công nghệ và các yêu cầu về trang bị điện cho máy doa ngang 2660

Chơng 2 các phơng pháp điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đ2.1 điều chỉnh tốc độ truyền động điện Trong quá trình làm việc tốc độ của động cơ điện thờng b

Chơng 1Tổng quan về công nghệ và các yêu Cầu về

trang bị điện cho máy doa ngang 2660

Đ 1.1 đặc điểm công nghệ của máy doa ngang 2660

Máy doa ngang dùng để gia công chi tiết với các nguyên công khoét lỗ trụ ,khoan lỗ và có thể dùng để phay Thực hiện các nguyên công gia công trên máydoa sẽ đạt đợc độ chính xác và độ bóng cao ( =12 13).)

Máy doa đợc chia thành 2 loại chính : máy doa đứng và máy doa ngang Máy doangang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng Hình dạng bề ngoài củamáy doa ngang nói chung và của máy doa ngang 2660 đợc giới thiệu trên hình 1-1

Theo nh hình vẽ thì trên bệ máy 1 đặt trụ trớc 6, đó có ụ trục chính 5 Trụ sau 2 có

đặt giá đỡ 3) để giữ trục trong quá trình gia công Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịchchuyển ngang hoặc dọc bệ máy ụ trục chính có thể dịch chuyển theo phơng nằmngang

3

4

5

6 2

1

Hình 4-1: Hình dạng bên ngoài máy doa ngang

Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) Chuyển

động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay dichuyển dọc của trục chính mang đầu dao Chuyển động phụ là chuyển thẳng đứngcủa ụ dao

Đ1.2 Yêu cầu về trang bị điện và truyền động điện của

máy doa ngang 2620

1.Yêu cầu đối với truyền động chính

Cần phải đảo chiều quay của chuyển động chính Phạm vi điều chỉnh tốc độ vôcấp (D=13).0/1) tốc độ quay của trục chính điều chỉnh trong phạm vi (12,5  1600)vòng /phút

Với công suất không đổi Độ trơn điều chỉnh  =1,26 Hệ thống truyền độngchính cần phải hãm dừng nhanh

Hiện nay , hệ truyền động chính của máy doa thờng sử dụng động cơ không

đồng bộ Roto lồng sóc và hợp tốc độ (động cơ có nhiều cấp tốc độ ) ở những máydoa cỡ nặng và trung bình , nh máy doa ngang 2620 Có thể sử dụng động cơ điệnmột chiều , điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng Nhờ vậy , có thể đơn giản kếtcấu cơ khí , mặt khác có thể hạn chế đợc mômenởvùng tốc độ thấp bằng phơngpháp điều chỉnh tốc độ hai vùng

2.Yêu cầu đối với truyền động ăn dao

Phạm vi điều chỉnh của chuyển động ăn dao là D = 1500/1 trong quá trình cácnguyên công gia công , tuỳ từng chi tiết gia công và yêu cầu về độ bóng khác nhau

mà lợng ăn dao đợc điều chỉnh hợp lý Đối với máy doa ngang 2660 thì lợng ăndao đợc điều chỉnh trong phạm vi (0 600) mm/ph.Khi di chuyển nhanh , có thể đạttới 2,5 m/p - 3).m/p Mặt khác , lợng ăn dao yêu cầu phải đợc giữ không đổi khi tốc

độ trục chính thay đổi Để đảm bảo đợc các yêu cầu đó thì đặc tính cơ cần có độcứng cao , với độ ổn định tốc độ s = 5% Hệ thống truyền động ăn dao phải đảm

bảo độ tác động nhanh , cao, dừng máy chính xác , đảm bảo đợc sự liên động vớitruyền động chính khi làm việc tự động

Hệ thống truyền động ăn dao cho máy doa ngang 2660 có thể sử dụng hệ thốngkhuếch đại máy điện - động cơ điện một chiều có bộ khuếch đại điện tử trunggian Tuy nhiên , nhợc điểm hệ thống truyền động này là có kết cấu cồng kềnhkhông tiện lợi cho việc lắp đặt , sử dụng , bảo quản Hơn nữa nó cha đạt hiệu suấtcao Khắc phục nhợc điểm trên , ta thiết kế và đa vào sử dụng hệ thống truyền

động Thysistor - Động cơ điện một chiều cho cơ cấu ăn dao của máy doa ngang2660

Chơng 2

các phơng pháp điều chỉnh tốc độ đối với động

cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đ2.1 điều chỉnh tốc độ truyền động điện

Trong quá trình làm việc tốc độ của động cơ điện thờng bị thay đổi do sự biếnthiên của tải , của nguồn và do đó gây ra sự sai lệch về tốc độ thực so với tốc độ đặt,hay tốc độ mong muốn (tốc độ làm việc của hệ thống truyền động điện do côngnghệ yêu cầu ) Bởi vậy , việc điều chỉnh tốc độ là một trong những vấn đề quantrọng trong truyền động điện tự động

Một yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ truyền động là sự phù hợp giữa đặc tính điều

cũng nh phơng pháp điều chỉnh nào cho đặc tính điều chỉnh bám sát yêu cầu củatải Mặt khác , vẫn phải luôn đảm bảo đợc tính ổn định công tác trong chế độ làmviệc xác lập cũng nh quá trình quá độ

Đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập , về phơng diện điều chỉnh tốc

độ có nhiều u việt do khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng , cấu trúc mạch lạc ,mạch điều khiển đơn giản , chất lợng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độrộng Sau đây là các phơng pháp điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độclập

Đ2.2 các phơng pháp điều chỉnh tốc độ đối với

động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Để có những phơng pháp điều chỉnh tốc độ hợp lý thì trớc hết ta phải xem xét

đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập , nó biểu thị quan hệ giữatốc độ quay và mômen : n = f(M).Và đợc viết dới dạng :

của động cơ điện một chiều cũng hầu nh không đổi vì thực ra ảnh hởng làm giảmbớt từ thông của phản ứng ngang trục rat nhỏ cho nên biểu thức(2 –1)

có thể viết dới dạng :

) 1 2 (

U n

M

C

te t

te I C C

) 2 2 (

Và đặc tính cơ của động cơ điện kích từ là một đờng thẳng nh hình vẽ dới đây :

Đờng đặc tính cơ trên ứng với trờng hợp mạch của phần ứng không có điện trởphụ và đợc gọi là đờng đặc tính cơ tự nhiên Do R rất nhỏ nên khi thay đổi từkhông đến định mức tốc độ giảm rất ít (khoảng 2- 8 % tốc độ định mức ) cho nên

đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập rất cứng

1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Nếu tăng điện trở rđc trên mạch kích thích từ ứng vơi các trị số khácnhau của

điện trở kích thích ta có các đặc tính cơ tơng ứng nh trình bày ở hình (2-1)

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập với những dòng kích thích khác nhau Theo hình 2-1 các đờng đặc tính cơ có no lớn hơn và có độ nghiêng khác nhau sẽgiao nhau trên trục hoành tại điểm ứng với dòng điện rất lớn

I = U/R theo điều kiện n = 0 của các biểu thức (21 ) hoặc (2 2) Đ ờng thấp nhất trên hình ứng với từ thông Φđm Giao điểm của đờng momen cảncủa tải MC = f(n) với các trên cho biết tốc độ xác lập ứng với các trị số khác nhaucủa từ thông

Do điều kiện đổi chiều , các động cơ thông dụng hiện nay có thể điều chỉnh tốc

độ quay bằng phơng pháp này trong giới hạn 1 : 2 Cũng có thể sản xuất những

động cơ có giới hạn điều chỉnh 1: 5 thậm chí 1 : 8 nhng phải dùng những phơngpháp khống chế đặc biệt

đm

n

nnn

+

-IktRd

+

I

E

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần cứng Khi có thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng thì biểu thức (2_2) trở thành

ứng với các trị số khác nhau của Rf thì có các đờng đặc tính cơ khách nhau Trong đó ứng với Rf =0 là đờng đặc tính cơ tự nhiên Điều này đợc thể hiện ở hình(2-3).)

Ta thấy rằng nếu Rf càng lớn đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng cao và do đó càngmềm hơn và ngợc lại Nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi nhiều ki tải thay đổi Cũng nhtrên giao điểm của những đờng đó với đờng M0=f(n) cho biết trị số tốc độ xác lậpkhi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ Rf

3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp

Phơng pháp này chỉ áp dụng đợc đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lậphoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập Việccung cấp điện áp có thể điều chỉnh đợc cho động cơ từ một nguồn độc lập đợc thực

ở những điện trở phụ khác nhau của động cơ điện một chiều kích thích độc lập Hình 2-3: Đặc tính cơ (và đặc tính tốc độ)

4 3

1 2

Rf Rf

Rf Rf Rf=0

U0

Iđm Mđm M(I ) U

0

hiện trong kĩ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát - Động cơ theo sơ đồ nguyên

lý đợc trình bày trên hình 2-4

) ( dtd/c C

R

E U I

Khi thay đổi điện áp U ta có một họ đặc tính cơ có cùng một độ dốc (hìnhdới)

Theo đó , đờng 1 ứng với Uđm > U2 > U3) Đờng 4 ứng với U4 > Uđm Nóichung vì không cho phép vợt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnh tốc độ trêntốc độ định mức không đợc áp dụng hoặc chỉ thực hiện đợc trong phạm vi rất hẹp

Ngày này , tổ máy phát máy phát - động cơ thờng dùng trong các máy cắt kimloại và máy cán thép lớn để đa tốc độ động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộngrãi , 1:10 hoặc hơn nữa

M(I)0

U

MđmIđm

123)

đồ diod ngợc ) Trong các sơ đồ chỉnh lu có diod ngợc Khi có và không có điềukhiển , năng lợng đợc truyền từ phía lới xoay chiều sang một chiều , nghĩa là cácloại chỉnh lu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lu Đối với các bộ chỉnh lu có

điều khiển , không diod ngợc có thể trao đổi năng lợng theo cả hai chiều Khi nănglợng truyền từ lới điện xoay chiều sang tải một chiều , bộ nguồn làm việc ở chế độchỉnh lu , còn khi năng lợng truyền theo chiều ngợc lại (từ phía tải một chiều vềphía lới xoay chiều ) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lu trả năng lợng về lới Theo dạng nguồn cấp xoay chiều chúng ta có thể chia chỉnh lu thành một trong

ba pha Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lu là : dòng điện và điện áp tải ,dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp thứ cấp biến áp (nếu có ) , số lần đập mạchtrong một chu kì Số lần đập mạch trong một chu kì là quan hệ của tần số sóng hàithấp nhất của điện áp chỉnh lu cới tần số điện áp xoay chiều

Theo hình dạng các sơ đồ chinh lu với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có thểphân loại chỉnh lu thành các loại sơ đồ sau :

1 Chỉnh lu một nửa chu kỳ

T

U2 U1

ở sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kỳ hình 3).- 1 Sóng điện áp ra một chiều sẽ bịgián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anod của van bán dẫn âm Do vậy ,khi sử dụng sơ đồ chỉnh lu một nửa chu kỳ , chúng ta có chất lợng điện áp xấu , trị

số điện áp tải trung bình lớn nhất đợc tính :

Udo = 0,45 U2 : Với tải thuần trở ta có Ud = Udo

Với tải điện cảm lớn Ud = Udocos

Với chất lợng điện áp ra xấu và cũng cho ta hệ số sử dụng biến áp xấu Đánh giáchung về loại chỉnh lu này ta có thể nhận thấy đây là loại chỉnh lu cơ bản , sơ đồnguyên lý mạch đơn giản Tuy vậy các chất lợng kỹ thuật nh : chất lợng điện ápmột chiều , hiệu suất sử dụng biến áp rất xấu Do đó loại chỉnh lu này ít đợc sửdụng trong thực tế

Khi cần chất lợng điện áp khá hơn , ngời ta sử dụng sơ đồ chỉnh lu cả chu kỳtheo các phơng án sau:

3.Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính

Theo sơ đồ trên , biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau ,

ở mỗi nửa chu kỳ có một van bán dẫn cho dòng điện chạy qua Cho nên ở cả 2 nửa chu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn Trong sơ đồ này điện

U1

Hình 3-2 Sơ đồ chỉnh l u cả chu kỳ

1 T U

T 2

t t

2 T

1 T







Id 0

1 t

Ud

t t

t 3 t

t 2

áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ , với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện

áp xoay chiều Hình dạng các đờng cong điện áp , dòng tải (Ud , Id) , dòng điện các van bán dẫn T1, T2 và điện áp của các van đợc mô tả trên hình 3).- 3).a khi tải thuần trở

và trên hình 3).-3).b khi tải điện cảm lớn

Điện áp trung bình trên tải , khi tải thuần trở dòng điện gián đoạn đợc tính :

U d  do.

2 2 2

1 pha điều khiển đối xứng

So với chỉnh lu nửa chu kỳ , thì loại chỉnh lu này có chất lợng tốt hơn Dòng

điện chạy qua van không quá lớn , Tổng điện áp rơi trên van nhỏ Đối với chỉnh lu có

điều khiển , thì sơ đồ hình 3).-2 nói chung và việc điều khiển các van bán dẫn ở đây

t-ơng đối đơn giản Tuy vậy , việc chế tạo biến áp có 2 cuộn dây thứ cấp giống nhau ,

mà mỗi van chỉ làm việc có một nửa chu kỳ , làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn , hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn , mặt khác điện áp ngợc

của các van phải chịu là lớn nhất

điện áp lới trên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trớc Chỉnh lu cầu một pha hình(3).-4) có chất lợng điện áp ra hoàn toàn giống nh chỉnh

lu cả chu kỳ với biến áp trung tính.Nghĩa là trong trờng hợp tải thuần trở dòng điện gián đoạn thì điện áp trung bình đợc của tải tính bằng:

Uđ= Uđ0(1 + Cos)/2

Còn khi tải điện cảm lớn dòng điện , điện áp của tải liên tục thì điện áp một chiều :

 cos 0

U 

2 2

U do





Hình dạng các đờng cong điện áp , dòng điện tải , dòng điện các van bán dẫn và

điện áp của một van tiêu biểu gần tơng tự nh hình (3).-3).a, b) Trong sơ đồ này dòng

điện chạy qua van giống nh sơ đồ hình (3).-2) nhng điện áp ngợc van phải chịu nhỏ hơn:

Việc điều khiển đồng thời các Tiristor T1, T2, và T3)., T4 có thể thực hiện bằng nhiều cách Một trong những cách đơn giản nhất là sử dụng biến áp xung có 2 cuộn thứ cấp (Hình 3).-5)

Tuy vậy chúng ta sẽ gặp khó khăn trong khi mở các van điều khiển nhất là khi công suấtxung không đủ lớn Để tránh việc mở đồng thời các van nh trên mà trong chừng mực nào đó vẫn có thể đáp ứng đợc yêu cầu về chất lợng điện áp ngời ta sử dụng chỉnh lu cầumột pha điều khiển không đối xứng

*

*

2 T D

1 T

* D

Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng hai phơng án khác nhau nh hình (3).-6)

Cả hai sơ đồ trên đều có 2 Tiristor và 2 diod , mỗi lần cấp xung điều khiển chỉcần một xung, điện áp trên tải có hình dạng và trị số giống nhau , cả hai sơ đồ đều không làm việc ở chế độ nghịch lu trả năng lợng về lới do đờng cong điện áp trên tải chỉ có phần dơng

Về hoạt động, khi điện áp dới đặt vào anod và catod của các van bán dẫn thuậnchiều và có xung điều khiển thì việc dẫn dòng các van làm việc giống nhau Khi điện

áp đổi dấu năng lợng của cuộn L đợc xả qua các diode D1,D2 các van này sẽ đóng vai trò của diod ngợc Chính đó mà các Tiristor sẽ tự động khoá lại khi điện áp đổi dấu Việc chuyển mạch các có điều khiển đợc thực hiện bằng việc mở van kế tiếp và các van dẫn thông trong một nửa chu kỳ

Về trị số thì dòng điện trung bình chạy qua van bằng :

Dòng điện hiệu dụng của van :

d

 0 , 71

Ld Rd

U

D2 D1

T1 T2

U

T2 D1

Hình 3-6: Sơ đồ chỉnh l u cầu, 1 pha ĐK không đối xứng

Nhìn chung các loại chỉnh lu cầu 1 pha có chất lợng điện áp tơng đơng nh chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính , chất lợng điện một chiều nh nhau, dòng

điện làm việc của van bằng nhau, nên việc ứng dụng chúng là tơng đơng nhau Mặc

dù ở chỉnh lu cầu một pha có u điểm hơn ở chỗ : Điện áp ngợc trên van bé hơn, biến

áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn Nhng chỉnh lu cầu một pha có số lợng van nhiều hơn, giá thành cao hơn, chỉnh lu cầu điều khiển đối xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn

Nh vậy, các sơ đồ chỉnh lu một pha cho ta điện áp với chất lợng cha cao, biên

độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn Điều này không áp ứng chonhiều loại tải Muốn có chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử dụng các sơ đồ có

số pha nhiều hơn

Id Id

t

t

t

t t

T 1

1

D

dòng điện các van bán dẫn của các sơ đồ hình 3-6a, b

Hình 3-7: Giản đồ các đ ờng cong điện áp, dòng tải điện,

4 Chỉnh lu tia 3 pha :

Rd Lđ

T2 B

Hình 3-8a: Sơ đồ chỉnh l u tia3 pha

góc mở =60 các đ ờng cong gián đoạn Hình 3-8c: Giản đồ đ ờng cong khi

t 0

t t

T 2

1 T

t

t 4

t 3 2 t 1 t

Id Ud

0

t

Khi biến áp có ba pha đấu sao (Y) trên mỗi pha A, B, C ta nối một van nh hình 3).-8a Ba catod đấu chung cho ta điện áp dơng của tải, còn trung tính biến áp sẽ

là điện áp âm Ba pha điện áp A, B, C lệnh nhau một góc là 1200 theo các đơng cong

điện áp pha Chúng ta có điện áp của một pha dơng hơn điện áp của hai pha kia trongkhoảng thời gian 1/3) chu kỳ (1200) Từ đó thấy rằng, tại một thời điểm chỉ có điện ápcủa một pha dơng hơn hai pha kia

Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào

d-ơng hơn van đó mới đợc kích mở Thời điểm 2 điện áp của hai pha giao nhau đợc gọi

là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn Các Triristor chỉ đợc mở thông với góc

mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên Nh vậy trong chỉnh lu ba pha, góc mở nhỏ nhất =00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 3).00

Theo các hình 3).-8b, 3).-8c, tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, nh vậy mỗi van thông trong 1/3) chu kỳ nếu điện áp tải liên tục (Hình 3).-8b), còn nếu tải gián

đoạn (Hình 3).-8c ) thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng thời gian van khoá dòng điện van bằng 0 Tuy nhiên trong cả 2 trờng hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng : Itb = 1/3).Iđ

Điện áp của van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn Ví dụ, trong khoảng t1 t3). van T1 khoá còn van T2 dẫn do đó van T1

phải chịu mức điện áp dòng UAB , đến khoảng t3). t4 các van T1, T2 khoá còn T3). dẫn, lúc này T1 phải chịu điện áp dây UAC

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc góc mở của các Tiristor Nếu góc mở Tiristor nhỏ hơn 3).00 , các đờng cong Ud , Id

liên tục ; khi góc mở lớn hơn >3).00 điện áp và dòng điện tải gián đoạn

Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn ) dòng điện , điện áp tải là các đờng cong liên tục , nhờ năng lợng dự trữ trong các cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu

Trị số điện áp trung bình của tải sẽ đợc tính bằng : Ud=Ud0.cos

nếu điện áp tải liên tục, khi điện áp tải gián đoạn ta có :

Trong đó : Ud0=1.17 U2f Điện áp chỉnh lu tia 3) pha khi van là diod

0

d

U U

Tóm lại , so với chỉnh lu một pha thì chỉnh lu tia ba pha có chất lợng điện áp một chiều tốt hơn , biên độ đập mạch thấp hơn thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trờng hợp này tơng đối đơn giản Với việc dòng điện trong mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều có biến áp 3) pha 3) tụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến

áp phải lớn

5 Chỉnh lu tia 6 pha

Ta đã biết sơ đồ chỉnh lu tia ba pha ở trên có chất lợng điện áp tải cha thật tốt lắm Khi cần chất lợng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lu tia 6 pha Sơ đồ động lực đợc mô tả nh hình 3).-10a

Sơ đồ chỉnh lu tia 6 pha đợc cấu tạo bởi 6 van bán dẫn đợc nối tới biến áp ba pha với 6 cuộn dây thứ cấp trên mỗi tụ biến áp có hai cuộn dây giống nhau và ngợc pha Điện áp các pha lệch nhau một góc là 600 đợc mô tả nh trên hình 3).-10b Với dạng sóng điện áp tải ở đây là phần dơng hơn của các điện áp pha với đập mạch bậc

6 Ta thấy chất lợng điện áp một chiều đợc coi là tốt nhất

Trong trờng hợp dòng điện liên tục (Tải thuần trở với góc mở </3) , hoặc tải

điện cảm ) thì điện áp tải đợc tính nh sau :

Ud=Ud0.cos  Còn trong trờng hợp dòng điện gián đoạn ( tải thuần trở >/3).) thì điện áp tải đợc tính :

0

d U U

Hình 3-10b: Đ ờng cong điện áp tải

t 0

C A B

Hình 3-10a: Sơ đồ động lực

T1 A

*

T3 C

*

Ld Rd

A B C

6 Chỉnh lu cầu 3 pha

a Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng

Sơ đồ chỉnh lu cầu 3) pha điều khiển đối xứng (hình 3).-11a) có thể coi nh hai sơ

đồ chỉnh lu tia 3) pha mắc ngợc chiều nhau , 3) Tiristor T1 , T3)., T5 tạo thành mộtchỉnh lu tia 3) pha cho điện áp dơng tạo thành nhóm anod , còn 3) Tiristor T2, T4,

T6 ,tạo thành chỉnh lu tia cho điện áp âm tạo thành nhóm catod, lên chỉnh lu nàyghép lại thành cầu 3) pha

Theo hoạt động của chỉnh lu cầu 3) pha điều khiển đối xứng , dây điện chạyqua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia , do đó tại mỗi thời điểm cần mởTiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod(+) ; một xung ở nhóm catod(-)) và cần chú ý thứ tự cấp xung điều khiển cũng cầntuân thủ theo đúng thứ tự pha

Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển , dòng điện sẽ chạy từ pha có

điện áp dơng hơn về pha có điện áp âm hơn Ví dụ trong khoảng t1t2 pha A có

điện áp dơng hơn , pha B có điện áp âm hơn , với việc mở thông T1 , T4 dòng điệnchạy từ A về B

Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn trong mỗi khoảng dẫn của một giancủa nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau

Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1t3). nh hình 3).-11b Tiristor T1 nhóm anoddẫn nhng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng

t2t3).

Điện áp ngợc các van phải chịu ở chỉnh lu cầu 3) pha sẽ bằng 0 khi van dẫn

và bằng điện áp dây khi van khoá Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 ; trong khoảng

t1t3). T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3).t5 van T3). dẫn lúc này van T1 chịu điện

T1 T2

T5 T6

Hình 3-11a: Sơ đồ động lực chỉnh l u cầu 3 pha ĐKĐX

Khi điện áp tải liên tục , nh đờng cong Ud trên hình 3).-11b trị số điện áp tải

0

d U U

b.Giản đồ các đờng cong cơ bản

c Điện áp tải khi góc mở =600

Nh thế sự phức tạp của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng là cầu phải

mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự van do đó gây không ít khó khăn cho việcchế tạo vận hành và sửa chữa Để đơn giản hơn ngời ta có thể sử dụng sơ, đồ cầu 3).pha điều khiển không đối xứng

0

UT1

T 6

. T3

C B

1

T

Hinh 3-11b

Hinh 3-11c

b Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng

Loại chỉnh lu này đợc cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển vàmột nhóm không điều khiển nh mô tả trên hình 3).-12a

Hình 3-12a: Sơ đồ động lực

Ld Rd

T2 D2

3

Hình 3-12b: Giản đồ các đ ờng cong

0 Ud

B A

t t t t t t t

Ud

t

2

D

Nguyên lý hoạt động và các đờng cong điện áp tải , khoảng dẫn các van đợcmô tả nh hình 3).-12b Theo đó các Tiristor đợc dẫn thông từ thời điểm có xung mởcho đến khi mở Tiristor của pha kế tiếp ví dụ , T1 mở thông từ t1 (thời điểm phátxung T1 ) tới t3).(thời điểm phát xung mở T2) Trong trờng hợp điện áp tải gián đoạnTiristor đợc dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điên áp đổi dấu Các diod tự

động dẫn dòng khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều Ví dụ : D1 phân cực thuậntrong khoảng t4t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng

t4t5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5t6

Chỉnh lu cầu 3) pha ĐK không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tụckhi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600 khi góc mở tăng lên và thành phần điệncảm của tải nhỏ , dòng điện áp của tải sẽ gián đoạn

Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khigóc mở đạt tới 1800 Ngời ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả củatổng hai điện áp chỉnh lu tia 3) pha Ta có :

Còn điện áp tải đợc tính :

Trong đó :

Tuy việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lu cầu 3) pha có điều khiển

dễ dàng hơn nhng các điều hoà bậc cao của tải và nguồn lớn hơn vậy nên , so vớichỉnh lu cầu 3) pha điều khiển đối xứng thì trong sơ đồ này việc điều khiển các van

đợc dễ dàng hơn thực hiện đơn giản hơn Ta có thể coi mạch điều khiển của bộchỉnh lu này nh điều khiển một chỉnh lu tia ba pha

Vậy nên , có thể nói chỉnh lu cần 3) pha hiện nay là sơ đồ có chất lợng điện

áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất nhng cũng là sơ đồ phức tạp nhất

1 max 2

3 3

f f

U 3 6 2  2 , 34 2





Đ 2 lựa chọn sơ đồ mạch động lực.

Sau khi tìm hiểu về các thông số cơ bản, đặc điểm, hoạt động của các loại sơ đồchỉnh lu dòng điện xoay chiều hiện nay; cùng với việc phân tích u, nhợc điểm của từng sơ đồ; căn cứ vào các yêu cầu của việc lựa chọn sơ đồ thiết kế, chúng ta có thể tiến hành lựa chọn một sơ đồ mạch động lực hợp lý cho tải của ta là động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Do giải điều khiển rộng , độ ổn định dòng điện và điện áp, yêu cầu về chất lợng

điện áp một chiều cao Mặt khác nguồn cấp ở đây là lới ba pha công nghệ Cho nên, chúng ta cần phải chọn chỉnh lu ba pha

Công suất của động cơ một chiều ở đây không quá lớn Hơn nữa yêu cầu về chất lợng điện một chiều không quá cao nên ta có thể chọn sơ đồ chỉnh lu tia ba pha

Đặc biệt động cơ điện một chiều của ta lại có điện áp một chiều định mức là 220V Bởi vậy , sơ đồ tia ba pha có u điểm hơn tất cả Thật vậy , theo sơ đồ này khi chỉnh l-

u trực tiếp từ lới chúng ta có điện áp một chiều là : 220.1,17 = 257 V

Nh thế , để có điện áp là 220V nhất thiết phải chế tạo máy biến áp mà chỉ cần tạo một cuộn kháng lọc của van là đủ

Mặt khác , chọn chỉnh lu tia ba pha thì việc điều khiển đơn giản hơn so với cácchỉnh lu nhiều pha khác , đờng cong điện áp tải đẹp hơn , trơn hơn

Sau đây là các thông số cơ bản của mạch lực :

10 7 ,

.U

U lv  nv

U

Trong đó :

( Tra bảng 1- Tài liệu hớng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất

– Trần Văn Thịnh ) Đối với sơ đồ chỉnh lu tia 3) pha thì :

Thay số ta đợc :

- Điện áp, dòng điện làm việc của van là :

Với : Khd =0.58 (Tra từ bảng 2- Tài liệu HDTKĐ TCS- trần văn thịnh)

17 1 ,

6  



) ( 6 460 17

1

220

d hd hd

lv     



Ta đợc :

Với:

Ihd , Id : dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải

Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng

* Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ngợc của van cần chọn lớn hơn điện áp làm việc của van theo công tắc (2) qua một hệ số dự trữ

Unv = Kdtu Ulv

Chọn Kdtu =(1,62)

ở đây ta chọn Kdt=1,8 vậy nên Unv =1,8.460,6=83).0 (V)

Idmv =KI Ilv (3).)Với điều kiện làm việc của van là có cách toả nhiệt với đầy đủ diện tích toả nhiệt, không quạt đối lu không khí , ta có :

Tiristor loại P 027 RH10CGO với các thông số định mức sau :

) ( 91 5 25

* 57 3

* 57 3 28

100

A

lv lv





) ( 5 22 58 0

8 14

A



s V du

/ 20



- Thời gian chuyển mạch (mở và khoá) : tcm =3).5s

- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax=1500c

2 Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện đập mạch

Cuộn kháng lọc để đảm bảo lọc các sóng hài của điện áp chỉnh lu Ud(t) Nó duy trì dòng điện tải Id(t) liên tục trong dải điều chỉnh từ Idmin đến Idmax Lọc

(chặn ) để cho dòng điện xoay chiều trên tải chỉ vào khoảng (3).%5%) Idđm

Trị số điện cảm cuộn kháng lọc thành phần dòng điện đập mạch cần thiết lập đợctính theo biểu thức :

Với : Idmin =(3).%5%)Iđm

Trong đó :

Lct : trị số điện cảm lọc đập mạch cần thiết [H]

Idmin : dòng điện tải nhỏ nhất nhất (A)

 =3).14 – Tần số góc (rad/s)

U : Trị số hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc 1 của

điện áp chỉnh lu Ud0 [V] Tra bảng - hình dới với  =900

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1.0 Un/Udo

m=2

m=3

Khi không tải : Ud0 =Ud + Uv +UBa +Udn

Ta có phơng trình cân bằng điện áp khi có tải là :

Ud0 cos(min) = Ud + Uv + UBa + Udn Trong đó :

min = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lới

Uv =2,57 V : Sụt áp trên Tiristor

UBa= Ur +x – Sụt áp trên máy biến áp ở đây coi UBa =0

57 , 222 10

cos

57 , 2 220

0

) ( 394 , 0 444 , 0 314 3

6 , 116 2

H



dm dm

dm c

ud p n

U L





2

60

/





2 1500

50 60 60





 f n

p

dc

) ( 012 , 0 8 14 1500 2 2

60 220

25 ,





C¸c th«ng sè ban ®Çu:

1 Do ®iÖn c¶m cuén kh¸ng lín vµ ®iÖn trë rÊt bÐ nªn ta cã thÓ coi tæng trë cuénkh¸ng xÊp xØ b»ng ®iÖn kh¸ng cña cuén kh¸ng :

Zk  Xk = 2f’..Lk=2.3) 50.0,3).92=3).59,84 ()

2 §iÖn ¸p xoay chiÒu r¬i trªn cuén kh¸ng läc :

3) C«ng suÊt cña cuén kh¸ng läc lµ :

4 TiÕt diÖn cùc tõ chÝnh cña cuén kh¸ng läc :

KQ : hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t , khi lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ tù nhiªn KQ= 5

ChuÈn ho¸ tiÕt diÖn trô theo kÝch thíc cã s½n :

) ( 113 2

444 , 0 84 , 359 2

444 , 0 113 2

5 , 35 5

f S

Q Q  

Ta có kết cấu mạch từ cuộn kháng lọc nh hình vẽ dới đây :

6 Chọn mật độ từ cảm trong trụ BT = 0,8 T

7 Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng lọc thì trong cuộn kháng sẽ xuất hiện một sức điện động EK :

EK =4,44 w.f’.BT.QGần đúng ta có thể viết : EK = U = 216,5 (v)

 W=956 (vòng)

8 Ta có dòng điện chạy qua cuộn kháng :

i(t)=Id + I1m cos(60 +1) Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng :

9 Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng:

J=2,75 (A/mm2)

10 Tiết diện dây cuốn cuộn kháng

Chọn dòng tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B, chọn SK=5,73).mm2 (theo

bảng 3).-Tài liệu hớng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất Trần Văn Thịnh ) Với kích thớc dây: aK.bK=1,3).5.4,40 (mm.mm)

Tính lại mật độ dòng điện:

) ( 2 , 1250 10

25 , 3 8 , 0 50 3 44 , 4

5 , 216

44 ,

Q f

U W

444 , 0 8 , 14 2

2 2

2 1 2

A

m d

8 , 14

mm J

L=2.c+2.a = 2.80 +2.20 = 200(mm) 16.Chän kho¶ng c¸ch g«ng tíi cuén d©y:

17.TÝnh sè vßng d©y trªn mét líp:

Víi W1=26(vßng) 18.Sè líp d©y quÊn:

Mçi líp cã 26 vßng

19 Chän kho¶ng c¸ch c¸ch ®iÖn gi÷a d©y quÊn víi tô: a01=3).mm

C¸ch ®iÖn gi÷a mçi líp: cd1=0,1 mm

20 BÒ dµy cuén d©y:

Bd=(aK+cd1).n1=(1,3).5+0,1).48=69,6(mm) 21.Tæng bÒ dµy cuén d©y:

Bd=Bd+a01= 69,6 + 3) = 72,6 (mm)

7 , 0

.



CS ld

Q

S w K

) 2

( 07 , 96 7

, 0

38 , 5 1250

cm S

w Qcuaso

h

Q

0 , 12

07 , 96

, 4

2 2 120 2

b

hg h



) ( 48 26

1250

1

w w

n   

22.ChiÒu dµi cña vßng d©y trong cïng:

l1=2.(a+b)+2..a01=2(20+3).0)+2.3) =118,84(mm) 23) ChiÒu dµi cña vßng d©y ngoµi cïng :

l2 = 2(a + b) + 2..(ao1 + Bd) = 2(20 +3).0) + 2(3) + 69,6) = 555,9(mm) 24.ChiÒu dµi trunh b×nh cña mét vßng d©y:

25 §iÖn trë cña d©y quÊn ë 750

) ( 4 , 337 2

9 , 555 84 , 188 2

200 120 2 ( 10 30 20 ) 2 (

2 2

.

) ( 672 , 1 38

, 5

1250 10 4 , 337 02133 , 0

.

Có hai nguyên tắc cơ bản xây dựng hệ truyền động T- Đ đảo chiều :

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ

- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng

Trong thực tế các sơ đồ truyền động (T- Đ) đảo chiều có nhiều song đều đợcthực hiện theo một trong hai nguyên tắc trên

Đ2 Lựa chọn sơ đồ truyền động (T- Đ) có đảo chiều thích hợp

Từ những yêu cầu về công nghệ đã tìm hiểu ở chơng đầu , qua tìm hiểu về tải

đến đây ta có thể đa ra 2 loại sơ đồ chính cần lựa chọn :

* Sơ đồ truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần cứng động cơ và đảochiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần cứng

* Sơ đồ truyền động theo phơng pháp điều khiển riêng bằng logic điện tử

1.Sơ đồ truyền động dùng các công tắc tơ chuyển mạch

Theo sơ đồ này , ngời ta dùng một bộ nguồn chỉnh lu cấp cho phần ứng và côngtắc tơ thuận nghịch chuyển mạch ở phần ứng của động cơ để đảo chiều quay Điềunày đợc thể hiện ở hình 4-1 dới đây :

Dựa vào sơ đồ trên ta thấy , khi động cơ chạy thuận , các công tắc tơ N1 ,N2 mở(không cho dòng điện chạy qua) Do đó dòng điện từ bộ nguồn chỉnh lu sẽ chạy quacông tắc tơ thuận I1 qua động cơ và cuối cùng qua công tắc T2 Trên hình vẽ dòng

điện ith sẽ chạy theo chiều AEFB

Ngợc lại khi đảo chiều quay của động cơ (động cơ chạy ngợc ) Các công tắc tơthuận T1 và T2 sẽ đợc mở ra , còn các công tắc tơ ngợc N1 , N2 đóng lại cho dòng

điện chạy qua theo chiều từ phía phải sang trái Trên hình vẽ chiếu của dòng điện ứngkhi đảo chiều là AFEB

Khi sử dụng sơ đồ này đòi hỏi phải có một thời gian trễ nhất định để đóng cắtcác công tắc tơ Mặt khác , việc đóng mở các công tắc tơ đợc thực hiện bằng tay nênkhả năng tự động hoá của loại sơ đồ này không cao Mặc dù , về nguyên tắc loại sơ

đồ này vẫn đảm bảo yêu cầu về công nghệ và tải cho hệ thống của ta Tuy nhiên , docác yêu cầu tự động hoá ngày càng cao mà ta nên lựa chọn sơ đồ mạch có tính liêntục cao hơn

2 Sơ đồ truyền động theo phơng pháp điều khiển riêng bằng logic điện tử

Về nguyên tắc điều khiển có thể chia làm hai loại chính là : điều khiển chung

_

Hình 4-1: Sơ đồ truyền động đảo chiều quay

dùng công tắc tơ chuyển mạch

Truyền động T - Đ đảo chiều điều khiển riêng :

Khi điều khiển riêng hai bộ chỉnh lu làm việc riêng rẽ nhau , tại một thời điểmchỉ phát xung điều khiển vào một bộ chỉnh lu còn bộ kia bị khoá do không có xung

điều khiển Hệ có hai bộ chỉnh lu là : CL1 và Cl2 với các mạch phát xung điều khiểntơng ứng là FX1 và FX2

Với nguyên tắc hoạt động là khi CL1 làm việc thì CL2 nghỉ và nguợc lại khiCL2 làm việc thì CL1 nghỉ Trong khoảng thời gian 0  t1 , CL1 làm việc ở chế độnghịch lu với góc :  <  / 2 Còn CL2 khoá Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi iLđ ,góc điều khiển 1 tăng đột biến đến lớn hơn  / 2 , dòng phần ứng giảm dần vềkhông , lúc này cắt xung điều khiển để khoá CL1 , thời điểm t2 đợc xác định bởi cảmbiến dòng điện không SI1 Trong khoảng thời gian trễ  = t3). – t2 , CL1 bị khoáhoàn toàn dòng điện phần ứng bị triệt tiêu Tại t3). , kích cho FX2 mở Cl2 với góc

2>/ 2

1



Và sao cho dòng điện phần ứng không vợt quá giá trị cho phép , động cơ đợchãm tái sinh , động cơ đợc hãm tái sinh Nếu nhịp điệu 2 giảm phù hợp với quántính của hệ thì có thể dùng dòng điện hãm và dòng điện ngợc không đổi Điều này ,

đợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống

Hệ truyền động đảo chiều điều khiển riêng có u điểm là làm việc an toàn ,không có dòng điện cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi Tuy nhiên , phải kiểm soátkhông dòng điện , đảm bảo cho bộ chỉnh lu vừa cắt lại vừa khoá hoàn toàn Mặtkhác , nó cần một khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không Đểbảo vệ động cơ và bảo vệ van không bị đánh thủng do dòng điện ngợc

Tóm lại , đây là hệ thống điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện ápphần ứng , chất lợng của hệ thống này đợc đánh giá sai số tốc độ xấp xỉ sai số tốc độ

tự nhiên Với những u điểm nổi bật là độ tác động nhanh ,cao , không gấy tiếng ồn và

dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao , điều này thuậntiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao các

đặc tính của hệ thống

L

~ N

Nh vậy , sơ đồ truyền động đảo chiều điều khiển riêng là hợp lý đối với tải và

hệ thống truyền động của ta

Đ3 TíNH CHọN CáC THIếT Bị ĐộNG LựC

1 Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn

C R

C R

1CC

3).CC 3).CC

L I

~

Hình : Sơ đồ mạch động lực có thiết bị bảo vệ

Khi làm việc với dòng chạy qua trên van có sự sụt áp do đó có tổn hao công suất p , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác , van bán dẫn chỉ

đợc phép làm việc dới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó (ở đây Tcp khoảng 1250c ) Nếu quá nhiệt độ cho phép Tcp thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn không bị đánh thủng do nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý

(*) Tính toán cách toả nhiệt :

-Tổn thất công suất trên 1 Tiristor :

P = U Ilv =2,57 25.5 =65.54 (w)-Diện tích bề mặt toả nhiệt :

Trong đó : p – Tổn hao công suất

T - Nhiệt độ chênh lệch so với môi trờng Chọn nhiệt độ môi trờng Tmt =400c Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristor

Tcp = 1250c Chọn nhiệt độ trên cách toả nhiệt Tlv = 800c Ta có :

T =Tlv- Tmt =80-40 = 400c

Km – hệ số toả nhiệt bằng đối lu và bức xạ Km = 8 (w/m2.0c)

Vậy :

Chọn loại cách toả nhiệt có 12 cánh , kích thớc mỗi cách

a.b=10.10(cm.cm) Tổng diện tích toả nhiệt của cách là :

2 Bảo vệ quá dòng điện cho van :

(*) Aptomat : Dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch Tiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ biến đổi, ngắn mạch ở các chế độ nghịch lu

Có 3) tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc nam châm điện

) ( 2048 , 0 40 8

54 ,

m

) ( 3 , 13 8 , 14 3

2 1 , 1

3

2 1 , 1

1 ,





