PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ
Tổng quan về cầu trục
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).
1.1.2 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
1.1.3 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( ω )
Trên đồ thị ta thấy:
Khi ω = 0, Mc 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 M c =f ω Đối với động cơ di chuyển xe khi động cơ không tảicầu bằng (50 ¿ 55)%Mđm.
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 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.
1.1.4 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).
1.2.1 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ
Hình 1.2 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ dùng móc
1 Trục vít; 3.Bánh vít; 4 Truyền động bánh răng; 5 Tang nâng;
6 Bộ phận lấy tải; 7 Móc; 8 Động cơ truyền động; A Điểm cố định 1.2.2 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.
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 i=2π.R t n v với v: vận tốc nâng hạ [ m /s ] n: tốc độ quay của động cơ [ vg/s ] η c : Hiệu suất của cơ cấu Trong các công thức trên hiệu suất η c lấy bằng định mức khi tải trọng bằng định mức Ứng với các tải trọng khác định mức, cần xác định η c theo tải trọng như trên hình 2.2
Xác định η c dựa theo hệ số mang tải:
[ 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.
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 ΔMM : Tổn thất mômen trong cơ cấu truyền động η h : Hiệu suất của cơ cấu khi hạ.
Mt < ΔM M: Hạ động lực Nêu coi tổn thất trong cơ cấu nâng hạ khi nâng tải và hạ tải như nhau thì: ΔMM=M t η c −M t =M t ( 1 η c −1)
(G 0 +G)R t u.i (2− 1 η c ) Vậy hiệu suất của cơ cấu hạ tải trọng: η h =2− 1 η c
Chế độ làm việc của ĐC phụ thuộc vào hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải.
- Khi η c < 0,5, η h < 0, M h < 0 → Động cơ làm việc ở chế độ động cơ để hạ tải trọng → hạ động lực.
- Khi η c > 0,5, η h > 0, M h > 0 → Động cơ làm việc ở chế độ hãm để hạ tải trọng → hạ hãm.
1.2.3 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.
1.2.4 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.
∑ 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:
M tc =M dt √ TD% TD % tc tt
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 = Mđtcx √ TD TD th tc % %
Tính chọn công suất động cơ truyền động
1.3.1 Xác định phụ tải tĩnh
* Phụ tải tĩnh khi nâng có tải:
G = 86000 N (Trọng lượng của tải trọng)
G0 = 2000 N (Trọng lượng của bộ phận lấy tải)
Rt = 250mm (Bán kính trống tời) u = 2 (Bội số ròng rọc) i = 10 (Tỷ số truyền của hộp tốc độ) η c = 0,65 (Hiệu suất định mức của cơ cấu) Thời gian thao tác lấy tải và cắt tải là: 10+10 s
Thời gian di chuyển cầu, xe con là 25+25 s
Chiều cao nâng hạ là:H = 14m
Vận tốc nâng v = 1m/s và hạ tải là v = 0,25m/s vận tốc nâng hạ không tải là: v = 2m/s
* Phụ tải tĩnh khi nâng không tải:
Với hiệu suất được tra theo biểu đồ ở hình 2.2 (sách TBĐ - ĐT Trang 10) là: η c
* Phụ tải tĩnh khi hạ có tải:
* Phụ tải tĩnh khi hạ không tải:
Mômen hạ không tải Mh0 < 0 có nghĩa là cơ cấu làm việc ở chế độ hạ động lực.
1.3.2.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 = 60 + 72 = 132 s
* Hệ số làm việc tương đối:
1.3.3.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% = 54% nên chọn TĐtc%
Mômen trung bình chính xác:
Công suất động cơ chọn sơ bộ sẽ là:
(kW) Điều kiện chọn công suất động cơ:
⇒ Pđmđc ≥ 25,53 (kW) Tra bảng ta chọn động cơ một chiều kích từ song song loại cầu trục luyện kim kiểu π , 220V, vỏ kín, làm mát tự nhiên, TĐ 40% vỏ bảo vệ, chế độ định mức dài hạn TĐ, với số liệu sau:
Uđm = 220 V rcks = 46,2 Ω nđm = 600 vg/p Iđm = 148 A φ đm = 47,5 mWb
1.3.4.Kiểm nghiệm công suất động cơ:
Biểu đồ phụ tải đặc trưng cho quá trình làm việc:
Hình 2.1.1: Biểu đồ phụ tải của cơ cấu nâng hạ
Vì ở cơ cấu nâng hạ: Mc = const, J = const.
Phương trình đặc tính là:
* 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=ω 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 T kd (3 4) T c 4 T c 4.0,0052 0,02( ) s
* Xét trong quá trình hãm:
Ta có: 0 3,85( rad s / ) n 0 29,08( / ) v s Áp dụng:
T h =T c lnω 1 −ω od ω 0 −ω od Trong quá trình hãm tái sinh:
Hình 2.1.2 Đồ thị mô men của quá trình hảm tái Độ sụt tốc khi hạ tải:
⇒ 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: tc
Ta có: Pđm = 29 (kW) ; nđm = 600 (v/ph) ;
⇒ Mđm = 8761,3(Nm) Vậy thoả mãn Mđm > Mtc
⇒ 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.
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRANG BỊ ĐIỆN TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY NÂNG HẠ CẦU TRỤC
Sơ đồ hệ thống
Hình 2.1 Hệ truyền động T - Đ + Hoạt động của hệ thống:
- Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ.
- Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu.
- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi.
- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống.
* Đánh giá về hệ thống Ưu điểm:
+ Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100 ¿ 1000).
+ Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể giảm kích thước hình học của máy.
+ Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công suất riêng rất nhỏ, giá thành hệ thống thấp.
+ Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế.
+ Hệ số cos ϕ nói chung của hệ thống thấp (0,6 ¿ 0,65).
+ Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới.
+ Mạch điều khiển phức tạp.
Tính chọn thiết bị mạch lực
2.2.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực Để cung cấp nguồn 1 chiều cho phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập, ta phải sử dụng một mạch chỉnh lưu để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều có sẵn thành năng lượng dòng điện 1 chiều Thực tế có rất nhiều phương án có thể sử dụng được, tuy nhiên để có một mạch chỉnh lưu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét một cách tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu Với yêu cầu thay đổi được điện áp đặt vào phần ứng động cơ thì các bộ chỉnh lưu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta chỉ xét các mạch chỉnh lưu điều khiển.
Xét các dạng chỉnh lưu sau:
2.2.1 Chỉnh lưu Tiristor một pha
Chỉnh lưu một pha thường được chọn khi nguồn cấp là lưới điện một pha hoặc công suất tải không quá lớn so với công suất lưới (làm mất đối xứng điện áp lưới) và tải không có yêu cầu quá cao về chất lượng điện áp một chiều.
Chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn: điều này không đáp ứng được cho nhiều loại tải. Đối với dòng tải lớn mà chọn các sơ đồ chỉnh lưu một pha thì sẽ gây ra sự mất đối xứng của lưới -> ảnh hưởng tới sự hoạt động của các thiết bị khác.
Do nguồn cấp là lưới 3 pha công nghiệp nên việc sử dụng chỉnh lưu một pha có nhiều hạn chế, mặt khác do yêu cầu về chỉnh lưu và giá trị điện áp, dòng điện lớn nên ta không nên dùng chỉnh lưu một pha Yêu cầu cao về chất lượng điện áp một chiều cung cấp cho động cơ một chiều kích từ độc lập của máy bào giường đã lựa chọn ở trên đảm bảo tốc cho động cơ cần thực hiện với mạch chỉnh lưu nhiều pha hơn.
2.2.2 Chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha a) Sơ đồ mạch điện
Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 van bán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anốt nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ.
Hình 2.2 Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha b) Nguyên lý hoạt động
Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thiristor T1 dương nhất, khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R,L và chạy về nguồn, trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽ qua T2 qua R,L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R, L và về nguồn(chú ý: các van trên chỉ hoạt động khi được cấp xung điều khiển và phân cực thuận).
Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dẫn sẽ vẫn dẫn khi điện áp âm mà van còn lại chưa mở.
Xét: Van T1 đang dẫn, do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn điện cho đến thời điểm t2 Khi đưa xung vào mở T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt vào T1 làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính khoá cưỡng bức Từ thời điểm t2 t3 thì T2 dẫn điện, thời điểm t4 là khi chúng ta đưa xung mở T3.
+ Giá trị trung bình của điện áp trên tải: U d =3√ 6
+ Giá trị điện áp ngược trên van: U ng = √ 6 U 2
+ Dòng điện trung bình chảy qua thiristor: Iv = Id/3
+ Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3 c) Ưu điểm
So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, do chỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ → công suất tiêu thụ của van nhỏ.Việc điều khiển các van tương đối đơn giản. d) Nhược điểm
Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm Điện áp ra có độ đập mạch lớn → xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao.
2.2.3.Chỉnh lưu cầu 3 pha a) Sơ đồ mạch điện
Hình 2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu 3 pha
+ Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng gồm có 6 triristor chia thành 2 nhóm:
- Nhóm katốt chung gồm 3 triristor: T1,T3,T5.
- Nhóm anốt chung gồm 3 triristor: T2,T4,T6.
+ Điện áp các pha thứ cấp MBA có phương trình:
3 ) + Góc mở α được tính từ giao điểm của hai điện áp pha. b) Nguyên lý hoạt động.
Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua.
6+α cho xung điều khiển mở T1 Tiristor này mở vì
U a > 0 Sự mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì U 2a >U 2c Lúc này
T6 và T1 cho dòng đi qua Điện áp ra trên tải: Ud = Uab = U2a - U2b
6 +α cho xung điều khiển mở T2 Tiristor này mở vì
T6 dẫn dòng nó đặt U2b lên catốt T2 mà U2b >U2C Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại một cách tự nhiên vì U 2b >U 2c
Các xung điều khiển lệch nhau π
3 được lần lượt đưa đến các cực điều khiển của các thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở thì nó sẽ khoá ngay tristor trước nó, như trong bảng sau:
Bảng 2.1 Các thời điểm mở khóa của thiristor
+ Điện áp trung bình trên tải:
+ Điện áp ngược cực đại đặt lên van: Ungmax = 2,45.U2
+ Số lần đập mạch trong 1 chu kỳ là 6
+ Dòng điện chảy qua các van là: IT = Id/ 3
+ Công suất của máy biến áp: Sba=1,05.Pd c) Đồ thị điện áp và dòng điện:
Hình 2.4 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình cầu 3 pha d) Ưu điểm
+ Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt.
+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng.
+ Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do Udo = 2,34U2 -> nó có thể được sử dụng với điện áp khá cao. e) Nhược điểm
+ Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp.
+ Sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10 V.
+ Nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa
Từ yêu cầu thiết kế về chất lượng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập, đảm bảo phù hợp yêu cầu công nghệ máy bào giường, nên em chọn sử dụng mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả.
2.2.4 Lựa chọn phương án đảo chiều
Quá trình đảo chiều chuyển động bàn máy cũng có rất nhiều phương pháp, nhưng chung quy có 2 phương pháp:
+ Đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng kích từ.
+ Đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng.
Tuy nhiên sử dụng phương pháp đảo chiều dòng kích từ có nhiều hạn chế, do cuộn cảm có hệ số tự cảm lớn (quán tính từ lớn) nên làm tăng thời gian đảo chiều, không thoả mãn cho truyền động máy bào giường Vì vậy ta chỉ xét quá trình đảo chiều động cơ bằng đảo chiều dòng phần ứng.
Các phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng
Với hệ truyền động T - Đ để đảo chiều dòng phần ứng động cơ có hai cách cơ bản:
+ Đảo chiều nhờ các tiếp điểm công tắc tơ đặt trên mạch phần ứng.
+ Đảo chiều quay nhờ hai BBĐ triristor mắc song song ngược. a) Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ
Hình 2.5 Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ
Trên sơ đồ: Cuộn kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi một bộ chỉnh lưu CL2
Bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra dòng điện một chiều có chiều không đổi ở phía đầu ra, trước khi đưa vào phần ứng động cơ, người ta bố trí các tiếp điểm công tắc tơ T và N sao cho khi điều khiển các công tắc tơ này đóng tiếp điểm thì đảo được chiều dòng điện phần ứng, dẫn đến đảo được chiều quay động cơ.
Phương pháp này chỉ sử dụng cho các truyền động công suất nhỏ vì dòng hồ quang phát ra giữa các tiếp điểm lớn Mặt khác do quán tính cơ điện của các khí cụ lớn nên tần số đảo chiều không cao, không phù hợp cho truyền động máy nâng hạ. Đảo chiều dòng điện phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược Sơ đồ truyền động:
Hình 2.6 Sơ dồ truyền động đảo chiều động cơ bằng chỉnh lưu
+ Cuộn dây kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi CL3 với dòng điện có chiều không đổi.
+ Phần ứng động cơ được cấp nguồn bởi 2 bộ chỉnh lưu CL1 và CL2 mắc song song ngược.
Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ truyền động
+ ATM là áp tô mát nguồn, làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn và bảo vệ ngắn mạch phía sơ
+ BA là máy biến áp 3 pha, biến điện áp lưới thành điện áp phù hợp với yêu cầu của bộ chỉnh lưu và phù hợp điện áp đặt lên phần ứng động cơ.
+ K là tiếp điểm thường mở của công tắc tơ, đóng cắt nguồn sau biến áp. + BI là bộ biến dòng, cấp phản hồi âm dòng điện đưa tín hiệu đến khâu hạn chế dòng điện.
+ BBĐ1, BBĐ2: là 2 bộ biến đổi (chỉnh lưu) triristor mắc song song ngược (cầu kép 3 pha) cấp nguồn cho phần ứng động cơ Đ.
+ Đ: là động cơ 1 chiều, kích từ độc lập, kéo bàn máy chuyển động.
+ CB1, CB2, CB3, CB4: là các cuộn kháng cân bằng để hạn chế dòng điện cân bằng.
+ C - R: Là các tụ điện và điện trở, chức năng để bảo vệ cho các tiristor khỏi bị đánh thủng do quá gia tốc điện áp (du/dt) khi xảy ra quá độ trong mạch (như quá trình chuyển mạch) của các tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hoặc khi đóng cắt không tải của máy biến áp Ngoài ra mạch R-C còn có tác dụng rẽ mạch dòng điện ngược đối với các tiristor Để bảo vệ quá gia tốc dòng (di/dt) trong sơ đồ ta lợi dụng các cuộn cảm là cuộn kháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến áp động lực.
+ FT: Là máy phát tốc chức năng để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ Tín hiệu điện áp trên mạch phần ứng của máy FT được lấy ra có trị số tỷ lệ với tốc độ động cơ sử dụng làm tín hiệu phản hồi âm tốc độ.
+ AT1: Là áptômát bảo vệ khởi động từ.
+ D,M: Là các nút ấn thường đóng và thường mở của khởi động từ.
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực truyền động cầu trục
+ C - R: Là các tụ điện và điện trở, chức năng để bảo vệ cho các tiristor khỏi bị đánh thủng do quá gia tốc điện áp (du/dt) khi xảy ra quá độ trong mạch (như quá trình chuyển mạch) của các tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hoặc khi đóng cắt không tải của máy biến áp Ngoài ra mạch R-C còn có tác dụng rẽ mạch dòng điện ngược đối với các tiristor Để bảo vệ quá gia tốc dòng (di/dt) trong sơ đồ ta lợi dụng các cuộn cảm là cuộn kháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến áp động lực.
+ FT: Là máy phát tốc chức năng để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ Tín hiệu điện áp trên mạch phần ứng của máy FT được lấy ra có trị số tỷ lệ với tốc độ động cơ sử dụng làm tín hiệu phản hồi âm tốc độ.
+ AT1: Là áptômát bảo vệ khởi động từ
+ D,M: Là các nút ấn thường đóng và thường mở của khởi động từ.
2.3.2.Nguyên lí làm việc của mạch động lực
+ Để khởi động, đóng ATM cấp điện cho BA, ấn nút khởi động, công tắc tơ K đóng cấp điện cho các BBĐ thyristo cấp nguồn cho phần ứng động cơ và bộ chỉnh lưu điốt cấp nguồn cho cuộn kích từ động cơ CKĐ Ta đồng thời cấp xung điều khiển cho BBĐ1 và BBĐ2, nhưng khi BBĐ1 làm việc thì BBĐ2 ở trạng thái chờ và ngược lại) Động cơ Đ được cấp nguồn, quay kéo theo máy phát tốc (FT) quay đưa tín hiệu phản hồi âm tốc độ về mạch điều khiển để ổn định tốc độ.
+ Khi muốn dừng ấn nút dừng ở mạch khống chế cắt nguồn, K mở tiếp điểm, động cơ mất điện, mạch điện thực hiện hãm tái sinh tra năng lượng về lưới, động cơ dừng.
+ Hoạt động của các BBĐ:
Hai bộ biến đổi BBĐ1, BBĐ2 là hai bộ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng mắc song song ngược Mỗi bộ đều có hai nhóm triristo là nhóm anốt chung và nhóm katốt chung Mối nhóm van cùng tên của 2 BBĐ đều có các van ở vị trí giống nhau, việc khống chế 2 BBĐ theo nguyên tắc điều khiển chung Do đó khi xét các BBĐ này ta chỉ xét hoạt động của 1 bộ, còn bộ kia hoàn toàn tương tự.
Hoạt động của mỗi BBĐ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng như đã nêu ở chương trước.
Thiết kế hệ thống điều khiển mở van
Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van có điện áp thuận thì trên cực điều khiển G và K của van phải có điện áp điều khiển (thường gọi là tín hiệu điều khiển) Để có hệ thống tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta sử dụng mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển. Điện áp điều khiển các Thyristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như thời gian tồn tại Do đặc điểm của Thyristor là khi van đã mở thì việc tồn tại tín hiệu điều khiển nữa hay không cũng không ảnh hưởng đến dòng qua van Vì thế hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Thyristor có dạng xung.
Trong hệ thống truyền động ta dùng các hệ thống phát xung điều khiển đồng bộ, khống chế theo nguyên tắc pha đứng với sơ đồ khối như sau:
Hình 2.8 Sơ đồ khối thiết kế hệ thống van điều khiển
- Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát xung răng cưa khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hóa và phát ra điện áp hình răng cưa đưa đến khối so sánh.
- Khối 2: Khối so sánh có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu điện áp hình răng cưa URC và điện áp điều khiển Uđk để phát ra xung điện áp đưa tới mạnh tạo xung.
- Khối 3: Khối tạo xung có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới
U1: Điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. urc: điện áp tựa hình răng cưa lấy từ đầu ra của khối ĐBH - FXRC uđk: điện áp điều khiển một chiều dùng để điều khiển giá trị góc mở cực điều khiển của Thyristor
Nguyên lý làm việc: Điện áp cấp cho mạch động lực của BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 Trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áp hình sin cùng tần số với điện áp nguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng bộ Điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát xung răng cưa để tạo ra điện áp răng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp. Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển (thay đổi được trị số) đưa vào mạch so sánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau Tại thời điểm trị số của 2 điện áp này bằng nhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái α xuất hiện xung điện áp Như vậy xung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa bằng với tần số nguồn cung cấp Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung ra của mạch so sánh Xung này có thể đưa đến cực điều khiển của Tiristor để mở van.
Thực tế thì xung đầu ra của mạch so sánh thường không đủ độ rộng và biên độ để mở van, do đó người ta sử dụng mạch khuếch đại và truyền xung Nhờ đó mà các xung ra của mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các Tiristor.
Mỗi Tiristor cần có một mạch phát xung, do đó trong sơ đồ có bao nhiêu van cần có bấy nhiêu mạch phát xung Vấn đề là phải phối hợp sự làm việc của các mạch phát xung này để phù hợp với quy luật mở các van ở mạch động lực.
* Khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa.
+ Mạch phát xung răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện áp tựa có dạng hình răng cưa biến đổi một cách chu kỳ trùng với chu kỳ của các xung ở đầu ra của mạch phát xung Điện áp răng cưa để điều khiển mạch phát xung sao cho mạch phát ra một hệ thống các xung điều khiển xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu Để tạo ra điện áp răng cưa phù hợp tần số và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu thì tốt nhất là sử dụng sơ đồ được điều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số, dạng của nó có thể bất là kỳ Mạch đồng bộ hóa (ĐBH) sẽ đảm bảo điều kiện chức năng tạo ra điện áp điều khiển nói trên.
+ Mạch đồng bộ hóa sử dụng máy biến áp đồng bộ (BAĐ) để tạo ra điện áp đồng bộ pha với pha nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu)
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý của mạch đồng bộ hóa.
+ Với việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/Y như trên 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.
+ Trong sơ đồ này ta sử dụng mạch dịch pha R-C bằng R0, R1, C để dịch điện áp lấy bên cuộn thứ cấp máy biến áp đồng bộ BAĐ dịch đi một góc 30 0 và như vậy điện áp đồng bộ sẽ có thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương trùng với thời điểm mở tự nhiên của các Tiristor Và nhằm thống nhất trị số điều khiển của Tiristor ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển α 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 tại 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 θ 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 | U r |+|U đk |=0 Do đó việc dịch điện áp đồng bộ(Uđb) chậm đi góc 30 0 điện sẽ làm thỏa mãn khi góc điều khiển α = 0 cũng tương ứng với góc mở tự nhiên của các Tiristor.
* 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(khuếc đại thuật toán) 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
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 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
Hình 2.9 Mạch tạo xung hình chữ nhật và phát xung răng cưa
* Nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung chữ nhật:
Hình 3.1 Mạch phát xung hình chữ nhật
+ Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Trazitor Tr1 ¿ Tr4, phần tử logic
"hoặc - đảo" và các điện trở R2 ¿ R5 Tín hiệu điện áp đồng bộ hóa Uđbd được nối vào cực gốc và cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr4 tạo thành mạch liên hợp như hình Mạch phát xung hình chữ 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 sốUBE 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 ).
TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN
Các thông số động cơ
Công suất định mức : Pđm = 29 (kW) Tốc độ định mức : nđm = 600(vg/p) Điện áp định mức : Uđm = 220 (V) Dòng điện định mức: Iưđm 29.1000
U2a, U2b, U2c: Sức điện động thứ cấp MBA nguồn.
E : Sức điện động của động cơ.
R, L : Điện trở và điện kháng trong mạch.
Rba, Lba : Điện trở, điện kháng của MBA quy về thứ cấp
Rk, Lk : Điện trở, điện kháng cuộn lọc.
Rư, Lư : Điện trở, điện cảm mạch phần ứng động cơ.
Trong đó: γ = 0,25 hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù
Tính chọn thiết bị mạch động lực
Thyristor được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản: dòng tải, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc Các thông số của vân được tính như sau: a Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
KdtU : hệ số dự trữ điện áp Theo (8-1),(8-2) (T.25 - Thiết kế thiết bị điện tử công suất _ Trần Văn Thịnh) ta có: kdtU = 1,8
3220#0,27(V) Với: Ud, Ulv, U2 : điện áp tải, nguồn xoay chiều, ngược của van. knv = √ 6 : hệ số điện áp ngược ku 3√ 6 π : hệ số điện áp tải Điện áp ngược của van cần chọn:
Unv = kdt1.Ulv = 1,8 230,27 = 414,486 (V) b Dòng điện làm việc của van:
Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = Ihd) Dòng điện hiệu dụng được tính:
Ihd : dòng điện hiệu dụng của van
Id : dòng điện tải khd : hệ số xác dòng điện hiệu dụng
(do sơ đồ cầu nên k hd = 1
Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, không có quạt đối lưu không khí Với điều kiện đó dòng định mức của van cần chọn là:
Iđmv = ki.Ilv = 3,2.104,9 = 335,58 (A) (ki = 3,2 là hệ số dự trữ dòng điện)
Từ các thông số Unv, Iđmv ta chọn Thyristor loại 36RA50 (T.117- sách TKTBĐTCS) có các thông số sau: Điện áp ngược cực đại của van : Un = 500 (V)Dòng điện định mức của van : Iđmv = 400 (A) Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 1200 (A) Dòng điện của xung điều khiển : Iđk = 200 (mA) Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 2,5 (V)
Dòng điện rò : Ir = 15 (mA)
Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là: ΔMU=2,5(V) Tốc độ biến thiên điện áp : dU dt 0(V/s)
Tốc độ biến thiên dòng điện : dI dt0(A/μs)
Thời gian chuyển mạch : t cm `0μS
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 125 0 C
3.2.2 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu:
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ΔM / Y làm mát bằng không khí tự nhiên. a Tính các thông số cơ bản :
* Tính chọn công suất biểu kiến của Máy biến áp:
* Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp:j
* Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Ud0.cos α min = U d +2ΔMU v +ΔMU dn +ΔMU ba
Trong đó: α min = 10 o là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới. ΔMU v = 1,6 là sụt áp trên Thyristor. ΔMU dn ≈0 là sụt áp trên dây nối. ΔMU ba =ΔMU r + ΔMU x là sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA
Chọn sơ bộ: ΔMU ba =6%.U d =6%.220,2(V)
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
U d 0 =U d +2ΔMU v +ΔMU dn +2ΔMU ba cosα min
220+2 1,6+0+2 13,2 cos10 0 %3,45(V) Điện áp pha thứ cấp MBA:
Với ku 3√ 6 π (theo bảng 8.1 Sách TKĐTCS)
* Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của MBA:
* Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA:
U b Tính sơ bộ mạch từ: (Xác định kích thước bản cực mạch từ)
* Tiết điện sơ bộ trụ: QFe
Sba: công suất MBA kQ: hệ số phụ thuộc phương thức làm mát kQ = 4÷5 nếu là MBA dầu. kQ = 5÷6 nếu là MBA khô. m: số trụ của MBA (m = 3 vì ta chọn MBA 3 trụ) f: tần số nguồn điện xoay chiều (f = 50 Hz)
Chọn đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 12 (cm) (bảng 8.5 - T.92)
* Chọn loại thép ∃330 các lá thép có độ dày 0,5 mm
* Chọn mật độ tự cảm trong trụ Bt = 1 (T)
⇒ Chọn trụ cao h = 28 cm c Tính toán dây quấn:
* Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:
* Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA:
* Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA:
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô Do mật độ dòng điện thường chọn trong khoảng J = 2÷2 , 75 ⇒ Chọn J 1 = J 2 = 2,75 (A/mm 2 ).
* Tiết diện dẫn sơ cấp MBA:
J Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cấp cách điện B (Tra bảng Phụ lục
VI - T.620 - TKMĐ - Trần Khánh Hà)
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 3,124(mm 2 )
Kích thước dây dẫn kể cả cách điện:
* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
* Tiết diện dây dẫn thứ cấp của MBA:
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cấp cách điện B (Tra bảng Phụ lục
VI - T.620 - TKMĐ - Trần Khánh Hà).
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 39,12(mm 2 )
Kích thước dây dẫn kể cả cách điện:
* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
(A/mm 2 ) d Kết cấu dây dẫn sơ cấp:
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục.
* Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:
(vòng) Trong đó: kc : hệ số ép chặt
Tra bảng 2.2 (T23.TKMĐ) chọn kc = 0,95 h : chiều cao trụ. hg : khoảng từ gông đến cuộn dây sơ cấp.
Chọn hg = 1,5cm b1 : bề rộng của dây dẫn kể cả cách điện.
* Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
Chọn số lớp n1l = 4 (lớp) Như vậy có 162 vòng chia thành 4 lớp, chọn mỗi lớp 40,5 vòng.
* Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
* Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày:
* Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp: a01 = 1 (cm)
* Đường kính trong của ống cách điện:
* Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
* Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11 = 0,1 (cm)
* Bề dày cuộn sơ cấp:
* Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
* Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:
* Chiều dài dây quấn sơ cấp:
* Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp: a12 = 1 (cm) e Kết cấu dây quấn thứ cấp
* Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h2 = h1 = 23,5 (cm)
* Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp:
* Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
Chọn số lớp n21 = 2 (lớp) Như vậy có 46 vòng chia lớp thành 2, chọn mỗi lớp 23 vòng.
* Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp: h 2 =W 2l b 2 k c $,75.0,902
* Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
* Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 (mm)
* Bề dày cuộn thứ cấp:
* Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
* Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
* Chiều dài dây quấn thứ cấp:
* Đường kính trung bình các cuộn dây:
* Chọn khoảng cách giữa hai cuộn dây thứ cấp liền nhau: a22 = 2 (cm)
3.3.3 Tính chọn cuộn kháng lọc
Chọn góc mở cực tiểu min = 10 0 Với góc min là dự trữ để có thể bù được sự giảm điện áp lưới Khi góc mở nhỏ nhất = min thì điện áp trên tải lớn nhất: Udmax Ud0.cosmin và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = nđm.
Khi góc mở lớn nhất = max thì điện áp trên tải là nhỏ nhất: Ud min = Ud0.cosmax và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin.
Trong đó Udmin được tính như sau:
D ¿ ¿ Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75 0 C:
77,105 11,18 = 0,14 (Ω) Với: 75 = 0,02133 (Ω.mm 2 /m). Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75 0 C:
49,532 39,12 = 0,02 (Ω) Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp:
Theo ĐTCS (Võ Minh Chính) Tr 118 ta có: K sb =
K dmR Đảm bảo thoả mãn hệ số đập mạch ra K dmR =(5%÷10%) chọn K dmR =5%
Van bán dẫn bị hỏng khi nhiệt độ mặt ghép vượt quá nhiệt độ giới hạn cho phép. Giá trị nhiệt độ này thường từ 80 0 –100 0 (bán dẫn GE) và 125 0 -200 0 C(bán dẫn SI). Loại van mà ta chọn có nhiệt độ cho phép là 125 0 C.
∆P: công suất tổn hao trên van
∆U: điện áp rơi trên van khi dẫn(2,8V)
Ihdv: dòng điện hiệu dụng chạy qua van, Ihdv,66(A) Vậy:
Vì tổn hao là khá lớn nên ta chọn phương thức làm mát bằng nước.
3.3.5 Bảo vệ quá tải và ngắn mạch
* Bảo vệ quá tải Để bảo vệ van không bị quá tải, ta mắc aptomat ở phía đầu vào của bộ biến đổi. Với các thông số của aptomat thích hợp thỡ khi van bị quá tải, rơle nhiệt của aptomat sẽ tác động cắt bộ biến đổi ra khỏi lưới Dòng điện định mức của Aptomat thường chọn trong khoảng (1,1-1,3) lần dũng điện thực tế qua nó
UATdm"0(V) Dòng điện quá tải:
Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristor,ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu
Nhóm 1CC: dòng điện định mức:
Nhóm 2CC: dòng điện định mức:
3.3.6 Bảo vệ quá điện áp cho van
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristor được thực hiện bằng cách mắc
R, C song song với Tiristor Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tích tụ trong lớp bán dẫn sẽ phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn Chính sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược sẽ gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anốt và Katốt của Tiristor. Khi có mạch R, C mắc song song với Tiristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristor không bị quá điện áp.
Theo kinh nghiệm, thường chọn:
Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, ta mạch R – C như hình vẽ sau:
Hình 2.16 sơ đồ nguyên lý thiết bị bảo vệ mạch lực Nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung điện áp gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây Trị số R1, C1 được chọn theo kinh nghiệm:
3.3.7.Chọn thiết bị đo tốc Để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ, sử dụng phát tốc Máy phát tốc là máy điện nhỏ, làm việc ở chế độ máy phát và thực hiện chức năng biến đổi chuyển động quay của trục động cơ thành tín hiệu điện áp.
Error: Reference source not found
Biến trở có tác dụng như một cầu phân áp mà điện áp ra thay đổi được để phù hợp với điện áp đặt tốc độ động cơ.
Phương trình đặc tính ra của máy phát tốc như sau:
U F =K n=K 1 d α d t Trong đó: UF: điện áp ra của mạch phát tốc
K, K1: các hệ số khuếch đại n: vận tốc quay của rôto ; : góc quay.
Chọn loại máy 113/1Y4 có các thông số
Hệ số của máy phát tốc:
Do điện áp ra của khuếch đại thuật toán Ur Ecc= 12V nên ta điều chỉnh biến trở Rs1 sao cho U 12 V vậy U ω n dm ≤
3.3.8 Chọn thiết bị đo dòng điện
Có 2 phương pháp chính để tạo ra tín hiệu phản hồi dòng là sử dụng điện trở sun và sử dụng biến dòng Ở đây, ta sử dụng biến dòng xoay chiều đo điện áp 3 pha phía đầu vào bộ biến đổi: b c c
Hình 4.2:.Mạch đo dòng xoay chiều 3 pha
Trong sơ đồ trên, tín hiệu ra của các biến dòng là tín hiệu xoay chiều, sau khi qua hệ thống chỉnh lưu được biến đổi thành tín hiệu một chiều Sau đó tín hiệu này được đưa vào mạch vòng điều chỉnh dòng điện.
3.3.9.Hệ số khuếch đại trung gian
Hệ số khuếch đại của động cơ.
Ta có: K = 31,34; = 0,02; Iư = 131,8 (A); R = 0,55 (Ω); KD = 4,06; St 5% chọn St = 4%; D = 30; nđm = 600 (v/p) thay vào công thức ta được:
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG VÀ HỆ ĐIỀU CHỈNH
Xây dựng đặc tính tĩnh
Theo cách xây dựng ở trên thì họ đặc tính cơ của hệ kín có hai đoạn Đoạn thứ nhất là đoạn làm việc ở chế độ ổn định tốc độ với khâu phản hồi tốc độ được bắt đầu từ điểm không tải lý tưởng cho đến điểm ngắt dòng và đoạn thứ hai là đoạn làm việc ở chế độ khởi động hoặc hãm hay có thể quá tải ứng với dòng phần ứng lớn hơn dòng ngắt Ing = 1,5.Iđm đến điểm ngắn mạch Inm, đoạn này làm việc với khâu phản hồi âm dòng có ngắt Quá trình gia công chi tiết chỉ thực hiện ở hành trình thuận nên ta chỉ xây dựng đặc tính cơ ở hành trình thuận.
4.1.1 Đặc tính cơ cao nhất Đặc tính cơ cao nhất là đặc tính ứng với tốc độ làm việc ổn định ở tốc độ định mức n = nđm.
Đoạn thứ nhất là đoạn làm việc ổn định với khâu phản hồi âm tốc độ nên ta có phương trình cơ điện: n= K U đ −
- Điện áp đặt ứng với chế độ làm việc ở đặc tính cao nhất Uđmax: Điện áp đặt được tính ở tốc độ định mức với chế độ làm việc ổn định, từ phương trình (iii) ta rút ra được:
Thay n = nđm = 600 (vg/ph) ta tính được điện áp đặt lớn nhất:
- Tại điểm không tải lý tưởng n = n0max ứng với dòng phần ứng Iư = 0
Thay vào (iii) ta được: nomax 17608,5.12,04
- Điểm làm việc ổn định là điểm (Iđm ; nđm) = (131,8 ; 600)
- Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 197,7 A thì tốc độ là nngmax nngmax 17608,5.12,04 0,55.4,06.131,8
= 599,46(vg/ph) Đoạn thứ hai là đoạn làm việc ứng với khâu phản hồi âm dòng điện còn khâu phản hồi tốc độ làm việc ở chế độ bão hòa.
Với hệ thống này ta chọn tốc độ tại thời điểm khâu ngắt bắt đầu tác động cũng là tốc độ mà tại đó khâu phản hồi âm tốc độ đạt giá trị bão hòa nbhmax = nngmax.
Lúc đó ta có: Utg = Uđmax - nbhmax = 12,04 – 0,02.599,46 = 0,05 (V)
Ta chọn Ubh = 8 V khi đó ta tính được hệ số khuếch đại tốc độ:
Từ phương trình (1) và (2) ta rút ra được phương trình đặc tính khi làm việc với phản hồi âm dòng có ngắt: n = KĐC.{KBĐ.KI [(Ubh – (Iư - Ing)] - IưRư} (*) Tại điểm khởi động ta có n = 0 ứng với dòng ngắn mạch ở đặc tính cao nhất là
Inm, thay vào (*) ta tính được dòng khởi động:
Vậy bội số dòng khởi động λ = Inm /Iđm = 234 /131,8 = 1,1 < 1,7 do đó hệ số này chấp nhận được để động cơ khởi động anh toàn. Đoạn thứ hai này đi qua hai điểm là điểm ngắt (1,5Iđm ; nngmax) và điểm khởi động (1,1.Iđm ; 0).
4.1.2 Đặc tính cơ thấp nhất Ở đặc tính cơ thấp nhất thì động cơ làm việc với sai số tốc độ là lớn nhất, tốc độ làm việc ứng với dòng định mức là nmin = nđm /10 = 600/ 10 = 60 (vg/ph)
- Điện áp đặt khi động cơ làm việc ở tốc độ nhỏ nhất
- Tốc độ không tải lý tưởng n0min: nomin 17608,5.1, 22
- Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 197,7 A thì tốc độ là nngmin nngmin 17608,5.1, 22 0,55.4, 06.131,8
- Dòng ngắn mạch ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất:
Ta cũng chọn tốc độ lúc khâu phản hồi dòng bắt đầu rơi vào trạng thái bão hòa là lúc khâu phản hồi âm dòng có ngắt bắt đầu tác động nbhmin = nngmin = 59,99vg/ph
Do điện áp bão hòa của KĐTT không đổi, đồng thời hệ số khuếch đại KI cũng không đổi nên điểm ngắn mạch của họ đặc tính cơ đều xuất phát từ một điểm là (2,26.Iđm ; 0). Đặc tính cơ của hệ kín được thể hiện trên hình
Hình 4.1 Đặc tính cơ của hệ kín 4.1.3 Kiểm tra chất lượng tĩnh Độ sai lệch tốc độ lớn nhất ứng với đặc tính cơ thấp nhất:
Ta thấy s% < 5% nên hệ thống kín đảm bảo chất luợng tĩnh.
Xây dựng đặc tính động
4.2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống
Các tham số cơ bản:
: Hệ số phản hồi âm tốc độ = 0,02
R: Tổng điện trở mạch phần ứng R = 0,55 (Ω).
Iư: Trị số dòng điện trên tải, tính theo dòng định mức động cơ Iưđm = 131,8(A)
K: Hệ số khuếch đại của động cơ.
Tính K: Để tính hệ số khuếch đại của bộ biến đổi (K) ta xây dựng đặc tính biểu diễn quan hệ Ud = f(Uđk) sau đó tuyến tính hoá đặc tính này ra đặc tính hệ số góc của đoạn đặc tính đó Hệ số của đoạn đặc tính cơ là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi
Quan hệ Ud = f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud = f() và = f(Uđk)
* Xây dựng quan hệ Ud = f():
Coi hệ thống làm việc ở chế độ dòng điện liên tục: Ud = Ud0.cos
Trong đó: Uđ0 = 257,3 (V) là điện áp chỉnh lưu không tải của bộ biến đổi là góc điều khiển Cho biến thiên từ = (0 /2) ta được các trị số Ud lập thành bảng sau:
* Xây dựng quan hệ = f(Uđk)
Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển (Uđk) thì giá trị góc điều khiển cũng thay đổi theo Ứng với mỗi (Uđk) khác nhau ta nhận được các giá trị của Căn cứ vào đồ thị của Uđk và điện áp tựa Urc, ta thấy góc biến đổi theo Uđk với quy luật sau:
. Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật toán thì tín hiệu là Urcmax = 14 (V) nên biên độ cực đại của Urc là Urcmax = 14 (V)
Song khi thực hiện so sánh thì Urc được dịch đi sao cho Urc = 0 khi = /2, nghĩa là ta chỉ sử dụng nửa biên độ cực đại của Urc
Cho biến thiên từ = (0 /2) ta được các trị số Uđk lập thành bảng:
Tuyến tính hoá đọan đặc tính AB, ta tính được hệ số khuếch đại của bộ biến đổi như sau.
St 3% ; D = 20; nđm = 1500 (v/p) thay vào công thức ta được:
Tính ky: ta có K = Ky.K.K Ky = K/ K.K
* Hệ số khuếch đại yêu cầu (Kyc) của toàn hệ thống
* Tóm lại mạch khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại là KYC = 0,348 Để thực hiện mạch khuếch đại trung gian này, sử dụng các vi mạch khuếch đại thuật toán mắc nối tiếp cùng với các điện trở chức năng.
Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động do có ảnh hưởng của nhiễu loạn bên ngoài mà hệ thống có thể bị mất cân bằng so với định mức.
Khảo sát hệ thống là để xét xem hệ thống đó có ổn định hay không, để từ đó tiến hành hiệu chỉnh hệ thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đặt được các chỉ tiêu mong muốn.
Khảo sát chế độ động của hệ thống, là việc khảo sát hệ thống tín hiệu với khái niệm Khi sự chuyển biến trạng thái của hệ thống sảy ra một cách đột ngột, hoặc rất nhanh mà tốc độ biến thiên năng lượng điện từ, năng lượng điện cơ là không thể bỏ qua nghĩa là các khâu quán tính đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm việc của hệ thống Khi khảo sát chế động của hệ thống cần nghiên cứu, khảo sát đặc điểm làm việc trong thời gian chuyển từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác.
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.
4.2.2 Khảo sát chế độ động của hệ thống
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh.
Ucđ: Tín hiệu đặt điện áp tốc độ (điện áp chủ đạo).
Hàm truyền của mạch khuyếch đại trung gian: w1 = wy = Ky/Tf.p + 1
Với Ky, Tf là hệ số khuyếch đại của mạch và hằng số thời gian của các bộ phân lọc.
Hàm truyền của bộ biến đổi: 2 ( ) 0 1 p T w K w v cl p
là hệ số khuyếch đại của chỉnh lưu Tv0 là hằng số thời gian T v m
; Trong đó m và là các pha chỉnh lưu và tần số góc của nguồn điện.
Hàm truyền của các khâu quán tính điện từ: 1
Hàm truyền của các khâu quán tính cơ: T p k w R w
Hàm truyền của các khâu nhiễu sức điện động của động cơ.: w k1
Với: Rư, Lư là điện trở, điện cảm mạch phần ứng động cơ.
Tư là hằng số thời gian của mạch phần ứng: Tư = Lư/Rư.
TM là hằng số thời gian cơ học: TM = J.Rư/(k) 2
K là hệ số khuếch đại của động cơ
Hàm truyền của khâu phản hồi âm dòng có ngắt: w6 = wI = KI/Tip + 1
Ti là hằng số thời gian của mạch lọc trong xen xơ dòng điện.
Hàm truyền của khâu phản hồi âm tốc độ: w7 = w = K /T p + 1.
4.2.3.Tính toán các hằng số thời gian và hệ số khuyếch đại (theo góc tốc độ )
Hằng số thời gian của mạch phần ứng:
Ta có: dm u dm dm dm dm u M
Ky = 1,1 và = 0,02 đã tính ở phần trước
Trong các phép tính trên sử dụng các đại lượng K(n), (n) là các hệ số tính theo tốc độ
4.2.4 Xây dựng hàm truyền của hệ thống Để xây dựng hàm truyền của hệ thống ta biến đổi tương đương sơ đồ cấu trúc của hệ thống.
Chuyển sang sơ đồ tương đương
Chuyển sang sơ đồ tương đương
Chuyển sang sơ đồ tương đương
Ta có hàm truyền hệ thống:
Thay các giá trị của hệ số và các hằng số thời gian ta được
Hiệu chỉnh hệ thống
Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn hoặc do nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống có thể bị mất ổn định Tính ổn định của hệ thống là tính hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất đi sau một khoảng thời gian nào đó hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi sai lệch đầu vào thay đổi
Xét ổn định cho hệ thống là xem hệ thống có ổn định hay không dựa vào các tiêu chuẩn ổn định Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đạt được các yêu cầu mong muốn
Dựa vào đặc tính tĩnh của hệ thống ta thấy rằng các phản hồi âm dòng và âm tốc độ luôn có xu hướng làm ổn định hệ thống Chỉ có 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 Sơ đồ khối của hệ thống lúc này được biểu diễn trên hình vẽ sau:
4.3.2 Xét ổn định của hệ thống: a Mô tả toán học các phần tử hệ truyền động T-Đ
* Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển:
Ta có sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu khi van dẫn dòng như sau:
Hình 4.2: Sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu điều khiển.
Do tính chất dẫn xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu nên thời điểm thay đổi tín hiệu điều khiển không trùng với thời điểm thay đổi góc Độ dài thời gian trễ này có đặc tính ngâu nhiên.
Do có khoảng thời gian trễ nên:
Hàm truyền của khâu chỉnh lưu:
Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn có thể dùng biến đổi gần đúng từ khai triển Mc.Lauin. e Pτ = 1
Và khi này có thế thay thế hàm trễ bằng một khâu quán tính.
- Sơ đồ cấu trúc của khâu chỉnh lưu như sau:
Hình 4.3 Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu.
* Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Ta có sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:
Hình 4.4 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều.
Xét ở chế độ quá độ, động cơ điện một chiều ta sẽ có các phương trình mô tả sơ đồ thay thế như sau:
Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng:
Biến đổi Laplace ta được:
Phương trình chuyển động của hệ:
15 ,5 0 , 64 (1,2 47 , 5) 2 =0 , 00305( s ) Chuyển sang toán tử Laplace ta có:
Từ các phương trình mô tả toán học trên ta có sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều như sau:
Hình 4.5 Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều
* Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ hở hệ thống T-Đ:
Căn cứ vào sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu và sơ đồ cấu trúc động cơ ta có sơ đồ cấu trúc động hệ thống khi chưa có khâu điều chỉ như sau:
Hình 4.6 Sơ đồ cấu trúc hệ hở.
Trong thực tế người ta thường bỏ qua khâu phản hồi sđđ trong tính toán các quá trình quá độ do quán tính càng lớn của nên có sự biến thiên chậm so với đại lương điện. b Xét tính ổn định hàm truyền hệ hở:
Vì vậy ta có hàm truyền hệ hở (giả thiết IC(p) = 0) như sau:
Trong đó: Đối với sơ đồ cầu 3 pha, thời gian trễ τ=1,67(ms)
Giải phương trình đặc trưng:
Ta có nghiệm: p1 = -71,43 p2 = -156,98 p3 = 0 Vậy hệ hở chưa ổn định, do đó em tiến hành thiết kế hai mạch phản hồi để bù sai lệch tĩnh, tăng cường độ chính xác và độ ổn định, cũng như tác động nhanh và tự động chống nhiễu phụ tải.
4.3.3.Thiết kế mạch điều chỉnh với hai vòng phản hồi tốc độ và dòng điện a Đặt vấn đề.
Trong các hệ điều chỉnh tự động nói chung luôn tồn tại các phần tử có chứa các hằng số thời gian lớn như hằng số thời gian điện cơ, hằng số thời gian điện từ, hằng số thời gian dây quấn kích từ… Và một phần chứa các hằng số thời gian nhỏ như hằng số thời gian nhỏ như hằng số thời gian của xenxơ, hằng số thời gian của mạch điều khiển Thyristor
Nếu ta có 1 đối tượng có hàm truyền:
K1 … Kn: Hệ số khuyếch đại của các khâu trong hệ thống. m : Số khâu quán tính của hệ thống.
Ti : Hằng số thời gian quán tính của các khâu quán tính
Nếu mạch có nhiều khâu quán tính có hằng số thời gian lớn thì độ tác động nhanh của hệ thống sẽ kém, sự ổn định của hệ kém, đồng thời sai số tĩnh sẽ lớn. Nên việc tổng hợp các bộ điều chỉnh được thực hiện theo từng mạch vòng để sao cho bù được các khâu có hằng số thời gian lớn để qua đó giảm được cấp cho mạch hở nhằm giảm sai lệch điều chỉnh và cải thiện chất lượng điều chỉnh của hệ thống là một việc rất quan trọng.
Hình 4.7 Mô tả đặc tính quá độ của dòng điện
Do đó ta phân tích đối tượng ra làm hai khâu:
Trong đó: n : là số khâu có hằng thời gian lớn cần khử. m : là số khâu có hằng số thời gian nhỏ không cần khử. Theo lý thuyết điều khiên tự động, muốn khử một khâu nào đó, ta chỉ cần đưa thêm vào hệ thống một khâu có hàm truyền bằng nghịch đảo của khâu cần khử.
Trong hệ thống truyền động điều chỉnh thường sử dụng các phương pháp hàm chuẩn tối ưu. b Các phương pháp dùng hàm chuẩn tối ưu.
* Phương pháp dùng tiêu chuẩn môdul tối ưu.
Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn môdul tối ưu.(tr.20_ĐCTĐ_Bùi Quốc Khánh)
1+2τ δ +2.τ 2 δ p 2 (1) Xét đối tượng là hàm hưu sai có hàm truyền;
Khi đó hàm truyền của khâu điều chỉnh R(p) được xác định theo biểu thức:
(3) Chọn = min{T1;T2}= T1 và thay S0(p) ở biểu thức (2) ta có:
Với hàm truyền R(p) thì sẽ bù được khoảng thời gian lớn T2.
Nhân cả tử và mẫu của (4) với T2 ta có:
2.T 1 K 1 ; TR =T2. Đây chính là khâu PI, do đó dùng mạch sau để thực hiện hàm truyền R(p). Với: KR = R2/R1 là hệ số khuyếch đại.
TR = R2.C2 là hằng số thời gian.
Hình 4.8 Cấu trúc mạch tích phân tỷ lệ.
Tuy nhiên bộ điều chỉnh PI có cấu trúc như trên vẫn có nhược điểm trong việc điều chỉnh độc lập hai tham số KR và TR. Để khắc phục nhược điểm trên ta dùng bộ PI có cấu trúc như sau:
Hình 4.9 Cấu trúc mạch tích phân tỷ lệ với hai thông số độc lập
Trong đó: U1: Tín hiệu đặt
Như vậy ta có thể điều chỉnh hằng số thời gian TR, bằng cách thay đổi R2. Sau đó chỉnh định hệ số khuyếch đại bằng việc chỉnh định ta có thể thay đổi KR rất rộng
Như vậy hàm truyền hệ hở là:
Do hằng số T1 nhỏ nên có thể coi F(p)= 1
* Phương pháp tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng.
Hàm chuẩn tối ưu đối xứng có dạng:
Xét hệ thống S0(p) có dạng:
Trong đó: TS : là tổng của các hằng số thời gian nhỏ.
T1 : là hằng số thời gian lớn.
Dùng hàm chuẩn tối ưu đối xứng để tổng hợp hệ thống nhằm bù được hằng số thời gian lớn T1 để đáp ứng yêu cầu về điều khiển hệ thống.
Hàm truyền của khâu điều khiển R(p) được xác định theo biểu thức:
Thay FĐX(p) từ biểu thức (5) ta được:
Chọn = min{T1;TS}=TS và thay S0(p) ở biểu thức (6) ta có:
Từ biểu thức (8) ta có R(p) là khâu tích phân tỷ lệ PI:
1+4T S p+8T 2 S p 2 +8.T S 3 p 3 c Tổng hợp mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ.
* Sơ đồ cấu trúc của hệ.
Khi xét hàm truyền của hệ theo tín hiệu U thì ta bỏ qua khâu nhiễu loại phụ tải.
Khi đó ta có sơ đồ cấu trúc như sau:
Hình 4.10 Sơ đồ cấu trúc của hệ
Trong đó: W : là bộ điều chỉnh tốc độ.
WI là bộ điều chỉnh dòng điện.
là hệ số phản hồi âm dòng.
là hệ số phản hồi âm tốc độ.
* Xác định một số thông số cơ bản:
Hệ số khuyếch đại của động cơ: K D =3,18
Hằng số thời gian điện từ của động cơ: T e =0,00637
Hệ số khuyếch đại của bộ chỉnh lưu được xác định:
K cl = ΔMU r ΔMU v = ΔMU d ΔMU dk →U d =f ( U dk )
Xét quan hệ Ud = f() Từ phương trình điện áp chỉnh lưu cầu 3 pha ta có:
Xét quan hệ Udk = f() Vì góc phụ thuộc vào điện áp điều khiển với các giá trị Uđk khác nhau thì thời điểm mở khác nhau nên ta có: α π=U dk
U rc →U dk =α π U rc Chọn Urc max = 12(V) là điện áp răng cưa cực đại phụ thuộc vào dung lượng của tụ C (trong mạch phát xung răng cưa).
Cho biến thiên từ (090 0 ) ở các biểu thức trên ta có:
Ud 241,02 208,729 120,51 0 Để đơn giản trong tính toán và trong giới hạn cho phép ta có thể tuyến tính hoá đường cong khi coi hệ khuyếch đại của bộ chỉnh lưu K = const.
Phản hồi dòng được lấy từ Shuntn dòng loại loại 70A/750mV mắc nối tiếp với động cơ.
Hệ số phản hồi dòng β= R S
THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
Giới thiệu sơ đồ
* Hệ thống trang bị điện điều khiển động cơ truyền động của cơ cấu nâng hạ đã thiết kế thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Khởi động động cơ cả hai chiều
- Tự động ổn định tốc độ và tự động hạn chế dòng phụ tải.
- Điều chỉnh được tốc độ với phạm vi rộng
* Hệ thống gồm 2 mạch chính:
- Mạch động lực: Động cơ điện một chiều kích từ song song.
Mạch chỉnh lưu cung cấp nguồn một chiều cho động cơ là mạch chỉnh lưu cầu có điều khiển bao gôm hai bộ điều khiển mắc song song ngược.
Cuộn kháng cân bằng dung để lọc dòng phần ứng của động cơ
Máy biến áp dòng để láy tín hiệu tốc độ cho khâu phản hồi mạch sẽ tạo góc dịch pha so với điệ áp lưới Để tác dụng khâu khuếch đại trung gian tạo ra điện áp để đưa tới U dk
Hai bộ phát xung và điều khiển T i , một bộ phát xung cho bộ thuận, một bộ phát xung cho bộ ngược Mỗi bộ gồm 6 kênh phát xung, các kênh này đều sử dụng
T i , BA xung khuếch đại thuật toán, để tổng hợp và khuếch đại xung.
Tín hiệu điều khiển được tổng hợp từ điện áp chủ đạo dương, tín hiệu phản hồi âm tốc độ, tín hiệu phản hồi âm dòng có ngắt qua khâu khuếch đại trung gian được cấu tạo từ các khuếch đại trung gian
MBA đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ cho các kênh phá xung.
Bộ nguồn nuôi để tạo ra nguồn nuôi cho các I c ,T i , BA xung.