Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lượng

Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lượng

+ Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động + Tính chọn công suất động cơ

+ Chọn phơng án truyền động + Xây dựng sơ đồ điều khiển + Tổng hợp hệ

Chơng I

Mô tả quá trình công nghệ và yêu cầu đối vớihệ truyền động cân băng định lợng

1 Mô tả quá trình công nghệ của cân băng định lợng

Cân băng định lợng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nângvận chuyển Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt,cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo ) hoặc các vật liệu thể rắn ( gỗ , hòm ,thép thỏi ) theo phơng nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng ( góc

nghiêng không lớn hơn 30o ) Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sảnxuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa cácphân xởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyềnsản xuất.

Hệ truyền động cân băng định lợng gồm có: + Động cơ

+ Hộp số

+ Puli chủ động + Băng tải + Phễu

+ Cơ cấu cân định lợng

Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờma sát mà băng tải chuyển động Tang bị động tự do quay do ma sát vớibăng Để khắc phục độ võng của băng ngời ta đặt các con lăn và chúngcũng tự do quay do ma sát với băng Vật liệu từ phễu nhờ băng tải đ ợcchuyển đến đổ ở máng phối liệu Khối lợng của vật liệu đợc cơ cấu cân định l-ợng cân chính xác theo lợng đặt ban đầu.

Năng suất của băng tải đợc tính theo biểu thức:

Q . [ kg/s ]hay:

Qv 3,6 v

 : khối lợng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ]

S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ]

2 Các thông số kỹ thuật, đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu

2.1 Các thông số kỹ thuật

 Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều. Lực kéo 600 N

 Tốc độ cực đại 1,5 m/s Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s Đờng kính trục 300 mm Hộp số i = 10 ;  = 80%

2.2 Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ

truyền động

a Loại phụ tải

Đặc tính cơ của máy sản xuất thờng có dạng

trong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ  = 0 Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm Mc - Mômen ứng với tốc độ 

Với băng tải  = 0 Do đó ta có Mc = Mđm = const Ta thấy rằng tải của

hệ truyền động băng tải phối liệu hầu nh ít thay đổi trong quá trình làm việc.Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn

Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnhtốc độ với Mc = const nh sau:

w

wmax Pc

Mc

wmin

Pmax Mc ,Pc

b Chiều quay của băng

Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nênchuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay.Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi,không bảo đảm đợc yêu cầu phối liệu Ngoài ra khi đảo chiều thì có một sốphần của vật liệu không chuyển qua đợc thiết bị cảm biến để cân chính xác.

c Giản đồ phụ tải

Các thông số chính của hệ truyền động

Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất

vmin = 0,075 ( m/s ) vmax = 1,5 ( m/s )

Vận tốc của trục quay

Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10

Từ phơng trình động học của truyền động điện

dtdwJMM  c 

ta có giản đồ phụ tải

C

+ Đoạn 01 là đoạn băng tải đợc khởi động Vì băng tải làm việc ở chếđộ dài hạn, số lần đóng cắt ít Các yêu cầu về khởi động động cơ làkhông nặng nề Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việcvà ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống băng từphễu.

+ Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải Mc không đổi Biến thiêndw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23.

+ Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải Ta cũng có thể chobăng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm.

d Các yêu cầu về khởi động và h mã

Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làmtăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng Để hạn chế điều này taphải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.

Để động cơ có thể khởi động đợc sau khi mất điện trong quá trình làmviệc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn.

Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhng cũng tránh cho hệdừng với gia tốc lớn gây h hỏng, đứt băng Hệ truyền động băng tải thờng làmviệc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc Cũng khôngcần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tựdo.

e Sơ đồ động học

Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lợng có dạng đơngiản nh sau :

Trong đó:

1- Động cơ điện2- Hộp tốc độ

3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải

g Hệ truyền động nhiều động cơ

Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏiphải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liênđộng cần thiết bảo đảm thứ tự tác động Khi đó tốc độ động cơ phải bằngnhau trong mọi trờng hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.

h Độ chính xác

puli chủ động kéo máy sản xuất

Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , đợc đánh giá bởi sailệch tĩnh:

Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất

Mô men cản qui đổi về trục động cơ:



M c0

 Phạm vi điều chỉnh tốc độ max và min

Dải điều chỉnh tốc độ: D =max/min = 20 : 1

 Phơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động

Dự dịnh dùng phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnhlu cầu ba pha có điều khiển (thyristor).

 Loại động cơ truyền động

Yêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập.

Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi điềuchỉnh tốc độ Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI:

Ta chọn loại động cơ H-68 của Nga với các thông số sau Pđm = 1,45 (kW)

 Uđm = 220 (V) Iđm = 8,5 (A)

 nđm = 2100 (vòng/phút) R = R + Rcp =2,49() đm = 4,8 (mWb) Ikt = 0,57 (A) Jđ = 0,125 (kg.m2) 2p = 4

Xác định các thông số động cơ



 L = 0,0345( ) 34,5( )2100

 Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5  5,7 đối với máy không bù và

 kL= 1,4  1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực.

 Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyềnđộng một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp vớiđặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.

Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động củabăng tảI và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh

tốc độ động cơ quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng

động cơ, giữ từ thông không đổi.

Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từthông động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau:

 Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).

 Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ T-Đ).

 Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).

1 Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ)

a Cấu trúc hệ F-Đ

Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ truyềnđộng điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập.Máy phát điện này thờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quayvà coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.

U kFU đku

U kĐ

U đk~

Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ

Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ đợc thể hiện trên hình vẽ Động cơ Đtruyền động quay chi tiết của máy mài M đợc cấp điện từ máy phát F Động cơsơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộĐK Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát iKF thì điều chỉnh đợc tốc độkhông tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ đợc giữ nguyên.

b Đặc điểm của hệ F-Đ

Các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh cácchỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung Ưu điểm nổi bậtnhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năngquá tải lớn Do vậy thờng sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong côngnghiệp mỏ.

Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay,trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (khôngquá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấphành Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nênkhó điều chỉnh sâu tốc độ Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điềuchỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thaymáy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác nh các máy điện khuếch đại(MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lợng.

Các đặc điểm khác

 Phạm vi điều chỉnh tốc độ đợc nâng lên (cỡ 30:1) Điều chỉnh tốc độbằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh Việc điều chỉnh tiến hành trên mạchkích từ máy phát nên tổn hao nhỏ Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiệnhãm điện dễ dàng.

 Vốn đầu t ban đầu và diện tích lắp đặt lớn.

2 Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động cơ một chiều

Tốc độ động cơ điện một chiều có thể đợc điều chỉnh trong phạm virộng và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lu - động cơ (hay hệ truyền động van mộtchiều) trong đó các bộ chỉnh lu là điều khiển đợc Các van điều khiển có thể làđèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor Hiện nay, do công nghệ chế tạo bándẫn công suất phát triển nên các thyristor đợc sử dụng rộng rãi để tạo ra cácbộ chỉnh lu có điều khiển bởi những tính chất u việt: gọn nhẹ, tổn hao ít, quántính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ Trong hệ thống truyềnđộng chỉnh lu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có sức điệnđộng Eđ phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ) Chỉnh lucó thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ độngcơ Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnhlu thích hợp (chỉnh lu cầu, chỉnh lu tia ) Các bộ chỉnh lu thyristor dùng trong

truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Độngcơ (hệ T-Đ).

a Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)

Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từđộc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phầnứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua cácbộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor

U đk~

Phơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh l u liêntục:

Độ cứng của đặc tính cơ là

 

 trong đó R là tổng trở toànmạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ R và điện trở cácphần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).

Tốc độ không tải lý tởng phụ thuộcvào góc điều khiển :

Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tởngnày chỉ là giao điểm của trục tung với đoạnthẳng của đặc tính cơ kéo dài Thực tế, docó vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ khôngtải lý tởng của đặc tính là lớn hơn.

Họ đặc tính cơ của hệ thống trong ờng hợp này nh trên hình 4-3 khi điều chỉnhở vùng dới tốc độ định mức Các đặc tính cơcủa hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vìcó sụt áp do hiện tợng chuyển mạch giữacác thyristor Góc điều khiển  càng lớn thìđiện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ.

Đặc tính cơ hệ T-Đ.

M0

Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản Mc, tốc độ động cơ sẽgiảm.

Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơcó độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo) Đó là vùng dòng điện giánđoạn Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện giánđoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.

Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòngđiện gián đoạn, là đờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và giánđoạn Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đờngellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:

Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếuta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lu p Song khi tăng số xung pthì mạch lực chỉnh lu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phứctạp hơn Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thờigian quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc của hệ thống Biên giới này đợcmô tả bởi đờng cong nét đứt trên hình 4-3.

c Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ

Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gâyồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rấtcao Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnhnhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động củahệ thống Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnhrộng Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.

Nhợc điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phituyến, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụtrong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điệnáp của nguồn và lới xoay chiều Hệ số công suất cos của hệ nói chung làthấp nhất là khi điều chỉnh sâu.

3 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ)

Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sửdụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vaitrò cơ bản Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều đợc sử dụng khi có sẵnnguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh đợc điện áp ra tải.

Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắtnguồn với tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau Phần tử thực hiệnnhiệm vụ đó là các van bán dẫn Song do chúng làm việc trong mạch mộtchiều nên khi dùng loại thyristor thông thờng nó không đợc khoá lại một cáchtự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn nh khi làm việc với nguồn xoaychiều Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi là"mạch khoá cỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế Vì vậy, hiện nay tacố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt nh transistor bipolar,MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này chịu đợc Riêng vớimạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor.

Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp dụng cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện ).

Điều khiển

Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ

Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơqua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều Điện áp này là một điện ápra của bộ XA tính theo giá trị trung bình : U= Ung, trong đó: U là điện áp phầnứng động cơ,Ung là điện áp một chiều cần băm ,  là hệ số lấp đầy xung:

 với tt, tk là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện tử Do đó,khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng độngcơ, cần thay đổi hệ số  của bộ XA Hệ số này có thể thay đổi bằng 3 phơngpháp: thay đổi tt, T hoặc cả hai.

So sánh 3 phơng án ta quyết định chọn phơng án truyền động chỉnh luThyristor - động cơ một chiều kích từ độc lập.

4 Tính chọn bộ biến đổi chỉnh lu TIRISTOR

Yêu cầu đối với bộ chỉnh lu

- Nguồn điện xoay chiều: 3x380V, 50Hz- Bộ chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển- Điện áp chỉnh lu: Ud = 220 V

- Dòng chỉnh lu: Id = 8,5 A

a Xác định điện áp không tải chỉnh lu và điện áp ra của máy biến áp

Bộ biến đổi chỉnh lu cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp chophần ứng động cơ điện một chiều có các tham số : sức điện động định mứcđộng cơ Eđm , sụt áp tổng ở mạch khi dòng phản ứng cực đại I max

1Udocosmin = 2Eđm + UV + I maxR + UmaxTrong đó :

Udo - điện áp không tải của chỉnh lu

1 - hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp lới 1 = 0,952 - hệ số dự trữ máy biến áp 2 = 1,04  1,06

min - góc điều khiển cực tiểu Đối với sơ đồ không đảo chiều min = 0 UV - tổng sụt áp trên van , bao gồm sụt áp trên điện trở tơng đối lớn (khoảng 4% ) còn sụt áp trên điện kháng ít hơn ( khoảng 1,5% )và điệnáp sụt trên hai thyristor nối tiếp khoảng 2V.

R - điện trở đẳng trị tổng quy đổi về mạch một chiều gồm điện trởtoàn phần mạch phần ứng , điện trở máy biến áp và điện trở cuộn lọcmột chiều

I max - dòng phần ứng cực đại nằm trong khoảng 2  2,5 I đm

Umax - sụt áp cực đại do trùng dẫn Umax = Uđm

IIII max

Iddm : dòng định mức của bộ biến đổi

Uđm : sụt áp trùng dẫn định mức , đợc xác định :Uđm = Udo.UK Y

 KuuVudm

 =

II max

: bội số dòng điệnTừ đó ta có :

 KuuVudm

b Tính chọn biến áp nguồn BAN

BAN đấu theo kiểu /Y Điện áp lới UL = 380V.

Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y)

6.32 do

Tỷ số máy biến áp: k =

I2 = 1

3 06, 21,23  6,94(A)

Công suất máy biến áp: S = 3.U2.I2 = 3.128.6,94 = 2665 (VA)  2,665(kVA).

Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 3(kVA).

c Chọn van cho bộ biến đổi

35,8

Ivmax = Id = 8,5 (A)Giá trị điện áp ngợc đặt lên mỗi van:

Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì cácthông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh lu cầu ba pha là:

- Ungt  1,6 Ungmax = 1,6 314 = 502 (V)- It  1,5 Imax = 1,5.8,5 = 12,75 (A)

Vậy ta chọn đợc loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh lu cấp nguồn chođộng cơ:

Loại I0

(A) (mA)IDMVGT

(V/s) (A/s)di/dtTYN

Điện áp đầu ra của bộ biến đổi m xung chứa sóng điều hòa cơ bản và sóng điều hoà bậc cao với tần số góc

KmU 21

và i - hệ số đập mạch dòng điện

i =

Ung  d  

Hệ số đập mạch điện áp g phụ thuộc vào góc điều khiển  , g = f(

UU 

Tỷ số

đặc trng cho sự ảnh hởng của dòng điện điều hoà bậc caolàm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này

= 2  3

Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh hởng xấu tới quá trình chuyểnmạch ở vành góp máy điện Cụ thể do ảnh hởng dòng xoay chiều điều hoàbậc m , từ trờng của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90o so với dòngđiện điều hoà bậc m Điện áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù đợc điệnáp phản ứng phần ứng vì sụt áp xoay chiều U2 không thể tăng nhẩy cấp

Từ các lý luận trên , ta rút ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạchmột chiều

Tra đờng cong quan hệ gc = g

ta đợc gcmax= 1,1Udo = 299V

Iddm = 8,5An0 = 2322 (1/s)

n = 2100 (1/s)

5 Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện

Mạch bảo vệ đợc thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thấtcho ngời vận hành và thiết bị Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ làphải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thờngxảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất.

Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phảiđợc bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm nh ngắnmạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệttrong thiết bị biến đổi.

Tuỳ theo các loại sự cố và mức độ ta có thể phân ra các nhóm loại bảovệ

a Bảo vệ trên mạch động lực

Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Nh ngắn mạch ở bộ biến

đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quáđiện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một sốvòng dây của máy biến áp nguồn Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằngcác thiết bị đóng cắt truyền thống nh cầu chì, áptômát, rơle kết hợp với bảovệ ở mạch điều khiển nh khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điềuchỉnh

Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v

Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điềuchỉnh sẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc ng ờivận hành trực tiếp điều chỉnh Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệsẽ tác động cắt hệ thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố

Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vitính có trang bị chơng trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnhbáo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây h hỏng

Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biếnđổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhng nằm ngoài bộ biếnđổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụngcầu chì Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông Sử dụngrơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp

b Bảo vệ trong bộ biến đổi

Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor đợc điều khiển mở cho dòng chảy qua

van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bịđốt nóng lớn nhất Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điệnnăng Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quánhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van,nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cỡng bức.Biện pháp làm mát thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt(làm mát bằng gió) Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nớctrực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nớc) hoặc ngâm cả thiết bị bándẫn vào dầu biến thế.

Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiệnbằng phơng pháp làm mát cỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trênvan là ki=1,5 và ku=1,6.

Bảo vệ quá điện áp trên van: Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng

mạch RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân nội tại gây ra – sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ngợc khi khoá van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đờng dây nối Mạch LRC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài mang tính ngẫu nhiên – hiện tợng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt không tải máy biến áp Các trị số linh kiện bảo vệ đợc chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm:

Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh nh sau

Sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh

Mạch R1C1 bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích:

(Điện tử công suất - Nguyễn Bính - trang 261)

Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của Thyristor  b = 1 2 Chọn b =1,6.

Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH).- Hệ số quá điện áp : k =

=

khi chuyển mạch Ta có phơng trình lúc bắt đầu trùngdẫn:

= udây = 2Uv0sin(t+)

=

= 2.0,2.10 3

  783055,3(A/s)

= 0,785(A/s)Ta thấy với Thyristor đã chọn có

= 100(A/s) >> 0,76(A/s), nêntrong mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ Lk (bảo vệ

) Tức là cóthể coi Lk = 0.

-Xác định điện lợng tích tụ Q = f(dtdi

), sử dụng các đờng cong (HìnhX.10b):

Với Id = 8,5(A), max

= 0,785(A/s) tra đờng cong  Q  15(As).-Xác định R1,C1:

C1 =

 R1  1,2

 35,04  R1  76,44 ().

Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R1 = 47() và C1 = 0,6(F)

Mạch R2C2 bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra:

-Ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23.

-Các thông số trung gian, sử dụng các đờng cong (Hình X.11-ĐTCS): C*

= 0,03

Trong đó Usm là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN:Usm = 2Us = 2.Uv0 = 2.221,3  312,9(V)

0,45  1,17.10-6(F)  C2 = 1,17(F).

 R2  R*max(k)



Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phảiđảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vàotác động của các đại lợng nhiễu lên hệ điều chỉnh Hệ thống điều chỉnh tựđộng truyền động điện động cơ truyền động cân băng định lợng có cấu trúc đ-ợc trình bày ở dới, gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn Mx

và thiết bị biến đổi năng lợng - chỉnh lu cầu ba pha BĐ (đợc gọi là phần lực),các thiết bị đo lờng ĐL và các bộ điều chỉnh R (đợc gọi là phần điều khiển).

Tín hiệu điều khiển hệ thống đợc gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn cócác tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống.

lấy ra từ bộ điều chỉnh R Các bộ điều chỉnh R (regulator) nhận tín hiệu thông

báo sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánh giữa tínhiệu đặt THĐ và tín hiệu đo lờng các đại lợng truyền động Sự biến thiên củacác tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh đợc trong quá trình quá độ vàcũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập Trên cơ sở phân tích các sailệch điều chỉnh, ta có thể chọn đợc các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợpđể nâng cao chính xác của hệ thống.

2 Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh

Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số thờng phân hệ thành cấu trúc nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp Cho đến nay, phơng pháp chung tổng hợp các bộ điều chỉnh trong cấu trúc nối cấp cha thật hoàn thiện, chủ yếu do việc chọn thông số tối u của các bộ điều chỉnh và tính chất phức tạp của hệ thống thực Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần đúng có giá trị to lớntrong thiết kế định hớng cũng nh trong chỉnh định và vận hành hệ thống.

Nh đã trình bày ở trên, để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động, ta chọn hệ điều chỉnh động cơ một chiều điều chỉnh theo nguyên tắc T - Đ Qua phân tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng hệ truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều chỉnh, đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh năng suất Sơ đồ nối cấp của hệ điều chỉnh đợc trình bày nh hình vẽ.

Qđ + + + i  Q

Rq(p) R(p) Ri(p) Si(p) S(p) Sq(p)

Năng suất của hệ thống cân băng quyết định tốc độ đặt động cơ truyềnđộng để đạt đợc kết quả theo yêu cầu Qua hệ điều chỉnh tốc độ ta sẽ tạo ratốc độ điều khiển động cơ- điều khiển thông qua mạch vòng điều chỉnh dòngđiện Do các yêu cầu công nghệ mà hệ thống cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vôsai cấp hai Nhiễu chính của hệ thống là mômen cản Mc Tuỳ theo yêu cầucông nghệ mà bộ điều chỉnh tốc độ R có thể đợc tổng hợp theo hai tín hiệuđiều khiển hoặc theo nhiễu tải Mc Trong trờng hợp chung, hệ thống phải cóđặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều khiển lẫn phía tín hiệu nhiễuloạn.

2.1 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện

Trong các hệ truyền động tự động cũng nh các hệ chấp hành thì mạchvòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản Chức năng cơ bản của mạchvòng dòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ,ngoài ra nó còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc

Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện có dạng nh hình vẽ:

