Đề tài Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục

- Mạng điện một chiều là 220V, 440V. - Điện áp chiếu sáng của cầu trục không được vượt quá 220V . - Điện áp chiếu sáng khi sửa chữa phải nhỏ hơn 36V, không dùng biến áp tự ngẫu để cung cấp cho mạch điện chiếu sáng, sửa chữa. + Các mạch điện và các động cơ phải được bảo vệ ngắn mạch và quá tải trên 200% bằng các rơle dòng điện cực đại, không dùng bảo vệ nhiệt vì các động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Trong mạch khống chế phải bố trí các thiết bị bảo vệ để loại trừ hiện tượng động cơ tự khởi động khi điện áp lưới phục hồi (sau khi mất điện). + Đối với cầu trục cỡ lớn, phải dùng các thiết bị khắc phục hiện tượng vênh giàn cầu. Trong hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục ,các động cơ có sơ đồ điều riêng biệt. Chính vì thế việc tổng hợp bộ điều chỉnh cho từng loại cơ cấu truyền động là độc lập nhau . Động cơ truyền động cầu trục ,nhất là đối với cơ cấu nâng hạ ,mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt .Khi không có tải trọng ( không tải ) mômen của động cơ không vượt quá (15 -20)% Mđm . Đối với động cơ di chuyển xe con mômen của động cơ bằng (35 - 50)% Mđm ,và bằng (50 -55 )% Mđm đối với động cơ di chuyển xe cầu. Trong hệ truyền động các cơ cấu cấu máy nâng - vận chuyển nói chung và cầu trục nói riêng ,yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm. Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật an toàn. Những năm gần đây ,do sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn ,kĩ thuật biến đổi điện năng công suất lớn ,các hệ truyền động điện cho cầu trục đã dùng nhiều bộ biến đổi Thyristor thay cho các hệ cổ điển dùng máy điện khuếch đại cũng như khuếch đại từ. Hệ truyền động các cơ cấu cầu trục dùng bộ biến đổi Thyristor - DC Motor (T-Đ) đối với cơ cấu di chuyển, do có ảnh hưởng của mômen phản kháng cho nên sơ đồ khống chế đảo chiều đơn giản dùng các Contactor đảo chiều trong mạch phần ứng của động cơ. Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục được xác định từ yêu cầu của quá trình công nghệ ,chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất . Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ thống truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể. Ví dụ như cầu trục trong phân xưởng luyện thép lò Mactanh ,trong các phân xưởng nhiệt luyện phải đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật trong chế độ quá độ. Cầu trục trong các phân xưởng lắp ráp phải đảm bảo quá trình mở máy êm ,dải điều chỉnh tốc độ rộng ,dừng chính xác đúng nơi lấy hàng và hạ hàng v.v... Từ những đặc điểm trên đây có thể đưa ra những yêu cầu cơ bản đồi với hệ truyền động cho các cơ cấu của cầu trục như sau: *Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản. *Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng. *Sơ đồ bảo vệ phải có mạch bảo vệ điện áp " không " ,bảo vệ quá tải và ngắn mạch. *Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật định sẵn. *Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến ,lùicho xe cầu ,xe con và hạn chế hành trình lên xuống của cơ cấu nâng - hạ. *Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp . *Tự động cắt nguồn cấp khi có người làm việc trên xe cầu. *Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ phải riêng biệt . chương II - Phân tích Và lựa chọn phương án Động cơ dùng để kéo xe con trong cầu trục là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và có đảo chiều quay ( quá 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 - triristo, 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 cầu trục. I. Hệ Truyền Động Chỉnh Lưu - Triristo 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 Sơ đồ 1 : hình 1 Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ.Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo chiều . Sơ đồ 2 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi)Loại này dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp . Hình 2 Sơ đồ 3 : Hình 3 Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng. Hệ này có ưu điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn Sơ đồ 4 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung .Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện được công việc đảo chiều êm hơn. Hình 4 Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung. Sơ đồ dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn thực hiện việc đảo chiều êm Tuy nhiên kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư và tổn thất lớn.(Hình-5) Hình 5 Hình 5 Mạch điều khiển của 5 loại sơ đồ này có thể chia làm hai loại chính : 1. 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 . 2.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 : II.1. 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 II.2. 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 . II.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 diều chỉnh được tốc độ vừa tận dụng được công suất trượt người ta dùng các sơ đồ điều chỉnh công suất trượt. II.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 : II.4.1.Biến tần trực tiếp : Loại này có sơ đồ cấu trúc rất đơn giản Mạch van f1 f2 Hình 6 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 II.4.2.Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc như sau : (xoay chiều) (một chiều) (xoay chiều ) Hình 7 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 các thiết bị điện trong sơ đồ truyền động I.Chọn động cơ điện : Một chu kỳ làm việc của xe càu có 4 giai đoạn : Lấy tải ,di chuyển tải trọng , tháo tải ,di chuyển không tải về vị trí ban đầu . Thời gian xe đứng để tháo tải T01 = 100s Thời gian xe đứng để lấy tải T02 = 150s Khoảng dịch chuyển của tải trọng L = 50m Hãm máy bằng phanh cơ khí có mô men hãm MPH = 78.5N.m Khi xe chạy theo chiều đi xe di chuyển tải trọng định mức còn chiều về chạy không tải Thời gian xe chạy hết quãng đường L= 50 m là: T1 = = = 100 s Sơ bộ xác định thời gian đóng mạch tương đối : ĐMSB% == Công suất cản tĩnh trên trục động cơ khi tải trọng định mức : PC = = hC 0,8 0,6 0,4 0,2 hđm = 0,85 hđm = 0,65 0,75 0,9 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Tra đồ thị quan hệ phụ thuộc hệ số mang tải hc theo tải trọng suy ra hc = 0.77 PC0 = = Chọn sơ bộ động cơ theo công suất trung bình : Pđm = = ĐMSB% = 44,4% Động cơ chế tạo không có hệ số ĐM% = 44,4% nên phải quy đổi về động cơ có ĐM% = 40% P’đm = T ốc độ yêu cầu đối với động cơ được xác định từ tốc độ của bánh xe: n = nb*i = = Từ các số liệu trên, tra loại động cơ trong quyển “Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện” - Bùi Đình Tiếu và Lê Tòng dịch, ta chọn được động cơ: Động cơ 1 chiều kiểu P P, Uđm = 220V, có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại eđđ % = 40% Bảng 1 Kiểu động cơ Pđm (kw) Uđm (V) Nđm Vg/ph Iđm (A) Rư+rcp (W) Rcks (W) Dòng điện định mức của cuộn kích từ iđm (A) P P-21 2,6 220 1150 15 1,43 200 0,65 Bảng 2 Kiểu động cơ Số nhánh song song phần ứng 2a Số vòng trên 1 cực cuộn song song wcks Từ thông hữu ích của 1 cực từ F.10-2 Wb Mô men QT phần ứng J (kgm2) P P-21 2 1800 0,46 0,05 So sánh tốc độ định mức và tốc độ yêu cầu ta thấy có sự chênh lệch lớn do vậy cần phải đổi lại hệ số truyền ở đây chọn i' = 40; Tốc độ yêu cầu đối với động cơ được xác định từ tốc độ của bánh xe lúc này là : n = nb*i = = Mô men định mức của động cơ : Mđm = Mô men quán tính của hệ thống qui đổi về trục động cơ khi có tải được xác định theo công thức: Jt = Kt *(Jđc+J1) + 91.5*(mđm + m0)* = 1.15*(0.05 + 0.15) + 91.5*(100,5*1000)* = 2,16 kgm2 Mô men quán tính của hệ thống qui đổi về trục động cơ khi không tải được xác định theo công thức: J0 = Kt *(Jđc+J1) + 91.5*( m0)* = 1.15*(0.05 + 0.15) + 91.5*(0,5*1000)* = 0.24 kgm2 Kt : Hệ số tính đến mô men quán tính các bộ quay của cơ cấu truyền lực m0, mđm : Khối lượng định mức của tải trọng và khối lượng xe cầu Mô men trên trục động động cơ khi xe chạy có tải: Mc= = Mô men trên trục động động cơ khi xe không tải: Mc0= = Chọn mô men chuyển tiếp khi khởi động động cơ : M2 = 1.2*MC = 1.2*21,34 =25,61 N.m Và mô men cực đại khi khởi động bằng mô men cực đại cho phép MCP = 2.5*Mđm Nếu có xét đến khả năng sụt áp của lưới mất 10% thì M1 = 2.5*21,34*0.92 =43,21(N.m) Mô men khởi động trung bình là : MKĐ = 0.5*(M1 + M2) = 0.5*(25,61 +43,21) = 34,41 N.m Và coi là không đổi trong thời gian khởi động có tải và không tải . Thời gian khởi động có tải : TM1 = = Thời gian khởi động không tải : TM2 = = Thời gian hãm có tải và không tải được xác định tương tự như trên: Td1 = = Td2 = = Chiều dài xe đi được trong thời gian mở máy có tải và không tải : LM1 = = = LM2 = = = Chiều dài xe đi được trong thời gian hãm máy có tải và không tải : Ld1 = = = Ld2 = = = Chiều dài xe đi được khi di chuyển tải trọng với tốc độ ổn định: L1 = L - (LM1+Ld1) = 50 - (5,24 + 1,06) = 43,7 m Chiều dài xe đi được khi di chuyển không tải với tốc độ ổn định: L2 = L - (LM2+Ld2) = 50 - (0,33 + 0,16) = 49,51 m Thời gian xe di chuyển với tốc độ ổn định khi có tải và không tải: T11 = = T12 = = Theo các số liệu nhận được ở trên về mô men và thời gian , ta xây dựng được đồ thị phụ tải toàn phần của động cơ .Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng , ta xác định trị số chính xác của thời gian đóng mạch tương đối ĐMCX% = = = Mô men đẳng trị: Mđt1 = = Tính qui đổi mô men này về hệ số đóng mạch tiêu chuẩn 40% Mđt = = Vì Mđt < Mđm nên động cơ đã chọn thoã mãn điều kiện phát nóng II.Tính chọn mạch biến đổi: Vì hệ truyền động cầu trục 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. II.1.Mạch biến đổi nguồn cấp cho động cơ: Hình 8 Xét khi một bộ chỉnh lưu làm việc. Ta có sơ đồ trên 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 = 1,43 (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 = 2.15 =30 (A). Eưđm = Uưđm - RưIưđm = 220 – 1,43.15 = 198,55 (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 = = ị Uv0 = Ud0/1,35 ằ 212,8 (V) Tính chọn biến áp nguồn BAN: BAN đấu theo kiểu D/Y. Điện áp lưới UL = 380V. ị Tỷ số biến áp: kBAN = = Dòng hiệu dụng thứ cấp BAN: I2 =Id = .15 = 12,25(A) ị dòng hiệu dụng sơ cấp BAN: I1 = I2 = 12,25 = 4(A) Công suất định mức BAN: SBAN = 1,05Ud0Idđm = 1,05.287,3.15 = 4525 (VA) Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 6(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 = .15 = 5(A). Dòng cực đại qua mỗi Thyristor: ITM = Idmax = .30 = 10(A). Điện áp ngược cực đại mỗi Thyristor phải chịu: Ungmax = Uv0 = .212,8 = 301 (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 = 1,6.301 = 481,5(V), phải chịu được dòng trung bình khi dẫn = 1,5.5 = 7,5(A), và phải chịu được dòng cực đại khi dẫn = 1,5.10 = 10(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 :Điện áp I GT : 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 = 15(A), Zp(số đôi cực) = 4 và nđm =1150(vòng/phút). ị Lư = Û Lư = 3,2(mH). Tính toán mạch bảovệ du/dt và di/dt: Hình 9 Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh như sau:1.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 = = . -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) = = Û = 0,75(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 Với Id = 15(A), = 0,75(A/ms) tra đường cong ị Q ằ 10(Ams). -Xác định R1,C1: C1 = .C*min(k) = R*min(k) Ê R1 Ê R*max(k) Û 0,55 Ê R1 Ê 1,2 ị 51,2 Ê R1 Ê 93,1 (W). Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R1 = 56(W) và C1 = 0,4(mF) 2. 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, sử dụng các đường cong 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 =.15 = 12,2(A) S : Công suất biểu kiến BAN. w = 2pf = 314(rad/s). Ta có Is.o.m = Is.o = .0,03Is ị WT3 = = -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 = .212,8 =301(V) ị C2 = R*min(k) Ê R2 Ê R*max(k) Û Ê R2 Ê ị 581,5 Ê R2 Ê 1221,2 (W). Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R2 = 600(W) và C2 = 3(mF). II.2. Mạch biến đổi nguồn cấp cho mạch kích từ động cơ: Hình 10 Ta dùng sơ đồ cầu 3 pha Điôt như sau: Từ loại động cơ, ta có Iktđm = 0,65(A) và Rcks = 200(W). Ta có điện áp ra mạch chỉnh lưu: Ud = Ud0 = IktđmRcks = 0,65.200 = 130(V). ị Uv0 = Ud/1,35 = 130/1,35 Û Uv0 = 96,3(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: kBAN = = Dòng hiệu dụng thứ cấp BAKT: I2 =Id = .0,65 = 0,53(A) ị dòng hiệu dụng sơ cấp BAKT: I1 = I2 = Công suất định mức BAKT: SBAKT = 1,05Ud0Idđm = 1,05.130.0,65 SBAKT = 88,7(V.A) Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 120(VA). Tính chọn các Điôt trong mạch chỉnh lưu: Dòng trung bình qua mỗi Điôt: ID = Idđm = .0,65 = 0,22(A). Dòng cực đại qua mỗi Điôt: IDM = Idmax = .0,65 = 0,22(A). Điện áp ngược cực đại mỗi Điôt phải chịu: Ungmax = Uv0 = .96,3 = 136,2(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 = 1,6.136,2 = 217,92(V), phải chịu được dòng trung bình khi dẫn = 1,5.0,22 = 0,33(A), và phải chịu được dòng cực đại khi dẫn = 1,5.0,22 = 0,33(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 IV - tổng hợp hệ truyền động 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 Hình 11 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 Hình 12 Hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ: . Hằng số thời gian cơ học: (s) Ta thấy hằng số thời gian cơ học Tc=0,0345 (s) rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ Tư = 0,0022 (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 hình 12 sẽ có dạng như sau: Soi IưKi Ri - Ui ? Uiđ Hình 13 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 (Hình 13), nên để được mạch tương đương thì dòng điện ra là KiIư. Gọi F’1 là hàm truyền đạt của sơ đồ hình 13: 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 Hình 14 Với: R1C = và R2C = Tư + Xensơ đo dòng điện Si: Rs điện trở đo dòng, Rs =1 W Iư dòng điện phần ứng động cơ, Iư =15 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 = Rw II. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ : F1 ? w Uwđ KFđm - Uw M -Mc Sw Hình 15 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 Hình 16 Đo tốc độ Tốc độ truyền động là đại lượng điều chỉnh chớnh, vỡ vậy thiết bị đo tốc độ cú vai trũ quan trọng đến chất lượng tĩnh và động của hệ truyền động. Hiện nay để đo tốc độ trong hệ truyền động người ta thường dựng phỏt tốc 1 chiều, phỏt tốc xoay chiều và cỏc bộ đo tốc độ xung và số. Ở đõy sẽ dựng mỏy phỏt tốc 1 chiều để đo tốc độ quay của động cơ. Mạch nguyờn lý đo tốc độ quay bằng mỏy phỏt tốc 1 chi