Đồ án Tốt nghiệp trang bị điện - Đinh Văn Hà

Đồ án tốt nghiệp trang bị điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Lời nói đầu Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ năng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sau rộng. Trong khuôn khổ chương trình đào tạo kỹ sư nghành tự động hoá - cung cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trước khi ra trường có điều kiện hệ thống hoá lại những kiến thức đã được trang bị ở trường cũng như có điều kiện tiếp cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội tư duy độc lập nghiên cứu và thiết kế. Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên tổ chức cho sinh viên trước khi ra trường làm đồ án tốt nghiệp - bản đồ án tốt nghiệp này ra đời trong hoàn cảnh đó. Thực tiễn trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đã hoàn thiện hoặc còn phù hợp, cải tạo và thay thế những phần đã lạc hậu hoặc có nhiều nhược điểm để cho ra những thiết bị có độ hoàn thiện cao. Khi đưa vào sản xuất cho năng suất và chất lượng sản phẩm cao. Dựa trên nền tảng đó bản đồ án thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị điện cho máy. Bản đồ án gồm 5 phần: ) Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy ¯ 4 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ) Phần II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý ) Phần III: Tính chọn thiết bị ) Phần IV: Xây dựng đặc tính tĩnh ) PhầnV: Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán logic và khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án được trình bày một cách logic,gọn nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu, các số liệu được lấy từ những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Trong qúa trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Trần Xuân Minh công tác trong bộ môn tự động hoá của trường. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ này. Tác giả thiết kế Sinh Viên ĐINH VĂN HÀ ¯ 5 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà PHẦN I GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CỦA MÁY ¯ 6 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà I.1 CHỨC NĂNG - CÔNG DỤNG CỦA MÁY DOA I- chức năng và công dụng của máy doa Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phương pháp gia công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đã được khoan ,khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy doa còn có thể được dung để phay. Da là một phương pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ ∇6-∇9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1. II- phân loại máy doa Máy doa là máy gia công cắt gọt kim loại . Trên truyền động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, vì vậy máy có thể gia công thô ( khoan ,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi doa. Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau. Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau. - Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra : + Máy khoan , khoét + Máy doa - Phân loại theo chuyển động : +Doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng +Doa ngang: dao quay theo phương nằm ngang - Phân loại theo mức độ trang bị điện : +Loại đơn giản: thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về điện. +Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhưng là hệ thống hở. ¯ 7 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà +Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình . Đây là loại máy doa gia công có độ chính xác rất cao. - Nếu phân loại theo trọng lượng của máy ,ta có: +Loại nhỏ : trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn +Loại trung bình :trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn +Loại lớn: trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn. I.2 GIỚI THIỆU MÁY DOA 2620B I-Giới thiệu máy 1/ Chức năng của máy Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ ba,Đây là loại máy có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi vì nó là loại máy doa vạn năng . Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau: - Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao. - Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren... Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục chính. -Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất. - Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngoài. 2/ Cảc truyền động cơ bản của máy doa a, Truyền động chính Truyền động chính trong máy doa 2620B là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ ΔΔ-YY ¯ 8 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng chưa ăn khớp động cơ được đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phương pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí. Động cơ chính được hãm ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy. b, Truyền động ăn dao Bao gồm các truyền động: - Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang. -Chuyển động sang trái. -Chuyển động sang phải Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển động này được truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các thông số chất lượng rất cao. c, Các truyền động phụ - Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc. - Các truyền động bơm nước, bơm dầu... 3- Kết cấu của máy doa 2620B a, Thân máy Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có hai ụ b, Ụ chính Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so vớithân máy. Động cơ trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển được thực hiên nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao . c, Ụ trục phụ ¯ 9 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay. Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao. d, Bàn máy Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải. 4/ Các chế độ vận hành của máy a, Máy doa ngang 2620B có các chế độ vận hành sau: +Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động. + Trong quá trình vận hành có thể thưc hiện chạy nhanh bàn dao bằng phương pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang học. +Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng được bố chí trên hai ụ máy. b,Các thông số kỹ thuật của máy +Đường kính trục chính D= 90 mm +Kích thước bàn máy 900 - 1200 mm + Độ dịch chuyển dọc của bàn máy :1090 mm + Độ dịch chuyển hướng tâm của mâm cặp :170 mm + Tốc độ quay của trục chính :12,5- 2000 V/p + Mô men cực đại trên trục chính :308 KN.m + Tốc độ quay của mâm cặp: 80-200 V/p + Phạm vi ăn dao của bàn : 1,4 - 1110 mm/p + Pham vi ăn dao của ụ : 1,4 - 1170 mm/p + Phạm vi ăn dao của mâm cặp : 9,8 - 700 mm/p + Phạm vi ăn dao của trục chính : 2,2 - 1760 mm/p + Lực ăn dao cực đại của trục chính : 1500 KN + Lực ăn dao cực đại của ụ : 2000 KN + Lực ăn dao cực đại của bàn máy : 2000 KN + Kích thước lỗ doa lớn nhất khi gia công : ¯ 10 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà - Bằng trục chính :320 mm - Bằng mâm cặp :600 mm + Kích thước lớn nhất khi tiện mặt đầu :550 mm + Trọng lượng lớn nhất của chi tiết gia công :200 Kg + Trọng lượng bàn máy : 1500 Kg + Kích thước máy :750 x 3000 x 3000 mm + Động cơ truyền động chính là động cơ KĐB ro to lồng sóc có hai cấp tốc độ . Pđm =10 Kw Tốc độ định mức : Nđm = 1460 , 2890 (v/p) + Động cơ truyền động ăn dao là động cơ một chiều kích từ độc lập. II-Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B Trong máy doa ngang 2620B truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. ở truyền động này dùng động cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng như sau: 1, Phạm vi điều chỉnh tốc độ Truyền động ăn dao của máy doa ngang 2620B có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số: D n n = =max min 2000 1 2, Độ trơn khi điều chỉnh Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau như doa lỗ có đường kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn . Để đảm bảo chất lượng gia công bề mặt có độ bóng từ ∇6- ∇9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vô cấp. ¯ 11 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ϕ = =+nn i i 1 1 4,Độ ổn định tốc độ khi làm việc Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền động chính thay đổi . Khi phụ tải biến đổi từ 0 ÷ Mmax thì yêu cầu độ sụt tốc độ là: Δn n nn i dmi i = − ≤ ÷0 0 3 5( )% 4,Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô men cản MC do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mô men M lớn nhất. Nếu yêu cầu mô men M = const thì Mmax này được xác định bởi lực ăn dao, bao gồm : lực kéo Fx ,tổn hao ma sát trên gờ trượt của máy. Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi chiều sâu cắt do Fx không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao. Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính. Mặt khác, cũng với cấp tốc độ này thường dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực ma sát trên gờ trượt ảnh hưởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Qn và được biểu diễn như hình vẽ sau : ¯ 12 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà MC,PC n0 n1 n2 MC PC F,Q v n Qđm Fđm 0 Hình 1-1 Ở vùng tốc độ gia công ta có: M=const , P tỉ lệ với U Ở vùng chạy dao nhanh: M≈ P/n ; P=const 5,Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động - Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải. -Quá tải động:đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều. Để rút ngán thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này. ∗Các biện pháp han chế phụ tải: + Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao. + Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phương pháp sử dụng khâu phản hồi âm dòng có ngắt. ¯ 13 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 6, Yêu cầu hãm dừng chính xác Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng. Bởi vì khi dừng chính xác thì đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và người vận hành. Các biện pháp nâng cao chất lượng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm ) - Sử dụng những thiết bị khống chế. -Tăng gia tốc của hệ thống. -Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính. - Tăng lực cản bằng cơ khí. - Hãm bằng điện , sử dụng một trong ba phương pháp: + Hãm ngược +Hãm động năng + Hãm tái sinh - Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ. 7, Yêu cầu về đảo chiều Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620B là có đảo chiều, để đảm bảo năng suất cho máy thì việc yêu cầu về đảo chiều là rất quan trọng. 8, Yêu cầu về kinh tế + Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho vận hành và sửa chữa. +Vốn đầu tư mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý. +Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật. ¯ 14 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà PHẦN II THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ¯ 15 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 2. 1 GIỚI THIỆU CHUNG I- Khái niệm chung Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản suất ngày càng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác, tin cậy cao. Do bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng nhiều thiết bị như hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van . Chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những ưu, nhược điểm khác nhau; khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có được những hệ thống truyền động có chất lượng khác nhau. Do đó để có được một phương án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế. II- Nội dung chọn phương án Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải quyết. Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu, nhược điểm riêng và nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải chọn ra được phương án tốt nhất. Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản. Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng như điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo được các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao. Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ đó đưa ra những phương án đáp ứng được yêu cầu công nghệ này. Để chọn được phương án tốt nhất trong các phương án đưa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế. Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất ¯ 16 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà lượng của hệ thống. Do đó việc chọn lựa phương án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ). III- Ý nghĩa của việc lựa chọn phương án Việc so sánh lựa chọn được phương án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó được thể hiện qua các mặt: + Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản suất. + Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài. + Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động. + Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện , thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua. 2-2 CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG I- Các phương án đưa ra Để có dược phương án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B, ở đây em đưa ra một số phương án mà đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền động để từ đó làm căn cứ chọn ra phương án tốt nhất. Yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao máy doa có những đặc điểm sau: + Phạm vi điều chỉnh: D= 2000:1 + Độ trơn khi điều chỉnh: ϕ = =+n n i i 1 1 +Độ ổn định tốc độ khi làm việc : Δn n nn oi dm oi = − ≤ ÷( )3 5 % ¯ 17 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=2000:1 do vậy các hệ thống khuyếch đại từ - động cơ, máy phát - động cơ không thoả mãn được chỉ tiêu này. Do vậy ta loại hai phương án này và đưa ra ba phương án sau: + Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ . + Hệ thống van - động cơ. + Hệ thống xung áp - động cơ. II- Phương án I Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ ( ∋MY- Đ ) 1,Giới thiệu hệ thống a, Sơ đồ A B C ∋MY Đ/C CKĐ Đ FT CKF KĐ UĐK ϒn Ucđ Hình 2-1 ¯ 18 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà + FT :là máy phát tốc , có nhiệm vụ khâu phản hồi âm tốc độ + CKĐ, CKF: là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại. + KĐ: là khâu khuyếch đại, thực hiện nhiệm vụ khuyêch đai tín hiệu điều khiển UĐK +U đ :là điện áp đặt 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử động cơ sơ cấp Đ/C quay với tốc độ ω= const , khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ , thông qua mạch khuyếch đại, cuộn dây CKF được cấp điện, ∋MY được kích thích sẽ phát ra điện áp một chiều cấp cho động cơ → động cơ quay . Do đặc điểm của ∋MY là có cuộn dọc, cuộn ngang ; cuộn ngang được nối ngắn mạch nên có dòng điện lớn và sinh ra từ thông lớn. Do vậy hệ thống có hệ số khuyếch đại rất lớn. - Nếu trong quá trình làm việc vì một nguyên nhân nào đó mà làm cho tốc độ đông cơ giảm, qua biểu thức Uđk =Uđ - ϒn ta thấy khi n giảm thì Uđk tăng qua mạch khuyếch đại ICKF tăng và Ud tăng → tốc độ động cơ tăng về trị số yêu cầu. Khi tốc độ động cơ tăng quá mức thì quá trình diễn ra ngược lại. Đó là nguyên lý ổn định tốc độ. 3, Họ đặc tính cơ của hệ thống ta có : ICKF = KKĐUđk = KKĐ ( Uđ - ϒn ) E ∋ = Kd KNICK∋ ω∋ E∋ = KdKNKKĐ ω∋ (Uđ- ϒn ) đặt :KdKNKKĐ ω = K → E∋MY= K(U - ϒn ) ¯ 19 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Xây dựng phương trình đặc tính cơ của hệ thống: n U K R R K I U E n E K R R K I n K U n K R R K I u d d ud uE d d u u EMY EMY d d uE ud d d u cd d d uE ud d d u = − + = ⇒ = − + ⇔ = − − + φ φ φ φ γ φ φ ( ) Sau khi biến đổi biểu thức này ta được: n KU K K R K Icd d d d d u= + −φ γ φ. (*) Trong đó : K = KđKNKKĐω∋ Uđ : là điện áp đặt. R = Rư∋ + Rưđ Phương trình ( ∗ ) là phương trình đặc tính cơ của hệ thống. Ta thấy rằng độ cứng của đặc tính là: β φ γ= + R K Kd d . Độ cứng khi có mạch vòng phản I,M 0 n0 max n0 min Hình 2-2 hồi âm tốc độ đã được cải thiện rất nhiều. Họ đặc tính cơ của hệ thống được vẽ trên hình 2-2. 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a, Ưu điểm + Hệ thống làm việc rất linh hoạt. + Họ đặc tính cơ có dạng tuyến tính. ¯ 20 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà +Việc điều chỉnh đều được thực hiện trên mạch kích từ nên thuận tiện cho tự động hoá , nâng cao chất lượng hệ thống. + Có hệ số khuyếch đại lớn. b, Nhược điểm + có nhiều thiết bị quay ,gây ồn. + Hiệu suất sử dụng điện năng thấp η = ηĐ/C η∋ ηđ = 0,3 - 0,5 +Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt. III - Phương án II Hệ thống van - động cơ (T - Đ ) 1,Giới thiệu a, Sơ đồ b,Các phần tử của sơ đồ + Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập,thực hiện chức năng biến năng lượng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất. + BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển , thực hiện chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều cung cấp cho động cơ. + Uđ tín hiệu điện áp đặt. + FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ. +TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu + FX là mạch phát xung. ¯ 21 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà A B C Đ CKĐ Đ FT ĐK FX & KĐ ϒn Uđ Hình 2-3 BB X TH 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc này động cơ vẫn chưa làm việc . Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứng với một tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi ¯ 22 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà bộ biến đổi , nếu lúc này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận , van sẽ mở với góc mở α . Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ → động cơ quay với tốc độ ứng với Uđ ban đầu. Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - ϒn khi n giảm → UĐK tăng → α giảm → Ud tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu. Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ. 3,Họ đặc tính cơ của hệ thống Sức điện động của BBĐ: Eb = Ebm cosα = Ub ( Ub =UƯ : điện áp đầu ra của bộ biến đổi ) Eb = KKĐKb( Uđ - ϒn ) α γ= −actg K K U nE KD b d bm ( ) +Phương trình đặc tính cơ của hệ thống: n U K R R K I K K U K R R K I n K K U K R R K K K I b d d b d d u KD b d d d b u d d u KD b cd d d b u d d KD b u = − + = − + ⇒ = − ++ φ φ φ φ φ φ γ u . Đây là phương trình đặc tính cơ của hệ thống.Từ đây ta vẽ được họ đặc tính cơ của hệ thống trên hình 2-4. M ¯ 23 ° UHình 2-4U n n0max 0 TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a, Ưu điểm: + Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác động nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao. + Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt. + Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lượng hệ thống. b, Nhược điểm + Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp du/dt, di/dt có nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp. +Sức điện động của bộ biến đổicó dạng đập mạch làm phát sinh thành phần sóng hài bậc cao gây phát nóng động cơ ( có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách mắc thêm các cuộn kháng ). + Hệ thống làm việc có cosϕ nhỏ. IV - Phương án III Hệ thống xung áp - động cơ 1, Giới thiệu a, Sơ đồ + - U D0 Đ MK CKĐ XM XK FX KĐ Uđk FT ϒn UBcđB UHình 2-5 ¯ 24 ° U TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà b,Các phần tử của hệ thống + Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất. CKĐ là cuộn kích từ của động cơ. + MK : là mạch khoá van có nhiệm vụ tạo xung điện áp ngược đặt nên van đẻ khoá van. + T :tiristo chức năng như một khoá đóng mở để băm điện áp nguồn một chiều. + FT : là máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ. +Uđ: là tín hiệu điện áp chủ đạo. +KĐ : là mạch khuyếch đại, có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu điện áp Uđk để đưa vào mạch FX. +FX : là mạch phát xung có nhiệm vụ phát ra xung mở cho van T và xung khoá cho mạch cho mạch khoá van MK. + DO: là van diốt. 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử ban đầu ta đặt vào hệ thống một điện áp chủ đạo Uđ ( khi hệ thống đã được đóng vào nguồn một chiều ) qua nút tổng hợp tín hiệu ta có: Uđk = Uđ - ϒn Tuy nhiên ban đầu n = 0 → Uđk = Uđ , tín hiệu này qua mạch KĐ được đưa tới mạch FX sẽ pháp ra xng mở đưa tới chân điều khiển của van T và ở đầu ra có sức điện động ra Eb. E t T Ub CK = 1 Sức điện động này được đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ tương ứng với điện áp đặt ban đầu. Khi muốn thay đổi tốc độ động ¯ 25 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà cơ ta thay đổi Uđ . Trong quá trình làm việc giả sử nguyên nhân nào đó mà tốc độ động cơ giảm khi đó qua mạch phản hồi âm tốc độ ta có: Uđk = Uđ - ϒn Khi n giảm → Uđk tăng → t1=KUđk tăng → Eb tăng và tốc độ động cơ sẽ tăng về giá trị đặt. U t t1 TCK Nếu tốc độ động cơ tăng quá tốc độ đặt thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ . 3, Họ đặc tính cơ của hệ thống Sức điện động của BBĐ: E t T Ub CK = 1 Phương trình đặc tính cơ của hê thống: n E K R R K I t U T K R R K I t K u K U n n K U T K K R R T K K I b d d b u d d u CK d d b u d d u dk cd cd CK d d b u CK d d u = − + = − + = = − ⇒ = + − + + φ φ φ φ γ φ γ φ γ 1 1 1 1 1 1 1 ( . ) Đây làp phương trình đặc tính cơ của hệ thống từ phương trình này ta có họ đặc tính cơ của ¯ 26 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà hệ thống như hình vẽ. n n0max 0 -n0max Hình 2-6 IƯ 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a,Ưu điểm + Hệ thống này được dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất » công suất của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua Rb và đặc tính cơ có độ cứng cao. + Hệ thống này dùng ít van động lực . +Dễ tự động hoá. b, Nhược điểm + Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xuay chiều - một chiều. + Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ. +Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn. V- Chọn phương án truyền động ¯ 27 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Trong cả ba phương án đưa ra đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy doa. Tuy nhiên, phương án I với những nhược điểm căn bản là: + Giá thành đắt vì phải sử dụng nhiều máy điện quay. + Gây tiếng ồn, tốn diện tích lắp đặt. + Hiệu suất thấp → chi phí vận hành lớn. Vì những lý do đó ta loại phương án này. Vấn đề là lựa chọn một trong hai phương án còn lại. Trong hai phương án còn lại ta thấy rằng phương án III đòi hỏi phải có nguồn một chiều với công suất lớn, điều này không phải nhà máy cơ khí nào cũng có được. Trong trường hợp không có nguồn một chiều thì ta phải tạo ra nó từ nguồn xoay chiều , khi đó phương án III trở nên phức tạp hơn phương án II. Mặt khác đối với truyền động ăn dao của máy doa đòi hỏi phạm vi điều chỉnh rất lớn ( D= 2000:1). Như vậy nếu sử dụng phương án III ở vùng tốc độ thấp hệ thống rất dễ rơi vào làm việc ở chế độ dòng gián đoạn. mà muốn khác phục điều này cần phải có cuộn kháng với LK rất lớn. Từ những phân tích như vậy ta thấy rằng phương án II có tính ưu việt hơn cả. Ta chọn phương án II làm phương án truyền động cho truyền động ăn dao của máy doa. 2. 3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Mạch điện nguyên lý của hệ thống truyền động điện gồm hai phần: + Mạch động lực. + Mạch diều khiển. Mạch động lực là phần tử trực tiếp thực hiện các quá trình năng lượng theo yêu cầu công nghệ đặt ra. Mạch điều khiển có chức năng diều khiển mạch động lực thực hiện các quá trình công nghệ . Như vậy khi thiết kế sơ đồ nguyên lý phải đi từ mạch động lực. ¯ 28 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà I-Thiết kế mạch động lực Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy biến áp động lực, các phần tử R- C. Theo phương án đã chọn thì động cơ là động cơ một chiều kích từ độc lập. Như vậy,việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tử khác cho phù hợp. 1, Chọn sơ đồ chỉnh lưu Có nhiều sơ đồ chỉnh lưu đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên ở mỗi sơ đồ có các chỉ tiêu về chất lượng khác nhau, giá thành khác nhau . Vấn đề đặt ra là lựa chọn cho phù hợp. - Các sơ đồ một pha tuy rẻ, song có chất lượng điện áp ra kém, nhất là khi góc mở α lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn do đó đòi hỏi góc mở α dao động rộng và như vậy sơ đồ một pha khó đáp ứng được (khi góc α có nguy cơ hệ thống làm việc ở chế độ dòng gián đoạn ). - Vì những lẽ đó ta chỉ lựa chọn ở sơ đồ ba pha. Sơ đồ cầu ba pha tuy có chất lượng điện áp ra tốt hơn sơ đồ tia ba pha, song nó có giá thành cao và mạch diều khiển cũng phức tạp hơn. Sơ đồ tia ba pha có chất lượng điện áp ra kém hơn ( điều này có thể khắc phục bằng các cuộn kháng ) song nó hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu công nghệ. Vì những lý do này ta chọn sơ đồ tia ba pha. 2, Lựa chọn phương án đảo chiều Để đảo chiều cho động cơ điện một chiều có hai hướng là đảo chiều dòng kích từ và đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ. a, Đảo chiều dòng kích từ Khi thực hiện đảo chiều quay của động cơ bằng đảo chiều dòng kích từ thì ta phải giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ vì nếu không động cơ có nguy cơ bị ngắn mạch. Ta biết rằng: I U E R U K Ru u u u u = − = − φω ¯ 29 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Khi φ = 0 ( Rư rất nhỏ ) thì Iư tăng rất lớn có nguy cơ phá hỏng động cơ. như vậy khi thực hiện đảo chiều dòng kích từ (đảm bảo an toàn ) thì thời gian đảo chiều lớn làm giảm năng suất của hệ thống. Mặt khác, ở phương pháp này hệ thống có họ đặc tính cơ sấu hơn so vớ phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng . b, Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ Phương pháp này có thể dùng: + Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ. + Dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược hoặc đấu chéo. Khi dùng cầu tiếp điểm thì kém bền vì hệ thống của ta khi làm việc thường xuyên đảo chiều, mỗi lần đảo chiều dòng hồ quang một chiều sẽ làm mòn tiếp điểm. Mặt khác, khi đó vùng hãm tái sinh nhỏ, vùng hãm ngược lớn gây giật và quá trình hãm ngược còn làm dòng phần ứng lớn vì: I U E R U E Ru u u u u = − − = − +( ) Dòng điện này có giá rị rất lớn. - Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp đòi hỏi máy biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp. - Khi dùng hai BBĐ đấu song song ngược sẽ đảm bảo khắc phục hết những nhược điểm của các phương pháp kia, hơn nữa truyền động của ta đòi hỏi đảo chiều nhanh nên phương án này là phù hợp hơn cả. 3, Lựa chọn phương án điều khiển hai bộ chỉnh lưu Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc song song ngược có hai phương pháp: + Điều khiển độc lập ( điều khiển riêng ). + Điều khiển phối hợp ( điều khiển chung ). a,Điều khiển độc lập Ở phương pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau. Khi phát cho bộ biến đổi thuận làm việc thì bộ biến đổi ngược không được phát xung sẽ ¯ 30 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà khoá lại và ngược lại. Phương pháp này có ưu điểm là không phát sinh dòng cân bằng song nhược điểm của nó là thời gian đảo chiều lớn. vì để đảm bảo cho sơ đồ làm việc an toàn thì yêu cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến đổi làm việc ở giai đoạn trước phục hồi lại tính chất điều khiển và như vậy làm giảm độ tác động nhanh của hệ thống. Tuy vậy vẫn có thể tăng độ tác động nhanh của hệ thống bằng cách giảm thời gian ngừng dòng xuống cực thiểu nhờ những mạch kiểm tra tác động nhanh. b, Điều khiển chung Trong phương pháp này lại gồm có: +Điều khiển phối hợp tuyến tính. + Điều khiển phối hợp phi tuyến. ∗ Phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính: ở phương pháp này người ta đồng thời phát xung đến mở cho cả hai BBĐ , với quan hệ góc mở: α1 + α2 = 1800. Khi hệ thống làm việc luôn tồn tại một BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lưu ( α 900 ) . * Phương pháp này có ưu điểm: là đảo chiều nhanh, quan hệ giữa điện áp trung bình ra và Uđk là đơn trị. Song nhược điểm của nó là: làm phát sinh dòng cân bằng gây tổn thất trong BBĐ dẫn đến phải tăng công suất tính toán của các phần tử. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách mắc thêm các cuộn kháng cân bằng. ∗ Phương pháp điều khiển phối hợp phi tuyến: ở phương pháp này người ta cho hai BBĐ làm viện với quan hệ góc mở: α1 +α2 = 1800 +2θ . * Phương pháp này có ưu điểm là giảm được dòng cân bằng. Song nhược điểm của nó là tạo ra một khoảng mà với cùng một góc điện áp điều khiển sẽ có hai giá trị điện áp ra khác nhau, thời gian ngừng dòng khi đảo chiều lớn làm sấu các chỉ tiêu chất lượng động khi tải có sức điện đông lớn và tải có điện cảm lớn. ¯ 31 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Từ những phân tích như vậy ta chọn phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính. 4, Sơ đồ mạch động lực ∗ Thuyết minh sơ đồ Ban đầu đưa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ thống được cấp nguồn. Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc. Giả sử BBĐ1 ( gồm các van: T1 , T2, T3 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay thuận;BBĐ2 ( gồm các van : T4 , T5, T6 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay ngược. Khi ta phát xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở α1 900 với quan hệ góc mở: α1 + α2 = 1800 Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2 ud1 = Ud0cosα1 ud2 = Ud0 cosα2 Điện áp đặt nên động cơ là ud , điện áp cân bằng là điện áp giữa hai điểm N- M, ud = uk - O ucb = ud1 + ud2 = ud1 - ( - ud2 ) u u u u u u u u u d d cb d d d d d d = − = − + ⇒ = − 1 1 1 2 1 2 2 2 2 ( ) Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay thuận. Ta có giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van như hình vẽ (trên hình vẽ α1= 300 , α2 = 1500) . Ta thấy rằng do tồn tại điện áp ucb mà sinh ra dòng điện icb và như vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng Id qua động cơ ¯ 32 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà còn dòng icb . Dòng icb chỉ chạy quẩn giữa hai BBĐ , do điện trở thuận của các van nhỏ nên với một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng icb này. Trong sơ đồ sử dụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb ≤ 10% Id . ¯ 33 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà C KB1 B C KB2 B CK Sơ đồ mạch động lực K Như ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ Lk lớn và dòng cân bằng là dòng đập mạch. Như vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều Id đi qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb . Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id . II- THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1, Giới thiệu chung Như ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lưu 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 thời điểm yêu cầu. 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 ) μs 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 suất 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 ddieef 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 ¯ 34 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 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. 2, Thiết kế mạch phát xung A, 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 diốt 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 suất 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 α 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 sử dụng diốt 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 α 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. c, Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang ¯ 35 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 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 suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển. Phương pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở α 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. d, chọn phương pháp điều khiển Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy doa 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. B, Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng URC TX ĐBH & FSRC U1 UĐK SS 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 hiêu 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. ¯ 36 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 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 khong cách ly được diện 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 Δ - YO để thực hiện chức năng này. Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ như hình vẽ: A B C * * * * * * ua ub uc 0 UA UB UC ub uc ua b, mạch phát sóng răng cưa Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo ra sóng răng cưa. Tuy nhiên , để tạo ra được quan hệ góc mở : α2 + α2 = 1800 ta cần có dạng điện áp răng cưa rất ¯ 37 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà chính xác. Ta nghiên cứu một số sơ đồ để tìm ra sơ đồ đáp ứng được yêu cầu này. 1b- Sơ đồ diốt - điện trở - tụ điện - tranrito * sơ đồ mạch: UĐB D R1 R3 R4 R5 U +UCC Nguyên lý hoạt động: Giả thiết tại t = 0 điện áp trên tụ uc = 0 khi uđb bắt đầu chuyển sang dương thì diốt D mở, tranrito khoá và tụ được nạp từ nguồn một chiều với quan hệ: uc = Ucc ( 1 - e-t/RC ) ở nửa chu kỳ sau , D khoá ,tranrito mở nhờ điện trở định thiên R1, R2 tụ C sẽ phóng điện qua R4, điện áp trên tụ trở về 0 và chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo. - Giản đồ điện áp: nếu ta coi diện áp trên R4 và tranrito khi tụ phóng là nhỏ thì giản đồ điện áp có dạng: U π 0 2π ωt ¯ 38 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Nhận xét: Điện áp răng cưa của tụ có dạng: urc = Ucc (1 - e-t/RC ) Đây là quan hệ hàm mũ nên việc tính toán là khó khăn và khó đảm bảo quan hệ : α1+ α2= 1800. 2b- Sơ đồ dùng hai tranrito * Sơ đồ mạch: D R1 R2 UĐB TR1 TR2 R3 R5 R4 C URC +UCC D2 U Nguyên lý hoạt động: Trong sơ đồ này có trang bị thêm: T2, D2, R4, R5 là mạch ổn định dòng để nạp cho tụ, điện áp giữa cực gốc với cực phát của Tr2 là: ucb2 = u0 - ic2R4 Vì sụt áp phát - gốc trên Tr2 khi mở hầu như không thay đổi khi dòng cực gốc thay đổi, nên ta coi : ueb2= A = const. Vậy ta có: i u u R I constC eb 2 0 2 4 = − = = Mặt khác ta lại có: iC2 ≈ ie2 nên dòng cực góp Tr2 coi như không đổi ở nửa chu kỳ dương , D khoá, Tr1 mở và tụ C được nạp điện : u C i dt B tC C= =∫1 . ¯ 39 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ở nửa chu kỳ âm, D khoá, Tr1 mở nhờ điện trở định thiên R1,R2 . Tụ C phóng qua R2 và Tr1.Ta có giản đồ điện áp như hình vẽ: U Nhận xét: π O 2π Sơ đồ ày cho dạng điện áp ωT răng cưa chính xác nhưng do có điện trở bảo vệ R3 mà điện áp trên tụ không giảm xuống o(v) được. Mặt khác , điện trở tải nhỏ sẽ ảnh hưởng đến dạng điện áp urc . 3b- Sơ đồ dùng IC khuyếch đại thuật toán * Sơ đồ mạch điện +UCC - + D R1 R2 UĐBU URC R3 R4 C -UCC IC ¯ 40 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà *Nguyên lý hoạt động - Ở nửa chu kỳ dương Tr 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 C được nạp bởi điện áp đầu ra này. Dòng nạp cho tụ được xác định là: ic = iv - i1 nếu IC là lý tưởng thì iv = 0 nên ic= -i1 i u R R constcc1 3 4 = −+ = Nên Ic= const và điện áp trên tụ tuyến tính - Ở nửa chu kỳ âm, D khoá. Tr mở nhờ cặp điện trở định thiên R1 ,R2; tụ C phóng điện qua Tr. Điện áp trên tụ giảm về o. Giản đồ điện áp như hình vẽ: ωt U O URC π 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. * Để nâng cao chất lượng làm việc của hệ thống ta sử dụng mạch như ở sơ đồ hình vẽ sau: ¯ 41 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà URC URC - + C R3 R4 - + C R3 R4 -UCC +UCC U IC1 IC2 Udb D, Khối so sánh Việc so sánh với điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có 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 . a, Sơ đồ so sánh song song dùng Tranrito Sơ đồ: ¯ 42 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà α U URC UR UĐK π 0 0 R1 R2 URC UĐ K UR R3 TR +UCC ωt ωt SƠ ĐỒ MẠCH VÀ ĐỒ THỊ ĐIỆN ÁP Trong sơ đồ Tr đảm nhận chức năng so sánh , urc có xu hướng khoá Tr , uđk có xu hướng mở Tr. Khi urc < uđk thì Tr mở nhờ điện áp thuận uđk , ur = 0 Khi urc > uđk thì Tr bị khoá, ur = +Ucc b,Sơ đồ dùng vi mạch Sơ đồ R3 SƠ ĐỒ MẠCH VÀ ĐỒ THỊ ĐIỆN ÁP α UR ωt ωt U URC UR UĐK π 0 0 R1 R2 UCUdk - IC + - Khi urc < uđk đầu ra Ic có giá trị điện áp âm, diốt D thông và ur = 0. -Khi urc > uđk đầu ra IC có điện áp dương , D khoá và đầu ra có urmax. Nhận xét: ¯ 43 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Việc so sánh bằng Tranrito tuy đơn giản nhưng không chính xác vì Tranrito không thể mở khi ⎜urc - uđk ⎜= 0 .Việc dùng vi mạch cho phép xác định góc α chính xác hơn do các vi mạch có hệ số khuyếch đại rất lớn và bão hoà rất nhanh. Do đó ta chọn dùng sơ đồ dùng vi mạch . E, Mạch tạo xung Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm suất hiện xung và tính đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau... nên 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. a, 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 tiristo nối tiếp hay song song . b, Mạch khuyếch đại xung -UCC D BAX ¯ 44 ° D1 DB2 B TR1 TRB2 B +UCC -UCC D BAX TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Để khuyếch đại ta có thể dùng Tranrito hay tiristo .Các mạch dùng tiristo 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 . Trongthực 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 β = β1.β2 Trong đó : β1,β2 là hệ số khuyếch đại của Tr1, Tr2. F, Khối sửa xung Do tính chất của khâu so sánh mà độ dài xung thường thay đổi theo góc mở α. Do đó ta phải có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung ra đủ mức cần thiết . Ta biết rằng với hai BBĐ đồng thời cùng làm việc ( α1 + α2 = 1800 ) thì góc mở α luôn nhỏ hơn 1800 một góc δ nào đó , để đảm bảo cho bộ biến đổi không bị lật nhào nghich lưu thì góc δ thường phải nhỏ hơn 300 điện , tức là lớn hơn 600 μs. Thời gian này thừa để mở các tiristo cho nên ta chỉ cần sửa xung theo hướng thu ngắn lại. Sơ đồ mạch sửa xung như hình vẽ ( gồm: C, R2, R3, D1) . Để thuận tiện cho việc khảo sát sơ đồ , ở đây có ghép thêm phần mạch so sánh và mạch khuyếch đại xung. TRB2 B +UCC R1 * * -24V UĐKT - SS + C1 2R D3 TR3 ¯ 45 ° D4 TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Nguyên lý hoạt động: + Khi điện áp đầu ra khâu so sánh có giá trị dương, tụ C sẽ được nạp qua điện trở 2R và diốt D2 , D3 . Lúc này Tr1, Tr2 khoá nhờ điện áp trên tụ C và điện áp nguồn +15V. + Khi điện áp đầu ra IC có giá trị âm ,tụ C sẽ phóng qua Tr1, Tr2 , 2R. Lúc này Tr1, Tr2 mở và có xung ra. phương trình nạp cho tụ là 2Ri + 1 C ∫ i dt = Urbh Viết dưới dạng khác ta có: 2RC du dt u UC C b+ = h Chuyển sang toán tử Laplax ta có: u RCP RC u U P u U u RCP U P RCP P RC RCP U C P C bh C bh c P bh bh ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . ( ) ( ) ( ) 1 2 2 1 2 1 2 1 4 2 1 0 0 + − = = − ⇒ = − + = − + ⇒ uc(t) = Ubh (1 - 2e-t /2RC) (1) ¯ 46 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà U π/2 π 2π 3π ωT URC - UĐKT 0 USS 0 ωT ωT ωT ωT UC UEB TR2 -TR1 0 0 UĐKT 1 0 UD2-D3 GIẢN ĐỒ XUNG Mặt khác điện áp của điểm F được tính: u u R R R R RF E = + + + 1 12 15 2 1 2 ¯ 47 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Khi uF = 0 thì Tr1, Tr2 khoá lại và kết thúc xung ra. Lúc đó ta có: u R R uF = − −15 2 1 Δ (1') Từ (1) và (1') ta rút ra thời gian tồn tại xung là: t RCLn u UBH = − −2 1 2 1( ) Δ Bằng cách chọn giá trị của R, R1, C một cách thích hợp ta sẽ có được độ rộng xung ra từ ( 200 - 600 ) μs. Giản đồ điện áp như hình vẽ ( giả thiết tx < tbh của BAX ) * 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 - pháp 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 6 hệ thống phát xung điều khiển riêng biệt nên không cần có mạch chia xung. Sơ đồ hai kênh điều khiển của hai van của hai bộ biến đổi trên cùng một pha như hình vẽ : C C +UCC TR3 TR2 +UC R * * * * +UC R -24V -24V UĐ KT UĐ KT -UCC - + - + - + - + C1 C1 UĐK Udkng Udb ¯ 48 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 3- Thiết kế mạch tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu Do hệ thống đòi hỏi chất lượng cao nên ta phải sử dụng các tín hiệu phản hồi. Vì vậy cần phải có mạch tổng hợp các tín hiệu đó lại . Mặt khác, để nâng cao độ cứng đặc tính cơ hệ kín ta cần khuyếch đại tín hiệu điều khiển với hệ số khuyếch đại khá lớn. Do đó cần phải có khâu khuyếch đại tín hiệu , về mặt nguyên lý khâu tổng hợp có thể thực hiện chức năng khuyếch đại nhưng để dễ điều chỉnh hệ số khuyếch đại , người ta thường thiết kế khâu khuyếch đại riêng. Trong truyền động điện người ta thường thực hiện các mạch vòng điều chỉnh tốc độ và dòng điện riêng nên ta chỉ cần tổng hợp tín hiệu chủ đạo và phản hồi tốc độ ở khâu tổng hợp . ¯ 49 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ¯ 50 ° U U π/2 π 2 3 ωT π π π/2 π 2 3π π ωT URC - UĐKT 0 USS ωT ωT ωT ωT UC uEB Tr2 -Tr3 0 0 UBD2-D3 B π/2 π 2 3π π ωT 0 TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà π 2π 3π ωT ωT ωT ¯ 51 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 0 ωT Giản đồ xung điều khiển cho T1 và T4 Để đảm bảo tính chính xác của việc tổng hợp ta dùng các vi mạch điện tử. Sơ đồ của khối tổng hợp và khuyếch đại như hình vẽ. UCĐ -ϒN MẠCH TỔNG HỢP VÀ KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU R R R1 R4 R2 R3 R6 R5A R5B URĐK - IC2 + - IC1 + Ta có: urđk = KKĐ ( Ucđ - ϒn) α Trong đó: K R R R RKD = 4 3 1 2 KKĐ là hệ số khuyếch đại α = α1α2 là hệ số phân áp α α 1 5 5 5 5 2 5 5 5 = 6 + + + = + R R R R R R R R a b a b b a b 4,Một số mạch khác ¯ 52 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà a,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 dấu nối tiếp nhau và có điểm chung là điểm nối mát. Ta thiết kế mạch này như sau: +15 V - 15 V - 24 V 7815 7915 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 và được lọc bởi các tụ đưa ra hai nguồn +15V và -15V có điểm chung là điểm o 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 mach 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. b,Khối tạo điện áp chủ đạo ¯ 53 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 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 . +15V - 15V T N R1 R2 UCĐ c, Khâu phản hồi tốc độ Để nâng cao độ cứng đặc tính cơ biện pháp tốt nhất là sử dụng phản hồi âm tốc độ Tốc độ động cơ được truyền đến máy phát tốc. R1 -ϒN FT Máy phát tốc là một máy phát điện một chiều có điện áp ra tỉ lệ với tốc độ động cơ . Tín hiệu phản hồi được lấy trên R1 đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu . d, Khối phản hồi âm dòng điện Để tránh dòng điện trong động cơ tăng qúa mức cho phép khi khởi động , hãm, đảo chiều hay gặp quá tải; ta phải sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện phần ứng . ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện .Sơ đồ mạch như hình vẽ : Máy biến dồng TI nhằm cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển . Điện áp ra của TI được chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu ba pha ( để đảm bảo cho dòng điện trong cuộn thứ cấp của TI là dòng điện xoay chiều . ) . Tín hiệu phản hồi dòng điện được lấy một phần trên biến trở R rồi được đưa vào lọc và ¯ 54 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà khuyếch đại bởi IC1 , IC2. Điện áp âm tên điện trở R4 có tác dụng như một ngưỡng; điện áp đầu ra IC2 được tính như sau: Ta chọn R5 = R6 u R R u u I R R u R R I I I r rIC rIC r n ng = − − = = ⇒ = − − = 7 6 42 41 6 4 2 15 2 15 1 1 ( . . ( ) ( . ) α β α β α β g ) α Là hệ số phân áp. R2 R1 R4 R5 R3 - IC2 + - IC1 + A B C TI C R C1 UING UIT R6 R42 R10 R41 -15V ¯ 55 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Khi Iư < Ing ,điện áp đầu ra IC2 có dấu dương nên các diốt khoá , mạch phản hồi chưa có tác dụng . Khi Iư > Ing , điện áp ra có giá trị âm , lúc này mạch phản hồi dòng tham gia khống chế góc mở α làm giảm dòng phần ứng . e, Khối cải thiện chất lượng động của hệ thống Giả sử khi khởi động , ta có Ucđ > 0 ; lúc này: ϒn = 0 , βI = 0 nên góc α có giá trị nhỏ, điện áp ra có giá trị lớn. Vì khâu phản hồi dòng có quán tính lớn nên tại thời điểm đầu nó chưa tác động do đó điện áp chỉnh lưu có giá trị lớn và có thể gây ra sự quá điều chỉnh về dòng điện . Vì vậy ta phải có một mạch điên tác động hạn chế góc mở ngay từ thời điểm đầu, đó là khâu cải thiện chất lượng động . Sơ đồ mach như hình vẽ : UĐKN G UĐKT - IC2 + - IC1 + - IC3 + - IC4 + -ϒN R1 R2 R3 R3 R4 R12 -K(UCĐ - ϒN) R11 R10 - 15V R2 R4 D2 -β(IƯ-ING) R2 R5 R6 R4 R8 R9 R7 R8 R7 R8 K(UCĐ- ϒN D1 R6 M N ¯ 56 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Nguyên lý hoạt động: Giả giử ban đầu ta khởi động động cơ theo chiều thuận: lúc này ϒn = 0 , điện áp ra IC3 = 0 nhờ điện áp âm lấy trên R10 mà điện áp đầu ra IC4 có giá trị dương nhỏ nhưng vì ucđ có giá trị dương lớn nên D1 thông và điện áp tại điểm M bằng điện áp đầu ra IC4 có giá trị nhỏ khiến cho góc α lớn dẫn đến dòng phần ứng không vượt quá giá trị cho phép. Vì điện áp ra của IC2 cũng có giá trị dương nên D2 khoá lại , điện áp trên điểm N có giá trị âm lớn làm cho góc mở α2 lớn khiến bộ biến đổi ngược luôn nghịch lưu đợi . * Khi hệ thống đang làm việc bình thường : điện áp đầu ra IC4 có giá trị dương lớn, ặt khác (Ucđ - ϒn) có giá trị nhỏ nên D1 khoá lại . Lúc này điện áp ra của IC2 có giá trị âm , song ta không quan tâm việc D2 có mở hay không vì lúc này bộ biến đổi ngược đang nghịch lưu đợi . * Khi đang qoay thuận, nếu ta giảm tốc độ mạnh thì điện áp -(Ucđ - ϒn) có xu hướng dương lên . Mặt khác do quán tính nên ϒn chưa giảm ngay nên điện áp ra IC2 vẫn giữ giá trị âm cũ, lúc nàyD2 sẽ thông làm cho điện áp tai N bằng điện áp ra của IC2 và có giá trị âm khiến bộ biến đổi 2 nghịch lưu . Giá trị điện áp trên IC2 được tính sao cho điện áp ra của bộ biến đổi 2 lúc này nhỏ hơn sức điện động E để đẩm bảo bộ biến đổi 2 nghịch lưu . ¯ 57 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà PHẦN III TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ¯ 58 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà III - 1 : 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 k7x thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý. III- 2 tính chọn thiết bị mạch động lực Như phần tìm hiểu công nghệ ta đã biết động cơ truyền động chính có hai cấp tốc độ là: 1460 v/ph và 2890 v/ph ,công suất định mức là 10 KW , công suất động cơ ăn dao thường được chọn: PĐ = (0,1 ÷ 0,2 ) Pđm , ta chọn PĐ = 0,1Pđm = 1KW. Với hiệu suất của hệ thống lấy bằng 80 % và khi kể đến hệ số quá tải để đảm bảo động cơ làm việc an toàn ta lấy Kqt = 1,25 . Khi đó công suất động cơ ăn dao được tính: PĐ = (1,25.1) / 0,8 = 1,56 KW Từ kết quả này ta chọn động cơ có số liệu sau:\ U (V) I (A) P (KW) n (v/ph) η (%) Rư+Rcf (Ω) GD2 (Kg) 220 9 1,5 1600 84 1,35 0,75 Hệ số khuyếch đại của động cơ được tính: ¯ 59 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà K n U I R R R R R R D u u u f C u f C u f C = − + + = + ( ) ( ) ( ) 75 75 20 0 0 0α α = 1+ ϒu(θ2 - θ1) là hệ số quy đổi điện trở từ nhiệt độ θ1 về nhiệt độ θ2 ; ϒu = 0,004 là hệ số dây quấn. Ta có α = 1 + 0,004 (75 - 20) = 1,2 ⇒ R∑ = 1,63 Ω ⇒K vphVD C750 1600 220 1 63 9 7 8= − =, . , ( ) II, Tính chọn công suất 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 ≥ Stt + I1fđm ≥ I1đm + I2fđm ≥ I2đm + U2fđm ≥ KuKRKαKaUđm * Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức: U2đm ≥ KuKαKRKaUđm Trong đó: + Uđm là điện áp định mức động cơ + Ku là hệ số xét tới ảnh hưởng khả năng ảnh hưởng dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lưới. thường lấy Ku = 1,05 ÷ 1,1 , ta chọn Ku = 1,1. ¯ 60 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà + Kα là hệ số kể đến góc điều khiển nhỏ nhất (αmin) nhằm đảm bảo chắc chắn hệ thống không dơi vào trạng thái lật nhào nghịch lưu, ta chọn: αmin = 300 ⇒ αmax = 1500 ⇒ Kα = 1/cosαmin = 2/ 3 + KR là hệ số xét đến sụt áp trên điện trở thuần của máy biến áp,trên điện cảm cuộn dây thứ cấp máy biến áp, do chuyển mạch, sụt áp trên dây nối và cuộn kháng, trên các van. KR thường được chọn : KR = 1,15 ÷ 1,25, ta chọn: KR = 1,15. Ka là hệ só phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu K U U U U a fdm d fdm fdm = = = =2 0 2 2 3 6 2 2 3 6 0 85 π π , Cuối cùng thay các giá trị hệ số vào ta được: U2đm ≥ 0,85.1,1.(2/ 3 ).1,15 = 260 (V) * Chọn giá trị hiệu dụng của dòng pha thứ cấp Để đơn giản ta bỏ qua giá trị của dòng cân bằng, khi đó ta có: I2đm = Iđm / 3 = 9/ 3 = 5,19 (A) + Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp: I1đm = (m 2 Iđm )/ 3 , với m = U2/U1 = 260/220 = 1,18 là hệ số biến áp ⇒ I1đm = 5 (A) * Công suất máy biến áp S = (S1+ S2)/ 2 = 1,345Pđ = 1,345.1,5 = 2 (KW) Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu sau: ¯ 61 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà U1fđm (V) U2fđm (V) Sđm (KVA) I1đm (A) I2đm (A) 220 260 4 6 5,2 III, Tính chọn tiristo Tristo được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau: + Điều kiện về dòng điện: ITtb ≥ Ki ITtbmax + Điều kiện về điện áp : Ungmax ≥ Ku 6 U2 a, Chọn theo điều kiện dòng điện ITtb ≥ Ki ITtbmax Trong đó: Ki là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy Ki = 3 ITtbmax = Iđm / 3 Như vậy ta có: ITtb ≥ 9 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 3 U2f Ungmax ≥ Ku 6 U2f Trong đó : Ku là hệ số dự trữ về điện áp , ta chọn Ku = 1,5 ⇒ Ungmax ≥ 1,5. 6 . 260 = 955 (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) Uim (V) Ig (A) Ug (V) du/dt (V/μs) di/dt (A/μs) T - 10 10 1000 1,2 2,5 100 100 ¯ 62 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà IV, Tính chọn cuộn kháng cân bằng Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở hai pha cùng mở. Lúc đó dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớn hơn sang pha kia; dòng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặng nề hơn và nó có khả năng phá hỏng các tiristo nếu ta không tìm cách hạn chế . Vì vậy nhất thiết phải đặt thêm cuộn kháng cân bằng. Để minh hoạ ta xét α1 = 300 ; α2 = 1500 HÌNH VẼ SÓNG ĐIỆN ÁP CÂN BẰNG Qua hình vẽ ta thấy rằng: trong khoảng thời gian từ 0 ÷ θ1 dòng cân bằng chảy từ T5 vào T2 . Từ θ2 ÷ θ3 dòng cân bằng chạy từ T1 vào T4 . Chênh lệch điện áp giữa hai bộ biến đổi là: u12 = uT5 - uT2 = uT1- uT4 = ua - ub = 6 u2sin(ωt + π/6) ¯ 63 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Gọi X1 = X2 = X là điện kháng của hai cuộn kháng cân bằng. Dịch gốc toạ độ theo chiều ωt một góc 1500 điện thì: u12 = - 6 u2 sinθ , với θ = ωt u12 = 2X(di/ dωt) ⇔ 6 u2sinθ = 2X (di/dωt) ⇒i = ( 6 u2cosωt)/ 2X + C Khi ωt = θ2 thì icb = 0 ⇔ i = 6 u2 (cosωt - cosθ2) / 2X Giá trị trung bình của dòng điện cân bằng: I u t dcb = −∫32 62 2 2 2 3 π α ω θθ θ (cos cos ) tω Lưu ý rằng với gốc mới 0' thì θ2 = - θ3 I X ucb = −3 62 2 2 2π θ θ θ(sin cos )2 Qua giản đồ điện áp ta dễ thấy với α = 600 thì thời gian tồn tại dòng cân bằng là lớn nhất. Ta cần tính toán giá trị X sao cho Icb ≤ 10 % Iđm. Với α = 600 thì : Icb = 0,3424 6 u2 / 2πX ⇒ L CK1 ≥ 0,3424 6 u2 / (2πω. 0,1.0,9 ) ⇒ LCK1 ≥ 0,123 (H) Ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số: LCK = 123 (mH) RCK = 0,48 (Ω) V, Tính chọn cuộn kháng san bằng ¯ 64 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dòng điện . Ta biết rằng khi góc mở α = π/2 thì điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa dương. Tức là lúc này thành phần xoay chiều là dữ dội nhất, ta sẽ tính cuộn kháng theo góc α này. Để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng. HÌNH VẼ Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết: Ud = 2 u2sinωt Khai triển Furie của điện áp ud ta có: Ud = b1 sin3ωt + b2sin6ωt + ... + bnsin3nωt b U n t d tn d= ∫6 3 0 3 π ω ω π sin . n = 1, 2, 3, ... ¯ 65 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà b u n t d t1 0 3 2 6 2 3 3= −∫π ω ω π sin sin . ω = − = −3 2 14 4 3 1 2 2 3 228 062π π π u V( sin sin ) , ( ) Tương tự ta có: b u t n t d t2 0 36 2 6 104 2 2 = − =∫π ω ω ω π sin sin . , ( )V6 Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều: Ud1 = ⎟ (b1/ 2 )⎟ = 161,26 (V) Ud2 = ⎟ (b2/ 2 )⎟ = 73,72 (V) Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều ( khi bỏ qua điện cảm của động cơ và điện trở thuần ) là: I U L L I U L L d CK CK d CK CK 1 1 1 2 2 1 3 6 = + = + ω ω ( ) ( ) CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng. * Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều: ⇒ I I Ixc d d= +12 22 Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm L U U CK d d= +4 4 6 0 9 1 2 2 2 ω. , ⇒ LCK ≥ 0,193 (H) Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số sau: ¯ 66 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà LCK = 200 (mH) RCK = 0,48 (Ω) Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A) ; I2 = 0,2 (A) + Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng: P = (I2đm + I12 + I22)RCK = 39 (W) + Công suất phản kháng của cuộn kháng: Q = X1I12 + X2I22 = 56 ( VAR) + Công suất biểu kiến của cuộn kháng: S P Q= +2 2 = 68 (VA) VI, Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực Ta biết rằng cac 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 di/ dt và du/ dt . 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,do cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên ta dùng các phần tử R-C mắc song song với các tiristo như hình vẽ R C T Trị số của R, C có thể tra theo các đường cong được xây dựng bằng máy tính. các quan hệ Ua /Up ; G b H Uk= = ×ω ω0 0; phụ thuộc vào ¯ 67 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà F I L C Uk = × × víi b = R 2 L L : Là điện cảm quy đổi của toàn bộ mạch Tra đường cong ta được C = 0,346 μF và R = 3,9 KΩ III- 3 Tính toán mạch điều khiển 1 - Tính chọn khâu tạo điện áp chủ đạo Chọn biến trở : R30 = 4,7 KΩ công suất tiêu tán trên biến trở là ( )P wR30 154700 0 0478 2 = = , Chọn R30 = 4,7 KΩ , 1w 2 - Tính chọn khâu phản hồi tốc độ 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( Ω) m (kg) gT - 100 100 0,08 800 200 4,8 Căn cứ vào tốc độ định mức của máy phát tốc và của động cơ ta chọn bộ truyền bánh răng có tỉ số truyền i = 2 để truyền tốc độ từ động cơ đến MFT Điện trở mạch ngoài của MFT ( )R U31 1000 08 1250≥ = = dm dmI , Ω Điện áp phản hồi lấy ra là 12V từ đó ta chọn R31 = 47KΩ , 2w Hệ số phản hồi tốc độ : Khi tốc động cơ là định mức thì điện áp ra là 12V do đó hệ số phản hồi tốc độ ϒ được tính ¯ 68 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ( )γ = =12 1600 0 0075, / .v v phót 3 - Tính chọn BAX Tỷ số biến áp xung thường là n U U = = ÷1 2 2 3 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 ⋅ 8 = 24 V Dòng sơ cấp BAX I I n A1 2 2 3 0 6= = = , ( ) Chọn vật liệu sắt từ ∋330 hình chữ I I I làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá ΔB = 0,7T , ΔH = 50A/m có khe hở Từ thẩm của lõi sắt từ μ μ= = ⋅ = ⋅− Δ Δ B H0 6 40 7 10 50 1 4 10 , , 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 μ μ TB kh l l l= + = + ⋅ = ⋅ − − 0 1 10 0 1 1 4 10 5 8 10 5 4 3, , , , Thể tích lõi sắt từ: ¯ 69 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ( ) V Q l t S U I B V c tb x= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = − − μ μ 0 2 2 3 6 4 2 35 8 10 10 6 10 0 15 24 0 6 0 7 15 ' , , , , Δ m Với Q là tiết diện lõi sắt là dòng thứ cấp quy đổi sang sơ cấp I2' 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: W U t B Q K W x 1 1 4 4 24 610 0 71 6310 0 76 166 = ⇔ = = − − . . . . . , . , . . , Δ 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) 4, 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 ; β = 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 ; β = 70. 5, Tính chọn mạch tạo điện áp răng cưa Ta các khuyếch đại thuật toán là loại TL084 , toàn bộ mạch điều khiển cần 20 KĐTT nên ta dùng 5 chiếc TL084 với các thông số như sau: ¯ 70 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà 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: ⏐urBH ⏐= ⏐⏐UCC⏐- ⏐2V⏐⏐. 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: ur = uC 1 = iC 1.t /C với iC 1= 15/( R3+R4) ta tính toán R3 , R4 sao cho với thời gian t = 1/ 50 (s) thì iC1= 12V Chọn C = 0,22μF , ta tính được: R R M3 4 6 15 12 50 0 22 10 0 1136+ = =−. . , . , Ω Chọn R3 = 10 KΩ ; R4= 4,7KΩ ta chỉnh R4 để đặt được ur max= 12V. Chọn Tr1 là loại A564 A có UC E= 60V; β = 200 ; PK= 250mW ; IC=100 mA Chọn R1= 4,7 KΩ ; R2 = 68 KΩ Tr4 , Tr5 đều chọn là loại A1015. Điện trở R được tính R ≥ 15/ IC Tr4 = 15/ 0,15 = 100Ω ; chọn R = 1 KΩ ; R0 = 4,7 KΩ 6,Tính chọn khâu tạo điện áp đồng bộ ¯ 71 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Chọn biến áp đồng bộ là biến áp đấu Δ/ 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 ÷ C7 là 2000 μF , 30 V. 7,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 8, tính chọn khâu hạn chế góc mở của bộ biến đổi Từ hình vẽ ta thấy được quan hệ: α π α π = − = − 2 2 2 1 6 ( ) ( ) U u U u rcm dk rcm dk U 0 URC URC MAX / 2 π/ 2 π UĐ α ωTVới ur max = 12V ở phần trước ta đã chọn αmin=300 do đó góc α phải ≥ 300 . Tức là: π π 2 1 6 6 4( ) (− ≥ ⇒ ≤u u vdk dk ) Điện áp điều khiển lấy ra trên R43 2 được tính như sau: uđk = uTGR43 2 / (R23+ R43) ; với uđk max= 4 V ; uTG max= 13 V ⇒ K HC = uđk / uTG = 0,3 Cuối cùng ta chọn được: R23 = 500 Ω ; R43 = 10 KΩ ; 2 W 9, Xác định hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi ¯ 72 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Do mạch phần ứng động cơ có điện cảm lớn nên ta coi dòng phần ứng là dòng liên tục UD 304,1 265,7 0,332 0 0,004 4 6 UĐK U U u U u d fdm dk d dk = = = − ⇒ = − 3 2 2 304 1 2 1 6 304 1 2 1 6 2π α α α π π cos , cos ( ) , cos ( ) Từ đây ta xây dựng được quan hệ Ud = ƒ(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 = ΔUd / Δuđk = (265,7 - 0,332 )/ (4 - 0,004) = 66,4 10,Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian: Hệ số khuyếch đại của hệ thống được tính theo đặc tính cơ thấp nhất và sai lệch tĩnh yêu cầu. Gọi Δn là độ sụt tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất. Δn = S*. nomin S* = (n0min - nmin )/ n0min ¯ 73 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ⇒ nomin = nmin/ (1- S* ) = nđm / (1 - S*) . D Gọi K là hệ số khuyếch đại của hệ thống . Ta có K = KBĐK THKTGKĐK HC Phương trình đặc tính cơ hệ kín là: n U K I RK n cd dm D= −+1 γ Độ sụt tốc độ Δn = Iđm.R.KĐ/ (1+ϒn) (1) Mặt khác Δn = S* . n0min = S* .nđm / (1- S*)D (2) Từ (1) và (2) ta có: K I RK n S S dm D dm = − −1 1 1γ [ ]* * Với KĐ = 7,8 ; nđm = 1600 v/ph ; S* ≤ 3% ; D = 800 R = RưĐ + Rtx + RCK + RCKcb = 1,61+ 0,33 + 0,48 + 0,48 R = 2,92 Ω Thay các giá trị trên vào (3) ta tính được: K ≥ 446630,5 Như vậy hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại trung gian là: KTG ≥ K/ ( K HCKBĐKĐK TH ) Thay số vào ta có: KTG ≥ 1149,8 . Chọn KTG = 2000 Cuối cng hệ số khuyếch đại của hệ thống là: K = KBĐK THKTGKĐK HC = 621504 11, tính chọn khâu cải thiện chất lượng động + Khi khởi động tốc đô động cơ bằng 0 và khâu ngắt dòng chưa kịp tác động do có quán tính lớn. Góc mở α lúc này phụ thuộc vào điện áp lấy ra trên R39 tức là phụ thuộc vào điện áp của IC6 . Dòng ngắt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào việc ta chỉnh biến trở này vì lúc này khâu ngắt dòng bị loại ra khỏi mạch . ¯ 74 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Dòng dừng thường được chọn : ID = 2÷ 2,5 Iđm = (18 ÷ 22,5) A . Sơ bộ chọn dòng dừng là ID = 18 A. Vì tốc độ bằng 0 nên điện áp ra bộ biến đổi sẽ dơi toàn bộ nên tiristo và điện trở mạch phần ứng , tức là: Ud = RI0 + ΔU Ud = 2,92.18 + 1,4 = 53,96 V Khi đó điện áp điều khiển là: uđk = Ud / KBĐ = 53,96/ 66,4 = 0,81 V Điện áp đầu ra IC6 phải là: u K urIC HC dk6 1= ' Với K'HC = R43 2 / R43 ⇒ urIC6 = 0,81/ 0,323 = 2,51 V Ta chọn R40 = 50 KΩ ; R35 = R37 =R38 = R36 = R34 = R39 = 10 KΩ Khi đó ta có: urIC6 = 2,516 - 2,5. u'R34 u'R34 là một phần điện áp lấy trên R34 . Ta có thể viết: u'R34 = A.ϒn + Giả sử động cơ đang chạy ở tốc độ n1 mà ta giảm tốc độ lúc này điện áp đầu ra IC4 giảm từ ⏐KTG K TH (- Ucđ + ϒn1⏐ xuống giá trị ⏐K TH KTG ( - Ucđ+ ϒn2⏐ Do tốc độ n chưa kịp giảm nên diốt D7 thông, điện áp đặt nên R34 là điện áp của IC6 ( bộ biến đổi 2 sẽ mở theo điện áp này , để động cơ hãm tái sinh dược thì điện áp ra của bộ bến đổi 2 phải nhỏ hơn sức điện động E, tức là: ⏐2,51 - 2,5.A.ϒ.n1⏐ < KTH KTG ⏐ϒn1 - Ucđ 1⏐ 2,51 - 2,5.A.ϒ.n1 > KTHKTG (ϒn1 - Ucđ 1 ) ⇒ > + −A K K U nn TH TG cd2 15 2 5 1 1 , ( , .. . γ γ ) Để đơn giản ta chọn: A < 2,51/ (2,5.ϒ.n1) Tốc độ n1 lớn nhất chọn bằng 1600 v/ph ¯ 75 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ⇒ < =A 2 51 2 5 0 00751600 0 083 , , . , . , + Khi đảo chiều từ quay thuận sang quay ngược ta cũng cần hạn chế dòng điện hãm.Vì dòng điện đảo chiều thì sụt áp trên các tiristo cũng đảo chiều. Sơ bộ chọn dòng điện hãm bằng 22A, hãm từ tốc độ cao nhất. U URC π -( N1- ϒ 0 U ) -URIC 6 ωT α1 αSức điện động của bộ biến đổi ngược 2 được tính: 1600 = (Ud - ΔU - IHR)KĐ ⇒ Ud = 139,5 V Vì bộ biến đổi 2 mắc ngược với bộ biến đổi 1 nên: KBĐ2 = -KBĐ1 = -66,4 ⇒ uđk2 = Ud / KBĐ2 = 139,5/ (-66,4) = - 2,1V Điện áp đầu ra của IC6 phải là: urIC6 = - 2,1/ 0,323 = - 6,5V Mặt khác ta có: urIC 6 = 2,51- 2,5A.ϒ.n ⇔ - 6,5 = 2,51 - 2,5A.0,0075.1600 ⇒ A = 0,3 ( < 0,8 ) Như vậy khối cải thiện chất lượng động sẽ làm việc thoả mãn cả yêu cầu hạn chế dòng điện hãm và yêu cầu động cơ được hãm tái sinh khi giảm tốc. urIC 6 = 2,51 - 0,005631.n khi động cơ quay thuận urIC 6 = 2,51 + 0,00563.n khi động cơ quay ngược α2 < α1 ⇒ UD2 < UD1 ⏐ ⏐ ⏐ ⏐ ¯ 76 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà PHẦN IV XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH ¯ 77 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà IV-1 ĐẶT VẤN ĐỀ Xây dựng đặc tính tĩnh của hệ thống là xây dựng đặc tính n = ƒ(I) hoặc n = ƒ(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 công nghệ truyền động ăn dao của máy doa 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 quá trình làm việc . Do động cơ một chiều kích từ độc lập có đặc tính n = ƒ(I) và n = ƒ(M) đồng dạng nhau tức là có thể suy ra đặc tính n= ƒ(M) từ đặc tính n= ƒ(I) do đó ta chỉ xây dựng quan hệ n = ƒ(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 khuyếch đại của bộ biến đổi là hằng số. + Tiristo là phần tử bán dẫn tác động nhanh không có quán tính. + Điện trở phần ứng động cơ không thay đổi trong suốt qúa trình làm việc. + Điện cảm phần ứng của động cơ và các cuộn kháng đủ lớn để duy chì dòng điện tải là liên tục. IV- 2 XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH 1, Xây dựng đặc tính trong vùng làm việc Viết phương trình kiếc hốp cho động cơ ta có: Ud = Ke φ n + ΔU ΔU = 1,4 V là sụt áp trên các tiristo ⇒ n = (Ud - IưR - ΔU )KĐ với KĐ = 1/ Ke φ = 7,8 ¯ 78 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà KTGKTHKHC KBĐ KĐ ϒ N UCĐ - ΔU + IƯR HÌNH 4-1: SƠ CẤU TRÚC HỆ THỐNG Từ sơ đồ cấu trúc ta viết được: n = (Ucđ - ϒn).KTGKTHKBĐKHCKĐ - (ΔU +IưR).KĐ n U K U I R K K cd u D= − ++ ( ).Δ 1 γ Trong đó: K là hệ số khuyếch đại của hệ thống: K = 621504 R là điện trở mạch phần ứng ; R = 2,92 Ω + Khi: n = nmax ; Idm = 9 A ⇒ Ucđ = Ucđ max = 12,0029V + Khi: n = nmin ; Iđm = 9 A ⇒ Ucđ = Ucđmin = 0,0153 V * Điểm không tải lý tưởng ( I = 0) n v n v 0 0 12 0029 621504 1 4 7 8 1 0 0075 621504 1600 041 0 0153 621504 1 4 7 8 1 0 005 621504 2 037 max min , . , . , , . , ( / , . , . , , . , ( / ) = ph ph )−+ = = −+ = * Điểm giới hạn vùng làm việc, chọn Ing = 12,5 A Ucđ = Ucđmax ⇒ n = 1599, 979 v/ ph Ucđ = Ucđmin ⇒ n = 1,976 v/ph ¯ 79 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà * Đánh giá chất lượng tĩnh: S* = ( n0min - nmin ) / n0min = ( 2,037 - 2 )/ 2,037 = 0,0181 = 1,81 % [ S*] < 3 % Như vậy sai lệch tốc độ tĩnh đảm bảo yêu cầu. 2, Xây dựng đặc tính ở vùng ngắt dòng * Đặc tính khi khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu KĐTG chưa bão hoà: Điện áp điều khiển được tính như sau: u u u I I R R R Kdk TG TG u ng HC= − + −+[ ( ) ] ' ' β 23 22 23 ( ở đây ta bỏ qua dòng điện rẽ qua R43 vì dòng này nhỏ ) Với K'HC = R43 2 / R43 = 0,323 Đặt R23 / ( R22 + R23 ) = α ⇒ uđk = [ uTG (1- α) - α.β( I - Ing) ] K'HC Từ sơ đồ khối của mạch lúc này ta viết được: n=(Ucđ - ϒn) KTHKTGK'HC (1- α)KBĐKĐ - α .β'K'HCKBĐKĐ(I - Ing) - (ΔU + I.R ) . KĐ (1) Điểm C có toạ độ: (12,5 ; 1599,979) phải nằm trên đường (1). do đó ta có: U K U IR K K U K U IR K K cd D cd D1 1 1 1 1 1 ( ) ( ). ( ) ( )− − + + − = − + + α α γ γ Δ Δ (Tức là đường ngắt dòng phải cắt đường làm việc ở toạ độ I = 12,5A) (1- α)K'HC KTGKTH KBĐ ϒ N UCĐ - α.β'(I - ING) - - ΔU + IƯR KĐ Hình 4-2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu KĐTG chưa bão hoà. ¯ 80 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Từ đây ta tìm được: K1(1 - α) = K Với K1 = KTGKTHKBĐKĐK'HC(1 - α) Và K = KTHKHCKTGKBĐKĐ ⇒ (1 - α) = KHC / K'HC = 0,3/ 0,323 = 0,9285 ⇒ α = 0,0714 Từ đây ta chọn R22 : 500/ ( 500 + R22) = 0,0714 ⇒ R22 = 6,5 KΩ Hệ số phản hồi dòng β' sẽ được chọn khi ta xây dựng xong đường đặc tính có sự tham gia của khâu cải thiện cất lượng động. * Đặc tính khi có sự tham gia của khâu cải thiện chất lượng động: Đánh giá sự tham gia của khối: để khối tác động thì diốt D7 phải mở. Tức là: (Ucđ - ϒn) KTHKTG ≥ 2,51 + 0,005631. n + Khi Ucđ = Ucđmax = 12,0029 V thì n ≤ 1599,967 v/ph + Khi Ucđ = Ucđmin =0,0135 V thì n ≤ 1,9386 v/ph Ta biết rằng : điều kiện để khâu KĐTG bão hoà là ⏐Ucđ - ϒn⏐ ≥ 13/ ( KTHKTG Khi Ucđ = Ucđmax thì n ≤ 1599,953 v/ph Khi Ucđ = Ucđmin thì n ≤ 1,606 v/ph Như vậy đặc tính tĩnh sẽ không có vùng khâu KĐTG bão hoà vì trước đó khâu cải thiện chất lượng động đã tác dụng. Sơ đồ khối lúc này là: Δ - U + IƯR KĐ N 2,51 + 0,005631.N 0,323KBĐ Hình 4-3 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi khâu cải thiện chất lượng động đã tác động. ¯ 81 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Từ sơ đồ khối ta có: n = (2,51 + 0,005631.n).0,323.KBĐKĐ - (ΔU + I.R)KĐ n = 7056,3 - 392,9I (*) (*) là phương trình đường thẳng, với n = 1599,968 v/ph thì I = 13,88 A Điểm toạ độ ( 13,88 ; 1599,968 ) phải nằm trên đường (1) khi Ucđ = Ucđmax Ta có: 1599 968 16 483 327 05 1 1 1 , , . , . max ' = − −+ U K K cd β γ Với K1 = KTHKTGK'HCKBĐKĐ(1- α) = 621308,226 Giải phương trình trên ta được: β' = 1,4471 Như vậy t của vùng ngắt dòng chỉ có khâu ngắt dòng tác độnglà: n = 133,3047Ucđ + 0,044 - 0,008595 I * Đặc tính cao nhất đi qua các điểm: A (9 ;1600,041) , B (9 ; 1600) , C (12,5 ; 1599,979) , E (13,88 ; 1599,968) , F (18 ; 0) . * Đặc tính thấp nhất đi qu các điểm: D (0 ; 2,037) G (12,5 ; !,976) , H (17,95 ; 1,9836) , K (18 ; 0). ¯ 82 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà N(V/PH )A C E D 0 G H F I (A) Hình 4-4: Đặc tính tĩnh của hệ thống ¯ 83 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà PHẦN V XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG ¯ 84 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà V- 1 Mục đích và ý nghĩa Trong qúa trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn hoặc do nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống có thể bị mất ổn định. Tính ổn định của hệ thống là tính hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất đi sau một khoảng thời gian nào đó hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi sai lệch đầu vào thay đổi. Xét ổn định cho hệ thống là xem hệ thống có ổn định hay không dựa vào các tiêu chuẩn ổn định. Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đặt được các yêu cầu mong muốn. Dựa vào đặc tính tĩnh của hệ thống ta thấy rằng các phản hồi âm dòng và âm tốc độ luôn có xu hướng làm ổn ddịnh hệ thống . Chỉ có phần đặc tính làm việc có đặc tính cơ cứng nhất là dễ mất ổn định hơn cả. Do đó ta chỉ xét ổn định ở vùng này, trong vùng này chỉ có phản hồi âm tốc độ tác dụng . Sơ đồ khối của hệ thống lúc này được biểu diễn trên hình 5-1 N - WĐWBĐKTHKHCKTG - ϒ UCĐ HÌNH 5-1 v-2 xét ổn định của hệ thống Hàm truyền của hệ thống là: W K K K K W K K K K W TH TG HC BD D TH TG HC BD D = + . . .1 γ Trong đó: WBĐ = KBĐ/ (1 + TBĐP ) là hàm truyền của bộ biến đổi. ¯ 85 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà TBĐ = 1 / 2qf là hằng số thời gian của bộ biến đổi. q là tần số xung chỉnh lưu. q = 3 f = 50 Hz là tần số lưới. TBĐ = 1 / (2.3.50) = 3,33 . 10-3s + Điện cảm phần ứng động cơ được tính: Lư = ϒUđm / (P.Iđm.nđm) = 5,7.220/ (1,2.9.1600) = 0,0566 H ϒ =5,7 là hệ số cấu tạo của động cơ . Lư∑ =LCK + LCK1 + Lư = 125 + 200 + 56,6 = 381,6 mH T∋ = l∑ / R∑ = 381,6 / 2,92 = 0,13 s T GD R K s W K T T P T P W K T P T T P T P K P P P M t B D D M E M P BD M E M = = = = + + ⇒ = + + + + = + + +− − − 2 2 2 2 2 7 3 4 2 4 375 9 55 0 75 2 92 7 8 375 9 55 0 0372 1 1 1 621504 159 5810 49 5810 40510 4662 28 . . , . , . , .( , ) . , , ( ) ( )( ) , . , . . , γ Trong đó:WĐ Là hàm truyền của động cơ Rt Là điện trở tổng Rt = R∑ K =KTGKTHKHCKBĐKĐ Là hệ số khuyếch đại của hệ thống . TE = T∋ Lập bảng Raox: 159,58.10-7 405.10-4 49,58.10-4 4662,28 389,99 4662,28 ¯ 86 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà Ta thấy các số hạng trong cột thứ nhất của bảng Raox đều dương, như vậy hệ thống đã ổn định. VI - 3 hiệu chỉnh hệ thống Ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống theo đặc tính biên độ Lôgarit . Muốn vậy trước hết ta đưa hệ thống về phản hồi âm một đơn vị (Hình 5-2) n W01/ϒ UCĐ - HÌNH 5-2 W K T P T T P T P W K T P T P T P BD M E M 0 2 0 2 1 2 2 1 1 1 2 1 = + + = + + + γ γ ξ . ( )( . ( !)( + Với T2 = TBĐ = 3,33.10-3s ω2 = 1/ T2 = 300 rad/s ⇒ lgω2 = 2,4771 dec T T TM E1 369 5510= = −, . s ω1 = 1/ T1 = 14,38 ⇒ lgω1 = 1,1577 dec 20lgϒK = 73,37 ¯ 87 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ξ = T TM E4 0 267= , Từ các số liệu trên ta vẽ được đặc tính L0 là đặc tính biên độ - lôga của hàm W0 * Tiến hành xây dựng Lm là dặc tính biên độ - logarit mong muốn dựa trên các chỉ tiêu chất lượng động: δmax ≤ 30% Tmax ≤ 0,3 (s) Từ chỉ tiêu δmax ≤ 30% theo giáo trình tự động điều chỉnh, tra đường cong xác định tần số cắt ωc ta có: T C max = 4πω Với điều kiện Tmax ≤ 0,3 (s) ⇒ ωc = 13π. Từ ωc = 13π kẻ đường có độ nghiêng - 20db/dec. Vùng trung tần của Lm giới hạn bởi ω2 và ω3 = ωc2/ ω2 = 5,559 rad/s ⇒ lgω3 = 0,745. Từ điểm ω3 vừa xác định trên Lm kẻ đường nghiêng -20db/dec , đường này cắt L0 tại ω4 và vùng hạ tần của Lm là ω ÷ ω4. Vùng tần số cực thấp của Lm trùng với L0 . Bằng tính toán hình học ta tính được: ω4 = 0,22 rad ⇒ lgω4 = - 0,656 Từ ω2 kẻ đường nghiêng -60 db/dec , vùng tần số lớn hơn ω2 là vùng cao tần của Lm Qua L0 và Lm ta xác định được Lhc = Lm - L0 Từ đặc tính ta viết hàm hiệu chỉnh: W T P T P T P T Phc = + + + + 1 1 1 1 14 2 3 1 2( ) ( )( ( ) ) Từ đây ta đưa ra hai loại khối hiệu chỉnh như sau: ¯ 88 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà + Khối thứ nhất là một khuyếch đại thuật toán kết hợp với tụ điện - điện trở Hàm truyền của khối hiệu chỉnh này là: W u u K T P T PP r v R= = ++ 1 1 1 2 Với KR = R3/ R5 và T1 = R2C ; T2 = (R2 + R3)C Loại này hiệu chỉnh cho dạng: T1 < T2 LGω4 0 LGω3 LGω1 LGωC LGω2 LGω 20LGK -40DB/DEC -20 DB/DEC LHC HÌNH 5-3: Đặc tính biên độ - logarit + Khối hiệu chỉnh thứ hai la các điện trở kết hợp với tụ điện: ¯ 89 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà W K T P T PP R = ++ 1 1 1 2 C1 R5 R4 UV UR Hình 5-4: Khối hiệu chỉnh 2 Với KR = R4/ (R4 + R5) ; T1 = R5C1 T2 = R4R5C1/ (R4+R5) Loại này hiệu chỉnh cho các hàm có: T1 > T2 Như vậy để tạo hàm Whc ta dùng ba khâu hiệu chỉnh , hai khâu giống nhau có dạng khối thứ nhất thực hiện hàm truyền W T P T Phc1 1 2 4 2 1 1 = ++ ( ) ( ) Chọn C = 47μF ⇒ R2 = 1,478 KΩ ; R3 = 95,2 KΩ W T P T Phc2 3 2 1 1 = ++ Chọn C1 = 1μF ⇒ R5 = 179,8 KΩ ; R4 = 1,086 KΩ Trong sơ đồ nguyên lý ta tạo ra khâu hiệu chỉnh thứ nhất và thứ hai nhờ hai IC của khối tổng hợp và khuyếch đại trung gian. Sơ đồ mạch hiệu chỉnh như hình vẽ. 1μ 179,8K 5 1K - + R25 UR - + 1,49K 47μF 95,2K 1,49K 47μF 95,2K R29 R44 UCĐ -ϒN Hình 5-5: Sơ đồ mạch hiệu chỉnh Khi mắc thêm khâu hiệu chỉnh thứ ba hệ số khuyếch đại của hệ thống bị giảm đi là: ¯ 90 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà K R R RR = + = + 4 3 4 1 0186 1 018 179 8 0 00563 , , , , (lần) Do đó khâu tổng hợp và khuyếch đại trung gian phải tính toán sao cho hệ số khuyếch đại của hai khâu này và khâu thứ ba phải đảm bảo: KTG = KTHKKĐKR = 4000 Từ đây ta chọn được: R29 = 100 Ω ; R25 = 63,7 Ω. * Khảo sát đặc tính quá độ bằng máy tính Ứng dụng mô hình matlab khảo sát quá độ cho mô hình cấu trúc sau đây 1199,62 66,4 1+ 0,00033 P 0,342 1+ 0,13 P 64,1 P 0,1282 0,0075 _ _ n UdUcđ ¯ 91 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà V- 4 xét ổn định lại hệ thống Hàm truyền của hệ thống hở mong muốn sau khi hiệu chỉnh là: W K T P T P T P T Phmm = ++ + ( ) ( ) ( . , . 2 2 2 4 2 2 4 1 1 2 0 26 + )1 Ta có các đặc tính tần số pha - loga là: ϕ ωξω1 4 2 4 2 2 1 = − −actg T T ϕ2 = - 2arctgωT2 ϕ3 = arctgωT3 Từ đây ta vẽ được các đường đặc tính ϕω cộng các đặc tính lại ta được đường ϕhω của hệ. Qua đặc tính ϕω ta thấy: trong phạm vi Lω > 0 có một lần ϕω chuyển từ lớn hơn (-π) xuống dưới đường (-π) và một lần chuyển từ dưới đường (-π) lên phía trên, tức là số điểm chuyển đổi C+ = C- vì vậy hệ kín ổn định. ¯ 92 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà ω 20LGK -40DB/DEC -60DB/DEC ω4 0 ω3 ωC ω2 ω 0 ϕω -20 DB/DEC Hình 5-6 : Đặc tính biên độ - logarit (a) ,đặc tính Pha - logarit của hệ thống sau hiệu chỉnh ¯ 93 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà PHẦN VI THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ¯ 94 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà VI -1 nguyên lý làm việc của mạch động lực * Khi động cơ làm việc thuận: Đóng cầu dao CD cung cấp điện áp ba pha cho máy biến áp động lực BA . Khi đó hai bộ biến đổi hình tia ba pha song song ngược sẽ được cấp điện áp. Các van từ T1 ÷ T6 lần lượt dược đặt các điện áp thuận theo chiều biến thiên của điện áp ba pha . Các van T1 , T2 , T3 được điều khiển với góc mở α1 < 900 , còn các van T4 , T5 , T6 được điều khiển mở với góc mở α2 > 900 sao cho: α1 + α2 = 1800 . Lúc này điện áp chỉnh lưu của hai nhóm van là: Ud1 = Ud0 cosα1 > 0 Ud2 = Ud0cosα2 < 0 Động cơ sẽ quay theo chiều thuận phù hợp với chiều của Ud1. Còn bộ biến đổi hai làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi. VI - 2 nguyên lý làm việc của mạch điều khiển Mạch điều khiển của hệ thống truyền động ăn dao máy doa 2620B được thiết kế theo các yêu cầu kỹ thuật là: + ổn định và điều chỉnh tốc độ. + Tự động han ché phụ tải. + Đảo chiều. + Hãm dừng chính xác. Xuất phát từ những yêu cầu này ta sẽ phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống theo từng yêu cầu. 1,nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ Giả sử động cơ đang làm việc ở tốc độ đặt nào đó ở chiều quay thuận, lúc này tiếp điểm T đóng, Ucđ mang dấu dương khiến điện áp ra của khâu khuyếch đại trung gian IC3 có dấu dương và điện áp điều khiển sẽ có dấu dương . Điện áp này sẽ làm cho nhóm van katốt chung mở với góc mở α1 < 900 ; mặt khác , điện áp ¯ 95 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà điều khiển của nhóm van anốt chung có dấu âm khiến nhóm van anốt chung mở với góc mở α2 > 900 , tức là làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi . Trong qúa trình làm việc nếu có sự thay đổi của tải, giả sử tải tăng khiến tốc độ động cơ giảm ⇒ ( Ucđ - ϒn) sẽ tăng ⇒ điện áp điều khiển sẽ tăng ⇒ góc mở α1 giảm ⇒ Ud1 tăng kéo tốc độ động cơ trở lại điểm làm việc yêu cầu. Nếu tải giảm qúa trình diễn ra ngược lai. Đó chính là nguyên lý ổn định tốc độ. Chất lượng của qúa trình ổn định tốc độ được đánh giá qua chỉ tiêu: S* = 1,8 % Khi muốn thay đổi tốc độ ta điều chỉnh biến trở R30 khi đó điện áp chủ đạo sẽ thay đổi, dẫn đến điện áp điều khiển thay đổi ⇒ góc mở α thay đổi ⇒ điện áp chỉnh lưu thay đổi ⇒ tốc độ động cơ thay đổi theo. Điện áp chủ đạo được điều chỉnh nhờ biến trở R30 là vô cấp do đó tốc độ động cơ cũng được điều chỉnh vô cấp. 2, khả năng han chế phụ tải Giả sử trong qúa trình làm việc tải của hệ thống tăng quá mức cho phép khi đó dòng phần ứng động cơ sẽ tăng quá mức cho phép, điều này là không cho phép . Trong hệ thống có tính đến khả năng này. Khi dòng phần ứng tăng quá giá trị ngắt thì khâu ngắt dòng sẽ tham gia tác động làm giảm điện áp điều khiển ⇒ góc mở α có xu hướng tiến tới 900 làm cho điện áp chỉnh lưu giảm và dòng phần ứng sẽ không tăng quá lớn. Mặt khác , khi điện áp chỉnh lưu giảm ⇒ tốc độ động cơ sẽ giảm (đủ nhỏ) lúc này khối cải thiện cất lượng động sẽ tác động tiếp tục hạn chế góc mở và dòng điện phần ứng sẽ được hạn chế nhỏ hơn mức cho phép, giá trị này là 18A. 3, Quá trình đảo chiều động cơ Để đảo chiều quay động cơ ta thay đổi đóng mở tiếp điểm T,N, tức là đảo chiều điện áp chủ đạo. Giả sử T đang đóng và động cơ đang quay theo chiều thuận nếu ta đồng thời mở T và đóng N thì điện áp chủ đạo đảo từ dương sang âm ⇒ điện áp đầu ra của ¯ 96 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà khâu khuyếch đại trung gian sẽ đảo dấu từ âm sang dương. Tuy nhiên lúc này động cơ vẫn quay thuận nên khối cải thiện chất lượng động sẽ tham gia tác dụng làm cho động cơ được hãm tái sinh. Khi tốc độ động cơ giảm dần thì diốt D7 khoá lại khiến điện áp điều khiển của nhóm van anốt chung có giá trị dương ⇒ động cơ chuyển từ hãm tái sinh sang hãm ngược . Khi n = 0 động cơ sẽ được tự động khởi động theo chiều ngược lại. 4, Hãm dừng Muốn hãm dừng ta chỉ việc ngắt Ucđ bằng cách mở các tiếp điểm T hoặc N đang ở trạng thái đóng. Lúc này qúa trình hãm diễn ra tương tự qúa trình đảo chiều. ¯ 97 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1 . Giáo trình truyền động điện BÙI QUANG KHÁNH - NGUYỄN VĂN LIÊN 2 . Điện tử công suất NGUYỄN BÍNH 3 . Bài giảng kỹ thuật biến đổi TRẦN XUÂN MINH 4 . Tự động điều chỉnh truyền động điện BÙI QUỐC KHÁNH - DƯƠNG VĂN NGHI PHẠM QUỐC HẢI - NGUYỄN VĂN LIÊN 5. Lý thuyết điều kiển tự động ĐẶNG VĂN ĐÀO -LÊ VĂN DOANH 6 . 10,000 Trazito 7 . Các mạch khuếch đại IC tuyến tính ¯ 98 ° TÀI LIỆU CHIA SẺ TRÊN DIỄN ĐÀN WWW.OTO-HUI.COM