đồ án kỹ thuật điện điện tử Đồ án thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động cơ cấu xúc của máy xúc

Chế độ làm việc của máy xúc Trong chế độ làm việc của máy xúc có 3 truyền động cơ bản Trong một chu kỳ làm việc của máy xúc gồm các giai đoạn sau: - Quay gầu về vị trí đổ tải, mở đáy gầ

lời nói đầu

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nớc đang bớc thời kỳ côngnghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn tháchthức lớn Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những ngời chủ tơng lai của đất nớcnhững nhiệm vụ năng nề Đất nớc đang cần sức lực và trí tuệ cũng nh lòngnhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ s tơng lai

Với sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nóichung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt củaxã hội thay đổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng đợc những điềukiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những ngời kĩ s điện tơng lai phải đợc trang

bị những kiến thức chuyên ngành một cách sâu rộng

Trong khuôn khổ chơng trình đào tạo kỹ s nghành tự động hoá - cungcấp điện, nhằm giúp cho sinh viên trớc khi ra trờng có điều kiện hệ thống hoálại những kiến thức đã đợc trang bị ở trờng cũng nh có điều kiện tiếp cận vớinhững mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất, đồngthời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội t duy độc lập nghiên cứu và thiết kế.Cũng nh hệ thống các trờng Đại học kỹ thuật trong cả nớc để giúp sinh viên

hệ thống lại các kiến thức đã đợc học trong nhà trờng, bên cạnh đó làm chosinh viên trớc khi ra trờng ý thức đợc công việc của mình sau này cho nên tr-ờng đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã tổ chức cho sinh viên trớckhi ra trờng làm đồ án tốt nghiệp và bản đồ án tốt nghiệp này đợc thực hiệntrong điều kiện đó

Trong thực tiễn các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề

là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo quan

điểm là giữ lại những phần thiết bị đã hoàn thiện hoặc còn phù hợp, cải tạo vàthay thế những phần đã lạc hậu hoặc có nhiều nhợc điểm để cho ra những thiết

bị có độ hoàn thiện cao Khi đa vào sản xuất cho năng suất và chất lợng sảnphẩm cao Dựa trên nền tảng đó bản đồ án thiét kế hệ thống trang bị điện chotruyền động cơ cấu xúc của máy xúc tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thốngtrang bị điện cho máy Bản đồ án gồm 6 phần:

 Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy

 Phần II: Chọn phơng án truyền động

 Phần III: Thiết kế sơ đồ nguyên lý

 Phần IV: Tính chọn thiết bị

 PhầnV: Xây dựng đặc tính tĩnh, xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

Phần VI : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý

Với mục đích làm việc nghiêm túc, tinh thần học hỏi và với những nỗ

lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án đợc xây dựng trên cơ sở những

tính toán logic, khoa học và có tính thuyết phục cao Bản đồ án đợc trình bày

một cách logic, gọn nhằm giúp cho ngời đọc dễ hiểu, các số liệu đợc lấy từ

những tài liệu đã đợc các thầy giáo ngành Tự động hoá và Cung cấp điện

giảng dạy Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có

hạn, lợng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết

Em mong nhận đợc sự góp xây dựng của các thầy cũng nh bè bạn để bản

đồ án đợc hoàn thiện hơn.Trong qúa trình làm đồ án em đã nhận đợc sự giúp

đỡ, hớng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng nh sự góp ý xây dựng

của các bạn bè đồng nghiệp Đặc biệt là sự giúp đỡ của giáo viên hớng dẫn

Lâm Tự Tiến công tác trong bộ môn máy điện của trờng Một lần nữa em

xin chân thành cảm ơn sự giúp tận tình của các thầy, cô trong bộ môn

TĐH-CCĐ và cùng toàn thể các thầy cô trong trờng

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2004

Sinh viên thiết kế

Hà Đức Bình

Phần I Giới thiệu công nghệ máy xúc

Máy xúc đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp khai thác mỏ lộ thiên,trên các công trờng xây dựng cầu đờng, để san bạt mặt bằng, bốc xúc đất đá,quặng

Máy xúc có rất nhiều loại khác nhau

- Máy xúc gầu thuận: Gầu xúc di chuyển từ ngoài vào đất đá theo hớng

từ máy xúc ra phía trớc đợc tác dụng của 2 lực kết hợp của cơ cấu nâng và cơcấu đẩy tay gầu

- Máy xúc có cơ cấu kiểu gầu cào di chuyển theo hớng từ bên ngoài vào,với kết hợp của lực cơ cấu kéo và cơ cấu nâng

-Máy xúc có cơ cấu kiểu gầu ngoạm, qúa trình bốc xúc đất đá thực hiệnbằng cách khép kín dần 2 lửa thành gầu ngoạm dới tác dụng lực kéo của cơcấu kéo

- Máy xúc có cơ cấu kiểu gầu quay, gầu quay là 1 bánh xe gầu xúc đợcgá lên bánh xe theo chu vi

- Máy xúc bốc xúc kiểu máng cào nhiều gầu xúc

Máy xúc có công xuất nhỏ có thể tích gầu từ 0,25 đến 2m3 máy xúc trungbình có thể tích gầu từ 2 đến 6m3 Máy xúc công suất lớn gầu xúc từ 6 đến80m3, máy xúc có loại chạy bằng bánh xích, bánh lốp hoặc trên đờng ray để

nghiên cứu chế độ làm việc của máy xúc là rất phức tạp, ta phải nghiên cứu những

đặc điểm chung nhất

Những yêu cầu của công nghệ máy xúc

I Chế độ làm việc của máy xúc

Trong chế độ làm việc của máy xúc có 3 truyền động cơ bản

Trong một chu kỳ làm việc của máy xúc gồm các giai đoạn sau:

- Quay gầu về vị trí đổ tải, mở đáy gầu đổ tải, quay về vị trí ban đầu.Thời gian của 1 chu kỳ làm việc thờng khoảng 20 – 60 (s)

Cơ cấu nâng hạ và cơ cấu đẩy tay gầu thờng xuyên làm việc quá tải dogầu xúc phải đất đá cứng

Các cơ cấu của máy móc luôn phải làm việc trong điều kiện môi trờngnặng nề chao lắc mạnh, nhiều bụi độ ẩm cao, nhiệt độ môi trờng thay đổitrong phạm vi rộng, do máy xúc luôn phải làm việc trong điều kiện nặng nềlên các thiết bị của máy xúc phải đợc chế tạo chắc chắn, độ bền cơ học cao,làm việc an toàn, độ tin cậy cao

II Các yếu tố cơ bản đối với hệ truyền động điện các cơ cấu của máy xúc

Từ những đặc điểm của máy xúc, các yêu cầu công nghệ cơ bản làm việccủa hệ truyền động điện, truyền động các cơ cấu chính của máy xúc nh sau:

1 Đặc tính cơ của hệ truyền động điện các cơ cấu của máy xúc ( cơ cấunâng hạ, đẩy tay gầu và cơ cấu quay) phải đợc bảo vệ một cách tin cậy, khiquá tải có nghĩa là hệ thống truyền động phải tạo ra đặc tính của máy xúc

2 Động cơ truyền động của cơ cấu máy xúc phải chắc chắn, phải năngchịu quá tải lớn, độ cách điện của động cơ phải đảm bảo chịu quá nhiệt, độ ẩmcao, động cơ phải chịu đợc tần số đóng cắt lớn

3 Động cơ truyền động của máy xúc các cơ cấu chính phải có mô menquán tính đủ nhỏ để thời gian quá độ khi mở máy và hãm nhỏ

4 Các thiết bị điều khiển dùng trong máy xúc phải đảm bảo làm việc tincậy trong điều kiện nặng nề nhất

Các cơ cấu truyền động của máy xúc trong qúa trình làm việc thờng bịquá tải luôn, do vậy việc hạn chế mô men nhỏ hơn trị số cho phép ở chế độtĩnh là yêu cầu quan trọng bậc nhất để máy xúc có năng xuất cao, đồng thời

bảo vệ đợc các thiết bị không bị h hỏng, khi quá tải cần thực hiện hai yêu cầusau:

- Hạn chế mô men dới trị số cho phép

- Đảm bảo độ cứng của đặc tính cơ trong phạm vi mô men phụ tải = mômen của động cơ ( đờng đặc tính 1)

Trong thực tế ngời ta không dùng đặc

tính cơ lý tởng nh đờng 1 mà thờng

dùng đặc tính cơ mềm hơn đờng 2

Nh vậy đối với hệ thống truyền động

của máy xúc phải đảm bảo tạo ra

đờng đặc tính cơ có các yêu cầu cơ bản sau:

- Độ cờng cao trong vùng mô men tải nhỏ hơn

Đặc tính máy xúc

M

1

Md2

0

Phần II chọn phơng án truyền động

A/ Giới thiệu chung

I/ Khái niệm chung

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy xúc ngày

càng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày càng

phức tạp và đòi hỏi độ chính xác, tin cậy cao

Do bộ biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử

dụng nhiều thiết bị nh hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van

Chúng đợc điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những u, nhợc

điểm khác nhau khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một chiều

ta có đợc những hệ thống truyền động có chất lợng khác nhau Do đó để có

đ-ợc một phơng án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ đòi hỏi nhàthiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế.

II/ Nội dung chọn phơng án

Chọn đợc phơng án truyền động để phù hợp với yêu cầu công nghệtrong máy xúc là một vấn đề hết sức quan trọng để giải quyết đợc vấn đề này

sẽ có nhiều phơng án đợc đa ra Tuy nhiên mỗi phơng án có những u, nhợc

điểm riêng và nhiệm vụ khi thiết kế là phải chọn ra đợc phơng án tốt nhất và

có tính khả thi nhất

Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu caothì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản.Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lợng nh điềuchỉnh trơn, vô cấp, dải điều chỉnh rộng, đảo chiều thì phải dùng động cơ mộtchiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo đợc các yêu cầu và cókhả năng tự động hoá cao

Nh vậy, để chọn đợc hệ thống truyền động điện phù hợp với công nghệcủa máy xúc từ đó đa ra những phơng án đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ này

Để chọn đợc phơng án tốt nhất trong các phơng án đa ra ta cần so sánh chúng

về kỹ thuật và kinh tế Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộbiến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lợng của hệ thống

Do đó việc chọn lựa phơng án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở

hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ)

III/ Yêu cầu đối với các phơng án truyền động điện

1- Yêu cầu phạm vi điều chỉnh rộng với D = 2000/1 vì máy phải làm

việc ở nhiều chế độ khác nhau Khi tiến hành điều chỉnh tốc độ yêu cầu phạm

vi điều chỉnh rộng

2- Để đảm bảo đợc chất lợng cao Do đó yêu cầu về điều chỉnh tốc độ

phải là vô cấp bằng phẳng ( =1)

3- Phải đảm bảo hệ thống làm việc ở chế độ duy trì đã đặt trớc với mức

độ chính xác ngay cả khi thay đổi tốc độ truyền động chính ứng với một cấptốc độ của truyền động cơ cấu phải đảm bảo ổn định

4- Chuyển động của máy bao gồm : Chuyển động tịnh tiến theo phơng

ngang, chuyển động sang trái, chuyển động sang phải, chuyển động lên xuống

5- Động cơ của cơ cấu xúc là động cơ một chiều kích từ độc lập, điều

chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức nên ta dùng phơng phápthay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ vì bằng phơng pháp này ta duy trì

đợc mômen

6- Truyền động còn phụ thuộc vào quá trình hoạt động của máy Yêu

cầu truyền động của cơ cấu xúc nhanh, việc dừng máy phải chímh xác, thờigian quá độ nhỏ Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi tốc độ động cơ điện

7- Hệ thống truyền động phải đảm bảo chiều quay của động cơ dễ dàng,

nhanh chóng và dứt khoát

8- Phải hạn chế đợc tốc độ

9- Cần phải có hệ thống tín hiệu, liên động và bảo vệ Hệ thống truyền

động điện bảo đảm cho hệ thống làm việc an toàn, chắc chắn và tin cậy

10- Cần đảm bảo tính kinh tế khi sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ và vận

hành nh : vốn đầu t ban đầu, chi phí vận hành cũng nh chi phí sửa chữa

IV/ Phân tích và chọn phơng án truyền động

Hệ thống truyền động là tổ hợp của nhiều thiết bị điện và cơ dùng đểbiến đổi, điều khiển năng lợng từ dạng điện năng sang cơ năng Trong quátrình sản xuất mỗi máy sản xuất hoàn thành một chức năng, công việc khácnhau do đó các đặc tính phụ tải khác nhau nên yêu cầu điều chỉnh tốc độ của

hệ thống phù hợp với phụ tải của máy sản xuất là một yêu cầu quan trọng

Việc điều chỉnh tốc độ phù hợp với quy trình công nghệ của máy sảnxuất sẽ đảm bảo đợc chất lợng sản phẩm, tăng năng xuất lao động và an toàntrong quá trình sản xuất Phần lớn các máy sản xuất đều yêu cầu là phải điềuchỉnh đợc tốc độ.Tuỳ từng tính chất công việc của máy sản xuất mà yêu cầu làphải điều chỉnh đợc tốc độ khác nhau song chúng phải tuân theo các chỉ tiêu

kỹ thuật sau đây :

- Dải điều chỉnh tốc độ trong máy xúc là D  10

- Độ bằng phẳng khi điều chỉnh :

i

1 i

Trong qúa trình điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện, ngời

ta mong muốn  1 khi đó hệ thống điều chỉnh vô cấp

Với Điều kiện phụ tải: PC = f(n); MC = f(n)

Tuỳ theo yêu cầu của máy sản xuất ta có phụ tải của nó phụ thuộc vàotốc độ bên cạnh đó việc so sánh lựa chọn đợc phơng án hợp lý nhất có một ýnghĩa đặc biệt quan trọng, nó đợc thể hiện qua các mặt:

+ Đảm bảo đợc yêu cầu công nghệ của máy sản suất.

+ Đảm bảo hệ thống làm việc tin cậy, lâu dài

+ Giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động

+ Khi xảy ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linhkiện, thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua

Tính kinh tế : khi thiết kế hệ thống truyền động điện phải đảm bảo tính

u việt của phơng án là vốn đầu t thấp nhất nhng hiệu quả sử dụng và năng xuấtlao động là cao nhất

Độ cứng đặc tính cơ đợc đặc trng bằng độ sụt tốc độ khi phụ tải thay

đổi, trong trang bị điện cho máy xúc n 5%

Trong sản xuất có nhiều phơng án điều chỉnh tốc độ khác nhau trong đóphơng pháp đạt hiệu quả và điều chỉnh dễ dàng nhất và đợc sử dụng rộng rãihiện nay là thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ điện một chiều

ợc chỉ tiêu này Do vậy ta loại hai phơng án này và đa ra ba phơng án sau:

+ Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ

+ Hệ thống van - động cơ

+ Hệ thống xung áp - động cơ

II/ Phơng án I: Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ (MY-Đ ) 1,Giới thiệu hệ thống

a, Sơ đồ

+ FT : Là máy phát tốc, có nhiệm vụ phản hồi âm tốc độ

+ CKĐ, CKF : Là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại.+ KĐ : Là khâu khuyếch đại, thực hiện nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu

điều khiển UĐK

+U đ : Là điện áp đặt

2, Hoạt động của hệ thống: Giả sử động cơ sơ cấp ĐC quay với tốc độ

 = const, khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ, thông qua mạchkhuyếch đại, cuộn dây CKF đợc cấp điện, MY đợc kích thích sẽ phát ra điện

áp một chiều cấp cho động cơ  động cơ quay

- Do đặc điểm của MY là có cuộn dọc, cuộn ngang Cuộn ngang đợcnối ngắn mạch nên có dòng điện lớn và sinh ra từ thông lớn Do vậy hệ thống

có hệ số khuyếch đại rất lớn

- Nếu trong quá trình làm việc vì một nguyên nhân nào đó mà làm chotốc độ đông cơ giảm, qua biểu thức Uđk = Uđ - n ta thấy khi n giảm thì Uđk

tăng qua mạch khuyếch đại ICKF tăng và Uđ tăng  tốc độ động cơ tăng về trị

Khi tốc độ động cơ tăng quá mức thì quá trình diễn ra ngợc lại Đó lànguyên lý ổn định tốc độ.

+ FT: Máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ.

+TH & KĐ: Là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

+ FX: Là mạch phát xung

2, Hoạt động của hệ thống

Giả sử ban đầu hệ thống đã đợc đóng vào lới với điện áp thích hợp, lúcnày động cơ vẫn cha làm việc Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứngvới một tốc độ nào đó của động cơ Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽxuất hiện các xung đa tới các chân điều khiển của các van bộ biến đổi, nếu lúcnày nhóm van nào đó đang đợc đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở 

Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ  động cơ quay vớitốc độ ứng với Uđ ban đầu

Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc

độ động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - n khi n giảm  UĐK tăng 

 giảm  Ud tăng  n tăng về điểm làm việc yêu cầu Khi n tăng quá mứccho phép thì quá trình diễn ra ngợc lại Đây là nguyên lý ổn định tốc độ

+ Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống:

u b KD d

d

u b d

d

cd b KD

d d

u b d

d

d b KD u d d

u b d d b

I K K K

R R K

U K K n

I K

R R K

U K K I K

R R K

U n

+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi

điện năng một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất Cuộnkhởi động là cuộn kích từ của động cơ

M

Hình 4 Đặc tính

cơ

nn

u

đk

nu

cđ

Đ

FT

+ MK : là mạch khoá van có nhiệm vụ tạo xung điện áp ngợc đặt nênvan để khoá van.

+ T : Tiristor chức năng nh một khoá đóng mở để băm điện áp nguồn

Sức điện động này đợc đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ

t-ơng ứng với điện áp đặt ban đầu Khi muốn thay đổi tốc độ động cơ ta thay

u d

d CK

u b d

d CK

cd

cd dk

u d d

u b d d CK

u d d

u b d d b

I K K

T

R R K

K T

U K n

n U

K u K

t

I K

R R K

T

U t I

K

R R K

E n

1

1 1

1

1

) (

+ Dải điều chỉnh lớn, họ đặc tính cơ có dạng tuyến tính, hệ số khuyếch

đại lớn, hệ thống làm việc rất linh hoạt, nếu thực hiện các biện pháp ổn địnhtốc độ thì D có thể đạt tới mức độ cao Động cơ có thể làm việc ngoài vùngphụ tải, chuyển đổi linh hoạt

+Việc điều chỉnh đều đợc thực hiện trên mạch kích từ nên thuận tiện cho

tự động hoá, nâng cao chất lợng hệ thống

b, Nhợc điểm

+ Công suất lắp đặt của hệ thống lớn, hệ thống cồng kềnh, khi hoạt động

có nhiều thiết bị quay, gây ồn, hiệu suất sử dụng điện năng thấp:

+ Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác

động nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao

+ Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt.+ Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lợng hệ thống

n

p =1n

0max

0

I(M)

Trong cả ba phơng án đa ra đều đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ truyền

động của máy xúc Tuy nhiên, phơng án I với những nhợc điểm căn bản là:

+ Giá thành đắt vì phải sử dụng nhiều máy điện quay

+ Gây tiếng ồn, tốn diện tích lắp đặt

+ Hiệu suất thấp , chi phí vận hành lớn

Vì những lý do đó ta loại phơng án này Vấn đề là lựa chọn một tronghai phơng án còn lại

Trong hai phơng án còn lại ta thấy rằng phơng án III đòi hỏi phải cónguồn một chiều với công suất lớn, điều này không phải nhà máy cơ khí nàocũng có đợc Trong trờng hợp không có nguồn một chiều thì ta phải tạo ra nó

từ nguồn xoay chiều, khi đó phơng án III trở nên phức tạp hơn phơng án II.Mặt khác đối với truyền động của máy xúc đòi hỏi phạm vi điều chỉnh rất lớn( D= 2000:1) Nh vậy nếu sử dụng phơng án III ở vùng tốc độ thấp hệ thốngrất dễ rơi vào làm việc ở chế độ dòng gián đoạn mà muốn khắc phục điều nàycần phải có cuộn kháng với LK rất lớn

Từ những phân tích nh vậy ta thấy rằng phơng án II có tính u việt hơncả Ta chọn phơng án II làm phơng án truyền động cho truyền động của máyxúc

Phần III

THIếT kế sơ đồ nguyên lý

* Mạch điện nguyên lý của hệ thống truyền động điện gồm hai phần: + Mạch động lực.

ba pha

II/ Lựa chọn phơng án đảo chiều

Để đảo chiều cho động cơ điện một chiều có hai hớng là đảo chiều dòngkích từ và đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ

1, Đảo chiều dòng kích từ

Khi thực hiện đảo chiều quay của động cơ bằng đảo chiều dòng kích từthì ta phải giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ vì nếu không động cơ cónguy cơ bị ngắn mạch Ta biết rằng:

I U ER

U K R

u u

u

u u

    

Khi  = 0 ( R rất nhỏ ) thì I tăng rất lớn có nguy cơ phá hỏng động cơ

Nh vậy khi thực hiện đảo chiều dòng kích từ (đảm bảo an toàn ) thì thời gian

đảo chiều lớn làm giảm năng suất của hệ thống

Mặt khác, ở phơng pháp này hệ thống có họ đặc tính cơ sấu hơn so vớiphơng pháp đảo chiều điện áp phần ứng

2, Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Phơng pháp này có thể dùng:

+ Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ

+ Dùng hai bộ chỉnh lu đấu song song ngợc hoặc đấu chéo

Khi dùng cầu tiếp điểm thì kém bền vì hệ thống của ta khi làm việc ờng xuyên đảo chiều, mỗi lần đảo chiều dòng hồ quang một chiều sẽ làm mòntiếp điểm Mặt khác, khi đó vùng hãm tái sinh nhỏ, vùng hãm ngợc lớn gâygiật và quá trình hãm ngợc còn làm dòng phần ứng lớn vì:

u

u u

Dòng điện này có giá rị rất lớn

- Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp đòi hỏi máy biến

áp phải có hai cuộn dây thứ cấp

- Khi dùng hai BBĐ đấu song song ngợc sẽ đảm bảo khắc phục hếtnhững nhợc điểm của các phơng pháp kia, hơn nữa truyền động của ta đòi hỏi

đảo chiều nhanh nên phơng án này là phù hợp hơn cả

III/ Lựa chọn phơng án điều khiển

+ Điều khiển độc lập ( điều khiển riêng )

+ Điều khiển phối hợp ( điều khiển chung )

1, Điều khiển riêng

Phơng pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau Để điều khiểnhai bộ biến đổi làm việc song song ngợc có hai phơng pháp: cho bộ biến đổithuận làm việc thì bộ biến đổi ngợc không đợc phát xung sẽ khoá lại và ngợclại Phơng pháp này có u điểm là không phát sinh dòng cân bằng song nhợc

điểm của nó là thời gian đảo chiều lớn Để đảm bảo cho sơ đồ làm việc antoàn thì yêu cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến đổi

làm việc ở giai đoạn trớc phục hồi lại tính chất điều khiển và nh vậy làm giảm

độ tác động nhanh của hệ thống Tuy vậy vẫn có thể tăng độ tác động nhanhcủa hệ thống bằng cách giảm thời gian ngừng dòng xuống cực thiểu nhờnhững mạch kiểm tra tác động nhanh

2, Điều khiển chung

Trong phơng pháp này lại gồm có:

+ Điều khiển phối hợp tuyến tính

+ Điều khiển phối hợp phi tuyến

- Phơng pháp điều khiển phối hợp tuyến tính: Phơng pháp này ngời ta đồng thờiphát xung đến mở cho cả hai BBĐ, với quan hệ góc mở: 1 + 2 = 1800 Khi hệthống làm việc luôn tồn tại một BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lu (  900) vàmột BBĐ làm việc ở chế độ nghịch lu (  900 )

Phơng pháp này có u điểm là: đảo chiều nhanh, quan hệ giữa điện áptrung bình ra và Uđk là đơn trị Song nhợc điểm của nó là: làm phát sinh dòngcân bằng gây tổn thất trong BBĐ dẫn đến phải tăng công suất tính toán củacác phần tử Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách mắc thêm cáccuộn kháng cân bằng

- Phơng pháp điều khiển phối hợp phi tuyến: ở phơng pháp này ngời tacho hai BBĐ làm viện với quan hệ góc mở: 1 +2 = 1800 +2 Ưu điểm làu điểm làgiảm đợc dòng cân bằng Song nhợc điểm của nó là tạo ra một khoảng mà vớicùng một góc điện áp điều khiển sẽ có hai giá trị điện áp ra khác nhau, thờigian ngừng dòng khi đảo chiều lớn làm sấu các chỉ tiêu chất lợng động khi tải

có sức điện động lớn và tải có điện cảm lớn

Từ những phân tích nh vậy ta chọn phơng pháp điều khiển phối hợp tuyếntính

IV/ Sơ đồ mạch động lực

 Thuyết minh sơ đồ

Ban đầu đa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ thống đợccấp nguồn Tuy nhiên lúc này động cơ cha làm việc Giả sử BBĐ1 (gồm cácvan: T1 , T2, T3 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh lu thì động cơ quay thuận.BBĐ2 ( gồm các van : T4 , T5, T6 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh l u thì độngcơ quay ngợc Khi ta phát xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở

1  900 và BBĐ2 với góc mở 2  900 với quan hệ góc mở: 1 + 2 = 1800

Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: Ud1 và Ud2

Ud1 = Ud0cos1

Ud2 = Ud0 cos2

Điện áp đặt nên động cơ là Ud , điện áp cân bằng là điện áp giữa hai

vẽ 1= 300 , 2 = 1500) Ta thấy rằng do tồn tại điện áp ucb mà sinh ra dòng

điện icb và nh vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng Id qua động cơ còndòng icb Dòng icb chỉ chạy quẩn giữa hai BBĐ , do điện trở thuận của các vannhỏ nên với một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ pháhỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng icb này Trong sơ đồ sửdụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb  10% Id

Sơ đồ mạch động lực

Nh ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ Lk lớn và dòng cân bằng là dòng

đập mạch Nh vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều Id đi

qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb

Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id

B/ Thiết kế mạch điều khiển

I/ Giới thiệu chung

Nh ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lu mở tại những thời điểm

mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đa đến

mở các Tiristo tại các thời điểm yêu cầu Xung điều khiển phải đáp ứng đủ các

yêu cầu nh: biên độ, công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van

với mọi loại tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc Thông thờng đối với các bộ

chỉnh lu thì độ rộng xung nằm trong khoảng từ (200 - 600 ) s là đảm bảo mở

chắc chắn các Tiristo Mạch điện phát ra các xung nh vậy gọi là mạch điều

khiển

Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển đợc chia làm hai nhóm:

+ Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: Là nhóm mà các hệ thống

điều khiển đa ra các xung suất hiện trên cực điều khiển của các Tiristo đúng

thời điểm cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thờng bằng chu kì nguồn xoay

chiều cấp cho bộ chỉnh lu ( ngoài ra trong một số trờng hợp chu kì xung có thể

bằng 1/2 chu kì nguồn)

Nhóm hệ thống này đợc sử dụng rất phổ biến

+ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Nhóm này tạo ra các

chuỗi xung điều khiển với tần số thờng cao hơn nhiều tần số nguồn cung cấp

và trong quá trình làm việc tần số xung đợc tự động thay đổi để đảm bảo một

lợng ra nào đó (Ud , Id ) không thay đổi Để đạt đợc điều này thì tần số xung

phải đợc khống chế theo sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại lợng

cần ổn định Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên ít

đợc dùng, ở đây ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất

II/ Thiết kế mạch phát xung

Sơ đồ mạch động lực

1, Lựa chọn phơng pháp phát xung

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thờng sử dụng ba phơng pháp phát xung chính là:

+ Phát xung điều khiển theo pha đứng

+ Phát xung điều khiển theo pha ngang

+ Phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc

a, Phơng pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu

điện áp tựa hình răng ca thay đổi theo chu kì điện áp lới và có thời điểm suấthiện phù hợp góc pha của lới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi đợc

Hệ thống này có nhợc điểm là khá phức tạp, song nó có những u điểm nổi bậtnh: Khoảng điều chỉnh góc mở  rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện

áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của Tiristo chỉ có mộtxung đợc đa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó hệthống này đợc sử dung rộng rãi

b, Phơng pháp phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc ( UJT )

Phơng pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng

ca xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phơngpháp này mặc dù đơn giản nhng có nhợc điểm là góc mở  có phạm vi điềuchỉnh hẹp vì ngỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác,trong một chu kì điện áp lới mạch thờng đa ra nhiều xung điều khiển nên gâytổn thất phụ trong mạch điều khiển

c, Phơng pháp phát xung điều khiển theo pha ngang

ở phơng pháp này ngời ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần sốbằng tần số nguồn và góc pha điều khiển đợc ( dùng các cầu R- C hoặc cầu R

- L ) Thời điểm xuất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển.Phơng pháp này có nhợc điểm là: Khoảng điều chỉnh góc mở  hẹp, rất nhạyvới sự thay đổi của dạng điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điềukhiển do vậy thờng ít đợc sử dụng

d, chọn phơng pháp điều khiển

Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ củatruyền động cơ cấu xúc của máy xúc là khoảng điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc

độ nhỏ nên phải sử dụng các phản hồi - tức là cần phải tổng hợp nhiều tín hiệu

điều khiển Do vậy, phơng pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phùhợp hơn cả, ta chọn phơng pháp này

II/Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng

Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát sóng răng ca Khối này có nhiệm vụlấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng ca để đa vào khối

so sánh

Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hìnhrăng ca với điện áp điều khiển Uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đa tớimạch tạo xung

Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đa tớichân điều khiển của Tiristo

Với sơ đồ chỉnh lu hình tia ba pha ta có thể dùng một máy biến áp đấu 

- YO để thực hiện chức năng này Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ nh hình vẽ:

Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo ra sóng răng ca Tuy nhiên, để tạo ra đợcquan hệ góc mở : 1 + 2 = 1800 ta cần có dạng điện áp răng ca rất chính xác.

Ta nghiên cứu một số sơ đồ để tìm ra sơ đồ đáp ứng đợc yêu cầu này

a, Sơ đồ diốt - điện trở - tụ điện - tranrito

* sơ đồ mạch

*Nguyên lý hoạt động

Giả thiết tại t = 0 điện áp trên tụ Uc = 0 khi Uđb bắt đầu chuyển sang

d-ơng thì diốt D mở, tranrito khoá và tụ đợc nạp từ nguồn một chiều với quanhệ:

Uc = Ucc ( 1 - e-t/RC )

ở nửa chu kỳ sau, D khoá, tranrito mở nhờ điện trở định thiên R1, R2 tụ C

sẽ phóng điện qua R4, điện áp trên tụ trở về 0 và chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo

- Giản đồ điện áp: nếu ta coi diện áp trên R4 và tranrito khi tụ phóng lànhỏ thì giản đồ điện áp có dạng:

* Nhận xét

- Điện áp răng ca của tụ có dạng: urc = Ucc (1 - e-t/RC )

- Đây là quan hệ hàm mũ nên việc tính toán là khó khăn và khó đảmbảo quan hệ : 1+ 2= 1800.

Trong sơ đồ này có trang bị thêm: T2, D2, R4, R5 là mạch ổn định dòng đểnạp cho tụ, điện áp giữa cực gốc với cực phát của Tr2 là:

trở bảo vệ R3 mà điện áp trên tụ

không giảm xuống o(v) đợc Mặt

- ở nửa chu kỳ dơng Tr khoá , điện áp âm qua R3,R4 dẫn tới đầu vào

đảo của IC khiến điện áp ra của IC có giá trị dơng và tụ C đợc nạp bởi điện áp

đầu ra này Dòng nạp cho tụ đợc xác định là: ic = iv - i1 nếu IC là lý tởng thì iv

- ở nửa chu kỳ âm, D khoá Tr mở

nhờ cặp điện trở định thiên R1 ,R2; tụ C

phóng điện qua Tr Điện áp trên tụ giảm

a, Sơ đồ so sánh song song dùng Tranrito

Ic2u

db

R3

Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp

u

0

R1 R2

IC+

- Khi urc < uđk đầu ra Ic có giá trị điện áp âm, diốt D thông và ur = 0

- Khi urc > uđk đầu ra IC có điện áp dơng , D khoá và đầu ra có urmax

a, Mạch truyền xung

Để truyền xung điều khiển đến các chân điều khiển của các tiristo tốtnhất là dung biến áp xung , vừa có thể cách ly giữa mạch động lực với mạch

điều khiển , vừa có thể đồng thời đa nhiều xung đến mở

Các tiristo nối tiếp hay song song

Trang 28

-U

cc

DBAX

b, Mạch khuyếch đại xung

Để khuyếch đại ta có thể dùng Tranrito hay tiristo Các mạch dùng tiristo ờng đợc dùng trong những trờng hợp có đòi hỏi công suất xung điều khiểnlớn và thời gian tồn tại xung dài, trờng hợp này thờng ít gặp Trongthực tếngời ta thờng dùng Tranrito , để giảm sự phức tạp của tầng khuếch đại trongnhiều trờng hợp ngời ta thờng dùng hai Tranrito mắc theo kiểu Dalinton HaiTranrito mắc nối tiếp tơng đơng với một Tranrito có

hệ số khuyếch đại dòng là  = 1.2

Trong đó : 1,2 là hệ số khuyếch đại của Tr1, Tr2

5, Khối sửa xung

Do tính chất của khâu so sánh mà độ dài xung thờng thay đổi theo góc

mở  Do đó ta phải có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung ra đủ mứccần thiết Ta biết rằng với hai BBĐ đồng thời cùng làm việc (1 + 2 = 1800)thì góc mở  luôn nhỏ hơn 1800 một góc  nào đó, để đảm bảo cho bộ biến

đổi không bị lật nhào nghich lu thì góc  thờng phải nhỏ hơn 300 điện , tức làlớn hơn 600 s Thời gian này thừa để mở các tiristo cho nên ta chỉ cần sửaxung theo hớng thu ngắn lại

Sơ đồ mạch sửa xung nh hình vẽ ( gồm: C, R2, R3, D1) Để thuận tiệncho việc khảo sát sơ đồ , ở đây có ghép thêm phần mạch so sánh và mạchkhuyếch đại xung

* Nguyên lý hoạt động

+ Khi điện áp đầu ra khâu so sánh có giá trị dơng, tụ C sẽ đợc nạp qua

điện trở 2R và diốt D2 , D3 Lúc này Tr1, Tr2 khoá nhờ điện áp trên tụ C và

+ Khi điện áp đầu ra IC có giá trị âm ,tụ C sẽ phóng qua Tr1, Tr2 , 2R.

Lúc này Tr1, Tr2 mở và có xung ra Phơng trình nạp cho tụ là : 2Ri + 1

) P

(

c

bh )

0

(

C

bh ) 0 ( C )

P

(

C

U ) 1 RCP 2

RC 4 P

1 ( ) RCP 2 1 ( P

U ) RCP 2 1 ( u

U u

P

U u

RC 2 ) RCP 2 1

Giản đồ điện áp nh hình vẽ ( giả thiết tx < tbh của BAX )