do an trang bi dien-may doa 2620A

Khi đặt vào hệ thống một điện áp ứng với một tốc độ nào đó của động cơ thông qua khâu tổng hợp khuyếch đại và mạch phát xung FX sẻ xuất hiện các xung đưa tới cực điều khiển của các van b

KHOA ĐIỆN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

NGANG 2620A DÙNG HỆ THỐNG T-Đ

Giảng viên hướng dẫn hướng dẫn: VŨ ANH TUẤN

Sinh viên thực hiện: Trần Văn Viên

Nội dung đồ án môn học trang bị điện:

1 Giới thiệu về máy doa ngang 2620A

2 đánh giá phương án truyền động cũ và phương án thay thế

3 Thiết kế mạch lực hệ truyền động

4 Thiết kế hệ thống điều khiển mở van

5 xây dưng đặc tính tĩnh của hệ truyền động

6 Xét tính ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

7 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ truyền động

Ngày giao đề tài : Ngày 17 tháng 04 năm 2010

Ngày hoàn thành đề tài : ngày 16 tháng 05 năm 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trong công cuộc công nghiệp hoá đất nước, yêu cầu tự động hoátrong máy sản xuất ngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu xuấtsản xuất cao Mặt khác , với công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển ngàycàng cao và nhu cầu con người ngày càng đòi hỏi ngững sản phẩm sản xuất ra đạt độchính xác và độ thẩm mỹ cao

Trong thời đại hiện nay các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp cắt gọt kim loạiluôn đòi hỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như Có khả năng tự động hoá cao,

độ chính xác tuyệt đối Có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và bằng phẳng, kếtcấu gọn nhẹ, hiệu xuất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng đảm bảo tính kinh tế

Trong quá trình thực hiện làm đồ án bản thân được sự hướng dẫn tận tình củathầy giáo đã tạo điều kiện cho tôi được hoàn thành đồ án của mình Tuy đã có nhiều

cố gắng, song Kiến thức rộng và thực tế còn hạn chế nên khó tránh khỏi những saisót, tôi rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy Cô giáo để đồ án của tôi được hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày: 26/05/2010Sinh viên thực hiện: Trần Văn Viên

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: TRANG BỊ ĐIỆN

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động ăn dao của máy

doa ngang 2620ACHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620A

1 Đặc điểm công nghệ :

Máy doa ngang 2620A là loại máy doa vạn năng dùng để gia công lỗ đã khoanhoặc khoét mà kích thước giữa các tâm lỗ yêu cầu độ chính xác tuyệt đối cao từ cấp 9đến cấp 7 và ra = 6,3 ÷ 1,25μm Với dao doa có chất lượng tốt, chọn chế độ cắt và đểm Với dao doa có chất lượng tốt, chọn chế độ cắt và đểlượng dư phù hợp, doa có thể đạt độ chính xác cấp 6 Doa đạt độ cứng vững cao, lưỡicắt thường bố trí không đối xứng nên khắc phục được độ rumg động

Ngoài ra còn thực hiện một số nguyên công phụ khác như: khoan, phay bằngdao phay mặt đầu, gia công ren

Khi thực hiện các nguyên công trên máy doa thì sản phẩm đạt độ chính xác và

độ bóng rất cao

Chuyển động chính trên máy doa là chuyển động quay của dao doa, cònchuyển động ăn dao có thể là:

- Chuyển động ngang của bàn giá chi tiết gia công

- Giá dao hướng kính lắp trên mâm cặp thực hiện chạy hướng kính để xén mặt Sk

- Chuyển động di chuyển dọc trục của trục chính mang đầu dao

- Chuyển động phụ là: Chuyển động theo chiều thẳng đứng của ụ dao và Các động cơtruyền động bơm dầu của hệ thống bôi trơn và động cơ bơm nước làm mát

Đặc tính cơ của máy doa yêu cầu phải tuyệt đối cao với độ ổn định tốc độ phải

<10% Hệ thông truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máychính xác, đảm bảo sự liên động với truyền động chính và làm việc tự động

2 Yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện của máy doa ngang 2620A.

*Truyền động chính:

Là truyền động quay của mâm cặp chi tiết cần gia công Yêu cầu động cơmang dao doa phải đảo chiều quay đảm bảo nhẹ nhàng Phạm vi điều chỉnh tốc độ

yêu cầu D=130:1, với độ bằng phẳng điều chỉnh =1,26 Hệ truyền động trục chínhcần phải hãm dừng nhanh.

Hiện nay hệ truyền động trục chính của máy doa ngang 2620A thường dùng hệtruyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hai cấp tốc độ tamgiác- sao kép Ở những máy doa cỡ nặng có thể sự dụng động cơ một chiều, điềuchỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng Nhờ vậy có thể đơn giản kết cấu cơ khí Mặtkhác có thể hạn chế được mô men ở vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnhtốc độ hai vùng

3.Truyền động ăn dao.

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao yêu cầu D=1500:1 Lượng ăndược điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph Khi di chuyển nhanh, có thểđạt 2,5m/ph ÷ 3m/ph Lượng ăn dao(mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữkhông đổi

- Đặc tính cơ tuyệt đối cứng với độ ổn định tốc độ <10% Hệ thống truyền động ăndao yêu cầu độ tác động nhanh rất cao, dừng chính xác, đảm bảo liên độngvới hệtruyền động trục chính trong chế độ máy làm việc tự động

- Trong máy doa ngang hệ truyền động ăn dao là hệ truyền động một chiều T-Đ Hệđảm bảo dải điều chỉnh tốc độ rộng D=1500:1, độ bằng phẳng trong điều chỉnh tốc độ

φ 1, đặc tính cơ tuyệt đối cứng

CHƯƠNG II: ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CŨ VÀ PHƯƠNG

ÁN THAY THẾ

I Khái niệm chung :

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

Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để tạo ra như hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van Chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau với những ưu điểm khác nhau Do đó để có được một phương án phù hợp

Sơ đồ nguyên lý :

-Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất được cấp điện phần ứng từ máy phát F Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều KĐB ĐK, động cơ ĐK củng 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 cuộn dâyđộng cơ KT Đ Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F, do đó điện áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RK Đ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông

Phương trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ

d

u u

d k

R I k

uE uD

d

I k

R R

k

F E

Từ phương trình đặc tính cơ của hệ F

+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dể 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 giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làmviệc

- Nhược điểm :

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

+ 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 điều chỉnhsâu tốc độ

II Hệ truyền động tiristo - Động cơ :

Sơ đồ gồm :

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

- BBĐ : Bộ biến đổi dùng tiristor biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiềucấp cho động cơ

- Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất

- TH - KĐ : Khâu tổng hợp và khuyếch 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 lới điện với điện áp thích hợp , lúc này động cơ vẩn chưa làm việc Khi đặt vào hệ thống một điện áp ứng với một tốc độ nào

đó của động cơ thông qua khâu tổng hợp khuyếch đại và mạch phát xung (FX) sẻ xuất hiện các xung đưa tới cực điều khiển của các van bộ biến đổi Nên lúc này các van đó đang đặt điện áp thuận thì van đó sẻ mở Đầu ra của BBĐ có điện áp UCd đặt lên phần ứng của động cơ dẩn đến động cơ quay, tốc độ của nó ứng với UCd ban đầu.Trong quá trình làm việc, nếu một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì ta thấy :

Uđk = Ucd - .n , nên khi n giảm i Uđk tăng i  giảm iUđ tăng in tăng tới điểm làm việc yêu cầu Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình xẩy ra ngược lại, chính là qua trính ổn định tốc độ

E

n U K

K .(   )Phương trình đặc tính cơ của hệ thống :

d d

u b d

d

d b dk d

d

u b d

d

d

K

R R K

n U K K K

R R K

) (

.







u b dk

u b b

dk

d b

K K

R R K

K

U K

K

1

1

* Đánh giá chất lượng của hệ thống :

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

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

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

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

Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trường hợp phải sử dụng nguồn điện

áp một chiều có trị số thay đổi được để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tuỳthuộc mục đích sử dụng Các nguồn điện áp một chiều nhà máy phát điện mộtchiều, các bộ biến đổi tĩnh (Khuyếch đại từ) có khá nhiều nhược điểm, trong đó cónhược điểm cơ bản là tổn thất riêng khá lớn Cùng với sự phát triển của kỹ thuậtbán dẫn và vi mạch điện tử thì việc sử dụng các bộ chỉnh lưu bán dẫn có điềukhiển ngày càng được phổ biến và có nhiều ưu việt

* Sơ đồ nối dây hình tia:

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế

* Sơ đồ hình cầu:

Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu:

- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m van

có katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dương của điện áp nguồn ; m van

có anôt chung ( 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 anôt chung, 1 ở nhóm katôtchung

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL- Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế

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

- Sơ đồ tia:

Xét sơ đồ tia 3 pha katôt nối chung Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện + Điện áp Anôt - Katôt phải dương ( UA > 0)

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

Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pha

các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định

Ví dụ: ở pha A, trong khoảng wt = 0    uA>0

Tuy nhiên ở các khoảng wt = 0  /6 uC > uA

và wt = 5 /6   ub > uA

Như vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở

trong khoảng wt = /6  5/6 Trong khoảng

này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1

mở Tương tự với T2 và T3

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

- Sơ đồ cầu: Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu cầu ta có nhận xét: Để có dòng qua phụtải thì trong sơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thông, một ở nhóm anôt chung, một ởnhóm katôt chung Vậy với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏqua quá trình chuyển mạch thì khi bộ chỉnh lưu cầu m pha làm việc, ở một thời điểmbất kỳ trong sơ đồ luôn có 2 van có thể dẫn dòng khi có xung điều khiển: Van ởnhóm katôt chung nối với pha có điện áp dương nhất và van ở nhóm anôt chung nốivới pha có điện áp âm nhất Thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ cầu cũng được xác địnhnhư 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 ứng với

 (là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đangbắt đầu làm việc )dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở Do đó dòngđiện trong mạch phụ tải được xác định bởi sức điện động pha làm việc của máy biến

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 Dòngđiện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha của máy biến áp dưới tác dụng củahiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghỉa là dưới tác dụng của sức điệnđộng dây Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều cả sáu van của bộ biếnđổi đều tham gia làm việc

trị số trung bình của sức điện động chỉnh lưu Ed ở trạng thái dòng điện liên tục đượcxác định như sau : Ed = Eđmcos

Trong đó Eđm là trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu ứng với trường hợp   0

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

Eđm1 =1,17E2f Với sơ đồ cầu là Eđm2 =2,34E2f

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

Kết luận : Để phù hợp với yêu cầu của đề tài thì ta chọn bộ chỉnh lưu cầu 3 pha

c, Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều:

Do điện áp chỉnh lưu lặp đi lặp lại 2m (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 lu là tia hay cầu, số pha chẵn 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 2 / q( q=2m hoặc q = m) Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế củachỉnh lưu trong một khoảng thời gian làm việc của một van

Hình 2.7 : Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong khoảng thời gian làm việc của van

- U: tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối với các vanđang 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 thì :

u = Um.sin(wt +)

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

+  góc pha đầu, được xác định:  = / 2 -  / q + 

- T đặc trưng cho van đang dẫn dòng, ở sơ đồ tia là 1 van, sơ đồ cầu là 2 van nối tiếpnhau, bỏ qua sụt áp trên van

dt

di L i

R   sin(    )  (2-5)

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

] )

( 1

) sin(

1 [ ] )

( 1

) sin(

1

[

2

/ 2

arctg I

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

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

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

d, Đảo chiều trong hệ thống T - Đ :

Do tính chất dẫn dòng theo một chiều của chỉnh lưu và để phù hợp với truyền động

có công suất đã chọn ta dùng phương án đảo chiều trong hệ T- Đ là dùng 2 bộ biếnđổi Một bộ biến đổi làm việc ở chế độ thuận,một bộ thuận làm việc ở chế độ quayngược.Để điều khiển các bộ biến đổi ta dùng phương pháp điều khiển chung.Đây làphương pháp được dùng phổ biến trongh các truyền động đảo chiều tần số lớn màcòn giảm số lượng thiết bị

Sơ đồ nguyên lý của hệ T- Đ dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiểnchung:

Hình vẽ 2.8 : Sơ đồ nguyên lý T- Đ dùng 2 bộ biến đổi

Trong sơ đồ biến đổi dùng hai bộ biến đổi có 1 hệ phát xung điều khiển chung đồng thời phát xung đến 2 bộ biến đổi Trong đó một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu và một bộ làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ

Phương án này làm giảm số lượng thiết bị và tăng tần số đảo chiều Tuy nhiên ở chế độ dòng gián đoạn hoặc ở chế độ chuyển đổi làm việc giữa hai bộ biến đổi thì xuất hiện dòng không cân bằng nên người ta nối thêm các cuộn kháng cân bằng trong mạch

III Chọn phương án truyền động :

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

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

BBD2 CB1 CB2

CB4 CB3

3 pha

3 pha

Hệ thống FX BBD1

Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại người ta đang dần tiến hành thay thế hệ thốngtruyền động F - Đ bằng các hệ truyền động khác Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuyếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ Kích thước nhỏ và gọn nhẹ.

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

Nhìn chung hệ thống T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra Với những ưu điểm và những đặc điểm phù hợp cách truyền động.Vậy em chọn phương án truyền động T - Đ

Bởi vì hệ T-Đ có chế độ tác động nhanh và dễ tự động hoá , phù hợp với yêu cầu của

sự phát triển khoa học kỹ thuật đó là tối ưu hoá, tự động hoá gia công chi tiết chính xác, độ tin cậy cao giảm được sức lao động và tăng năng xuất, kích thươc cơ khí gọn nên phần cơ khí của máy gọn tạo nên tính thẩm mỹ của hệ thống

Vì kinh tế vốn đầu t và chi phí vận hành thấp hơn nhiều so với hệ truyền động F-Đ

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Muốn xây dựng sơ đồ mạch động lực phải chọn được sơ đồ chỉnh lưu để làm bộ biếnđổi cho mạch, như đã biết ở phần II, hệ T-Đ có tác động nhanh, sđđ Eđ của bộ biến đổi Khi biến đổi  từ 0 đến

2

, trị số Eđ biến thiên từ Eđm đến 0 Rõ ràng là các đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện là một họ các đường thẳng song song với nhau Các đường thẳng đó cắt trục tung tại những điểm tương ứng với các tốc độ không tải lý tưởng

'

 0 =

dm

v dm

K

U E



   cos

Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện khi bộ biến đổi là việc ở trạng thái động điện gián đoạn không thể biểu diễn bằng giải tích được

Trường hợp bộ biến đổi là việc ở trạng thái dòng điện liên tục, nếu biến đổi góc thôngvan  thì tốc độ không tải lý tưởng giả định  ' 0 biến đổi trong một phạm vi rộng Nếu

'0

 , hệ thống truyền động điện sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh Khi đó, năng lượng do máy điện một chiều sinh ra sẽ được bộ biến đổi van biến thành năng lượng điện xoay chiều để truyền vào lưới cung cấp Khi này, bộ biến đổi van làm việc ở

trạng thái nghịch lưu với đặc điểm sau: dòng điện trong mạch của nguồn xoay chiều chảy dưới tác dụng của s.đ.đ E của động cơ trong phần lớn khoảng dẫn của van, dòng điện này chảy ngược chiều sđđ của các cuộn dây máy biến áp.

Để không xảy ra hiện tượng ‘‘đột biến nghịch lưu’’ với dòng điện trong mạch lớn gấp nhiều lần so với lúc làm việc bình thường, dễ gây hỏng trong bộ biến đổi, mà trước hết là gây nguy hiểm cho các van, ta phải hạn chế góc thông van:

) (

max   

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

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

Khi tần số lưới là 50Hz, góc phục hồi tính chất ngắt của van ion bằng khoảng 120 Đối với Tiaristo, thời gian phục hồi tính chất ngắt không quá 150s, tương ứng với

2 Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ các công tắc chuyển đổi (bộ đảo chiều) (hình 3.2).

3.Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ bộ biến đổi van hai nhóm (hình 3.3).

Khi áp dụng hai phương pháp đầu, động cơ được xung cấp từ bộ điều khiển đơn (bộ biến đổi một nhóm) Tuy nhiên, khi đó rất khó thực hiện chuyển đổi từ trạng thái động cơ sang trạng thái hãm với chiều quay không đổi Sơ đồ đầu là rẻ nhất và đơn giản nhất, song có nhược điểm là thời hạn đảo chiều lớn, bằng khoảng(0,5 - 2,5)s ,( do hằng số thời gian của cuộn dây kích từ động cơ không lớn) Sơ đồthứ hai tuy có thời hạn đảo chiều nhỏ hơn nhưng van không thể dưới 0,1s vì trong quá trình đảo chiều, phải đảm bảo thứ tự tác động nhất định trong hệ thống điều khiển truyền động điện

Đối với các hệ thống truyền động yêu cầu đảo chiều nhanh và cần có trạng thái động

cơ hay trạng thái hãm trong cùng một chiều quay của động cơ, người ta sử dụng các

sơ đồ có hai nhóm van (bộ biến đổi kép) Mỗi nhóm dẫn dòng điện theo một chiều nên bộ biến đổi có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều Bộ biến đổi như vậy có thể được 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 hoặc sơ đồ song song ngược hoạt động tương tự như nhau Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dòng điện qua tải được đổi chiều Thực tế người ta hay sửdụng sơ đồ đấu song song ngược với các phương pháp điều khiển khác nhau Trong

sơ đồ song song ngược, cả hai nhóm van đều đựơc cung cấp từ một nhóm dây cuốn thứ cấp của máy biến áp

Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái động cơ, một nhóm van, ví

dụ 1V, làm việc ở trạng thái chỉnh lưu còn nhóm kia 2V bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở trạng thái nghịch lưu Trong trường hợp thứ hai, để loại trừ hiện tượng truyền năng lượng do 1V biến đổi vào lưới qua 2V ta phải bảo đảm Eđ2> Eđ1 Nếu 2V làm việc ở trạng thái chỉnh lưu, thì 1V phải được khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu Khi đó, tương ứng với trường hợp trên, ta có Ed1  Ed2: Như vậy nói

chung Edn1  Edc2 , trong đó Edn1 , Edc2 – s.đ.đ của các nhóm van bộ biến đổi làm việc ởtrạng thái nghịch lưu và chỉnh lưu.

Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái hảm tái sinh, một nhóm van làm việc ở trạng thái nghịc lưu, còn nhóm van kia bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc

ở chế độ chỉnh lưu Trường hợp này cũng phải đảm bảo quan hệ Edn1  Edc2

Trạng thái làm việc của bộ biến đổi van đảo chiều phụ thuộc rất nhiều vào phươngthức điều khiển cả hai nhóm van Khi điều khiển chung, tín hiệu điền khiển được đưa vào cả hai nhóm van sao cho đảm bảo được Edn1  Edc2 Trường hợp này cần hạn chế dòng điện cân bằng chạy giữa hai nhóm van dưới tác dụng của các trị số tức thời của s.đ.đ các nhóm van Do đó trong mạch của bộ biến đổi người ta nối các cuộn kháng cân bằng CB1 – CB4, như hình vẽ

Hình 3.4 : Sơ đồ nối song song ngượccủa hệ thống CL - Đ có đảo chiều quay

Để loại trừ dòng điện cân bằng người ta sử dụng phương pháp điều khiển riêng các nhóm van của bộ biến đổi Khi đó các tín hiệu điều khiển (xung) chỉ được đưa vào nhóm van đang làm việc, còn ở nhóm van kia (nhóm không làm việc tại thời điểm dang xét ) không có xung điều khiển nên nó bị ngắt để thay đổi trạng thái làm việc của bộ biến đổi người ta dùng một thiết bị biến đổi đặc biệt để ban đầu làm mất xung điều khiển trên nhóm van đang làm việc, rồi sau đó một khoảng thời gian ngắn (5 - 10s) đưa xung điều khiển lên nhóm van thứ hai

Ta có sơ đồ mạch lực như sau :

Hình 3.5 : Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động

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 1 chiều gọi là cuộn kháng san bằng

- BD là các máy biến dòng được sữ 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 Tiristor trong các quá trình chuyểnmạch và biến thiên

dt

di dt

du

;

- Đ là động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập, dùng để truyền động cho hệ thống

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN

I KHÁI QUÁT CHUNG

Như ta đã biết, để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại thời điểm mong muốnthì 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 dụngmạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển

Điện áp điều khiển các Tiristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất,biên độ cũng như thời gian tồn tại Do đặc điểm của Tiristor là khi van đã mở thì việctồn 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 vùngcực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Tiristor 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 4.1: Sơ đồ khối của khâu phát xung theo nguyên tắc pha đứng

- Khối 1 : Khối đồng bộ hóa và phát xung răng ca khối này có nhiệm vụ lấy tínhiệu 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 đa tới

U1: Điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu

urc: điện áp tựa hình răng ca 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 khiểncủa Tiristor.

Nguyên lý làm việc cơ bản của mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng:

Điện áp cấp cho mạch động lực của BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá củakhối 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 vàomạch 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 mach sosánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau Tại thời điểm trị số của 2 điện áp nàybằng nhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái  xuất hiện xung điện áp.Như vậy xung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa  bằng vớitần số nguồn cung cấp Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểmxuất hiện xung ra của mạch so sánh Xung này có thể đưa đến cực điều khiển củaThyristor 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 khuyếch đại và truyền xung Nhờ đó mà cácxung ra của mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các Thyristor

Mỗi Thyristor 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 phátxung này để phù hợp với quy luật mở các van ở mạch động lực

Từ sơ đồ khối của của mạch ta có thể phân tích và thiết kế từng khối chức năng

1 Khâu đồng bộ hoá và phát xung răng cưa:

Có rất nhiều loại mạch điện để tạo ra xung răng cưa nhưng trong trường hợp nàychọn khâu đồng bộ hoá sau :

Thiết bị của mạch gồm :

- BAĐ là máy biến áp đồng bộ xoay chiều một pha gồm một cuộn dây pha sơ cấp vàhai cuộn dây pha thứ cấp có cực tính ngược nhau Để lấy tín hiệu đồng bộ và haicuộn dây pha thứ cấp còn lại độc lập với hai cuộn dây trên dùng để cung cấp điện ápnguồn nuôi cho mạch điều khiển

- Trên mạch ra của cuộn dây thứ cấp lấy tín hiệu đồng bộ có các phần tử là mạch tạođiện áp răng cưa, trong đó :

+ Mạch gồm Tr2, ĐZ, R4, WR là mạch ổn định dòng để nạp tụ

+ URC là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ

+ U0 là điện áp ổn định trên điốt ổn áp DZ; ic1, ic2 là dòng điện cực góp Tr1 và Tr2

Hình 4.2 : Mạch tạo xung răng cưa

- Nguyên lý làm việc của khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa :

Điện áp Ucb2 giữa cực phát ra và cực Tr2 là Ucb2 = U0 - ic2.RWR, với RWR là trị sốđiện trở của biến trở WR Do sụt áp giữa cực phát va cực gốc của một Tranzitor hầunhư không đổi nên ta xem Ucb2 = A = const, vậy ta có : ic2 = (U0- Ucb2)/RWR = 1 constmặt khác ta lại có dòng điện qua cực góp Tr2 là không đổi

Ta giả thiết rằng : tại t = 0 thì Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang chu kỳ dương, tại t

= 0 thì điện áp trên tụ C = 0

Vậy sau thời điểm t = 0 thì Uđb > 0 nên điốt D được đặt điện áp thuận, D sẽ mở dẩnđến có dòng điện tử cuộn thứ cấp BAĐ đi qua R2 và D, nếu bỏ qua sụt áp rất nhỏ trêncuộn dây máy biến áp đồng bộ hóa và trên điốt D thì trên R2 được đặt điện áp bằngtoàn bộ sức điện động thứ cấp BAĐ tức là Uđb Điện áp sụt trên R2 lúc này có thể dư-ơng đặt vào cực phát Tr2 còn thế âm dặt vào cực gốc Tr1, do vậy mạch gốc phátTranzitor bị đặt điện áp ngược và Tr1 khóa và tụ được nạp điện bởi dòng cực góp Tr2

có giá trị ổn định Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật UC = I.t/c đây là quy luậttuyến tính

Hình 4.3 : Đồ thị điện áp khâu tạo xungĐến thời điểm t = thì Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm Van D bịđặt điện áp ngược và khóa lại do vậy điện áp đồng bộ không tác động đến mạch gốc

phát của Tr1 nữa lúc này dưới tác động của nguồn cung cấp một chiều qua điện trởđịnh thiên R1 trong mạch định thiên trong kiểu phân áp gồm R1 và R2 mà Tr1 mở Khi

Tr1 mở thì tụ ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua mạch góp phát của Tr1 và điện trởbảo vệ Tranzitor R3 Người ta tính chọn các điện trở R1, R2 và Tr2 sao cho Tr1 mở bảohòa với dòng cực góp là 1

Vậy tụ C sẻ ngừng phóng điện khi điện áp trên tụ giảm xuống bằng sụt áp bảohòa của Tr1 cộng với sụt áp trên R3 gây nên bởi dòng mở bảo hoà của Tr1; UR3 = iR3,sụt áp bảo hòa trên một Tranzitor rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua, mặt khác R3 và I cũng

có giá trị rất nhỏ (1 – 5 mA) nên ta có thể bỏ qua sụt áp trên R3 nh vậy thì tụ C phóngđến điện áp bằng không tại

t = vt và do Tr1 vẩn mở nên tụ vẩn giử nguyên giá trị điện áp bằng không cho đếnthời điểm t =2 Tại thời điểm này thì Uđb = 0 và lại bắt đầu chuyển sang dương,điốt D lại được đặt điện áp thuận và lại mở và Tr1 lại bị khóa, do vậy tụ C lại đượcnạp tương tự như khi t = 0 và sự làm việc của sơ đồ lặp lại như chu kỳ vừa xét.Điện áp răng cưa trên đầu ra cũng chính là điện áp trên tụ C và dạng điện áp ra URC

được cho trên đồ thị điện áp Với sơ đồ này thì biên độ điện áp răng cưa không phụthuộc vào biện độ điện áp đồng bộ, dạng điện áp ra đã gần giống hình răng cưa và độdài sườn trước(giai đoạn nạp tụ) cũng đạt đến 1800 ta sẻ sử dụng sườn này của URC.Trong sơ đồ thì R3 là điện trở hạn chế dòng phóng của tụ C qua Tr1 mở để bảo vệ Tr1,còn WR để điều chỉnh tiến độ điện áp răng cưa cho phù hợp với yêu cầu

2 Khâu so sánh.

Để tạo ra một hệ thống xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳđiện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn cung cấp cho bộ chỉnh lưu) và điều khiển đ-ược thời điểm xuất hiện các xung ta sử dụng mạch so sánh Có thể thực hiện khâu sosánh theo nhiều mạng khác nhau, ở đây ta dùng IC khuyếch đại thuật toán và cách nốihai tín hiệu URC và Uđk theo cách tổng hợp song song sơ đồ như sau

Hình 4.4 :Sơ đồ khâu so sánh

a, Thiết bị của mạch gồm :

- IC1 là IC khuyếch đại thuật toán có nhiệm vụ khuyếch đại và so sánh tín hiệu

URC và Uđk URC là điện áp răng ca có chu kỳ theo điện áp thuận đặt lên các van ởmạch động lực, còn Uđk là điện áp điều khiển

- Điốt D2 bảo vệ đầu ra của mạch so sánh

b, Nguyên lý làm việc :

Các điện áp răng cưa URC và điện áp điều khiển Rđk được đưa vào mạch so sánhvới cực tính khác nhau

Cụ thể trên sơ đồ ta có URC > 0 còn Uđk < 0 , IC thuật toán làm nhiệm vụ so sánh

và tại thời điểm U RC U dk thì đầu ra khối so sánh Ura sẻ thay đổi trạng thái cụ thể :Khi U RC U dk : Ura < 0   < 900

3 Khâu tạo xung.

Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của xung ở các kênh khác nhau mà người ta thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xung ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh chưa đáp ứng đủ các thông số yêu cầu của cực điều khiển Tiristor.Để có xung có đủ các thông số yêu cầu cần thiết

ta phải thực hiện khuếch đại xung, thay đổi lại độ dài xung, trong một số trường hợp cần phải phân chia các xung, và cuối cùng là truyền xung ra của mạch phát xung đến cực điều khiển và katôt của Thyristor Vì vậy mà ta phải sử dụng một số mạch điện

- Mạch khuyếch đại xung

- Mạch sữa xung

- Mạch phân chia xung

- Mạch chuyển xung đến Thyristor (thường được gọi là thiết bị đầu ra)

Toàn bộ các mạch này được ghép chung vào một khâu gọi là khâu tạo xung tuỳ từng trường hợp cụ thể mà có thể có đầy đủ các phần mạch riêng để thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ đã nêu, có trường hợp chỉ có một hoặc một số mạch nhất định nào đó

* Thiết bị của mạch bao gồm :

- R7, C1, D2, Tr2, Tr4 có nhiệm vụ sửa xung

- Tr3, Tr4, D3, D4, BAX có nhiệm vụ khuyếch đại và truyền xung cung cấp cho cực

G của Tiristor

* Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung :

- Xung truyền đến cực điều khiển Tiristor dùng máy biến áp xung BAX Máy biến áp xung ghép giữa đầu ra của tầng khuyếch đại công suất xung với cực điều khiển G và K của Tiristor

- Khuyếch đại xung : dùng tầng khuyếch đại Đalinhtơn mạch khuyếch đại có hệ

số khuyếch đại là :    1   2 trong đó  1 ,  2 là hệ số khuyếch đại của Tr3 ,Tr4)Sửa xung : Khi điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị dương, tụ C1 sẽ nạp (D2

khoá Tr3, Tr4 mở bởi xung dương theo đường + USS  R7  - C1  Tr3  Tr4 

-USS nên UC1 : UCC(+) điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị âm, đi ốt D2 phân cựcthuận, Tr3 và Tr4 khóa, tụ C1 phóng điện ( + C1 )  R7  USS  D2  (-C1) tụ C1

phóng nhanh về 0 và nạp lại với điện áp có cực tính ngựơc lại với hằng số thời gian

 = R7.C1 Do đó Tr3 và Tr4 không khóa lại ngay mà dần khóa lại tùy thuộc  , quá trình đó gọi là quá trình sửa xung

Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh ta thấy: Khi thấy đổi trị số điện áp điều khiển Uđk để thay đổi góc điều khiển  thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi

II THIẾT KẾ MẠCH KHUYẾCH ĐẠI TRUNG GIAN

Mạch khuyếch đại trung gian gòm các khâu điện áp chủ đạo ,khâu tổng hợp tínhiệu ,khâu phản hồi âm dòng điện và tốc độ.các khâu này đều sử dụng các vi mạchkhuyếch đại thuật toán kết hợp với các linh kiện liên quan nên tín hiệu ra là tuyếntính so với tín hiẹu vào thông số qua hẹ số khuyếch đại

1 Mạch khuyếch đại và tạo xung ( mạch tạo điện áp chủ đạo )

Hình 4.10 : Sơ đồ mạch điện áp chủ đạoKhuyếch đại thuật toán OA và các điot,điện trở ding để nhận tín hiệu U0 Vào và tạo

ra điện áp chủ đạo(tín hiệu chủ đạo)

2 Khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ :

Hình 4.11 :Sơ đồ mạch vòng âm tốc độ Tín hiệu phản hồi âm tốc độ được cấp từ máy phát tốc (FT) nên cùng trục với độngcơ.tín hiệu này tỷ lệ tuyến tính với tốc độ cơ

R20

R21

C

R19

R19

R18