Đề tài Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lượng

ộ động cơ qua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện áp ra của bộ XA tính theo giá trị trung bình : Uư = sUng, trong đó: Uư là điện áp phần ứng động cơ,Ung là điện áp một chiều cần băm , s 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 động cơ, cần thay đổi hệ số s của bộ XA. Hệ số này có thể thay đổi bằng 3 phương pháp: thay đổi tt, T hoặc cả hai. 4. 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 : a. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristo 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 b. Điều chỉnh điện trở mạch rô to 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 rô to bằng phương pháp xung : Re là điện trở tương đương trong mạch rô to 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 . c. Phương pháp điều chỉnh công suất trượt Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao DPs là lớn. Vì vậy để diều chỉnh được tốc độ vừa tận dụng được công suất trượt người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt. 5. Hệ truyền động điện động cơ KĐB dùng phương pháp điều chỉnh tần số Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với các động khác. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển cao của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ KĐB mới khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ. Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý hệ TĐĐ-ĐK điều chỉnh tần số. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc độ cao như máy ly tâm, máy mài... Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môi trường. Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là sơ đồ mạch điều khiển rất phức tạp. Đối với hệ thống này, động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau. Thường sử dụng hai loại biến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều). Hệ truyền động điện có thể sử dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng có thể dùng bộ biến đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay ba pha. 3.1 Biến tần trực tiếp (cycloconverter) Có sơ đồ cấu trúc đơn giản hình 2.5 a. Điện áp vào xoay chiều u1 (tần số f1) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác. Vì vậy, loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lượng mà không cần có mạch điện phụ. Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng sóng điện áp gần hình sin. Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn đối với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1, số pha đầu vào của nguồn và số khoảng dẫn của các van ở mỗi nhóm van. Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi điều chỉnh tần số f2 Ê f1. Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần với f2 ³ f1 nhưng mức độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều. Biến tần trực tiếp hay được dùng cho truyền động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí dụ để cung cấp cho các động cơ rotor lồng sóc, các động cơ rotor dây quấn cấp bởi hai nguồn, các động cơ đồng bộ... Hình 2. 5. Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và Biến tần gián tiếp(b) 3.2. Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian ) – nghịch lưu độc lập Sơ đồ cấu trúc được trình bày trên hình 2.5b. Trong loại biến tần này, điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều với tần số f2. Việc biến đổi năng lượng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần. Song, loại biến tần này cho phép thay đổi dễ dãng tần số ra f2 không phụ thuộc vào tần số vào f1 trong một dải rộng cả trên và dưới f1 vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển. Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý và dùng van lực là các loại transistor đã cho phép phát huy tối đa các ưu điểm của loại biến tần này. Vì vậy, đa số các biến tần hiện nay là biến tần nghịch lưu độc lập với nguồn cung cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp. Tuy nhiên, nếu sử dụng van thyristor vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoá van. Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều chỉnh động cơ xoay chiều, nguồn dòng thường được sử dụng cho các hệ thống công suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều khiển hoàn toàn. Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc.Biến tần nguồn dòng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện hãm tái sinh động cơ. Khi làm việc với tải là động cơ xoay chiều thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện chuyển mạch giữa các pha. Trong thực tế, thường sử dụng các van điều khiển không hoàn toàn, vì vậy cần có các mạch khoá cưỡng bức các van đang dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng. Biến tần nguồn áp: Nghịch lưu điện áp có đặc điểm dạng điện áp ra tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện ra tải lại phụ thuộc vào tính chất tải. Nguồn áp được tạo ra bằng một bộ chỉnh lưu với đầu ra được nối song song với một tụ điện có giá trị đủ lớn để đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi và để trao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải của động cơ. Điện áp ra của nghịch lưu điện áp không có dạng hình sin mà đa số là dạng xung chữ nhật. Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu. Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới điện. Đặc điểm của phương pháp điều khiển động cơ KĐB roto lồng sóc bằng thiết bị biến tần nguồn áp Với điện áp không đổi ,khi điều chỉnh tần số từ thông trong máy sẽ thay đổi theo .Cụ thể là khi tăng tần số thì từ thông trong máy sẽ giảm ,khi đố muốn giũ mômen không đổi thì phải tăng dòng điện lên,làm cho động cơ quá tải về dòng.Ngược lại hi giảm tần số thì từ thông trong trong máy tăng len và mạch từ bị bão hoà,điều đó dẫn đến tăng dòng từ hoá ,tăng tổn hao sắt từ và đốt nóng máy điện. Vì vạy khi điều chỉnh tần số cần phải điều chỉn cả điện apsddawtj vào dây quấn stato để đạt được chế độ làm việc tối ưu.Đối với hệ thống biến tần ngồn áp thường có yeu cầu giữ cho khả năng quá tải về momen là không đổi: conts Với đặc tính cơ can máy sản xuất là: Ta có luật điều chỉn điện áp: muốn xác định được luật điều chỉnh nayfta phái xác định được đặc tính cơ can máy sản xuất .Việc đó thường khó và không chính xác. Phương pháp điều khiển véc tơ mà ta chọn làm phương án thiết kế sẽ đáp úng được mọi điều kiện vơi chế độ làm việc tối ưu nhất Kết luận : Trong hệ thống truyền động điện điều khiển tần số, phương pháp điều khiển theo từ thông rôto có thể tạo ra cho động cơ các đặc tính tĩnh và động tốt. Các hệ thống điều khiển điện áp/ tần số và dòng điện/ tần số trượt đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệ Để truyền động cho hệ thống cân băng định lượng ta sử dụng phương pháp điều chỉnh tần số cho động cơ điện KĐB roto lồng sóc bằng thiết bị biến tần nguồn áp Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ Một số hệ thống yêu cầu chất lượng điều chỉnh động cao thì các phương pháp điều khiển kinh điển khó đáp ứng được. Hệ thống điều khiển định hướng theo từ trường còn gọi là điều khiển vectơ, có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh và động.Nguyên lý điều khiển vectơ dựa trên ý tưởng điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều. Phương pháp này đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng như chất lượng điều khiển tối ưu mômen. Việc điều khiển vectơ dựa trên định hướng vectơ từ thông rôto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần dòng stator, từ đó có thể điều khiển độc lập từ thông và mômen động cơ. Kênh điều khiển mômen thường gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện sinh mômen. Kênh điều khiển từ thông thường gồm một mạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh từ thông. Do đó hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ có thể tạo được các đặc tính tĩnh và động cao, có thể so sánh được với động cơ một chiều. Nguyên lý điều khiển vectơ: Dựa trên ý tưởng điều khiển động cơ không đồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều. Động cơ một chiều có thể điều khiển độc lập dòng điện kích từ và dòng phần ứng để đạt được mômen tối ưu theo công thức tính mômen : M=KFIư = KIktIư Trong đó : Ikt, Iư - dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng. F - từ thông động cơ . Mạch điều khiển và nghịch lưu Iư Iư Uư ĐM CKT Ids* Iqs* ĐK Hình 1-1: Sự tương tự giữa điều khiển động cơ một chiều và điều khiển vectơ Tương tự ở điều khiển động cơ không đồng bộ, nếu ta sử dụng công thức: M = KmyrIqs = KmIdsIqs (khi chọn trục d trùng với chiều vectơ từ thông rôto) Thì có thể điều khiển M bằng cách điều chỉnh độc độc lập các thành phần dòng điện trên hai trục vuông góc của hệ tọa độ quay đồng bộ với vectơ từ thông rôto Lúc này vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ tương tự điều khiển động cơ điện một chiều. ở đây thành phần dòng điện Ids đóng vai trò tương tự như dòng điện kích từ động cơ một chiều (Ikt) và thành phần dòng Iqs tương tự như dòng phần ứng động cơ một chiều (Iư) . Các thành phần có thể tính được nhờ sử dụng khái niệm vectơ không gian. Với ý tưởng định nghĩa vectơ không gian dòng điện của động cơ được mô tả ở hệ tọa độ quay với tốc độ ws, các đại lượng dòng điện điện áp, từ thông sẽ là các đại lượng một chiều. Ids2 is1 yr Ids1 q d qs1 is2 qs2 Iqs Iqs1 is1 yr Ids q d qs1 is2 qs2 Iqs2 Hình 1-2:Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện: mômen và kích từ III.Thiết kế mạch lực: Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động như sau: Mạch lực bao gồm: + Khối chỉnh lưu: 6 Điôt. + Khối nghịch lưu: 6 Transistor, 6 Điôt ngược + Khối lọc: tụ C, cuộn cảm L. 1.Tính chọn van điều khiển: Dùng kiểu điều khiển khi góc dẫn là 180 độ, tải là động cơ đấu sao. Đồ thị dẫn của van và dạng dòng, áp ra tải như sau: Tải đấu sao, góc dẫn của van là 180 độ, tại bất kỳ thời điểm nào cũng có ba van dẫn. Tính toán các giá trị: Dòng điện cơ sở : Trị số hiệu dụng dòng điện pha: Dòng điện trung bình tiêu thụ từ nguồn: a.Đối với mạch chỉnh lưu: Coi bộ sụt áp trên bộ lọc bằng 0. Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lưu Id=8,77 A Điện áp ra của bộ chỉnh lưu: Ud= En=466,7 V Do mạch cầu ba pha nên dòng trung bình qua các Thyristor là Id/3=2,92 A Điện áp ngược đặt lên Thyristor Ung=2,45*Ul. Mặt khác ta có: Ud=2,34*Ul => Ul ằ200 V; ị Ung = 490 V Chọn loại Thyristor C15 do hãng G.E của Mỹ chế tạo có các thông số sau: Mã hiệu tiristor Ung V Itb A toff ms di/dt A/ms C15 25á600 5,1 30 60 b.Đối với nghịch lưu: Ta có dòng điện pha A: + q = 0 á p/3 + q = p/3 á 2p/3 + q = 2p/3 á p Trong khoảng từ 0 á p/3 ứng với q1 thì Ia=0 Dòng điện trung bình đi qua Transistor sẽ là: = 4,351(A) Điện áp ngược đặt lên Transistor: Từ đó ta chọn Transistor có các thông số sau đây: Mã hiệu VCE V VCE0 V VCE,sat V IC A I A tf ms ton ms ts ms pm W BUX 47A 1000 450 1,5 9 1,2 0,8 1 3 125 Trong khoảng 0 á q1 thì Thyr không dẫn, toàn bộ dòng sẽ đi qua Diot, như vậy biểu thức chọn Diot như sau: = 7,259(A) Do đó ta chọn loại Diôt B-10 do Liên Xô(cũ) chế tạo có các thông số sau: Itb = 10 (A) Ung= 100á1000(V) DU = 0,7(V) b . Tính chọn biến áp nguồn BAN BAN đấu theo kiểu D/Y. Điện áp lưới UL = 380V. Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối D/Y) = 128 (V) Tỷ số máy biến áp: k = = 3 Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I2 = = 6,94(A) Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN: I1 = I2 = 21,23 ằ 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 Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van: Giá trị dòng cực đại qua mỗi van: Ivmax = Id = 8,5 (A) Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van: Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha là: Ungt ³ 1,6. Ungmax = 1,6 . 314 = 502 (V) It ³ 1,5. Imax = 1,5.8,5 = 12,75 (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 d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều Điện cảm phần ứng Lư = Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 á 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 á 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. Cuộn kháng lọc mạch một chiều được nối vào mạch phần ứng động cơ để làm giảm vùng điện gián đoạn ( làm giảm xung dòng một chiều ) đồng thời cải thiện điều kiện chuyển mạch của động cơ điện 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 wK = K.m. w1 với w1 - tần số góc lưới điện , w1 = 314 ( 1 / s ) K - số nguyên bậc của các thành phần điều hoà điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng điện xoay chiều điều hoà với giá trị hiệu dụng LS - điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở ) Gọi gs là hệ số đập mạch điện áp đầu ra bộ biến đổi gs = và si - hệ số đập mạch dòng điện si = Hệ số đập mạch điện áp gs phụ thuộc vào góc điều khiển a , gs = f( ) Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của động cơ giảm I'dm = Idm . Tỷ số đặc trưng cho sự ảnh hưởng của dòng điện điều hoà bậc cao làm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này = 2 á 3 Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh hưởng xấu tới quá trình chuyển mạch ở vành góp máy điện . Cụ thể do ảnh hưởng dòng xoay chiều điều hoà bậc m , từ trường của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90o so với dòng điện điều hoà bậc m . Điện áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù được điện áp phản ứng phần ứng vì sụt áp xoay chiều DU2 không thể tăng nhẩy cấp . Từ các lý luận trên , ta rút ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạch một chiều Ld = Tra đường cong quan hệ gc = gs . ta được = 1,1 Udo = 299V Iddm = 8,5A n0 = 2322 (1/s) n = 2100 (1/s) Ta có Ld = = 5,46.10-3 (H) = 5,46 mH 5 . Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện Mạch bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho người vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thường xảy 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 phải được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm như ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết bị biến đổi. Tuỳ theo các loại sự cố và mức độ ta có thể phân ra các nhóm loại bảo vệ a . Bảo vệ trên mạch động lực Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Như ngắn mạch ở bộ biến đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền thống như cầu chì, áptômát, rơle.. kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển như khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh... 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 điều chỉnh sẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc người vận hành trực tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ 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 vi tính có trang bị chương trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh báo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây hư hỏng . Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhưng nằm ngoài bộ biến đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng rơle 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 được điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt 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 cưỡng 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 nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nước) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu biến thế. Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng phương pháp làm mát cưỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trên van 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 ngược 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 đường 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 tượng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt không tải máy biến áp... Các trị số linh kiện bảo vệ được chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm: Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh như 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 ị b = 1á 2. Chọn b = 1,6. Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH). - Hệ số quá điện áp : k = = ằ 1,23. - Các thông số trung gian, sử dụng các đường cong (Hình X.9 trang 262 -ĐTCS): - 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 783055,3(A/s) Û = 0,785(A/ms) Ta thấy với Thyristor đã chọn có = 100(A/ms) >> 0,76(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(), sử dụng các đường cong (Hình X.10b): Với Id = 8,5(A), = 0,785(A/ms) tra đường cong ị Q ằ 15(Ams). -Xác định R1,C1: C1 = .C*min(k) = 5,5 ằ 0,54(mF). R*min(k) Ê R1 Ê R*max(k) Û 0,55 Ê R1 Ê 1,2 ị 35,04 Ê R1 Ê 76,44 (W). Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R1 = 47(W) và C1 = 0,6(mF) 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 đường cong (Hình X.11-ĐTCS): 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 =.8,5 ằ 6,94(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 0,127(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 = .221,3 ằ 312,9(V) ị C2 = 0,45 ằ 1,17.10-6(F) Û C2 = 1,17(mF). R*min(k) Ê R2 Ê R*max(k) Û 1. Ê R2 Ê 2,1. ị 1062,69 Ê R2 Ê 2231,66 (W). Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R2 = 1500(W) và C2 = 2(mF). Chương IV Tổng hợp hệ truyền động 1 . Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền  động điện Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định lượng có cấu trúc được trình bày ở dưới, gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn Mx và thiết bị biến đổi năng lượng - chỉnh lưu cầu ba pha BĐ (được gọi là phần lực), các thiết bị đo lường ĐL và các bộ điều chỉnh R (được gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống được gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. Cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định lượng . Động cơ truyền động được sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc lập và được cấp năng lượng từ bộ biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển. Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng lượng điện thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (như công suất, điện áp, dòng điện, tần số...). Tín hiệu điều khiển được 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 tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo lường các đại lượng truyền động. Sự biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh được trong quá trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp để nâng cao chính xác của hệ thống. 2 . Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số thường phân hệ thành cấu trúc nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp. Cho đến nay, phương pháp chung tổng hợp các bộ điều chỉnh trong cấu trúc nối cấp chưa thật hoàn thiện, chủ yếu do việc chọn thông số tối ưu 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 lớn trong thiết kế định hướng cũng như trong chỉnh định và vận hành hệ thống. Như 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 v