Đồ án trang bị điện đề tài thiết kế trang bị điện cho cơ cấu nâng hạ tải

TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG

Lý thuyết chung máy nâng hạ, vận chuyển

Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất máy nâng hạ vận chuyển đóng vai trò khá quan trọng Máy nâng, vận chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất Máy nâng vận chuyển được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, xây dựng, giao thông Trong nhóm máy vận chuyển thì cầu trục là một thiết bị vận chuyển điển hình.

Trong cầu trục có 3 chuyển động:

- Chuyển động của xe cầu theo phương ngang (xe cầu đi dọc theo phân xưởng).

- Chuyển động của xe con theo phương ngang (xe con di chuyển trên xe cầu theo chiều ngang phân xưởng)

- Cơ cấu nâng hạ được bố trí trên xe con và nó được chuyển động theo phương thẳng đứng (thực hiện nâng hạ tải trọng).

2 Phân loại máy nâng - vận chuyển:

Phụ thuộc vào đặc điểm hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng và phương vận chuyển mà các máy nâng, vận chuyển rất đa dạng Việc phân loại một cách hoàn hảo các máy nâng, vận chuyển rất khó khăn.

Có thể phân loại các máy nâng, vận chuyển theo các đặc điểm sau:

- Theo phương vận chuyển hàng hoá:

+ Theo phương thẳng đứng: thang máy, máy nâng

+ Theo phương nằm ngang: băng chuyền, băng tải

+ Theo mặt phẳng nghiêng: xe kíp, thang chuyền, băng tải

+ Theo các phương kết hợp: cầu trục, cần trục, cầu trục cảng, máy xúc

- Theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển:

+ Máy nâng, vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang chuyền, băng tải, băng chuyền

+ Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần cẩu con dê, các loại cần trục, cầu trục

+ Di chuyển quay với một góc quay giới hạn: cần cẩu tháp, máy xúc

- Theo cơ cấu bốc hàng:

+ Cơ cấu bốc hàng là thùng, cabin, gầu treo

+ Dùng móc, xích treo, băng

+ Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện

- Theo chế độ làm việc:

+ Chế độ dài hạn: băng tải, băng chuyền, thang chuyền

+ Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, thang máy, cần trục

3 Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện máy nâng, vận chuyển.

Máy nâng, vận chuyển thường được lắp đặt trong nhà xưởng hoặc để ngoài trời. Môi trường làm việc của các máy nâng, vận chuyển rất nặng nề, đặc biệt là ngoài hải cảng, các nhà máy hoá chất, các xí nghiệp luyện kim

Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bi điện của các máy nâng, vân chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác.

* Đối với hệ truyền động điện cho băng truyền và băng tải phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải; đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh Mc.

Trên hình 1.3 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mômen cản tĩnh và tốc độ động cơ: Mc = f( )

Trên đồ thị ta thấy:

Khi  = 0, M c lớn hơn (22,5)Mc ứng với tốc độ định mức thay đổi đối với cơ cấu nâng - hạ, mômen theo

* Động cơ truyền động cầu trục nhất là tải trọng rất rõ rệt.

Khi không có tải trọng

(không tải) mô men của động cơ không vượt quá (1525)%Mđm Đối với cơ cấu nâng của cần trục gầu ngoạm đạt tới 50%Mđm Hình 1.1: quan hệ Mc=f Đối với động cơ di chuyển xe khi động cơ không tảicầu bằng

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, vận chuyển yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với thang máy và thang chuyên chở khách Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu của kĩ thuật an toàn.

Năng suất của máy nâng, vận chuyển quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ Số lượng hàng hoá bốc xúc trong mỗi một

0 đm chu kỳ không giống nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, động cho nên phụ tải đối với cơ chỉ đạt (60 70)% công suất định mức động cơ.

Do điều kiện làm việc của máy nâng, vận chuyển nặng nề, thường xuyên làm việc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng, vận chuyển được chế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn

4 Một số nét về cầu trục phân xưởng:

Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn

Cầu trục là một kết Cầu trục được dùng chủ yếu trong các phân xưởng, nhà kho để nâng hạ và cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có cơ cấu nâng Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu

Vì vậy mà cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong không gian của nhà xưởng.

Cầu trục được sử dụng trong tất cả các lĩnh vực của nền kinh tế với các thiết bị mang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm Đặc biệt, cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyện kim với các thiết bị mang vật chuyên dùng

Phần kết cấu thép của cầu trục một dầm gồm dầm cầu có hai đầu tựa lên các dầm cuối với các bánh xe di chuyển dọc theo ray đặt trên vai cột của nhà xưởng Cơ cấu di chuyển của cầu trục một dầm thường dùng phương án dẫn động chung Phía trên dầm chữ I là dàn thép đặt trong mặt phẳng ngang để đảm bảo độ cứng cần thiết theo phương ngang của dầm cầu Palăng điện có thể chạy dọc theo các cánh thép phía dưới của dầm chữ I nhờ cơ cấu di chuyển palăng Cabin điều khiển được treo vào phần kết cấu chịu lực của cầu trục.

Kích thước dầm thép chữ I của cầu trục lăn đầm đơn được chọn từ điều kiện bền theo tải trọng nâng, khẩu độ và điều kiện để palăng điện có thể di chuyển dọc theo các cánh dưới của dầm Ngoài ra, độ cứng của dầm theo phương ngang dầm cầu cũng cần được đảm bảo.

Trong trường hợp cầu trục có khẩu độ nhỏ, phương án đơn giản nhất để đảm bảo độ cứng dầm cầu sẽ là hàn thêm các thanh giằng.

Đặc điểm của hệ truyền động cầu trục và cầu trục phân xưởng

* Mômen cản trên trục động cơ là: Tổng hợp của hai mômen thành phần

- Mômen do ma sát gây ra luôn chống lại chuyển động quay của đông cơ.

- Mômen do tải trọng sinh ra sẽ chống lại hoặc hỗ trợ chuyển động quay của động cơ tuỳ thuộc vào lúc tải trọng đi lên hay đi xuống.

* Tính chất của phụ tải là làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.

* Chu kỳ làm việc của cơ cấu:

(Giữa các giai đoạn có thời gian nghỉ).

1.Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ:

Hình 1.2 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ dùng móc

2.Biểu thức phụ tải tĩnh:

Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu là do tải trọng quy định Để xác định phụ tải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ ( hình 2.1) a Phụ tải tĩnh khi nâng.

G : Trọng lượng của tải trọng  N 

Go : Trọng lượng của bộ lấy tải  N 

Rt : Bán kính của tang nâng (trống tời)   m i : Tỷ số truyền của hộp tốc độ v n i 2 R t

 với v : vận tốc nâng hạ  m / s  n : tốc độ quay của động cơ  vg / s 

 c : Hiệu suất của cơ cấu Trong các công thức trên hiệu suất  c lấy bằng định mức khi tải trọng bằng định mức Ứng với các tải trọng khác định mức, cần xác định  c theo tải trọng như trên hình 2.2

Xác định  c dựa theo hệ số mang tải: cdm c

0  Nm  b Phụ tải tĩnh khi hạ:

* Có 2 chế độ hạ tải:

- Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ Khi đó mômen do tải trọng sinh ra không đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu Máy điện làm việc ở chế độ động cơ.

- Hạ hãm thực hiện khi hạ tải trọng lớn Khi đó mômen do tải trọng gây ra rất lớn Máy điện làm việc ở chế độ hãm để giữ xho tải trọng được hạ với tốc độ ổn định.

* Mômen trên trục động cơ do tải trọng gây ra không có tổn thất. t

Khi hạ tải trọng năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động nên:

Trong đó: Mh : Mômen trên trục động cơ khi hạ tải

 : Tổn thất mômen trong cơ cấu truyền động

 h : Hiệu suất của cơ cấu khi hạ.

Hình 1.3Quan hệ phụ thuộc theo tải trọng

Mt < M : Hạ động lực Nêu coi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải như nhau thì:

Vậy hiệu suất của cơ cấu hạ tải trọng: c h 

Chế độ làm việc của ĐC phụ thuộc vào hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải.

- Khi  c < 0,5,  h < 0, Mh < 0  Động cơ làm việc ở chế độ động cơ để hạ tải trọng  hạ động lực.

- Khi  c > 0,5,  h > 0, Mh > 0  Động cơ làm việc ở chế độ hãm để hạ tải trọng  hạ hãm.

* Hệ số tiếp điện tương đối TĐ%:

Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối chúng ta bỏ qua thời gian hãm và thời gian mở máy.

Thời gian toàn bộ một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ có thể được tính theo năng suất Q và tải trọng định mức Gđm:

Trong đó: Q : năng suất bốc giỡ hàng hoá  N / h 

Gdm : tải trọng nâng hạ định mức  N  Thời gian làm việc khi nâng, hạ được xác định từ chiều cao vận tốc nâng hạ

Hệ số tiếp điện tương đối:

Tlv : Thời gian làm việc của 1 chu kỳ xác định theo điều kiện làm việc cụ thể của cơ cấu.

* Chọn sơ bộ công suất động cơ :

* Xây dựng đồ thị phụ tải:

* Tính mômen trung bình hoặc mômen đẳng trị:

- Mômen trung bình được xác định theo công thức:

- Mômen đẳng trị được xác định theo công thức:

Mi : Trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti k = 1,2  1,3  Hệ số dự trữ phụ thuộc vào mức độ nhấp nhô của đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm máy. Điều kiện chọn công suất động cơ:

* Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác sau khi đã tính đến thời gian khởi động và hãm của động cơ.

* Tính lại hệ số tiếp điện tương đối thực có tính đến thời gian khởi động và hãm.

TĐ%th = 100 % ck h kd lv

 t lv : Tổng thời gian làm việc,  t kd : Tổng thời gian khởi động

Và tính phụ tải chính xác theo đại lượng đẳng trị Mđtcx

* Tính mômen đẳng trị chính xác của đồ thị phụ tải: tc tt

Trong đó: Mtc : Mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn

TĐ% : Hệ số tiếp điện tiêu chuẩn: 15%, 25%, 40%, 60% Động cơ được chọn là đúng nếu thoả mãn yêu cầu:

TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ CẤU NÂNG

Xác định phụ tải tĩnh

* Phụ tải tĩnh khi nâng có tải:

G tấn = 150000 N ( Trọng lượng của tải trọng )

G0 = 2 tấn 000 N( Trọng lượng của bộ phận lấy tải )

Rt = 0,45 m ( Bán kính trống tời ) u = 2 ( Bội số ròng rọc ) i = 10 ( Tỷ số truyền của hộp tốc độ )

 c = 0,85 ( Hiệu suất của cơ cấu ) Chọn chiều cao nâng hạ là : 10m

Vận tốc nâng tải v = 0.25m/s và hạ tải là v = 0,4m/s

Vận tốc nâng hạ không tải là: v = 1,5 m/s

* Phụ tải tĩnh khi nâng không tải:

* Phụ tải tĩnh khi hạ có tải:

* Phụ tải tĩnh khi hạ không tải :

Xác định hệ số tiếp điện tương đối TĐ%:

Với: Tlv = Th0 + Tn + Th +Tn0

 Th0 : Thời gian hạ không tải:

 Tn : Thời gian nâng tải:

 Th : Thời gian hạ tải:

 Tn0 : Thời gian nâng không tải:

* Thời gian làm việc là:

* Thời gian nghỉ bao gồm thời gian thao tác lấy tải, cắt tải, thời gian làm việc của xe cầu, xe con:

* Thời gian chu kỳ: Tck = 78,32 + 60 = 138,32s

* Hệ số làm việc tương đối:

1 Tính chọn sơ bộ công suất động cơ :

Chọn sơ bộ công suất động cơ theo phụ tải đẳng trị kết hợp với hệ số tiếp điện tương đối:

Vì động cơ không có hệ số tiếp điện chuẩn là TĐ% = 56% nên chọn TĐtc% = 100%.

Mômen trung bình chính xác:

       Điều kiện chọn công suất động cơ:

Tra bảng ta chọn động cơ một chiều  - 220V, vỏ kín, làm mát tự nhiên, chế độ 60 ph và TĐ 100% vỏ bảo vệ, chế độ định mức dài hạn TĐ, với số liệu sau:

Uđm = 220 V rcks = 34,4  nđm = 500 vg/p Iđm = 242 A

Kiểm nghiệm công suất động cơ

Việc tính 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 iến hành kiểm tra lại theo: điều kiện phát nóng, điều kiện khởi động và điều kiện quá tải về momen

Mkđ ≥ Mcmm Động cơ đã chọn phải thoả mãn điều kiện khởi động tức là động cơ có thể sinh ra momen khắc phục momen tải lúc mở máy mà không bị quá tải( dòng điện phần ứng không quá 2-2,5Iđm) Do tính chất tải của ta không thay đổi theo tốc độ nên nếu động cơ đã thoả mãn điều kiện làm việc bình thường thì nó cũng thoả mãn điều kiện lúc khởi động Vậy động cơ đã chọn phù hợp với yêu cầu đặt ra.

Vì ở cơ cấu nâng hạ: Mc = const, J = const.

Phương trình đặc tính là: dt

* Xét trong quá trình mở máy M = MN (  0 )

Với hằng số thời gian của hệ thống Tc

   Để động cơ đạt tốc độ ổn định   ôđ thì T   Trong thực tế khi tốc độ đạt khoảng 95 – 98% tốc độ định mức thì có thể coi hệ thống đã đạt trạng thái ổn định.

* Xét trong quá trình hãm:

Ta có:  0 3, 2rad s/  n 0 30( / )v s Áp dụng: od od c h T

Trong quá trình hãm tái sinh:

Hình 2.1 Đồ thị mô men của quá trình hảm tái Độ sụt tốc khi hạ tải: n 0 h 30.2367 16610 4, 2( / )

 Động cơ làm việc hạ ở chế độ động lực:

 hệ số tiếp điện tương đối theo tính toán:

Mômen đẳng trị chính xác của đồ thị phụ tải là: dt tc

Ta có: Pđm = 75 (kW) nđm = 500 (v/ph) Iđm = 242 (A)

    (Nm) Vậy thoả mãn Mđm > Mtc ( 1500 > 1456 )

 Động cơ được chọn thoả mãn với điều kiện phát nóng. Động cơ được chọn phù hợp với tốc độ và yêu cầu của đề tài

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Khái niệm chung

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các máy sản xuất ngày một đa dạng, đa năng hơn dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao và tin cậy.

Một hệ thống truyền động điện không những phải đảm bảo được yêu cầu công nghệ mà phải đảm bảo có một chế độ đặt trước ổn định về thời gian quá độ, dải điều chỉnh, ổn định tốc độ Tuỳ theo các loại máy công tác mà có những yêu cầu khác nhau cần thiết cho việc ổn định tốc độ, mômen với độ chính xác cao nào đó trước sự biến đổi của tải và các thông số nguồn Do đó bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều đã và đang được sử dụng rộng rãi.

Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau chế tạo ra như hệ thống máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau với những ưu nhược điểm khác nhau.

Khi có một yêu cầu kỹ thuật sẽ có nhiều phương án lựa chọn, giải quyết, song mỗi phương án lại có một số ưu nhược điểm khác nhau về ứng dụng của chúng trong từng hoàn cảnh cụ thể cho phù hợp yêu cầu Để đáp ứng các yếu tố có sử dụng hài hòa giữa các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.

Với những hệ thống truyền động đơn giản, không có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động thì ta nên dùng động cơ xoay chiều đơn giản Với những hệ thống có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động, về thay đổi tốc độ, độ chính xác thì ta thường chọn động cơ một chiều có dải điều chỉnh phù hợp. Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan trọng.

Nó quyết định đến chất lượng của hệ thống do vậy việc lựa chọn phương án và lựa chọn bộ biến đổi thông qua việc xét các hệ thống.

2 Ý nghĩa của việc lựa chọn phương pháp

Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa quan trọng, nó được thể hiện qua các mặt:

+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy móc sản xuất.

+ Đảm bảo được sự làm việc lâu dài, tin cậy.

+ Giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất.

+ Dễ dàng sữa chữa, thay thế khi xảy ra sự cố. §K F U F U § § MSX

Các phương án truyền động

1 Hệ truyền động máy phát – động cơ

Hệ thống F – Đ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện 1 chiều kích từ độc lập, máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi Động cơ ĐK cũng kéo luôn máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ K cho động cơ Đ và máy phát F, biến trở Rkk dùng để điều chỉnh dòng điện của máy phát tự kích từ K nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn kích từ động cơ KTĐ. Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RKĐ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ do đó thay đổi từ thông.

Hình3.1, Sơ đồ nguyên lý của hệ F – Đ Trong đó: + F là máy phát

+ KTD là cuộn kích từ động cơ

+ KTF là cuộn kích từ máy phát

+ Rkđ là điện trở kích từ động cơ

+ Rkf là điện trở kích từ máy phát

+ MSX là máy sản xuất a Phương trình đặc tính của hệ F – Đ.

Từ phương trình của động cơ điện 1 chiều ta có:

Khi thay U = EF – Iư.RưF, ta có:

U: Điện áp đặt vào phần ứng động cơ (V).

RưF, RưĐ: Điện trở phần ứng máy phát, động cơ ().

Iư : Dòng điện phần ứng động cơ cũng là dòng điện phần ứng máy phát (A).

 vào (*) ta có phương trình đặc tính cơ của hệ F – Đ:

 0 là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.

 là độ sụt dốc của động cơ khi mômen của động cơ là M. b, Đặc tính cơ của hệ F – Đ. Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức (UĐ = UĐđm) và điện áp kích từ định mức (UKTĐ = UKTĐđm ) nghĩa là từ thông định mức ( Đ =  Đđm ).Để điều chỉnh tốc độ động cơ d 2 vùng dưới đường đặc tính tự nhiên ta giữ từ thông động cơ là định mức ( Đ =  Đđm ) và điều chỉnh giảm điện áp đăt vào phần ứng động cơ (UĐ giảm).

Trường hợp này tốc độ  0 thay đổi (giảm) còn độ cứng đặc tính cơ giữ nguyên, các đặc tính cơ song song nhau.

Thực hiện điều đó nhờ điều chỉnh giảm điện trở RKF d 2 mạch từ của máy phát F, do đó thay đổi (giảm) stđ EF của máy phát và điện áp đặt vào động cơ Để điều chỉnh tốc độ động cơ d 2 vùng trên đường đặc tính tự nhiên, ta không thể tăng điện áp đặt vào phần ứng động cơ cao hơn giá trị định mức vì sẽ làm cháy động cơ Vì vậy lúc này giữ nguyên điện áp là định mức và tiến hành điều chỉnh RKĐ d 2 mạch kích từ động cơ để thay đổi giảm từ thông của động cơ Trường hợp này, tốc độ không tải lý tưởng

 0 tăng lên còn độ cứng đặc tính cơ giảm đi Đặc tính cơ có tốc độ  0 càng lớn thì càng mềm.

Dạng đặc tính cơ vùng dưới đường đặc tính tự nhiên (vùng 1) và trên đường đặc tính tự nhiên (vùng 2) như hình vẽ

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ từ định mức ( đm) xuống thấp nhờ giảm sđđ máy phát EF qua việc giảm kích từ máy phát (RKF tăng) thì trên thực tế, hệ F – Đ không cho được những tốc độ quá thấp Lý do là muốn có tốc độ nhỏ thì điện áp đặy vào động cơ phải nhỏ, nghĩa là điện áp máy phát hay từ thông kích từ máy phát phải nhỏ.

Về nguyên tắc tăng RKF thì dòng kích từ sẽ nhỏnhưng từ thông F không thể yếu hơn từ dư của máy phát Ngay cả khi IKF = 0 thì sđđ do từ dư của máy phát tạo ra cũng khoang (36)% trị số sđđ định mức, do vây giới hạ dưới  min của tốc độ hệ F – Đ bị hạn chế.

Ngoài ra lúc từ thông kích từ F yếu, tác dụng của phản ứng phần ứng sẽ rõ rệt, điện áp rơi ở mặt tiếp xúc giũa chổi than và vành góp tăng lên, điện trở mạch lực trở nên có ý nghĩanên cũng không thể giảm quá thấp EF Vì thế phạm vi điều chỉnh tốc độ theo cách thay đổi điện áp phần ứng động cơ không quá.

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ từ định mức lên cao nhờ từ thông  Đ tù định mức xuống thấp cũng chỉ giới hạn trong phạm vi”

Dải điều chỉnh Đ bị hạn chế là do ĐK đảo chiều quay động cơ và do điều kiện về độ bền cơ học của kết cấu rôto Kết quả phạm vi điều chỉnh tốc độ chung cử hệ F – Đ thường không khoá. min max

Khi động cơ đảo chiều quay, các đường đặc tính của động cơ sẽ nằm ở góc phần tư thứ 3 Việc đảo chiều quay động cơ Đ trong hệ F – Đ ở sơ đồ nguyên lý được thực hiện nhờ việc đảo chiều đảo (cực tính) điện áp của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ thông qua việc đảo chiều dòng điện kích từ của máy phát MF nhờ đóng tiếp điểm

K1 hoặc K2 cũng có thể dùng cầu dao đảo chiều Đây là hệ F – Đ có đảo chiều quay. Đối cới hệ F – Đ không đảo chiều quay thì không cần đảo chiều dòng kích từ MF. c Hệ thống F – Đ với các khâu phản hồi.

Hình 3.2, Đặc tính cơ của hệ F – Đ

Trong hệ F – Đ có một số khâu:

- Phản hồi dương dòng điện phần ứng.

- Phản hồi âm áp – dương dòng kết hợp.

- Phản hồi âm tốc độ.

- Phản hồi âm áp dòng điện có ngắt.

- Phản hồi âm áp có ngắt.

Mỗi khâu phản hồi đều có những ưu nhược điểm riêng của nó, tuỳ vào yêu cầu của hệ thống truyền động mà ta lựa chọn một khâu phản hồi cho phù hợp.

Do yêu cầu của cơ cấu cầu trục là phải ổn định tốc độ nhanh, khử tốc độ bù của động cơ.

Do từ dư máy phát nên em chọn khâu phản hồi âm tốc độ cho hệ truyền động của mình.

 Phản hồi âm tốc độ.

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc độ, rôto phải nối với rôto của động cơ, phụ tải FT  cuộn dây W4

Hình 3.3, Sơ đồ phản hồi âm tốc độ hệ thống

Từ phương trình cân bằng stđ dễ dàng, giải thích được nguyên lý ổn định tốc độ của hệ thống Mặt khác, ở vùng tốc độ rất thấp F1 rất nhỏ  F4 nhỏ, dễ dàng phân phối lượng phản hồi và lượng chủ đạo.

Mặt khác, để khử tốc độ bù cho động cơ do từ dư máy phát Lực phản hồi F4 (khi này F1 = 0) sẽ làm cho stđ của máy đổi dấu  khi từ dư máy phát. d Nhận xét về hệ F – Đ: ưu điểm:

- phạm vi điều chỉnh tăng lên.

- điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh.

- Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kính từ nên tổn hao nhỏ.

- Hệ điều chỉnh đơn giản.

- Trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn.

- Có thể thực hiện hãm điện.

- Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp(không quá 75%).

- Cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn, gây ồn lớn.

- Công suất máy lớn, vốn đầu tư cao.

- điều chỉnh sâu(tốc độ rất nhỏ) bị hạn chế.

2 Hệ thống van - động cơ ( T- Đ ):

+ FT : Máy phát tốc dùng để phản hồi âm tốc độ phần ứng của động cơ.

+ BBĐ : Bộ biến đổi dùng thyristor biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều cấp cho động cơ.

+ Đ : Động cơ điện một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất.

+ TH - KĐ : Khâu tổng hợp và khuếch đại tín hiệu.

+ Ucd : Tín hiệu đặt vào.

+ .n : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ.

* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động T - Đ:

- Chế độ dòng điện liên tục:

Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng.

Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.4) viết được sơ đồ đặc tính.

Hình 3.5: Sơ đồ thay thế Đặc tính cơ có độ cứng

Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.

Thay đổi góc điều khiển:

+ Khi  0    sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ  , M  do các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.

Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi thành phần sụt áp  U k do hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây nên.

Hình 3.6: Họ đặc tính cơ của hệ T - Đ

 : Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi chiều.

Lựa chọn phương án truyền động

Qua quá trình phân tích hai hệ thống F - Đ và T - Đ ta thấy chúng có những ưu, nhược điểm nhất định Cả hai hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra. Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mỗi hệ thống đạt được những đặc điểm khác nhau Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dễ điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt động linh hoạt vì đặc tính hệ thống nằm đều bốn góc phần tư.Với hệ thống F - Đ khi lắp đặtt chiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao Khi làm việc lại gây tiếng ồn, rung động mạnh, vốn lắp đặt cao.

Trong giai đoạn CNH - HĐH ngày nay với xu hướng chung vươn tới mục tiêu yêu cầu tối ưu nhất đảm bảo tính khoa học gọn nhẹ, không gây tiếng ồn, ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH - HĐH Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại người ta dần tiến hành thay thế hệ thống truyền động F - Đ bằng các hệ truyền động khác.

Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuếch đại lớn, dễ tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ, kích thước nhỏ và gọn nhẹ.

Xu hướng phát triển công nghệ tự động hoá các hệ thống tự động, gia công chính xác nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cách lắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như: PLC, vi xử lý

Nhìn chung hệ T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra Với những ưu điểm và những đặc điểm phù hợp cách truyền động

Kết luận: Vậy em quyết định chọn phương án truyền động T - Đ.

LỰA CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHO CƠ CẤU

1 Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lưu có điều khiển

Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trờng hợp phải sử dụng nguồn điện áp một chiều có trị số thay đổi đợc để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tuỳ thuộc mục đích sử dụng Các nguồn điện áp một chiều nhà máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi tĩnh (Khuyếch đại từ) có khá nhiều nhợc điểm, trong đó có nhợc điểm cơ bản là tổn thất riêng khá lớn Cùng với sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn và vi mạch điện tử thì việc sử dụng các bộ chỉnh lu bán dẫn có điều khiển ngày càng đợc phổ biến và có nhiều u việt. a) Sơ đồ nối dây hình tia:

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ hình tia

3 pha và sơ đồ thay thế Đặc điểm của sơ đồ nối dây hình tia:

 Số van chỉnh lu bằng số pha của nguồn cung cÊp

 Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều Nếu điện cực nối chung là katôt, ta có sơ đồ catôt chung, nếu điện cực nối chung là anôt, ta có sơ đồ nối anôt chung.

 Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính trung tính nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lu b) Sơ đồ hình cầu: Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lu cầu:

 Số van chỉnh lu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m van có katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dơng của điện áp nguồn ; m van có anôt chung ( 2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lu

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL- Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế

 Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm anôt chung, 1 ở nhóm katôt chung.

2 Nguyên lý làm việc của BBĐ xoay chiều- một chiều

Hinh 3.9 Đồ thị điện áp a) Sơ đồ tia:

Xét sơ đồ tia 3 pha katôt nối chung Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện

 Điện áp Anôt - Katôt phải dơng

 Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển và Katôt của van

Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pa các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định

Ví dụ: ở pha A, trong khoảng  t = 0  uA > 0

Tuy nhiên ở các khoảng  t = 0  / 6  uC > uA và  t = 5 /6   ub > uA

Nh vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong khoảng t =  /6 - 5 /6. Trong khoảng này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở Tơng tự với T2 và T3.

Thời điểm  0 =  t =  /6 đợc gọi là thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ chỉnh lu 3 pha. Nếu truyền tín hiệu mở van chậm hơn thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện thì khoảng dẫn dòng cuả van sẽ thay đổi (nhỏ hơn 2 /3) dẫn đến trị số trung bình của điện áp chỉnh lu sẽ giảm đi Khi góc mở  càng lớn thì Ud càng nhỏ b) Sơ đồ cầu:

Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lu cầu ta có nhận xét: Để có dòng qua phụ tải thì trong sơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thông, một ở nhóm anôt chung, một ở nhóm katôt chung Vậy với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua quá trình chuyển mạch thì khi bộ chỉnh lu cầu m pha làm việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ luôn có 2 van có thể dẫn dòng khi có xung điều khiển: Van ở nhóm katôt chung nối với pha có điện áp dơng nhất và van ở nhóm anôt chung nối với pha có điện áp âm nhất Thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ cầu cũng đợc xác định nh đối với sơ đồ tia có số pha tơng ứng:

Hình 3.10: Đồ thị điện áp hình cầu 3 pha

 Để điều khiển điện áp chỉnh lu trên phụ tải một chiều ta thay đổi thời điểm đa xung điều khiển đến các cực điều khiển của các van, làm thay đổi khoảng dẫn dòng của van làm điện áp trung bình của chỉnh lu thay đổi. Đặc điểm của các sơ đồ hình tia là ngoài các thời gian chuyển mạch các van ứng với  (là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đang bắt đầu làm việc )dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở Do đó dòng điện trong mạch phụ tải đợc xác định bởi sức điện động pha làm việc của máy biến áp , còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì đợc xác định bởi độ sụt áp trên pha đó ở sơ đò cầu, bên ngoài chu kỳ chuyển mạch vẩn có hai van làm việc đồng thời Dòng điện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha của máy biến áp dới tác dụng của hiệu số sức điện động của các van tơng ứng, nghỉa là dới tác dụng của sức điện động dây Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gia làm việc. trị số trung bình của sức điện động chỉnh lu Ed ở trạng thái dòng điện liên tục đợc xác định nh sau :

Trong đó Eđm là trị số cch đại của sức điện động chỉnh lu ứng với trờng hợp   0

Với sơ đồ 3 pha hình tia trị số cực đại của sức điện động chỉnh lu là: Eđm1 =1,17E2f Với sơ đồ cầu là Eđm2 =2,34E2f

Trong đó E2f là trị số hiệu dụng của s.đ.đ pha thứ cấp máy biến áp c) Kết luận

Từ những nhận xét so sánh giữa 2 sơ đồ hình tia 3 pha và hình cầu 3 pha kết hợp với yêu cầu công nghệ nên em chọn sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha để làm bộ biến đổi cho mạch động lực của truyền động cầu trục vì sơ đồ hình tia 3 pha có dòng điện qua Thyristor lớn, chất lượng điện áp 1 chiều cấp cho tải kém hơn, mặt khác nó còn gây ảnh hưởng xấu đến lưới điện.

3 Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều

Do điện áp chỉnh lu lặp đi lặp lại 2m (hoặc m) lần trong một chu kỳ của điện áp nguồn nên ở chế độ xác lập thì dòng qua tải cũng lặp đi lặp lại nh vậy (tuỳ thuộc sơ đồ chỉnh lưu là tia hay cầu, số pha chẵn hay lẻ) Nh vậy chỉ cần biết dòng và áp trên tải trong khoảng thời gian là 1/m chu kỳ hay là tơng đơng góc độ điện 2m / q ( q = 2m hoặc q = m) Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế của chỉnh l u trong một khoảng thời gian làm việc của một van.

Hình 3.11: Sơ đồ thay thế của chỉnh lu trong khoảng thời gian làm việc của van

 U: tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối với các van đang dẫn dòng trong sơ đồ ở thời gian đang xét.

 Nếu là sơ đồ tia thì chỉ có 1 van mở, u = uf.

 Nếu là sơ đồ cầu thì có 2 van ở 2 pha khác nhau cùng làm việc, u = ud.

 Nếu chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm bắt đầu mở một van trong sơ đồ th× u = Um.sin( t + )

+ Um - Biên độ điện áp nguồn (pha hoặc dây)

T đặc trng cho van đang dẫn dòng, ở sơ đồ tia là 1 van, sơ đồ cầu là 2 van nối tiếp nhau, bỏ qua sụt áp trên van

 Ed, Rd, Ld là các phần tử của phụ tải

 Ud, Id - dòng và áp trên tải.

Phơng trình cân bằng điện áp từ sơ đồ thay thế: d d d d U m t E d dt

Giải phơng trình này ta nhận đợc biểu thức của dòng điện chỉnh lu:

Tuỳ thuộc đặc tính phụ tải, dạng sơ đồ, giá trị góc điều khiển mà có thể có các chế độ làm việc khác nhau:

 Nếu trong toàn bộ thời gian làm việc id >0 ta có chế độ dòng tải liên tục

 Nếu trong một chu kỳ làm việc mà dòng tải có q khoảng bằng không và q khoảng khác không ( q = m nếu là sơ đồ tia, q = 2m nếu là sơ đồ cầu ) ta có chế độ dòng tải gián đoạn.

 Chế độ giới hạn giữa 2 chế độ nêu trên đợc gọi là chế độ dòng biên liên tục.

4 Đảo chiều trong hệ thống T-Đ

Trong nhiều trờng hợp cần phải thay đổi đợc chiều dòng điện qua phụ tải của bộ chỉnh lu Do tính dẫn dòng một chiều của các van nên phải đảo chiều bằng công tăc tơ hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt gồm 2 bộ chỉnh lu, mỗi bộ dẫn dòng theo một chiều.

Có 2 bộ chỉnh lu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngợc Về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngợc hoạt động tơng tự nh nhau. Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dòng điện qua tải đợc đổi chiều Thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngợc với các phơng pháp điều khiển khác nhau. Để điều khiển 2 BBĐ song song ngợc có thể sử dụng 2 phơng pháp điều chỉnh :

 Điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập): Là sử dụng 2 bộ phát xung độc lập nhau Khi bộ phát xung này làm việc (phát xung mở cho BBĐ) thì bộ kia nghỉ, do đó các van trong BBĐ còn lại không thể mở đợc Khi cần đảo chiều thì cho bộ này nghỉ, sau đó cho bộ thứ 2 phát xung để mở các van của BBĐ thứ 2 Phơng pháp điều khiển này có nhợc điểm là tần số đảo chiều không cao vì các van Thyristor cần có thời gian để khôi phục đặc tính khoá của nó Trong quỏ trỡnh luụn tồn tại một khoảng thời gian mà cả 2 bộ van lúc đó đều không hoạt động và dòng tải bằng không gọi là khoảng chết của hệ.

 Điều khiển phụ thuộc: Cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến các BBĐ, trong đó một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lu, bộ còn lại làm việc ở chế độ nghịch lu chờ Khi sử dụng phơng pháp này, sẽ có dòng điện không cân bằng chạy trong các BBĐ Để hạn chế dòng này ngời ta sử dụng các cuộn kháng cân bằng

Hình 3.12: Sơ đồ nối song song ngợc của hệ thống CL - Đ có đảo chiều quay.

 K ế t lu ậ n: Chọn phơng án điều khiển riờng

Hình vẽ là thí dụ về bộ chỉnh lu đảo chiều sữ dụng sơ đồ cầu ba pha Do hai bộ chỉnh lu cùng đấu vào một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau.

Thiết kế mạch động lực:

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

I Giới thiệu về sơ đồ mạch điều khiển:

Ta có sơ đồ khối mạch điều khiển

Uđi: Điện áp đặt của mạch vòng dòng điện

U: Điện áp phản hồi tốc độ

Ui: Điện áp phản hồi dòng điện

Uđ: Điện áp đặt của mạch vòng tốc độ

HC: Khâu hạn chế dòng điện đặt

R: Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ

Ri: Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện

Fx: Phần tạo xung điều khiển

BĐ: Các bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2

Si: Khâu phản hồi dòng điện

S: Khâu phản hồi tốc độ

Ta vẽ được hệ truyền động T - Đ đảo chiều Với sử dụng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 nối song song ngược bộ phát xung FX1 và FX2 phát xung điều khiển hai bộ biến đổi này Các bộ điều chỉnh dòng điện Ri1, Ri2 và sai số dòng điện số 1 Si1 , Si2 tạo thành

2 mạch vòng điều chỉnh dòng điện Sai số S đóng vai trò là khâu phản hồi tốc độ

II Thiết kế mạch phát xung điều khiển

1 Mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa

Mạch đồng bộ hóa (mạch điều khiển ở trên sử dụng Mạch đồng bộ hóa dùng cho máy biến áp đồng bộ (BAĐ) để tạo ra 3 điện áp đồng bộ pha với 3 pha nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu)

Với việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/Y như trên mà máy biến áp động lực (BA) có tổ nối dây Y/Y nên điện áp đồng bộ (uđb) lấy ra ở phía thứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha điện áp của nguồn điện xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu Điện áp đồng bộ (uđb) được dịch chậm pha đi một góc 30 0 điện bởi mạch tụ điện và điện trở R - C gọi là mạch dịch pha.

Hình 4.2: mạch đồng bộ hoá và giản đồ điện áp

Mục đích của việc dịch pha tín hiệu đồng bộ chậm đi một góc /6 (30 0 điện) là nhằm thống nhất trị số điều khiển của Tiristor ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển  ở mạch phát xung và như vậy có thể điều khiển các Tiristor với trị số góc điều khiển nhỏ Ta biết rằng góc mở tự nhiên của các Tiristor được tính lại vị trí giao nhau của hai điện áp pha kề nhau và góc điều khiển được tính từ thời điểm đó trở đi Giao điểm nói trên (điểm ứng với góc mở tự nhiên ở vị trí chậm sau điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp pha 30 0 điện) Mặt khác góc điều khiển  ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp tựa răng cưa (cũng là điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ hóa) đến vị trí mà Ur + Uđk = 0 Do đó việc dịch điện áp đồng bộ(uđb) chậm đi góc 30 0 điện sẽ làm thỏa mãn khi góc điều khiển  0 cũng tương ứng với góc m

1.2 Mạch tạo xung răng cưa

Hình 4.3: mạch tạo xung răng cưa

* Mạch tạo xung răng cưa của đề tài như sau:

Mạch tạo xung răng cưa được sử dụng đó là mạch gồm: Vi mạch KĐTT IC1 mắc kết hợp với các phần tử chức năng (tụ điện, điện trở) theo sơ đồ của mạch tích phân Mạch tích phân có sử dụng khóa khống chế là Tranzitor Nghiên cứu cho thấy với một mạch tích phân như trên nếu tín hiệu đầu vào là các xung hình chữ nhật thì tín hiệu đầu ra nhận được các xung có dạng hình răng cưa với các sườn rất tuyến tính Để tạo ra các xung hình chữ nhật Mạch phát xung có sử dụng các Tranzitor Tr1  Tr4 mắc với nhau thành một mạch liên hợp, kết hợp với các phần tử logic (hoặc - đảo) hay NOR để biến điện áp đồng bộ dạng sóng hình sin thành các xung hình chữ nhật Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung hình chữ nhật và phát xung răng cưa như hình 4.3.

*) Nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung chữ nhật:

Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Trazitor Tr1  Tr4, phần tử logic "hoặc - đảo"

G1 và các điện trở R3  R5 Tín hiệu điện áp đồng bộ hóa

(đã dịch pha) uđbd được nối và cực gốc và cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr4 tạo thành mạch liên hợp như hình trên.

Hình 4.4 mạch phát xung chử nhật Để phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ta có khái niệm điện áp ngưỡng đó là trị số điện áp dáng trên nội trở của các linh kiện bán dẫn (kí hiệu ung) Đối với các Tranzitor thì ung = 0,4  0,7 (V) Khi điện áp điều khiển (ube) có trị sốube< ung thì Tranzitor khóa, còn khiube > ung thì Tranzitor mở nhanh chóng đến mức bão hòa Căn cứ vào các khái niệm trên, nguyên lý làm việc của mạch tạo xung chữ nhật được phân tích như sau: Xét trong một chu kỳ của điện áp đồng bộ (uđbd).

+ Trong nửa chu kỳ dương (0  ):

Khi uđbd< ung thì Tr1 khóa, Tr2 cũng khoá do chịu điện áp điện áp ngược đặt vào mạch phát - gốc Dưới tác dụng của Ucc qua điện trở định thiên R2 và Tr3 mở, dẫn dòng qua R3 làm Tr4 mở Do Tr3 và Tr4 mở bão hoà làm thế tại điểm A và điểm B  0 Hay nói tại A, B có mức lôgic “0”

Khi uđbd> unv thì Tr1 mở (Tr2 vẫn khóa do chịu điện áp ngược) Tr1 mở dẫn dòng qua Tr4 về (–)Ucc làm Tr3 khoá (thế B-E của Tr3  0) nên điểm A có mức lôgíc “1” , Tr4 mở nên điểm B có mức lôgíc “0” ở cuối nửa chu kỳ khi uđbd giảm đếnuđbd< ung, Tr1 khoá nên điểm A lại có mức lôgíc

“0” thì hiện tượng xảy ra tương tự ở đầu nửa chu kỳ này (uđbd< ung).

*Kết luận:Điểm A luôn có mức logic “1” khiuđbd> ung Điểm A luôn có mức logic “0” khiuđbd< ung Điểm B luôn có mức logic ‘0”.

+ Trong nửa chu kỳ âm: (t =   2) ở nửa chu kỳ âm này Tr1 chịu điện áp ngược đặt vào mạch phát gốc nên Tr1 khóa dẫn đếnTr3 mở nhờ định thiên R2 nên điểm A luôn có mức lôgíc “0” Đối với Tr2 cũng xét tương tự như trường hợp trên Đầu và cuối của nửa chu kỳ âm này (Uđbd< Ung) thì Tr2 khóa Tr3 mở bão hòa nên điểm B có mức logic “0”.

Khi uđbd> ung thì Tr2 mở, Tr3 khóa làm cho điểm B có mức logic 1.

*Kết luận: Điểm A luôn có mức logic “0”. Điểm B có mức logic “0” khi Uđbd> Ung Điểm B có mức logic “1” khi Uđbd< Ung

 Trong một chu kỳ quá trình tạo các xung chữ nhật (ứng với 2 mức lôgíc”0” và

“1” ) lặp đi lặp lại theo chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá

Các tín hiệu lấy từ điểm A và B được đưa tới 2 đầu vào của phần tử lôgíc NOR (phần tử hoặc – không) Đầu ra của NOR (điểmC) nhận các mức lôgíc theo phương trình trạng thái của phần tử.

Căn cứ vào kết quả khảo sát trên xác định được mức lôgíc tại đầu ra C của phần tử

Thời gian tồn tại mức lôgíc “1” ở đầu ra rất ngắn (ở thời điểm đầu và cuối của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ khiUđb< Ung), giản đồ điện áp như: hình vẽ 3.5

* Sơ đồ dùng IC khuếch đại thuật toán tạo xung răng cưa

Hình 4.5 Sơ đồ dùng IC khuếch đại thuật toán Nguyên lý hoạt động: Ở nữa 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 - iI nếu IC là lý tưởng thì iv = 0 nên ic = - iI const R

Nên ic = const và điện áp trên tụ tuyến tính. ở nữa 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 0V.

Giản đồ điện áp như hình vẽ:

*Nhận xét: Sơ đồ này có ưu điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác, dung lượng của tụ C cần rất nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ Tr Mặt khác, do điện trở đầu ra của

IC nhỏ nên dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào điện trở tải mắc ở đầu ra của IC Điện áp ra có dạng gần lý tưởng.

Với việc sử dụng mạch phát sóng răng cưa như trên thì ở đầu ra của mạch nhận được các điện áp răng cưa gần với dạng lý tưởng, sườn trước tăng tuyến tính, sườn sau gần dốc đứng

Hình4.6 đồ thị phát xung răng cưa

XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG

Xét tính ổn định của hệ thống

Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn hoặc do nhiều nguyên nhân khác nhau mà hệ thống có thể mất ổn định Tính ổn định của hệ thống là tính mà hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất đi

U i sau một khoảng thời gian nào đó, hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi sai lệch đầu vào thay đổi.

Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian. Để khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc của hệ thống và sau đó xây dựng hàm truyền của hệ thống và sử dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống đó có ổn định hay không Còn nếu như hệ thống chưa ổn định thì phải hiệu chỉnh để nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống.

1 Tiêu chuẩn ổn định đại số a Điều kiện cần để hệ thống ổn định:

Xét một hệ thống điều khiển tự động có phương trình đặc tính tổng quát sau: N(P)=anpn+ +a1p+a0 = 0

Vậy điều kiện cần để một hệ thống điều khiển tự động tuyến tính ổn định là tất cả các hệ số của phương trình đặc tính dương.

Có nhiều tiêu chuẩn để xét tính ổn định của hệ thống, nhưng trong nội dung đồ án này chúng ta xét tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz. b Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz

Phát biểu: Điều kiện cần và đủ để hệ thống tuyến tính ổn định là các hệ số an và các định thức Hurwitz đều dương.

Cách thành lập định thức Hurwitz: Định thức  n có: - n cột và n hàng,đường chéo chính của  n bắt đầu từ a1 liên tiếp đến an.Các số hạng trong cùng một cột có chỉ số tăng dần từ dưới lên trên.Các số hạng có chỉ số lớn hơn n hay nhỏ hơn 0 ghi 0

2 Xét tính ổn định của hệ thống

Xét tính ổn định của hệ thống có ổn định hay không dựa vào các tiêu chuẩn ổn định Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đặt được các yêu cầu mong muốn Trong hệ thống truyền động điện 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.

Phương trình đặc trưng của hệ thống khi là:

Giải phương trình đặc trưng:

Theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz thì điều kiện cần và đủ để một hệ thống ổn định là hệ số a0 =0,0054 >0 và các định thức Hurwitz phải dương Ta thấy tất cả các điều kiện trên hệ thống đã cho đều thỏa mãn Vậy hệ thống tuyến tính ổn định.

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG MATLAB/SIMULINK

*Ta có sơ đồ khối của hệ thống như sau