PHẦN II CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ NGUYÊN LÝ SƠ ĐỒ A. KHÁI NIỆM CHUNG: * NỘI DUNG: Để thiết kế hệ thốn truyền động cho một đối tượng truyền động ta phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà đưa ra phương án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm của nó, nó chung phương án đưa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng hàng đầu. Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn. * Ý NGHĨA: Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng. Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hượng đến hiệu quả kinh tế của sản xuất. Nếu như lưa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng xuất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ tước. * PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN: Muốn chọn được hệ thống phù hợp với yêu cầu chúng ta phải đưa ra các phương án có thể đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sau đó đánh giá những ưu nhược điểm mà chọn cho hợp lý. I. CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN: Để thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa ra nhiều phương án khác nhau. Rồi sau đó so sánh các phương án trên hai phương diện kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất. Phương án tối ưu nhất là phương án đáp ứng được yêu cầu đề ra đồng thời là phương án đảm bảo về mặt kỹ thuật và chi phí thấp nhất. 1. PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG: Việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động cơ : a) Động cơ không đồng bộ: Được sử dụng rộng rãi trong thực tế, ưu điểm là cấu tạo đơn giản, đặc biệt là loại rô to lồng sóc. So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biến đổi khác nhược điểm là điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn. Phương trình đặc tính cơ : nhiªn Nh©n t¹o Trong đó : U f : là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta to R 2 , ,R 1 : là điện trở rô to và sta to đã quy đổi S : hệ số trượt của động cơ X nm =X 1 + X 2 : là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng tản sta to và rô to đã quy đổi Đặc tính của động cơ không đồng bộ M K RR K U fu u . 2 1 1 S Xnm Mth SX S R R s R U M nm f 2 2 , 1 2 , 3 Nếu trong khoảng 0 S < S th và nếu bỏ qua R 1 ở các động cơ cỡ lớn R 1 << X nm ta có phương trình dạng gần đúng : Với Lúc này dạng đặc tính gần đúng là dạng đường (1) nếu tuyến tính hoá đoạn làm việc ở vùng định mức thì dạng đường đặc tính là đường (2) thì phương trình đặc tính của nó là : Với đường đặc tính này ta có : dm dm S M 0 Như vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có giá trị (-) gần như không đổi và khá cứng Với đoạn S > S th khi S > S th bỏ qua S th /S và phương trình đặc tính cơ sẽ là: S SM M thth 2 2 0 . .2 S SM thth S S S S M M th th th 2 nm th X R S 2 nm ï X U M 0 2 2 3 dm dm S SM M Trong đoạn này độ cứng (+) và giá trị của nó biến đổi vì vậy người ta không làm việc trên đoạn này. b) Động cơ một chiều kích từ độc lập: Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy, có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều, nhưng nhược điểm là giá thành đắt . Động cơ điện một chiều gồm các loại kích từ song song, kích từ độc lập và kích từ nối tiếp. Với động cơ kích từ độc lập tức là điện áp phần ứng và cuộn kích từ được lấy từ hai nguồn riêng rẽ trong trường hợp nguồn có công suất vô cùng lớn thì có thể mắc cuộn kích thích song song với mạch phần ứng lúc này ta có động cơ kích từ song song. Phương trình đặc tính cơ của động cơ là: Với : : tốc độ quay của phần ứng (Rad/s ) U u : điện áp phần ứng (V ) R u , R f : điện trở phần ứng và điện trở phụ K , : hệ số và từ thông của động cơ, M : mô men tải Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có cuộn dây kích từ được ghép nối tiếp với phần ứng. Phương trình đặc tính cơ của động cơ trong trường hợp này là : Với : B M A . 2 CKAA 1 C : hệ số tỷ lệ Nhìn vào đặc tính ta thấy động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đường đặc tính mềm và độ cứng thay đổi theo tải do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể biết được sự thay đổi của phụ tải, động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mô men, do cuộn kích từ nối tiếp vùng dòng phần ứng lớn hơn định mức do đó mô men của nó tăng nhanh hơn sự tăng dòng điện, như vậy mức độ quá dòng như nhau thì động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mô men và khả năng khởi động tốt hơn động cơ điện một chiều kích từ song song, tuy vậy nó có nhược điểm là khi điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản ở vùng mô men định mức thì công suất động cơ này phải chọn lớn hơn trong trường hợp kích từ độc lập khi làm việc ở chế độ tốc độ cực đại . Đặc tính tự nhiên của động cơ một chiều kích từ độc lập và đặc tính tự nhiên và nhân tạo của động cơ một chiều kích từ nối tiếp. c) Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: Được sử dụng trong các động cơ có công suất trung bình và lớn có yêu cầu ổn định tốc độ cao, thường dùng cho các máy bơm, quạt gió có ưu điểm tốc độ cao và = .ở chế độ M< M đm động cơ làm việc với hệ số cos cao, hiệu suất lớn làm việc có độ tin cậy cao. Phương trình đặc tính cơ có dạng : P f 2 Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là mở máy phức tạp Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ : Với động cơ điện 1 chiều : C K U A u . 1 C K R B . Việc điều chỉnh động cơ dễ dàng nhất ta có thể điều khiển điện áp phần ứng, từ thông, bộ biến đổi đơn giản có thể dùng bộ biến đổi có điều khiển hoặc cồng kềnh hơn là máy phát động cơ dùng hệ thống này có ưu điểm là hoạt động tin cậy, bộ điều khiển đơn giản ( nếu dùng bộ biến đổi van ) giá thành bộ biến đổi thấp, điều chỉnh tốc độ dễ dàngvà có thể điều chỉnh trên toàn bộ giải điều chỉnh. Đặc tính điều chỉnh của động cơ 1 chiều như sau : Hình 3 Hình 4 (H-3) là đặc tính điều chỉnh điện áp phần ứng (H-4) là đặc tính điều chỉnh từ thông động cơ Với động cơ rô to lồng sóc: Để phù hợp với yêu cầu công nghệ thì ta chỉ dùng phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi f nguồn cung cấp mục đích là để thay đổi tốc độ lý tưởng trong phương pháp này thì giá thành của bộ biến đổi cao và có kết cấu phức tạp ( theo quy luật Mdm §Æc tÝnh c¬ b¶n điều áp khi điều tần ) nếu dùng các máy phát kiểu biến tần (biến tần quay ) thì hiệu suất thấp và hệ thống cồng kềnh nếu dùng bộ biến tần tĩnh thì do sự không sin của điện áp nên có nhiều sóng hài bậc cao đi vào mạch động cơ làm nóng lõi thép . Đặc tính điều khiển của động cơ như hình vẽ : Điều khiển điện áp phần ứng Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rô to Với máy điện không đồng bộ rô to dây cuốn, ta có thể dùng phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng để thay đổi tốc của nó. Ưu điểm là kết cấu bộ biến đổi rất đơn giản nhưng nó có nhược điểm là ở vùng tốc độ thấp do hệ số trượt S lớn nên gây tổn hao nhiều. P s = P đt . S Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc. Mặt khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao. Như vậy để thoả mãn yêu cầu công nghệ của máy bào giường ta sử dụng động cơ 1 chiều kích từ độc lập là hợp lý nhất vì nó có các ưu điểm về điều chỉnh tốc độ dễ dàng và dễ tự động hoá. 2. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ : Với động cơ 1 chiều khi dùng phương pháp điều chỉnh từ thông, thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng định mức do đó đặc tính thấp nhất trong vùng điều chỉnh chính là đặc tính có Uđm và đm gọi là đặc tính cơ bản tốc độ lớn nhất trong giải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp xấu đi do vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì ta cần phải giảm dòng I ư cho phép kết quả là M cp trên trục động cơ giảm rất nhanh ngay cả khi giữ nguyên I ư thì khi giảm , mô men cũng giảm rất nhanh, như vậy để giữ cho I ư không đổi thì trong toàn giải điều chỉnh mô men cũng giảm rất nhanh. Như vậy để thoả mãn điều kiện công nghệ là Mc = const trong toàn bộ giải điều chỉnh thì động cơ cần chọn phải có công suất lớn hơn công suất định mức D lần với D là khoảng điều chỉnh, với máy bào giường D =10/1 do vậy công suất động cơ cần chọn lớn 10 lần so với công suất định mức do vậy gây lãng phí. Phương pháp điều chỉnh mạch phần ứng Xuất phát từ phương trình: E b R b - R ưđ = - I ư K đm K đm Ta thấy khi thay đổi E b thì tốc độ không tải lý tưởng thay đổi do đm không đổi trong toàn bộ giải điều chỉnh nên M của động cơ cũng không đổi và đặc tính cơ cũng không thay đổi độ cứng. M ccp = K . đm . I đm Như vậy phương pháp này tiết kiệm nhất vì động cơ đã chọn phù hợp trong toàn giải điều chỉnh và bằng giá trị định mức, điều này cho phép động cơ làm việc đầy tải ở mọi điểm của vùng điều chỉnh. Như vậy ta chọn phương án điều chỉnh điệp áp mạch phần ứng vì các ưu điểm mà ta đã nêu. 3. PHÂN TÍCH CHỌN BỘI BIẾN ĐỔI: Theo phương pháp điều chỉnh tốc độ đã chọn ở trên ta cần phải có điện áp một chiều, điều chỉnh được, đảo dấu được, mà ở đây ta chỉ có điện áp xoay chiều vì vậy ta chỉ có thể dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Sau đây ta lần lượt xét các bộ biến đổi với các ưu khuyết điểm của nó. a) Hệ thống máy phát động cơ ( F- Đ): Sơ đồ nguyên lý: + Nguyên lý điều chỉnh. Khi thay đổi trị số R k ta có dòng kích từ thay đổi do tốc độ của động cơ không đổi, do tốc độ của máy phát không đổi nên điện áp do máy phát phát ra thay đổi do đó làm thay đổi tốc độ động cơ Phương trình đặc tính cơ của hệ thống là: K F . F . R ưF + R ưĐ = - K . đ (K . đ) 2 PN Trong đó KF = gọi là hệ số cấu tạo của máy phát Uktf CKF F § CK§ H·m ngîc M Tù nhiªn [...]... truyền động điện cho máy bào giường 5 CHỌN THIẾT BỊ PHỤ CHO BỘ BIẾN ĐỔI: - Máy biến áp động lực: Dùng để cung cấp điện áp phù hợp với bộ biến đổi - Cuộn kháng san bằng: Dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ra bộ biến đổi - Mạch R-C: Dùng để bảo vệ qua áp cho các van tiristor trong quá trình chuyển mạch - Áptômát AB: Dùng để đóng, cắt điện và bỏ vệ sự cố cho máy biến áp - Công tắc tơ: Dùng... phân tích trên ta thấy bội biến đổi Tiristor - Động cơ (T - Đ) có ưu điểm hơn cả, vì hệ thống gọn nhẹ, chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao suy ra hệ thống phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy bào giường Vì vậy ta chọn bộ biến đổi Tirristor - động cơ (T-Đ) làm bộ biến đổi cho truyền động máy bào gường 4 PHÂN TÍCH CHỌN SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI T-Đ: Các linh kiện bán đẫn được thiết kế theo hai... điện cho các động cơ như hình II -1 và hình II- 2 T1 iT1 iA A iB B ic C BA * * a i a * T2 iT2 * b ib * T3 iT3 * c i c Hình II- 1 CKĐ iT1 T1 i * i* C * A B iA BA B c Hình II2 * * * T4 iT4 iT3 T3 i.T T5 T T 6 iT6 5 Đ CKĐ 2 iT2 - Sơ đổ hình tia đơn giản, số van ít hơn hai lần so với sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha đối xứng Sơ đồ hình tia 3 pha có sụt áp và tổn thất công suất chỉ trên 1 van nên... hình cầu tốt hơn hẳn điện áp ra của sơ đồ hình tia * Vì vậy trong bản thuyết minh này em chọn sơ đồ bộ biến đổi hình cầu 3 pha đối xứng cho truyền động máy bào giường - Việc điều khiển các bộ biến đổi hình tia hoặc hình cầu để phù hợp với yêu cầu công nghệ là nhất quan trọng Hiện nay người ta thường sử dụng 2 phương pháp điều khiển là điều khiển chung( hay điều khiển phụ thuộc) và điều khiển riêng( hay... F F là Sđđ của máy phát RưF là điện trở phần ứng của máy phát RưĐ là điện trở phần ứng của động cơ Đ là từ thông của động cơ - Đặc tính điều chỉnh của hệ thống như hình vẽ các đặc tính cơ nằm // với nhau và có độ cứng không đổi: (Kđ)2 = RưĐ + RưF Ứng với mỗi giá trị của IkF ta có 1 đường đặc tính với tốc độ không tải lý tưởng khác nhau Đặc tính điều chỉnh của hệ thống ( F - Đ) Nhận xét: Ưu điểm... đổi Từ các thiết kế ở trên ta được sơ đồ mạch động lực như hình II- 3 6 GIỚI THIỆU MẠCH ĐỘNG LỰC: Sơ đồ nguyên lý mạch động lực được biểu diến như hình II- 3 mạch động lực sử dụng các thiết bị có chức năng và nhiệm vụ như sau - Đ: là Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập Nhiệm vụ biến điện năng thành cơ năng truyền động cho phụ tải yêu cầu - CKĐ: Là cuộn dây kích từ của động cơ Đ, có chức năng cung cấp... cuộn kháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến áp động lực - K: Là tiếp điểm thường mở của khởi động từ, có tác dụng đóng cắt nguồn điện mạch thứ cấp máy biến áp động lực và các bộ biến đổi - TI: Là các bộ biến dòng, gồm 3 máy biến dòng mắc theo sơ đồ sao không có chức năng để tín hiệu phản hồi âm dòng điện Lấy tín hiệu điện tỷ lệ với dòng điện phần ứng động cơ thông qua dòng của lưới điện... các sơ đồ chỉnh lưu để gửi tới khâu hạn chế dòng điện - 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 - PT1T PT3T và PT1N PT3N: Là các tranzitor quang hay (photo tranzitor) chức năng của các phần tử này là để lấy tín hiệu kiểm tra dòng điện trong... cơ quay thuận - T1N T6N: Là các tiristor phục vụ cho động cơ Đ quay theo chiều ngược SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC 380.v BA AB K K K ia ib ic TI T1T T3T T6T T5T PT1T T4T T2T C1 C4 R4 C3 PT2T R1 R3 C6 R6 C5 R5 C2 R2 T4N T6N PT3T T1N T3N T2N T5N H RH KH Đ CKĐ FT - BA: Là máy biến áp động lực, đây là máy biến áp 3 pha 3 trụ có sơ đồ đấu dây /.Nhiệm vụ biến điện áp của lưới thành ii n áp phù hợp... quay thuận và ngược) sao cho sau chỉnh lưu nhận được điện áp phù hợp với điện áp phần ưng động cơ Đ - AB : Là áptômat mắc phía sơ cấp máy biến áp động lực, có tác dụng để bảo vệ sự cố ngắn mạch phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp động lực (BA) Khi áptômát (AB) cắt thì má động của nó tiếp đất để có thể dập điện áp tàn dư trong máy biến áp Ngoài ra áptômát AB còn có chức năng để đóng cắt nguồn điện cho toàn . công nghệ là Mc = const trong toàn bộ giải điều chỉnh thì động cơ cần chọn phải có công suất lớn hơn công suất định mức D lần với D là khoảng điều chỉnh, với máy bào giường D =10/1 do vậy công. cao nếu sử dụng máy điện đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì năng suất lao động không cao. Như vậy để thoả mãn yêu cầu công nghệ của máy bào giường ta sử dụng. đổi Tiristor - Động cơ (T - Đ) có ưu điểm hơn cả, vì hệ thống gọn nhẹ, chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao suy ra hệ thống phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy bào giường. Vì