Đang tải... (xem toàn văn)
NỘI DUNG ĐỒ ÁN Số liệu và yêu cầu như sau: 1. Phụ tải MC = hằng số mang tính chất phản kháng 2. Động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vgph 3. BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điốt không (D0) 4. Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệh tĩnh s = 0,1.
NỘI DUNG ĐỒ ÁN Số liệu yêu cầu sau: Phụ tải MC = số mang tính chất phản kháng Động chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vg/ph BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha có điốt khơng (D0) Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệh tĩnh [s] = 0,1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU Ngày , tất nước giới nói chung nước ta nói riêng thiết bị bán dẫn thâm nhập vào ngành công nghiệp , nông nghiệp lĩnh vực sinh hoạt Các nhà máy , xí nghiệp ứng dụng ngày nhiều thành tựu công nghiệp điện tử công suất Ứng dụng Điện tử công suất truyền động điện – điều khiển tốc độ động điện lĩnh vực quan trọng ngày phát triển Các nhà sản xuất không ngừng cho đời sản phẩm công nghệ phần tử bán dẫn công suất thiết bị điều khiển kèm Đồ án với đề tài: “” Mặc dù em nỗ lực cố gắng làm việc với tinh thần học hỏi tâm cao nhiên lần em làm đồ án, đặc biệt nhận thức thực tế em cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận phê bình góp ý thầy, để hiểu rõ vấn đề đồ án ứng dụng thực tế Trong q trình làm đồ án em nhận giúp đỡ thầy, cô giáo môn đặc biệt bảo tận tình Nguyễn Thị Thành giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn cô hi vọng cô giúp đỡ chúng việc học tập em sau CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG Để thiết kế hệ thống truyển động cho đối tượng truyền động ta phải vào đặc điển cơng nghệ nó, cào tiêu chất lượng mà đưa phương án hợp lý Với đối tượng truyền động thực truyền động khác Mỗi phương án điều có ưu nhược điểm nó, nói chung phương án đưa cần đảm bảo yêu cầu đối tượng cần truyền động Phải đảm bảo tiêu mặt kỹ thuật mặt kinh tế, tiêu kỹ thuật quan trọng hàng đầu Thông thường hệ thống tốt mặt kỹ thuật tốn mặt kinh tế Do tùy thuộc yêu cầu chất lượng độ xác sản phẩm ta chọn cho hệ thống truyền động nhằm đưa ta hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn Ý nghĩa: Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa quan trọng Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm ảnh hưởng đến hiệu kinh tế sản xuất Nếu lựa chọn tăng xuất làm việc, hạn chế hành trình thừa, chất lượng sản phẩm tốt hơn, hiệu kinh tế cao Kết hoàn tồn ngược lại ta lựa chọn khơng cịn gây tổn thất khơng ngờ trước Phương án lựa chọn: - Muốn chọn hệ thống phù hợp với yêu cầu phải đưa phương án đáp ứng yêu cầu kỹ thuật sau đánh giá ưu nhược điểm mà chọn cho hợp lý - Để thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa nhiều phương án khác Rồi sau so sánh phương án hai phương diện kinh tế kỹ thuật để chọn phương án tối ưu Phương án tối ưu phương án đáp ứng yêu cầu đề đồng thời phương án đảm bảo mặt kỹ thuật chi phí thấp Theo yêu cầu đề động loại động chiều kích từ độc lập nên ta có phương pháp điều chỉnh tốc độ động sau: - Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng - Thay đổi điện áp cấp vào mạch phần ứng - Thay đổi từ thơng kích từ 1.1.1 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Hình 1 Sơ đồ nguyên lý đặc tính thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Phương trình đặc tính cơ: U đm ω= − K Φ đm Ru ( K Φ đm ) (1.1) Ta xét ảnh hưởng điện trở phần ứng với thông số sau: - Uư = Uđm (1.2) - Φ = Φđm - = + (1.3) (1.4) f Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng Khi ảnh hưởng đến đặc tính động Cụ thể đến thơng số đặc tính sau: + Tốc độ không tải lý tưởng: + Độ cứng đặc tính cơ: U đm ω = KΦ đm = const (1.5) = dM dω − = dM dω − = ( K Φ đm ) Ru + R f (1.6) Khi Rf lớn nhỏ nghĩa đặc tính dốc, ứng với Rf = ta có đặc tính tự nhiên βTN = − ( K Φ đm ) Ru (1.7) βTN có giá trị lớn nên đặc tính tự nhiên có đặc tính cứng tất đặc tính có điện trở phụ Kết luận: • Như thay đổi điện trở phụ R f ta có họ đặc tính biến trở có dạng hình 1.1 Ứng với phụ tải Mc đó, Rf lớn tốc độ động giảm, đồng thời điện trở ngắn mạch momen ngăn mạch giảm • Người ta thường sử dụng phương pháp để hạn chế dòng điện khởi động điều chỉnh tốc độ động phía tốc độ 1.1.2 Thay đổi điện áp cấp vào mạch phần ứng a) Sơ đồ nguyên lý Hình Sơ đồ ngun lý Trong đó: BBĐ: biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều điều chỉnh sức điện động Eb theo yêu cầu R: điện trở mạch phần ứng Rư: điện trở biến đổi phụ thuộc vào loại thiết bị b) Dạng đặc tính Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng động ta họ đặc tính song song với hình Hình Đặc tính thay đổi điện áp phần ứng c) Ảnh hưởng điện áp phần ứng U đm Ru − K Φ đm ( K Φ đm ) Phương trình đặc tính cơ: ω = (1.8) Ta xét đến ảnh hưởng điện áp phần ứng với thông số sau: - Uư = var - Φ = Φđm - R = Rư = const Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm thơng số đặc tính sau: U đm + Tốc độ không tải ω0x = KΦ đm − + Độ cứng đặc tính = = var (1.9) ( K Φ đm ) Ru = const (1.10) + Moomen ngắn mạch Mnm = KΦIư, moomen ngắn mạch giảm dần ta giảm điện áp phần ứng Kết luận: Như thay đổi điện áp phần ứng đặt vào động ta họ đặc tính song song với đặc tính tự nhiên +Ta thấy thay đổi điện áp (giảm áp) mơmen ngắn mạch, dịng điện ngắn mạch động giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động 1.1.3 Thay đổi từ thơng kích từ a) Sơ đồ ngun lý b) Dạng đặc tính Hình Đặc tính điện c) Ảnh hưởng từ thơng +Khi thay đổi từ thơng kích từ động chiều kích từ độc lập điều chỉnh mơmen điện từ động M = KΦI điều chỉnh sức điện động quay E=KΦ ω động Do kết cấu máy điện nên ta thương giảm từ thông Φ Ta xét ảnh hưởng từ thông với thông số sau: - Uư = Uđm - R = Rư = const - Φ = var Để thay đổi từ thông Φ, ta phải thay đổi dịng điện kích từ nhờ biến trở Rkt mắc mạch kích từ động Vì tăng điện trở mạch kích từ nhờ Rkt nên từ thơng kích từchỉ thay đổi phía giảm so với từ thông định mức Các thông số đặc tính thay đổi sau: U đm + Tốc độ không tải: ω0x = KΦ x − + Độ cứng đặc tính cơ: = = var (1.11) ( K Φ x )2 Ru =var (1.12) U đm + Dòng điện ngắn mạch: Imm = R = const + Mômen ngắn mạch: Mnm = KΦxInm= var (1.13) (1.14) Trường hợp này, tốc độ không tải lý tưởng độ dốc đặc tính thay đổi Kết luận: Do cấu tạo động điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên từ thông giảm thì: ω0x tăng, cịn β giảm Ta có họ đặc tính với ωxo tăng dần độ cứng đặc tính giảm dần giảm từ thơng Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc động giảm từ thông tốc độ động tăng lên 1.1.4 Nhận xét lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ Qua phân tích cụ thể phương pháp điều chỉnh tốc độ ta thấy phương pháp điều chỉnh có ưu nhược điểm riêng phù hợp với yêu cầu công nghệ Căn công nghệ đề tài ta thấy phương pháp thay đổi tốc độ động cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động có nhiều ưu điểm như: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng Điều chỉnh trơn điều chỉnh vô cấp β Sai lệch tĩnh nhỏ, =const toàn dải điều chỉnh Dễ thực tự động hóa Mức độ phù hợp tải Mc = const Pc = var Do ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng động 10 3.3.6 Tính chọn khuếch đại trung gian Sơ đồ cấu trúc hệ thống sau Trong đó: Ucđ: Tín hiệu điện áp đặt tốc độ KTG: Hệ số khuếch đại mạch khuếch đại trung gian KBBĐ: Hệ số khuếch đại biến đổi KĐ: Hệ số khuếch đại động KI: Hệ số khuếch đại khâu phản hồi âm dòng điện γ: Hệ số khuếch đại khâu phản hồi âm tốc độ Iư.: Nhiễu loạn phụ tải Ing: Tín hiệu dịng điện ngắt Từ sơ đồ cấu trúc ta có: n = { [ ( Ucd - γn ) KTG – β( Iư – Ing )] KBBĐ – Iư.R ∑ } KĐ Khi hệ làm việc ổn định kihaau phản hồi âm dịng có ngắt khơng tham gia Nên: β(Iư – Ing ) = Gọi K = KTG KBBĐ KĐ hệ số khuếch đại hệ thống, từ ta có n cd K Iư R KĐ K 69 Ta có : ∆n = St% n 0min n n0 = đm − St → n0 = nđmmin = nđm D ( − St ) nđm D →Vn = St nđm D ( − St ) Mặt khác ta lại có : Vn = → I u RS K Đ + γK Stđm n I RS ĐK = u D ( − St ) + γ K →K = IuĐ.RS K Dt ( − S t) đm – S n γ Stđm n Ta có : Ke = E U − I u Ru 220 − 18,1.1,9 = = = 0.123 n n 1500 Hệ số khuếch đại động : 1 K Đ = = = 8,13 K e 0,123 Thơng số tính tốn : Pđm Cơng suất định mức 70 = 3,2 (Kw) nđm Tốc độ định mức = 1500 (v/ph) Uđm Điện áp phần ứng định mức = 110 (V) Iđm Dòng điện định mức động = 37 Lư∑ Điện cảm phần ứng động = 0,0113 Rư∑ Điện trở phần ứng động = 0,255 (Ω) Ti Hằng số thời gian khâu phản hồi dòng Tv Hằng số thời gian chỉnh lưu Tđk Hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lưu Tω Hằng số thời gian máy phát tốc K= p.N 2.Π.a : Hệ số cấu tạo động GD2 = 0,15 (kg.m2) • Tốc độ góc 2Πn n = 9,55 ω = 60 1500 = 157 , 55 ωđm = (rad/s) Ke = 1,05.K Mđm = Pđm/ωđm = 3200/157 =20,382 (Nm) Cu = Mđm/Iđm =20,382/37 =0,55 L 0,0113 Tu = = = 0.044 R 0.255 GD J= = 0.006 Từ sơ đồ cấu trúc điều khiển ta có : Uđ = Kcl.Uđk Chọn Uđk = 10 Kcl = 26,4 71 (V) (A) = 0,0033 = 0,003 (H) = 0,002 (s) (s) = 0,0025 (s) (s) • Hàm truyền điều chỉnh dòng điện RΙ = R.Tu (1 + ) 2.K cl K Ι Tsi p.Tu = Ti + Tv + Tđk =2ms + 3,3ms + 2,5ms =7,8.10-3s Tsi Tư = 0,044(s) Rư = 0,255(Ω) Kcl = 26,4 Chọn Uiđ = 12 (v) Với Ki = RΙ = ⇒ 0, 255.0, 044 0, 01122 (1 + ) = 0, 084 + 2.26, 4.0,324.7,8.10−3 p.0, 044 0, 0059 p • Tính hàm truyền điều chỉnh tốc độ : Từ sơ đồ cấu trúc điều khiển ta có Uđω = ω.Kω Chọn Uđω = 10 (V) 10 = 0,06369 ⇒ Kω = 157 Tsω = Tω + 2.Tsi =0,003 +2.7,8.10-3 = 0,0186 Tc = Tω = ms ; Tsi = 7,8.10-3 s K i Cu.Tc R Kϖ 2.Tsω Rω = 72 ; Rω = (s) J R 0, 006.0, 255 = = 0.005 Cu 0,552 (s) 0,324.0,55.0, 005 = 1,909 0,197.0, 06369.2.0, 0186 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 4.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC Theo yêu cầu đề ta sử dụng biến đổi sơ đồ hình tia pha có Diot khơng (D0) a) Sơ đồ nguyên lý: • BAL : Máy biến áp pha dùng để cung cấp điện cho sơ đồ chỉnh lưu • T1-T3 : Các van chỉnh lưu có điều khiển dùng để biến đổi điện áp xoay chiều pha bên phía thứ cấp BAL ua ,ub ,uc thành điện áp chiều đặt lên phần ứng động CK : tác dụng làm nhỏ thành phần xoay chiều điện áp đầu BBĐ b, Sơ đồ mạch động lực psim 73 Hình Đồ thị dòng áp van, tải sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha có điơt khơng D0 74 c, Sơ đồ mạch điều khiển Hình 4.2 sơ đồ mạch điều khiển 4.2 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUN LÝ TỒN HỆ THỐNG • Ngun lý khởi động : Đóng áp tơ mát cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện (mạch kích từ, máy biến áp động lực, nguồn ni mạch điều khiển) Khi mạch tạo xung điều khiển tạo xung điều khiển Để điều khiển xung này,chúng đưa tới mạch phát xung để điều khiển mở thyristor thông qua máy biến áp xung Để tạo xung điều khiển, ta phải tạo tín hiệu điều khiển Uđk nhờ mạch khuếch đại trung gian tín hiệu so sánh với điện áp cưa Do mạch khuếch đại trung gian tạo tín hiệu Uđk nên điều khiển góc mở α chỉnh lưu Khi khởi động dòng khởi động lớn nên mạch vòng dòng điện tham gia vào để tự động hạn chế dòng điện đồng thời mạch vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hòa UVIC3 = -Ucđ + γn âm ( n nhỏ ) , động khởi động đoạn đặc tính thứ , tốc độ tăng dần đến điểm D mạch vịng tốc độ tham gia vào để tăng độ cứng đặc tính cơ, động khởi động đặc tính DC, đến thời điểm C mạch vịng dịng điện khơng tham gia cịn mạch vòng tốc độ , động khởi động đặc tính tự nhiên tiến tới làm việc xác lập điểm ứng với tải định mức 75 • Nguyên lý điều chỉnh tốc độ : Để thay đổi tốc độ động ta thay đổi điện áp chủ đạo biến trở WR Ucđ thay đổi làm cho góc α thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi UVIC2 = -Ucđ + γn Khi thay đổi Ucđ thay đổi góc mở α => Ud thay đổi tốc độ thay đổi theo Ví dụ muốn tăng tốc độ ta tăng Ucđ : UVIC2 âm nhiều lên => URIC2 dương nhiều lên => URIC3 âm nhiều lên , Tr mở nhiều dẫn đến Uđk giảm nhỏ tức góc α giảm nhỏ => Ud tăng lên tốc độ tăng theo Quá trinh giảm tốc xảy tương tự ta giảm Ucđ làm cho góc α tăng lên tốc độ giảm xuống • Nguyên lý ổn định tốc độ : Giả sử động làm việc tốc độ quay định, ứng với giá trị điện áp đặt đó.Giả sử lý tốc độ động tăng đột ngột nghĩa γn tăng làm cho Uđk tăng làm cho góc mở α tăng điện áp đặt vào phần ứng động giảm để động trở giá trị ban đầu Nếu lý làm cho tốc độ động giảm tương tự γn giảm làm cho điện áp Uđk giảm tạo góc α giảm, điện áp phần ứng động tăng làm cho tốc độ động tăng trở giá trị ban đầu Ví dụ : tốc độ động tăng , γn tăng lên => UVIC2 = -Ucđ + γn bớt âm , URIC2 bớt dương , UrIC3 bớt âm,TR mở nên Uđk tăng lên , góc α tăng lên dẫn đến Ud giảm nhỏ tốc độ động giảm theo cho phù hợp lượng đặt ban đầu • Nguyên lý hãm dừng hệ thống: Khi muốn dừng hệ thống ta ấn nút dừng , cắt toàn hệ thống khỏi nguồn cung cấp đồng thời đặt điện trở hãm vào động , động thực hãm động năng, toàn lượng tính lũy động giải phịng qua Rh, tốc độ giảm dần tốc độ gần giảm gần ta cắt Rh để động hãm tự 4.3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TỒN HỆ THỐNG 76 Hình 4.2 sơ đồ ngun lý tồn hệ thống 77 CHƯƠNG 5: MƠ PHỎNG , KHẢO SÁT HỆ THỐNG 5.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT 5.1.1 Kết mô a Mạch động lực Kết mô mạch động lực psim 78 b, Mạch điều khiển psim *Kết mô mạch điều khiển psim 79 5.1.2 Sơ đồ mô tồn mạch psim *Kết mơ tồn mạch psim 80 Hình Kết mơ với góc anlpha=60 độ 5.1.3 Nhận xét kết luận *NHẬN XÉT: • Tất van phát xung • Thời gian phát xung theo yêu cầu • Kết mơ đáp ứng yêu cầu đề 81 *KẾT LUẬN: Sau khoảng thời gian nghiên cứu thực đồ án “Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van – Động chiều không đảo chiều quay” với yêu cầu sau: Phụ tải MC = số mang tính chất phản kháng Động chiều kích từ độc lập có: Pđ = 3,2 KW; nđ = 1500vg/ph BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha có điốt khơng (D0) Phạm vi điều chỉnh D = 50:1; sai lệh tĩnh [s] = 0,1 Em có số kết luận sau: Trong trình làm đồ án giúp đỡ tận tình Nguyễn Thị Thành, chúng em hồn thành xong đề tài thiết kế hệ thống điện BBĐ van – Động chiều không đảo chiều quay Quá trình thực đề tài giúp em thu kết sau: Hiều cấu tạo nguyên lý động điện chiều cách kĩ hơn, biết cách tính tốn chọn loại động có cơng suất cho phù hợp tối ưu Thông qua việc thiết kế tìm hiều rõ BBĐ dùng sơ đồ hình tia pha có điốt khơng(D0)và biết điều chỉnh thơng số cho tối u hóa Thơng qua em có kinh nghiện việc thiết kế , tính tốn mạch lực thành phần liên quan hồn thành đề tài khác sau cách tốt Thông qua việc mơ mạch lực mạch điều khiển tìm hiều thêm nhiều phần mềm ứng dụng dùng để mô thiết kế mạch psim, proteus, matlab, Giúp em rèn luyện kĩ tư độc lập , sáng tạo học hỏi thêm số kỹ hữu ích để phục vụ cho sau Tuy nhiên trình tính tốn thời gian khả , kinh nghiệp cịn hạn chế nên khó tránh khỏi mắc phải thiếu sót Một lần em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Thành cố gắng tận tình tạo điều kiện tốt cho em hồn thành mơn Đồ án 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh (2004), Điện tử công suất, Nxb Khoa học Kỹ thuật Bài giảng “Điện tử công suất ứng dụng” Võ Thu Hà, Nguyễn Thị Thành , Mai Văn Duy, Nguyễn Văn Điển , Trường Đại Học Kinh Tế Kĩ Thuật Và Công Nghiệp Bài giảng truyền động điện, Trường Đại Học Kinh Tế Kĩ Thuật Và Công Nghiệp 83
