Thiết kế hệ truyền động nâng hạ cầu trục

Luận văn Thiết kế hệ truyền động nâng hạ cầu trục Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Lời nhận xét giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Lời nhận xét giáo viên phản biện ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động nâng hạ cầu trục với thông số ghi bảng số liệu:  Thông số động học: TT G0(N) G(N) RT(mm) JT u i  V(m/s) V0(m/s ) H(m) 1200 60000 250 10.2 10 0.75 10  Thời gian thao tác: Thời gian (s) TT Lấy tải cắt tải Di chuyển xe cầu Di chuyển xe 5 12 12  Nội dung đề tài: Tính chọn công suất động truyền động Lựa chọn phương án truyền động Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ truyền động Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch xung điều khiển mở van Xây dựng thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ truyền động Thời gian nhận đồ án: 23/06/2012 Duyệt môn Thời gian hoàn thành 23/7/2012 Giáo viên hướng dẫn Vũ Anh Tuấn Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện MỤC LỤC Chương TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Lý thuyết chung máy nâng hạ - máy vận chuyển 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Phân loại máy nâng – vận chuyển 1.1.3 Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc hệ truyền động điện máy nâng, vận chuyển 1.1.4 Một số nét cầu trục phân xưởng: 1.2 Đặc điểm hệ truyền động cầu trục cầu trục phân xưởng: 1.2.1 Sơ đồ động học cấu nâng hạ: 10 1.2.2 Biểu thức phụ tải tĩnh: 10 1.2.3 Hệ số tiếp điện tương đối TĐ%: 12 1.2.4 Chọn sơ công suất động cơ: 13 1.3 Tính chọn công suất động truyền động 14 1.3.1 Xác định phụ tải tĩnh 14 1.3.2 Xác định hệ số tiếp điện tương đối TĐ%: 15 1.3.3 Tính chọn sơ công suất động cơ: 16 1.3.4 Kiểm nghiệm công suất động cơ: 17 Chương 19 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 19 2.1 Giới thiệu chung động điện chiều 19 2.1.1 Khái quát động điện chiều 19 2.1.2 Đặc tính trạng thái hãm 21 2.1.3 Ảnh hưởng tham số tới đặc tính 25 2.2 Lựa chọn phương án truyền động 27 2.2.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ) 27 2.2.2 Hệ thống máy phát động F - Đ với phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) 28 2.2.3 Đánh giá hệ thống F- Đ 30 2.3 Phương án 2: Hệ truyền động Thyristor – Động (T-Đ) 31 2.3.1 Sơ đồ hệ thống 31 2.3.2 Đánh giá hệ thống 31 2.4 Lựa chọn phương án truyền động 32 Chương 33 THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG 33 3.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực 33 3.1.1 Chỉnh lưu Tiristor pha: 33 3.1.2 Chỉnh lưu điều khiển hình tia pha 33 3.1.3 Chỉnh lưu cầu pha 36 3.2 Lựa chọn phương án đảo chiều 38 3.2.1 Khái quát chung 38 3.2.2 Các phương pháp đảo chiều quay động nhờ đảo chiều dòng phần ứng 38 Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực hệ truyền động 40 3.3.1 Giới thiệu sơ đồ 40 3.3.2 Nguyên lí làm việc mạch động lực 42 Chương 43 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 43 4.1 Khái quát chung 43 4.1.1 Phát xung điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng 44 4.1.2 Phát xung điều khiển dùng điôt cực gốc UJT 44 4.1.3 Phát xung điều khiển theo pha ngang 44 4.1.4 Lựa chọn phương án thiết kế hệ điều khiển 44 4.2 Thiết kế mạch cụ thể 46 4.2.1 Khối đồng hóa phát xung cưa (ĐBH- FXRC) 46 4.2.2 Khâu so sánh 52 4.3 Khâu tạo xung: 53 4.3.1 Mạch sửa xung 54 4.3.2 Mạch chia xung 55 4.3.3 Mạch gửi xung 56 4.3.4 Thiết bị đầu mạch khuếch đại xung 57 4.4 Mạch tạo điện áp chủ đạo 60 4.5 Mạch lấy tín hiệu phản hồi dòng điện có ngắt 60 4.6 Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ 61 4.7 Thiết kế mạch nguồn nuôi chiều 62 Chương 63 THUYẾT MINH SƠ DỒ NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 63 5.1 Nguyên lý hoạt động mạch điện 63 5.1.1 Nguyên lý khởi động 63 5.1.2 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ 64 5.1.3 Nguyên lý hãm dừng động 66 5.1.4 Nguyên lý đảo chiều quay 66 Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện LỜI NÓI ĐẦU Trong điều kiện công kiến thiết nước nhà bước vào thời kỳ công nghiệp hóa - đại hóa với hội thuận lợi khó khăn thách thức lớn.Điều đặt cho hệ trẻ,những người chủ tương lai đất nước nhiệm vụ nặng nề.Đất nước cần sức lực trí tuệ lòng nhiệt huyết trí thức trẻ,trong có kỹ sư tương lai Sự phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung lĩnh vực điện - điện tử nói riêng làm cho mặt xã hội thay đổi ngày.Trong hoàn cảnh đó,để đáp ứng điều kiện thực tiễn sản xuất đòi hỏi người kỹ sư điện tương lai phải trang bị kiến thức chuyên nghành cách sâu rộng Trong khuôn khổ chương trình đào tạo kỹ sư nghành tự động hóa - cung cấp điện,nhằm giúp cho sinh viên trước trường có điều kiện hệ thống hóa lại kiến thức trang bị trường có điều kiện tiếp cận với mô hình kỹ thuật chuyên nghành thực tiễn sản xuất, đồng thời giúp cho sinh viên có hội tư nghiên cứu thiết kế Trong chương trình đào tạo dành cho sinh viên khoa Điện môn học Trang bị điện môn học quan trọng Việc làm đồ án môn học giúp sinh viên hiểu rõ môn học, bước tập dượt ban đầu công việc sinh viên sau Đề tài thiết kế môn học em là: Thiết kế hệ truyền động nâng hạ cầu trục Trong trình thực đồ án em bảo tận tình thầy giáo Vũ Anh Tuấn Mặc dù em cố gắng để làm đồ án mọt cách tốt chắn nhiều thiếu sót, mong thầy cô giáo tận tình bảo để e có nhận thức đắn vấn đề Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên: Nguyễn Văn An Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Chương TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG 1.1 Lý thuyết chung máy nâng hạ - máy vận chuyển 1.1.1 Khái niệm chung Sự phát triển kinh tế nước phụ thuộc nhiều vào mức độ giới hoá tự động hoá trình sản xuất Trong trình sản xuất máy nâng hạ vận chuyển đóng vai trò quan trọng Máy nâng, vận chuyển cầu nối hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, phân xưởng nhà máy, máy công tác dây chuyền sản xuất Máy nâng vận chuyển dùng phổ biến công nghiệp, xây dựng, giao thông Trong nhóm máy vận chuyển cầu trục thiết bị vận chuyển điển hình Trong cầu trục có chuyển động: - Chuyển động xe cầu theo phương ngang (xe cầu dọc theo phân xưởng) - Chuyển động xe theo phương ngang (xe di chuyển xe cầu theo chiều ngang phân xưởng) Cơ cấu nâng hạ bố trí xe chuyển động theo phương thẳng đứng (thực nâng hạ tải trọng) 1.1.2 Phân loại máy nâng – vận chuyển Phụ thuộc vào đặc điểm hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng phương vận chuyển mà máy nâng, vận chuyển đa dạng Việc phân loại cách hoàn hảo máy nâng, vận chuyển khó khăn Có thể phân loại máy nâng, vận chuyển theo đặc điểm sau: - Theo phương vận chuyển hàng hoá: + Theo phương thẳng đứng: thang máy, máy nâng + Theo phương nằm ngang: băng chuyền, băng tải + Theo mặt phẳng nghiêng: xe kíp, thang chuyền, băng tải + Theo phương kết hợp: cầu trục, cần trục, cầu trục cảng, máy xúc - Theo cấu tạo cấu di chuyển: + Máy nâng, vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang chuyền, băng tải, băng chuyền + Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần cẩu dê, loại cần trục, cầu trục + Di chuyển quay với góc quay giới hạn: cần cẩu tháp, máy xúc Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện - Theo cấu bốc hàng: + Cơ cấu bốc hàng thùng, cabin, gầu treo + Dùng móc, xích treo, băng + Cơ cấu bốc hàng nam châm điện - Theo chế độ làm việc: + Chế độ dài hạn: băng tải, băng chuyền, thang chuyền + Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, thang máy, cần trục 1.1.3 Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc hệ truyền động điện máy nâng, vận chuyển Máy nâng, vận chuyển thường lắp đặt nhà xưởng để trời Môi trường làm việc máy nâng, vận chuyển nặng nề, đặc biệt hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim Các khí cụ, thiết bị điện hệ thống truyền động trang bi điện máy nâng, vân chuyển phải làm việc tin cậy điều kiện nghiệt ngã môi trường, nhằm nâng cao suất, an toàn vận hành khai thác Đối với hệ truyền động điện cho băng truyền băng tải phải đảm bảo khởi động động truyền động đầy tải; đặc biệt vào mùa đông nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh Mc Trên hình 1.3 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc mômen cản tĩnh tốc độ động cơ: Mc = f(  ) Trên đồ thị ta thấy: M Khi  = 0, Mc lớn (2  2,5)Mc ứng với tốc độ định mức thay đổi cấu nâng - hạ, mômen theo Động truyền động cầu trục tải trọng rõ rệt Khi tải trọng   Hình 1.1: quan hệ Mc=f  (không tải) mô men động không vượt (15  25)%Mđm động không tảicầu + Đối với cấu nâng cần trục gầu ngoạm đạt tới 50%Mđm + Đối với động di chuyển xe(50  55)%Mđm Trong hệ truyền động cấu máy nâng, vận chuyển yêu cầu trình tăng tốc giảm tốc xảy phải êm, đặc biệt thang máy thang chuyên chở khách Bởi mômen động trình độ phải hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Năng suất máy nâng, vận chuyển định hai yếu tố: tải trọng thiết bị số chu kỳ bốc, xúc Số lượng hàng hoá bốc xúc chu kỳ không giống nhỏ trọng tải định mức, động phụ tải đạt (60  70)% công suất định mức động Do điều kiện làm việc máy nâng, vận chuyển nặng nề, thường xuyên làm việc chế độ tải (đặc biệt máy xúc) nên máy nâng, vận chuyển chế tạo có độ bền khí cao, khả chịu tải lớn 1.1.4 Một số nét cầu trục phân xưởng: Cầu trục dùng chủ yếu phân xưởng, nhà kho để nâng hạ vận chuyển hàng hóa với lưu lượng lớn Cầu trục kết Cầu trục dùng chủ yếu phân xưởng, nhà kho để nâng hạ cấu dầm hộp dàn, đặt xe có cấu nâng Dầm cầu chạy đường ray đặt cao dọc theo nhà xưởng, xe chạy dọc theo dầm cầu Vì mà cầu trục nâng hạ vận chuyển hàng theo yêu cầu điểm không gian nhà xưởng Cầu trục sử dụng tất lĩnh vực kinh tế với thiết bị mang vật đa dạng móc treo, thiết bị cặp, nam châm điện, gầu ngoạm Đặc biệt, cầu trục sử dụng phổ biến ngành công nghiệp chế tạo máy luyện kim với thiết bị mang vật chuyên dùng Hình 1.2 Hệ thống cầu trục phân xưởng Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Phần kết cấu thép cầu trục dầm gồm dầm cầu có hai đầu tựa lên dầm cuối với bánh xe di chuyển dọc theo ray đặt vai cột nhà xưởng Cơ cấu di chuyển cầu trục dầm thường dùng phương án dẫn động chung Phía dầm chữ I dàn thép đặt mặt phẳng ngang để đảm bảo độ cứng cần thiết theo phương ngang dầm cầu Palăng điện chạy dọc theo cánh thép phía dầm chữ I nhờ cấu di chuyển palăng Cabin điều khiển treo vào phần kết cấu chịu lực cầu trục Kích thước dầm thép chữ I cầu trục lăn đầm đơn chọn từ điều kiện bền theo tải trọng nâng, độ điều kiện để palăng điện di chuyển dọc theo cánh dầm Ngoài ra, độ cứng dầm theo phương ngang dầm cầu cần đảm bảo Trong trường hợp cầu trục có độ nhỏ, phương án đơn giản để đảm bảo độ cứng dầm cầu hàn thêm giằng 1.2 Đặc điểm hệ truyền động cầu trục cầu trục phân xưởng: * Mômen cản trục động là: Tổng hợp hai mômen thành phần - Mômen ma sát gây chống lại chuyển động quay đông - Mômen tải trọng sinh chống lại hỗ trợ chuyển động quay động tuỳ thuộc vào lúc tải trọng lên hay xuống * Tính chất phụ tải làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại * Chu kỳ làm việc cấu: - Hạ không tải - Nâng tải - Hạ tải - Nâng không tải (Giữa giai đoạn có thời gian nghỉ) Đồ Án Trang bị điện Trang SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện thông số yêu cầu điện cực điều khiển tiristor Để khắc phục vấn đề cần phải thực khuếch đại xung, thay đổi độ dài xung, phân chia xung truyền xung từ đầu mạch phát xung đến điện cực điều khiển katot tiristor Khâu tạo xung bao gồm mạch sau: + Mạch sửa xung + Mạch phân chia xung + Mạch gửi xung + Mạch khuếch đại xung + Mạch truyền xung đến Tirstor (thiết bị đầu ra) ++ Mạch sửa xung: Xuất phát từ nguyên lý hoạt động khâu so sánh, thấy thay đổi trị số Uđk để thay đổi góc điều khiển  độ dài xung khâu so sánh thay đổi Như xuất tình trạng có số trường hợp độ dài xung ngắn không đủ để mở Tiristor độ dài xung lớn, gây tổn thất lớn mạch phát xung Mạch sửa xung đưa vào nhằm để khắc phục vấn đề Mạch sửa xung làm việc theo nguyên tắc có xung vào với độ dài khác mạch cho xung có độ dài theo yêu cầu giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất xung 4.3.1 Mạch sửa xung +Ucc R 12 + IC E C2 + (-) (+) R 13 R11 Ur Tr6 D1 Hình 4.12: Sơ đồ mạch sửa xung + Điện áp đầu vào điện áp (xung) đầu khâu so sánh (điểm E) có hai mức bão hòa dương âm mạch sửa xung hai phần tử C2 R11 định độ dài xung (Ura) ++ Nguyên lý làm việc mạch: - Khi điện áp vào (Uv) có mức bão hòa dương (tức tín hiệu điện áp khâu so sánh có mức bão hòa dương) với có mặt định thiên R12 làm cho Tranzitor Tr6 Đồ Án Trang bị điện Trang 54 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện mở bão hòa tụ C2 nạp điện theo đường +Uv (điểm E)  C2  R11  Tr6 Tr6 mở bão hòa dẫn đến điểm F có mức logic “0” (Ura = 0) Mức logic “0” điểm F tồn suốt trình U v bão hòa dương - Khi điện áp đầu vào mức bão hòa âm (Uv < 0) tụ C2 phóng điện  D1  R11  - C2 Chính dòng phóng tụ C2 đặt âm lên mạch phát gốc Tranzitor Tr6 làm cho Tr6 khóa dẫn đến điểm F có mức logic “1” nghĩa đầu nhận xung Do U điện trở ngược Tr6 lớn nên Ura  Ucc - Khi tụ C2 phóng hết điện tích nạp theo chiều ngược lại Nhờ có R12 mà (+) lại đặt lên mạch t phát - gốc Tr6 làm đầu lại có mức lôgíc “0” Mặc U dù xung âm đầu vào nhờ có R12 mà Tr6 mở bão hoà Như thời gian tồn xác định theo biểu thức: tx = R11 C2 ln2 - Độ dài xung phụ thuộc vào giá trị R11 C2 xung có độ rộng không đổi tx t Hình 4.13 Giản đồ điện áp mạch sửa xung 4.3.2 Mạch chia xung Trong chu kỳ điện áp đồng bộ, kênh phát xung điều khiển tạo xung ứng với nửa chu kỳ điện áp đồng Hai xung lệch 1800 độ điện Mỗi xung sử dụng để điều khiển riêng Tiristor sơ đồ chỉnh lưu cầu pha Như ta cần phải tách riêng xung kênh phát xung Để thực mạch tách mạch phát xung điều khiển trình bày trên, ta sử dụng mạch chia xung gồm phần tử logic "và" (AND) Tín hiệu đầu (Y) phần tử AND nhận mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái Y = X1.X2 X1 A G1 X p1 F X2 G2 X p2 B Hình 4.14 Sơ đồ mạch chia xung Đồ Án Trang bị điện Trang 55 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện + Đầu vào phần tử tín hiệu mạch tạo xung điện áp chữ nhật (điểm A điểm B sơ đồ trước, lấy cực góp Tr3 Tr4) có mức lôgíc “0” “1” nửa chu kỳ điện áp đồng hoá Điểm F (trên cực góp Tr6) có mức lôgíc “0” “1” tương ứng với nửa chu kỳ điện áp đồng hoá Như kênh phát xung sử dụng phần tử AND để tách riêng xung chu kỳ điện áp đồng hoá Xp1 = A.F, Xp2 = B.F + Trong nửa chu kỳ dương điện áp đồng hoá, sau góc điều khiển  F = “1”; A = “1”; B = “0” nên nhận Xp1 = Xp2 = + Trong nửa chu kỳ âm điện áp đồng hoá, sau góc điều khiển  F = 1; A = 0; B = nên ta nhận Xp1 = Xp2 = + Như vậy, với kênh phát xung sử dụng mạch tách xung đảm bảo tách riêng rẽ xung mà thời điểm xuất xung không thay đổi Các xung sau tách đưa đến thiết bị đầu truyền xung đến Tiristor tương ứng 4.3.3 Mạch gửi xung X1 A G1 X p1 D2 D3 F Hình 4.15 Sơ đồ mạch gửi xung + Do tính chất chỉnh lưu cầu thời điểm phải có hai Tiristor mở đồng thời van nhóm anốt chung van nhóm katốt chung Vì biến đổi cầu pha mắc song song ngược giống hệt nên cần xét đại diện cho chỉnh lưu, lại suy tương tự Giả sử xét với biến đổi BBĐ1 gồm van T1T T6T Nguyên tắc điều khiển theo thứ tự T1T, T2T, T3T, T4T, T5T, T6T van đứng sau mở sau van đứng kế trước góc /3 Vậy van nhận xung điều khiển van đứng liền trước phải nhận xung điều khiển Từ phần tích trên, ta đưa nguyên lý gửi xung Khi T1 nhận xung gửi tới T6, xung T2 gửi cho T1 Cứ van đứng sau nhận xung gửi lên cho van đứng trước mở + Mạch gửi xung sử dụng phần tử diôt làm việc theo phương trình trạng thái: Ura = Uv1 + Uv2 với Uv1 Uv2 tín hiệu đầu vào có mức logic logic (Uv1, Uv2 mức logic đầu vào) Đầu mạch gửi xung đưa tới đầu vào Đồ Án Trang bị điện Trang 56 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện mạch khuếch đại xung Với việc thực mạch gửi xung đảm bảo khởi động sơ đồ chỉnh lưu cách chắn mà không cần thiết phải kéo dài xung điều khiển 4.3.4 Thiết bị đầu mạch khuếch đại xung  Thiết bị đầu ra: (mạch truyền xung đến Tiristor) + Thông thường có cách truyền xung từ đầu hệ thông điều khiển mạch điện cực G - K Tiristor truyền xung trực tiếp truyền xung qua máy biến áp xung + Bản thuyết minh sử dụng phương pháp truyền xung qua máy biến áp xung Đây phương pháp truyền xung nhiều khắc phục nhược điểm phương pháp truyền xung trực tiếp, là: + Đảm bảo cách ly tốt điện mạch động lực mạch điều khiển chỉnh lưu + Dễ dàng thực việc truyền đồng thời xung đến Tiristor mắc nối tiếp song song cách dùng máy biến áp xung có nhiều cuộn thứ cấp + Dễ dàng phối hợp điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại công suất xung biên độ xung cần thiết điện cực điều khiển Tiristor nhờ việc chọn tỷ số máy biến áp xung cho phù hợp - Máy biến áp xung (BAX) kết cấu giống máy biến áp bình thường công suất nhỏ Hoạt động BAX tương tự MBA làm việc với dòng điện áp không sin xác định phi tuyến không từ trường lõi thép BAX đặt giá trị bão hòa BAX có mạch từ chóng bão hòa, hoạt động khoảng thời gian ngắn  Mạch khuếch đại xung: + Để khuếch đại công suất xung điều khiển, phổ biến sơ đồ khuếch đại Tiristor Tranzitor Ở em sử dụng Tranzitor làm mạch KĐX phổ biến dễ dàng thực Sơ đồ nguyên lý mạch đại xung hình vẽ sau: D6 R 16 +Ucc D5 D4 R14 Uv G K Tr7 R15 Tr8 Hình 4.15 Sơ đồ mạch khuếch đại xung Đồ Án Trang bị điện Trang 57 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện + Tín hiệu đầu vào (Uv) mạch khuếch đại xung, tín hiệu điện áp xung đầu mạch chia xung gửi tới Thiết bị đầu sử dụng biến áp xung (BAX) + Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng Tranzitor ghép kiều Darlingtor (mắc nối tiếp hai Tranzitor) + Hai Tranzitor Tr7 Tr8 mắc nối tiếp tương đương với Tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện Tranzitor thành phần:  = 1.2 Trong 1 2 hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung Tr7 Tr8 * Chức phần tử sơ đồ sau: - R14, R15 điện trở có tác dụng hạn chế xung áp đầu vào - R16 điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện colector - D4 điôt có tác dụng giảm dòng điện qua cuộn dây sơ cấp BAX Transitor khoá , đồng thời hạn chế điện áp Transitor - D5 để bảo vệ cuộn dây thứ cấp BAX D4 mạch sơ cấp - D6 để ngăn xung âm tới cực điều khiển Tiristor Transistor khác  Nguyên lý làm việc sơ đồ: + Tín hiệu vào mạch khuếch đại xung (U v) tín hiệu mạch gửi xung tín hiệu logic có mức logic “0” “1” Để phân tích nguyên lý hoạt động sơ đồ ta gọi - txv: Thời gian tồn xung điện áp vào - tbh: Thời gian tính từ lúc có dòng điện chiều qua cuộn sơ cấp máy BAX (khi Tr7 Tr8 mở bão hòa) đến lúc từ thông lõi thép BAX đặt giá trị từ thông bão hòa - txr: Thời gian tồn xung điện áp + Xét trường hợp tbh > txv - Trong khoảng t =  t1 lúc chưa có xung vào (U v = 0) dòng chạy cuộn sơ cấp BAX nên xung điện áp cuộn thứ cấp, UđkT = (chưa có tín hiệu điều khiển Tiristor) - Khi t = t1 bắt đầu xuất xung vào (Uv > 0) làm cho Tr7 Tr8 mở bão hòa, nên cuộn W1 đột ngột chịu điện áp Ucc, xuất dòng qua cuộn W1 có giá trị tăng dần, cảm ứng sang phía thứ cấp (W2) BAX xung điện áp Với cực tính hai cuộn dây hình xung xuất bên W2 đặt cực thuận lên D6 truyền qua D6 đến cực điều khiển (G) katốt (K) Tiristor - Khi t = t1 + txv = t2 (lúc mạch từ chưa bão hòa), xung vào (Uv = 0) làm cho hai Tranzitor Tr7 Tr8 đồng thời khóa lại, dòng qua cuộn W1 giảm không Do có giảm dần dòng điện sơ cấp BAX nên từ thông lõi thép BAX biến thiên theo huóng ngược lại lúc Tr7 Tr8 mở dẫn đến cuộn dây BAX xuất xung điện Đồ Án Trang bị điện Trang 58 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện áp với cực tính ngược lại (xung âm), xung cuộn thứ cấp làm khóa D6 nên không xung cực điều khiển Tiristor tức Uđk1 = + Tác dụng D4: Khi xung vào, Transitor khóa lại gây nên giảm dòng cuộn W1 làm xuất xung âm cuộn dây ngược cực tính với lúc Transitor mở, xung cuộn sơ cấp đặt thuận D4 làm D4 mở Do mà dòng qua cuộn sơ cấp BAX không giảm đột ngột, nên xung điện áp xuất cuộn dây có giá trị nhỏ nên an toàn cho Transitor + Tác dụng D5 tương tự D4: Giả sử D4 mà sơ đồ lại có D5 Tại thời điểm xung vào, Transitor khóa lại, xuất xung điện áp âm cuộn dây BAX Như vậy, cuộn sơ cấp hở mạch nên dòng qua cuộn sơ cấp giảm đột ngột không Như vậy, cuộn sơ cấp hở mạch nên dòng qua cuộn sơ cấp giảm đột ngột không, xung cuộn thứ cấp lại đặt thuận lên D5 nên có dòng khép kín qua D5 cuộn thứ cấp BAX Kết từ trường lõi thép BAX giảm chậm nên xung điện áp cảm ứng cuộn dây có giá trị nhỏ, đảm bảo an toàn cho Transito BAX + Xét trường hợp tbh < txv - Trong khoảng từ  t1: chưa có xung đầu vào (Uv = 0) nên Tr7 Tr8 khóa dòng điện qua W1 nên phía thứ cấp W2 xung cảm ứng sang, kết xung điều khiển Tiristor (Uđkt = 0) - Khi t = t1 bắt đầu có xung áp vào (Uv > 0) làm cho Tr7 Tr8 mở bão hòa, Trên cuộn sơ cấp BAX (W1) đột ngột đặt điện áp Ucc có dòng tăng dần qua Với cực tính cuộn dây hình phía thứ cấp BAX (W2) có xung đặt lên cực thuận nên điốt D6 truyền qua đến cực điều khiển (G) Katốt (K) Tiristor - Khi t = t1 + tbh mạch từ BAX bị bão hòa, nên từ thông lõi thép không biến thiên dẫn đến xung cảm ứng cuộn dây mất, xung đến cực Tirisitor (Uđk1 = 0) - Khi t = t1+ txv = t2 xung áp vào (Uv = 0) dẫn đến Tr7 Tr8 khóa Dòng qua W1 giảm dần không Sự giảm dần dòng qua W1 làm từ thông lõi thép BAX biến thiên theo hướng ngược lại Các xung điện áp âm bị khử nhờ D4 D5 trường hợp Như vậy, trường hợp độ dài xung thời gian bão hòa BAX: txr = tbh Đồ Án Trang bị điện Trang 59 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện a) Khi t bh > t xv Uv t1 t2 t xv t1 t2 t xv t U®k b) Khi txv > tbh Uv t U®k t bh t t1 t2 t bh t Hình 4.16 Đồ thi điện áp máy biến áp + Kết luận: Thời gian làm việc mạch từ máy BAX có ảnh hưởng lớn đến độ dài xung điều khiển Tiristor Trong trường hợp tbh > txv độ dài xung độ dài xung vào (txt = txv) Còn trường hợp tbh < txv độ dài xung thời gian mạch từ BAX bão hòa (txt = tbh) Vậy cần phải cho BAX có thời gian bão hòa mạch từ đủ lớn 4.4 Mạch tạo điện áp chủ đạo Mạch tạo điện áp chủ đạo yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp từ nguồn +15V -15V " Đảo chiều điện áp chủ đạo nhờ cặp tiếp điểm T-N ” + 15 V T WR N - 15 V N T R 17 Uc® Hình 4.17: Sơ đồ mạch tạo điện áp chủ đạo 4.5 Mạch lấy tín hiệu phản hồi dòng điện có ngắt Để tránh dòng điện động tăng mức cho phép khởi động, hãm, đảo chiều hay gặp tải Ta phải sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện phần ứng Ở ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện Để hạn chế dòng điện cách tự động, ta dùng khâu phản hồi âm dòng có ngắt Khâu ngắt có tác dụng có dòng phần ứng động tăng dòng ngắt khâu ngắt tác dụng để hạn chế dòng điện Sơ đồ mạch hình vẽ: Đồ Án Trang bị điện Trang 60 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện C3 R19 D5 D D Tr R18 - U®kN IC WR + R21 c b a C D D6 D2 R20 + 15 V - 15 V - U®kT IC5 + Hình 4.18: Sơ đồ mạch lấy tín hiệu dòng điện có ngắt Chọn điều chỉnh PI với IC3 hình 4.15, IC3 khuếch đại thuật toán Tín hiệu phản hồi dòng lấy điện trở điều chỉnh WR2 thông qua biến dòng chỉnh lưu cầu pha Máy biến dòng TI nhằm cách ly mạch động lực mạch điều khiển Điện áp TI chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu ba pha (để đảm bảo cho dòng điện cuộn thứ cấp TI dòng điện xoay chiều) - Nguyên lý làm việc: Khi Iư  Ing, điện áp đầu IC2 có dấu dương nên diode khoá, mạch phản hồi chưa có tác dụng Khi Iư  Ing, điện áp có giá trị âm, lúc mạch phản hồi dòng tham gia khống chế góc mở  làm giảm dòng phần ứng 4.6 Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ C4 R23 R22 WR3 - FT IC + Hình 4.19 Mạch lấy tín hiệu phản hồi tốc độ + Ta thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ để nâng cao độ đặc tính Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định tốc độ hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc hệ khởi động Tốc độ động truyền đến máy phát tốc Máy phát tốc máy phát điện chiều có điện áp tỉ lệ tốc độ động Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (n) lấy từ máy phát tốc FT nối với động Tín hiệu tỉ lệ tuyến tính với tốc độ động Đồ Án Trang bị điện Trang 61 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện + Ở ta chọn điều chỉnh PI làm khuếch đại thuật toán 4.7 Thiết kế mạch nguồn nuôi chiều +15 V 7815 BA D1 D3 D5 + - C6 D4 D6 C7 + - D2 -15 V 7915 Hình 4.20 Sơ đồ mạch nguồn nuôi chiều Nguồn nuôi tạo điện áp  15 (V) để cấp nguồn nuôi IC, điều chỉnh dòng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng điốt Điện áp thứ cấp cuộn dây a1, b1, c1 máy biến áp : U 21  20  14,18 V , chọn 15 (V) Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7815 7915 có thông số chung: - Điện áp đầu vào: UVào =  35 (V) - Điện áp đầu ra: IC 7815 có Ura = 15V; IC 7915 có Ura = - 15 (V) - Dòng điện đầu ra: Ira =  (A) - Sụt áp nhỏ IC 7815 U = (V) + Ud = 15 - = 11 (V) ; U  11  13,75 (V ) 0,8 Ta chọn U2 = 15 (V) + Tụ C6, C7 dùng lọc thành phần sóng dài bậc cao Chọn tụ có điện dung : C = 470 F, U = 35 (V) Đồ Án Trang bị điện Trang 62 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Chương THUYẾT MINH SƠ DỒ NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 5.1 Nguyên lý hoạt động mạch điện Đóng áp tô mát để cấp nguồn cho mạch động lực mạch điều khiển, mạch điều khiển phát lệnh mở van cho góc mở α1 < 900, α > 900, α + α = 1800 Với α góc mở T1 đến T6, α góc mở T7 đến T12 Khi khối tạo xung tạo xung điều khiển, xung đưa tới mạch sửa xung để điều khiển mở van T thông qua biến áp xung Để tạo tín hiệu điều khiển xuất thời điểm yêu cầu ta phải tạo tín hiệu điều khiển nhờ mạch điều khiển khuyếch đại trung gian Tín hiệu so sánh với điện áp cưa Nếu thay đổi độ lớn Uđk thay đổi thời gian xuất xung, nghĩa thay đổi góc mở α 1, α chỉnh lưu để điều chỉnh tốc độ động phù hợp với trình hoạt động Khi muốn điều khiển cho tốc độ động chậm lại góc mở α1 phải lớn, cần Uđk nhỏ ngược lại muốn tăng tốc giảm α 5.1.1 Nguyên lý khởi động + Khi cấp Uđk điện áp đầu vào ΔUv = Uđk lúc điện áp điều khiển khác không, điện áp phần ứng khác không(Uư  0) dòng điện phần ứng động đạt giá trị cực đại(Id = Imax = Ikđ ) + Khi Idmax > Ic động tiếp tục tăng tốc lúc điện áp phần ứng Idmax > Ibh , nên khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia, động tăng tốc đặc tính có phản hồi âm dòng điện Trong tốc độ tăng, dòng điện I d  U d  E d U d  C E .n  giảm dần, R R dòng Id giảm nhỏ Ibh, lúc động tăng tốc đặc tính phản hồi âm tốc âm dòng, dòng phần ứng động tăng đạt giá trị bé dòng điện ngắt khâu phản hồi âm dòng không tham gia mà có phản hồi âm tốc tham gia, lúc dòng điện Id > Ic động tăng tốc đường đặc tính phản hồi âm tốc, Id = Ic động làm việc xác lập Đồ thị biễu diễn trạng thái khởi động động sau: Đồ Án Trang bị điện Trang 63 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện n n0 nxl A Ic Ing I bh I dmax I(M) Hình 5.1 Đồ thị biểu diễn trạng thái khởi động động 5.1.2 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ a) Điều chỉnh tăng tốc độ b) Tăng tốc lượng nhỏ ( Id < Ing) + Tăng lượng nhỏ Ucđ  ΔUv tăng(nhỏ)  Uđk tăng  góc mở α giảm  Ud tăng  Id tăng bé Ing Động làm việc đặc tính phản hồi âm tốc n n 02 n01 nxl A' B A Ic Ing I bh I dmax I(M) Hình 5.2 Đặc tính tăng tốc lượng nhỏ động c) Tăng tốc lượng trung bình ( Ing < Id < Ibh) + Tăng lượng Ucđ  ΔUv tăng(nhỏ)  Uđk tăng  góc mở α giảm  Ud tăng  Id tăng lớn Ing bé Ibh khoảng từ Ing đến Ibh động tăng tốc đặc tính phản hồi âm dòng phản hồi âm tốc, khoảng từ Ic đến Ing động tăng tốc đặc tính có phản hồi âm tốc (hình 6.3a) d) Tăng tốc mộ lượng lớn ( Id > Ibh) + Tăng lượng Ucđ  ΔUv tăng(nhỏ)  Uđk tăng  góc mở α giảm  Ud tăng  Id tăng lớn Ibh lúc động tăng tốc đoạn đặc tính: Đồ Án Trang bị điện Trang 64 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện + Đoạn I: Từ Ibh  Id : Động tăng tốc đặc tính có âm dòng tham gia + Đoạn II: Từ Ing  Ibh : Động tăng tốc đặc tính có hai phản hồi tham gia + Đoạn III: Từ Ic  Ing : Động tăng tốc đặc tính có âm tốc tham gia n n n 02 A' n'xl n 02 n'xl n01 nxl A' n01 nxl B A Ic Ing I bh I dmax I(M) B A Ic a) Ing I bh I dmax I(M) b) Hình 5.3 Đặc tính tăng tốc a) tăng tốc lượng trung bình, b) Tăng tốc lượng lớn e) Điều chỉnh giảm tốc độ + Trường hợp  I d < Ing : động giảm tốc đường đặc tính với phản hồi âm tốc độ + Trường hợp Ing <  I d < Ibh : Động giảm tốc qua giai đoạn đặc tính + Trường hợp  I d > Ibh : Động giảm tốc qua giai đoạn đặc tính n B B B n0 A C A' A' D A' -I d -I bh -I d -I ng -I d Ic Ing I bh I dmax I(M) Hình 5.3 Các đặc tính giảm tốc động Đồ Án Trang bị điện Trang 65 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện 5.1.3 Nguyên lý hãm dừng động + Ngừng cấp điện áp chủ đạo Ucđ =0  ΔUv =  Uđk =  góc mở α =  Ud =  Dòng điện động đảo chiều có giá trị Id > Ibh trình hãm động trãi qua giai đoạn đường đặc tính n n0 A B C D -I d -I bh -I ng I c Ing I bh I dmax I(M) Hình 5.4 Đặc tính hãm dừng động 5.1.4 Nguyên lý đảo chiều quay Do bình thường I chế độ chỉnh lưu nên dòng điện tải dòng chỉnh lưu I : Id = IdI , II dòng IdII = 0, chiều dòng chạy ngược chiều Id nên chảy Khi cần đảo chiều phải điều khiển tăng dần góc điều khiển  I tương ứng giảm dần  II theo điều kiện  I   II   Do  I tăng lên nên UdI giảm, s.đ.đ Ed không giảm nhanh ( thí dụ quán tính động ), dẫn đến Ed > Ud1, đó: Id  U d  E d 0 R Tức dòng tải đảo chiều CLI không cho dòng Id1 đảo chiều, nên dòng Id chuyển sang chảy qua CLII Mạch vòng CLII Ed điều kiện chạy chế độ nghịch lưu, nên lúc CLII thực trả lượng s.đ.đ Ed nguồn làm cho Ed giảm Khi  I tăng đến 900,  II giảm giá trị 900 điện áp Đồ Án Trang bị điện Trang 66 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện UdI = - UdII = Ud0.cos  = 0, trình nghịc lưu CLII kết thúc Sau  II tiếp tục giảm nhỏ 900 chuyển sang chế độ chỉnh lưu điện áp đổi dấu, chỉnh lưu CLI chuyển sang chế độ nghịch lưu phụ thuộc, trình đảo chiều kết thúc Phương pháp điều khiển chung cho phép đảo chiều nhanh hai chỉnh lưu đồng thời hoạt động + Khi ta đảo chiều điện áp chủ đạo Ucđ’ = - Ucđ ΔUv đảo chiều  Uđk đảo chiều  Ud = đảo chiều, ta có: I d   (U d  E d )  (U d  C E .n)  0 R R + Dòng điện phần ứng lúc có giá trị : Id > Ibh động trải qua giai đoạn hãm sau chuển sang giai đoạn quay theo chiều ngược.(đặc tính) n n0 A B C D -I d -I bh -I ng I c Ing Ibh Idmax I(M) - n 01 A' - n xl - n 0i -n Hình 5.4 Đặc tính đảo chiều động Đồ Án Trang bị điện Trang 67 SVTH: Nguyễn Văn An Lớp: CĐK36-TC_Vinh Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Kết luận Hiện nay, việc ứng dụng thành tựu khoa học tiên tiến vào thực tế ngành sản xuất nước ta không điều mẻ, song việc ứng dụng ứng dụng vào đâu lại vấn đề lớn cần giải Chính việc nghiên cứu triển khai thành tựu khoa học kỹ thuật đặc biệt hệ thống điều khiển tự động hóa vào thực tế mang ý nghĩa lớn Qua trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài em có kiến thức : Thiết kế hệ truyền động nâng hạ cầu trục Do điều kiện khách quan lượng kiến thức thân hạn chế nên chắn thiếu sót, em mong nhận sử bảo thầy cô giáo, bạn bè để học hỏi thêm Một lần em xin chần thành cảm ơn thầy giáo Vũ Anh Tuấn thầy cô giáo môn nhiệt tình hướng dẫn, động viên tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án Sinh Viên Nguyễn Văn An Đồ Án Trang bị điện Trang 68 SVTH: Nguyễn Văn An