Thuyết minh đồ án môn học trang bị điện

Tài liệu tham khảo Thuyết minh đồ án môn học trang bị điện

Trang 1

ThuyÕt minh §å ¸n m«n häc Trang BÞ §iÖn

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong giai đoạn thực hiện quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Nhiều nhà máy nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất ra đời Để đáp ứng kịp thời nhu cầu phục vụ sản xuất ngày càng gia tăng trong các nhà máy, khu công nghiệp đòi hỏi việc tự động hoá trong quá trình hoạt động, sản xuất trong các nhà máy khu công nghệp càng phải được nâng cao để đưa đến hiệu quả, chất lượng công việc ngày càng tốt hơn Đứng trước tình hình đó đòi hỏi cần phải có đội ngũ cán bộ kĩ thuật có trình độ chuyên môn cao

Qua quá trình tìm hiểu thực tế và với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo hướng dẫn Gia Thị Định và các thầy cô Khoa Điện – Điện tử - Tin học, đến nay bản đồ án của em đã được hoàn thiện

Trang 2

Mục lục

Lời nói đầu 1

phần I: tìm hiểu công nghệ 5

I Khỏi quỏt chung về cỏc mỏy nõng vận chuyển 5

1.Chức năng cụng dụng 5

2 Phõn loại 5

3 Đặc trưng chế độ làm việc của hệ thống nõng hạ mỏy nõng vận chuyển 6

II Cỏc đặc điểm của thang mỏy - mỏy nõng 7

1 Khỏi niệm 7

2 Phụ tải của thang mỏy 7

3 Phõn loại thang mỏy 9

4.Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc, độ giật với hệ truyền động thang mỏy 9

phần ii: lựa chọn phương án truyền động 11

2.1 Lựa chọn động cơ 11

2.2 Lựa chọn phương phỏp điều chỉnh tốc độ 13

2.3 Lựa chọn phương ỏn truyền động 19

2.4 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu cho hệ T-Đ 26

2.5 Lựa chọn phương phỏp hóm 32

Trang 3

Thuyết minh Đồ án môn học Trang Bị Điện

phần iii: thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển

cho bộ biến đổi 35

I Thiết kế mạch lực của bộ biến đổi 35

3.1 Tớnh chọn động cơ 35

3.2 Tớnh chọn van động lực 35

3.3 Tớnh chọn cỏc tham số MBA lực 37

3.4 Tớnh chọn cỏc thiết bị bảo vệ mạch lực 44

II Thiết kế mạch điều khiển của BBĐ 49

1 Khỏi niệm mạch điều khiển 35

2 Một số yờu cầu với mạch điều khiển 51

3 Một Sơ đồ cấu trỳc hệ điều khiển 52

4 Thiết kế mạch điều khiển 56

5 Tớnh toỏn cỏc khối trong mạch điều khiển 60

phần IV: thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển cho hệ thống truyền động máy nâng 73

I Thiết kế mạch động lực 1.1 Sơ mạch động lực 73

1.2 Tớnh chọn thiết bị mạch động lực 74

II Thiết kết mạch điều khiển

Trang 4

phần v: thuyết minh sơ đồ nguyên lý và mô phỏng

mạch điện máy nâng 76

.I Thuyết minh sơ đồ nguyờn lý hệ truyền động mỏy nõng 76

II Mụ phỏng sơ đồ hệ thống truyền động mỏy nõng 77

Kết luận 79

Trang 5

Phần i Tìm hiểu công nghệ các máy nâng vận chuyển

Đặt vấn đề:

Ngày nay,với sự phỏt triển khụng ngừng của khoa học kỹ thuật,cỏc loại mỏy phục vụ con người ngày càng hiện đại và yờu cầu cụng việc rất cao.Nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng húa của con người trong cỏc nhà cao tầng,nhà mỏy,khu xõy dựng đó đũi đó cho thấy sự cần thiết của cỏc mỏy nõng vận chuyển.Do đú trong đồ ỏn này,chỳng em đó tập trung vào tỡm hiểu về cỏc mỏy nõng vận chuyển núi chung và đi vào thiết kế hệ thống truyền động cho thang mỏy-mỏy nõng núi riờng vỡ thang mỏy-mỏy nõng hiện nay rất phổ biến và hiện đại,nú là một phần khụng thể thiếu trong cụng nghiệp

I.Khái quát chung về các máy nâng vận chuyển

1 Chức năng,công dụng:

MNC dùng để vận chuyển con người,vận chuyển hàng hóa,giá lắp chi tiết phục vụ sản xuất,cầu nối giữa máy sản xuất hoặc các dây chuyền sản xuất tạo thành các hệ thống tự động hóa,khai thác xây dựng

2 Phân loại các MNC:

Máy nâng vận chuyển được chia làm 5 loại đó là:

• Theo phương vận chuyển hàng hóa

Thẳng đứng: Thang máy,máy nâng

Nằm ngang: Băng tải,băng chuyền…

Mặt phẳng nghiêng: Xe kíp,thanh chuyền

Phương kết hợp: Cầu trục,cần trục…

• Phương pháp di chuyển của cơ cấu

Lắp đặt cố định: Thang máy,băng tải

Di chuyển tịnh tiến: Cầu trục cảng,cần trục

Quay tròn một góc tới hạn: Máy xúc

Trang 6

Chế độ làm việc dài hạn: Băng chuyền,băng tải…

Chế độ ngắn hạn lặp lại: Máy xúc,thang máy,cần trục…

Điều khiển tại chỗ

Điều khiển có khoảng cách

Điều khiển từ xa

3 Đặc trưng chế độ làm việc và các hệ truyền động dùng trong máy nâng chuyển:

3.1 Đặc trưng về chế độ làm việc:

- Môi trường làm việc khắc nghiệt: Nhiệt độ lớn,nhiều bụi khói,độ ẩm cao

- Chế độ làm việc nặng nề: Tần số đóng cắt lớn,mở máy,đảo chiều hãm liên tục…

- Phụ tải thay đổi trong một phạm vi rất rộng như cơ cấu nâng hạ của máy xúc và cầu trục thang máy

3.2 Các hệ truyền động dùng trong máy nâng:

- Truyền động với động cơ điện một chiều

- Truyền động xoay chiều

Trong cần trục và cầu trục thường dùng 2 hệ truyền động:

Trang 7

- Hệ truyền động xoay chiều: Thường dùng đối với cầu trục và cần trục có công suất chuyển động trung bình và lớn

II.Các đặc điểm của Thang máy-Máy nâng

2 Phụ tải của thang mỏy

Phụ tải của thang mỏy thay đổi trong phạm vi rất rộng ,nú phụ thuộc vào lượng hành khỏch đi lại trong ngày/đờm và hướng vận chuyển hành khỏch,vớ

dụ như thang mỏy lắp đặt trong nhà hành chớnh,buổi sỏng

đầu giờ làm việc , hành khách đi nhiều nhất theo chiều nâng, còn buổi chiều, cuối giờ làm việc sẽ là lượng hành khách nhiều nhất đi theo chiều xuống Bởi vậy, khi thiết kế thang máy, phải tính đến phụ tải “xung” cực đại

Những loại thang mỏy hiện đại cú kết cấu cơ khớ phức tạp,hệ truyền động ,hệ thống khống chế phức tạp-nhằm nõng cao năng suất ,vận hành tin cậy,an toàn.Tất cả thiết bị điện được lắp đặt trong buồng thang và buồng mỏy,buồng mỏy thường được bố trớ ở tầng trờn cựng của giếng thang mỏy

Trong truyền động của thang mỏy ta sử dụng một đối trọng nối với buồng thang bằng cỏc sợi cỏp ,mục đớch để động cơ làm việc ở chế độ động cơ và

Trang 8

giảm lực căng của cáp và tăng độ an toàn

Buồng thang co trang bị bộ phanh bảo hiểm ,muc đích để giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp,mất điện và khi tốc độ di chuyển vượt quá(20-40)% tốc độ định mức.Ngoài ra một số thang máy còn trang bị bộ phận phanh hãm làm việc theo nguyên tắc :khi động cơ Đ kéo buồng thang chưa có điện thì phanh hãm kẹp chặt trục động cơ.Khi động cơ Đ có điện thì phanh hãm giải phóng trụcđộng cơ để cho buồng thang di chuyển

Bố trí các nút ấn trên thang máy:các nút ấn gọi tầng bên ngoài các cửa tầng

và các nút ấn đến tầng bên trong buồng thang.Ngoài ra còn có các nút ấn bên trong buồng thang như nút báo động khẩn cấp ;điện thoại liên lạc với người điều khiển vận hành thang máy trong trường hợp sự cố ,nút điều khiển đóng,mở cửa thang…

Việc điều khiển thang máy có thể thực hiện từ 2 vị trí:

+ Bên ngoài buồng thang ,tại các cửa tầng bằng các nút ấn gọi tầng + Bên trong buồng thang bằng các nút ấn đến tầng và các nút chức năng khác

Trang 9

3 Ph©n lo¹i c¸c lo¹i thang m¸y - m¸y n©ng

a) Phân lo ại theo chức năng

Theo chức năng,thang máy được phân thành các loại sau:

- thang máy chở người trong cấc nhà cao tầng

- thang máy dung trong các bệnh viện

- thang máy chở hang có người điều khiển

- thang máy dung trong nhà ăn ,thư viện

b)Phân lo ại theo trọng tải

-thang máy loại nhỏ Q<160 kg

-thang máy trung bình Q=500-2000kg

-thang máy loai lớn Q>2000kg

c)Phân lo ại theo tốc độ di chuyển:

-thang máy chạy chậm v=0,5m/s

-thang máy tốc độ trung bình v=0,75-1,5m/s

-thang máy cao tốc v=2,5-5m/s

4 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy:

Một trong những yêu cầu cơ bản với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm.Buồng thang chuyển động êm hay không, phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm.Các thông số chính đặc

Trang 10

trưng cho chế độ làm việc của thang máy là:tốc độ di chuyển v(m/s), gia tốc a(m/s2) và độ giật p (m/s3)

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của máy, có ý nghĩa quan trọng,nhất là đối với các tòa nhà cao tầng

Đối với các tòa nhà chọc trời, tối ưu nhất là dung thang máy cao tốc, giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển của buồng thang đạt gần bằng tốc độ định mức

Trang 11

phần ii lựa chọn phương án truyền động

2.1 Lựa chọn động cơ

Trong h ệ truyền động của thang mỏy và mỏy nõng ta cú thể sử dụng động

c ơ điện 1 chiều, động cơ KĐB, động cơ ĐB So sỏnh ưu nhược điểm của 3

lo ại động cơ trờn để đưa ra phương ỏn truyền động

a Động cơ khụng đồng bộ

Ưu điểm : động cơ KĐB cú cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rụto lồng

súc, so với động cơ 1 chiều động cơ khụng đồng bộ cú giỏ thành thấp hơn, vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ khụng đồng bộ dựng trực tiếp điện xoay chiều 3 pha nờn khụng cần trang bị thờm cỏc thiết bị biến đổi kốm theo

Nhược điểm : ở động cơ khụng đồng bộ việc điều chỉnh tốc độ và khống

chế quỏ trỡnh quỏ độ khú khăn, riờng với động cơ rụto lồng súc thỡ cú chỉ tiờu khởi động xấu hơn

b Động cơ đồng bộ

Mỏy điện đồng bộ là cỏc mỏy điện xoay chiều cú tốc độ của rụto bằng với tốc độ của từ trường quay Dõy quấn stato được nối với lưới điện xoay chiều, dõy quấn rụto được kớch thớch (kớch từ ) bằng dũng điện một chiều Ở chế độ xỏc lập, mỏy điện đồng bộ cú tốc độ quay của rụto luụn khụng đổi khi tải thay đổi Động cơ đồng bộ được sử dụng khi cần cụng suất truyền động lớn, cú thể đến hàng chục MW Ngoài ra, động cơ đồng bộ cũn được dựng làm cỏc mỏy

bự đồng bộ (động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ khụng tải), dựng để cải thiện

hệ số cụng suất và ổn định điện ỏp cho lưới điện

Ưu điểm: Tốc độ khụng phụ thuộc tải, chỉ phụ thuộc tần số Cú thể điều

chỉnh hệ số cụng suất cos φ theo ý muốn Ổn định tốc độ cao, sử dụng cho cỏc truyền động cú cụng suất trung bỡnh và lớn, vận hành cú độ tin cậy

Trang 12

Nhược điểm: ở động cơ đồng bộ việc điều chỉnh tốc độ và khống chế quá

trình quá độ hay hãm rễ ràng hơn

c Động cơ điện 1 chiều

Ưu điểm:

- ĐCĐMC có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng : Vì ĐCĐMC có thể điều chỉnh tốc độ thông qua việc thay đổi I ư, U ư, Φ nên tốc độ động cơ có thể được chỉnh tốc trong miền dưới và trên tốc độ định mức

- Chất lượng điều chỉnh tốc tốt, dễ điều chỉnh tốc độ : Do ĐCĐMC có

đường đặc tính cơ dạng tuyến tính ( U u R u R f M

).(

ΦΚ

+

−ΦΚ

- ĐCĐMC có dòng mở máy và momen mở máy nhỏ, có khả năng quá tải

về momen với I ưmở =

Ngoài những ưu điểm đó ĐCĐMC còn có cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn so với các loại động cơ khác Chính vì vậy ĐCĐMC được

sử dụng rất phổ biến trong các nghành công nghiệp yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ chính xác, bằng phẳng, phạm vi điều chỉnh rộng như nghành cán thép, hầm mỏ …

Nhược điểm:

- Cần nguồn một chiều

Trang 13

- Dễ sinh tia lửa điện

- Giá thành cao…

Mặc dù có nhiều nhược điểm như trên , nhưng ĐCĐMC vẫn có vai trò quan trọng trong việc sản xuất, phát triển công nghiệp và được sử dụng phổ biến trong cuộc sống…

ĐCĐMC còn còn có nhiều nhược điểm, song không vì thế mà ĐCĐMC kém ưu thế hơn so với các loại động cơ khác, nó vẫn được sử dụng phổ biến, ngày càng được cải tiến, khắc phục những nhược điểm vốn có và nâng cao hiệu suất của động cơ…

Trong 3 ph ương án lựa chọn trên ta thấy động cơ điện 1 chiều có các ưu điểm thích hợp với đề tài nên ta chọn động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

làm động cơ cho chuyển động chính máy nâng

2.2 Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ

Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác ĐCĐMC không những có khả năng điều chỉnh tốc

độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển lại đơn giản hơn các loại động cơ khác và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng

Từ phương trình đặc tính cơ, ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ động

cơ :

+ Mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

+ Thay đổi từ thông kích từ

+ Thay đổi điện áp phần ứng

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng R ư chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc

độ quay định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện Vì vậy phương pháp này ít dùng và chỉ dùng trong cần trục

Trang 14

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách mắc thay đổi từ thông (Φ) đựơc

sử dụng trong hệ truyền động có công suất lớn hoặc có yêu cầu về tốc độ làm việc lớn hơn tốc độ cơ bản Vì phương pháp này được thực hiện trên mạch kích từ của động cơ ( phần kích từ có công suất rất nhỏ so với công súât động cơ) nên dễ dàng thay đổi tốc độ và đạt hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, ta chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng không gây thêm tổn hao trong động cơ điện nhưng đòi hỏi phải có nguồn riêng, có điện áp điều chỉnh được Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc

độ quay dưới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện

Và để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ theo các phương pháp điều chỉnh tốc độ trên thì cần có các bộ biến đổi Các bộ biến đổi đó sẽ cấp điện áp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ Các bộ biến đổi được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hiện nay là:

+ Bộ biến đổi máy điện: gồm có động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy điện khuếch đại

+ Bộ biến đổi từ: Khuếch đại từ

+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu Thysistor

+ Bộ biến đổi xung áp một chiều: Thysistor hoặc Tranzitor

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như sau

+ Hệ truyền động máy phát - động cơ ( F - Đ)

+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ – Đ)

Trang 15

+ Hệ truyền động xung áp - động cơ ( XA – Đ)…

2.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng

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

Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Nếu ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const ; và từ thông Φ = Φdm = const; thay đổi điện trở phần ứng ta sẽ được:

+ Tốc độ không tải lý tưởng:

ΦΚ

−

= ( Χ)2β

Trang 16

Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng

- Ta thấy khi Rf càng lớn (β càng nhỏ) đặc tính cơ càng dốc Do vậy phương pháp này chỉ cho phép giảm tốc độ bằng cách tăng điện trở mạch phần

ứng

- Trong thực tế, khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng sẽ gây ra một tổn hao công suất rất lớn và không thể điều chỉnh trơn tốc độ nên phải điều chỉnh theo từng cấp điện trở Chính vì vậy , phương pháp này không được phổ biến như 2 phương pháp thay đổi điện áp phần ứng và từ thông kích từ

2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ

Giả thiết ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const ; điện trở phần

R ư = const ; và thay đổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ Điều này tương ứng với việc từ thông của mạch từ sẽ thay đổi

Ta được:

+ Tốc độ không tải:

ΦΚ

Trang 17

Đặc tính cơ (b) – cơ điện (a) của động cơ khi giảm từ thông

Đặc điểm :

+ Do cấu trúc của máy, nên thực tế chỉ sử điều chỉnh giảm từ thông Khi giảm từ thông thì ωox tăng dần ( ω0 <ω01 <ω02 <…) , độ cứng đặc tính cơ β

giảm Nên phương pháp này dùng để tăng tốc độ ω>ω0

+ Do việc điều chỉnh đựơc thực hiện ở mạch kích từ, có dòng kích từ nhỏ hơn rất nhiều so với mạch lực, nên công suất tổn hao ít Đây là ưu điểm nổi bật của động cơ điện một chiều ( kích từ độc lập ) so với các loại động cơ khác

+ Phương pháp này chịu ảnh hưởng của hiện tượng từ dư và các nhiễu, làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng của các hệ truyền động đảo chiều bằng kích từ + Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là momen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh Và do đó giá trị lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện

Trang 18

2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Nếu giữ Φ=Φdm= const ; R ư= const và thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Udm , ta được :

Tốc độ không tải :

ΦΚ

Χ

dm o

−

=

Đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp phần ứng

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên và có độ cứng đặc tính cơ là không đổi, trong đó đường đặc tính cơ tự nhiên là là đặc tính cơ lúc vận hành

ở chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông đạt giá trị định mức và không nối thêm điện trở, điện kháng vào động cơ)

01ω

02ω

03ω

04ω

đm

ω1ω2ω3ω4ω

Trang 19

Kết luận

Từ việc phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, em thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có rất nhiều ưu điểm ( nổi bật nhất là độ cứng đặc tính

cơ không thay đổi) phù hợp với động cơ công suất nhỏ, điều chỉnh tốc độ ở vùng dưới tốc độ định mức, momen tải không đổi trong toàn dải điều chỉnh

V ậy trong đề tài, em chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng để điều

ch ỉnh tốc độ động cơ

2.3 Lựa chọn phương án truyền động

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như sau :

+ Hệ truyền động máy phát - động cơ ( F - Đ)

+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ – Đ)

+ Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ ( KĐT- Đ)

+ Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ)

+ Hệ truyền động xung áp - động cơ ( XA – Đ)…

2.3.1 H ệ truyền động máy phát - động cơ (F- Đ)

Hệ F - Đ là một trong những phương án điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh điện áp phần ứng

Trang 20

Hệ truyền động máy phát động cơ có bộ biến đổi là máy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ

ba pha ĐK quay với tốc độ không đổi

Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động F-Đ

Đặc điểm của hệ truyền động F- Đ :

+ Tốc độ động cơ Đ có thể đựơc điều chỉnh từ 2 phía:

+ Phía kích thích máy phát F

+ Phía kích thích động cơ Đ

+ Hệ F – Đ có đặc tính cơ điền đầy đủ trong 4 góc phần tư:

Trong đó:

- Góc phần tư thứ nhất và ba làm việc trong chế độ động cơ

- Góc phần tư thứ hai và bốn làm việc trong chế độ hãm

Phương trình đặc tính cơ:

).( ΚΦ 2

+

−ΦΚ

=ω

Trang 21

Đặc tính cơ của hệ F- Đ

- Ưu điểm của hệ F- Đ :

+ Chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt

+ Dễ dàng điều khiển

+ Phạm vi điều chỉnh rộng ( D = 10 ÷1 )

+ Khả năng quá tải lớn

Do đó hệ truyền động F-Đ thường được dùng trong các máy khai thác công nghiệp mỏ

- Nhược điểm của hệ F-Đ :

+ Dùng nhiều máy phát điện quay nên hiệu suất thấp (η < 75%)

Do những nhược điểm trên, nên hệ F – Đ có xu hướng thay thế bằng hệ điều

áp dùng bộ biến đổi van - động lực

Trang 22

2.3.2 H ệ truyền động xung áp - động cơ điện một chiều (XA –Đ)

Hệ XA - Đ sử dụng bộ biến đổi để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

- Cấu tạo : Gồm có bộ nguồn áp một chiều và bộ khoá điều khiển

ta sẽ điều chỉnh được điện áp của phần ứng của động cơ

+ Do yêu cầu đóng ngắt với tần số cao, cỡ vài trăm chu kì trong một giây nên khoá K thường được thay bằng khoá bán dẫn tranzitor hay thysistor

- Phương trình đặc tính cơ của hệ XA – Đ :

Φ Κ

+

− Φ

.

2

R R

U v b

λ (λ là giá trị độ rỗng của xung áp)

Sơ đồ nguyên lý (a) và đồ thị điện áp, dòng điện (b)

Trang 23

Đặc tính cơ của hệ truyền động xung áp

2.3.3 H ệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ)

Với hệ truyền động T - Đ ta có thể thay đổi thời điểm đặt xung điện áp lên cực điều khiển, nhờ đó ta có thể điều chỉnh được điện áp chỉnh lưu

- Cấu tạo hệ T - Đ bao gồm :

+ Máy biến áp ( MBA ): Chức năng biến điện áp xoay chiều về điện áp phù hợp với động cơ

+ Thysistor: Là phần từ biến đổi:

- Thysistor mở khi : VA > VK và có xung điều khiển

- Thysistor khoá khi: VA < Vk và dòng thysistor giảm về 0

+ Cuộn cảm LK: Có tác dụng san bằng điện áp làm việc

+ Động cơ điện một chiều

Nguyên lý hoạt động :

• Xét trong chế độ dòng gián đoạn:

+ Khi cuộn cảm LK có giá trị Ld không đủ lớn thì năng lượng trong cuộn cảm không đủ lớn để duy trì dòng điện trong cuộn, do vậy sinh ra dòng gián đoạn

+ Đặc điểm của hệ CL – Đ ở chế độ này là dòng điện không ổn định, momen sinh ra không đều, động cơ có tốc độ không được ổn định

Trang 24

Do vậy, ta cần áp dụng các phương pháp tự động điều chỉnh đặc biệt khi sử dụng hệ CL – Đ ở chế chế độ dòng gián đoạn Thực tế người ta thường tăng Ld

để tạo ra dòng liên tục

• Xét trong chế độ dòng liên tục:

+ Chỉnh lưu điều khiển có góc mở van α nhất định tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên Tác động mở từng van vào các thời điểm khác nhau cho dòng điều chỉnh lưu id (Ta đã chọn α để có dòng id liên tục do vậy ta luôn

E

U do

cos.ω

α+

−

; Ed = Ud =Udo.cosα

Sơ đồ nguyên lý của hệ T – Đ

+ Lưu ý: Khi có hiện tượng trùng dẫn ( hai van cùng dẫn) sẽ làm ngắn

mạch phía thứ cấp máy biến áp.Vì vậy để tránh hiện tượng cháy, nổ do ngắn mạch ta phải lắp MBA có UN%={5÷ 10}%

Trang 25

S ơ đồ thay thế chỉnh lưu thysistor - động cơ và đặc tính cơ của động cơ

+ Phương trình đặc tính cơ:

M X R U

dm

k t dm

do

)(

cos

.Φ 2Κ

−ΦΚ

ΦΚ

- Khi thay đổi góc điều khiển α:

- Trong khoảng α =[0÷ Π/2] thì bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu

- Nếu E > 0 , động cơ làm việc ở chế độ động cơ

- Nếu E < 0 động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược

- Trong khoảng α = [Π/2÷ α max] thì tải có tính chất thế năng Để quay ngược động cơ, lúc này Ed và E đổi dấu Nên dòng điện Iu vẫn chạy theo chiều

cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều trả về lưới

Trang 26

* Ưu nhược điểm của hệ T- Đ

Ưu điểm:

+ Độ tác động nhanh cao

+ Thiết bị đơn giản

+ Dễ tự động hoá , van có hệ số khuếch đại công suất lớn nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thông

+ Không gây ồn

+ Điều khiển góc mở vanα có thể điều chỉnh tốc độ nhanh

+ công suất điều khiển nhỏ, giá thành rẻ hơn so với các hệ truyền động khác

Nhược điểm:

+ Van bán dẫn có dòng phi tuyến, thời gian quá độ sẽ lớn

+ Điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở xấu dạng điện áp của nguồn hoặc lưới

+ Hệ số công suất của mạch thấp

Kết luận :

V ới sự phân tích các hệ truyền động ở trên, em thấy rằng bộ biến đổi

ch ỉnh lưu điều khiển trong hệ truyền động T – Đ là phù hợp nhất với động

c ơ trong mô hình thực nhất Vì công suất của động cơ sử dụng là nhỏ lại

yêu c ầu điều chỉnh tốc độ chính xác, êm, trơn, gọn nhẹ, chi phí ít…

2.4 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu cho hệ T-D

Sau khi đã chọn được hệ truyền động CL-Đ ta tiếp tục đi chọn bộ biến đổi

Vì hệ có yêu cầu không cao về xung dòng điện ở mạch phần ứng và mạch kích

từ Nên em chỉ xét hai bộ biến đổi: Sơ đồ cầu 1 pha và sơ đồ tia 3 pha

Trang 27

2.4.1 S ơ đồ chỉnh lưu tia 1 pha bỏn điều khiển

Khi θ=θ1 cho xung điều khiển mở T1 trong khoảng thời gian θ1θ2 tiristor T1 và điụt D2 cho dũng chảy qua Khi U2 bắt đầu đổi dấu D1 mở ngay, T1 tự nhiờn khoỏ lại, dũng id=Id chuyển từ T1 sang D1 (lỳc này D2 vẫn cho dũng chảy qua

do sức điện động tự cảm trong Ld tạo ra)

D1 và D2 cựng cho dũng chảy qua, Ud=0

Khi θ=θ3=π+α cho xung mở T3 Dũng tải id=Id chảy qua D1 và T2 Điot

D2 bị khoỏ lại

Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng nhau Góc dẫn dòng của điốt là λD=π+α, còn góc dẫn dòng của tiristor là λT=π-α Giá trị trung bình của điện áp tải:

Trang 28

cña dßng trong ®ièt:

Trang 29

Nhận xét:

Sơ đồ cầu cho phép sử dụng một nửa số van là tiristor, nửa còn lại là điốt

Do đó làm giảm được giá thành thiết bị biến đổi vì rẻ tiền hơn nhiều so với tiristor Sơ đồ điều khiển cũng trở nên đơn giản hơn

2.4.2 Sơ đồ 3 pha hình tia

* Giới thiệu sơ đồ:

Trong mạch tải có điện cảm L nên id thực tế là dòng

BA: máy biến áp cung cấp

T1,T2,T3: các van chỉnh lưu có điều khiển

Trang 30

Ta tạm giả thiết rằng : trước thời điểm ωt=ν1=αthì trong sơ đồ vanT3 đang dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T1 sẽ có điện

áp thuận (vì uT1= ua- uc= uac , và tại ωt =ν1=α thì uac>0 nên uT1>0 ) Tại ωt

=ν1=α thì T1 có tín hiệu điều khiển, T1 có đủ hai điều kiện để mở nên T1 mở và

Đến ωt = 5π/6 thì ua=ub , đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T2 , nhưng T2

chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển,do ua vẫn dương kết hợp với tác dụng cùng chiều của s.đ.đ tự cảm trong Ld mà T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng

Đến ωt = π thì ua=0 và sau đó chuyển sang âm nhưng T2 còn chưa mở nên

T1vẫn tiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của Ld ( ở đây α>300 )

Tại ωt = ν2 = 5π/6 + α thì T2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện áp thuận nên T2 mở, T2 mở thì uT2 giảm về bằng không nên ud= ub và uT1= ua- ub=

uab mà tại ν2 thì uab<0, tức là T1 bị đặt điện áp ngược nên khoá lại Do vậy từ ν2

trong sơ đồ chỉ có van T2 dẫn dòng, khi T2 mở :

ud= ub uT1= 0 iT3= 0 iT2= id= Id

uT1= uba uT3= ucb iT1= 0 Suy luận tương tự như vậy ta có từ ωt=ν2 đến ωt=ν3 thì T3 làm việc và:

ud= uc uT1= 0 iT2= 0 iT3= id= Id

uT1= uac uT2= ubc iT3=0 Tại uT1=u1 (chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T1 1 góc điều khiển α) thì T1 có tín hiệu điều khiển lúc này uT1 thuận (uT1= uac tại u1>0) dẫn đến T1mở suy ra uT1 giảm về 0 và uT3= uc - ua = uca

Trang 31

ud=ua uT2=uba iT1=id = Id

uT1=0 uT3=uca iT2=0; iT3 = 0

- Đến ωt=π thì ua=0 và bắt đầu chuyển sang âm, ở trường hợp này ta phải giả

sử góc α> 300 thì tại thời điểm này van T2 vẫn chưa có tín hiệu điều khiển ung,

-Tại ωt=uB, T3 có tín hiệu

điều khiển UT3 thuận dẫn đến T3

Trang 32

Nhận xét :

Qua phân tích 2 bộ biến đổi trên ta thấy sơ đồ 3 pha hình tia rất phức tạp

và tốn nhiều linh kiện bán dẫn Còn sơ đồ cầu 1 pha không đối xứng dùng ít linh kiện hơn, mật độ phức tạp ít hơn , nên đối với yêu cầu công nghệ của

máy nâng ta chỉ cần dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển

2.5 Cỏc phương ỏn hóm dựng trong thang mỏy-mỏy nõng

Đặt vấn đề

Từ cỏc đặc điểm chuyển động và làm việc của thang mỏy,ta thấy buồng thang của thang mỏy cần phải dừng chớnh xỏc so với mặt bằng của sàn tầng cần đến sau khi hóm dừng,nếu khụng dừng chớnh xỏc sẽ gõy ra một số hậu quả bất lợi như : gõy khú khăn trong đi lại và bốc xếp hàng húa, giảm năng suất thang mỏy…

Do đú cần cú một phương ỏn hóm tối ưu để đạt hiệu quả cụng việc cao nhất cho thang mỏy

Trong động cơ điện một chiều cú 3 trạng thỏi hóm chớnh đú là:

+ Hóm tỏi sinh

+ Hóm ngược

+ Hóm động năng

2.5.1 Hóm tỏi sinh (hóm trả năng lượng về lưới)

Hóm tỏi sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ khụng tải lý tưởng.Khi hóm tỏi sinh Fư > Uư động cơ làm việc như 1 mỏy phỏt điện song song với lưới.So với chế độ động cơ,dũng điện và momen hóm đó đổi chiều và được xỏc định theo biểu thức:

Trang 33

Ưu điểm của hãm tái sinh là điện năng sinh ra hữu ích.Thường được sử dụng trong cơ cấu nâng hạ cầu trục có công suất cao,tiêu tốn năng lượng điện lớn

2.5.2 Hãm ngược

Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụng của động năng tích lũy trong các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược với momen điện từ của động cơ Momen sinh ra bởi động cơ khi

đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất

Nx: Hãm ngược thường được dùng trong động cơ cầu trục,máy vận chuyển ở cầu cảng có công suất rất lớn và phụ tải lớn để giữ cho tốc độ hạ không đổi

2.5.3 Hãm động năng:

Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng trong mạch hãm dưới dạng nhiệt

Có 2 trạng thái hãm động năng đó là:

+) Hãm động năng kích từ độc lập:

Khi động cơ đang quay muốn thức hiện hãm ta cắt phần ứng động cơ khỏi điện lưới một chiều và đóng vào 1 điện trở hãm,còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn như cũ

Khi hãm động năng kích từ độc lập,năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích lũy được nên công suất tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích từ

Pktđm = (1 - 5)%Pđm

+) Hãm động năng tự kích:

Nhược điểm của hãm động năng kích từ độc lập là ko hãm được khi mất điện lưới do cuộn kích từ vẫn phải nối với nguồn.Muốn khắc phục nhược điểm này người ta sử dụng hãm động năng tự kích từ

Hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm

Trang 34

Phương trình đặc tính: kt h u

h kt u

I K

R R

R R R

.

Φ +

R R R

h kt

h kt u

) (

.

2

Φ +

+

−

=

ω

Hãm động năng có hiệu quả kém hơn so với hãm ngược khi chúng có cùng tốc

độ ban đầu và momen cản Mc.Tuy nhiên hãm động năng ưu việt hơn về mặt năng lượng,có khả năng hãm ngay khi mất điện lưới

K ết luận: Ta sử dụng hãm động năng trong đề tài vì trong 3 trạng thái hãm

trên thì hãm ng ược tiêu thụ năng lượng lớn,độ giật cao khi dùng trong

thang máy ho ặc máy nâng sẽ ảnh hưởng tới người hoặc hàng hóa.Hãm tái

sinh có ưu điểm là tính kinh tế cao nhưng khi hãm động cơ sẽ làm việc ở 2

ch ế độ chỉnh lưu và nghịch lưu,quá trình thiết kế mạch phức tạp,khó thực

hi ện

Trang 35

phần iii thiết kế mạch động lực và điều khiển cho bbđ

I.Thiết kế mạch động lực cho BBĐ

3.1 Tớnh chọn động cơ

Từ yờu cầu thiết kế hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều và ưu điểm của động cơ kớch từ độc lập ( chất lượng điều chỉnh tốc độ tốt, tổn hao phớa kớch từ nhỏ…) Nờn khi thực hiện mụ hỡnh chỳng em sử dụng loại động

cơ cụng suất nhỏ kớch từ bằng nam chõm vĩnh cửu cú thụng số:

P đm = 2.1(kW ); Uư = 220 ( V ); Ukt= 220 ( V ) ; n =2900 ( Vũng/ phỳt ); p = 1

3.2 Tớnh ch ọn van động lực

- Để cấp nguồn cho tải một một chiều ( Động cơ kớch từ bằng nam chõm vĩnh cửu), cần cú bộ chỉnh lưu biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều Cỏc bộ chỉnh lưu này cú thể là loại cú điều khiển hoặc khụng cú điều khiển

- Ta lựa chọn phương ỏn dựng bộ chỉnh lưu cú điều khiển để thực hiện việc biến năng lượng điện xoay chiều sang một chiều trong động cơ kớch từ bằng nam chõm vĩnh cửu mà ta sẽ dựng để thực hiện mụ hỡnh Vỡ nếu dựng bộ chỉnh lưu cú điều khiển thỡ ta cú thể thay đổi thời điểm đặt xung điện ỏp lờn cực điều khiển, nhờ đú ta cú thể điều chỉnh được điện ỏp chỉnh lưu

- Do mạch chỉnh lưu cầu khụng nhất thiết phải cú biến ỏp nguồn, Khi điện

ỏp ra của tải phự hợp với cấp điện ỏp nguồn xoay chiều thỡ ta cú thể mắc trực tiếp mạch chỉnh lưu vào lưới điện Chớnh vỡ vậy mạch chỉnh lưu cầu cú ưu điểm hơn hẳn so với mạch chỉnh lưu hỡnh tia (Mạch chỉnh lưu cầu được sử dụng rất rộng rói trong thực tế, nhất là với cấp điện ỏp ra từ 10 V trở lờn, dũng tải cú thể lờn tới 100 A)

- Vỡ cỏc sơ đồ chỉnh lưu một pha thường được chọn khi nguồn cấp là lưới điện một chiều một pha hoặc cụng suất khụng quỏ lớn so với cụng suất của

Trang 36

lưới ( P < 5 KW ), tải không có yêu cầu quá cao về chất lượng điện áp một chiều Nên ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu một pha

V ậy chúng ta sử dụng chỉnh lưu cầu một pha làm van động lực cho hệ

truy ền động T – Đ

Các van trong mạch chỉnh lưu công suất, phải làm việc với dòng điện lớn, điện áp cao, công suất phát nhiệt trên van khá lớn, do vậy, nên để đảm bảo mạch hoạt động có độ tin cậy cao thì ta phải quan tâm tới hai chỉ tiêu sau: + Chỉ tiêu điện áp ( chủ yếu là điện áp ngược lớn nhất:U ng.maxđặt lên van trong quá trình làm việc)

+ Chỉ tiêu dòng điện ( giá trị dòng điện trung bình hay hiệu dụng qua van)

Điện áp ngược lớn nhất U ng max

Mạch van bao gồm thysistor và điôt cùng có :

220

= 350 ( V )

Với điều kiện làm mát có cánh tản nhiệt đủ diện tích bề mặt và không có quạt thong gió, thì để cho van làm việc an toàn khi có sự cố sảy ra, ta phải chọn một độ dự trữ điện áp ( kdtu ) cho van với kdtU = (1.6 ÷ 2)

Ung.max.thực = kdtu.Ung.max Chọn kdtu = 1,6

Ta có: Ung.max.thực = 1,6.350 =560 ( V ) ( 3-1 )

Dòng điện hiệu dụng qua van khi van làm việc I vlv

Với Ilv = Ihd = khd.Id

Trang 37

2100 = 13,6(A)

Khd =

Π

− Π 2

α

IlvT =

Π

− Π 2

d

2

α

Để đảm bảo độ hoạt động tốt của điốt thì α = Π

IlvĐ = Id = 13,6 ( A ) Với điều kiện làm mát có cánh tản nhiệt đủ diện tích bề mặt và không có quạt thông gió cho van , ∆P < 20 W thì ta được phép chọn dòng điện làm việc tới 40% Ilv thực ⇔ Ilv thực >2,5 Ilv

- Thông số của Điôt: (RP6040)

+ Dòng điện định mức của van: Imax = 80 ( A )

+ Điện áp ngược của điôt: Un = 1200 ( V )

+ Dòng điện đỉnh của van điôt: Ipik = 1500 ( A )

+ Tổn hao điện áp của van: ∆U = 1,5 ( V )

- Thông số của Thysistor: (S7412M)

+ Điện áp ngược cực đại: Ung.max = 600 ( V )

+ Dòng điện làm việc cực đại: I đm = 80 ( A )

+ Dòng điện đỉnh cực đại: Ipik = 1300 ( A )

+ Dòng điện xung điều khiển Ig = 150 ( mA )

+ Điện áp xung điều khiển Ug = 3 ( V )

Trang 38