Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor pdf

Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor ……… , tháng … năm ……. THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 1 - Thiết bị điện điện tử NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao II. Các số liệu ban đầu: Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: U đm = 220 v , P đm = 2,7 Kw, d đm = 1500 V /ph, P O = 4% P đm , η đm = 0,86. Lưới đơn xoay chiều 220/380 V - 50Hz Dải điều chỉnh tốc độ 1:1000 Sai số điều chỉnh tốc độ s%= 5%. III. Nội dung các thuyết minh và tính toán; 1/ Giới thiệu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 2/ Khái quát các phương án chỉnh lưu dòng dùng Thyristor 3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực 4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở 5/ Thiết kế mạch điều khiển hệ kín theo phương pháp 2 mạch vòng tối ưu moodul. IV. Các bản vẽ đồ thị: 05 bản vẽ Ao LỜI NÓI ĐÀU Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi và là một nhu cầu tất yếu trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp điện là sự phát triển của các loại máy điện nói chung, trong đó máy điện một chiều nói riêng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là động cơ điệ n một chiều được dùng nhiều trong các ngành như cán thép, hầm mỏ, giao thông, vận tải…. Mặc dù các loại máy một chiều có giá thành cao, bảo dưỡng khó, nguồn cấp một chiều bị hạn chế. Nhưng do các đặc tính ưu việt về tự động và các đặc tính làm việc cùng phạm vi điều chỉnh tốc độ mà các loại máy điện khác khó có thể có được. Cùng với ưu điểm về khởi độ ng, đổi chiều quay và có thể chịu quá tải cao, những ưu điểm quan trọng trên với sự phát triển của kỹ thuật điện tử bán dẫn đã khắc phục được sự hạn chế về nguồn một chiều và công THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 2 - Thiết bị điện điện tử nghệ điều khiển động cơ một chiều cũng hiện đại hơn góp phần tích cực trong nền công nghiệp sản suất. Với tầm quan trọng của công nghệ điều khiển tự động động cơ một chiều nói trên, em chọn đề tài này mong muốn được hiểu biết một phần trong công nghệ điều khiển tự động, để sau khi ra trường em có thể góp một phần nhỏ xây dựng nền công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. Đồ án tốt nghiệp của em gồm 06 phần: • Phần 1: Khái quát máy doa ngang - truyền động ăn dao • Phần 2: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập • Phần 3: Khái quát các phương pháp chỉnh lưu dùng Thyistor • Phần 4: Lựa chọn và tính toán mạ ch động lực. • Phần 5: Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor vòng hở. • Phần 6: Thiết kế mạch điều khiển Thyristor theo phương pháp 02 mạch vòng tối ưu Module. Em đã hoàn thành đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Cao Văn Thành. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã hướng dẫn em tận tình. Do thời gian và trình độ củ a bản thân em có hạn. Mặc dù đã cố gắng nhưng đồ án của em còn có điểm thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. PHẦN I: KHÁI QUÁT MÁY DOA NGANG 2620, TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO I. KHÁI NIỆM Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại. THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 3 - Thiết bị điện điện tử II. MÁY DOA NGANG Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính xác và độ bóng cao. Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình dạng của máy được mô tả như sau: Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bộ máy. Ụ trục chính có thể chuyển động theo chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển động theo phương ngang. Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. III. YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY DOA 1 Truyền động chính: Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 4 - Thiết bị điện điện tử Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng. 2 Truyền động ăn dao: Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1. Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph. Khi di chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm b ảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động. PHẦN II - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU. I. KHÁI NIỆM CHUNG: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện, tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của trục động điện. Khi thay đổi tốc độ quay của tải và gián tiếp thay đổi qua các tốc độ quay động cơ, người ta xây dựng nên đặc tính ω = f (M) gọi là đặc tính cơ. II. - PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: Từ sơ đồ này ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng: U ư = E ư + R ư I ư (1-1) U ư : Điện áp phần ứng (V) E ư : Sức điện động phần ứng (V) Hình 1 R ư : Điện trở của mạch phần ứng (Ω) U ư U KT THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 5 - Thiết bị điện điện tử Sức điện động E ư được xác định bởi biểu thức : ωω π Φ=Φ= K a pN E u 2 (1-2) Trong đó: P: Số đôi cực N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Φ : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ (Wb) ω : Tốc độ góc (rad/s) a pN K π 2 = hệ số cấu tạo động cơ Từ (1-1) và (1-2) ta có Φ − = K IRU uuu ω (1-3) Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định theo công thức: M đt = KΦ I ư (1-4) Từ đó ta có M đt KΦ Thay vào (1-3 ) ta được: U ư R ư M đt KΦ (KΦ) 2 Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ U ư R ư KΦ (KΦ) 2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Đồ thị của phương trình (1-6) - Cắt trục hoành tại U ư R ư - Cắt trục tung tại I ư = ω = - (1-5) ω = - M (1-6) M nm = KΦ ω ω O Δω M nm M THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 6 - Thiết bị điện điện tử U ư KΦ Hình 2 - Độ dốc của đường đặc tính: R ư M (KΦ) 2 ω O : Tốc độ không tải lý tưởng Δω: Độ sụt tốc III. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ: 1/ Khi điều chỉnh tốc độ người ta đưa ra một số các chỉ tiêu sau: * Sai số tốc độ: Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đật và thường được tính theo %: ω đ - ω ω đ Trong đó: ω đ : Tốc độ đặt ω : Tốc độ làm việc thực * Độ trơn: Được định nghĩa: ω i + 1 ω i Trong đó: ω i + 1 : Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1) ω i : Giá trị tốc độ ổn định đạt được ơ cấp i * Dải điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với momen tải đã cho: ω max ω min Dải điều chỉnh căn cứ vào M đm và M nm Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu khác như chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến Hình 3 ω O = Δω = s% = 100% ϒ = D = ω TN M đm M nm =(1,5-2)M đm M THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 7 - Thiết bị điện điện tử 2/ Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập: * Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng Nguyên lý: Chúng ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Làm điện trở phần ứng tăng lên → thay đổi tốc độ (làm giảm tốc độ động cơ) Phương trình cơ bản U ư (R ư + R f ) KΦ (KΦ) 2 ω = ω O - Δω Ta thấy khi chưa có R f tốc độ là tốc độ định mức tương ứng với đường ĐTC tự nhiên. Khi thêm R f1 đường ĐTC Hình 5 chuyển xuống dốc lớn hơn đường ĐTC Tn, tiếp tục thêm R f2 ĐTC càng dốc. Nó bị chận dưới tại ω nm và chặn trên tại ω đm Phương pháp này ω O không đổi, Δω được thay đổi liên tục. Phương pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp → đặc tính và tốc độ nhảy cấp. * Ưu, nhược điểm: Ta thấy: Công suất nhận từ lưới U ư I đc = M ω + (R ư + R f )I 2 đc = M ω + R ư I 2 đc +ΔP f - Khi thấy R f càng tăng → ΔR f tăng → tổn hao điện trở phụ lơn → tính kinh tế không cao - Là phương pháp có vốn đầu tư chế tạo ít, hiệu quả thấp, tổn hao nhiều, hiện nay không sử dụng phương pháp này * Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ: Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch từ cũng chính là điề u khiển từ thông của động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ Ư R f K1 K2 KT Hình 4 ω = - M ω ω đm ω 1 ω 2 ω nm TN R f1 R f1 +R f2 M nm M THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 8 - Thiết bị điện điện tử M = KΦ.I ư Và sức điện động quay của động cơ: E ư = KΦω Φ: Chỉ thay đổi bằng cách giảm từ thông, giảm Φ bằng cách thêm điện trở. Hiện nay cuộn dây kích từ được cấp Bởi một điện áp nguồn ngoài khi cần thay đổi ta thay đổi dòng kích từ I KT tỉ lệ với Φ e k dΦ r b + r k dt Trong đó: r b : Điện trở dây quấn kích thích r b : Điện trở nguồn điện áp kích thích. Hình 6 ω k : Số vòng dây quấn của dòng kích thích. Khi điều chỉnh từ thông ta thấy tốc độ động cơ tăng cao hơn so với tốc độ định mức. Tốc độ lớn nhất bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động cơ thì đồng thời điều khiển chuy ển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức: (KΦ) 2 K ư Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ Thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức năm ở chỗ tiếp giáp vòng tuyến tính bão hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cầu của máy điện I k = + ω k L k (U đk Φ) Φ I k ω k β Φ = hay β * Φ = (Φ * ) 2 → kết quả ta có điện tích cảm ứng M M dm M I ω ω ω max ĐT cơ bản ĐT cơ tự nhiên φ 2 φ 1 φ đm + - I E r k W k r bk I k THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 9 - Thiết bị điện điện tử k kb k C rr C iC ⋅ + ==Φ . Hình 8 * Đánh giá: - Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 ÷ 3) ω đm , lý thuyết có thể tăng hơn nhưng thực tế không tăng được vì phần cơ máy không chịu nổi. - Sai số: Dùng phương pháp này Đ TC giảm từ thông dốc hơn đường ĐTC tự nhiên → sai số nhiều hơn - Độ trơn: ϕ : Φ được điều chỉnh bằng 2 cách: dùng điện trở phụ, quá nguồn điện áp. Cả hai phương pháp này cho phép điều khiể n liên tục bởi đường kích từ chỉ chiếm (2÷5)%I. - Kinh tế : Tổng hao điểu khiển là không đáng kể và đạt kết quả, điểu khiển tốc độ động cơ bằng Φ chỉ áp dụng loại có tải P không đổi. * Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng: Nguyên lý: Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng (U ư ) động cơ điện một chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ biến đổi, v v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành điện một chiều có sức điện động E được điều khiển bởi U đk . Các bộ phận có R b và L b . Hình 9 Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau: E b - E ư = I ư (R b + R ưđ ) E b R b + R ưđ KΦ đư KΦ đư M ⎪β⎪ Vì từ thông của động cơ được giữ nguyên không đổi nên độ cảm ứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp U đk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ nguyên ở các giá trị định mứ c. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là : BBĐ Đ LK U đk E b (U đk ) U E ư R b R ưđ ω = - I ư ω = ω O (U đk ) - [...]... - 18 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP a Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ L s KT U b Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc chuyển mạch ở phần ứng (giữ từ thông φ không đổi) ~ L t n U n kt t c Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng cl 1 L u kt cl 2 d Truyền động dùng... còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động ran đảo chiều khó khăn và phức tạp Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển có yêu cầu an toàn cao và logic điều khiển chặt chẽ VI TRUYỀN ĐỘNG TIRISTO - ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều - Giữ nguyên chiều dòng điện phản ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ - Giữ nguyên chiều dòng kích... α2 > π/2 và sao cho dòng phần ứng không vượt quá giá trị cho phép, động cơ được tái sinh, nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện bám và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống - 21 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP t 1 0 iL® t1 t i t2 0 t t 1 0 1 0 1 0 1 0 i1L t i2L t... điều khiển chung - 20 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP * Truyền động đảo chiều điều khiển riêng Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào 1 bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển Hệ có 2 bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 có các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2 Trật tự hoạt động của các bộ phát xung... qua BĐ1 (BĐ2) b1 (b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1(FX2) * Truyền động đảo chiều kiểu chung: Hình bên là 1 ví dụ về hệ Tisisto động cơ đảo chiều điều khiển chung, tại 1 thời điểm có cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung mở nhưng chỉ có 1 bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu, còn bộ biến đổi lưu làm việc ở chế độ đợi - 22 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP KCB LCB id1 icb E i a b c L ii R B§2 B§1... cuộn kháng cân bằng Lcb - 24 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP PHẦN IV: LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC I LỰA CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT KẾ Sau khi phân tích một số sơ đồ chỉnh lưu ở trên, ta nhận thấy sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha là hợp lý hơn cả vì nó cho ta chất lượng điện áp tốt hơn so với tia 3 pha, còn các chỉnh lưu 1 pha không thực hiện được Để đảo chiều quay của động cơ: ta chọn phương pháp... khiển riêng Sơ đồ mạch động lực được biểu diễn như hình sau: a b c t2 t1 t4 t3 t6 t5 t7 t8 t9 t10 t11 t12 l u kt II TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC * Các thông số cơ bản của động cơ - 25 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Pđm = 2,7 KW, Uđm = 220V, nđm = 1500v/p, Po = 4% Pđm, ηđm = 0,86 Lưới xoay chiều 220/380V – 50Hz + Iđm Iđm = Pdm 2700 = = 14,3( A) U dm ηdm 220.0,86 + Rư động cơ P1đm = P0 + Pđm... cl 1 L u kt cl 2 d Truyền động dùng 2 bộ biến đỏi nối song song ngược điều - 19 - khiển chung Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP u kt e Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung: u kt Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ - Loại a: Dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều - Loại b: Dùng cho công suất nhỏ, tần số... sai số cho phép thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép Sai số tương đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là: ωOmin - ωmin s= ωOmin Δω Mđm = ωOmin s = ⎪β⎪ ωOmin ≤ϕ Nếu các giá trị Mđm, ωOmin, sCD là xác định thì có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cảm ứng điều chỉnh sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép - 10 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP trong... biến đổi có thể điều chỉnh được liên tục vì đường dòng điều khiển bé - Đối với động cơ điện 1 chiều đây là phương pháp kinh tế nhất vì tổn hao công suất ít - Nếu xét về động cơ: Là phương pháp không kinh tế vì giá thành đầu tư cao, chỉ sử dụng phương pháp này trong vùng t/độ < t/độ định mức - 11 - Thiết bị điện điện tử THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP PHẦN III - KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU DÙNG THYRISTOR I . Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor ……… , tháng … năm ……. THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 1 - Thiết bị điện điện tử NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP I. Đầu đề thiết. NGHIỆP I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao II. Các số liệu ban đầu: Động cơ 1 chiều kích từ. chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 4 - Thiết bị điện điện tử Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không