Đồ án trang bị điện tổng quan về cầu trục và cầu trục phân xưởng

Việc trang bị những hệthống trang bị nhằm phục vụ nhu cầu sinh hoạt của con người, trang bị những thiết bịcho khu vực kinh tế, các khu chế xuất, các xí nghiệp là rất cần thiết.Để xây dựn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG 4

I Một số hiểu biết về cơ cấu nâng hạ cầu trục 4

1 Khái niệm chung 4

2 Phân loại máy nâng - vận chuyển 4

3 Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện máy nâng, vận chuyển 5

4 Một số nét về cầu trục phân xưởng 6

II Đặc điểm của hệ truyền động cầu trục và cầu trục phân xưởng 6

1.Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ 7

2 Biểu thức phụ tải tĩnh 7

CHƯƠNG II TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CƠ CHO CẤU NÂNG HẠ 11

1 Xác định phụ tải tĩnh 11

2 Xác định hệ số tiếp điện tương đối 12

3.Tính chọn sơ bộ công suât động cơ 13

4 Kiểm nghiệm công sất động cơ 14

CHƯƠNG III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 16

I ĐẶT VẤN ĐỀ 16

1 Nội dung phương án 16

2 Ý nghĩa của việc lựa chọn 16

II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 17

1 Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) 17

2 Hệ truyền động Thyristo – động cơ (T – Đ) 21

3 Lựa chọn phương án truyền động 23

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG 24

I LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU 24

1 Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lưu có điều khiển 24

2 Nguyên ký làm việc của bộ biến đổi (BBĐ) xoay chiều 25

3 Kết luận 27

4 Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều 27

II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐẢO CHIỀU 28

1 Đảo chiều bằng công tắc tơ 28

2 Đảo chiều bằng cách sử dụng hai bộ chỉnh lưu song song ngược chiều 29

3 Kết luận 31

III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC 31

IV TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC 34

2 Tính chọn bộ biến đổi 34

3 Tính chọn van động lực (Thyristor) 35

4 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu 37

5 Thiết kế cuộn kháng lọc 43

IV TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ 45

1 Bảo vệ qua nhiệt cho các van bán dẫn 45

2 Bảo vệ quá dòng cho van 45

3 Bảo vệ quá điện áp cho van 46

4 Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 47

CHƯƠNG V THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 49

1 Khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa 51

2 Khâu so sánh 55

3 Khâu tạo xung 57

4 Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ 64

5 Thiết kế nguồn nuôi một chiều 64

6 Tính toán mạch điều khiển 65

CHƯƠNG VI XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG 69

I Khái quát chung 69

1 Tiêu chuẩn ổn định đại số 69

2 Tiêu chuẩn ổn định tần số 71

II Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống 72

1 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện 72

Hình 11 72

Hình 12 72

2 Xác định tham số của sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động 73

III Thiết kế bộ điều chỉnh cho mạch vòng dòng điện 73

IV Thết kế bộ điều chỉnh cho mạch vòng tốc độ 76

1 Lựa chọn cấu trúc bộ điều chỉnh 78

2 Kiểm nghiệm điều kiện gần đúng 78

3 Thực hiện bộ điều chỉnh 79

CHƯƠNG VII THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆCHỆ TRUYỀN ĐỘNG 80

I GIỚI THIỆU VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ 80

1 Mạch động lực 80

2 Mạch điều khiển 80

II THUYẾT MINH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG 81

1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ 82

2 Nguyên lý ổn định tốc độ 82

Tài liệu tham khảo 84

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong công cuộc xây dựng đấtnước yêu cầu về sử dụng điện và thiết bị điện ngày càng tăng Việc trang bị những hệthống trang bị nhằm phục vụ nhu cầu sinh hoạt của con người, trang bị những thiết bịcho khu vực kinh tế, các khu chế xuất, các xí nghiệp là rất cần thiết

Để xây dựng một nhà máy, một khu công nghiệp hay một khu dân cư mới, thìviệc không thể thiếu là xây dựng một hệ thống trang bị điện để phục vụ cho nhu cầusinh hoạt và sản xuất của khu vực đó

Trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì nghành công nghiệp

là nghành chủ chốt cần đầu tư và phát triển

Các nhà máy các xí nghiệp không ngừng xây dựng gắn liền với công trình đó là

hệ thống trang bị điện được thiết kế và xây dựng

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó thì trong quá trình học môn học Trang bị điện đãđưa lại cho chúng em một lượng kiến thức thật rộng rãi và hệ thống trang bị điện,ngoài ra em còn được thử sức mình bằng đồ án trang bị điện đó là bước ngoặt quantrọng trong cả quảng thời gian học tập tại trường và sau này đi làm

Trong quá trình làm đồ án trang bị điện đã có sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tìnhcủa các thầy cô giáo bộ môn và đặc biêt là cô giáo hướng dẫn chính của em, CôNguyễn Minh Thư

Tuy với sự giúp đỡ tận tình đó nhưng em vẫn còn nhiều yếu kém và thiếu kinhnghiêm trong thực tế nên vẫn còn nhiều thiếu sót, mong thầy cô góp ý và cho emnhững lời nhận xét chân thành nhất để bản thiết kế của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Vinh, ngày 20/11/2017

Sinh Viên

Võ Văn Thịnh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG

I Một số hiểu biết về cơ cấu nâng hạ cầu trục

1 Khái niệm chung

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 vậnchuyển đóng vai trò khá quan trọng Máy nâng, vận chuyển là cầu nối giữa các hạngmục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa cácmáy công tác trong một dây chuyền sản xuất Máy nâng vận chuyển được dùng rất phổbiến trong công nghiệp, xây dựng, giao thông Trong nhóm máy vận chuyển thì cầutrục là một thiết bị vận chuyển điển hình

Trong cầu trục có 3 chuyển động:

1 Chuyển động của xe cầu theo phương ngang (xe cầu đi dọc theo phânxưởng)

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

3 Cơ cấu nâng hạ được bố trí trên xe con và nó được chuyển động theo phươngthẳng 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 vàphương vận chuyển mà các máy nâng, vận chuyển rất đa dạng Việc phân loại mộtcách 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:

o Theo phương thẳng đứng: thang máy, máy nâng

o Theo phương nằm ngang: băng chuyền, băng tải

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

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

- Theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển:

o Máy nâng, vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang chuyền, băngtải, băng chuyền

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

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

- Theo cơ cấu bốc hàng:

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

o Dùng móc, xích treo, băng

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

o 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 hảicảng, 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 máynâng, 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 khởiđộng động cơ truyền động khi đầy tải; đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môitrường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômencản tĩnh Mc

Trên hình 1.3 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mômen cản tĩnh và tốc độđộng cơ:

Mc = f( ω )Trên đồ thị ta thấy:

Khi ω = 0, Mc lớn hơn (2 ¿ 2,5)Mc ứngvới tốc độ định mức

thay đổi đối với cơ cấu nâng - hạ, momen 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 cấunâng của cần trục gầu ngoạm đạt tới 50%Mđm

Hình 1.1: quan hệ M c =f ω

Đối với động cơ di chuyển xe khi động cơ không tảicầu bằng (50 ¿ 55)%MđmTrong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, vận chuyển yêu cầu quá

chuyên chở khách Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chếtheo 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 chu

kỳ không giống nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, động cho nên phụ tải đối với cơchỉ đạt (60 ¿ 70)% công suất định mức động cơ

Do điều kiện làm việc của máy nâng, vận chuyển nặng nề, thường xuyên làmviệc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng, vận chuyển đượcchế 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 vậnchuyển hàng hóa với lưu lượng lớn Cầu trục là một kết Cầu trục được dùng chủyếu 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 theonhà 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 kỳđiểm 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 bịmang vật rất đa dạng như móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm Đặcbiệt, cầu trục được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế tạo máy và luyệnkim với các thiết bị mang vật chuyên dung.Phần kết cấu thép của cầu trục một dầmgồm dầm cầu có hai đầu tựa lên các dầm cuối với các bánh xe di chuyển dọc theo rayđặt trên vai cột của nhà xưởng Cơ cấu di chuyển của cầu trục một dầm thường dùngphương 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 thểchạy 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 bềntheo tải trọng nâng, khẩu độ và điều kiện để palăng điện có thể di chuyển dọc theo cáccánh dưới của dầm Ngoài ra, độ cứng của dầm theo phương ngang dầm cầu cũng cầnđược 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

II 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 củađộng 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:

- Hạ không tải

- Nâng tải

- Hạ tải

- Nâng không tải

1.Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ

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

Trong đó:

1 Trục vít; 2 Bánh vít; 3 Truyền động bánh răng; 4.Tang nâng;

5 Bộ phận lấy tải; 6 Móc;7 Động cơ truyền động

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 phụtải tĩnh phải dựa vào sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ

a.Phụ tải tĩnh khi nâng.

* Mômen nâng có tải:

M n=G+G0

u i η c R t [ N m ]Trong đó:

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

2 v

t

R n i

u



với v : vận tốc nâng hạ [ m/s ]

n: tốc độ quay của động cơ [ vg/s ]

ηc : Hiệu suất của cơ cấu

Trong các công thức trên hiệu suất ηc lấy bằng định mức khi tải trọng bằng

M t=G+G0

u i R t [ Nm ]Khi hạ tải trọng năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyềnđộng nên:

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

ΔMM : Tổn thất mômen trong cơ cấu truyền động

ηh : Hiệu suất của cơ cấu khi hạ.

Mt > ΔM M: Hạ hãm

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

c.Hệ số tiếp điện tương đốiTĐ%:

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

Thời gian toàn bộ một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ có thể được tính theonăng 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:

* Tính mômen trung bình hoặc mômen đẳng trị:

- Mômen trung bình được xác định theo công thức:

Mtb =

.

i i lv

M t k

n

i i i lv

M t T

Điều kiện chọn công suất động cơ:

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

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

M tc=M dt.√TD %tt

TD%tcTrong 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:

Mtc ¿ MđmĐC

Mtc = Mđtcx √TD th%

TD tc%

CHƯƠNG II TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CƠ CHO CẤU



.0,2 = 162,5(Nm)Trong đó:

G =12000 N( Trọng lượng của tải trọng )

G0 = 1000N( Trọng lượng của bộ phận lấy tải )

Vận tốc nâng,hạ không tải : v0 = 1,0 m/s

- Phụ tải khi nâng không tải: G=0

t n

thM

t tck

0,36)=−7,8 (Nm)Động cơ làm việc ở chế độ hạ động lực

2 Xác định hệ số tiếp điện tương đối

Th : thời gian hạ tải :

T h=h

v h=

100,4=25 (s)

Tnghi : Thời gian nghỉ bao gồm thời gian thao tác lấy tải,cắt tải,thời gian làm

việc của xe cầu,xe con: Tng=10+10+20+20=60 (s)

thời gian làm việc Tlv= 10+10+40+25 = 85(s)

T ck=T ng+T lv=60+85=145(s)

3.Tính chọn sơ bộ công suât động cơ

Để xét đến đặc tính phát nóng của động cơ khi làm việc nên ta chọn công suấtđộng cơ theo phụ tải đẳng trị:

i i dt

lv

M t M

Căn cứ vào điều kiện chọn công suất động cơ:

Dựa vào các thông số đã biết và yêu cầu công nghệ của hệ thống ,tra bảng phụlục và chọn động cơ điều chỉnh kích từ song song một chiều π−220 V, vỏ kín, làm mát

tự nhiên, chế độ TD 40% với số liệu sau:

4 Kiểm nghiệm công sất động cơ

+ Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng

Đồ thi phụ tải đặc trưng cho một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ khi tính đếnthời gian mở máy và hãm

Biểu đồ phụ tải cơ cấu nâng hạ

Vì ở cơ cấu nâng hạ MC = const , J = const

- Xét trong quá trình mở máy M = MN ( ω=0 )

Với hằng số thời gian của hệ thống Tc

Để động cơ đạt tốc độ ổn định ω=ωod 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

⇒ 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

CHƯƠNG III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học kỷ thuật, các máy sản xuấtngày càng đa dạng dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi sựchính xác và độ tin cậy cao Một hệ thống truyền động không những đảm bảo yêu cầucông nghệ mà còn phải ổn định Tùy theo những loại máy công tác mà có những yêucầu khác nhau, rất cần thiết cho giữ ổn định tốc độ, mômen với độ chính xác nào đótrước sự biến động về tải và các thông số của nguồn Do đó bộ biến đổi năng lượngxoay chiều thành một chiều đã và đang được sử dụng rộng rải

Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để tạo ra như: hệ thốngmáy phát, khuếch đại từ, hệ thống van Chúng được điều khiển theo những nguyên tắckhác nhau với những ưu điểm khác nhau Do đó để có một phương án phù hợp vớitừng loại công nghệ đòi hỏi các nhà thiết kế phải so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỷ thuật

để đưa ra phương án tối ưu

1 Nội dung phương án

Đối với những hệ thống truyền động điện đơn giản không có những yêu cầu caothì chỉ cần dùng động cơ điện xoay chiều với hệ thống truyền động đơn giản Với hệthống truyền động điện phức tạp có yêu cầu công nghệ cao, chất lượng như điều chỉnhtrơn, dải điều chỉnh rộng thì phải dùng động cơ điện một chiều Các hệ điều chỉnh kèmtheo phải đảm bảo các yêu cầu và có khả năng tự động hóa cao

Như vậy, để chọn được hệ truyền động phù hợp thì ta phải dựa vào công nghệcủa máy, công suất làm việc của máy để đưa ra những phương án cụ thể để đáp ứngyêu cầu của nó Để chọn được phương tốt nhất trong các phương án đặt ra thì cần phải

so sánh về kỷ thuật và kinh tế

Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là rất quan trọng,

nó quyết định đến chất lượng của hệ thống Do vậy việc lựa chon phương án và lựachọn bộ biến đổi thông qua việc xét các hệ thống

2 Ý nghĩa của việc lựa chọn.

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

+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất

+ Đảm bảo được sự làm việc lâu dài, ổn định

+ Giảm giá thành sản phẩm, nâng cao năng suất

+ Dể dàng sửa chửa, thay thế khi xảy ra sự cố

II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

1 Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ)

Trong hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ) nguồn cung cấp phần ứngđộng cơ là bộ biến đổi đổi máy điện (máy phát điều khiển kích từ độc lập)

Ta có: sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 – sơ đồ nguyên lý hệ F – Đ.

Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất được cấp điện phần ứng từmáy phát F Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều KĐB ĐK, động cơ ĐKcủng kéo máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F

Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích từ F.Nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và cuộndây động cơ KTĐ Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F, do đóđiện áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ, làm thay đổi từ thông (thayđổi ∅ F → E F thay đổi → tốc độ động cơ thay đổi)

Phương trình đặc tính cơ của động cơ Đ

+ Có thể dào chiều động cơ một cách dễ dàng.

+ Có khả năng quá tải cao

+Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn

+Điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ

+ Có khả năng giữ cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trìnhlàn việc

- Nhược điểm

+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồngkềnh chiếm diện tích lớn

+ Tổng công suất đặt lớn

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn

+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điềuchỉnh sâu tốc độ

1.1 Hệ thống F – Đ với phản hồi âm áp - dương dòng kết hợp

Hình 2.3 – sơ đồ nguyên lý hệ F - Đ với phản hồi âm áp – dương dòng kết hợp.

Phản hồi âm điện áp phần ứng láy trên điện trở Ra Dòng điện chạy qua cuộn W3tạo ta sức từ động F3 ngược chiều F1

Phương trình cân bằng sức từ động: F = F1 +F2 + F3

Khi đưa khâu phản hồi âm áp dương dòng kết hợp, quá trình ổn định tốc độ diẽn

ra nhanh hơn, đồng thời khắc phục được hiện tượng cưỡng bức khởi động Có thể điềuchỉnh được gia tốc khởi động thông qua kết hợp điều chỉnh các hệ số phản hồi

- Ưu điểm: sử dụng thiết bị tĩnh, đơn giản, rẻ tiền, dể lắp đặt và hiệu chỉnh

- Nhược điểm: gây tổn thất trong mạch, đặc tính cơ mềm Vùng tốc độ thấp bịhạn chế nên phạm vi điều chỉnh tốc độ nhỏ

1.2 Hệ thống F – Đ với phản hồi âm tốc độ

Hình 2.4 - sơ đồ nguyên lý hệ F - Đ với phản hồi âm tốc độ.

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc độ Rotor của FT được nối đồng trục

1.3 Hệ truyền động F – Đ với phản hồi âm dòng có ngắt

Khi thực hiện cá phản hồi trong hệ, tốc độ động cơ được duy trì không đổi theotốc độ dặt cho trước khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy, việc sử dụng các thiết

bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành Do đó người ta đưa vào hệ thốngkhâu phản hồi âm dòng có ngắt

Hình 2.5 – sơ đồ nguyên lý hệ F – Đ với phản hồi âm dòng có ngắt.

Phản hồi bao gồm một khâu phản hồi am dòng điẹn phần ứng và một khâu sosánh như hình 2.5 Khi dòng điện phần ứng chưa vuọt qua khỏi trị số cho phép, van Dkhông dẫn dòng, sức từ động (stđ) F4 = 0 Khi dòng điẹn vượt quá trị số chỉnh định,van D mở, F4≠ 0 làm giảm sức từ động của máy điện khuyết đại (MĐKĐ), dẫn đếnkích thích máy phát giảm, động cơ giảm tốc độ đường đặc tính dốc nên n = 0

1.4 Hệ truyền động F – Đ với phản hồi âm áp có ngắt

Chỉ sử dụng phản hồi âm điện áp để ổn định tốc độ động cơ làm giảm tổn thấttrong quá trình điều chỉnh tốc độ Tuy nhiên, trong quá trình khởi động, phản hồi sẻlàm chậm gia tốc của hệ Khâu ngắt nhằm không cho phản hồi tham gia vào quá trìnhkhởi động của hệ Khi quá trình khởi động kết thúc, phản hồi được đưa vào để ổn địnhtốc độ động cơ

Hình 2.6 - sơ đồ nguyên lý hệ F – Đ với phản hồi âm áp có ngắt.

Để thực hiện ngắt, người ta cũng dùng khâu so sánh như hình 2.6 Kkhi khởiđộng, van D khóa, phản hồi không tham gia Kết thúc khởi động, D mở qua cuộn W5

có dòng điện tạo ra sứ từ động (stđ) F5 ngược chiều F1 để ổn định tốc độ động cơ

2 Hệ truyền động Thyristo – động cơ (T – Đ)

Là hệ truyền động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ cơ bảnbằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần ứngđộng cơ thông qua bộ biến đổi chỉnh lưu dùng thyristor

Hình 2.7 – sơ đồ nguyên lý hệ T – Đ.

Sơ đồ gồm:

- FT: máy pát tốc dùng để phản hồi âm tốc độ phần ứng của động cơ

- BBĐ: bbooj biên đổi dùng thyristor biến đổi điện áp xoay chiều thành điện ápmột chiều cấp cho động cơ

- Đ: động cơ 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

*) Nguyên lý làm việc của hệ thống.

Giả thiết ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới điện với một điện áp thích hợp,lúc này động cơ vẫn chưa làm việc Khi đặt vào hệ thống một điện áp ứng với một tốc

độ nòa đó của động cơ thông qua khâu tổng hợ khuếch đại và mạch phát xung (FX) sẻxuất hiện các xung đưa tới cực điều khiển của các van bộ biến đổi Nên lúc này cácvan đó đang đặt điện áp thuận thì van đó sẻ mở đầu ra của BBĐ có điẹn áp UCd đặt lênphần ừng của động cơ dẫn đến động cơ quay, ttoocs độ của nó ứng với UCd ban đầu.Trong quá trình làm việc, nếu một nguyên nhân nào đó làm cho tốt độ động cơgiảm thì ta thấy

Uđk =UCd - γ n; nên khi n giảm → Uđk tăng → α giảm → Ud tăng → n tăng tớiđiểm làm việc yêu cầu Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình xảy ra ngược lại,chính là quá trình ổn định tốc độ

Nhờ khâu phnar hồi âm tốc độ mà tín hiệu phản hồi ngược với điện pá điều khiển

+ Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ, giá thành hạ, dể bảodưỡng, sửa chữa.

+ Trong thành phần của bộ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos φ thấp

+ Do vai trò chỉ dẩn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khókhăn đối với các hệ thống đảo chiều

+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền độngđộng cơ tải nhỏ

3 Lựa chọn phương án truyền động

Qua quá trình phân tích hai hệ thống truyền động: máy phát động cơ (F – Đ) vàdùng bộ biến đổi thyristor – động cơ (T – Đ), ta thấy chúng có những ưu điểm vànhược điểm nhật định Cả hai hệ thống đều đảm bảo được yêu cầu công nghệ đặt ra.Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỷ thuật thì mỗi hệ thống đạt được những đặc điểmkhác nhau Cụ thể ta thấy:

- Hệ truyền động F – Đ: dể điều chỉnh tốc độ; chuyển đổi trạng thái hoạt độnglinh hoạt vì đặc tính cơ của hệ thống nằm đều ở cả bốn góc phần tư của mặt phẳng tọa

độ Tuy nhiên, với hệ tuyền động F – Đ khi lắp đặt chiếm diện tích lớn, cồng kềnhnhưng hiệu suất lại không cao Khi làm việc lại gây ồn ào, rung động mạnh, công lắpđặt lớn, vốn đầu tư cao

- Hệ truyền động T – Đ: có hệ số khuếch đại lớn; dể tự động hóa do tác độngnhanh, chính xác; công suất tổn hao nhỏ; độ tin cậy cao, giảm được sức lao động vàtăng năng suất Kích thước nhỏ, gọn nhẹ nên phần cơ khí của máy gọn tạo nên tínhthẩm mỹ cho hệ thống Vốn đàu tư và chi phí vật hành thấp

Trong giai đoạn CNH – HĐH ngày này với xu thế chung hướng tới mục tiêu yêucầu tối ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ, không gây ồn, ít ảnh hưởng đến môitrường xung quanh Với hệ truyền động F – Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng cũngcòn nhiều hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH – HĐH hiện nay

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học công nghệ, xu hướng tự độnghóa các hệ thống tự động, gia công chính xác, nên điều khiển hệ thống được thực hiệnbằng cách lắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử lý…

Nhìn chung hệ truyền động T – Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra về cả tính kỷthuật cùng tính kinh tế với những ưu điểm và những đặc điểm phù hợp cách truyềnđộng Đồng thời với nền công nghiệp hiện đại như ngày nay, người ta đang dần thaythế hệ thống truyền động F – Đ bằng các hệ thống truyền động khác Vậy em quyếtđịnh chọn phương án truyền động T – Đ

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG

I LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU

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

Trong kỹ thuật hiện nay có nhiều trường hợp phải sử dụng nguồn điện áp mộtchiều có trị số thay đổi được để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tùy thuộc vào mụcđích sử dụng Các nguồn điện áp một chiều nhà máy phát điện một chiều, các bộ biếnđổi tĩnh (khuếch đại từ) có khá nhiều nhược điểm, trong đó có nhược điểm cơ bản làtổn thất riêng khá lớn Cùng với sự phát triển của kỷ thuật bán dẫn và vi mạch điện tửthì việc sử dụng các bộ chỉnh lưu bán dẫn có điều khiển ngày càng dược phổ biến và

có nhiều ưu việt hơn

1.1 Sơ đồ nối dây hình tia

Hình 3.1 – 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 lưu bằng số pha của nguồn cung cấp

+ Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồnxoay chiều Nếu điện cực nối chung là Katot, ta có sơ đồ Katot chung; nếu điện cựcnối chung là Anot, ta có sơ đồ nối Anot chung

+ Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính; trung tínhnguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu

1.2 Sơ đồ hình cầu

Đăc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu

+ số van chỉnh lưu bằng hai lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có

m van nối Katot chung ( các van 1, 3, 5) tạo thành cực dương của điện áp nguồn; mvan có Anot chung (van 2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu

+ mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm Anot chung, 1 ở nhómKatot chung

Hình 3.2 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL – Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế.

2 Nguyên ký làm việc của bộ biến đổi (BBĐ) xoay chiều

2.1 Sơ đồ hình tia

Xét sơ đồ hình tia 3 pha Katot chung

Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện

+ Điện áp Anot – Katot phải dương (UAK> 0)

+ Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển và Katot của van

Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pha các van chỉ mở trong một giới hạnnhất định.

Ví dụ: Ở pha A, trong khoảng wt = 0 ÷ π →uA> 0

Tuy nhiên ở các khoảng wt = 0 ÷ π /6 → uC> uA

2.2 Sơ đồ hình cầu

Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu cầu ta có nhận xét: Để có dòng qua phụ tải thìtrong sơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thông, một ở nhóm Anôt chung, một ở nhómKatôt 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 lưu 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 Katôtchung nối với pha có điện áp dương nhất và van ở nhóm Anôt chung nối với pha cóđiện áp âm nhất Thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ cầu cũng được xác định như đối với

sơ đồ tia có số pha tương ứng

Để điều khiển điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều ta thay đổi thời điểm đưaxung điều khiển đến các cực điều khiển của các van, làm thay đổi khoảng dẫn dòngcủa van làm điện áp trung bình của chỉnh lưu thay đổi

Đặc điểm của các sơ đồ hình tia là ngoài các thời gian chuyển mạch các van ứngvới γ (là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sauđang bắt đầu làm việc) dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở Do đódòng điện trong mạch phụ tải được xác định bởi sức điện động pha làm việc của máybiến áp, còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì được 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 dưới tác dụngcủa hiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghĩa là dưới tác dụng của sức điệnđộng dây Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều cả 6 van của bộ biến đổiđều tham gia làm việc Trị số trung bình của sức điện động chỉnh lưu Ed ở trạng tháidòng điện liên tục được xác định như sau: Ed = Eđm .cos

Trong đó: Eđm là trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu ứng với trường hợp0



Với sơ đồ 3 pha hình tia trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu là: Eđm1

=1,17Ef2

Với sơ đồ 3 pha hình cầu là: Eđm2 =2,34Ef2

Trong đó:E2f là trị số hiệu dụng của sức điện động (s.đ.đ) pha thứ cấp máy biến áp

4 Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều

Do điện áp chỉnh lưu lặp đi lặp lại2m (hoặc m) lần trong một chu kỳ của điện ápnguồn nên ở chế độ xác lập thì dòng qua tải cũng lặp đi lặp lại như vậy (tuỳ thuộc sơ

đồ chỉnh lưu là tia hay cầu, số pha chẳn hay lẻ) Như vậy chỉ cần biết dòng và áp trêntải trong khoảng thời gian là 1/m chu kỳ hay là tương đương góc độ điện 2π/q (q = 2mhoặc là q = m) Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế của chỉnh lưutrong một khoảng thời gian làm việc của một van

Hình 3.3- sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong khoảng thời gian làm việc của van.

Với: U - tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối vớicác 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

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

+ Ѱ - góc pha đầu, được xác định: Ѱ = π/2 - π/q + a

Với: T - đặc trưng cho van đang dẫn dòng, ở sơ đồ hình tia là 1 van, sơ đồ hìnhcầu 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

Phương trình cân bằng điện áp từ sơ đồ thay thế:

d m

d d d

dt

di L i

Giải phương trình này ta nhận được biểu thức của dòng điện chỉnh lưu:

])

(1

)sin(

1[])

(1

)sin(

1[

2

/ 2

arctg I

i

m d

Tuỳ thuộc đặc tính phụ tải, dạng sơ đồ, giá trị góc điều khiển mà có thể có cácchế 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 qkhoảng khác không (q = m nếu là sơ đồ tia, q = 2m nếu là sơ đồ cầu ) ta có chế độdòng tải gián đoạn

- Chế độ giới hạn giữa 2 chế độ nêu trên được gọi là chế độ dòng biên liên tục

II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐẢO CHIỀU

1 Đảo chiều bằng công tắc tơ

Trong thực tế ở các hệ thống tryền động, van ngườit a thường áp dụng ba phươngpháp biến đổi chiều mômen động cơ sau:

Biến đổi chiều từ thông động cơ khi chiều dòng điện phần ứng không đổi (hình a).Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ các công tắc chuyển mạch (hình b).Biến đổi cực tính đeện áp phần ứng nhờ bộ biến đổi van hai nhóm (hình c)

(a) (b)

Hình 3.5 – phương pháp biến đổi chiều mômen động cơ.

Khi áp dụng 2 phương pháp (a) và (b), động cơ được cấp xung từ bộ điều khiểnđơn (bộ biến đổi một nhóm) Tuy nhiên, khi đó rất khó thực hiện chuyển đổi từ trạngthái động cơ sang trạng thái hãm với chiều quay không đổi Sơ đồ (a) là rẻ nhất và đơngiản nhất, song nhược điểm là thòi giam đảo chiều lớn (0,5 – 2,5s), (do hằng số thờigian của cuộn dây kích từ động cơ không lớn) Sơ đồ (b) tuy có thời hạn đảo chiều nhỏnhưng không thể dưới 0,1s vì trong quá trình đảo chiều, phải đảm bảo thứ tự tác độngnhất định trong hệ điều khiển truyền động điện.

2 Đảo chiều bằng cách sử dụng hai bộ chỉnh lưu song song ngược chiều

Đối với các hệ thống truyền động yêu cầu đảo chiều nhanh và cần có trạng tháiđộng cơ hay trạng thái hãm trong cùng một chiều quay của động cơ, người ta sử dụngcác sơ đồ có hai nhóm van (bộ biến đổi kép) Mỗi nhóm dẫn dòng điện theo một chiềunên bộ biến đổi có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều Bộ biến đổi như vậy có thểđược nối theo nhiều sơ đồ khác nhau Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo

và sơ đồ song song ngược về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hay sơ đồ đấu songsong ngược hoạt động tương tự nhau Khi bộ biến đổi này làm việc thì bộ biến đổi kianghỉ, khi đổi chế độ của bộ biến đổi thì dòng điện qua tải được đổi chiều thực tế người

ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với các phương pháp điều khiển khác nhau.Trong sơ đồ đấu song song ngược, cả hai nhóm van đều được cung cấp từ một nhómdây thứ cấp của máy biến áp

Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở chế độ động cơ, một nhóm van (1V)làm việc ở trạng thái chỉnh lưu còn nhóm kia (2V) bị khóa hoặc chuẩn bị làm việc ởtrạng thái chỉnh lưu Trong trường hợp thứ hai, để loại trừ hiện tượng truyền nănglượng do 1V biến đổi vào lưới qua 2V ta phải bảo đảm Eđ2> Eđ1 Nếu 2V làm việc ởchế độ chỉnh lưu, thì 1V phải được khóa hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu.Khi đó tương ứng với trường hợp trên, ta có E đ 1 ≥ E đ 2 Như vậy nói chung E dn 1 ≥ E đc2,trong đó Eđn1, Eđc2 – là suất điện động của nhóm van bộ biến đổi làm việc ở trạng tháinghịch lưu và chỉnh lưu

Khi hệ thống làm việc ở trạng thái hãm tái sinh, một nhóm van làm việc ở trạngthái nghịc lưu còn nhóm kia bị khóa hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ chỉnh lưu.Trường hợp này cũng phải đảm bảo quan hệ E dn 1 ≥ E đc2.

Trạng thái làm việc của bộ biến đổi van đảo chiều phụ thuộc vào phương thứcđiều khiển của cả hai nhóm van Khi điều khiển chung, tín hiệu điều khiển được đưavào cả hai nhóm van sao cho đảm bảo được E dn 1 ≥ E đc2 Trường hợp này cần hạn chếdòng điện cân bằng chạy giữa hai nhóm van dưới tác dụng của các trị số tức thời củasuất điện động các nhóm van Do đó trong mạch của bộ biến đổi người ta nối các cuộnkháng cân bằng CB1 – CB4 như hình vẽ

Hình 3.6 Sơ đồ nối song song ngược của hệ thống CL-Đ có đảo chiều.

Để loại trừ dòng điện cân bằng người ta sử dụng phương pháp điều khiển riêngcác nhóm van đang làm việc Khi đó các tín hiệu điều khiển (xung) chỉ được đưa vàocác nhóm van đang làm việc, còn các nhóm van không làm việc tại thời điểm đang xétkhông có xung điều khiển nên nó bị cắt Để thay đổi trạng thái làm việc của bộ biếnđổi người ta dùng một thiết bị biến đổi đặc biệt để ban đầu làm mất xung điều khiểntrên nhóm van đang làm việc, rồi sau đó khoảng một thời gian ngắn (5 – 10μss¿ đưaxung điều khiển lên nhóm van thứ hai Với thứ tự như vậy trạng thái dòng điện giánđoạn của bộ biến đổi sẻ tương ứng với quá trình chuyển đổi hệ thống truyền động điện

từ trạng thái động cơ sang trạng thái hãm và ngược lại

Các đặc tính tốc độ và đặc tính cơ của truyền động van đảo chiều có điều khiểnriêng các nhóm van phụ thuộc vào cách phối hợp các góc điều khiển Ưu điểm củaphương thức điều khiển riêng so với điều khiển chung là:

+) Không cần nối cuộn kháng cân bằng

+) Tận dụng được khả năng máy biến áp (Ed.d.c max = Eđm) giảm bớt xác suất độtbiến nghịc lưu vì thời gian biến đổi làm việc ở trạng thái nghịch lưu ít hơn

+) Giảm được tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu suất truyền động điện dokhông có dòng điện cân bằng, tuy nhiên khi điều chỉnh riêng, yêu cầu về độ tin cậy củathiết bị chuyển đổi (để chuyển xung điều khiển từ nhóm van này sang nhóm van khác)cao hơn; có một khoảng hở khi chuyển đổi bộ biến đổi từ trạng thái chỉnh lưu sangtrạng thái nghịch lưu, nên thời hạn của quá trình quá độ tăng lên Cũng cần chú ý rằng,

phương thức điều khiển riêng không thể sử dụng cho các hệ truyền động có khả nănglàm việc ở trạng thái không tải lý tưởng hoặc trong vùng gần đó vì trạng thái dòng điệngián đoạn của bộ biến đổi tương ứng với các phụ tải nhỏ của động cơ.

Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, thường người ta chọn máy biến áp có điện ápngắn mạch lớn Unm = 8 – 10%, do đó xBA cũng có trị số lớn Kết quả là thành phần điệntrở của bộ biến đổi do hiện tượng giảm áp trong quá trình chuyển mạch các van khálớn [Rcm = (-XBA.m)/2π] Đó là nguyên nhân chính làm mềm đặc tính cơ của truyềnđộng điện Nếu bộ biến đổi được nối vào lưới xoay chiều thông qua máy biến áp thìngười ta phải nối cuộn khán hạn chế dòng điện vào mạch xoay chiều nối tiếp với bộbiến đổi Cảm kháng XBA và RBA của máy biến áp nên hiện tượng trên vẫn tồn tại

Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động này, có thể sử dụngcác hồi tiếp giống như hệ F – Đ, hồi tiếp dương theo dòng điện phần ứng, hồi tiếp âmtheo tốc độ và theo điện áp Để hạn chế dòng điện trong bộ biến đổi và trong phần ứngđộng cơ, sử dụng hồi tiếp âm dòng điện có ngắt, khi đó truyền động điện có đặc tínhmáy xúc Vì bộ biến đổi van có hệ số khuyêchs đại rất lớn, nên trong nhiều trường hợp

có thể thực hiện các hồi tiếp kể trên thông qua khuyêchs đại trung gian

III SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC.

Ta cos, tốc độ truyền động điện của hệ thống được điều chỉnh bằng cách biến đổigóc thông chậm α của van, tức là điều chỉnh suất điện động Eđ của bộ biến đổi Khibiến đổi α=0 ÷ π /2, trị số Eđ biến thiên từ Eđm đến 0 Rỏ rang là các đặc tính cơ và đặctính tốc độ của truyền động điện là một họ các đườngt hẳng song song nhau Cácđường thẳng đó cắt trục tung tại những điểm tương ứng với các tốc độ không tải lýtưởng

0=0 và động cơ làm việc ở trạng thái hãm động năng Khi α >π /2

, thì ω '0<0, hệ thống sẻ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh Khi đó, năng lượng do máy

chiều để truyền vào lưới cung cấp Khi này, bộ biến đổi van làm việc ở trạng tháinghich lưu với đặc điểm sau: dòng điện của nguồn xoay chiều chạy dưới tác dụng củasuất điện động E của động cơ Trong phần lớn khoảng dẫn của van, dòng điện nàychạy ngược chiều suất điện động của các cuộn dây MBA.

Để không xảy ra hiện tượng “đột biến nghịch lưu” với dòng đeện trong mạch lớngấp nhiều lần so với lúc làm việc bình thường, dễ gây hỏng trong bộ biến đổi, màtrước hết là gây nguy hiểm cho các van, ta phải hạn chế góc thông van:

α max ≤ π −(γ+δ)

Trong đó: δ- là khoảng thời gian để phục hồi tính chất ngắt của van

Đối với Thyristor, khi tần số 50Hz thì thời gian phục hồi tính chất ngắt khôngquá 150μss, tương ứng với δ=30

Thường thường khi phân tích hoạt động của bộ biến đổi ở trạng thái nghịc lưu,người ta sử dụng khái niệm “góc thông trước” của van β=π−α

Tương ứng dder loại trừ hiện tượng “đột biến nghịch lưu” ta có điều kiện hạn chếsau: β min ≥ γ+δ

Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động này, có thể sử dụngcác hồi tiếp giống như hệ F – Đ, hồi tiếp dương theo dòng điện phần ứng, hồi tiếp âmtheo tốc độ và theo điện áp Để hạn chế dòng điện trong bộ biến đổi và trong phần ứngđộng cơ, sử dụng hồi tiếp âm dòng điện có ngắt, khi đó truyền động điện có đặc tínhmáy xúc Vì bộ biến đổi van có hệ số khuyêchs đại rất lớn, nên trong nhiều trường hợp

có thể thực hiện các hồi tiếp kể trên thông qua khuyêchs đại trung gian

Ta có sơ đồ mạch như sau

Trong sơ đồ gồm có:

Máy biến áp BA: làm nhiệm vụ cung cấp nguồn cho mạch

CK – là cuộn kháng dùng để lọc nguồn một chiều gọi là cuộn kháng san bằng

BD – là các máy biến dòng được sử dụng để lấy tín hiệu âm dòng điện, đưa trởlại khống chế đầu vào mạch điều khiển

Các bộ R – C: được mắc song song với các Thyristor trong các quá trìnhchuyển mạch và biến thiên du/dt; di/dt

Đ – là động cơ điện một chiều kích từ độc lập, dùng để truyền động cho hệthống

Hình 3.7 – Sơ đồ mạch động lực của hệ truyền động.

IV TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC

1 Thông số cơ bản của động cơ

- Điện cảm mạch phần ứng của động cơ

L u=γ 60.U đm

2 π p n đm I đm=0,25

60.220

2 3,14.720.69,5=0,01(mH )Trong đó: γ=0,25: hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù

2 Tính chọn bộ biến đổi

Như đã phân tích ở trên, ta dùng chỉnh lưu cầu 3 pha

Ta có: sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha như hình 3.3 ở trên

Người ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở 

của các Thyristor

Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm:

Nhóm Katot chung: T1, T3 và T5

Nhóm Anot chung: T4, T6 và T2

Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp

v a=√2 U2 sinθ ; v b=√2 U2.sin(θ - 2π/3); v c=√2 U2.sin(θ - 4π/3);

Hình 3.4 – đồ thị dạng song chỉnh lưu cầu 3 pha

Hoạt động của sơ đồ: Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua VF = vc , VG = vbKhi  = 1 = π/6 + cho xung điều khiển mở T1 Thyristor này mở vì va > 0 Sự

mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì va > vc Lúc này T6 và T1 cho

dòng chảy qua Điện áp trên tải: u d = u ab = va - vb

Khi  = 2 = 3π/6 + cho xung điều khiển mở T2 Thyristor này mở vì khi T6

dẫn, nó đặt v blên Anot T2 Khi  = 2 thì vb >vc Sự mở của T2 làm cho T6 bị khóa lại

một cách tự nhiên vì vb >vc

Các xung điều khiển lệch nhau /3 được lần lượt đưa đến cực điều khiển của cácThyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong mỗi nhóm, khi một Thyristor mở nó sẽkhóa ngay thyristor dẫn dòng trước nó, ta có:

Thời điểm 1 = π/6 + mở T1 khóa T5

Thời điểm 2 = 3 π/6 + mở T2 khóa T6

Thời điểm 3 = 5 π/6 + mở T3 khóa T1

Thời điểm 4 = 7 π/6+ mở T4 khóa T2

Thời điểm 5 = 9 π/6+ mở T5 khóa T3

Thời điểm 6 = 11 π/6 + mở T6 khóa T4

Giá trị trung bình của điện áp tải

3.1 Điện áp ngược của van

=> Điện áp ngược của van cần chọn

Điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn điện áp làm việc và được tính theocông thức:

U nv=k dtU U lv=1,7 230,3=391,51(V )

Với: kdtU = 1,7 – hệ số dữ trữ điện áp (thường chọn lớn hơn 1,6)

3.2 Dòng điện làm việc của van được tính theo dòng hiệu dụng

Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van

I lv=I hd=k hd I d=69,5

√3 ≈ 40,13(A )Với: khd– hệ số dòng điện hiệu dụng

Trong sơ đồ cầu 3 pha đối xứng, ta có: khd = 1/√3

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tỏa nhiệt với đầy đủ diện tích tỏanhiệt, không quạt đối lưu không khí, với điều kiện làm việc đó thì dòng điện làm việccho phép của van lên tới 40%Iđmv

Chọn Ilv = 30%Iđmv, ta có: Iđmv = 3,33.Ilv = 3,33 40,13 = 133,63 (A)

Từ thông số Unv, Iđmv và các yêu tố liên quan ta chọn Thyristor TF225-04Q

Bảng 3.1 – thông số của van động lực.

Ipikmax(A)

Igmax(A)

Ugmax(V)

Irmax(A)

Ihmax(A)

∆ U

max(V)

Tcm

v

D D

(V/s)

TMax(0C)151RC

150

Trong đó:

Uđm - Điện áp ngược cực đại của van

Iđm - Dòng điện định mức của van

Ipik - Đỉnh xung dòng điện

Ig - Dòng điện xung điều khiển

Ug - Điện áp xung điều khiển

Ih - Dòng điện tự giữ

Ir - Dòng diện rò

U

 - Sụt áp trên Thyristor ở trạng thái dẫn

du/dt - Tốc độ biến thiên điện áp

Tcm - Thời gian chuyển mạch (mở và khoá)

Tmax - Nhiệt độ làm việc cực đại

4 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu

Chọn máy biến áp 3 pha 3 tru, sơ đồ đấu dây kiểu ∆ /Y, làm mát bằng không khí

tự nhiên

4.1 Xác định các thông số cơ bản

Điện áp pha sơ cấp của MBA là: U1 = 380 (V)

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải

Udocosmin = Ud+2∆ U v+∆ U dn+∆ U ba

αmin=100 là góc dự trữ khi có suy giảm diện áp lưới

∆ U v= 1,7 (V): sụt áp trên van

∆ U dn ≈0: sụt áp trên dây nối

∆ U ba= ∆ U r+∆ U x sụt áp trên điện trởvà điện kháng MBA

*) Điện áppha thứ cấp của máy biến áp

ks – hệ số công suất, chọn sơ đồ cầu 3 pha ta có ks = 1,05

4.2 Tính toán sơ bộ mạch từ

*) Tiết diện sơ bộ trụ

Tiết diện trụ của lõi thép biến áp được tính từ công thức:

Q Fe=k Q √ S ba

m f (cm

2

)Trong đó: Sba – công suất biến áp (W)

m – số pha của máy biến áp

f – tần số điện xoay chiều

4.3.Tính toán dây quấn

4.3.1 Số vòng dây mỗi cuộn

4

4,44 f Q Fe B(vòng)

Trong đó: W – số vòng dây của cuộn cần tính

U – điện áp của cuộn cần tính

*) cuộn sơ cấp:

W1= U1.104

4,44 f Q Fe B=

380.1044,44 50.54,06 1≈317 (vòng)

4.3.2, Dòng điện của các cuộn dây:

Ta dùng cách tra dòng điện sơ cấp và thứ cấp theo bảng 1.2 sách tính toán thiết

kế thiết bị điện tử công suất

Trong đó: SCu – tiết diện dây quấn.

I – dòng điện chạy qua cuộn dây

J – mật độ dòng điện trong MBA

Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA: với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô nên chọn J1 = J2 = 5 (A/mm2)

Kích thước dây dẫn có kể đến cách điện

Kích thước dây dẫn có kể đến cách điện

4.4 Kết cấu dây dẫn

Dây quấn được quấn theo chiều dọc trục và theo kiểu quấn đồng tâm Mỗi cuộndây được quấn thành nhiều lớp dây, mỗi lớp dây được quấn liên tục và các vòng dâysát nhau

Ta có dây quấn tiết diện hình chữ nhật

4.4.1 Kết cấu dây dẫn sơ cấp.

*) tính sơ bộ số vòng dây trên mỗi lớp

W 1 l=h−2 h g

b k c(vòng)

Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây chọn: cd01 = 1,0 (cm)

Đường kính trong của ống cách điện:

Dt = dFe + 2.cd01 - 2.S01 = 10 +2.1 –2.0,1 =11,8 (cm)Đưòng kính trong của cuộn dây

Dt1 = Dt + 2.S01 = 11,8 +2.0,1 = 12(cm)Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp dây ở cuộn dây: cd1l = 0,1cm)

Bề dày cuộn dây

*) Chọn sơ bộ chiều cao cuộn dây h2 = h1 = 18 (cm)

*) Tính sơ bộ số vòng dây trên mỗi lớp

W 2 l= h2

b n2 k c= 18

0,69.0,95 ≈ 24,8≈ 25 (vòng)