Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động điện

Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động điện

Tính chất của máy phát điện đợc xác định bởi hai đặc tính: đặc tính từ hoá là sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải Các đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt do các phản ứng của dòng điện phần ứng v.v Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính hoá các đặc tính này:

Sức điện động của máy phát trong trờng hợp này sẽ tỉ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số hằng KF, nh vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc lập là một bộ khuyếch đại tuyến tính

Các biểu thức (1), (2), (3) chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì giữ nguyên Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh rộng hơn.

-Các chế độ làm việc của hệ F-Đ.

Trong mạch động lực của hệ F-Đ không có phần tử phi tuyến nào nên có đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc Với sơ đồ căn bản nh hình 10 động cơ chấp hành Đ có thể làm việc đợc chế độ điều chỉnh cả hai phía; kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo chiều quay bằng cách điều chỉnh dòng kích thích máy phát, hãm dộng khi dòng kích thích máy phát bằng không, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ, hãm ngợc cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế năng v.v Hệ F-Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần t của mặt phẳng toạ độ [w,M] (hình 11).

ở góc phần t thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn cùng chiều nhau, sẽ điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau và |EF| > |E|, | wC| > |w| Công suất điện từ của máy phát và động cơ là:

Các biểu thức này nói lên rằng năng lợng điện vận chuyển thuận chiều từ nguồn đ máy phát đ động cơ đ tải.

Nhận xét:

u điểm nổi bật của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng qúa tải lớn Do vậy thờng sử dụng hệ truyền động F-Đ ở các máy khai thác trong hầm mỏ.

Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần công suất động cơ chấp hành Ngoài ra các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó khăn điều chỉnh sâu tốc độ.

Trong hệ truyền động chỉnh lu điều khiển động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi là các mạch chỉnh lu điều khiển có suất điện động Eđ

phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển) Chỉnh lu có thể dùng làm nguồn chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ Sơ đồ nguyên lý nh hình 12.

Với bộ biến đổi là chỉnh lu hình tia 3 pha (hình 13 a,b,c):

Trong mạch tải có điện cảm L nên id thực tế là dòng điện liên tục id=Id Góc mở a đợc tính từ giao điểm 2 điện áp pha (phần giá trị dơng).

Giá trị trung bình của điện áp tải:

Hình 14 -a) Sơ đồ nối dây;

b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lu cầu không đỗi xứng c) Đồ thị thời gian Với chỉnh lu cầu một pha không đối xứng (hình 14):

. ( ) (đối với chỉnh cầu 1 pha)

Thay đổi góc điều khiển a từ 0 đến , suất điện động chỉnh lu thay đổi từ +Edmax

đ -Edmax và ta đợc họ đặc tính song song (hình 15) nhau nằm ở nửa bên phải của mặt phẳng toạ độ [w,I] do van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều Các đặc tính cơ của hệ CL-Đ mềm hơn các đặc tính của hệ F-Đ bởi thành phần sụt áp DUk do hiện t-ợng chuyển mạch giữa cac van bán dẫn gây nên.

Nhận xét:

Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyêch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống.

Nhợc điểm chủ yếu của hệ thống T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến mạnh, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện, và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay chiều Hệ số công suất cosf của hệ nói chung là thấp.

Kết luận:

Qua các nhận xét về hai hệ truyền động trên cùng với u nhợc điểm của chúng em quyết định chọn hệ truyền động chỉnh lu động cơ vì nó có nhiều u điểm hơn, và truyền động cho máy mài không cần công suất lớn nên tránh đợc nhợc điểm của nó là xấu điện áp nguồn và lới điện xoay chiều

IV Chọn bộ biến đổi

Sau khi đã chọn đợc hệ truyền động CL-Đ ta tiếp tục đi chọn bộ biến đổi Vì hệ có yêu cầu không cao về xung dòng điện ở mạch phần ứng và mạch kích từ Nên em chỉ xét hai bộ biến đổi: Sơ đồ cầu 1 pha và sơ đồ tia 3 pha.

1 Chỉnh lu cầu 1 pha không đối xứng

Khi =1 cho xung điều khiển mở T1 trong khoảng thời gian 12 tiristor T1 và điôt D2 cho dòng chảy qua Khi U2

bắt đầu đổi dấu D1 mở ngay, T1 tự nhiên khoá lại, dòng id=Id chuyển từ T1 sang D1 (lúc này D2 vẫn cho dòng chảy qua do sức điện động tự cảm trong Ld tạo ra).

D1 và D2 cùng cho dòng chảy qua, Ud=0

Khi =3=+a cho xung mở T3 Dòng tải id=Id chảy qua D1 và T2 Điot D2 bị khoá lại

Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng nhau Góc dẫn dòng của điốt là lD=+a, còn góc dẫn dòng của tiristor là lT=-a Giá trị trung bình của điện áp tải:

Hình 16 Sơ đồ đấu dâu của chỉnh lu cầu một pha bán điều khiển

Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp

Sơ đồ cầu cho phép sử dụng một nửa số van là tiristor, nửa còn lại là điốt Do đó làm giảm đợc giá thành thiết bị biến đổi vì rẻ tiền hơn nhiều so với tiristor Sơ đồ điều

* Giới thiệu sơ đồ:

BA: máy biến áp cung cấp.

T1,T2,T3: các van chỉnh lu có điều khiển * Nguyên lý làm việc:

Giả thiết Ld=Ơ, cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng a và cũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trớc thời điểm bắt đầu xét (wt=0)

Ta tạm giả thiết rằng : trớc thời điểm wt=n1=athì trong sơ đồ vanT3 đang dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T1 sẽ có điện áp thuận (vì uT1= ua- uc= uac , và tại wt =n1=a thì uac>0 nên uT1>0 ) Tại wt =n1=a thì T1 có tín hiệu điều khiển, T1 có đủ hai điều kiện để mở nên T1 mở và uT1 giảm về bằng không Do uT1=0 nên ud=ua , và từ sơ đồ ta xác định đợc điện áp trên T3 là

uT3=uc - ua = uac , tại n1 thì uac<0, tức là T3 bị đặt điện áp ngợng nên khoá lại, van T2 thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau n1 trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng, khi T1 dẫn dòng :

ud= ua ; iT1= ia = Id ; iT2=0 ; iT1=0 ; uT2= uba ; uT2=uca

Đến wt = 5/6 thì ua=ub , đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T2 , nhng T2 cha mở vì cha có tín hiệu điều khiển,do ua vẫn dơng kết hợp với tác dụng cùng chiều của s.đ.đ tự cảm trong Ld mà T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng.

Đến wt =  thì ua=0 và sau đó chuyển sang âm nhng T2 còn cha mở nên T1vẫn tiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của Ld ( ở đây a>300 ).

Tại wt = n2 = 5/6 + a thì T2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện áp thuận

Tại uT1=u1 (chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T1 1 góc điều khiển a) thì T1

có tín hiệu điều khiển lúc này uT1 thuận (uT1= uac tại u1>0) dẫn đến T1mở suy ra uT1

giảm về 0 và uT3= uc - ua = uca.

Tại n1: uT3 <0 tức là T3 bị đặt điện áp ngợc còn van T3 vẫn cha dẫn dòng Nh vậy trong gia đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng ta có:

-Đến wt= thì ua=0 và bắt đầu chuyển sang âm, ở trờng hợp này ta phải giả sử góc a> 300 thì tại thời điểm này van T2 vẫn cha có tín hiệu điều khiển ung, ua có xu h-ớng chống lại dòng qua T1, nhng do suất điện động tự cảm trong Ld do đó van T1 vẫn

Tại n4: uT2 <0 tức là T2 lại có tín hiệu điều khiển T1 mở, T3 bị đặt điện áp ngợc khoá lại Sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc ban đầu.

Qua phân tích 2 bộ biến đổi trên ta thấy sơ đồ 3 pha hình tia rất phức tạp và tốn nhiều linh kiện bán dẫn Còn sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng dùng ít linh kiện hơn, mật độ phức tạp ít hơn , nên đối với yêu cầu công nghệ của máy mài ta chỉ cần dùng sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng

V Mạch bảo vệ1 Bảo vệ cắt khẩn cấp

a Bảo vệ ngắn mạch và qúa tải bằng dây chảy

Để bảo vệ Tiristor và điôt tránh dòng điện phá hoại chúng em dùng dây chẩy tác động nhanh Loại dây chảy này làm bằng lá bạc đặt trong vỏ sứ có chứa cát thạch anh.

Hoạt động của dây chẩy chia thành hai giai đoạn (hình 15) -Giai đoạn chảy từ t=0 đến khi bắt đầu xuất hiện hồ quang thq -Giai đoạn hồ quang từ thq đến tc.

Cách đặt dây chảy bảo vệ thiết bị bán dẫn mà em dùng trong sơ đồ (hình 16): -Đặt nối tiếp từng Tiristor.

-Đặt từng pha của cuộn dây thứ cấp máy biến ấp.

b Bảo vệ quá điện áp

Tiristor cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức, ta gọi là quá điện áp Mà thờng do hai loại nguyên nhân sảy gây nên qúa điện áp.

Hình 15 Biều đồ hoạt động của dây

chảy Hình 16 Cách mắc dây chảy để bảovệ mạch

-Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện trong các lớp bán dẫn Khi khoá tiristor bằng điện áp ngợc các điện tích nói trên đổi ngợc hành trình, tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian rất ngắt

Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đờng dây nguồn dẫn đến các tiristor Vì vậy giữa Anot và Catot của tiristor xuất hiện quá điện áp (xem hình 17).

-Nguyên nhân bên ngoài

Những nguyên nhân ngoài thờng xảy ra ngẫu nhiên khi cắt không tải một máy biến áp trên đờng dây, khi một cầu chì bảo vệ nhẩy, khi có sấm sét.

Để bảo vệ quá điện áp em dùng mạch RC Mạch RC đấu song song với tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tự điện khi chuyển mạch gây nên Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp máy biến áp là để bảo vệ quá điện áp do cắt không tải (dòng điện từ hoá) máy biến áp gây nên (hình 18).

2 Bảo vệ cắt có thời gian

Quá tải, cách điện giảm, quá nhiệt v.v Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh sẽ tự thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc ngời vận hành trực tiếp điều chỉnh Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ tác động cắt hệ thống, ngừng làm việc để giải quyết vấn đề sự cố Mạch bảo vệ thực hiện cắt có thời gian bằng các thiết bị nh áptômát, rơ le nhiệt.

VI Chọn Chế độ hãm

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngợc chiều tốc độ quay Với động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngợc và hãm động năng Việc chọn phơng pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quan trọng.

1 Hãm tái sinh

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải Khi hãm tái sinh E>U động cơ làm việc nh một máy phát điện song song với lới So với chế độ động cơ, dòng và momen hãm đã đổi chiều và đợc xác định theo biểu thức:

Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải của cơ cấu thì hệ thống làm việc ổn định với wođ>wo.

Phơng trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là (hình 19):

Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất đợc đa trả về lới có giá trị P=(E-U)I Đây là phơng pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích.

Do bộ biến đổi đơn khôngcho phép dẫn dòng ngợc (mà ở chế độ hãm ngợc thỉ dòng điện đa lên lới bị đảo chiều (xem hình 19)) nên hệ truyền động của ta không thực hiện đợc hãm tái sinh.

2 Hãm ngợc

Trạng thái hãm ngợc của động cơ xảy ra khi phần ứng dới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngợc chiều với momen điện từ của động cơ Mômen sinh ra bởi động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.

Có 2 trờng hợp hãm ngợc:

a.Thêm điện trở phụ mạch phần ứng

Đa thêm điện trở phụ có trị số đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ sao cho momen ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mômen cản Trờng hợp này chỉ gặp khi tải thế năng Các đặc tính đợc biểu diễn trên hình 19-Đoạn đặc tính hãm ngợc là