Đề án Thang máy chở người

uá trình nâng, hạ của thang máy). Như vậy, để thực hiện được truyền động trong thang máy chúng ta phải có 2 phương án chính sau : + Dùng hệ truyền động chỉnh lưu - Tiristor, động cơ 1 chiều có đảo chiều quay. + Dùng hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ Sau đây chúng ta sẽ đi vào phân tích ưu nhược điểm hai loại hệ truyền động này để từ đó chọn ra 1 phương án truyền động phù hợp nhất dùng trong thang máy. I.1. Hệ truyền động chỉnh lưu - Tiristor có đảo chiều quay: Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều quay được xây dựng trên hai nguyên tắc cơ bản : - Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ của động cơ . - Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng Từ hai nguyên tắc cơ bản này ta có năm loại sơ đồ chính Mạch điều khiển của 5 loại sơ đồ này có thể chia làm hai loại chính : a. Điều khiển riêng : Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành chuyển mạch, như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián đoạn, sơ đồ 1,2,3 được điều khiển theo nguyên tắc này . Khi điều khiển riêng có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ với nhau . Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộ biến đổi kia bị khoá do không có xung điều khiển. Trong một khoảng thời gian thì BĐ1 bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện động phần ứng E vẫn còn dương. Sau khoảng thời gian này thì phát xung a2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phần ứng động cơ được hãm tái sinh. Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có ưu điểm là làm việc an toàn không có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1 khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không . b.Điều khiển chung : Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều nhận được xung mở nhưng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu còn bộ biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi. Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắc này.Trong phương pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảo ẵEd2ẵ =ẵEd1ẵ tức là không xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điện động của các bộ chỉnh lưu là ed1(t) và ed2(t) luôn khác nhau do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng và để hạn chế dòng điện cân bằng này thường dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb II. Hệ Truyền Động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ: Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha. Loại động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Ngày nay do sự phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học động cơ không đồng bộ mới khai thác được hết các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lưu - triristo. Không giống như động cơ một chiều, động cơ KĐB có cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng như mô men động cơ sinh ra phụ thuộc nhiều vào tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động diện động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh . Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ : 1. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristor Nguyên tắc của phương pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp stato. Do đó có thể điều chỉnh được mô men và tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số 2. Điều chỉnh điện trở mạch rôto Phương pháp này được thực hiện theo nguyên tắc điều chỉnh trơn điện trở rô to bằng các van bán dẫn. Ưu điểm của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Điện trở trong mạch rô to của động cơ KĐB : Rr = Rrd + Rf Trong đó : Rrd : điện trở dây quấn rô to Rf : điện trở ngoài mắc thêm vào mạch stato Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơ không thay đổi và độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở Mô men Si : Độ trượt khi điện trở mạch rô to là Rrd Nếu giữ cho Ir = const thì M = const và không phụ thuộc tốc độ động cơ. Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho truyền động có mô men tải không đổi . Phương pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng phương pháp xung: Re là điện trở tương đương trong mạch rôto được tính theo thời gian đóng td và thời gian ngắt tn của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R0 vào mạch hay không . 3. Phương pháp điều chỉnh công suất trượt Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao DPs là lớn. Vì vậy để điều chỉnh được tốc độ vừa tận dụng được công suất trượt người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt. 4. Phương pháp biến đổi tần số Phương pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điều chỉnh tần số f1 sang tần số f2 Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thường kéo theo cả việc điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato. Do vậy đây là một phương pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị . Có hai loại biến tần : Biến tần trực tiếp : Loại này có sơ đồ cấu trúc rất đơn giản Mạch van f1 f2 Điện áp vào xoay chiều U1 (tần số f1 ) qua một mạch van là ra ngay tải với tần số f2. Bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao tuy nhiên thực tế sơ đồ mạch van khá phức tạp, có số lượng van lớn nhất với mạch 3 pha. Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số f1 * Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc như sau : (xoay chiều) (một chiều) (xoay chiều ) Chỉnh lưu Lọccc Nghịch lưu độc lập U1 U U U2 f1 f2 Điện áp xoay chiều được biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, qua bộ lọc rồi được biến đổi thành U2 với tần số f2 sau khi qua bộ nghịch lưu độc lập. Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thay đổi dễ dàng f2 mà không phụ thuộc f1 Kết Luận: Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên em chọn phương án dùng loại hệ truyền động chỉnh lưu - Tiristo động cơ có đảo chiều quay vì: + Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao. Điều này thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống. + Trong hệ truyền động một chiều này, em sẽ sử dụng mạch lực là sơ đồ ba bởi vì loại này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn. Đồng thời hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng hoạt động đóng mở độc lập với nhau, làm việc an toàn và không có dòng chảy giữa các bộ biến đổi. + Sử dụng hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽ đạt được đồ thị tốc độ tối ưu (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạt được dạng đồ thị gần giống mà thôi ). Như vậy, loại động cơ sử dụng trong hệ truyền động là loại động cơ một chiều Chương III: Tính chọn động cơ và các thiết bị I.Tính chọn công suất động cơ:  1.Xác định phụ tải tĩnh. Để xác định phụ tải tĩnh giả sử rằng thang trong quá trình đi lên mang tải là định mức và tải không thay đổi trong suốt quá trình. Đây là trường hợp nâng nặng nề nhất. Giả sử rằng khi hạ thang cũng mang tải định mức. Vì thang máy có đối trọng nên tính toán đối trọng phù hợp là cần thiết.Tuy nhiên trong thực tế đối trọng có thể được thay đổi trong quá trình hiệu chỉnh chạy thử thang. Vì vậy, việc tính đối trọng sau đây cần thiết cho tính chọn thiết bị. Gđt=Gbt+a.Gđm (TBĐ-trang 30)  Gđt: Trọng lượng của đối trọng. Gbt: Trọng lượng buồng thang. a: Hệ số cân bằng, thông thường a=0.3á0.6 Với thang máy trở người chỉ quá tải ở giờ cao điểm, các thời điểm khác đa phần là chạy non tải. Dovậy em chọn a=0.5. Gđt=(900+0,5.500)=1150(kg)  Để tính công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải và hạ tải, lấy hiệu suất cơ cấu nâng là h=0.8 và bỏ qua ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng. áp dụng công thức (TBĐ-tr30) Công suất tĩnh nâng tải  Pcn=9,77 kW Khi hạ tải  Pch=3,73kW 2.Xây dựng đồ thị phụ tải: Trước tiên dựa vào đường cong tối ưu tính toán sơ bộ thời gian thang chuyển động ở một tầng. Các phương trình tốc độ, quãng đường: Ta có độ giật ĐT (1)(2)  Ta đem áp dụng vào giai đoạn mở máy, lấy độ giật an toàn là 15 m/s3  Tương tự ta có: t3-t2=0,1s Ta đi tìm thời gian t2-t1  Thay t3-t2 = 0,1s r=15m/s3 amax=1,5 m/s2 v1=0,075m/sị 1= - 1/2.15.0,12 +1,5.0,1+0,075+1,5(t2-t1) t2-t1=0,6sịt mởmáy=t3=0,1+ 0,6+ 0,1=0,8s Các đoạn đường: s1=0,0075m  s2=1/2.1,5.0,62 +0,075.0,6 =0,32m s3=1/6.15.0,13 +1/2.1,5.0,12 +1,34.0,1 = 0,149 m Vậy smởmáy=0,0075 +0,32 +0,149 ằ0,544mGiả sử lấy thời điểm hãm là khi đáy buồng thang cách sàn là 1,15m thì quãng đường buồng thang chuyển động đều trong một tầng là: sôđ=4,5m- 0,544m-1,15m ằ2,8mthời gian chuyển động đều là: tôđ=2,8/1,5=1,9sGiả thiết thời gian hãm và phanh cơ khí là th=1,1sđTổng thời gian mở máy và hãm giữa hai tầng tmh=1,1 +1,1=2,2sđ Tổng thời gian hoạt động trong một tầng là: tlv=2,2+1,9=4,1s ãGiả định thời gian đặt để thang mở cửa và hành khách ra vào mỗi tầng mất 4s, như vậy tổng thời gian cho mỗi tầng của thang máy là : 4 + 4,1 = 8,1s. ã Khi thang tới tầng 6, ta dừng thang 10s rồi tiếp tục cho nó đi xuống.  Ta đi tính mômen nâng và hạ ã Mômen nâng tải Trong đó G: Trọng lượng tải  Gbt: Trọng lượng buồng thang Gdt: Trọng lượng đối trọng  u : Bội số hệ thống ròng rọc, u=1 i :Tỷ số truyền Với vận tốc thang máy đã cho là v=1m/s, động cơ dự tính chọn có vận tốc nđm=970v/ph=16v/s Vậy  ã Mômen hạ tải  Thay số vào ta được Mh=18,42 (Nm) ã Tính hệ số đóng điện Theo công thức TĐ%= tilv là khoảng thời gian làm việc ting là khoảng thời gian nghỉ TĐ%=ãTính toán mômen đẳng trị và trung bìnhTừ công thức  và P=M.w w=  đ Pđt=Mđt.w=2,53 kW Biểu đồ phụ tải ã Chọn lựa động cơ Trong các sổ tay kỹ thuật có các động cơ tiêu chuẩn với hệ số đóng điện là TĐ%=15%,25%,40%,60%. Trong đó động cơ dùng cho cần trục, máy nâng không đồng bộ phổ biến có TĐ%=25%. Do vậy ta phải qui đổi công suất về loại có TĐ%=25%  Tra cuốn “Các đặc tính động cơ trong truyền động điện” bảng 17, ta tìm được động cơ một chiều mang ký hiệu PH - 220 v có vỏ bảo vệ kiểu PH - 145 có các thông số sau : - Pđm = 4,2 kw - nđm = 600 á1800 vòng/phút - Iđm = 24 (A) . - Mô men quán tính của phần ứng J = 0,5 kgm2 - rư + rcp = 1,71 (W) - rcks = 162 (W) - Khối lượng của động cơ 330 kg - Từ thông định mức của một cực từ f = 0,92.10-2 * Kiểm nghiệm loại động cơ Thực tế động cơ chịu M = 2,3 .Mđm = 2,3 . 65,2 = 149,96 Nm mà ta có Mđt = 25,3 như vậy Mđc > Mđt do đó theo phương pháp mô men đẳng trị thì ta thấy đạt yêu cầu về mặt phát nóng. II.Tính chọn mạch biến đổi: Vì hệ truyền động thang máy là một chiều và có đảo chiều, nên ta chọn mạch biến đổi điện áp tới động cơ gồm 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha Thyristor điều khiển riêng. Còn mạch kích từ động cơ cũng có một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha Điốt. 1.Mạch biến đổi nguồn cấp cho động cơ: Xét khi một bộ chỉnh lưu làm việc. Ta có sơ đồ sau: Trong đó: BAN : Biến áp nguồn lấy điện từ lưới cấp cho động cơ. Uv0 : Điện áp dây hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BAN. T : 6 Tiristor của mạch chỉnh lưu cùng loại. Lck : Cuộn kháng san bằng. Lư, Rư : cảm kháng, điện trở phần ứng động cơ. Rư = rư + rcp = 1,71 (W) Điện áp không tải của bộ chỉnh lưu Ud0 phải thoả mãn phương trình: g1Ud0cosamin = g2Eưđm + ồUv + IưmaxRưồ + DUgmax (*) Trong đó: Ud0 : điện áp không tải của chỉnh lưu. g1 : hệ số tính đến sự suy giảm lưới điện; g1 = 0,95. g2 : hệ số dự trữ BAN; g2 = 1,04 á 1,06. Chọn g2 = 1,04. amin : góc điều khiển cực tiểu. Sơ đồ có đảo chiều, và m = 6 xung, nên ta chọn amin = 12o. ồUv : tổng sụt áp trên van. Mỗi thời điểm chỉ có 2 van dẫn, nên ồUv = 2Uv ằ 2.1,6 = 3,2 (V). Iưmax : dòng cực đại phần ứng động cơ. Iưmax = (2 á 2,5)Iưđm. Chọn Iưmax = 2Iưđm = 2.24 =48(A). Eưđm = Uưđm - RưIưđm = 220 – 1,71.24 = 179 (V). DUgmax : sụt áp cực đại do trùng dẫn. DUgmax = DUgđm Có Idđm = Iưđm và Iưmax = 2Iưđm ị DUgmax = 2DUgđm = 2Ud0UkYk với Uk là điện áp ngắn mạch: Uk(%) = 5% ị Uk = 0,05 và Yk = = 0,5 (Tra bảng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha) Vậy: Ud0 = = Û Ud0 ằ 308,7 (V) ị Uv0 = Ud0/1,35 ằ 228,7 (V) *Tính chọn biến áp nguồn BAN: BAN đấu theo kiểu D/Y. Điện áp lưới UL = 380V. ị Tỷ số biến áp: kBAN = = ằ 2,9 Dòng hiệu dụng thứ cấp BAN: I2 =Id = .24 ằ 19,6(A) ị dòng hiệu dụng sơ cấp BAN: I1 = I2 = 19,6 ằ 6,76(A) Công suất định mức BAN: SBAN = 1,05Ud0Idđm = 1,05.308,7.24 (VA) SBAN = 7779,24 (VA) Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 8,5(kVA). *Tính chọn các Tiristor trong mạch chỉnh lưu: Ta có bộ chỉnh lưu là cầu 3 pha. Tra sổ tay, ta tính được các thông số sau: Dòng trung bình qua mỗi Thyristor: IT = Idđm = .24 ằ 8(A). Dòng cực đại qua mỗi Thyristor: ITM = Idmax = .48 = 16(A). Điện áp ngược cực đại mỗi Thyristor phải chịu: Ungmax = Uv0 = .228,7 ằ 323,43(V). Chọn hệ số dự trữ về điện áp và dòng điện của các Thyristor là: Ku = 1,6 và Ki = 1,5 Vậy Tiristor phải chịu được điện áp ngược cực đại = 1,6.323,43ằ 517,5(V), phải chịu được dòng trung bình khi dẫn = 1,5.8ằ 12(A), và phải chịu được dòng cực đại khi dẫn = 1,5.16 ằ 24(A). Vậy ta chọn được loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ: Loại I0 (A) VRRM = VDRM (V) ITSM (A) IDM (mA) VGT Max (V) IGT Max (A) VTM max (V) ITM Max (A) Du/dt (V/ms) di/dt (A/ms) TYN 690 16 600 220 3 1,5 25 1,4 50 50 100 Trong đó: I0 : Dòng trung bình ở trạng thái dẫn của Thyristor. VRRM : Điện áp ngược của lặp lại của Thyristor. VDRM : Điện áp lặp lại ở trạng thái khoá. ITSM : Dòng điện quá tải ở điểm hư hỏng ở trạng thái dẫn. IDM : Dòng cực đại ở trạng thái khoá. VGT, I GT : Điện áp, dòng điện điều khiển. VTM, ITM : Điện áp, dòng điện cực đại ở trạng thái dẫn. du/dt : Tốc độ tăng tới hạn của điện áp ở trạng thái khoá. di/dt : Tốc độ tăng tới hạn của dòng điện ở trạng thái dẫn. * Tính cuộn kháng san bằng: Công thức gần đúng tính điện cảm phần ứng động cơ 1 chiều kích từ độc lập: Lư ằ KL (H) (Truyền động điện - Trang 273). Trong đó : KL = 1,4 á 1,9 (máy có bù); chọn KL = 1,4. Uưđm = 220(V), Iưđm = 24(A), Zp(số đôi cực) = 4 và nđm =970(vòng/phút). ị Lư = 1,4 Û Lư ằ 3,31.10-3(H), hay Lư = 3,31(mH). *Tính toán mạch bảovệ du/dt và di/dt: Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh như sau: a. 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 ị b = 1á 2. Chọn b = 1,6. Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH). -Hệ số quá điện áp : k = = ằ 1,16 -Các thông số trung gian, sử dụng các đường cong C*min(k) = 5,5; R*max(k) = 1,2; R*min(k) = 0,55. -Tính khi chuyển mạch. Ta có phương trình lúc bắt đầu trùng dẫn: 2Lc = udây = Uv0sin(wt+j) = = ằ 808576,6(A/s) Û = 0,81(A/ms) Ta thấy với Thyristor đã chọn có = 100(A/ms) >> 0,81(A/ms), nên trong mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ Lk (bảo vệ ). Tức là có thể coi Lk = 0. -Xác định điện lượng tích tụ Q = f() Với Id = 24(A), = 0,81(A/ms) ị Q ằ 15(Ams). -Xác định R1,C1: C1 = .C*min(k) = 5,5 ằ 0,51(mF). R*min(k) Ê R1 Ê R*max(k) Û 0,55 Ê R1 Ê 1,2 ị 36,73 Ê R1 Ê 80,13 (W). Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R1 = 47(W) và C1 = 0,6(mF) b. Mạch R2C2 bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra: -Như trên, ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23. -Các thông số trung gian C*min(k) = 0,45; R*max(k) = 2,1; R*min(k) = 1. -Giá trị lớn nhất của năng lượng từ trong BAN (3pha) khi cắt: WT3 = Trong đó: Is.o.m : là giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp. Is : giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp. Is =Id =.24 ằ 19,6(A) S : Công suất biểu kiến BAN. w = 2pf = 314(rad/s). Ta có Is.o.m = Is.o = .0,03Is ị WT3 = = 0,03 ằ 0,41(W.s) -Xác định R2 và C2: C2 = C*min(k) Trong đó Usm là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN: Usm = Us = .Uv0 = .228,7 ằ 323,43(V) ị C2 = 0,45 ằ 3,53.10-6(F) Û C2 = 3,53(mF). R*min(k) Ê R2 Ê R*max(k) Û 1 Ê R2 Ê 2,1 ị 389 Ê R2 Ê 816 (W). Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R2 = 600(W) và C2 = 4(mF). 2. Mạch biến đổi nguồn cấp cho mạch kích từ động cơ: Ta dùng sơ đồ cầu 3 pha Điôt như sau: Từ loại động cơ, ta có Iktđm = 1,24(A) và Rcks = 128(W). Ta có điện áp ra mạch chỉnh lưu: Ud = Ud0 = IktđmRcks = 1,24.128 = 158,72(V). ị Uv0 = Ud/1,35 = 158,72/1,35 Û Uv0 ằ 117,57(V). * Tính chọn biến áp nguồn cấp cho mạch kích từ BAKT: BAKT đấu theo kiểu D/Y. Điện áp lưới UL = 380V. ị Tỷ số biến áp: kBAKT = = ằ 5,6 Dòng hiệu dụng thứ cấp BAKT: I2 =Id = .1,24 ằ 1,01(A) ị dòng hiệu dụng sơ cấp BAKT: I1 = I2 = .1,01 ằ 0,18(A) Công suất định mức BAKT: SBAKT = 1,05Ud0Idđm = 1,05.158,72.1,24 SBAN = 206,65(V.A) Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 240(VA). * Tính chọn các Điôt trong mạch chỉnh lưu: Dòng trung bình qua mỗi Điôt: ID = Idđm = .1,24 ằ 0,41(A). Dòng cực đại qua mỗi Điôt: IDM = Idmax = .1,24 ằ 0,41(A). Điện áp ngược cực đại mỗi Điôt phải chịu: Ungmax = Uv0 = .117,57 ằ 166,27(V). Chọn hệ số dự trữ về điện áp và dòng điện của các Điôt là: Ku = 1,6 và Ki = 1,5 Vậy Điôt phải chịu được điện áp ngược cực đại = 1,6.166,27 ằ 266,03(V), phải chịu được dòng trung bình khi dẫn = 1,5.0,41 ằ 0,62(A), và phải chịu được dòng cực đại khi dẫn = 1,5.0,41 ằ 0,62(A). Vậy ta chọn được loại Điôt dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho mạch kích từ của động cơ: Loại Itb(A) Uiv(V) DU(V) Tốc độ quạt Tốc độ nước B-10 10 300 0,7 Chương 4: tổng hợp hệ điều khiển Ta có sơ cấu trúc mạch điều chỉnh động cơ điện một chiều : ? Bộ BĐ KFđm ? Iư -E Ud Uiđ w M KFđm Uwđ Rw - Uw Ri Si -Mc - Ui Sw Sơ đồ điều chỉnh có 2 mạch vòng : mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ. Ta phải xác định các bộ điều chỉnh dòng điện (Ri) và bộ điều chỉnh tốc độ (Rw). ở đây ta đã bỏ qua hằng số thời gian Tđk của bộ biến đổi, vì chỉ điều chỉnh các hằng số thời gian lớn (Tvo). I. Mạch vòng điều chỉnh dòng điện : Ri - Ui Iư Si ? Uiđ Hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ: (s) . Hằng số thời gian cơ học: (s) Ta thấy hằng số thời gian cơ học Tc=0,395 (s) rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ Tư = 0,003 (s) nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởng tới quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện. Vì phản ứng của mạch phần ứng (sđđ E) chậm hơn nhiều so với phản ứng của bộ điều chỉnh dòng điện Ri, nên khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có thể bỏ qua khâu phản hồi E = KFđmw. Và ta được sơ đồ cấu trúc như hình 14. Đối tượng điều chỉnh có hàm truyền đạt: Soi = Hệ hữu sai (hệ bậc 0). Các hằng số thời gian Tvo, Ti là rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ Tư . Đặt Ts = Tvo+Ti . ị Soi ằ Như vậy sơ đồ sẽ có dạng như sau: Soi IưKi Ri - Ui ? Uiđ Do ta đã gộp luôn mạch phản hồi dòng điện Si vào trong đối tượng điều chỉnh để trở thành mạch phản hồi đơn vị nên để được mạch tương đương thì dòng điện ra là KiIư. Gọi F’1 là hàm truyền đạt : F’1 = (KiIư)/Uiđ = KiF1 = ị Ri = Tổng hợp mạch theo tiêu chuẩn tối ưu môđun thì: F’1 = Trong đó ts = min(Ts, Tư) = Ts . ị Ri = Khâu tỷ lệ tích phân PI ị F’1 = Vậy bộ điều chỉnh dòng điện Ri là một khâu PI, có hàm truyền đạt: Ri = và hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là: F1 = Ta có mạch tạo nên khâu PI: C R2 R1 Uiđ R3 Uđk R3 R1 Ui - + - + Lặp áp PI Với: R1C = và R2C = Tư + Hệ số bộ biến đổi: UN điện áp nguồn Uđk điện áp mạch điều khiển + Xensơ đo dòng điện Si: Rs điện trở đo dòng, Rs =1 W Iư dòng điện phần ứng động cơ, Iư =26 A Vậy bộ điều chỉnh dòng điện Ri là một khâu PI, có hàm truyền đạt: Ri = => và hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là: F1 = II. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ : F1 Rw w Uwđ KFđm - Uw M -Mc Sw ? Ta có thể chuyển nút cộng Mc ra ngay sau khối KFđm. Hằng số thời gian cơ học: Tc = ị KFđm = Do Ts là hằng số thời gian nhỏ (Ts = Tvo+Ti), nên có thể bỏ qua thành phần 2T2sp2 trong biểu thức hàm truyền đạt F1. Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc sau: Mc 1/KFđm - Ic Uwđ - Uw w Sw Rw ? F1 I Vì mạch có nhiễu loạn Mc nên ta phải tổng hợp mạch nhiễu loạn. 1.Xét mạch khi Uwđ ạ 0 và Mc = 0 (mạch không có nhiễu loạn): Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh: Sow = Hệ vô sai cấp 1 (hệ bậc 1). Đặt 2T’s = 2Ts+Tw . ị Sow ằ Như vậy sơ đồ hình 15 sẽ có dạng như sau: Sow wKw Rw - Uw ? Uwđ Do ta đã gộp luôn mạch phản hồi tốc độ Sw vào trong đối tượng điều chỉnh để trở thành mạch phản hồi đơn vị nên để được mạch tương đương thì tốc độ ra là wKw. Gọi F’2 là hàm truyền đạt của sơ đồ hình 16: F’2 = (wKw)/Uwđ = KwF2 = ị Rw = Tổng hợp mạch theo tiêu chuẩn tối ưu môđun thì : F’2 = Trong đó ta chọn ts = 2T’s . ị Rw = Khâu tỷ lệ P ị F’2 = Vậy bộ điều chỉnh tốc độ Rw là một khâu P, có hàm truyền đạt: Rw = và hàm truyền đạt của mạch vòng tốc độ là: F2 = Với 2T’s = 2Ts+Tw = 2(Tvo+Ti)+Tw Ta có mạch tạo nên khâu P: - + - + R2 R1 Uwđ R3 Uiđ R3 R1 Uw Lặp áp P Với: R2 = R1 2. Xét mạch khi Uwđ = 0 và Mc ạ 0 (mạch có nhiễu loạn). Như vậy để tín hiệu ra w không phụ thuộc nhiễu Mc thì ta phải bù bằng khâu bù có hàm truyền đạt Wb(p) như hình vẽ sau: Mc ạ 0 Wb - Uw Sw Rw 1/KFđm W1 W2 w + - F1 + Dễ dàng tính được hàm truyền của hệ trên: FMc(p) = = Như vậy để w không phụ thuộc Mc thì: WbRwF1 - W1 = 0 Û Wb = Trong đó W1 = 1/(KFđm) Rw = F1 = ằ ị Wb = (1+2Tsp) Khâu tỷ lệ vi phân PD chương5: thiết kế mạch điều khiển I. Điều khiển TIRISTO: Tiristo chỉ mở cho dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt trên anốt và có xung áp dương đặt vào cực điều khiển. Sau khi Tiristo đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng gì nữa, dòng điện chạy qua Tiristo do thông số của mạch quyết định. Mạch điều khiển có các chức năng sau: Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anôt- catôt Tiristo. Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở được Tiristo, (xung điều khiển thường có biên độ từ 2 đến 10 vôn, độ rộng xung tx=20á100 đối với thiết bị chỉnh lưu, tx Ê10 đối với thiết bị biến đổi tần số cao ). Độ rộng xung được xác định theo biểu thức Trong đó: Idt-dòng duy trì của Tiristo. di/dt-tốc độ tăng trưởng của của dòng tải. Ucm: Là điện áp điều khiển, điện áp một chiều . Ur: Là điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp của anôt-catốt của Tiristo. Hiệu điện áp Ucm - Ur được đưa vào khâu so sánh 1, làm việc như một trigơ lật trạng thái, ở đầu ra của nó ta nhận được một chuỗi xung dạng 'sinus chữ nhật '. Khâu 2 là điện áp hài một trạng thái ổn định . Khâu 3 là khâu khuếch đại xung. Khâu 4 là biến áp xung . Bằng cách tác động vào Ucm , có thể diều chỉnh được vị trí xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh góc à. Hình H.5-1 Cấu trúc mạch điều khiển một thyristor 2. Hệ thống điều khiển thiết bị chỉnh lưu: 2-1. Nguyên tắc điều khiển : Trong việc điều khiển chỉnh lưu thì việc tạo thời điểm để phát xung mở Tiristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh lưu thường sử dụng hai nguyên tắc đó là nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos để điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt lên Tiristor. Sau đây ta sẽ mô tả về hai nguyên tắc điều khiển. Sơ đồ trình bày trên hình H là nguyên tắc điều khiển kiểu arccos. Người ta sử dụng hai điện áp : - Điện áp đồng bộ US vượt trước điện áp UAK=Umsinwt của Tiristor một góc bằng p/2 vậy Us =Usm cos wt Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều (dương và âm ). Nếu đặt US vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái : Hình : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos Usm cosa= Ucm Vậy khi Ucm= Usm thì a=0 Ucm =0 thì a =p/2 Ucm = -Usm thì a=p Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ giá trị +Usm đến -Usm thì ta có thể điều chỉnh được góc a từ 0áp. Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển Ucm và điện áp tựa (cũng chính là điện áp đồng bộ trùng pha với điện áp đặt lên A-K của Tiristor và thường đặt vào đầu đảo bộ so sánh. Thông thường điện áp tựa thường có dạng răng cưa. Như vậy bằng cách biến đổi Ucm người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra theo đồ thị nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Hình : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Ta xác định góc điều khiển a theo phương trình: Với a :góc mở của Tiristor Uđk :điện áp điều khiển Usm :điện áp đồng bộ cực đại Thông thường người ta thường lấy Ucm max =Usm Nhận thấy rằng góc a là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển Ucm. Vậy ta có thể điều khiển góc a thông qua điều khiển điện áp một chiều Nguyên tắc điều khiển một hệ thống chỉnh lưu điều khiển ba pha đối xứng Nguyên tắc điều khiển chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng gồm 6 kênh. Một máy biến áp đồng bộ 6 pha và một nguồn điện áp điều khiển Ucm chung cho cả 6 kênh. Cấu trúc củ