thiết kế mạch công suất điều khiển hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

 Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động trong cơ cấu cầntrục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần tần số đóng điệnlớn.. Theo khảo sát

Lời nói đầu

Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất Trong dây truyềnsản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lợng sản phẩm Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất

và tin học, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc

áp dụng những tiến bộ trên Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng đợc độtác động nhanh, độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế hệ cũ, đặc

điểm này rất quan trọng trong việc đa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vào thực tế sản xuất

Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tự động điều chỉnh truyển động điện em đợc

giao đề tài thiết kế môn học với nội dung:

I Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

Đợc sự hớng dẫn trực tiếp và tận tình của GS – TS Bùi Quốc Khánh , em đã hoàn

thành đồ án đợc giao

Nội dung của đồ án chia làm 6 chơng, cụ thể nh sau:

Chơng I: Tổng quan về công nghệ Nội dung cơ bản của chơng này đề cập tới những

nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động nâng hạ cầu trục và có sự khảo sát kỹ đặc tính phụtải Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những đặc điểm này

Chơng II: Chọn động cơ truyền động Nội dung cơ bản của chơng này sẽ trình bày

cách chọn công suất động cơ truyền động, loại động cơ

Chơng III: Chọn phơng án truyền động Nội dung của chơng này trình bày các phơng

án truyền động cho loại động cơ đã chọn ở chơng II, đa ra các phơng án khả thi rồi cuối cùng

có so sánh giữa các phơng án khả thi đề chọn ra phơng án phù hợp nhất Tất cả đều có sự phântích cụ thể khi quyết định chọn phơng án tốt nhất

Chơng IV: Thiết kế mạch lực Nội dung của chơng này đi khảo sát những nét cơ bản

của các bộ biến đổi công suất sử dụng trong phơng án truyền động và tính chọn các phần tử sửdụng trong sơ đồ

Chơng V: Tổng hợp hệ thống Nội dung của chơng này sẽ đi tổng hợp cấu trúc cũng

nh các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn

Chơng VI: Thiết kế mạch điều khiển Nêu lên nguyên lý điều chỉnh và thiết kế sơ bộ

các mạch điều khiển các bộ biến đổi

Mặc dù rất cố gắng trong việc thiết kế nhng do kiến thức có hạn nên chắc chắn không tránh khỏi những hạn chế nhất định, mong các thầy đóng góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 1

thiết kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ chặt chẽ các quy trình kỹthuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính kinh tế Trớc khi đi vào thiết kế hệ truyền động cho cơcấu nâng-hạ cầu trục, trong chơng này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệ cùng với việcphân tích những nét chính trong yêu cầu truyền động cầu trục.

I Đặc điểm chung của cơ cấu nâng-hạ cầu trục.

Cần trục thờng có ba chuyển động:

 Chuyển động nâng hạ (của bộ phận nâng tải )

 Chuyển động ngang của xe trục

 Chuyển động dọc của xe cầu

Trong khuôn khổ đồ án này chỉ tập chung thiết kế hệ truyền động cho riêng cơ cấu nânghạ Để có thể đa ra những phơng án hợp lý cho hệ truyền động cơ cấu nâng hạ, trớc hết ta điphân tích khát quát những điểm cơ bản về yêu cầu trong truyền động của cơ cấu nâng hạ cầntrục

 Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động trong cơ cấu cầntrục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điệnlớn

 Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục, nhất là cơ cấunâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen thay đổi theo tải trọng rất rõrệt Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải trọng (không tải) mômen động cơkhông vợt quá (15  20)%M)%Mđm; đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50)%M%Mđm

 Thứ ba, yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máynâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm, đặc biệt đối với thang máy vàthang chuyên chở khách Bởi vậy, mômen động trong quá trình hạn chế quá độ phải

đợc hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn ở các máy nâng tải trọng, gia tốc chophép thờng đợc quy định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu Đốivới cơ cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0)%M,2 m/s2 để khônggiật đứt dây cáp Ngoài ra, động cơ truyền động trong cơ cấu này phải có phạm vi

điều chỉnh đủ rộng và có các đờng đặc tính cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ Đó làcác yêu cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có nhiều

đờng đặc tính trung gian để mở hãm máy êm

 Thứ t, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông thờng D  3:1;ở các cầntrục lắp ráp (D= 10)%M  1) hoặc lớn hơn Độ chính xác điều chỉnh không yêu cầu cao,thờng trong khoảng 5%

 Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận chuyển động phải cóphanh hãm điện từ, để giữ chặt các trục khi mất điện, bảo đảm an toàn cho ngời vậnhành và các bộ phận khác trong hệ thống sản xuất Để đảm bảo an toan cho ngời vàthiết bị khi vận hành, trong sơ đồ không chế có các công tắc hành trình để hạn chếchuyển động của cơ cấu khi chúng đi đến các vị trí giới hạn Đối với cơ cấu nâng-hạthì chỉ cần hạn chế hành trình lên mà không cần hạn chế hành trình hạ

 Thứ sáu, yêu cầu về nguồn và trang bị điện: Điện áp cung cấp cho cần trục không vợtquá 50)%M0)%MV Mạng điện xoay chiều hay dùng là 220)%MV, 380)%MV; mạng một chiều là 220)%MV,44V Điện áp chiếu sáng không vợt quá 220)%MV Không đợc dùng biến áp tự ngẫu đểcung cấp cho mạng chiếu sáng sửa chữa Do đa số đều làm việc trong môi trờng nặng

nề, đặc biệt ở các hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim , sửa chữa Nêncác khí cụ điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện của các cơ cấu nâng hạcần trục yêu cầu phải làm việc tin cậy, bảo đảm về năng suất, an toàn trong mọi điềukiện khắc nghiệt của môi trờng, hơn nữa lại phải đơn giản trong thao tác

Năng suất của máy nâng quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị và số chu kỳbốc, xúc trong một giờ Số lợng hàng bốc xúc trong mỗi chu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải

2

định mức, cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt (60)%M  70)%M%) công suất định mức của độngcơ.

Trên đây là một số những đặc điểm và yêu cầu cơ bản nhất của cơ cấu nâng hạ cần trục.Quá trình thiết kế sau này sẽ đi sát vào các đặc điểm đó

II Khảo sát đặc tính phụ tải.

Khảo sát đặc tính của phụ tải hay của cơ cấu mà động cơ truyền động có ý nghĩa quantrọng trong việc đa ra những lựa chọn hợp lý giữa phơng án truyền động cũng nh cân nhắc khilựa chọn động cơ Vì trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào momen quay (Mđ) do

động cơ sinh ra và momen cản tĩnh (Mc) của phụ tải của máy quyết định

Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu sản xuất luôn không

đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ có thay đổi thế nào Nói cách khácmomen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng có đặc tính Mc=const và khôngphụ thuộc vào chiều quay Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọnglực của tải trọng gây ra Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cảntrở chuyển động; tức là hớng ngợc chiều quay động cơ Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thếnăng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hớng theo chiều quay động cơ

Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau:

Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau:

+ Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì Mđ là mômen hãm, Mc là mômen gây chuyển động

+ Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động

Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đợc điều khiển để làm việc

đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tínhtải Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0)%M (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến nhữnggiá trị rất lớn Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải Khi hạ không tải, trọng lợng của móccâu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động, nên động cơ phải sinh ra một momennhỏ theo chiều hạ Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục hết

mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó Khi đó, muốn hạn chế và

điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định

III Xây dựng các công thức cần thiết cho tính toán cơ cấu nâng.

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 3



M

H2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu hạ

nâng-MC

Nh đã tìm hiểu ở trên, động cơ truyền động trong cơ cấu nâng làm việc với phụ tải ngắnhạn lặp lại, mở máy và hãm máy nhiều Do đó, khi chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tảitĩnh và động

Sau đây ta sẽ khảo sát các đặc tính phụ tải khi nâng và hạ tải trọng

1 Xác định phụ tải tĩnh.

Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng chủ yếu do tải trọng của bản thân cơ cấu và vật nâng gây ra.Thờng có thể chia làm hai loại cơ cấu: loại có dây cáp một đầu và loại có dây cáp hai đầu.Trong khuôn khổ đồ án này chỉ đề cập tới loại dùng cáp một đầu đ ợc sử dụng rộng rãi trongcác cần trục, palăng trong các phân xởng lắp ráp

a Phụ tải tĩnh khi nâng tải.

Giả sử có cơ cấu nâng hạ nh sau:

Xét một cơ cấu nâng có palăng với bội số u; hiệu suất P ; bộ truyền trung gian có tỷ sốtruyền chung là i và hiệu suất 0)%M

Khi động cơ quay theo chiều tơng ứng, vật đợc nâng lên với vận tốc vn

Lực căng của các nhánh dây nếu không tính mất mát:

R G G u

D G G D T M



).

(

2

).

( 2

t p t

v

u

G G M M

Tơng tự, momen trên trục II sẽ là;

2 2

0 2

R G G i

M

và momem trên trục I:

2 1 2

1

0 1

1

2 1

.

R G G i

M

Tổng quát:

t p n n

t

i i i u

R G G M

1

0 1





Ta đặt:

i=i1i2in : là tỷ số truyền chung của bộ truyển

=12n: là hiệu suất chung của bộ truyền

c=Pt là hiêu suất chung của cơ cấu

c

t

i u

R G G M



i u

R G G M M



n n

v G G M

P





.102.60

)

(1000

c – hiệu suất của cơ cấu nâng

u – bội số của ròng rọc (palăng)

i – Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian

n

t

v u

n R i

vn – tốc độ nâng tải (m/phút)

Từ (1) & (2) dễ dàng suy ra momen và công suất của động cơ phát ra lúc nâng không tải:

c

t n

i u

R G M



v G P



.102.60

0

b Phụ tải tĩnh khi hạ tải.

Có thể có hai trạng thái hạ tải

Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng sinh ra khi không có mất mát là momen tảitrọng:

i u

R G G

M     

trong đó: Mh – momen trên trục động cơ khi hạ tải

M – mất mát trong cơ cấu truyền

h – hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải

Nếu Mt > M ta có trạng thái hạ hãm; còn nếu Mt < M ta có trạng thái hạ động lực.Nếu coi mất mát trong cơ cấu khi nâng và khi hạ tải là nh nhau thì:

)1

1( 

M M

12.(

)1

t t h

i u

R G G M

M M M

Từ (6) ta suy ra momen hạ không tải:

6

)

12(

R G

M

2 Tổng kết các công thức cần thiết dùng trong tính toán cơ cấu nâng-hạ:

Từ phân tích đặc điểm công nghệ của cơ cấu cần trục nâng-hạ, ta nhận thấy chu kỳ làmviệc của cơ cấu nâng thờng bao gồm các giai đoạn: Hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nângkhông tải Giữa các gia đoạn đó có những thời gian nghỉ Dựa vào nhiệm vụ cụ thể của cơ cấu

mà xác định chu kỳ làm việc Dới đây xin tổng kết lại các công thức cần thiết trong tính toáncơ cấu này

 Giai đoạn hạ không tải:

)

12(

0 0

c

t

R G M

h h h

i u

R G G M

v G G P



.6120

)

c

t h

i u

R G G M

i u

R G M



v G P

.6210

Trong lĩnh vực truyền động cần trục trớc kia, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp

đợc dùng rất phổ biến trong cần trục Sở dĩ nh vậy là bản thân loại động cơ này có những u

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 7

điểm mà các loại động cơ không đồng bộ và đồng bộ không có đợc, đặc biệt là những yêu cầurất đặc trng của một số lĩnh vực truyền động Trớc hết vì nó dùng nguồn một chiều nên nó yêucầu số lợng thanh trợt ít so với các loại động cơ khác Đối với truyền động nâng, động cơ này

đảm bảo đợc những tốc độ hạ ổn định (hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng

Tuy nhiên hiện nay, đợc sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùng với những đặc điểmnh: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất cao thì động cơ không đồng bộ đã thay thế hầu hếtcác loại động cơ điện một chiều trong lĩnh vực này Thực vậy, nhờ những tiến bộ sâu sắc củalĩnh vực vi điện tử và điện tử công suất mà càng có nhiều thiết bị cho phép khắc phục nh ợc

điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là ngời ta đã tạo ra đợc tất cả những đặc tính cơ thoảmãn hầu hết quá trình công nghệ khắt khe nhất, đồng thời lại cho phép hạ giá thành vận hành

và lắp đặt Mặt khác, việc dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng tiện lợi do việc dùngnguồn xoay chiều 3 pha vốn sẵn có trong công nghiệp

Từ những lý do trên ta chọn loại động cơ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ là loại động cơkhông đồng bộ

II Chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động.

Nh đã biết, động cơ muốn kéo đợc tải thì cần phải sinh ra một momen MĐ có khả năngkhắc phục đợc momen tải của cơ cấu sản xuất

+ Phải có biểu đồ phụ tải biến thiên tốc độ trong quá trình làm việc

Vì vậy, trớc hết ta đi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh

1 Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.

Theo kết quả phân tích ở trên, chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng-hạ thờng gồm: hạkhông tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải Dựa vào các công thức đã thiết lập ở phầntrên ta tiến hành các bớc tính toán

 Khi tải trọng nâng là định mức Gđm=20)%MT

+ Mô men động cơ khi nâng tải:

Nm c

u i

R G G

82 , 0 75

1000 4 , 0 ).

1 20 (

KG u

i

R G G M

c

t

82,0

12(75

1000.4,0)

120()

12(

G K

dm

133,0

1.6,

1.4,

258 , 0 088 , 0 0477 , 0

133 , 0 1

c

t

258,0.75

81,9.1000.4,0.1

Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải nh sau:

Từ kết quả khảo sát chu kỳ làm việc của cơ cấu cần trục, ta thấy thời gian Tck làm việc của nó khoảng 10)%M phút (Tck = 10)%M phút).Với các số liệu cho trớc:

n

5 , 14

12 4 60 4

+ Hệ số đóng điện tơng đối:

%3310

3,3

t M M

i

i i

4

)5,98(202850

v u i n

t

4,0.2

5,14.75

2

Từ kết quả tính toán ở trên ta lựa chọn sơ bộ loại động cơ xoay chiều rô to dây

quấn, làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có thời gian đóng điện tơng đối tiêu chuẩn 

= 40)%M% Do đó, công suất quy đổi tơng ứng:

kW P

P

tc

pt dc

% 40

% 33 3 , 36

động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với

đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động

Để giải quyết vấn đề trên, trớc hết ta đi phân tích các đặc tính kinh tế kỹ thuật của cácphơng pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha

II Khảo sát các ph ơng án truyền động

R R

R U M

m n

f

.'

' 3

2

2 2 1 1

2

2 1

Nh vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phơng điện áp

đặt vào phần cảm (stato) Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c KĐB bằng cách điều chỉnh

điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số Để thực hiện đợc điều này ngời ta dùng các bộbiến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC)

Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trợt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự nhiên)nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp Ngoài ra, khi giảm áp,mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phơng điện áp Vì lý do này mà phơng phápnày ít đợc dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thờng kết hợp với việc điều chỉnh mạchroto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh

b Đánh giá về phạm vi ứng dụng:

+ Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm thay đổitốc độ không tải lý tởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ động cơ giảm, độ trợt tớihạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trợt của động cơ:

s P M

P s  c( 1  )  dt.

10)%M

+ Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ đa vàomạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc giảmtổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn),nhất là trong trờng hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao công suất trợt càng lớn

Do có nhiều hạn chế nh trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển tốc độ

động cơ chỉ đợc ứng dụng hạn hẹp Hiện nay, nó thờng ứng dụng làm bộ khởi động mềm(softstartor) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các

động cơ công suất lớn và rất lớn so với lới tiêu thụ chung Trong phạm vi này nó cho phéptạo ra các đờng đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lới, làm ảnh hởng đến các tảikhác khi các động cơ công suất lớn khởi động Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phùhợp với hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (nh quạt gió,bơm ly tâm)

Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (Mc=const) thìtổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh Vì vậy, việc xem xét phơng án truyền động dùng phơngpháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động nâng-hạ cần trục là không có ý nghĩa;

điều đó có nghĩa là phơng án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này

2 Hệ điều chỉnh công suất trợt động cơ.

a Nguyên lý điều chỉnh:

Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ mạch roto,

đợc gọi là công suất trợt, tỷ lệ với độ trợt s Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì côngsuất này bằng:

s P s M M

Nh vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đa và mạch stato là không

đổi, thì công suất điện từ Pđt cũng không đổi Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi đợc tổnhao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi đợc độ trợt s; tức là ta điều chỉnh đợc tốc độ

động cơ Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trợt

Trong thực tế việc thay đổi Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở phụ đa

và mạch roto làm tăng tổn thất Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thìkhông có vấn đề gì, nhng với hệ truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể Vìvậy để tận dụng công suất trợt ngời ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đa công suất trợt trở lạilới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền độngnối cấp đồng bộ Dới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:

Trong sơ đồ này thì sức điện động roto đợc chỉnh lu thành điện áp một chiều qua bộchỉnh lu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lu phụthuộc.Nghịch lu làm việc với góc điều khiển từ 90)%Mo đến khoảng 140)%M o , điều chỉnh góc điềukhiển  trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh đợc sức điện động chỉnh lu trong mạch roto; tức

là điều chỉnh đợc tốc độ không tải lý tởng của động cơ Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nốitầng van điện đợc dựng qua việc thay đổi góc điều khiển  của nghịch lu đợc dựng nh hìnhvẽ; trong đó do ảnh hởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản củamáy biến áp (MBA) cũng nh sụt áp do chuyển mạch của nghịch lu và chỉnh lu nên các đặctính có độ cứng và mô-men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô-men tới hạn của đặc tính tựnhiên

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 11

CL điot NL phụ thuộc

H3.2: Sơ đồ nguyên lý nối tầng van

điện

b Đánh giá và phạm vi ứng dụng:

+ Nh đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệ truyền độngvới công suất lớn (thờng cỡ trên 50)%M0)%MkW), vì khi đó công suất trợt đa về mới là đáng kể vàviệc đầu t cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí

+ Việc tái sử dụng công suất trợt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên; việc điềuchỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lợng công suất đa về có thể đạt đợc những chỉ tiêu điềuchỉnh tốt nh êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm sovới tự nhiên, mô-men của động cơ bị giảm khi tốc độ thấp

+ Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởi động

động cơ, thờng dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làmviệc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt Vì vậy mà việc sử dụng hệthống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều

ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều

Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động nâng hạ cần trục nêu

ở chơng đầu cùng với kết quả tính công suất động cơ ở chơng hai ta loại bỏ việc sử dụng

ph-ơng án này cho hệ truyền động của ta Cụ thể là có hai lý do cơ bản sau:

+ Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiêu quay

+ Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu t cả hệ nối tầng làkhông hiệu quả về mặt kinh tế

3 Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto.

+ Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:

rd f th

th

R

R R R

R s

0

R

R s s R

R s

s s

rd th

0 1

2 2 2

.

2 1

2 2 1

.3])

'.[(

'.3

s

R I X

s

R R

s

R U

m n

Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mo-men không đổi

và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ Vì vậy, phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằngcách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0)%M).Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉ lại dốc Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo đợc đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh

Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau:

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh mạch điều chỉnh xung áp một chiều:+ Khi S đóng: R0)%M bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên

+ Khi S ngắt: R0)%M đợc đa vào mạch, dòng roto lại giảm

Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi nh không đổi và ta có một giá trị điện trở tơng đơng Rtd trong mạch

0 0

T

t R t t

t R R

ck

d ng

đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0)%M/2

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 13

Rtd

đm

H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số.

+ Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men không

đổi nh cơ cấu nâng-hạ cần trục Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-menkhởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai

đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0)%M kếthợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh Mặt khác, việc điềuchỉnh đợc tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hởng đến công suất động cơ tiêu thụ đ-

a vào stato; tức là không gây ảnh hởng đến lới điện và tải khác khi động cơ khởi động nh ởphơng pháp điều chỉnh điện áp stato

+ Tuy vậy, nh đã đề cập ở trên, thực chất của phơng pháp cũng dựa vào việc điều chỉnhcông suất trợt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi So với phơng pháp nốicấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu t hơn, nhng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớnhơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trungbình (dới 10)%M0)%MkW)

Phân tích u và nhợc điểm của phơng án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền

động cơ cấu nâng hạ cần trục ta thấy rằng đây là một phơng án khả thi, ta sẽ xem xét khảnăng sử dụng khi so sánh với phơng pháp biến tần sẽ đợc trình bày dới đây

   điều đó có nghĩa là thay đổi tần

số sẽ làm tốc độ từ trờng quáy và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi Dạng đặc tínhcơ của động cơ khi thay đổi tần số đợc trình bày dới hình vẽ sau:

+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần só tăng

( f>fđm), thì mô-men tới hạn lại giảm (với điện

áp giữ không đổi), cụ thể là:

2 1

1

f

M th 

+ Trong trờng hợp tần số giảm, nếu giữ

nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do

f giảm  X=2fL cũng giảm  I tăng), gây

ảnh hởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ Vì

vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm

động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả

điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng

với việc giảm tần số theo quy luật nhất định

b Đánh giá và phạm vi ứng dụng

+ Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh

nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo đợc luật

điều chỉnh điện áp – tần số thì ta có mọi đờng đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số.Nghĩa là phơng pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện ápstato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động

+ Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tởng và tốc độ

tr-ợt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trtr-ợt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tơng ứngnên phơng pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất

+ Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật

điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành

14

các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các phơng pháp điềuchỉnh khác.

Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phơng án truyền động dùng

ph-ơng pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận hành cũng nh đápứng đợc yêu cầu truyền động cần trục

III So sánh giữa các ph ơng án khả thi

ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phơng pháp truyền động cho hệxoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai phơng án là phù hợp với yêu cầutruyền động cần trục Đó là:

 Phơng án truyền động bằng phơng pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto dây quấn

 Phơng án truyền động bằng phơng pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng sóc

Để chọn ra một phơng án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng nh chi phí vận hànhdới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi phơng án

1 Về tính đơn giản trong điều chỉnh.

Về mặt này rõ ràng phơng pháp xung điện trở roto chiếm u thế hơn Nh nguyên lý đã

đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt mạch điện trở

ro to là có thể điều chỉnh đợc tốc độ động cơ Với phơng pháp điều chỉnh tần số ta cònphải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định; điều này làm phức tạplên rất nhiều so với phơng pháp xung điện trở

2 Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều.

Nh đã biết phơng pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là phơng pháp điều chỉnhcông suất trợt, nhng ở đây công suất mạch roto không đợc đa tái sinh về nguồn hoặc sửdụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto Vì vậy phơng pháp này thực tếcho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10)%M%); dải điều chỉnh D =10)%M  1; đặc biệt hiệusuất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh Còn phơng pháp điều chỉnh tần số

có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng nên tổn thất điều chỉnh nói chung là thấpnhất trong các phơng pháp áp dụng cho hệ truyền động xoay chiều

Cả hai phơng pháp đều cho phép có đợc momen khỏi động lớn, đều có khả năng khởi

động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần t (I & IV); tức

là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh Nhng với phơng pháp dùng biến tần ta có thể

điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việc điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộbiến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn

3 Về tính kinh tế của phơng pháp truyền động.

Phơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phơng ántruyền động kinh tế Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu tcho bộ điều chỉnh xung; nhng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto lồng sóc vớitín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn

sử dụng với bộ điều chỉnh xung Với môi trờng làm việc nặng nề của động cơ truyền

động cần trục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý

4 Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành

Do khả năng điều chỉnh tần số đa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn nênthực tế phơng pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động Điều

đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động cần trục là điều hiển nhiên

Xét về mặt lý thuyết thì phơng pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị hơntrong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn Nhng thực tế các van sử dụng trong bộ xung ápphải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nênluôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên  độ an toàn tin cậykém

Phơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động cơroto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 15

suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn Hơn nữa giá thành của các bộ biếntần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh caovận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp.

KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay

có thể quyết định chọn phơng án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử dụng động cơ roto lồng sóc.

Loại động cơ: MTM512-8 , roto lồng sóc , phục vụ cần trục:

=40)%M% Pđm=38kW nđm=70)%M5v/ph cosđm=0)%M,75 coskhông tải=0)%M,67

I1.đm=90)%MA I1.không tải=57A r1=0)%M,119 x1=0)%M,222 I’2=63A

r’2=0)%M,19 x’2=0)%M,16 J=4,25 kgm2 G=860)%Mkg kr=ke=0)%M,15.10)%M4

6,3

2 Kiểm nghiệm lại động cơ.

Việc tích chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta bỏ qua giai

đoạn mở và hãm máy Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơ với các thông số ở trên có

đáp ứng đợc yêu cầu truyền động hay không ta cần phải tiến hành kiểm tra lại

Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thờng gồm các bớc sau:

+ Kiểm tra điều kiện khởi động

+ Kiểm tra điều kiện phát nóng

+ Kiểm nghiệm quá tải mômen

a Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.

Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động Tức là tính đến các giai đoạn quá độ nh thời gian mở máy, hãm máy Phụ tải động của động cơ phát sinh trong quá trình quá độ và đợc xác định từ quan hệ:

dt

d J

M dg  c 

Trớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy đổi sang trục động cơ:

2 2

2 3 2

2

577

3,0.10.21.365

.365

m kg n

v G

Mô-men quán tính của mỗi cặp bánh xe khía phân bố trên trục của động cơ là 3kGm2.Vì gia tốc lớn nhất của cơ cấu nâng không đợc quá 0)%M,2 m/s2, do đó thời gian mở máy nhỏ nhất tơng ứng là:

16

tmm=vn/a = 5.vn = 5.0)%M,3 =1,5 (s).

trong đó: vn _ là vận tốc nâng (m/s); a _ là gia tốc của cơ cấu khi khởi động (m/s2)

Đối với giai đoạn hạ, thì cho phép gia tốc khởi động khi hạ nhỏ hơn 0)%M,6  0)%M,7 (m/s2)

Do đó thời gian hãm máy khi hạ không tải tơng ứng là:

tmh = v/a’ =5.0)%M,3 = 1,5 (s)

Từ đó ta tính đợc mô-men d khi nâng tải định mức là:

m kG

5 , 1 375

577 ) 3 1 , 2 25 , 4 ( 2 , 1

Mô-men cản lớn nhất của động cơ: Mmax = 136,9 + 11,5 = 148,4 kG.m =1454 N.m

Mô-men d khi hạ không tải: Md.h0)%M = 148,4 – (10)%M) =138,4 kG.m

Mô-men d khi nâng không tải: Md.n0)%M= 148,4 –20)%M,6 = 127,8 kG.m

 Thời gian mở máy khi hạ không tải:

) ( 12 , 0 4

, 138 375

577 ) 3 1 , 2 25 , 4 (

2 , 1

, 127 375

577 ) 3 1 , 2 25 , 4 ( 2 , 1

Từ kết quả trên ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần nh hình H3.4

Từ biểu đồ phụ tải dựng đợc ta có nhận xét rằng: Các thời gian quá độ trong chu kỳ làm việc của cơ cấu không đáng kể so với thời gian động cơ làm việc ổn định Cụ thể là tổng thời gian quá độ tqd = (1,5 + 0)%M,12 + 0)%M,14 + 4.1,5 ) = 7,9 (s) << thời gian làm việc

tlv=198,6 (s) Hơn nữa ở giai đoạn tính chọn sơ bộ động cơ đợc tính theo phơng pháp mô-men đẳng trị nên ta không cần kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 17

M, P

t



t

b Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải.

Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét đến hiện tợngsụt áp của lới điện Thông thờng, cho phép sụt áp 10)%M%, nên mô-men tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn:

Mth ‘=(90)%M%)2.Mth =0)%M,81.Mth(Mth _ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ)

Từ số liệu tra đợc của động cơ đã chọn ta tính đợc:

+ Mô-men định mức của động cơ là:

m N n

P M

MmaxD  0 , 81  515  3  1251 , 45

Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nâng tải định mức là

1454N.m

Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men

c Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động.

Ta có: M kd  3 , 3 M dm  3 , 3  515  1699 , 5  1700Nm

Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là: Mc.max =1340)%MNm

Vậy: M kd M c.max , nghĩa là thoả mãn điều khiện về khởi động

Chơng IV

Thiết kế bộ biến đổi mạch lực

ở chơng III, ta đã chọn phơng pháp truyền động là dùng bộ biến tần Chơng này đi giảiquyết việc tính chọn các phần tử dùng trong mạch lực

I Lựa chọn sơ đồ mạch lực.

1 Chọn sơ đồ biến tần.

Trong thực tế hệ biến tần - động cơ có thể có 3 loại sau:

+ Biến tần trực tiếp: là loại biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lới f1; fs=(0)%M

 0)%M,5)f1 Đặc điểm của loại biến tần này là có số lợng các van bán dẫn lớn, nên mặc dù

18

H3.4 Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và (t)

có u điểm là biến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn có tần số khác với hiệusuất cao, nhng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế Thực tế thờng dùng cho truyền động cócông suất lớn.

+ Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cấp cho BBĐ

là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ Các bộ nghịch lu điện áp a dùng tranzito thay vìtiristor vì lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều khiển khoá van mà khôngcần bất cứ thiết bị chuyển mạch phụ trợ nào Hiện nay với phơng pháp PWM (biến điệu

độ rộng xung) áp dụng cho các bộ nghịch lu điện áp, cho phép các dạng sóng gần sinhơn và vì vậy nâng cao đợc chất lợng điều chỉnh Những đặc điểm đó đa đến khả năngứng dụng bộ biến tần nguồn áp trong truyền động yêu cầu cao về độ chính xác điềuchỉnh, chiếm u thế trong truyền động công suất nhỏ và truyền động nhiều động cơ hoạt

động chính xác và đồng bộ

+ Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong TH này, nguồn cung cấp là nguồn dòng –

tức là dòng một chiều vào bộ nghịch lu không phụ thuộc vào tổng trở tải Điều này dẫn

đến dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lu có dạng chữ nhật nếu bỏ qua giai

đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng sin nhng mang các đỉnh nhọn ở thời điểm chuyểnmạch Khác với bộ nghịch lu nguồn áp, ở bộ nghịch lu dòng liên lạc điện áp một chiềuphải qua cuộn dây Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn các biến thiên đột ngột của dòng

điện nên truyền động này rất thích hợp đối với những nơi cần tránh biến thiên đột ngộtcủa mô-men trên trục động cơ Hơn nữa, ở bộ nghịch lu nguồn dòng khi ngắn mạch đầucực động cơ không gây h hỏng nghịch lu vì dòng điện luôn có xu hớng giữ không đổi.Một điểm quan trọng là ở biến tần nguồn dòng ta có thể thực hiện hãm tái sinh động cơchỉ với mạch lực đơn giản Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng đợc công suất đơn vị độngcơ nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền động lớn

Từ những đặc điểm đặc trng của mỗi loại biến tần, tham chiếu tới yêu cầu truyền

động cầu trục và kết quả tính công suất động cơ ta chọn bộ biến đổi là bộ biến tần nguồn dòng, vì những lý do quan trọng sau:

 Biến tần nguồn dòng thích ứng tốt với truyền động có mômen biến thiên đột ngột

nh trờng hợp cầu trục lúc khởi động và thờng xuyên làm việc ngắn hạn

 So với biến tần nguồn áp, ở biến tần nguồn dòng dùng các tiristor thông thờng vớicác chuyển mạch đơn giản chỉ có tụ điện

 Ngắn mạch tức thời đầu ra không gây ảnh hởng gì nhờ cuộn dây liên lạc ngăn cảntất cả các đột biến dòng điện , không có hiện tợng truyền trực tiếp dao động của l-

ới điện vào động cơ

 Có khả năng tái sinh năng lợng tơng đối dễ, phù hợp với đặc điểm phụ tải thế năngcủa cầu trục khi hạ tốc

Nhợc điểm của biến tần nguồn dòng là dạng sóng dòng bậc thang gây khó khăn khilàm việc ở tốc độ rất thấp ; cụ thể là gây ra mômen đập mạch Các tụ điện và cuộn dây cókích thớc lớn và việc điều chỉnh tốc độ khó khăn hơn vì nguồn dòng dễ gây quá áp, bãohoà mạch từ Tuy nhiên những hạn chế này không ảnh hởng nhiều đến truyền động nânghạ cầu trục vốn yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc độ

2 Sơ đồ khối của bộ biến tần.

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 19

II Khảo sát bộ biến đổi.

1 Bộ nghịch lu độc lập nguồn dòng (NLĐLND).

a Sơ đồ nguyên lý:

Giải thích chức năng của các phần tử trong sơ đồ:

+ Ed, Ld : là một nguồn dòng lý tởng với giá trị Id

+ Các thyristor T1  T6 : thực hiện việc tạo tín hiệu xoay chiều trên tải

+ Các diode D1  D6 : hỗ trợ cho các thyristor nhằm cách ly giữa các tụ điện chuyểnmạch và dây quấn các pha của động cơ để chúng không tạo thành mạch cộng hởng làm

ảnh hởng đến quá trình chuyển mạch

+ Các tụ C1  C6 : phục vụ cho việc chuyển mạch giữa các Thyristor

+ Tải 3 pha là động cơ xoay chiều KĐB rotor lồng sóc

b Nguyên lý hoạt động:

Do tải có tính chất điện cảm mà dòng điện chậm sau điện áp một góc Đối với sơ đồnày ở mọi thời điểm chỉ có hai Thyristor dẫn dòng Lúc mở T3 , tụ điện chung C1 sẽ thựchiện việc khoá T1 Cũng vậy, khi mở T4 thì T2 sẽ bị khoá bởi sự làm việc của tụ C2 Dòng

điện tải là sóng gần chữ nhật, lệch pha nhau 2/3; tức là mỗi thyristor sẽ dẫn trongkhoảng 120)%M0)%M điện

 Hoạt động của mạch nh sau:

Giả thiết T1, D1 đang dẫn dòng chảy vào tải (ia > 0)%M) Khi  =2/3, phát xung cho mởT3 Vì trớc thời điểm phát xung một khoảnh khắc iT1 > 0)%M nên đến =2/3 thì T1 không thểkhoá tự nhiên đợc Do dó, cơ cấu tụ cho phép ta khoá cỡng bức T1 Trớc thời điểm =thì T3, D3 và T2, D2 đang cùng dẫn Dòng đi theo chiều:

Dơng nguồn  T3, D3  b  c  D2, T2  âm nguồn

Do D2 thông nên tụ C6 nạp điện làm phân cực thuận T4 Nên nếu lúc này ta phát xungvào T4 thì T4 sẽ thông, dẫn dòng ia theo chiều âm (ngợc chiều quy ớc)  tạo dòng xoaychiều trên tải

Hình 4.2 biều diễn dạng sóng dòng trên tải

Để xây dựng biểu đồ trạng thái pha, trên mặt phẳng pha xây dựng đồ thị dòng xoaychiều đối xứng với thời gian dẫn là 120)%M0)%M điện biên độ Id, ta đợc dòng ia Làm chậm phadòng ia một góc 120)%M0)%M ta đợc ib ; làm nhanh pha ia ta đợc ic

20)%M

Ld

Ua Ub Uc

H4.1: Sơ đồ nguyên lý của NLĐLND

Xây dựng dạng sóng áp trên van:

+ Xét đoạn từ 0)%M  /3: T1, D1 và T6,D6 thông, nên: ua thông qua T1, D1 đặt và A thế A ua; ub thông qua T6, D6 đặt vào K  thế Kub Mà ua > ub  uV =uAK =uab

+ Từ /3  2/3: T1, D1 và T2, D2 dẫn nên uv = uac

Phân tích tơng tự ta vẽ đợc phần còn lại của uV

c Xét sự chuyển mạch giữa các van.

 Nhận xét : Từ biểu đồ trên ta có nhận xét sau:

+ Tại /3: T6, D6 khoá; T2, D2 bắt đầu thông Vậy có sự chuyển mạch dòng từ T6D6sang T2, D2

+ Tại 2/3: có sự chuyển mạch dòng từ T1, D1 sang T3, D3

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh 21

H4.2: Giản đồ xung và biểu đồ trạng thái pha dòng điện tải NL