Đồ án Thuyết minh môn học tổng hợp hệ điện cơ

Phần III- Thiết kế mạch điều khiển I. Giới thiệu chung Như ta đã biết, để cho các van mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đưa đến mở các tiristo tại các. Xung điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu như: biên độ , công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi loại tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc. thông thường đối với các bộ chỉnh lưu thì độ rộng xung nằm trong khoảng từ (200 - 600 ) ms là đảm bảo mở chắc cắn các tiristo. mạch điện phát ra các xung như vậy gọi là mạch điều khiển. Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm: + Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: là nhóm mà các hệ thống điều khiển đưa ra các xung xuất hiện trên cực điều khiển của các Tiristo đúng thời điểm cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thường bằng chu kì nguồn xoay chiều cấp cho bộ chỉnh lưu ( ngoài ra trong một số trường hợp chu kì xung có thể bằng 1/2 chu kì nguồn). Nhóm hệ thống này được sử dụng rất phổ biến. + Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: nhóm này tạo ra các chuỗi xung điều khiển với tần số thường cao hơn nhiều tần số nuồn cung cấp và trong quá trình làm việc tần số xung được tự động thay đổi để đảm bảo một lượng ra nào đó (Ud , Id ... ) không thay đổi. Để đạt được điều này thì tần số xung phải được khống chế theo sai lệch giữ tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại lượng cần ổn định. Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên ít được dùng, ở đây ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất. II. Thiết kế mạch phát xung 1. Lựa chọn phương pháp phát xung Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là: + Phát xung điều khiển theo pha đứng. + Phát xung điều khiển theo pha ngang. + Phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc. a. Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được . Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở a rộng , ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển... Do đó hệ thống này được sử dung rộng rãi. b. Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và góc pha điều khiển được ( dùng các cầu R- C hoặc cầu R - L ) . Thời điểm xuất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển. Phương pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở a hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển ... do vậy thường ít được sử dụng. c. Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng điốt hai cực gốc ( UJT ) Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương pháp này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở a có phạm vi điều chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi . Mặt khác, trong một chu kì điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển. d. Chọn phương pháp điều khiển Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ của truyền động là khoảng điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc độ nhỏ nên phải sử dụng các phản hồi - tức là cần phải tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển. Do vậy, phương pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này. 2. Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng urc u1 ĐBH & FSRC SS TX uđk XĐK Khối 1 Khối 2 Khối 3 Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa. Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối so sánh. Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa với điện áp điều khiển Uđk để phát ra tín hiệu xung điện áp đưa tới mạch tạo xung. Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới chân điều khiển của Tiristo. a. Mạch đồng bộ hoá Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm.Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không cách ly được điện áp cao giữa mạch điều khiển với mạch động lực, do vậy phương pháp này ít được dùng. Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp nối vào lưới còn cuộn thứ cấp là điện áp đồng bộ. Góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ được tính toán sao cho góc pha của Uđb phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các Tiristo. Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha ta có thể dùng một máy biến áp đấu Y - YO để thực hiện chức năng này. Sơ đồ đấu dây như hình vẽ: Điện áp đồng bộ được dịch chậm đi một góc 300 điện bởi mạch tụ điện và điện trở R - C gọi là mạch dịch pha Mục đích của việc dịch pha tín hiệu đồng bộ chậm đi một góc 300 là nhằm thống nhất trị số góc điều khiển của Tiristor ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển ở mạch phát xung và như vậy có thể điều khiển các Tiristor với góc điều khiển nhỏ .Ta biết rằng góc mở tự nhiên của Tiristor được tính tại vị trí giao nhau của hai điện áp pha kề nhau và góc điều khiển được tính từ thời điểm đó trở đi . Mặt khác góc điều khiển ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp tựa răng cưa ( cũng là điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ hoá ) đến vị trí mà Urc + Uđk = 0 .Do đó việc dịch pha điện áp đồng bộ hoá Uđb chậm đi góc 300 sẽ làm thoả mãn khi góc điều khiển = 0 cũng ứng với góc mở tự nhiên của các Tiristor b. Mạch tạo điện áp răng cưa Để tạo ra điện áp răng cưa có nhiều sơ đồ, ở đây em dùng mạch tạo điện áp răng cưa dùng IC khuếch đại thuật toán. *Nguyên lý hoạt động: - ở nửa chu kỳ dương Tr1 khoá , điện áp âm qua R3,R4 dẫn tới đầu vào đảo của IC khiến điện áp ra của IC có giá trị dương và tụ C2 được nạp bởi điện áp đầu ra này. Dòng nạp cho tụ được xác định là: ic = iv- – iC2 nếu IC là lý tưởng thì iv = 0 nên ic= -iC2 mà iC2 Nên iC2= const và điện áp trên tụ tuyến tính - ở nửa chu kỳ âm, D khoá. Tr mở nhờ cặp điện trở định thiên R3 ,R4; tụ C2 phóng điện qua Tr1. Điện áp trên tụ giảm về 0. Giản đồ điện áp như hình vẽ: Nhận xét: Sơ đồ này có ưu điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác , dung lượng của tụ C cần rất nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ Tr. Mặt khác, do điện trở đầu ra của IC nhỏ nên dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào điện trở tải mắc ở đầu ra của IC . Điện áp ra có dạng gần lý tưởng. c. Mạch so sánh Việc so sánh điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có thể thực hiện bằng Tranrito hay vi mạch điện tử. Việc ghép nối các tín hiệu có thể là nối tiếp hay song song miễn là đảm bảo tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển có tác dụng ngược chiều nhau. Phương pháp so sánh nối tiếp có ưu điểm là chính xác nhưng khi tín hiệu răng cưa có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn . Do đó ta chỉ nghiên cứu phương pháp so sánh song song . * Nguyên lý làm việc : Khâu so sánh gồm 2 tín hiệu điện áp đưa vào đầu vào. Điện áp Uđk là tín hiệu ra của mạch khuếch đại trung gian Điện áp Urc là điện răng cưa Uđk so sánh với Urc sẽ có trường hợp sau khi : Uđk > Urc à USS > 0 Uđk = Urc à bắt đầu lật trạng thái Uđk< Urc à USS< 0 Như vậy điện áp ra của mạch so sánh là dạng xung có hai mức bão hoà dương và âm .Các xung điện áp này được đưa tới đầu vào của khâu tạo xung. d. Khâu tạo xung Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung và tính đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau, khâu so sánh thường cho công suất xung ra nhỏ nó chưa đảm bảo các thông số yêu cầu vì vậy cần có mạch tạo xung. Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: truyền xung, khuyếch đại xung , sửa xung. + Mạch truyền xung Để truyền xung điều khiển đến các chân điều khiển của các tiristo tốt nhất là dung biến áp xung, vừa có thể cách ly giữa mạch động lực với mạch điều khiển ,vừa có thể đồng thời đưa nhiều xung đến mở các Tiristor nối tiếp hay song song. + Mạch khuyếch đại xung Để khuyếch đại ta có thể dùng Tranrito hay Tiristor . Các mạch dùng Tiristor thường được dùng trong những trường hợp có đòi hỏi công suất xung điều khiển lớn và thời gian tồn tại xung dài, trường hợp này thường ít gặp. Trong thực tế người ta thường dùng Tranrito , để giảm sự phức tạp của tầng khuếch đại trong nhiều trường hợp người ta thường dùng hai Tranrito mắc theo kiểu Dalinton. Hai Tranrito mắc nối tiếp tương đương với một Tranrito có hệ số khuyếch đại dòng là b = b1.b2 Trong đó : b1,b2 là hệ số khuyếch đại của Tr4, Tr5. + Khối sửa xung Do tính chất của khâu so sánh mà độ dài xung thường thay đổi theo góc mở a. Do đó ta phải có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung ra đủ mức cần thiết Sơ đồ mạch sửa xung như hình vẽ ( gồm: C, R, D) . Để thuận tiện cho việc khảo sát sơ đồ , ở đây có ghép thêm phần mạch so sánh Nguyên lý hoạt động: KĐTT IC2 làm việc ở chế độ bão hoà + Khi điện áp đầu ra khâu so sánh có giá trị dương, tụ C3 sẽ được nạp từ đầu ra của IC2 +C3 - C3 R8 TR2 mát TR2 mở dẫn đến Ura=0 Tụ C3 nạp đầy thì TR2 vẫn mở nhờ điện trở định thiên R7 + Khi điện áp đầu ra IC có giá trị âm , tụ C3 sẽ phóng +C3 IC2 D4 - C3 TR2 mở ra, Ura=0 + Mạch phân chia xung Trong một số hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu để đảm bảo tính đối xứng của tín hiệu điều khiển trên các van của sơ đồ chỉnh lưu ,người ta thường sử dụng một mạch đồng bộ hoá - phát sóng răng cưa chung và khâu so sánh chung. Xung ra khâu so sánh có tần số gấp n lần tần số nguồn ( n là số van chỉnh lưu cần được cấp tín hiệu điều khiển từ hệ thống pháp xung này ). Trong sơ đồ hình tia ba pha ta sử dụng 3 hệ thống phát xung điều khiển riêng biệt nên không cần có mạch chia xung. e. Một số mạch khác + Mạch tạo nguồn nuôi Do trong mạch có sử dụng các vi mạch khuyếch đại thuật toán, ta cần phải sử dụng hai nguồn nuôi ngược đấu nối tiếp nhau và có điểm chung là điểm nối mát. Ta thiết kế mạch này như sau: Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu nhờ hai sơ đồ chỉnh lưu hình tia, điện áp ra được ổn định nhờ các vi mạch ổn áp(7815 và 7915) và được lọc bởi các tụ C đưa ra hai nguồn +15V và -15V có điểm chung là điểm 0 của biến áp. Hai nguồn này sẽ nuôi cho các vi mạch và làm nguồn điện áp ngưỡng. Sở dĩ phải có nguồn -24V là do công suất của các vi mạch hạn chế, nếu sử dụng cho mạch khuyếch đại xung đòi hỏi công suất lớn thì các vi mạch ổn áp sẽ bị quá nhiệt . Do đó nguồn nuôi cho mạch khuyếch đại xung được lấy ở trước các vi mạch ổn áp. Nguồn này cần có điện áp lớn để khi điện áp lưới dao động vẫn đảm bảo điện áp ra của BAX đủ mở chắc chắn các tiristo . Mặt khác, điện áp lưới lớn khiến cho ta chỉ cần chọn các Tranrito khuyếch đại công suất có dòng nhỏ. + Khối tạo điện áp chủ đạo +15V - 15V T N R1 R2 Ucđ Khối tạo điện áp chủ đạo chỉ yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp từ nguồn +15V và -15V . "Đảo chiều điện áp chủ đạo nhờ cặp tiếp điểm T - N . + Phản hồi âm tốc độ NLLV Khi động cơ làm việc sẽ quay máy phát tốc và máy phát tốc này sẽ phát ra điện áp một chiều trên đầu ra, tín hiệu này được trích một phần trên biến trở WR2 và đưa tới mạch khuếch đại trung gian làm tín hiệu phản hồi Mạch khuếch đại trung gian + Nhiệm vụ của khối này là tổng hợp tín hiệu phản hồi của máy phát tốc và tín hiệu điện áp chủ đạo để tạo ra tín hiệu điều khiển nhằm ổn định tốc độ và mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ + Nguyên lý làm việc: Tín hiệu đồng bộ được lấy từ máy phát tốc, điện áp chủ dạo là Ucđ và được so sánh với tìn hiệu tốc độ n ở đầu vào đảo của IC3 Giả sử tốc độ ĐC đang giảm àn giảm, vậy UvIC3 = (Ucđ - n) tăng à Đầu ra IC3 tăng âm thông qua một lần đảo tín hiệu nữa thì Uđk sẽ tăng dương làm cho góc điều khiển giảm à Điệ áp đặt vào động cơ Ud=f(cos()) tăng à ĐCsẽ tăng tốc độ lên tốc độ định mức. Khi ĐC tăng tốc thì n tăng, vậy UvIC3 = (Ucđ - n) giảm à đầu ra IC3 giảm âm thông qua một lần đảo tín hiệu nữa thì Uđk sẽ giảm dương làm cho góc điều khiển tăng à Uđ giảm à ĐCsẽ giảm tốc độ. Phần IV. Tính chọn thiết bị I. ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị Việc tính chọn thiết bị có một ý nghĩa rất quan trọng cả về mặt kỹ thuật và kinh tế .Việc tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn bấy nhiêu . Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao được hiệu suất của hệ thống. Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống có thể làm việc kém chất lượng hoặc không làm việc được. Vì vậy việc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau: + Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu câu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị . + Về mặt kinh tế, các thiết bị được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý. II .Tính chọn thiết bị mạch động lực 1.Tính chọn động cơ: Theo đề bài chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập loại ế42 Mã hiệu Pđm (KW) Uđm (KW) Iđm (v/ph) nđm (%) Rư (W) Lư (H) GD2 (H) ế42 4.5 220 25.4 1500 0.795 0.0329 0.18 Hệ số khuyếch đại của động cơ được tính: ị 2. Tính chọn máy biến áp động lực Như ở phần thiết kế ta đã chọn máy biến áp động lực có tổ đấu dây Y/Y0, ở phần này ta tính toán các thông số cho nó. Máy biến áp được chọ theo điều kiện: + SđmBA ³ Stt + I1fđm ³ I1đm + I2fđm ³ I2đm + U2fđm ³ Ku.KR.K.Ka.Uđm a. Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức: U2fđm ³ Ku.KR.K.Ka.Uđm Trong đó : + Uđm là điện áp định mức động cơ( Uđm=220V) + Ku là hệ số xét tới ảnh hưởng dao động trong pham vi cho phép của điện áp lưới, thường lấy Ku = 1,05á1,1. Ta chọn Ku = 1,1 + KR là hệ số kể tới sụt áp trên điện trở thuần của MBA, trên điện cảm cuộn day thứ cấp MBA, do chuyển mạch, sụt áp trên dây nối và cuộn kháng, trên các van. KR thường được chọn : KR = 1,15á1,25 Ta chọn : KR = 1,15 + K là hệ số kể tới góc điều khiển nhỏ nhất (min) nhằm đảm bảo chắc chắn hệ thống không rơi vào trạng thái lật nhào nghịch lưu, ta chọn : min = 300 => max = 1500 K = = + Ka là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu Ka = = = = 0,85 Cuối cùng thay các giá trị vào ta được : U2fđm ≥1,1.1,15.(2/).0,85.220 = 273(V) b. Chọn giá trị của dòng pha thứ cấp : I2đm = = = 14,6647(A) Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp: I1đm = Với KI= = = 0.8 là hệ số MBA => I1đm = = 18,3309(A) c. Công suất MBA: S = ằ1,355.Uđm.Iđm=1,355.220.25,4=7571.7(VA) =7,5717(KVA) Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu sau: U1fđm (V) U2fđm (V) Sđm (KVA) I1đm (A) I2đm (A) 220 273 7,5717 18,3309 14,6647 3. Tính chọn Tiristo Tristo được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau: + Điều kiện về dòng điện: ITtb ³ Ki .ITtbmax + Điều kiện về điện áp : Ungmax ³ Ku ..U2 a. Chọn theo điều kiện dòng điện : ITtb ³ Ki .ITtbmax Trong đó: Ki : là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy Ki = 3 ITtbmax = Iđm / 3=25,4/3 Như vậy ta có: ITtb ³ 8.4667 b. Chọn theo điều kiện điện áp Sơ đồ mạch chỉnh lưu của ta là hình tia do đó điện áp mà các van phải chịu là điện áp dây có giá trị bằng U2f Ungmax ³ Ku ..U2f Trong đó : Ku là hệ số dự trữ về điện áp , ta chọn Ku = 1,5 ị Ungmax ³ 1,5. . 273 = 1000 (V) Dựa trên cơ sở tính toán về điều khiện dòng điện và điện áp ta chọn tiristo có các thông số sau: Mã hiệu IaT (A) Ungm (V) Ig (A) Ug (V) du/dt (V/ms) di/dt (A/ms) T - 10 10 1000 1,2 2,5 100 100 4.Tính chọn cuộn kháng san bằng Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dòng điện . Điện cảm tổng mạch chỉnh lưu: Lồ==Lư + Lck U12: Thành phần sóng hài bậc cơ bản của điện áp chỉnh lưu m: Số pha của điện áp nguồn m=3 w=2pf=314 rad/s là tần số góc của song hài cơ bản Io=5%Iđm=0.05*25,4=1,27(A) là dòng không tải lý tưởng Lư= 0.0329(H) là điện cảm của mạch phần ứng Lck là điện cảm cuộn kháng san bằng với a=1800 =174.5223(V) Lồ==0,2063(H) Lck=Lồ - Lư =0,2063-0.0329=0,1734(H) Rck = 2% =0.02=0,1732(W) 5 . Tính chọn điện trở hãm : Muốn hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lưới đồng thời đóng thêm điện trở hãm vào mạch phần ứng Tại thời điểm đóng cắt ban đầu do quán tính cơ nên tốc độ chưa kịp thay đổi nên Ehbđ=Kfwbđ=Ed=-Uđm Ihbđ=== Về mặt kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho động cơ thì chọn Rh nằm trong vùng cho phép Ihbđ=(2á2,5Iđm) chọn Ihbđ=2,2Iđm=2,2.25,4=55,88(A) Rh=-0,795=3,142(W 6 . Tính chọn thiết bị bảo vệ Tiristor : Ta biết rằng các Tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của điện áp hay dòng điện , đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc dòng điện và điện áp và . Các nguyên nhân gây ra những hiện tượng này bao gồm: + Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch + Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng + Quá gia tốc dòng, áp do cắt MBA ở chế độ không tải hay tải nhỏ Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân trên ta dùng các phần tử R – C mắc song song với các Tiristo như hình vẽ : Trị số của R , C có thể tra theo đường cong được xây dựng bằng máy tính . C=10.ITo/Ungmax(mF) R=10.Ungmax/ITđm(W) Trong đó: ITo:Dòng điện qua các van trước chuyển đổi ITo=Kqt.KI.Kd.Iđm Kqt=1,13 hệ số quá tải cho phép Kd=1,05 hệ số dự trữ về dòng KI =0,8 hệ số dòng phụ thuộc vào sơ đồ ITo=1,13.0,8.1,05.25,4=24,1126(A) ITđm=IaT=10(A) dòng định mức qua van Ungmax=1000(V) Điện áp ngược lớn nhất qua van Vậy:C=10. 24,1126/1000=0,241126(mF) R=10.1000/10=1000(W) 7.Chọn áptômát bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạch động lực Chọn theo điều kiện: UTAMđm³Ulưới ITAMđm³Kqt.Kd.I1đm Trong đó: Ulưới=380(V) Kqt=1,13 Kd=1,05 I1đm=18,3309(A) Vậy: UTAMđm³380(V) ITAMđm³1,13.1,05.18,3309=21.75(A) Chọn ATM có thông số như sau: Kiểu Uđm(V) Iđm(A) ixk(KA) tcắt(s) AB-4 400 400 42 0.06 III .Tính chọn thiết bị mạch điêù khiển 1. Tính chọn máy phát tốc Căn cứ vào tốc độ định mức của động cơ và sai lệch tĩnh của hệ thống ta chọn máy phát tốc có các thông số sau: Kiểu Uđm (V) Iđm ( A) nđm (v/ph) Rư( W) pT32/IY4 230 0.5 1000 7.34 Vì máy phát nối cứng trục với động cơ mà chúng không cùng tốc độ nên chúng thông qua hộp tốc độ tỉ số truyền từ động cơ tới máy phát tốc là: i=== 0,667 Điện trở mạch ngoài của MFT Điện áp phản hồi lấy ra là 12V từ đó ta chọn R = 47 KW Vì điện áp đầu vào KĐTT của mạch KĐTG =0 nên Ucđ-gn=0 do đó hệ số phản hồi tốc độ Ă được tính: Ucđ/n Chọn Ucđ=12(V) 12/1500=0,008(v/v.ph) Tính chọn R phân áp Từ sơ đồ ta có g=i. gFT.KBT gFT là hệ số truyền của máy phát tốc gFT===0,226 KBT===0,053 KBT==0,053 Chọn RBT=R1+R2=10(KW) R2=10.0,053=0,53(KW) R1=10-0,53=9,47(KW) Tính chọn biến áp xung Chọn vật liệu sắt '330, lõi sắt dạng làm việc trên mặt phần đặc tính từ hoá DB = 0,7T , DH = 50A/m có khe hở Tỷ số biến áp xung thường là Ta chọn n = 3 Để đảm bảo tyristo mở khi điện áp lưới dao đông ta chọn U2 = 8 V, I2 = 2 A điện áp đặt lên cuộn sơ cấp BAX U1 = nU2 = 3 ì 8 = 24 V Dòng sơ cấp BAX Từ thẩm của lõi sắt từ Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình sơ bộ chọn chiều dài đường sức l = 0,1m khe hở lkh = 10-5 m Thể tích lõi sắt từ: Với Q là tiết diện lõi sắt là dòng thứ cấp quy đổi sang sơ cấp Chọn V = 16,35 cm3 ta sẽ được các kích thước ( Theo bảng II .2 . Điện tử công suất) Q = 163 cm2 , l = 10,03cm , a = 1,2 cm , h = 3 cm c = 1,2 cm, e = 4,8 cm , H = 4,2 cm , B = 1,6 cm , P = 7 w + Số vòng cuộn sơ cấp BAX: H h c a C W1=166 (vòng) K = 0,76 là hệ số lấp đầy + Số vòng cuộn thứ cấp BAX: W2 = W1/ 3 = 56 (vòng) 3,Tính chọn khâu tạo điện áp đồng bộ : Chọn biến áp đồng bộ là biến áp đấu D/ Y0 ; điện áp pha thứ cấp: Uf 2đm = 24 V Trên biến áp đồng bộ cũng đặt luôn các cuộn dây tạo điện áp nguồn nuôi cho mạch điều khiển. Ta biết công suất mỗi BAX là 7 W , có 6 BAX sử dụng công suất của nguồn nuôi ; đồng thời cũng tính dến công suất nuôi cho các khối khác như khuyếch đại , so sánh , phản hồi ... Như vậy sơ bộ chọn công suất của biến áp đồng bộ là 100 (VA). Điện áp ra thứ cấp là: U2f đm = 24 V. Chọn các tụ lọc C1 á C7 là 2000 mF , 30 V. 4, Tính chọn mạch tạo điện áp răng cưa Ta chọn khuếch đại thuật toán là loại TL084 với các thông số như sau: Điện áp nuôi ± 18 V; hiệu điện thế giữa cổng đảo và cổng không đảo là ±30Vnhiệt độ làm việc từ 250C đến850C .Mỗi chiếc TL084 được bao gói và mã hoá như hình vẽ : - + - + - + - + 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 +UCC - UCC Điện áp ra bão hoà của KĐTT có thể lấy là: ẵurBH ẵ= ẵẵUCCẵ- ẵ2Vẵẵ. Ta nuôi KĐTT bằng nguồn 15V, để cho điện áp răng cưa được chính xác thì trong suốt thời gian tụ C được nạp điện áp đầu ra phải không đặt tới trị số bão hoà. Chọn điện áp ur max = 12V ta có: 5, Tính khâu khuyếch đại xung Căn cứ vào dòng sơ cấp BAX là: 0,6 A ta chọn Tr là loại A1013 có : PK = 900mW ; nhiệt độ làm việc max là 1500 ; f = 15 MHz ; UC E 0= 160 V ; UCB= 6 V; IK = 1 A ; b = 60; Tr làm việc ở chế độ xung. Như vậy IB3 = 600/60 = 10 mA, IB3 chính là IC Tr2 do đó ta chọn Tr2 là loại A1015 có: PK = 400mW ; f = 80 MHz ; t0max=1250C ; UCE=50 V ; UBE = 5 V ; IC = 150 mA ; b = 70. 6,Tính chọn khâu tổng hợp tín hiệu Khâu tổng hợp tín hiệu chỉ có nhiệm vụ tổng hợp tín hiệu mà không yêu cầu có hệ số khuyếch đại lớn. Sơ bộ chọn hệ số khuyếch đại của khâu bằng 2 ; các giá trị điện trở xẽ được xác định khi hiệu chỉnh xong hệ thống 7. Xác định hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi Do mạch phần ứng động cơ có điện cảm lớn nên ta coi dòng phần ứng là dòng liên tục Chọn Urcmax=12V; a=0áp/2 ta có bảng sau 00 p/6 p/4 p/3 p/2 Uđk(V) 0 2 3 4 6 Ud 319,4 276,6 225,85 159,7 0 Từ đây ta xây dựng được quan hệ Ud = Ư(uđk) . Thực tế quan hệ này là phi tuyến,để đơn giản ta tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc. Đặc tính có dạng như hình vẽ: * Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi: KBĐ = = = 53,2 8. Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian Ta có sơ đồ hệ thống như sau: Hàm truyền của hệ thống : n = [(Ucđ - .n).KTG) KBĐ- Iư Rồ]KĐ Gọi K là hệ số khuyếch đại của hệ thống : K = KBĐ.KTG.KĐ n = (*) Dn==St. K=[] KĐ=7.693 KBĐ=53,2 Iư=25,4(A) RS=0,795(W) St=5%=0,05 nđm=1500(v/ph) g=0,008 K=[]=12081 KTG===29,5186 Phần IV : Xây dựng đặc tính tĩnh Xây dựnh đặc tính tĩnh của hệ thống là xây dựng đặc tính n = f(I) hoặc n = f(M) qua đó kiểm tra được độ sụt tốc độ , tức là đánh giá được sai lệch tĩnh của hệ thống xem có đảm bảo yêu cầu đặt ra của đề bài hay không, đồng thời cũng kiểm tra các giá trị dòng điện ngắt , dòng điện dừng , hãm xem có đảm bảo an toàn cho hệ thống hay không . Từ đó đánh giá được năng lực quá tải của hệ thống , khả năng tác động nhanh của hệ thống cũng như độ an toàn của hệ thống trong qua trình làm việc. Do động cơ một chiều kích từ độc lập có đặc tính n = f(I) hoặc n = f(M) đồng dạng nhau tức là có thể suy ra đặc tính n = f(M) từ đặc tính n = f(I) do đó ta chỉ xây dựng quan hệ n = f(I) và gọi là đặc tính cơ của hệ thống. Khi xây dựng đặc tính ta đưa ra các giả thiết sau : + Động cơ làm việc ở chế độ dài hạn + Hệ số khuếch đại của BBĐ là hằng số +Tiristo là phần tử bán dẫn tác dộng nhanh không có quán tính + Điện trở phần ứng động cơ không thayđổi trong suốt quá trình làm việc 1. Phương trình đặc tính cơ của hệ thống Theo(*) ta có: [(Ucđ-gn)KTG.KBBĐ-Iư.Rồ]KĐ=n n = 2. Xây dung đặc tính cơ Đường dặc tính cao nhất Đường đặc tính cơ cao nhất ứng với tốc độ định mức nđm=1500(v/ph) Phương trình đặc tính cơ: n đm = Ucđmax= Ucđmax==12,2(V) Điểm không tải lý tưởng Iođmmax=0 nođmmax===1509,4(v/ph) Vâỵ đường đặc tính cơ cao nhất đi qua 2 điểm A(Iođmmax,nođmmax)=(0, 1498,6) B(Iđm,nđm)=(25,4 ,1500) Đường dặc tính thấp nhất Dải điều chỉnh D=50:1 nên tốc đọ định mức ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất là nđmmin===30(v/ph) Ucđmin= Ucđmax==0,2553(V) Điểm không tải lý tưởng Iođmmin=0 nođmmin===31,5(v/ph) Vâỵ đường đặc tính cơ thấp nhất đi qua 2 điểm C(Iođmmin,nođmmin)=(0, 31,5) D(Iđm,nđmmin)=(25,4 ,30) Kiểm tra sai lệch tĩnh của hệ thống Để kiểm tra sai lệch tĩnh ta kiểm tra độ sụt tốc độ tương đối St trên đường đặc tính cơ thấp nhất vì ứng với đường đặc tính này độ sụt tốc độ là lớn nhất St% = Kết luận: Vậy hệ trên thoả mãn yêu cầu. Qua đó ta có đặc tính cơ như sau: PhầnVI . Thuyết minh sơ đồ nguyên lý 1.Nguyên lý làm việc mạch động lực Sơ đồ Nguyên lý làm việc của mạch động lực Đóng cầu dao ATM cung cấp diện áp ba pha cho máy biến áp động lực BA. ấn nút M thì công tắc K có điện làm tiếp điểm thường mở của K đóng lại còn tiếp điểm thường kín mở ra mạch chỉnh lưu được cấp điện ở đầu ra mạch chỉnh lưu xuất hiện điện áp một chiều cung cấp cho động cơ. 2.Nguyên lý làm việc mạch điều khiển Sơ đồ Mạch tạo xung có 3 kênh riêng biệt. Điện áp răng cưa dược lấy trên đầu ra các IC1,điện áp chuyển dịch láy trên điện trở WR2, khâu so sánh trong mạch gồm các IC2, khâu sửa xung gồm các phần tử C3 và R9 ,khâu khuếch đại xung ,truyền xung đến các Tiristor T1 – T6 . Các tín hiệu phản hồi được tổng hợp và đưa đến các đầu vào các IC của khâu so sánh. Nguyên lý làm việc: Mạch điều khiển của hệ thống được thiết kế theo các yêu cầu kỹ thuật sau: + Tự động ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ + Hãm dừng chính xác +Nguyên lý tự động ổn định và điều chỉnh tốc độ: Trong quá trình làm việc nếu có sự thay đổi của tải, giả sử tải tăng khiến tốc độ động cơ giảm ==> (Ucđ - n) sẽ tăng ==> điện áp điều khiển tăng ==> góc mở 1 giảm ==> Uđ1 tăng , kéo tốc độ động cơ trở lại điểm làm việc yêu cầu. Nếu tải giảm thi quá trình diễn ra ngược lại. Đó chính là nguyên lý ổn định tốc độ. Chất lượng của quá trình ổn định tốc độ được đánh giá qua chỉ tiêu: St ≤ 5% Khi muốn thay đổi tốc độ ta điều chỉnh biến trở ,khi đó điện áp chủ đạo sẽ thay đổi, dẫn tới (Ucđ - n) sẽ thay đổi ==> điện áp điều khiển thay đổi ==> góc mở 1 thay đổi ==> Uđ1 thay đổi ==> tốc độ động cơ thay đổi theo. Điện áp chủ đạo được điều chỉnh nhờ biến trở là vô cấp do đó tốc độ động cơ cũng được điều chỉnh vô cấp. + Hãm dừng Muốn hãm dừng động cơ ta ấn nút D lúc này K mất điện các tiếp đểm K mở ra mạch chỉnh lưu mất điện đồng thời các tiếp điểm thường kín K đóng lại đưa điện trở hãm Rh vào mạch phần ứng động cơ cho tới khi động cơ dừng rất nhanh kết thúc quá trình làm việc.