Đồ án môn học điện tử công suất và ứng dụng đề tài thiết kế hệ thống truyền động điện bbd van động cơ một chiều không đảo chiều quay

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG Đề Tài Thiết kế hệ thống truyền động điện BBD van Động cơ một chiều không đảo chiều qua[.]

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ ỨNG DỤNG Đề Tài: Thiết kế hệ thống truyền động điện BBD van - Động chiều không đảo chiều quay Ngành Đào Tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa Họ tên sinh viên: Trần Văn Thịnh Mã sinh viên: 20104300368 Người hướng dẫn Đồ án ThS Nguyễn Ngọc Sơn Nam Định - 2022 Mục lục CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Phân tích chọn động truyền động 1.1.1 Thay đổi điện trở phụ phần ứng ( R f ) 1.1.2 Thay đổi điện áp phần ứng ( U u ) 1.1.3 Thay đổi từ thơng kích từ ( kt ) 10 1.1.4 Nhận xét lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ 12 1.2 Phân tích lựa chọn biến đổi chỉnh lưu 12 1.2.1 Phân tích hệ thống van T-D 12 1.2.2 Phân tích hệ thống máy phát động (F-Đ) 13 1.2.4 Đánh giá lựa chọn biến đổi 19 1.3 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG PHÁP HÃM DỪNG ĐỘNG CƠ 19 1.3.1 20 Hãm tái sinh 1.3.1.1 Hãm tái sinh với tải phản kháng (Uu2 điện trở phụ R f tăng => tốc độ động giảm, điện trở phụ Rf giảm => tốc độ động tăng Tốc độ không tải lý tưởng: o  U dm const kdm Độ cứng đặc tính cơ: (kdm )   Var Ru  Rf Dạng đặc tính cơ: Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính hình: Hình 1.1 Giản đồ đặc tính thay đổi điện trở phụ phần ứng  Nhận xét: Nếu Rf tăng tốc độ động giảm, đồng thời I nm Mnm giảm Phương pháp dùng để hạn chế dòng điện động cư khởi động Ưu điểm: + Đơn giản, dễ thực Nhược điểm: + Độ cứng đặc tính thấp + Tổn thất lượng điện trở lớn + Phạm vi điều chỉnh hẹp 1.1.2 Thay đổi điện áp phần ứng ( U u ) 1.1.2.1 Cơ sở phương pháp Ta có:  f (R f , kt , U) Giả sử : Uư = Var  = Const R = Const phương trình đặc tính ω  U dm R  Rf *M M KΦdm (KΦdm ) Điện áp động giảm => tốc độ động giảm Tốc độ không tải lý tưởng: o  Uu var k Độ cứng đặc tính cơ: (k)   =const Ru Dạng đặc tính cơ: Khi thay đổi điện áp mạch phần động ta họ đắc tính song song với hình vẽ Hình 1.2 giản đồ biểu thị thay đổi điện áp phần ứng 1.1.2.2 Phương pháp điều chỉnh Để điều chỉnh điện áp phần ứng, ta phải sử dụng thêm biến đổi điều chỉnh điện áp đầu cấp cho mạch phần ứng động Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động BBĐ dùng để biến đổi điện áp xoay chiều lưới điện thành chiều điều chỉnh giá trị điện áp đầu theo yêu cầu Điện trở BBĐ R bđ phụ thuộc vào loại thiết bị thơng thường cơng suất biến đổi động sấp sỉ nên Rbđ có giá trị đáng kể so với Rư động Sơ đồ nguyên lý thay thế: Hình 1.4 sơ đồ nguyên lý điều chỉnh động => Nhận xét: Ưu điểm: + Không gây ồn +Không gây tổn hao phụ động + Dải điều chỉnh rộng: D 10 : + Độ cứng đặc tính khơng đổi dải điều chỉnh + Dễ tự động hóa Nhược điểm: + Phương pháp điều chỉnh cần nguồn thay đổi trơn điện áp + Điều khiển phức tạp Hình 1.8 Sơ đồ thay chỉnh lưu thyristor - Khi van dẫn ta có phương trình: ⅆII U2 – E = I R Σ + LΣ ⅆIt R Σ = Rba + Rứ + Rkt LΣ = Lba + Lứ + Lkt Nhận xét: Ưu điểm: Hệ (T-Đ) tác động nhanh, tổn thất lượng ít, kích thước trọng lượng nhỏ, khơng gây ồn dễ tự động hóa van bán dẫn có hệ số khuếch đại lớn, điều thuận lợi cho việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng đặc tính tĩnh đặc tính động hệ thống Do van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, khả linh hoạt chuyển trạng thái làm việc không cao, khả - 25 - tải dòng áp van kém, chất lượng điện áp không cao, tổn thất phụ, làm xấu tượng chuyển mạch cổ góp Khắc phục: Thiết kế truyền động van cố gắng làm ngắn vùng gián đoạn cách nối kháng lọc, tăng số lần đập mạch, nối van đệm 1.2.2 Phân tích hệ thống máy phát động (F-Đ) 1.2.1.1 Cấu trúc hệ F-Đ đặc tính Hệ thống máy phát động (F-Đ) hệ truyền động điện mà biến đổi diện máy phát điện chiều kích từ độc lập Máy phát thường động sơ cấp không đồng ba pha điều khiern quay coi tốc đọ quay máy phát khơng đổi Tính chất máy phát điện xác định hai đặc tính: Đặc tính từ hóa phụ thuộc sức điện động máy phát vào dịng điện kích từ đặc tính tải phụ thuộc điện áp hai cực máy phát dịng điện tải, đặc tính nối chung phi tuyến tính chất lõi sắt, phản ứng dòng điện phần ứng Trong tính tốn gần tính hóa đặc tính này: 𝐸𝐹 = 𝐾𝐹.𝜙𝐹 𝜔𝐹 = 𝐾𝐹.𝜙𝐹 𝐶 𝑖𝐾𝐹 Trong đó: 𝐾𝐹 : hệ số kết cấu cảu máy phát C = ∆𝜙.F/∆𝑖𝐾𝐹 : hệ số góc đặc tính từ hóa Nếu quấn kích thích máy phát cấp nguồn áp lý tưởng 𝑈𝐾𝐹 thì: Sức điện động máy phát trường hợp tỷ lệ với điện áp kích hệ số 𝐾𝐹 coi gần máy phát điện chiều kích từ độc lập khuếch đại tuyến tính: 𝐸𝐹 = 𝐾𝐹′ 𝑈𝐾𝐹′′ Nếu đặt R = 𝑅ư𝑃 + 𝑅ư𝐷 viết phương trình đặc tính hệ F-Đ sau:   Kf R U KF  M K (K)2  D (U KF.U KD )  M (U KD ) 1.2.1.2 Các chế độ làm việc hệ F-Đ Trong mạch lực hệ F-Đ khơng có phàn tử phi tuyến nên hệ có đặc tính động tốt, linh hoạt chuyển chế độ điều chỉnh hai phía: kích thích máy phát F kích độngc Đ, đảo chiều quay cách đảo chiều dịng kích thích máy phát, hãm động dịng kích thích máy phát, hãm động dịng kích từ máy không, hãm tyasi sinh giảm tốc ssộ đảo chiều dịng kích từ, hãm ngược cuối giai đoạn hãm tái sinh đăỏ chiều làm việc ổn định với momen tải có tính chất Hệ F-Đ có đặc tính điện đầy đủ bốn góc phần tư mặt phẳng tọa độ (,M) Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hệ F-D Các biểu thức chứng tỏ rằng, điều chỉnh dịng điện kích thích máy phát điều chỉnh tốc độ khơng tải hệ thống cịn độ cứng đặc tính giữ ngun Cũng điều chỉnh kích từ động để có dải điều chỉnh tốc độ rộng *M Các chế độ làm việc hệ F- Đ Hình 1.10 Sơ đồ làm việc Trong hệ F - Đ khơng có phần tử phi tuyến nên hệ có đặc tính động tốt, linh hoạt chuyển trạng thái làm việc Với sơ đồ hình 1.7 động chấp hành Đ làm việc chế độ điều chỉnh hai phía: Kích thích máy phát F kích thích động Đ, đảo chiều quay cách đảo chiều dịng kích thích máy phát, hãm động dịng kích thích máy phát không, hãm tái sinh giảm tốc độ đảo chiều dịng kích từ, hãm ngược cuối giai đoạn hãm tái sinh đảo chiều làm việc ổn định với mơmen tải có tính chất … hệ F - Đ có đặc tính bốn góc phần tư mặt phẳng toạ độ [w ,M] +) Ở góc phần tư thứ I thứ III tốc độ quay mômen quay động chiều nhau, sức điện động máy phát động có chiều đối |E|| |w| Công suất điện từ máy phát động là: PF = EF.I > PĐ = E.I < Pcơ = M > Các biểu thức nói lên lượng vận chuyển thuận chiều từ nguồn máy phát động tải +) Vùng hãm tái sinh nằm góc phần tư thứ II thứ IV, lúc |w|>|wa| nên |E|>| EF| , E, EF mắc ngược nhau, dòng điện phần ứng lại chạy ngược từ động máy phát làm cho mômen quay ngược chiều tốc độ quay Công suất điện từ máy phát, công suất điện từ công suất học động là: PF = EF.I < PĐ = E.I > Pcơ = Mw < Chỉ dòng điện đổi chiều mà bất đẳng thức cho ta thấy lượng chuyển vận theo chiều từ tải động máy phát nguồn, máy phát F động Đ đổi chức cho Hãm tái sinh hệ F - Đ khai thác triệt để giảm tốc độ, hãm để đảo chiều quay làm việc ổn định với tải có tính chất - Đặc điểm hệ F - Đ: +) Các tiêu chất lượng hệ F - Đ tương tự tiêu hệ điều áp dùng biến đổi nói chung +)Ưu điểm bật hệ F - Đ chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả chịu tải lớn, thường sử dụng hệ truyền đông F - Đ máy khai thác công ngiệp mỏ +) Nhược điểm quan trọng hệ F - Đ dùng nhiều máy điện quay, hai máy điện chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy gấp ba lần công suất động chấp hành Ngồi máy phát chiều có từ dư, đặc tính từ hố có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ 1.2.3 phân tích hệ thống xung áp động (ĐXA-Đ) 1.2.3.1 Nguyên lý hệ thống Hình 1.11 Cấu trúc hệ truyền động xung áp chiều Sơ đồ đơn giản hệ ĐAX-ĐM dùng khóa đóng cắt thyristor Trong đó, nguồn chiều chỉnh lưu cầu diot pha CL, tạo điệ áp Ud tương đối phẳng, giúp cho việc trì chế độ dịng điện liên tục dễ dàng Điều khiển thyristor T1 mở khóa xung mở điều khiển, ta điện áp băm nối tiếp Ub đặt vào phần ứng động ĐM, tương ứng có tốc độ w Trong chế độ dòng điện liên tục, đại lượng hệ tính tốn theo giá trị trung bình : Điện áp sức điện động trung bình ĐAX : E b U tb  td t ck  Trong : BĐK U d .U d td t U d  d t d f x t ck Tx tỷ số chu kì băm Tx f x : chu kì tần số xung Dịng điện trung bình mạch phần ứng: I u I tb  E b  E .U d  K  Ru  Ru  Phương trình đặc tính điện đặc tính hệ ĐAX-ĐM có dạng:   .U d R u   I u K K   .U d R u   M K (K) Đặc tính vùng dòng điện liên tục đường thẳng song song nhau, tróng tốc độ khơng tải lý tưởng phụ thuộc vào tỉ số chu kỳ: Hình 1.12 Đặc tính hệ truyền động Xung điều khiển thyristor T1 T2 tạo nhờ BĐK với tần số xung Tx Khi thay đổi chu kỳ xung Tx hay tần số xung f x , ta làm thay đổi thời gian mở khóa T1 T2, từ thay đổi điệnáp U b Uu , dẫn đến điều chỉnh tốc độ động  f x  Hình 1.13 Cấu trúc điều chỉnh điện áp 1.2.3.2 Đặc điểm hệ thống truyền động xung áp động chiều Đặc điểm biến đổi xung áp là: sử dụng linh kiện bán dẫn nên tổn hao ít, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, khả tự động hóa cao, nhiên sơ đồ phức tạp, mạch điều khiển phức tạp 1.2.4 Đánh giá lựa chọn biến đổi Sau đưa ba phương pháp án kết hợp với tiêu kinh tế kỹ thuật khả vận hành với điều kiện phát triển khoa học kỹ thuật chọn phương án dùng T-Đ Vì phương pháp có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu công nghệ Vì ta chọn hệ thống truyền động sau: + Động cơ: chọn loại động chiều kích từ độc lập + Phương pháp điều chỉnh tốc độ : thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động + Loại BBĐ: hệ truyền động T-Đ 1.3 Phân tích chọn phương pháp hãm dừng động Hãm động gồm phương pháp: + Hãm theo phương pháp + Hãm theo phương pháp điện Hãm theo phương pháp dùng phanh phanh điện – cơ, phanh điện- thường đặt cổ trục động có nhiều kiểu, nhiều loại nguyên tấc điều khiển tương tự Khi cấp điện cho động chạy cuộn phanh cấp điện cổ trục động chạy cuộn phanh cấp điện cổ trục động nối lỏng Khi cắt điện để động nối lỏng cuộn phanh điện cổ trục động bị ép lại Mục đích hãm hệ TĐĐ: + Dừng hệ TĐĐ + Giữ hệ thống đứng yên hệ thống chịu lực có hướng gây chuyển động + Giảm tốc hệ TĐĐ + Ghìm cho hệ TĐĐ làm việc với tốc độ ổn định Hai mục đích sau phương pháp hãm phanh điện – khó thực nên ta khơng dùng phanh điện