thiết kế hệ thống cân bằng định lượng

thiết kế hệ thống cân bằng định lượng

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp nói chung và các ngành điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất lớn được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó trong nền kinh tế quốc dân cũng như trong đời sống làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này là hết sức cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư ngành điện.

Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần

số công nghiệp Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và dũng điện điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống truyền động điện một chiều người ta đó hoàn thiện bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristor

Trong đề tài của em thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng định lượng Bao gồm các chương:

Chương I : Giới thiệu về hệ thống cân bằng định lượng

Chương II: Động cơ điện một chiều

Chương III: Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu

Chương IV: Tính toán thiết kế mạch lực

Chương V : Xây dưng cấu trúc điều khiển hệ và mô phỏng hệ thống Qua việc thiết kế đồ án đó giỳp em hiểu rừ hơn những gỡ mỡnh đó được học trong nhà trường Hiểu được những ứng dụng thực tế của các thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp Tuy nhiên do nội dung mới mẻ tầm hiểu biết hạn chế, nên không tránh khỏi sai sót Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy đó giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.

ξ 1 Cấu tạo và thông số kỹ thuật của băng tải cân băng định lượng

ξ 2 Các thiết bị cảm biến

ξ 3 Những yêu cầu đối với hệ cân băng định lượng

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

CHIỀU.

ξ 1 đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

ξ 2 ảnh hưởng của các tham số đến Đặc tính cơ

ξ 3 lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ của động cơ

CHƯƠNG3: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU

3.1 Giới thiệu chung.

3.2 Phân tích các sơ đồ chỉnh lưu.

3.2.1 Chỉnh lưu tia ba pha.

3.2.2 Chỉnh lưu cầu ba pha.

a Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.

b Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.

5 7 8

12 14 17 18

26 28 50 52

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ THIẾT

KẾ MẠCH LỰC 4.1 Lựa chọn sơ đồ mạch lực.

4.2.Tính toán động cơ và chọn van

4.3 Tính toán và thiết kế máy biến áp.

4.3.1 Tính các thông số cơ bản MBA.

4.3.2 Tính sơ bộ mạch từ.

4.3.3 Tính toán dây quấn MBA.

a.Kết cấu dây quấn sơ cấp.

b.Kết cấu dây quấn thứ cấp.

4.3.4 Tính kích thước mạch từ

4.3.5.Tính các thông số của MBA.

4.4 Tính chọn các thiết bị bảo vệ.

4.4.1.Bảo vệ quá dòng điện.

4.4.2 Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van.

4.4.3 Bảo vệ tăng tốc độ điện áp.

4.5 Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện.

4.5.1 Khái quát về dòng điện đập mạch.

4.5.2 Thiết kế cuộn kháng lọc dòng điện đập mạch.

a Các thông số cần thiết kế.

b Các bước tính toán.

Chương 5: Thiết kế mạch điều khiển.

5.1 Yêu cầu đối với điều khiển

5.2 Thiết kế sơ đồ.

5.2.1 Cấu trúc mạch điều khiển.

5.2.2 Nguyên tắc điều khiển.

5.3 Tính toán mạch điều khiển.

5.3.1.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển 5.3.2 Tính toán các khâu của mạch điều khiển.

1 Tính toán khâu đồng pha.

2 Tính toán khâu tạo điện áp răng cưa.

3 Tính toán khâu so sánh.

4 Tính toán khâuphát xung chùm.

5 Tính toán khâu lôgic.

6 Tính toán khâu khuếch đại xung và biến áp xung a.Sơ đồ khâu.

b.Nguyên lý hoạt động.

c.Tính toán máy biến áp xung.

d.Tính toán khâu khuếch đại xung.

LỜI KẾT.

PHỤ LỤC.

Chương 1

Giới thiệu về yêu cầu công nghệ hệ thống cân băng định

lượng

1.1 Khái niệm về cân băng định lượng

- Tự động hoá được áp dụng ngày càng nhiều trong sản xuất công nghiệp.Trong quỏ trỡnh sản xuất cỏc nguyờn vật liệu trước khi đưa vào sản xuất cần phải biết được chính xác khối lượng của nó là bao nhiêu để đảm bảo tỉ lệ phần trăm của các chất trong một hỗn hợp nhất định

- Cân băng định lượng là một hệ thống cân băng tải tự động liên tục ,là thiết bị đầu vào của bộ phận tiếp liệu, nó đó giỳp nhà mỏy tăng năng suất, chất lượng sản phẩm để cạnh tranh với thị trường

- Cân băng tải đó và đang được ứng dụng nhiều trong ngành hoá chất ,hoá mỹ phẩm ,công nghệ chế biến thức gia súc, khai thỏc khoỏng sản v v

1.2 Cấu tạo của hệ thống cân băng định lượng

Hỡnh 1.1:Cấu trỳc của hệ thống cõn băng định lượng

Trong đó :

1: Phễu cấp liệu

2: Cảm biến lực( LoadCell) 3: Băng truyền

4: Tang bị động 5: Tang chủ động 6: Chốt gạt liệu 7: Đầu cân điện tử 8: Động cơ không đồng bộ 9: Biến tần

10: PLC, mỏy tớnh

Hỡnh 1.2: Kết cấu cơ khí cân băng định lượng

- Hệ thống cân băng định lượng gồm các thành phần sau:

- Hệ truyền động cho băng bao gồm :

tốc độ

hóa tín hiệu từ các cảm biến và máy phỏt xung

trường hợp máy tính gặp sự cố

• Ngoài ra cũn cú cỏc thiết bị bỏo lệch băng, định vị trí băng tải.Bằng cách đặt lên băng tải một dấu hiệu bằng kim loại gọi là “ belt index” giúp cho việc phân đoạn băng tải làm tăng độ chính xác của cân, đồng thời nó giúp cho việc xác định sự trựot của băng tải.

môi trường xung quanh điểm đổ liệu

1.3.Nguyờn lý hoạt động của cân băng định lượng

- Nguyên liệu từ két chứa liệu theo phễu đổ liệu được đổ xuống băng chuyền, chiều dày lớp liệu điều chỉnh nhờ chốt gạt liệu Khối lượng liệu trên băng sẽ được xác định nhờ Loadcell đặt dưới mặt băng.Tốc độ của động cơ quay băng được xác định nhờ một máy phát tốc gắn trên trục động cơ.Tín hiệu trọng lượng và vận tốc sẽ được truyền về máy tính xử lý tớnh toỏn và xỏc định ra lưu lưọng tức thời, so sánh với lưu lựog đặt qua đó thông qua biến tần máy tính sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ để ổn định lưu lưọng tức thời bằng với lưu lưọng đặt yêu cầu

- Tốc độ của dũng nguyờn liệu (thể rắn) được xác định và điều chỉnh bằng cách đưa nguyên liệu được cấp lên trên một băng tải, xác định và điều chỉnh tốc độ của động cơ quay băng tải Tuy nhiên, khi có sự trượt băng của băng tải trên tang quay chủ động sẽ gây nên sai lệch giữa tốc độ của băng tải và tốc độ của động cơ(đă qua hộp số) Để có thể xác định được chính xác tốc độ của băng tải, máy phát tốc được liên động trực tiếp với truyền động của băng tải

- Khối lưọng trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải được điều chỉnh bằng một thiết bị cung cấp nguyên liệu từ trên phễu xuống băng tải Đơn giản, thiết bị này có thể là một cửa mà độ mở của nó được điều chỉnh và bằng bộ điều chỉnh

Q Khi mật độ nguyên liệu là không đổi, khối lưọng nguyên liệu trên mỗi đơn

vị chiều dài băng tải tỉ lệ với độ dày của dũng nguyờn liệu ,độ dày này được quy định bởi một thanh gạt gắn trên băng tải Mật độ khối lượng của nguyên liệu phụ thuộc vào độ lớn của hạt, áp suất đè lên nó và vào cả thời gian mà đống nguyên liệu chịu tác động của rung lắc

- Tín hiệu đo lường khối lượng nguyên liệu trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải

là một tín hiệu không đồng bộ về mặt thời gian Để phép đo được chính xác cảm biến trọng lượng được bố trí ở giữa băng tải (vỡ nếu nằm gần hai đầu băng tải sẽ chịu tác động nhiễu của lực căng băng tải và nhiễu thế năng) Trong khi đó ,lưu lượng của dũng nguyờn liệu do hệ thống cõn định lượng cấp cần được điều chỉnh tại đầu cuối của băng tải nơi nguyên liệu từ băng tải đi ra,

và khối lượng của nguyên liệu cấp cho băng tải cần được điều chỉnh tại đầu mỗi băng tải nơi nguyên liệu đi vào băng tải Vỡ vậy cú một sự sai lệch về thời gian của tớn hiệu đo lường ( ngoài thời gian trễ gây nên bởi thiết bị đo và truyền tin)

- Hệ thống cân băng định lượng nằm trong một dây chuyền công nghệ,nó phải đảm bảo sự liên động trong toàn bộ dây chuyền Hệ thống cân băng định lượng chỉ cung cấp nguyên liệu khi hệ thống nhận lượng nguyên liệu này đó hoạt động,và nó chỉ được phép dừng nhận nguyên liệu của hệ thống cung cấp nguyên liệu cho nó khi hệ thống này đó ngừng cung cấp nguyờn liệu cho nú

1.4.Nguyờn lý tớnh lưu lượng của cân băng định lượng

1.4.1.Nguyờn lý tớnh lưu lượng.

- Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng Vật liệu được chuyên chở trên băng tải, tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận được lượng bằng lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ như: liệu không xuống đều

- Cầu cân về cơ bản bao gồm :Một cảm biến trọng lượng (Loadcell) gắn trên giá mang nhiều con lăn Trọng lượng của vật liệu trên băng được bộ cảm biến trọng lượng (Loadcell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính toán lưu lượng

- Để xác định lưu lượng liệu chuyển tới nơi đổ liệu thỡ phải xác định đồng thời vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài Trong đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động

cơ ,trọng lượng của liệu được đo bằng một cảm biến trọng lượng

- Tốc độ băng tải V(m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải Tải của băng truyền là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài P (kg/m)

- Cân băng tải có bộ phận đo trọng luợng P và bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ băng tải sao cho điểm đổ liệu ,lưu lượng dũng chảy liệu bằng giỏ trị đặt trước

- Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo lưu lượng không đổi tại điểm đổ liệu

Tải trên băng truyền có thể tính là :

P= S γ (1-3)

Do đó lưu lượng có thể tính là :

V Fc g

L

V Fc

*

*22

(1-4)

1.4.2.Đo lưu lượng liệu trên băng tải

- Để tính được trọng lượng liệu trên băng cân ta dùng một Loadcell Cảm biến trọng lượng Loadcell đuợc gán trên một con lăn gọi là cầu cân trọng lượng của liệu trên băng tải được chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ điều khiển để xử

lý , tính toán , điều chỉnh tốc độ động cơ để cho lưu lượng đầu ra không đổi

- Để xác đinh được lưu lượng liệu tại thời điểm đổ liệu thỡ ta phải đồng thời xác định lượng liệu trên một đơn vị chiều dài băng cân và tốc độ dài của băng cân Vỡ chiều dài cầu cõn là khụng đổi nên trọng lượng liệu trên con lăn sẽ được quy đổi ra trọng lượng tải trên mỗi mét

- Tốc độ của băng được xác định bằng một cảm biến tốc độ lắp ngay trên trục động cơ , mỗi xung đầu ra của bộ đếm xung tương ứng với mỗi dịch chuyển của băng tải

1.4.3.Tính toán lưu lượng Q ổn định của cân băng.

- Lưu lượng Q của cân băng tải phụ thuộc vào trọng lượng của vật liệu trên băng và tốc độ của động cơ Để lưu lượng Q ổn định bằng với lưu lượng đặt thỡ cõn băng phải có bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ của động cơ

Khi vỡ một lý do nào đó làm cho lưu lượng thực không bằng lưu lượng đó đặt , dẫn đến sự sai lệch giữa lượng thực và lượng đặt thỡ khi đó bộ điều khiển sẽ đưa

ra tín hiệu điều khiển biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ

- Băng cân ổn định tốc độ theo nguyên tắc tích phân lấy giá trị trung bỡnh trong một chu kỳ lấy mẫu T tương ứng với mỗi phân đoạn của băng tải để so sánh với lượng đặt từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển tốc độ động cơ Từ đó ta thấy chu kỳ lấy mẫu T càng nhỏ thỡ độ chính xác càng cao Do đó ,nó không thực hiện được

việc thay đổi tốc độ liên tục Vậy ta có thể lấy chu kỳ lấy mẫu tích phân T là số xung đưa về từ Encoder.

- Lưu lượng tức thời trên mỗi phân đoạn được đưa về bộ điều khiển để xác định

đó bộ điều khiển sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ

1.4.4 Phát hiện sự trượt băng.

- Khi thực hiện chỉnh khụng (khụng tải) thỡ số phõn đoạn cũng như vị trí của mỗi phân đoạn sẽ được nhớ vào bộ nhớ và khi vận hành cú tải thỡ số phõn đoạn thực tế của băng giữa hai lần trở về của tấm sắt gắn trên băng tải được đưa về bộ điều khiển và so sánh với số phân đoạn đó được nhớ trong khi chạy không tải Nếu kết qủa này có sự sai khác thỡ khi đó đó xuất hiện hiện tượng lệch băng và

bộ tính tổng sẽ dừng lại Điều này tránh được lỗi về tính tổng trọng lượng

CHƯƠNG 2

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

2.1 - CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

1 Phần tĩnh

a.Cực từ chính :

Được làm bằng thép kỹ thuật dạng thép khối hoặc thép tấm, xung quanh cực từ chính có dây quấn cực từ chính gọi là kích từ, nó thường

được nối nguồn một chiều Nhiệm vụ của với cực từ chính là tạo ra từ

thông trong máy.

c.Vỏ máy(gông từ ) :

Ngoài nhiệm vụ thông thường như những vỏ máy khác vỏ máy điện một chiều còn tham gia vào việc dẫn từ , vì vậy nó phải làm từ thép dẫn từ.

2.Phần quay

a.Lõi thép roto: dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn

hao do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào.

b Dây quấn phần ứng.

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.

b.Cổ góp:

Gồm nhiều phiếm góp bằng đồng ghép cách điện với nhau, bề mặt cổ góp được gia công với tốc độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa chổi than và cổ góp.

2.2 - GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động chất lượng cao, dải công suất động cơ điện một chiều từ vài W đến hàng MW, giản đồ kết cấu chung của động

cơ điện một chiều kích từ độc lập được thể hiện như hình vẽ dưới đây ,

ở phần stato có thể có vài dây quấn kích từ :

Eu Rf

Rkt Uu

Ukt CKT

Hình 2.1 :sơ đồ nối dây động cơ điện kích từ độc lập

*Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Khi đóng động cơ roto quay đến tốc độ n, đặt điện áp Ukt nào đó lên dây quấn kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông , đặt điện áp Uư vào hai đầu chổi than

sẽ có dòng điện I chạy qua Tương tác giữa từ thông với dòng điện phần ứng sẽ sinh ra mômen điện từ

2.3 - PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình cân bằng điện áp của động cơ:

Uư= Eư + (Rư + Rf)Iư = Eư + R.Iư (2.1)

trong đó:

Uư - điện áp phần ứng (V);

rct - điện trở tiếp xúc của chổi than

Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :

Φ ω k Φ ω

a π 2

N p

E­ = = => ω =

Φ k

E­ trong đó:

p – số đôi cực từ chính;

N – số thanh dẫn tác dụng của dây quấn phần ứng;

a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ;

U

k

E

ΦΦ

Mđt = KIư , suy ra Iư =

Φ K

Mdt

thế vào (2.2) ta được  ­ ­ 2f Mdt

) Φ K (

R R Φ K

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men cơ trên trục điện cơ , ta

kí hiệu là M nghĩa là: Mđt - Mcơ =M.

. M

) Φ K (

R R Φ K

U

2 f

­

=

⇒ ω (2.3) Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = const thì phương trình đặc tính cơ điện (2.2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính đồ thị của chúng được thể hiện như sau :

Hình 2.3: đồ thị đặc tính cơ Theo các đồ thị trên khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có :

ω

ω0 Ru(TN)

U­ 0

0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.

Inm, Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch

2.4 - ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ

Từ phương trình đặc tính cơ :

M

) Φ K (

R R Φ K

U

2 f

­

=

ω

Ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là: từ thông động cơ

, điện áp phần ứng Uư và điện trở phần ứng động cơ Ta lần lượt xét ảnh

hưởng của từng tham số đó.

a Ảnh hưởng của điện trở phần ứng

Giả thiết Uư = Uđm = const và  = đm = const.

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào

mạch phần ứng.

- Tốc độ không tải lý tưởng:

 =

φ k

Udm = const.

Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được một họ đặc tính cơ như hình

vẽ, ứng với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ càng giảm đồng thời dòng điện và mô men men ngắn mạch cũng giảm Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

b ảnh hưởng của điện áp phần ứng.

Giả thiết  = đm = const, điện áp phần ứng Rư = const trong thực tế thường giảm điện áp.

-Tốc độ không tải lý tưởng: 0x =

dm k

Ux

φ ⇒U giảm thì 0x giảm

= const

- Độ sụt tốc độ :

M const

) Φ k (

*Nhận xét: Khi giảm điện áp thì momen ngắn mạch,dòng ngắn mạch và tốc

độ động cơ giảm Nên phương pháp này cũng được dùng để điều chỉnh tốc

c ảnh hưởng của từ thông :

- Tốc độ không tải: 0x = x

Φ k

Udm = var.

thay đổi (1) đường đặc tính cơ tự nhiên đm = 

(2) , (3) đưòng đặc tính khi giảm  với :

Φdm = Φ1 < Φ2 < Φ3.

Khi giảm  thì 0x tăng , giảm ta có một họ đặc tính cơ với 0x tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần.

- Với điều chỉnh tốc độ tổn hao ít, thực hiện trong máy kích từ thì

dòng điện nhỏ, hiệu suất cao

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

2.5.1 Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ

Đối với phương pháp này (biến trở) chỉ tạo ra được những tốc độ động cơ thấp hơn tốc độ động cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ.Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để, giải điều chỉnh phụ thuộc vào mômen tải, độ chính xác duy trì tốc độ không cao , độ tinh điều chỉnh kém.

2.5.2 Điều chỉnh điện áp mạch kích từ (điều chỉnh từ thông)

Đối với phương pháp này khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm theo biểu thức:

1

∆

=

như vậy độ chính xác duy trì không cao

Phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp , công suất mạch điều khiển nhỏ và tổn thất năng lượng không nhiều , có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo được những đặc tính tốt Tuy nhiên giải điều chỉnh không rộng , thông thường D=1,5 các động cơ đặc biệt khác

có D=4 ÷ 8 nhưng loại này to và đắt

2.5.3 Điều chỉnh điện áp nguồn.

Phương pháp này là phương pháp được đánh giá tốt vì :

- Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để , có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kì vùng tải nào,kể cả khi không tải lí tưởng.

Từ ba phương pháp trên ta thấy phương pháp (3) là phương pháp khả thi nhất trong việc điều khiển động cơ điện một chiều(ĐCĐMC) theo yêu cầu của hệ thống cân băng định lượng.

Chương III

CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC

3.1 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

3.1.1 Hệ truyền động máy phát – Động cơ điện một chiều

Hệ thống máy phát – động cơ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha quay và coi tốc độ của máy phát là không đổi

vậy có thể coi gần đúng phát điện một chiều kích từ độc lập là một bộ khuyếch đại

Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lí hệ F – Đ

Ưu điểm:

hoạt, khả năng quá tải lớn Do vậy thường sử dụng hệ truyền đông ở các máy khai thác trong công nghiệp nhỏ

Nhược điểm:

trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp, công suất lắp đặt máy ít nhất bằng ba lần công suất động cơ chấp hành

chiều là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất rất cao

phạm vi điều chỉnh rộng

dụng máy biến áp Đây là một ưu điểm lớn

Nhược điểm:

các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ dập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp nguồn và lưới xoay chiều

di/dt có nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp

• Sức điện động của bộ biến đổi có dạng đập mạch làm phát sinh thành phần sóng hài bậc cao gây nóng động cơ.

3.1.3 Hệ truyền động Xung áp – Động cơ điện một chiều

Ưu điểm:

điều khiển đơn giản

điện áp đặt vào phần ứng với phạm vi điều chỉnh rộng

Nhược điểm:

3.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Hệ truyền động cân băng định lượng cần thiết kế có các đặc điểm sau:

- Sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập công suất nhỏ

- Mômen cơ ổn định, không yêu cầu khả năng quá tải cao

- Dải điều chỉnh hẹp (5:1)

- Không yêu cầu đảo chiều

Từ những đặc điểm như vậy, sau khi so sánh ưu, nhược điểm các phương

án ta sẽ chọn phương án truyền động là sử dụng hệ chỉnh lưu thyristor cầu một

pha đối xứng – động cơ một chiều kích từ độc lập (hệ T – Đ) làm phương án

truyền động cho cân băng định lượng

3.3.Tính chọn công suất động cơ và thiết kế mạch lực

Các thông số cho trước:

Chiều dài băng : 2m

Mô men quán tính :0,001 kg/m2

3.3.1 Tính chọn công suất động cơ:

o Để đảm bảo hệ thống có thể hoạt động thỡ động cơ phải làm việc được ở trạng thái tải là lớn nhất Vỡ thế ta xột trường hợp trên băng là đầy liệu và băng chạy với tốc độ lớn nhất.

o Tính chọn công suất truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theo công suất cản tĩnh Chế độ quá độ không tính đến vỡ số lần đóng cắt ít, không ảnh hưởng đến chế độ quá tải của động cơ truyền động Phụ tải của thiết bị vận tải liên tục thường ít thay đổi trong quá trỡnh làm việc nờn khụng cần kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quá tải Trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết

bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy.

o Sau đây là phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải của cân băng Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải thường tính theo các thành phần sau:

o Cụng suất P1 để dịch chuyển vật liệu

o Cụng suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa băng tải và các con lăn khi băng tải chạy không

o Ta có lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là;

F1=L.g δ k1

L là chiều dài của băng L= 3 (m)

δ là trọng lượng liệu trên băng trên một đơn vị chiều dài

k1 là hệ số tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu k1 =0,15

k2 : hệ số tính đến lực cản khi không tải (k=0,08)

δb : khối lượng băng tải trên 1m chiều dài băng( δb =9,2kg/m)

o Cụng suất cần thiết để khắc phục các lực cản masat

P2 = F2.v =2.L δb.k2.g.v

P2= 2 2 9,2 0,08 9,8 1,5 = 43,3(W)

o Công suất tĩnh của băng tải: P=P1+P2=815.8+43,3= 851,9(W)

o Công suất động cơ truyền động băng tải được tính theo công thức

Pđc=η

P

.k3Trong đó : k3 :hệ số dự trữ cụng suất (k3=1,2 ÷ 1,25)

η : hiệu suất truyền động

5 , 1 2 2

 Yêu cầu với bộ chỉnh lưu:

- Nguồn điện xoay chiều: 50Hz

- Bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

 Điện áp không tải của bộ chỉnh lưu thỏa mãn phương trình sau:

γ1 U d0 cosαmin = γ2 E ưđm + ∑U v + I ưmax R ư∑ + ∆Uγmax

Trong đó:

ta chọn αmin = 0o

- ∑Uv : tổng sụt áp trên van Mỗi thời điểm chỉ có 2 van dẫn, nên:

∑U v = 2U v≈ 2.1,7 = 3,4 (V)

- E ưđm = U ưđm - R ư I ưđm = 180 – 9.4,05 = 143,55 (V)

) V ( 43 , 3 9 6 , 0 2 I.

X 2

ππ

∆ γ

Vậy:

) V ( 26 , 260 1

95 , 0

43 , 3 5 , 2 9 05 , 4 4 , 3 55 , 143 04 , 1 cos

.

U I.

R U E

.

U

min 1

max max

u u V udm

2

αγ

k U

) V ( 64 , 272 35

, 1

26 , 260 2 35 , 1

U 2 U

2 U

max ng u ngchon

do vo

k I

) A ( 2 , 5 3

9 3

I

I

lv i lvchon

d lv

Vậy ta chọn được Thyristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ

là loại T35N500BOT có các thông số như dưới đây:

b Bảo vệ quá điện áp cho các van bán dẫn

Linh kiện bán dẫn nói chung và bán dẫn công suất nói riêng, rất nhạy cảm

với sự thay đổi của điện áp Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn mà

chúng ta cần có phương thức bảo vệ là:

- Xung điện áp do chuyển mạch van.

Để bảo vệ cho van khi làm việc dài hạn mà không bị quá điện áp, chúng ta cần chọn đúng các van bán dẫn theo điện áp ngược

Bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van được dùng bằng các mạch R1 – C1 mắc song song với các van bán dẫn Sơ đồ đơn giản của loại mạch này mô tả như hình vẽ:

Hình 3.1 – Mạch b ảo vệ xung điện áp

do quá trình đóng cắt van

Khi có sự chuyển mạch, do phóng điện từ van ra ngoài tạo nên xung điện

áp trên bề mặt tiếp giáp van Mạch R - C mắc song song với van bán dẫn tạo mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van Có thể tính được

(0,5 ÷ 4) µF

Để bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, chúng ta mắc song song với tải ở đầu vào một mạch R2 – C2, nhằm lọc xung:

Hình 3.2 – Mạch bảo vệ xung điện áp từ lưới điện

Khi xuất hiện xung điện áp trên đường dây, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây Trị số R, C phụ thuộc

Ta có sơ đồ mạch lực hoàn chỉnh như sau: