện trở R thì ta có thể thay đổi tần số f của xung đầu ra. Để lắp ráp ta dùng hai cổng “NOT” của vi mạch Cmos 4069, nguồn cấp 3á15 (v) Mạch phát xung chùm Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chỉnh lưu q q q Đồ thị điện áp đồng bộ và điện áp trên các van chương 6 mô phỏng hệ trong Simulink Sơ đồ hệ thống trong Simulink 2 . đồ thị tốc độ 3 . đồ thị dòng điện