Thiết kế hệ truyền động trục cán máy cán nóng liên tục

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong công cuộc này đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ lý thuyết và thực tiễn vào lao động sản xuất. Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng rĩa trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Tự động hoá không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm. Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, ngày càng có thêm nhiều xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những kiến thức về điện tử công suất, về truyền động điện, về vi mạch và xử lý trong công tác kỹ thuật hiện tại. Để đáp ứng những nhu cầu khó khăn đó em được giao nhiệm vụ làm đồ án "Thiết kế hệ truyền động trục cán máy cán nóng liên tục". Việc làm đồ án tốt nghiệp đã giúp em ôn lại phần lý thuyết đã được học ở trường, biết vận dụng được lý thuyết được học ở trường vào thực tiễn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Tự động hoá xí nghiệp công nghiệp và đăc biệt là Th.s Nguyễn Thị Liên Anh đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này . Hà Nội ,ngày 10/4/2013 Sinh viên thực hiện Nguyễn Ngọc Tuân. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN 1.1.LÝ THUYẾT CÁN. Cán là một hình thức gia công bằng áp lực để làm thay đổi hình dạng và kích thước của vật thể kim loại dựa vào biến dạng dẻo của nó. Yêu cầu quan trọng trong quá trình cán là ứng suất nội biến dạng dẻo, không được lớn, đồng thời kim loại vẫn giữ được độ bền cao. Cán là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục cán quay ngược chiều, phôi được biến dạng liên tục và di chuyển nhờ sự quay liên tục của trục cán, ma sát giữa trục cán và phôi. Phôi cán ăn vào trục cán nhờ lực ma sát tiếp xúc giữa phôi và trục cán, do cấu tạo trục quay nên khi phôi bị lực ma sát T kéo vào khe hở giữa hai trục cán phát sinh ra lực P, lực P ta gọi là lực cán. Dưới tác dụng của lực cán P vật cán bị giảm chiều cao từ H tơi h, phần kim loại bị biến dạng trên chủ yếu làm cho vật cán dài ra, còn một phần làm cho vật cán giãn rộng từ B tới b. Hình 1.1: Sơ đồ quá trình cán trong trục phẳng. Để sản suất ra được những sản phẩm của thép như: Thép thanh, thép tấm, thép dây hay thép hình…. người ta tiến hành các công đoạn sau : Đầu tiên là việc nấu luyện thép công việc này được tiến hành tại các nhà máy luyện kim nấu luyện thép là quá trình đun nóng chảy thép sau khi được chuyển từ quặng hoặc từ thép phế liệu tuỳ theo mục đích sử dụng mà người ta cho thêm các thành phần hoá học như C, Mg, Ti, Si, Cr, Pb, As… vào thép để tăng độ cứng hoặc độ dẻo độ bền trong từng môi trường sau đó thếp được đúc thành hình dạng nhất định. Phôi thép này được đưa vào các nhà máy cán thực 2 hiện công việc cán để tạo thành sản phẩm thép phục vụ mọi lĩnh vực trong đời sống hàng ngày. Sau đó là công đoạn cán thép: cán thép là quá trình làm biến dạng phôi thép chủ yếu ở trạng thái nóng để đạt các kích thước hình học độ vằn gai, độ cứng để phục vụ chủ yếu cho xây dựng, cán thép chiếm một vị trí quan trọng trọng chu trình của nhà máy luyện kim. Hầu như là gần 3/4 thép được luyện ra là qua cán và chi có 1/4 thép được luyện ra là dùng để đúc thành sản phẩm hoặc qua rèn ép từ thép thỏi. Sản phẩm của xưởng cán thì vô cùng phong phú từ loại đơn giản nhất như thép lá đến loại có hình thù phức tạp và kích thước cũng có rất nhiều loại có đến hàng 4000-5000 loại sản phẩm có kích thước khác nhau. Song song với sự phát triển của loại sản phẩm loại kích thước thì máy cán cũng được cải tiến và phát triển từ loại nhỏ đến loại lớn từ loại không hiện đại đến loại hiện đại, từ thủ công đến cơ khí và ngày nay tự động hoá trong công nghệ cán đang rất phát triển và được chú trọng trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. 1.2.MÁY CÁN VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN. 1.2.1.Cấu tạo máy cán. 1 9 12 3 8 ±0 13 13 8 14 3 Hình 1.2. Cấu tạo máy cán Máy cán là một loại máy gia công kim loại bằng áp lực (không tạo phôi) để cán sản phẩm có hình dáng, kích thước nhất định máy cán gồm ba bộ phận chính: Các giá cán, bộ truyền động, nguồn động lực động cơ truyền động giá cán. Trong đó : 1: Bộ phận ép trục. 2: Trục chính. 3: Động cơ truyền động. 4: Hộp bánh răng. 4 5: Hộp tốc độ. 12: Khung giá cán. 6,7: Khớp nối. 13: Đế dưới. 8: Lò xo đỡ trục nối. 14:Bu lông nền. 9,10,11: Các trục cán. 15: Trục trung gian. -Hộp cán. Mỗi trục cán gồm có hai trục cán hoặc nhiều hơn (thể hiện trên hình a hình 1.2 với hai trục cán, thể hiện trên trên hình b hình 1.2 với nhiều trục cán). Các trục cán được đặt trong thân máy thường thì trục cán dưới được đặt cố định, trục cán trên thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng hoặc được định vị bởi thiết bị kẹp trục bởi sau mỗi chu trình cán kích thước của phôi cán thay đổi nên phải chỉnh định lại khoảng cách giữa hai trục cán. -Cơ cấu và thiết bị truyền. Bộ phận truyền động gồm hộp giảm tốc, trục khớp nối, hộp bánh răng truyền lực. Tuỳ theo từng yêu cầu và công nghệ, về cấu tạo của máy cán, theo từng nhiệm vụ mà cơ cấu và thiết bị truyền đối với từng giá cán có thể khác nhau. Đối với máy cán lớn như máy cán thô, cán lá thép dày hay máy cán có tốc độ lớn thì các trục cán được truyền động riêng rẽ từ hai động cơ riêng biệt tới các trục cán không qua hộp bánh răng hình a, b trên hình 2.1. Còn đối với một số máy cán khác thì việc truyền động được thực hiện bởi một động cơ chung (gọi là truyền động nhóm) thông qua hộp bánh răng, hộp giảm tốc hoặc tăng tốc trên đường dẫn động từ động cơ tới trục của giá cán hình c, d trên hình 2.1. - Động cơ điện truyền động trục cán. Đối với máy cán thường sử dụng động cơ không đồng bộ, hoặc động cơ một chiều kích từ độc lập có yêu cầu điều chỉnh tốc độ. 1.2.2. Phân loại giá cán. Có thể phân loại máy cán theo công dụng, theo số giá cán trong máy cán, theo số trục cán có trong giá cán và theo cỡ kích thước của sản phẩm. Còn tại phân xưởng cán thì phân loại theo tên sản phẩm cuối cùng, theo cách bố trí của các máy các trong xưởng theo công nghệ cán ... Máy cán phôi là loại máy chuyên sản xuất phôi ban đầu cho các máy cán khác, máy sản xuất ra hai loại phôi chính: phôi thỏi có tiết diện vuông và phôi tấm có tiết diện hình chữ nhật. 5 Máy cán hình là loại máy cán dùng để cán thép hình. Sản phẩm của máy có rất nhiều loại và rất đa dạng. Máy cán hình chia làm ba loại: +Máy cán hính cỡ lớn (đường kính trục cán Ф ≥ 500mm) +Máy cán hình trung bình (đường kính trục cán Ф500-300mm) +Máy cán hình cỡ nhỏ (đường kính trục cán Ф350-250mm) Máy cán hình cỡ nhỏ chuyên dùng để sản xuất đường ray và dầm thép thì còn gọi là máy cán ray dầm. Máy cán hình cỡ nhỏ chuyên dùng để sản xuất các loại dây thép có Ф6, Ф8 ở dạng cuộn gọi là máy cán dây thép. Máy cán tấm: Tuỳ thuộc vào chiều dày sản phẩm mà phân ra máy cán tấm dày, máy cán tấm trung bình máy cán tấm mỏng máy cán tấm cực mỏng. Tuỳ thuộc vào trạng thái nhiệt độ các kim loại khi cán mà ta chia ra máy cán tấm nóng, máy cán tấm nguội. Máy cán ống được phân loại theo sản phẩm: máy cán tóp ống, hệ thống máy hàn ống, máy cán uốn hình. Và theo công nghệ cán ta có: máy cán ống tự động, máy cán ống liên tục, máy cán ống khứ hồi, hệ thống hàn ống bằng phương pháp hồ quang điện trở. Phân loại máy cán theo cách bố trí các thiết bị chính (giá cán ): Máy cán có một giá cán Máy cán bố trí theo hàng có các giá cán bố trí thành một hay nhiều hàng ngang, các máy cán được dẫn động chung bằng một động cơ hoặc dẫn động riêng biệt tuỳ theo ý đồ công nghệ . Máy cán liên tục: loại máy cán này thường có hai nhóm giá cán. Nhóm thứ nhất làm nhiệm vụ cán thô thường được bố trí liên tục nhóm thứ hai làm nhiệm vụ cán tinh thường được bố tríu theo hàng. 1.2.3. Các thông số cơ bản. Căn cứ vào đặc trưng biến dạng của vật cán và cách bố trí trục cán mà quá trình cán có thể chia thành ba dạng: Cán dọc (Sản là thép tấm thép hình), cán ngang (cán bánh răng, cán chu kỳ), cán nghiêng (cán ngang xoắn). Trong luận văn này tác giả chỉ đề cập đế cán dọc và chỉ nói đến các thông số đặc trưng cho quá trình cán dọc. Cán dọc là quá trình làm biến dạng kim loại một cách liên tục giữa hai trục cán. Nhờ có hai trục cán quay ngược chiều nhau và nhờ có ma sát tiếp xúc mà vật cán biến dạng và đi ra phía trước. Nhờ ma sát tiếp xúc vật cán được ăn liên tục vào trục cán và biến dạng. Sau biến dạng chiều dày vật cán 6 giảm dần, chiều dài tăng lên và chiều rộng cũng tăng lên chút ít và hình dáng của vật cán thay đổi. Vùng biến dạng là vùng kim loại biến dạng dẻo nằm trong phạm vi tác dụng của trục cán. Vùng ABCD được gọi là vùng biến dạng. Góc α được gọi là góc ăn kim loại hay là góc tạo bởi cung tiếp xúc AB (hoặc CD) giữa bề mặt trục cán và kim loại. Ở các máy cán khác nhau, sản phẩm cán khác nhau thì góc α sẽ khác nhau. Cung AB = CD = 1 là chiều dài cung tiếp xúc hay chiều dài của vùng biến dạng. H1,H2: Chiều cao của vật cán trước và sau khi biến dạng. B1,B2: Chiều rộng của vật cán trước và sau khi biến dạng. L1,L2: Chiều dài của vật cán trước và sau khi biến dạng. w1 O R E A B H1 H2 D w2  C Hình 1.3. Sơ đồ vùng biến dạng của kim loại khi cán. Lượng ép của kim loại: Lượng ép tuyệt đối (∆h) là hiệu số chiều cao của vật cán trước và sau khi biến dạng. Lượng ép tuyệt đối được biểu thị bằng công thức: ∆h=H1-H2 (2.1) Lượng ép tuyệt đối ε là tỉ số giữa lượng ép tuyệt đối và chiều dày ban đầu của vật cán tính theo %. Lượng ép tương đối được biểu thị bằng công thức: ε= H1 − H 2 H1 .100 7 Từ hình 2.2 ta có : ∆H H 1 = 2 2 H2 2 - Mà BE =OB – OE = R - R.cos = R.(1-cos Vì α bé nên sin ∆H 2R = ⇒ 2 4 α α α 2 = ) =2Rsin2 α 2 ⇒α 2 Như vậy góc trục cán D. AB α ⇒ ∆H R = = α = BE α 2 (2.2) BE = 2R 4 α 2 2H1 − H 2 D (rad) tỉ lệ thuận với α (2.3) ∆h và tỉ lệ ngịch với đường kính D α 2 Ta lại có: = R. = l = Thay vào công thức (2.3) ta có: D ∆h 2 R.∆h l= = (2.4) Vậy chiều dài cung tiếp xúc tỉ lệ thuận với đường kính trục cán và độ nén ép.  Lượng giãn rộng (độ nở rộng): Là hiệu số chiều rộng của vật cán sau khi cán và trước khi cán. Được biểu thị bằng công thức: ∆B = B1 − B 2 Lượng giãn rộng thường được tính bằng công thức: ∆h ∆h ( R ∆h − ) ∆B = 1,115. 2 H 1 2f Trong đó : ∆h : Lượng ép tuyệt đối. R:Bán kính trục cán. F:Hệ số ma sát. 8 Hệ số dãn nở dài khi cán (hệ số kéo dài):  Là tỉ số giữa chiều dài sau khi cán L2 và trước khi cán L1. L2 L1 λ= Tính số lần cán n: Theo định nghĩa hệ số kéo dài ta có: Trong đó: λ tổng = Ln Lo = Fo Fn λ : Hệ số kéo dài tổng cộng của vật cán sau n lần cán . Ln,Lo: Chiều dài của vật cán sau n lần cán và chiều dài phôi cán ban đầu. Fo,Fn: Diện tích tiết diện của phôi cán ban đầu và thành phẩm sau n lần cán Từ (2.8) có: tổng F0 F1 Fn − 2 Fn −1 ... = F1 F2 Fn −1 Fn λ tổng = λ λ λ λ λ . 2..... n-1 n (2.9) Để tiện cho việc tính toán người ta đưa ra khái niệm về hệ số kéo dài trung bình: tổng = λ tb 1 λ1 + λ 2 + λ 3 + .... λn − 1 + λn n = Kết hợp với (1.8), (1.9), (1.10) ta có : λ tổng = Fo F1 = λ tb . λ ... tb λ tb =( λ tb )n lg F0 − lg Fn lg λtb Vậy: n = Như vậy nếu biết được tiết diện ngang ban đầu của phôi cán, tiết diện của sản phẩm và biết được hệ số kéo dài trung bình thì tính ngay được số lần phải cán. 1.3.CÔNG NGHỆ CÁN NÓNG LIÊN TỤC. 9 1.3.1.Công nghệ cán nóng. Muốn cán nóng bất kỳ một kim loại nào đều phải nung, việc nung kim loại đến nhiệt độ cán rất quan trọng, nó quyết định năng suất và chất lượng của sản phẩm cán. Mục đích của việc nung kim loại trước khi cán là: tăng tính dẻo, giảm trở kháng biến dạng, vì vậy mà gia công sẽ dễ dàng. Nung phôi trước khi cán còn làm giảm lực cán, hạ thấp lượng tiêu hao điện, tăng tuổi thọ làm việc cho trục cán và các thiết bị của máy cán, Làm cho thành phần hóa học của phôi được đồng đều, tăng được lực ép... dẫn tới năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt. Vì vậy phải xác định được nhiệt độ nung thích hợp cho từng loại thép, từng loại kim loại. Nếu nhiệt độ nung phôi quá cao thì phôi bị cháy hoặc quá nhiệt... dẫn tới phế phẩm nhiều. Nếu nhiệt độ nung phôi quá thấp thì tính dẻo của kim loại kém, trở kháng biến dạng lớn... dẫn tới chất lượng sản phẩm xấu, không đảm bảo an toàn cho thiết bị. Từ thực tế kết hợp với lý thuyết ta có công thức kinh nghiệm để xác định nhiệt độ nung tối ưu kim loại là: Tnung = Tchay − ( 200 + 150) 0 C Trong đó: Tchảy: nhiệt độ nóng chảy của từng kim loại và hợp kim (0C). Đối với thép người ta nung ở nhiệt độ nhỏ hơn công thức trên một ít để tránh hiện tượng thoát cacbon và cháy nhằm đảm bảo chất lượng của thép và tăng chất lượng sản phẩm: Tnung = Tchay − (100 + 150) 0 C 1.3.2.Công nghệ cán nóng liên tục. Máy CNLT là loại máy cán chỉ quay theo một chiều và gồm nhiều hộp cán đặt nối tiếp nhau. Phôi cán được cán cùng một lúc qua lần lượt các hộp cán. 10 w1 Vv Vr 1 F1v1= 1 w2 Vv Vr Vv 2 2 F2v2= w3 3 Vr 3 F3v3=.... Hình 1.4. Sơ đồ cán liên tục máy CNLT Điều kiện đặc trưng cho cán liên tục là khối lượng phôi qua các hộp cán trong một đơn vị thời gian là không đổi: Fi.vi = const Trong đó: Fi: Tiết diện phôi trước khi vào hộp cán thứ i. vi: Tốc độ phôi trước khi vào hộp cán thứ i. Nếu ta không đảm bảo chắc chắn điều kiện trên thì xảy ra hiện tượng sau: Cán nén (ép): Khi khối lượng ra của một hộp cán nhỏ hơn khối lượng phôi tới. Cán kéo (căng): Khi khối lượng phôi ra của một hộp cán lớn hơn khối lượng phôi tới. Máy CNLT có các đặc điểm sau: Được thiết kế với tốc độ cao nên cho năng suất cao, chênh nhiệt giữa các hộp cán thường nhỏ nên chất lượng sản phẩm tốt, tuổi thọ của trục cán cao hơn, giảm được năng suất tiêu hao năng lượng. Máy cán làm việc với tốc độ cao nên thường xuất hiện phụ tải xung và dao động giữa các hộp cán. Kim loai cán trên nhiều hộp cán cùng một lúc nên giữa các hộp cán phải có mối liên hệ chặt chẽ về tốc độ. Yêu cầu chung cho điều chỉnh tốc độ trong máy CNLT là: Duy trì được tốc độ ứng với một chế độ cán nhằm đảm bảo quan hệ tốc độ giữa các hộp cán. Có đặc tính quá tốt lúc ngoạm phôi nghĩa là lúc đó có độ sụt tốc nhỏ, thời gian phục hồi tốc độ ngắn. Hệ truyền động cho máy cán liên tục thường là hệ F-Đ, CL-Đ, hay hệ T-Đ, các động cơ được cấp nguồn chung hoặc riêng rẽ độc lập. Việc điều 11 chỉnh tốc độ cán được thực hiện bằng việc thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi giá trị kích từ. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1. LỰA CHỌN CỦA BỘ CHỈNH LƯU Trong trường hợp này là động cơ một chiều, tức là trên sơ đồ thày thế có dạng R + L + E. 2.1.1. Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng có điều khiển. Để đơn giản cho quá trình phân tích ra xem dòng điện chỉnh lưu i d là dòng liên tục và không có hiện tượng chuyển mạch giữa các van, tức là tại một thời điểm chỉ có một van dẫn dòng. Tại θ = α ta phát xung ở cặp Thiristo 1 1 và 4. Khi θ = α + π ta phát xung mở cặp Thiristo 2 và 3, α gọi là góc mở van (hay góc điều khiển ). tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên. U2 là trị số hiệu dụng. Điện áp pha cuộn thứ cấp biến áp nguồn. Căn cứ vào bảng các tham số chính của các mạch chỉnh lưu trong quyển tài liệu "Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất" của thầy Phạm Quốc Hải ta có các tham số chính của mạch chỉnh lưu cầu một pha như sau: Giá trị trung bình của dòng điện van Iv = Id/2 Trong đó Id là trị số trung bình dòng điện ra tải. Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc Ung max = 1,41 U2 12 Trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn Sba = 1,23.Pd Trong đó Pd là công suất một chiều trên tải.Pd = Udo .Id. Hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu Kđm = 0,67 Nhận xét: Sơ đồ này có thể cấp dòng tải lên tới 100(A) và điện áp ra tải từ 10 (V) trở lên. Ưu điểm của sơ đồ này so với chỉnh lưu hình tia là không nhất thiết phải có biến áp nguồn, khi điện áp ra tải phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều ta có thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu và lưới điện. Do sụt áp trên các van gấp đôi sơ đồ hình tia nên không thích hợp với tải. Cần dòng lớn nhưng điện áp lại nhỏ. 2.1.2. Chỉnh lưu hình tia 3 pha. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu. Ud = 3 6U 2 .cos α 2π Khi α = 0 thì Udo = 1,17 U2 Trị số trung bình của dòng điện qua van Iv = Id 3 Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc. Ungmax = 2,45 U2 Trị số hiệu dụng dòng diện cuộn thứ cấp thứ nhất MBA nguồn. I2 = 0,58 Id Công suất tính toàn của máy biến áp nguồn 13 Sba = 1,.35Pd Nhận xét: Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia bắt buộc phải có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải, công suất máy biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần. Tuy nhiên sụt áp trong mạch van nhỏ nên thích hợp với phạm vi điện áp làm việc thấp. Vì sử dụng nguồn 3 pha nên không làm lệch điện áp lưới và cho phép nâng cao công suất tải lớn lên nhiều, mặt khác, độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ lọc cùng nhỏ đi nhiều so với sơ đồ 1 pha. 2.1.3. Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu. Các tham số chính của mạch chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu như sau: Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu. Ud = 3 6U 2 cos α cos α π Khi α = 0 thì Udo = 2,34. U2 Trị số trung bình dòng điện quan van, Iv = Id 3 Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi Unguồn max = 6.U 2 Công suất tính toán mạch MBA nguồn. Sba = 1.05. Pd. Hế số đập mạch của điện áp chỉnh lưu K đm = 0,057 sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha gồm 6 Thiristo chia thành hai nhóm. Nhóm ca tốt chung: T1, T3 và T5 Nhóm anốt chung: T2, T4 và T6 Điện áp các pha. U2a = 2.U 2 sin θ 2.U 2 sin(θ − ; U2b = 14 2π 3 2.U 2 sin(θ − );U2c = 4π 3 ) Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin. Hoạt động của sơ đồ. Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua VF = U2c , VG = U2b khi θ = π +α 6 θ1 = cho xung điều khiển mở T1. Thiristo này mở vì U 2a >0. Sự mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên và U 2a > U2c, Lúc này T6 và T1 cho dòng chạy qua. Điện áp trên tải Ud = Uab = U2a = U2b . 3π +α 6 Khi θ = θ2 = cho xung điều khiển mở T2. Thiristo này mở vì khi T6 dẫn dòng, nó đặt U2b nên anốt T2 mà U2b > U2c. Sự mở của T2 làm cho T6 bị π 3 khoá lại một cách tự nhiên và U2b > U2c Các xung điều khiển lệch nhau được lần lượt đưa đến cực điều khiển các Thiristo theo thứ tự 1, 2, 3,4, 5, 6, 1…Trong mỗi nhóm khi 1 Thiristo mở nó sẽ khoá ngay Thiristo dẫn dòng trước nó. Tóm tắt bảng. Thời điểm Mở T1 θ1 = π/6 + α T2 θ2 = 3π/6 + α T3 θ3 = 5π/6 + α T4 θ4 = 7π/6 + α T5 θ5 = 9π/6 + α T6 θ6 = 11π/6 + α Giá trị trung bình của điện áp trên tải Khoá T5 T6 T1 T2 T3 T4 Đường bao giá trên biểu diễn điện thế cau F và V F. Đường bao giá dưới biễu diễn điện thế cau G và VG. Điện áp trên tải là Ud = VF -VG là khoảng cách thẳng đứng giữa hai đường bao. 15 6 2π Ud = 6 2π Ud = 5π +α 6 ∫ π 6 7π +α 6 ∫ 3π 6 2U sin θdθ = 3 6U 2 .cos α π −3 6U 2 2π   2U sin  θ + d θ = .cos α ÷ 3  2π  Nhận xét: Chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cầu là loại được sử dụng nhiều nhất trong thực tế vì có nhiều ưu điểm hơn cả. Nó cho phép đấu thẳng vào lưới điện 3 pha, độ đập mạch rất nhỏ (5%). 16 Nếu có dùng biến áp thì gây méo lưới điện ít hơn các loại trên đồng thời công suất MBA cũng chỉ xấp xỉ công suất tải. Công suất mạch chỉnh lưu này có thể rất lớn đến hàng trăm kW.Nhược điểm của nó là một sụp áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên không phù hợp với cấp điện áp ra tải dới 10V. 2.1.4. Kết luận Sau khi đưa ra các sơ đồ trên ta có nhận xét: Công suất tải của ta lớn nên nếu ta dùng sơ đồ cầ 1 pha sẽ gây ra méo điện áp lưới. Nếu dùng chỉnh lưu sơ đồ hình tia thì ta cần phải có biến thế. Mặt khác, do sơ đồ này có hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu tương đối lớn nên phải dùng thêm bộ lọc. Nếu dùng chỉnh lưu 3 pha sơ đồ cấu thì sẽ đảm bảo được yêu cầu vì công suất của tải lớn. Hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu cầu sơ đồ này rất thấp (0,057). Vì thế có thuận lợi là ta không phải dùng bộ lọc. Vậy sau khi căn cứ vào công suất và điện áp mà tải yêu cầu ,và đối chiếu với ưu và nhược điểm của từng sơ đồ là chọn chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển là hợp lý nhất. 2.2.THIẾT KẾ MẠCH LỰC. Thông số động cơ : 1. Công suất định mức Pđm=310 (KW). 2. Điện áp định mức Uđm=600(V). 3. Tốc độ định mức nđm=1160 (vòng/phút) 4. Dòng điện định mức Iđm=545 (A). 5. Điện trở phần ứng Rư=45,5(mΩ). 6. Mômen quán tính JD=7,5 kg.m2. 7. Số đôi cực p=2. 17 Hình 2.1.Sơ đồ mạch lực - Phương pháp điều chỉnh tốc độ: Thay đổi điện áp phần ứng động cơ. - Cấu trúc bộ điều chỉnh: Sử dụng 2 mạch vòng tốc độ và dòng điện. - Cấu trúc bộ biến đổi: Sử dụng 6 Thyristor mắc theo sơ đồ cầu chỉnh lưu 3 pha. - Mạch bảo vệ có chức năng bảo vệ hoàn chỉnh gồm: + Bảo vệ quá dòng + Bảo vệ mất từ thông 18 + Bảo vệ mất pha. - Nguồn điện sử dụng: Nguồn 3 pha x 380 V tần số 50 Hz. 2.2.1.Tính chọn thyristor. Tính chọn thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải,sơ đồ đã chọn điều kiện tản nhiệt,điện áp làm việc.Các thông số cơ bản của van được tính như dưới đây. • Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu: U π U n max = K nv × U 2 = K nv × d = × 600 = 628,3V Ku 3 K nv = 6, K u = 3 6 π Trong đó: Điện áp ngược của van cần chọn: U nv = K dtU × U n max = 1,8 × 628,3 = 1131( V ) K dtU = 1,8 K dtU • Trong đó: là hệ số dự trữ điện áp,chọn . Dòng điện làm việc của van tính theo dòng hiệu dụng: 1 1 I lv = I hd = khd × I d = × Id = × 545 = 314,65 ( A ) 3 3 khd = • (Do trong sơ đồ cầu ba pha, hệ số dòng hiệu dụng ) Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt ;không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng điện định mức của van cần chọn: I dm = ki × I lv = 3, 2 × 314, 65 = 1006,9( A) ki • 1 3 ki là hệ số dự trữ dòng điện, chọn =3,2. Từ các thông số ta chọn 6 van loại T-1049 do Tây Âu sản xuất có các thông số sau: - Điện áp ngược cực đại của van : 19 U n = 1200(V ) - Dòng điện định mức của van - Dòng điện của xung điều khiển: - Điện áp của xung điều khiển - Sụt áp lớn nhất của thyristor ở trạng thái dẫn: - : I dm = 1050 ( A ) : I dk = 250 ( mA ) U dk = 2, 2 ( V ) ∆U = 1,34 ( V ) Rd = 0, 225mΩ Điện trở động : 2.2.2.Tính toán máy biến áp chỉnh lưu. ∆ /Y Chọn máy biến áp ba pha ba trụ sơ đồ đấu ,làm mát tự nhiên bằng không khí. • Tính chọn các thông số cơ bản. 1. Tính công suất biểu kiến MBA: Sba = K s × P = 1.05 × 310 = 325,5 ( KVA ) . Ks 2. 3. là hệ số công suất theo sơ đồ mạch lực Điện áp pha sơ cấp MBA Ks =1.05 U1 = 380 ( V ) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: U d 0 .cos α min = U d + 2.∆U v + ∆U dn + ∆U ba Trong đó : α min = 10o - là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện áp lưới; ∆U v = 1,34V - ∆U dn ≈ 0V - là sụt áp trên thyristor; là sụt áp trên dây nối; ∆U ba = ∆U r + ∆U x - là sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA. Chọn sơ bộ : 20 ∆U ba = 6%U d = 0, 06 × 600 = 36 ( V ) Từ đó ta được: Ud0 = U d + 2∆U v + ∆U dn + 2∆U ba 600 + 2.1,34 + 0 + 36 = = 648,5 ( V ) cos α min cos10o Điện áp pha thứ cấp MBA : U 648,5 U2 = d0 = = 277, 24 ( V ) kU 3 6 π • 4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA: 2 2 I2 = .I d = .545 = 445 ( V ) 3 3 5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA: U 277, 24 I1 = kba .I 2 = 2 .I 2 = .445 = 324, 66 ( A ) U1 380 Tính sơ bộ mạch từ. 6. Tiết diện sơ bộ trụ : QFe = kQ . Sba 325500 = 6. = 279,5 ( cm 2 ) m. f 3.50 Trong đó : kQ Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát lấy m-Số trụ của máy biến áp, m=3. f-Tần số nguồn xoay chiều f=50 Hz. Đường kính trụ : 4.QFe 4.279,5 d= = = 18,86 ( cm ) π π - 7. • =6. Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d=19(cm) Tính toán dây quấn. 8. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA : 21 W1 = Lấy U1 380 = = 61,3 ( vong ) 4, 44. f .QFe .BT 4, 44.50.279,5.10 −4.1 W1 =61 (vòng) BT 9. Trong đó : là mật độ từ cảm trong trụ chọn Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA : U 277, 24 W2 = 2 .W1 = .61,3 = 44, 7 ( vong ) U1 380 BT =1 T W2 Chọn =45 (vòng). 10. Tính toán tiết diện dây quấn. SCu = I J Trong đó : I : Cường độ dòng điện trong các cuộn dây J : Mật độ dòng điện trong các cuộn dây Chọn J=2,75 ( A/mm2 ) Thay số : 4.S1 ≈ 14.35 ( mm π 445 = 161.8(mm 2 ) 2.75 ) SCu2 = ⇒ D1 = Chọn SCu2 = Scu1 = 161.8(mm2) ⇒ D2 = D1 = 14.35(mm) 11. Tính chiều dài của các cuộn dây đồng Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy :S01=0,1 (cm) Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp a01= 1,0(cm) Đường kính trong của ống cách điện Dt = dfe + 2 . a01 – 2 .S 01 = 18.86 + 2.1 - 2.0,1 = 20,76(cm) Đường kính trong của cuộn sơ cấp Dt1 = Dt + 2 . S01 = 20,76 + 2 . 0,1 = 20,96(cm) Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp : 22 cd11 = 0,1(mm) Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = (a1 + cd11) . n11 = (1,45+0,1).6,1 = 8,9(mm) = 0,89(cm) Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp : Dn1 = Dt1 + 2 . Bd1 = 12 + 2.0,89 = 22,74(cm) Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = ( Dt1 + Dn1 ) / 2 = (20,96 + 22,74 )/2 = 21,85 (cm). 12. Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp là: a12= 1,0 (cm) Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2 . a12 = 22,74+ 2.1,0 = 24,74 (cm) ⇒ rt2 = Dt2/2 =12,37 (cm) Chọn bề dầy cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1(mm) Bề dầy cuộn thứ cấp : Bd2 = (a2 + cd22) .n12 = (0,145 + 0,01) . 4 = 0,62 (cm) Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp: Dn2 = Dt2 + 2 .Bd2 = 24,74+ 2 . 0,62 = 25,98(cm) Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = ( Dt2 + Dn2 ) / 2 = (24,74 + 25,98) / 2 = 16,4(cm) 13.Điện kháng quy đổi về thứ cấp :  r  B + Bd 2  −7 X BA = 8π 2 .(W2 ) 2 .  12 ÷ a12 + d 1 ÷.ω.10  h ÷ 3   qd  Trong đó : W2 : Số vòng dây thứ cấp. r12 :bán kính dây thứ cấp. a12 :Bề dày cách điện của các cuộn dây với nhau.Chọn a12=2(mm) Bd1,Bd2 :bề dày cuộn sơ cấp và thứ cấp. 0,89 + 0, 62   12,37   −7 X BA = 8π 2 .(45) 2 .   0.02 + ÷.314.10 = 0, 782 ( Ω ) ÷ 3   20,34   23 ⇒ LBA = X BA 0, 78 = = 2, 49 ( mH ) ω 314 . 2.2.3.Tính toán cuộn lọc kháng. Các bộ lọc thường dùng hệ số san phẳng ( ksb) để đánh giá hiệu quả của bộ lọc. ksb= kdmv/kdmr Với: .kdmv là hệ số đập mạch đầu vào .kdmr là hệ số đập mạch đầu ra Tính toán điện cảm lọc L. - Loại này chỉ dùng đơn giản một điện cảm mắc nối tiếp với tải.Quan hệ giữa trị số điện cảm với hệ số bộ lọc như sau: L = ksb Trong đó : .Rd - Tổng tất cả các điện trở tải có thể coi sơ bộ bằng Ud/Id .mdm - Số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong 1 chu kì điện áp. .1 - Là tần số góc của điện áp xoay chiều này. -Hệ số đập mạch đầu vào là của mạch van chỉnh lưu ,bị thay đổi theo góc điều khiển .Góc điều khiển càng tăng thì điện áp ra càng xấu và hệ số đập mạch càng giảm. -Ta có: D= = = = = = 30,4rad/s -Phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập: = Từ đó suy ra: đm = max = Vậy: = = = 4,73 Wb Tương tự ta có: min = Vậy: Ud.min = K. . min + Rư .Iư = 4,73.30,4+0,0455.545=168,6V -Mặt khác: Ud.min=2,34.U2.cosmax cosmax = = = 0,26 24 -Với sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha có : mđm=6.Từ hình 2.5 ta có: k*đm = 0,33 Nên: kdmv= k*đm/ cosmax=0,33/0,26=1,27 Chọn: kdmr = 0,05 ksb= kdmv/ kdmr = 1,59/0,1 = 12,7 Vậy: Ud 600 Rd Id La = .k sb = .k sb = 545 .12, 7 = 0, 0074 ( H ) mdm .ω1 mdm .ω1 6.314 Chọn La= 8 mH. 2.2.4.Tính toán bảo vệ van mạch lực. Trong các bộ chỉnh lưu phần tử kém khả năng chịu được các biến động mạnh của biến áp và dòng điện chính là các van bán dẫn. • • • Bảo vệ quá dòng Thực tế do yêu cầu của đề bài mà bắt buộc ta phải dùng đến biến áp.Vì vậy thực chất trong mạch đã có bảo vệ quá dòng nên chỉ cần lắp atomat đầu mạch biến áp. Bảo vệ quá áp do phía nguồn xoay chiều gây ra ,ở đây ta dùng mạch RC để chống quá áp nguồn kiểu riêng lẻ từng pha. Bảo vệ các xung áp trên van Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt thyristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với thyristor. Hình 2.2.Mạch RC bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch. Ta dùng phương pháp đồ thị để tính gần đúng R và C. 25 U ngcp U ntt K= Trong đó : Ungcp: điện áp ngược lớn nhất thường xuyên đặt lên van Untt : điện áp ngược thực tế lớn nhất. Với Ungcp=1200(V). Untt=2,45.U2=2,45.277=678,65 1200 ⇒K = = 1, 76 678, 65 . - Tra bảng và đồ thị: Xác định C*, R*, R*max theo k ⇒ C * = 0, 6; R*max = 1,9; R*min = 0,9 I van.max = U ng .max Ru = 1131 = 25415( A) 0, 0445 Ta có : Suy ra tốc độ giảm dòng nhanh nhất khi van khóa lại: − di max = ω.I van.max = 314.25415 = 8( A / µ s) dt Từ đồ thị hình 3.7 ta có Q=240(A/µs) - Chọn tụ C. 26 C , min = 2Q U ng .max .C *min = 2.240 .0, 6 = 0, 424 ( µ F ) 678, 65 ⇒ C = C , min /1, 67 = 0, 25 ( µ F ) - Vậy chọn tụ C=0,27(µF) Chọn điện trở R. R L' .U ng .max * min 2Q ≤R ≤R ' L' .U ng .max * max 2Q Với L’=2L;L là điện cảm tản của biến áp lực. L= Xγ ω = u % nm. U2 277, 24 = 0, 04. = 79 ( µ H ) ω .I 2 314.445 2.79.678, 65 2.79.678, 65 ≤ R ' ≤ 1,9 2.240 2.240 ⇒ 13, 45 ≤ R ' ≤ 28, 4 ⇒ 0,9 ⇒ 22 ≤ R ≤ 47 Với R’=0,6R Chọn R=47Ω Kiểm tra tốc độ tăng điện áp thuận khi mới đóng mạch du R 47 max = U ng .max . = 678, 65. = 403 ( V / µ s ) < 1000 dt L 79 Thỏa mãn Vậy chọn R=47Ω,C=0,27μF Sơ đồ mạch lực có bảo vệ hoàn chỉnh. 27 Hình 2.8.Mạch lực hoàn chỉnh CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN. Mạch điều khiển là phần mạch quan trọng nhất của chỉnh lưu điều khiển tại đó các xung mở van được phát ra theo một trật tự đã định.Quy luật hoạt động của mạch điều khiển được xác định bởi loại chỉnh lưu (đảo chiều,không đảo chiều,….) và bởi các đặc tính phụ tải. Thường có 2 phương pháp mở xung thyristor : - Phương pháp đồng bộ với lưới. - Phương pháp không đồng bộ với lưới. Trong đó phương pháp không đồng bộ thường chỉ được dùng trong mạch phản hồi kín.Các xung điều khiển có thể được phát riêng cho từng 28 pha ta được hệ thống nhiều kênh.Hoặc các xung phát ra bằng cách làm trễ một xung cơ bản duy nhất có hệ thống một kênh. Trong thực tế truyền động điện hay dùng nhất là các hệ thống nhiều kênh đồng bộ.Trong đó việc đồng bộ được thực hiện nhờ việc đồng bộ hóa điện áp tựa với điện áp lưới.Điện áp tựa thường có dạng răng cưa quét ngược hoặc hình sin. 3.1.CHỨC NĂNG VÀ YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN. 3.1.1.Chức năng hệ thống điều khiển. Chức năng của hệ thống điều khiển là tạo các xung đủ để mở các thyristor.Muốn vậy các xung phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Các xung phát ra phải có công suất đủ lớn. - Các xung phát ra phải có đủ độ rộng và hình dáng phù hợp. - Các xung phải được đưa đến cực điều khiển của các van theo một trình tự nhất định và các xung phải có độ dốc sườn trước để đảm bảo mở chính xác.Và một đặc điểm hết sức quan trọng là có thể thay đổi được thời điểm đưa xung đến để mở các Thyristor hay còn gọi là thay đổi góc α. 3.1.2.Yêu cầu đối với mạch điều khiển. - Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha và với góc điều khiển α cần thiết. α min : α max - - Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều khiển tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tải của mạch lực. Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bình thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu. 1o ÷ 30 Có độ đối xứng xung điều khiển tốt,không vượt quá độ điện,tức là góc điều khiển với mọi van không được lệch quá giá trị trên. Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều dao động cả về giá trị điện áp và tần số. Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt. Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dươi 1ms. 29 3.2.SƠ ĐỒ VÀ CẤU TRÚC CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR. 3.2.1.Cấu trúc mạch điều khiển.        Hình 3.1.Cấu trúc mạch điều khiển ĐF :Khối đồng pha là khối tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp trên A-K của thyristor. Tạo RC :Khối tạo xung răng cưa. Ri & Rw U dk :Khối điều chỉnh Regurlator, việc thay đổi sẽ điều chỉnh được góc α. SS :Khối so sánh co nhiệm vụ so sánh tín hiệu TX :Tạo xung điều khiển. Dao động :Tạo xung cao tần đưa vào khối TX. KĐ :Tạo ra xung có chất lượng theo yêu cầu. U dk và U tua . 3.2.2.Sơ đồ mạch điều khiển. Trong quá trình tìm hiểu nguyên tắc diều khiển của đông cơ điện ta đã xây dựng được sơ đồ mạch điều khiển như trang bên.(Hình 4.2)  Nguyên lý hoạt động : Tín hiệu xoay chiều sau khi đi qua biến áp nguồn được chỉnh lưu bởi 2 Điốt Đ1 và Đ2. Điện sau chỉnh lưu so sánh với điện áp chuẩn U0 để tạo tín hiệu đồng bộ trùng với thời điểm diện áp lưới đi qua điểm 0 . Khi tín hiệu đồng bộ âm tụ C được nạp và ngược lai khi tín hiệu đồng bộ dương tụ C phóng . Như vậy ở đầu ra của IC sẽ có tín hiệu răng cưa .Sau đó tín hiệu răng cưa được so sánh 30 với tín hiệu điều khiển (Lấy từ khâu phản hồi tốc độ ) bằng khuếch đại thuật toán . Bộ OA4 là một đa hài đợi dao động tạo xung chùm có tần số cao với mục đích giảm kích thứơc của máy biến áp xung .Tín hiệu cao tần trộn với tín hiệu sau khi so sánh rồi tiếp tục được trộn với tín hiệu phân phối nhằm tao ra tín hiêu cho từng Thyristo riêng biệt .Những tín hiệu này đựoc khuếch đại và thông qua biến áp xung đưa trực tiếp lên cực điều khiển của Thyristo . Do yêu cầu của đề bài là dùng sơ đồ cầu 3 pha nên cần thiết kế 3 kênh tương tự nhau cho các pha A , B , C .  Dạng điện áp mạch điều khiển : 31 32 3.2.3.Tính toán mạch điều khiển. Sơ đồ một kênh điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha được thiết kế theo sơ đồ ở hình trên.Tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển - Điện áp điều khiển nhỏ nhất đảm bảo mở được ban :U=2,2V - Dòng điện điều khiển : I=250mA - Độ rộng xung điều khiển : tx=167μs - Mức sụt biên độ xung :sx=0,15 Chọn xung điều khiển U=3V,I=250mA. a).Tính biến áp xung và khuếch đại xung.  Hình 3.2.Khâu khuếch đại xung và biến áp xung. Biến áp xung. - Biến áp xung có nhiệm vụ tách ly mạch lực và mạch điều khiển - Phối hợp trở kháng giữa tầng khuyếch đại xung và cực điều khiển van lực. Yêu cầu lớn nhất đối với biến áp xung là truyền xung từ mạch điều khiển lên cực điều khiển của thyistor với độ méo ít nhất. Biến áp xung làm việc với tần số cao nên lõi dẫn từ trường cho biến áp xung là lõi ferit dạng xuyến, hình trụ hoặc có tiết diện chữ E. 33 Do chế độ làm việc của biến áp xung là từ hoá một phần nên ta chọn vật liệu làm lõi là sắt ferit HM.Lõi có dạng hình xuyến, có ∆B=0,3T ;∆H=30A/m,không có khe hở không khí. • Tỷ số biến áp xung : chọn m=3 • Điện áp cuộn thứ cấp MBA xung : U2=Udk=3V. • Điện áp sơ cấp của MBA xung : U1=3.3=9V. • Dòng điện thứ cấp MBA xung : I2=Idk=0,25A. • Dòng điện sơ cấp I1=I2/m=0,25/3=0,083A. • Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt : ∆B 0,3 µtb = = = 8000 µ0 .∆H 125.10−6.30 • Thể tích của lõi thép cần có : µtb .µ0 .t x .sx .U1.I1 8.103.1, 25.10−6.167.10 −6.0,15.9.0.083 V = Q.l = = ∆B 2 0,32 V = 2 ( cm3 ) • Số vòng dây quấn sơ cấp MBA xung: U1.t x 9.167.10−6 W1 = = = 186 ( vong ) ∆B.Q 0,3.27.10−6 • • Chọn Q=27.10-6(cm2) Số vòng dây quấn thứ cấp : W 186 W2 = 1 = = 62 ( vong ) m 3 Tiết diện dây quấn sơ cấp : I 0, 083 S1 = 1 = = 0, 0138 mm 2 J1 6 ( ) Chọn mật độ dòng điện J1=6 A/mm2 Đường kính dây quấn sơ cấp : 4.S1 d1 = = 0.13 ( mm ) π • Tiết diện dây quấn thứ cấp : 34 S2 =  I 2 0, 25 = = 0, 0416 ( mm 2 ) J2 6 Chọn mật độ dòng điện J2=6 A/mm2 Đường kính dây quấn thứ cấp : 4.S2 d2 = = 0.23 ( mm ) π . Khuếch đại xung. - Khi có xung vào các bóng T 1 , T2 mở , đưa xung tới biến áp xung rồi tạo xung mở Thyristor . + Vì biến áp xung có tính chất vi phân nên phải có điện trở R 13 để tiêu tán năng lượng tích luỹ của các cuộn dây trong giai đoạn T 1 , T2 khoá .Nếu không biên độ của các xung sẽ giảm đi đáng kể do điểm làm việc của lõi biến áp đẩy lên phía bão hoà . + Do R13 mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp của máy biến áp xung nên làm giảm điện áp đặt lên biến áp xung , để giữ điện áp ban đầu trên máy biến áp bằng nguồn Ecs ta thêm tụ C vào D5 có tác dụng ngăn mạch biến áp xung khi T 1 khoá,D7 nhằm chống quá áp gây hỏng bóng . Theo thông số van T-1049 đã chọn ta có : Iđk = 250(mA),Uđk = 3(V) Tham số dòng điện và điện áp của cuộn sơ cấp máy biến áp xung : U1 = 9(V) , I1 = 83,3(mA) Nguồn công suất phải có trị lớn hơn U1 để bù điện áp trên điện trở .Vì vậy chọn Ecs =15(V) Từ giá trị Ecs và I1 chọn bóng T1 loại BFY51có Icmax =1(A) ,UCE =30(V) , β = 40 ECS I CP Điện trở : R13 > =15(Ω) . Công suất điện trở này thường từ 2 (W) đến 4 (W) do dòng quá lớn và khá thường xuyên lớn nhất là khi gốc điều khiển nhổ nhất. Kiểm tra độ sụt áp trên điện trở khi bóng dẫn dòng: U R = I1 R13 = 0, 083 ×15 = 1,3V . 2 35 Suy ra điện áp trên biến áp xung phải là:U1 = ECS = UR2 = 15 - 1.3= 13.7V và đạt yêu cầu. Tuy nhiên để tăng mạnh xung kích cho van vẫn có thể dùng thêm tụ tăng cưỡng áp C đựoc tính như sau: Tần số xung chùm 10 Khz tương ứng với chu kì bổ xung là: 1 f XC = 1 = 100 × 10 −6 ( s ) = 100 µS 3 10 × 10 TXC = Khoảng cách giữa hai xung chìm là: tu = C< T ×c = 50 µS 2 tn 50 ×10 −6 = = 1.1×10 −6 = 1.1µF 3R2 3 × 15 Vậy do nên chọn C = 1µF Bóng T2 chọn loại BC107, UCC = 45V, ICmax = 0.1A, βmin = 110. Vậy điện trở đầu vào tính theo công thức: U C max ββ E < R1 < 1 2 CS I V max KI1max Thay số: 12 40 ×110 × 15 < R1 < 0.1 2 ×1 110 ⇔ 13.2kΩ < R1 < 33kΩ Chọn R1 = 20kΩ Điốt chọn loại 1N1192A - Có các thông số như sau : Imax =20(A ) ; Un = 50(V) b).Chọn cổng AND. Toàn bộ mạch điều khiển phải dùng 6 cổng AND nên ta chọn hai IC 74LS11 của CMOS.mỗi IC có 3 cổng AND. Sơ đồ chân như sau: 36 Hình 3.3.Sơ đồ chân 74LS11. c).Khâu tạo xung chùm. u6 0 θ u7 0 θ Hình 3.4.Khâu tạo xung chùm. 37  Nguyên lý hoạt động : R11 + R12 .U p R11 Tại thời điểm mà điện áp trên tụ U C5 = 0 thì Ur = 0 vì Ur = = un= uC = 0 Ta tiến hành nạp cho tụ C5 một điện áp UC2 < 0 . Khi đó UP - UN =UP UC > 0 ⇒ Ur =Urmax , khi đó thì tụ điện C được nạp điện theo chiều ngược lại so với chiều mà ta nạp cho C2 lúc ban đầu .Tụ C2 được nạp tới giá trị :UC2 = R11 + R12 .U r max R11 UP = .Khi Ur= 0 thì Up = 0 .Do đó C2 phóng điện qua R10 về âm nguồn của OA4 và điện áp ra của OA4 ở mức âm bão hoà . Quá trình nạy lặp lại làm đầu ra của OA4 có xung điện áp dạng chữ nhật với tần số tuỳ thuộc vào giá trị của R10 và C2 .  Tính toán : Chu kì của xung chùm đươc xác định theo công thức : T = 2.R10.C2.ln(1+ Chọn T = R11 R12 ) 1 1 = = 10−4 3 f 10.10 T 10−4 = = 4.54 ( k Ω ) 2, 2.C2 2, 2.0, 01.10 −6 Chọn C2 =0.01(µF) ⇒ R10 = Như vậy chọn R10 = R11 = R12= 4.5(kΩ) d).Khâu so sánh. 38 u4 u®k θ 0 u5 θ 0 u6 0 θ Hình 3.5.Khâu so sánh. Điện áp răng cưa U3 được đưa vào cửa đảo của OA3, còn điện áp điều khiển Uđk được đưa vào cửa không đảo. Khi đó điện áp ra là: U4 = K0(Uđk – U3). Do đó khi Uđk > U3 thì điện áp ra là dương bão hoà, còn khi U đk < U3 thì điện áp ra U4 là âm bão hoà. Điôt D7 để lọc phần âm của điện áp U4, do đó U5 chỉ lấy phần điện áp dương.  Tính toán: Vì dòng vào khuếch đại thuật toán là rất nhỏ nên ta chọn R8 = 10 kΩ. Chọn OA3 là khuyếch đại thuật toán µA741. Chọn R9 = 10 kΩ e).Khâu tạo điện áp răng cưa. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động 39 u3 θ 0 u4 θ 0 Hình3.6.Khâu tạo điện áp răng cưa. * Khi UII < 0 thì D3 dẫn, áp ở cửa đảo của OA2 âm U- < 0 nên UIII = k0 ( U+- U-) > 0 ⇒ điện áp ra ở cửa ra của OA là bão hoà dương. x2 Chọn R3 0 thì D3 khoá ⇒ iR = 0 lúc này dòng đi qua tụ C là dòng đi qua Rx2 , dòng điện này ngược chiều với dòng đi qua tụ C khi U II < 0 nghĩa là nó phóng điện.  UIII = UC = UOA12 Tính toán . 1 1 R i RX 2 dt = U Dz − . t ∫ C C Rx2 Chọn tụ C = 0,22µF Chọn biên độ điện áp răng cửa là 10 V do đó chọn D z có UDz = 10. Để tụ C phóng điện về không ta chọn Rx2 theo: UIII = UC = uDz Thay số ta có : Rx 2 E tp C.Rx 2 =0⇒ Rx 2 = E .t p C.U Dz 15.9.10 −3 = 61.36 ( k Ω ) 0, 22.10−6.10 = Chọn Rx2 gồm 1 loại biến trở 50 (kΩ) và một điện trở R = 30(kΩ) Trong thời gian tn điện áp trên tụ phải vượt quá giá trị điện áp ổn áp, nên ta có :  U bh − U Dz E  tn −  ÷. ≥ U Dz R R 3 x2  C  ⇒ U bh − U Dz U Dz .C E ≥ + R3 tn Rx 2 U bh − U D 3 13 − 0.7 = = 5.03 ( k Ω ) U Dz .C E 10.0, 22.10 −6 15 + + tn Rx 2 10−3 61,36.103 R3≤ Chọn R3 = 4.3(kΩ) và OA loại µA 741 µA741 có các thông số: Điện áp nguồn nuôi: Vcc = ± 15 (V) Hiệu điện thế giữa cổng vào đảo và cổng vào không đảo: VID = ± 30 (V) 41 Điện áp tín hiêu đầu vào: VI = ± 15 (V) (biên độ của VI không vượt quá 15V). Nhiệt độ làm việc: T = - 550C đến 1250C f).Tính toán khâu đồng pha.  Nguyên lý hoạt động u1 0 θ u2 u0 0 θ u3 0 θ Hình 3.7.Khâu đồng pha Điện áp xoay chiều 220v được đưa qua mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ. Nửa chu kỳ đầu U2 >0 và U2' [...]... lúc nên giữa các hộp cán phải có mối liên hệ chặt chẽ về tốc độ Yêu cầu chung cho điều chỉnh tốc độ trong máy CNLT là: Duy trì được tốc độ ứng với một chế độ cán nhằm đảm bảo quan hệ tốc độ giữa các hộp cán Có đặc tính quá tốt lúc ngoạm phôi nghĩa là lúc đó có độ sụt tốc nhỏ, thời gian phục hồi tốc độ ngắn Hệ truyền động cho máy cán liên tục thường là hệ F-Đ, CL-Đ, hay hệ T-Đ, các động cơ được cấp nguồn... của một hộp cán lớn hơn khối lượng phôi tới Máy CNLT có các đặc điểm sau: Được thiết kế với tốc độ cao nên cho năng suất cao, chênh nhiệt giữa các hộp cán thường nhỏ nên chất lượng sản phẩm tốt, tuổi thọ của trục cán cao hơn, giảm được năng suất tiêu hao năng lượng Máy cán làm việc với tốc độ cao nên thường xuất hiện phụ tải xung và dao động giữa các hộp cán Kim loai cán trên nhiều hộp cán cùng một... đồ cán liên tục máy CNLT Điều kiện đặc trưng cho cán liên tục là khối lượng phôi qua các hộp cán trong một đơn vị thời gian là không đổi: Fi.vi = const Trong đó: Fi: Tiết diện phôi trước khi vào hộp cán thứ i vi: Tốc độ phôi trước khi vào hộp cán thứ i Nếu ta không đảm bảo chắc chắn điều kiện trên thì xảy ra hiện tượng sau: Cán nén (ép): Khi khối lượng ra của một hộp cán nhỏ hơn khối lượng phôi tới Cán. .. 11 chỉnh tốc độ cán được thực hiện bằng việc thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi giá trị kích từ CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ MẠCH LỰC 2.1 LỰA CHỌN CỦA BỘ CHỈNH LƯU Trong trường hợp này là động cơ một chiều, tức là trên sơ đồ thày thế có dạng R + L + E 2.1.1 Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng có điều khiển Để đơn giản cho quá trình phân tích ra xem dòng điện chỉnh lưu i d là dòng liên tục và không có... 28 pha ta được hệ thống nhiều kênh.Hoặc các xung phát ra bằng cách làm trễ một xung cơ bản duy nhất có hệ thống một kênh Trong thực tế truyền động điện hay dùng nhất là các hệ thống nhiều kênh đồng bộ.Trong đó việc đồng bộ được thực hiện nhờ việc đồng bộ hóa điện áp tựa với điện áp lưới.Điện áp tựa thường có dạng răng cưa quét ngược hoặc hình sin 3.1.CHỨC NĂNG VÀ YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN... 2, 49 ( mH ) ω 314 2.2.3.Tính toán cuộn lọc kháng Các bộ lọc thường dùng hệ số san phẳng ( ksb) để đánh giá hiệu quả của bộ lọc ksb= kdmv/kdmr Với: kdmv là hệ số đập mạch đầu vào kdmr là hệ số đập mạch đầu ra Tính toán điện cảm lọc L - Loại này chỉ dùng đơn giản một điện cảm mắc nối tiếp với tải.Quan hệ giữa trị số điện cảm với hệ số bộ lọc như sau: L = ksb Trong đó : Rd - Tổng tất cả các điện trở tải... ( V ) Rd = 0, 225mΩ Điện trở động : 2.2.2.Tính toán máy biến áp chỉnh lưu ∆ /Y Chọn máy biến áp ba pha ba trụ sơ đồ đấu ,làm mát tự nhiên bằng không khí • Tính chọn các thông số cơ bản 1 Tính công suất biểu kiến MBA: Sba = K s × P = 1.05 × 310 = 325,5 ( KVA ) Ks 2 3 là hệ số công suất theo sơ đồ mạch lực Điện áp pha sơ cấp MBA Ks =1.05 U1 = 380 ( V ) Điện áp pha thứ cấp máy biến áp Phương trình cân... dao động tạo xung chùm có tần số cao với mục đích giảm kích thứơc của máy biến áp xung Tín hiệu cao tần trộn với tín hiệu sau khi so sánh rồi tiếp tục được trộn với tín hiệu phân phối nhằm tao ra tín hiêu cho từng Thyristo riêng biệt Những tín hiệu này đựoc khuếch đại và thông qua biến áp xung đưa trực tiếp lên cực điều khiển của Thyristo Do yêu cầu của đề bài là dùng sơ đồ cầu 3 pha nên cần thiết kế. .. có điều khiển là hợp lý nhất 2.2.THIẾT KẾ MẠCH LỰC Thông số động cơ : 1 Công suất định mức Pđm=310 (KW) 2 Điện áp định mức Uđm=600(V) 3 Tốc độ định mức nđm=1160 (vòng/phút) 4 Dòng điện định mức Iđm=545 (A) 5 Điện trở phần ứng Rư=45,5(mΩ) 6 Mômen quán tính JD=7,5 kg.m2 7 Số đôi cực p=2 17 Hình 2.1.Sơ đồ mạch lực - Phương pháp điều chỉnh tốc độ: Thay đổi điện áp phần ứng động cơ - Cấu trúc bộ điều chỉnh:... lưu trong quyển tài liệu "Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất" của thầy Phạm Quốc Hải ta có các tham số chính của mạch chỉnh lưu cầu một pha như sau: Giá trị trung bình của dòng điện van Iv = Id/2 Trong đó Id là trị số trung bình dòng điện ra tải Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu khi làm việc Ung max = 1,41 U2 12 Trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp máy biến áp nguồn Sba = 1,23.Pd Trong