Đề tài Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục

ao hàm cả việc chọn loại động cơ. Chọn loại động cơ. Phân tích vấn đề chọn loại động cơ trong truyền động cần trục liên quan đến giá thành lắp đặt, khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ. Trong lĩnh vực truyền động cần trục trước kia, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp được dùng rất phổ biến trong cần trục. Sở dĩ như vậy là bản thân loại động cơ này có những ưu điểm mà các loại động cơ không đồng bộ và đồng bộ không có được, đặc biệt là những yêu cầu rất đặc trưng của một số lĩnh vực truyền động. Trước hết vì nó dùng nguồn một chiều nên nó yêu cầu số lượng thanh trượt ít so với các loại động cơ khác. Đối với truyền động nâng, động cơ này đảm bảo được những tốc độ hạ ổn định (hoặc lớn hoặc nhỏ) cho mọi tải trọng. Tuy nhiên hiện nay, được sự hỗ trợ của các thiết bị công suất, cùng với những đặc điểm như: rẻ, cấu tạo đơn giản, tin cậy, hiệu suất cao thì động cơ không đồng bộ đã thay thế hầu hết các loại động cơ điện một chiều trong lĩnh vực này. Thực vậy, nhờ những tiến bộ sâu sắc của lĩnh vực vi điện tử và điện tử công suất mà càng có nhiều thiết bị cho phép khắc phục nhược điểm của động cơ không đồng bộ, cụ thể là người ta đã tạo ra được tất cả những đặc tính cơ thoả mãn hầu hết quá trình công nghệ khắt khe nhất, đồng thời lại cho phép hạ giá thành vận hành và lắp đặt. Mặt khác, việc dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ cũng tiện lợi do việc dùng nguồn xoay chiều 3 pha vốn sẵn có trong công nghiệp. Tính toán chọn động cơ : Như đã biết, động cơ muốn kéo được tải thì cần phải sinh ra một momen MĐ có khả năng khắc phục được momen tải của cơ cấu sản xuất. MĐ ³ Mpt. Muốn xác định được công suất động cơ, cũng tức là tìm được MĐ, cần phải có điều kiện ban đầu. Đó là các điều kiện: + Phải có biểu đồ phụ tải tĩnh của cơ cấu sản xuất mà động cơ sẽ phục vụ dưới dạng: IC=f(t), MC=f(t) hoặc PC=f(t) đã tính quy đổi về trục động cơ. + Phải có biểu đồ phụ tải biến thiên tốc độ trong quá trình làm việc. Vì vậy, trước hết ta đi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh. Dựa vào các công thức đã thiết lập ở phần trên ta tiến hành các bước tính toán. Khi tải trọng nâng là định mức Gđm=90T. + Mô men động cơ khi nâng tải: + Mô men động cơ khi hạ tải: Khi không tải, tức là động cơ khi đó chỉ nâng một lượng tải trọng là của chính bản thân cơ cấu. Ta có dựa theo đồ thị quan hệ theo tải trọng: ị ị Từ kết quả tính momen hạ lúc không tải ta cũng thấy rõ là Mh0 <0 ; nghĩa là khi đó cơ cấu làm việc ở trạng thái hạ tải động lực. Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải như sau: H2.1Biểu đồ phụ tải cơ cấu nâng hạ Tính toán hệ số tiếp điện tương đối + Vận tốc nâng: vn = 0,060,6 m/s. chọn tốc độ năng vn = 0,3 m/s + Chiều cao nâng: H=8 m. + Chiều dài phân xưởng Là L=100 m . + Chọn vận tốc của xe cầu là 1 m/s . Trong giai đoạn tính toán sơ bộ để chọn động cơ ta bỏ qua thời gian mở và hãm máy. Mặt khác nếu coi tốc độ làm việc của cả 4 giai đoạn trên là như nhau thì: Chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ bao gồm 4 giai đoạn chính: Hạ không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Giữa các giai đoạn trên còn có thời gian nghỉ. + Tỷ số truyền: Giả thiết tốc độ làm việc và chiều cao nâng hạ trong các giai đoạn như sau: Thời gian xe cầu chuyển động chính là thời gian nghỉ caủa chuyển động nâng hạ cầu trục : Hệ số tiếp điện tương đối. Vậy ta chọn hệ số tiếp điện TD% = 25 % Mô men đẳng trị tính trên trục động cơ: Nm + Công suất động cơ chọn sơ bộ sẽ là: Từ kết quả tính toán ở trên ta lựa chọn sơ bộ loại động cơ xoay chiều rô to dây quấn, làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có thời gian đóng điện tương đối tiêu chuẩn e =25%. Do đó, công suất quy đổi tương ứng: Chương III:Chọn phương án truyền động Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Hệ điều chỉnh xung điện trở Roto a. Nguyên lý điều chỉnh: Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt; công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở. + Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên: Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s=0 á sth, là tuyến tính thì khi điều chỉ điện trở roto ta có thể viết: trong đó: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ở mạch roto); còn s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf. Theo biểu thức mô-men thì: Như vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mo-men không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉ lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau: H3.1: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng phương pháp xung điện trở roto. Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh xung áp một chiều: + Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên. + Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi được: Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được r và từ đó thay đổi được Rf. Cho r=0 á 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng: + Có thể nói việc sử dụng phương pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động, về mặt lý thuyết, là một phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện). + Phương pháp này như đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men không đổi như cơ cấu nâng-hạ cần trục. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stato; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động như ở phương pháp điều chỉnh điện áp stato. Chọn động cơ truyền động. Chọn sơ bộ loại động cơ. Từ kết quả phân tích và kết quả tính toán ở chương II, tra theo catalog, ta tra được các thông số của động cơ cần chọn theo điều kiện: PđmĐ ³ Pqđ = 114,5 kW. nđmĐ ³ n=573 v/ph. eđc=25% ; etc=25% ; Loại động cơ: MTH 713-10, roto dây quấn , phục vụ cần trục: e=25% ; Pđm=160kW ; nđm=587 v/ph ; cosjđm=0,68 ; cosjkhông tải=0,04 I1.đm=395A;I1.không tải=285A;r1=0,012W ;x1=0,061W; I2=235A r2=0,022W ;x2=0,098W ;J=15 kgm2 ;G=1900kg; kr=ke2=0,842 . ; Kiểm nghiệm lại động cơ. Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thường gồm các bước sau: + Kiểm tra điều kiện khởi động. + Kiểm tra điều kiện phát nóng + Kiểm nghiệm quá tải mômen. Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng. Để kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng ta phải tiến hành xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần, bao gồm phụ tải tĩnh và phụ tải động. Tức là tính đến các giai đoạn quá độ như thời gian mở máy, hãm máy. Trước hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy đổi sang trục động cơ: Vì gia tốc lớn nhất của cơ cấu nâng không được quá 0,2 m/s2, do đó thời gian mở máy nhỏ nhất tương ứng là: tmm=vn/a = 5.vn = 5.0,2 =1 (s). trong đó: vn _ là vận tốc nâng (m/s); a _ là gia tốc của cơ cấu khi khởi động (m/s2). Đối với giai đoạn hạ, thì cho phép gia tốc khởi động khi hạ nhỏ hơn 0,6 á 0,7 (m/s2). Do đó thời gian hãm máy khi hạ không tải tương ứng là: tmh = v/a’ =5.0,3 = 1,5 (s). Từ đó ta tính được mô-men dư khi nâng tải định mức là: Mô-men cản lớn nhất của động cơ: Mmax = 565 + 20,65 = 585,65.m = 5745,2 N.m Mô-men dư khi hạ không tải: Md.h0 = 585,65 – 6,9 =578,75 kG.m Mô-men dư khi nâng không tải:Md.n0= 585,65 – 11,9 =573,15kG.m Chọn thời gian ban đầu để bắt đầu mở máy nâng và hạ tải : M, P t w t H3.2. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và w(t) Từ biểu đồ phụ tải dựng được ta có nhận xét rằng: Các thời gian quá độ trong chu kỳ làm việc của cơ cấu không đáng kể so với thời gian động cơ làm việc ổn định. Cụ thể là tổng thời gian quá độ ồtqd = (1,5 + 0,56 + 0,56 + 4.1,5 ) = 8,62 (s) << thời gian làm việc ồtlv=107 (s). Hơn nữa ở giai đoạn tính chọn sơ bộ động cơ được tính theo phương pháp mô-men đẳng trị nên ta không cần kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải. Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét đến hiện tượng sụt áp của lưới điện. Thông thường, cho phép sụt áp 10%, nên mô-men tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn: Mth ‘=(90%)2.Mth =0,81.Mth (Mth _ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ). Từ số liệu tra được của động cơ đã chọn ta tính được: + Mô-men định mức của động cơ là: + Mô-men lớn nhất của động cơ là: Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nâng tải định mức là 5745,2 N.m Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men. Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động. Ta có: Trong khi đó mô-men cản tĩnh lớn nhất lúc khởi động là: Mc.max =5745,2 Nm. Vậy: , nghĩa là thoả mãn điều khiện về khởi động. Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện trở Roto Phương pháp điều chỉnh mạch điện trở mạch Roto là phương pháp chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ Roto dây quấn, nhờ nối tiếp cuộn dây Roto và điện trở nhờ bộ biến đổi mạch ngoài. Sơ đồ mạch lực Hình 3.3,- Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở Roto Ta có tổng trở một pha của mạch Roto là: Trong đó: R2: Điện trở dây quấn của một pha Roto. Rf: Điện trở nối tiếp một pha Roto. Hình 3.4. –Đặc tính cơ của động cơ KĐB Roto dây quấn Phương pháp này cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm. Độ ổn định của phương pháp này kém. Khi tốc độ giảm thì tốc độ đặc tính cơ tăng. Ta có: Vậy: Nếu coi đoạn làm việc ổn định của đặc tính từ S = 0 đến S = Sth là đường thẳng thì ta có thể vẽ lại độ trượt ứng với mômen cẩu như sau: Hình vẽ 3.5.Tuyến tính hoá đặc tính cơ Xét hai tam giác CAD và CBE ta có: hay Suy ra: S2 = S1. Trong đó: S1 độ trượt khi mạch Roto không có điện trở phụ. S2 độ trượt khi mạch Roto có điện trở phụ. Từ biểu thức M = Ta nhận thấy rằng nếu giữ nguyên dòng điện Roto thì khi thay đổi mạch điện trở Roto thì tỉ số giữ không đổi có nghĩa là Momen không đổi khi tốc độ động cơ thay đổi chỉ phụ thuộc vào điện áp. Do vậy phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở mạch Roto là phù hợp với cơ cấu nâng hạ. Nguyên lý làm việc: Khi khoá K đóng điện trở trong mạch sẽ là R = R0 Khi khoá K mở thì điện trở trong mạch Roto là RRt = 0. Nếu thời gian đóng cắt được xác định là: Thì điện trở tương đương của mạch là: Re = Trong đó: tk: là thời gian đóng khoá td: là thời gian dẫn (mở) Vậy ta có: - Khi td = 0 thì Rtb = 0 - Khi tk = 0 thì Rtb = Vậy khi ta điều chỉnh tỷ số thời gian khoá tk và thời gian truyền động ta sẽ điều chỉnh trơn giá trị điện trở trong mạch Roto. Quá trình làm việc khi j = 1 ( td = T) thì khoá K mở Rf = 0. Động cơ làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên. Khi j = 0 (td = 0) thì khoá K đóng Rf = R0 động cơ làm việc trên đường đặc tính cơ nhàn tạo thấp nhất. Hình 3-6: Đặc tính cơ của hệ điều chỉnh xung điện trở Roto. Nhận xét: Việc thay đổi thời gian khoá, mở của van bán dẫn làm cho việc điều chỉnh dễ dàng chuyển từ điều khiển có cấp sang vô cấp. Để mở rộng vùng điều chỉnh người ta mắc nối tiếp với điện trở một tụ C. Giả thiết dung lượng tụ C là lớn để khi khoá K đóng thì DUc nhỏ. Khi đó vùng điều chỉnh sẽ được giới hạn bởi đường đặc tính cơ tự nhiên và các trục toạ độ. Hình 3-7: Đặc tính cơ khi điều chỉnh xung điện trở có tụ C. Tính toán mạch lực Tính điện trở điều chỉnh: Việc tính toán điện trở điều chỉnh sẽ phụ thuộc rất nhiều vào dải điều chỉnh tốc độ của phương pháp điều chỉnh. Ta chọn trong đồ án này dải điều chỉnh là D = 10 : 1 Hình 3-8: Đặc tính điều chỉnh xung điện trở Roto. Giả sử bình thường động cơ sẽ làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên. Khi điều chỉnh động cơ sẽ làm việc trên toàn giải điều chỉnh với giới hạn đặc tính cơ điều chỉnh thấp nhất đó chính là đường đặc tính cơ hãm: Ta có tốc độ tại điểm B là nB: nB = nđm/10ị nB = 1467,5/10 = 146,75 (v/p) Mômen tại điểm A là: M = Khi động cơ làm việc tại điểm B ta có: M = Vì mômen của cơ cấu nâng hạ trong quá trình điều chỉnh là như nhau M = const nên ta có: Suy ra: Trong đó: R2 - điện trở Roto của động cơ (R2 = 0,022) Sđm = SB = Vậy ta có: Rf = R(Re + Rf) = 0,022 + 1,956 = 1,978 (W) R . R= 0,842 . 1,978 = 1,4 (W). * Tính điện trở một chiều quy đổi về Roto. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ có cuộn cảm Ld mà dòng điện Roto coi như không đổi ta có một giá trị điện trở tương đương Re trong mạch. Thời gian đóng, mở được điều chỉnh trơn thì ta điều chỉnh được giá trị điện trở trong mạch Roto. Theo nguyên tắc bảo toàn công suất ta có: Trong đó: R2 - điện trở Roto dây quấn (2R2 + Re) – tổn hao phía một chiều. (R2 + Rf ) – tổn hao phía xoay chiều. Trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha thì = 1,5 Vậy : 2/R2 + Re = 2R2 + 2Rf Suy ra: Rf = 1/2 Re = Rd/2 Khi điều chỉnh ở tốc độ thấp nhất thì toàn bộ điện trở Rd được toả vào Roto nên = 1. Vậy: Rf = Thay số: Rd = 2.1,956 = 3,912 (W) Tính toán bộ chỉnh lưu Roto Bộ chỉnh lưu phía Roto nhằm tạo ra dòng điện 1 chiền ổn định để điều khiển điện trở Rd đưa vào mạch Roto. Để giảm kích thước bộ lọc, tín hiệu ra bằng phẳng hơn, giảm công suất tiêu thụ từ nguồn, ta chọn chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển (Diôt). Sơ đồ nguyên lý: Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha. Hình 3-10: Dạng điện áp chỉnh lưu cầu 3 pha. Ta có: Ud = 2,34 E2 Ungmax = 2,46 E2 Id = * Tính toán: Dòng điện khởi động trên mỗi pha của Roto là: I2kd = mà: với (W) Thay số ta có: Vậy I2kđ == 132 (A) Vì dùng chỉnh lưu cầu 3 pha nên: Id = Vậy Idkd = Vậy dòng điện lớn nhất chảy trong điot là: Idmax = Ung = Thay số Ung= 2,45. 220 = 540 (V) Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu cầu 3 pha là: Ud = *Chọn điot cho cầu chỉnh lưu: - Hệ số dự trữ điện áp: Ku = 1,6 - Hệ số dự trữ dòng điện: KI = 1,5 Vậy điot cần chọn phải chịu điện áp ngược là: Ung = 1,6 . 540 = 864 (V) Chịu dòng tối thiểu là: I = 1,5 . 54 = 81 (A) Tra sách “thiết kế thiết bị điện trở công suất” tác giả Trần Văn Thịnh ta chọn loại điot sau: SKN400/30. Kí hiệu Imax (A) UN (V) IPik (A) DU (V) Ith (A) IR (A) Icp (C0) SKN400/30 400 3000 9000 1,45 1200 3mA 160 * Tính chọn điện kháng lọc: Sự đập mạch của dòng điện chỉnh lưu làm cho dòng điện tải cũng đập mạnh theo dẫn đến làm xấu đi chất lượng dòng điện một chiều và làm tăng phát nóng của tải do các thành phần sóng hài gây ra. Ta có công thức tính trị số điện cảm. Ld = Trong đó: Ld – Trị số điện cảm lọc cần thiết (H) Id đm – dòng định mức của bộ chỉnh lưu. w = 314 (Rad/s) tần số góc. K = 1, 2, 3 Bội số sóng hài m = 6 số đập mạch trong một chu kỳ của chỉnh lưu cầu. Udmax – biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu. It% - Tự hiệu dụng của dòng sóng hài cơ bản It% < 10% Ta chọn: k = 2, It% = 0,5% Ta có công thức: Trong đó: Udo- điện áp chỉnh lưu cực đại (V) Ud0 = 540 (V) a - góc điều khiển van bán dẫn a = 0 Vậy ta có: Uđmax = 540. Trong sơ đồ chỉnh lưu ta có: Idmax = (A) Thay số vào biểu thức ta có: Ld = * Xác định dung lượng C. Ta có: C = (1,2 á1,5) C = 1,44 . ta có: L = * Tính chọn Thiristato R: Chọn TC Hình 3-11: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh xung điện trở Roto. * Chọn TP. Thyristor TP chịu điện áp Utb = 515 (V) Dòng điện Itb = (A) Chọn hệ số điện áp là Ku = 1,6 Chọn hệ số dòng điện KT = 1,5 Vậy Thyristor TP chọn thoả mãn: UN = 1,6 . 515 = 824 (V) IT = 1,5. 288 = 432 (A) Với điều kiện làm mát tự nhiên, đối lưu không khí bằng cách toả nhiệt có diện tích đủ rộng. Tra sách “Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất” của tác giả Phạm Quốc Hải ta chọn loại Thyristor T16-500 có thông số sau: Un (V) Iđm (A) Irò (mA) Idk (mA) Uđk (V) ton (ms) toff (ms) di/dt (A/mA) du/dt (V/mA) 1800 500 20 250 4 10 70 100 200 Tính chọn mạch bảo vệ điot và Thyristor. Diot và Thyristor có thể bị chọc thủng do điện áp ngược quá cao hoặc dòng chảy qua van quá lớn. Đối với diot để bảo vệ dòng điện phá hoại người ta dùng dây chảy tác động nhanh. Ta dùng dây chảy loại pp 41 có các thông số sau: Iđm = 400 (A) - Theo sơ đồ nguyên lý ta thấy các Thyristor vẫn chịu điện áp Ud = 432 (V) - Khi tốc độ đạt 573 (v/ph) ta có: I2m = Trong đó: I2m – dòng điện chạy trong dây quấn Roto khi Do đặc tính mômen không đổi ta có : khi n=573(v/ph) Thay số ta có: I2m = I2 = Ki . I2m = 0,84 . 301,7 = 253,4 (A) Id = (A) Khi khởi động Thyristor phải chịu các thông số sau: Ung = KU . Udo= 1,6.540 = 864 (V) Dòng điện khi thông là: IT = Id + Ic Trong đó: Ic – là dòng điện phóng của tụ C Ic = 1,2 . Id = 1,2. 310,4= 372,5 A Thay số: IT = 372,5 + 310,4 = 682,6 (A) Lấy Ki = 1,5 ta có: IT = 682,6 . 1,5 = 1023,9 (A) Tra sách “Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất” của tác giả Phạm Quốc Hải ta chọn được loại Thyristor T15- 125 có các thông số sau: Un (V) Iđm (A) Id (A) Idk (mA) Uđk (V) ton (ms) toff (ms) di/dt (A/mA) du/dt (V/mA) 1800 125 3400 300 3 10 70 100 200 Tính toán các thiết bị đo: a) Đo lường tốc độ: Tốc độ là đại lượng điều chỉnh chính, vì vậy thiết bị đo tốc độ có vai trò quan trọng quyết định chất lượng của hệ truyền động. Trong đồ án này ta dùng máy phát tốc xoay chiều để đo tốc độ động cơ. Hình 3-14. Sơ đồ nguyên lý máy phát tốc Nguyên lý: Khi từ thông máy phát tốc không đổi thì điện áp đầu ra của máy phát tốc là: Uw = Kw . w Trong đó: Kw là hệ số tỷ lệ: Kw = Uw thông thường = 10V Ta có: FFt(P) = là hằng số thời gian của bộ lọc . Ta chọn = 0,01 (s) Vậy ta có: C = 0,5 mF R = 20 KW (Rad/s) Vậy Ta có hàm truyền của bộ phát tốc là: b) Đo dòng một chiều có cách ly: Chức năng của khâu đo dòng điện là lấy tín hiệu của dòng động cơ để phản hồi về, phản ánh sự thay đổi của dòng điện động cơ trong quá trình làm việc để từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển. Sơ đồ nguyên lý: Nguyên lý: Đại lượng một chiều lấy trên điện trở RS sau đó được chuyển qua khâu phản hồi dòng điện, qua khâu cách ly bằng phần tử quang điện. Tính chọn khâu đo dòng một chiều: - Khâu tạo xung tam giác gồm 2 khâu: khâu tạo xung Chữ nhật và khâu tích phân. Tần số của khâu tạo xung tam giác: T = 4 . R44 . C4 . Tần số của khâu xung tam giác thường lấy f = 10 (KHZ). Chọn R41 = R42 = 10 (KW) thì ta có R44 . C4 = 25.10-6. Suy ra ta chọn: C4 = 100mF ị R44 = 250 (W) Điện trở R45 và R46 là hai điện trở hạn chế dòng vào IC so sánh ta chọn R45 = R46 = 10 (KW) Để đảm điện áp là ổn định ta cho điot ổn áp DZ3 và DZ4 là loại 3(V)= Để điện trở Rs Mắc trên mạch Roto của động cơ không ảnh hưởng đến quá trình làm việc của động cơ thì ta chọn loại điện trở Rs có giá trị cỡ mW. Khâu cách ly phần trở quang ta chọn loại TLP521 có thông số sau: IP = 5 (mA); VCQ = 55 (V) hệ số khuyếch đại là 1. Do đó điện trở hạn chế dòng R48 phải được chọn sao cho IP = Điện trở R49 hạn chế dòng vào Tranzistor . IC = IP Vậy R49 = R48 = 2,4 (KW) Khâu tích phân có nhiệm vụ chuyển đổi xung có tần số cao về điện áp một chiều, chọn hằng số tích phân. T = R57 . C5 = 0,0001 Nếu chọn C5 = 10 mF thì ta có R5 = 10 (KW) Tranzistor T9 cùng với khâu cộng đảo có chức năng phục hồi dạng tín hiệu ở đầu ra của khâu so sánh, chọn T9 là loại C828 có các thông số sau: UCE = 30V ; IC = 50mA; b = 100 á 200 R51 Chọn R51 = 470 (W); R50 = 10 (KW) Hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện Ki = là hằng số thời gian chọn = 0,001 Ta có: R = 2(KW) và C = 0,5 (mF) Ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện là: Fi(P) = Chương IV:Tổng hợp mạch vòng Khái quát chung. Khi thiết kế một hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực hiện được tất cả các yêu cầu đặt ra, đó là yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu chất lượng, các yêu cầu về kinh tế. Chất lượng của hệ thống thể hiện trong trạng thái động và trạng thái tĩnh. Trong trạng thái tĩnh yêu cầu quan trọng nhất là độ chính xác điều chỉnh. Đối với trạng thái động có các yêu cầu về ổn định các chỉ tiêu là độ quá điều chỉnh, tốc độ điều chỉnh, thời gian điều chỉnh và số lần dao động. ở các hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cấu trúc mạch điều khiển, luật điều khiển và tham số của các bộ điều khiển có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của hệ. Vì vậy khi thiết kế ta phải thực hiện các bài toán về phân tích và tổng hợp hệ để tìm ra lời giải hợp lý sao cho đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật đề ra. Điều chỉnh điện trở mạch roto là điều chỉnh thông số mạch điện roto, giá trị tổng trở của mạch roto là R = R2 + Rf tăng giá trị điện tổng trở R tức là tăng độ trượt giới hạn Sth còn mô men tới hạn của động cơ không thay đổi từ sơ đồ mạch nguyên lý ta có tần số đóng cắt của bộ điều khiển xung. Trong đó : t1 thời gian dẫn dòng của thyristor Tc : t2 thời gian khoá của thyristor Tc Điện trở tương đương: Điện trở phụ mắc vào mạch roto có thể xác định được theo điều kiện cân bằng công suất. Độ trượt khi điều chỉnh điện trở roto là: Trong đó: S độ trượt ứng với điện trở R = R2 + Rf Si độ trượt ứng với điện trở Rj (Rc = 0) Vậy ta có: Đạo hàm riêng của mômen tại điểm làm việc xác lập là: Ta có: Ta có Utm là biểu độ điện áp răng cưa tại xung mở thiustor phụ TP, R1 là giá trị điện trở mắc ở mạch một chiều Tvo = là hằng số thời gian trung bình. tđ là hằng số thời gian trung bình của mạch roto * Tính toán các thông số: Ta có: với tần số đóng cắt là f = 300 ( Hz ) Tvo = uđm = 10(V) Ta lấy Re = Vậy Td = Ta có : Thay số: A = B = C = Tổng hợp mạch vòng: Sơ đồ tổng quát: Hình 4.1.sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh điện trở Roto Do ảnh hưởng của khâu và là không đáng kể nên để dễ cho việc tổng hợp mạch vòng ta có thể bỏ qua. vậy ta có sơ đồ sau. Hình 4.2. sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá hệ thống điều chỉnh điện trở Roto. Tổng hợp mạch vòng dòng điện. Trong các hệ truyền động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. chức năng cơ bản của nó là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra còn có chức năng bảo vệ điều chỉnh gia tốc. Sơ đồ cấu trúc tổng hợp mạch vòng dòng điện. Hình 4.3.Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng đIện. Hình 4.4.sơ đồ cấu trúc đã đơn giản mạch vòng dòng đIện. Đối tượng điều chỉnh có hàm truyền đạt Soi = Vì Ti và Tvo rất nhỏ so với Td nếu ta đặt Ts = Tvo+Ti = 0,0027 Soi = Hình 4.5.Sơ đồ cấu trúc đã đơn giản mạch vòng dòng điện. Hàm truyền kín của hệ: Theo tiêu chuẩn modun tối ưu: Trong đó: Thay vào ta có: Vậy bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI: Tính: K = Mạch nguyên lý của khâu PI: Hình 4.5.Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh dòng điện khâu PI Trong đó: Chọn C = 4,7() àR1 = 2,1k KR = Tổng hợp mạch vòng tốc độ Hình 4.6. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ. Hình 4.7.Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá mạch vòng tốc độ Ta thấy rằng: là nhỏ có thể bỏ qua Hình 4.8.Sơ đồ cấu trúc đã biến đổi mạch vòng tốc độ. Hình 4.9.Sơ đồ cấu trúc đã đơn giản hoá mạch vòng tốc độ Hàm truyền: Vì TS rất nhỏ có thể coi Sw = Trong đó K = Hàm truyền kín của hệ thống: F’w(P) = áp dụng tiêu chuẩn Modun đối xứng Fw = Ta thấy rằng: 2TS.Tw = 2.0,0027 . 0,01 = 0,54.10-4(s) rất nhỏ có thể bỏ qua Ta có: Rw(P) = Vậy Rw(p) có dạng khâu PI Đặt Trong đó: Chọn KP = Chương V:Thiết kế tính toán mạch điều khiển Giới thiệu chung về mạch điều khiển Đặc điểm của Thyristor là khi đặt điện áp (+) dương vào cực a nốt (UAK> 0) Thyristor vẫn chưa thông, muốn cho Thyristor thông thì ngoài điện áp UAK > 0 ta cần phải đặt một xung dương (xung điều khiển) vào cực G của Thyustor do đó muốn cho Thyus