Đề tài Thiết kế truyền động cho cầu trục

ng sử dụng hệ nguồn truyền dộng F-Đ ở các máy khai thác công nghiệp mỏ Nhược điểm cơ bản quan trọng của hệ máy phát - động cơ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều gây ồn lớn công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất của động cơ chấp hành. Ngoài ra do máy phát có từ dư đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh tốc độ 2.Hệ chỉnh lưu Thyristo- Động cơ một chiều +Ưu điểm: -Độ tác động nhanh,không gây tiếng ồn và đặc biệt dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao . -Thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống đIều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống. +Nhược điểm: -Dùng các van bán dẫn có tính phi tuyến nên dạng đIện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao gây tổn thất phụ trong máy điện ở các truyền động công suất lớn và làm xấu dạng điện áp của nguồn xoay chiều .Hệ số cosj thấp. II.Đối với động cơ KĐB: 1. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp xung điện trở: Động cơ KĐB có thể điều chỉnh tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rô to, trong mục này chúng khảo sát việc thực hiện điều chỉnh trơn điện trở mạch rôto bằng các van bán dẫn, ưu thế của phương pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh . Điện trở trong mạch rôto động cơ KĐB Rr = Rrd+Rf Trong đó Rrd điện trở dây quấn rôto Rf điện trở ngoài mắc thêm vào rôto Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ KĐB không thay đổi và độ trượt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở . Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ KĐB tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 tới s = sth là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết Trong đó s là độ trượt khi điện trở mạch rôto là Rr si là độ trượt khi điện trở mạch roto là Rrd Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và phụ thuộc vào tốc độ động cơ . Vì thế mà có thể ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho truyền động có mômen tải không đổi Mạch điều khiển gồm điện trở Ro nối song song với khoá bán dẫn T1. Khóa T1 sẽ được đóng ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị điện trở trung bình của toàn mạch. Khi T1 đóng điện trở Ro bị loại ra khỏi mạch dòng điện rôto tăng lên . Khi T1 ngắt điện trở Ro lại được đưa vào mạch dòng điện rôto lại giảm xuống . Với tần số đóng cắt nhất định , nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi như không đổi và có một giá trị điện trở tương đương Re trong mạch .Thời gian ngắt tn = T-tđ Nếu điều chỉnh trơn tỉ số giữa thời gian đóng và thời gian ngắt ta điều chỉnh trơn giá trị điện trở trong mạch rôto Điện trở tương đương trong mạch 1 chiều tính đổi về mạch xoay chiều ở rôto theo qui tắc bảo toàn công suất tổn hao trong mạch rôto. Cơ sở để tính tổn hao công suất là như nhau. Khi dùng chỉnh lưu cầu ba pha thì điện trở tính đổi là: Khi có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng dược đặc tính cơ theo phương pháp thông thường, họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf = 0,5Ro Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen có thể nối tiếp điện trở Ro với một tụ điện có điện dung đủ lớn. 2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số: Nguyên lý và quy luật điều chỉnh khi thay đổi tần số Tửứ bieồu thửực: (6-1) Ta thaỏy, toỏc ủoọ ủoàng boọ cuỷa ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ coự theồ thay ủoồi neỏu ta thay ủoồi taàn soỏ lửụựi ủieọn f1. Do ủoự toỏc ủoọ cuỷa ủoọng cụ n = n1(1 – s) (6-2), cuừng thay ủoồi theo. Khi thay ủoồi taàn soỏ lửụựi ủieọn f1, nhaọn thaỏy nhử sau: (6-3) *Neỏu boỷ qua ủieọn trụỷ daõy quaỏn stato, tửực laứ xem r1 = 0 thỡ moõmen tụựi haùn cửùc ủaùi laứ: Trong ủoự: w1 toỏc ủoọ goực ủoàng boọ (6-4) (6-5) (6-6) xn = w1Ln Ln = L1 + L’2 Thay (6-4) vaứ (6-5) vaứo (6-3), ta ủửụùc: (6-6) (6-7) Bieồu thửực (6-7) cho ta thaỏy khi taờng taàn soỏ nguoàn maứ vaón giửừ nguyeõn U1 thỡ moõmen tụựi haùn cửùc ủaùi Mt giaỷm raỏt nhieàu. Do ủoự khi thay ủoồi taàn soỏ f1 thỡ ủoàng thụứi phaỷi thay ủoồi U1 theo caực quy luaọt nhaỏt ủũnh nhaốm ủaỷm baỷo sửù laứm vieọc tửụng ửựng giửừa moõmen ủoọng cụ vaứ moõmen phuù taỷi. Nghúa laứ tổ soỏ giửừa moõmen cửùc ủaùi cuỷa ủoọng cụ vaứ moõmen phuù taỷi túnh ủoỏi vụựi caực ủaởc tớnh cụ laứ haống soỏ. (6-8) ẹaởc tớnh cụ cuỷa boọ phaọn laứm vieọc laứ quan heọ giửừa toỏc ủoọ quay cuỷa moõmen phuù taỷi leõn truùc quay. Mc = f(n) Theo bieồu thửực thửùc nghieọm mang tớnh chaỏt toồng quaựt ủeồ moõ taỷ daùng ủaởc tớnh cụ cuỷa boọ phaọn laứm vieọc nhử sau: (6-9) Trong ủoự: Mc Moõmen caỷn cuỷa boọ phaọn laứm vieọc leõn truùc quay ụỷ toỏc ủoọ n (Nm) Mco Moõmen caỷn cuỷa boọ phaọn laứm vieọc leõn truùc quay khi n= 0. Mcủm Moõmen caỷn cuỷa boọ phaọn laứm vieọc leõn truùc quay khi n = nủm. x laứ soỏ muừ ủaởc trửng moõ taỷ daùng ủaởc tớnh cụ cuỷa boọ phaọn laứm vieọc (cụ caỏu saỷn xuaỏt) khaực nhau. Goàm boỏn daùng nhử sau: (6-9a) * x = 0, ta coự: Mc = Mcủm = const, ẹaõy laứ ủaởc tớnh cụ ủaởc trửng cho heọ thoỏng naõng vaứ luoõn coự giaự trũ nhaỏt ủũnh (ủửụứng 1 treõn hỡnh 6-1). * x = 1 (6-9b) ẹaởc tớnh cụ coự daùng: Mc = a + bn Mc tổ leọ baọc nhaỏt vụựi toỏc ủoọ. ẹaõy laứ ủaởc tớnh ủaởc trửng cho maựy phaựt ủieọn moọt chieàu kớch tửứ ủoọc laọp vụựi phuù taỷi maựy phaựt laứ moọt ủieọn trụỷ thuaàn ( ủửụứng 2 hỡnh 6-1). * x = -1 (6-9c) ẹaởc tớnh coự daùng: Moõmen tổ leọ nghũch vụựi toỏc ủoọ, ủaởc tớnh naứy ủaởc trửng cho caực maựy caột kim loaùi (ủửụứng 3 hỡnh 6-1) (6-9d) * x = 2 ẹaởc tớnh coự daùng: Mc = a + bn2 Moõmen tổ leọ vụựi bỡnh phửụng toỏc ủoọ, laứ ủaởc tớnh ủaởc trửng cho maựy neựn, taứu thuỷy,..(ủửụứng 4 hỡnh 6-1) Mc 0 n 1 2 3 4 Hỡnh 6-1. Caực daùng ủaởc tớnh. Nhử vaọy, muoỏn ủieàu chổnh toỏc ủoọ ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ baống caựch thay ủoồi taàn soỏ ta phaỷi coự moọt boọ nguoàn xoay chieàu coự theồ ủieàu chổnh taàn soỏ ủieọn aựp moọt caựch ủoàng thụứi theo caực quy luaọt nhử sau: Nhử vaọy daùng ủaởc tớnh cụ cuỷa ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ khi thay ủoồi taàn soỏ theo quy luaọt ủieàu chổnh hỡnh 6-2. M 0 n M Mc = a+b/n n1.1 ncb n1.2 f1.1 f1ủm f1.2 n1.1 n1cb n1.2 Mc n 0 Mc = const f1.1 f1ủm f1.2 M n Mc = a+bn2 0 n1.1 n1cb n1.2 f1.1 f1ủm f1.2 Hỡnh 6-2. Caực daùng ủaởc tớnh cụ cuỷa ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ khi thay ủoồi taàn soỏ theo quy luaọt ủieàu chổnh U vaứ f Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh 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. Trước hết chúng ta 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 ... phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc 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 KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là 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 . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB a . Nguyên lý điều chỉnh tần số: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của điện áp stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB ws = 2.p.fs Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ thông Es = C.f.fs Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi Vậy đồng thời với việc điều chỉnh tần số ta phải điều chỉnh cả điện áp nguồn cung cấp. Từ công thức trên ta thấy khi điều chỉnh tần số mà giữ nguyên điện áp nguồn Us không đổi thì từ thông động cơ sẽ biến thiên *Khi Ưs giảm từ thông f của động cơ lớn lên làm cho mạch từ bão hoà và dòng điện từ hoá lớn lên. Do các chỉ tiêu năng lượng xấu đi và đôi khi nhiều động cơ còn phát năng lượng quá mức cho phép. *Khi Ưs tăng từ thông f của động cơ giảm xuống và nếu mômen phụ tải không đổi thì theo biểu thức M = k.f.I.n.cosf ta thấy dòng điện rôto Ir phải tăng lên.Vậy trong trường hợp này dây quấn động cơ chịu quá tải còn lõi thép thì phải non tải. Ngoài ra cũng vì lý do trên mômen cho phép và khả năng quá tải của động cơ giảm xuống. Vì vậy để tận dụng khả năng động cơ một cách tốt nhất là khi điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp biến đổi tần số người ta còn phải điều chỉnh cả điện áp và dòng điện theo hàm của tần số và phụ tải Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể được thực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần cho trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và phụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ tĩnh b. Các loại biến tần : Gồm hai loại: Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp *.Biến tần trực tiếp: Điện áp vào BT có điện áp U1 và tần số f1 chỉ qua một mạch van là ra ngay tảI với tần số f2,U2. Đặc điểm: Hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng .Thực hiện hãm tái sinh năng lượng mà không cần mạch điện phụ. Hệ số công suất thấp,tần số điều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung cấp.Thường dùng cho hệ truyền động công suất lớn,tốc độ làm việc thấp. *.Biến tần gián tiếp: a Biến tần nguồn áp: Đặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại ít phụ thuộc vào tính chất tải .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 a Biến tần nguồn dòng : Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôt chặn. (+).Chọn phương án truyền động Chọn phương án truyền động là dựa trên yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn động cơ (sẽ trình bày ở chương sau). Thông qua phân tích, so sánh về kinh tế kỹ thuật để chọn động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, đồng bộ hay không đồng bộ.  Với những chỉ tiêu truyền động đã phân tích em chọn Hệ Truyền Động Biến Tần Gián Tiếp Ba Pha Nguồn dòng . Như phân tích ở trên ta chọn loại động cơ rôto lồng sóc điều khiển bằng thiết bị biến tần. Đây là hệ truyền động có thể đáp ứng tốt những chỉ tiêu kỹ thuật đồng thời có ưu điểm: lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc, giá thành rẻ. Ta có biểu đồ so sánh kinh tế sau: 0 Giá thành truyền động một chiều  100% 30%  0 Giá thành truyền động tần số Giá thành phầnđiều khiển Giá thành động cơ II: Tính chọn công suất động cơ. Sơ đồ động học của cơ truyền động xe con của cầu trục. 1. Các thông số hệ thống G+G0 F Gđm = 120T =0,8 v=0,04-0,6m/s G0 = 1,2T Db = 0,4m i = 15 Fc=6400 N Fco=3200 N L=50m(tự chọn) to1=100s(thời gian dừng xe để tháo tải trọng) to2=150s(thời gian dừng xe để lấy tải trọng) 2. Tính phụ tải . - Thời gian xe chạy hết quảng đường: t = Hệ số tiếp điện tương đối: TĐ%= - Công suất trên trục động cơ khi tải định mức: -Công suất cản tỉnh khi xe cầu chạy không tải . Ta có hiệu suất =0,73 ứng với tải =1/2 tải định mức(theo đồ thị H2-2 trang 10 sách Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung) -Ta chọn công suất động cơ theo công suất trung bình (Với :k hệ số dự trữ được lấy theo kinh nghiệm thực tế vận hành, bài này ta lấy k=1,5 với xe cầu dùng ổ bi ) -Động cơ trên được chế tạo không có hệ số tiếp điện quy chuẩn TĐ%=44,44% nên phải quy về ddoongj cơ có TĐ%=25% Khi đó: Pđm’=Pđm*=4,644*=6,19 KW -Tốc độ động cơ được tính từ tốc độ của bánh xe nđc=nb*i= - Mô men động cơ khi tải định mức: -Mô men khi xe cầu chạy không tải . Ta có hiệu suất =0,73 ứng với tải =1/2 tải định mức(theo đồ thị H2-2 trang 10 sách Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dùng chung) -Ta chọn Mô men động cơ theo Mô men trung bình (Với :k hệ số dự trữ được lấy theo kinh nghiệm thực tế vận hành, bài này ta lấy k=1,5 với xe cầu dùng ổ bi ) Sau khi tính toán xong theo sổ tay tra cứu ta chọn động cơ roto lồng sóc kiểu MTK-31-8 Các thông số như sau: Pđm 7,5kW 3 2,9 nđm 682v/p Uđm 380 V Tổ nối dây 380/220-U/ Stato Cos K động 0,77 Đ mức 0,76 K tảI 0,23 Rst() 0,788 Xst() 0,898 Istđm(A) 19,1 Roto Rr’() 1,296 Xr’() 0,794 Kr=Ke 1,087.104 Mô men quan tính của Roto J(kgm2) 0,25 Khối lượng của động cơ Q(kg) 205 J 1,3kg/m2 ãKiểm nghiệm công suất động cơSau khi chọn động cơ kiểm nghiệm lại theo những điều kiện sau: +Kiểm nghiệm phát nóng Dn Ê ncf +Kiểm nghiệm quá tải mômen Mđmđcơ>Mcmax +Kiểm nghiệm mômen khởi động Mkđđcơ³ Mc mởmáy +Kiểm tra trị số gia tốc có thể đạtKiểm tra quá tải mômen Mc max của động cơ trong trường hợp đầy tải tức G=Gđm=120tấn*9,81m/s2  Mcmax= 106,7Nm Mdmđcơ=Pđm/wđm= Nm Như vậy Mđmđcơ>Mcmax thoả mãn.Kiểm nghiệm mô men khởi động Ta thấy điều kiện này cũng thoả mãn do động cơ có Mkđ=2,9Mđm III: Tính toán các phần tử mạch lực A. Sơ đồ mạch lực: Các tham số chính của động cơ: Udđm = 380V; Ifđm = 19,1A; = 0,76; P=7,5kW; nđm=682v/p Thiết bị biến tần dòng 3 pha(h vẽ). Sơ đồ đơn giản làm việc tin cậy , đã từng được sử dụng rộng rải để điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha, roto lồng sóc. Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lưu và một cầu nghịch lưu biến tần. Với cầu nghịch lưu trong thực tế kỹ thuật 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 giửa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng, ngoài ra các Tiristor T1-T6 còn sử dụng các diot D1-D6 nhằm cách ly giửa các tụ điện chuyển mạch và dây quấn các pha của động cơ không đồng bộ để chúng không tạo thành mạch cộng hưởng làm ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch. Cầu chỉnh lưu qua điện cảm san bằng Ld cung cấp cho mạch nghịch lưu dòng điện hằng. Các Tiristor được điều khiển mở theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,2… Mổi Tiristor dẫn dòng, trong trường hợp lý tưởng,1/3 chu kỳ, 2/3 chu kỳ(thực tế còn lớn hơn một góc trùng dẫn). Tại bất kỳ thời điển nào trừ giai đoạn trùng dẫn, chỉ có 2 Tiristor dẫn dòng. Dòng điện mỗi pha có dạng “sinus chữ nhật” gồm hai khối . Các khối cách nhau một khoảng, trường hợp lý tưởng bằng /3 ;trong khoảng này dòng điện pha tải bằng không. Các pha của Stato của động cơ, lần lượt nhận các dòng điện “sinus chữ nhật” lệch nhau 2/3, tạo ra từ trường quay mà tốc độ của nó quyết định bởi nhịp điệu xung điều khiển của cầu nghịch lưu . Động cơ điện sản sinh ra ở các pha các sức điện động tương ứng : ur =*Usint ur =*Usin(t-2/3) ur =*Usin(t-4/3) 1. Tính toán các phần tử mạch nghịch lưu * Dòng chảy qua các van T1 T6 và D1 D6 chính bằng dòng chảy qua các pha của stato động cơ I = 19,1A. * Điện áp ngược mở van phải chịu = Ud = 391,3 V * Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2 Dùng để chọn cả T và D Chọn Diôt loại B - 50 do Liên Xô chế tạo có các thông số sau: LoạI Itb(A) Uim(V) DU(V) Tốc độ quạt(m/s) B-50 50 100-1000 0.7 6 Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau: LoạI I(A) Uim(V) DU(V) Toff(ms) Ig(V) Ug(V) du/dt(V/ms) T.50 50 50-1000 0,85 25-200 0,3 7 20 * Tụ chuyển mạch C1 - C6 được tính theo công thức Trong đó: - fn: tần số định mức = 50Hz - fmax: tần số cực đại = 100Hz - Im: dòng từ hoá - In: dòng định mức = 19,1A - L: điện cảm một pha (rôto+stato) = 2x5,4.10-3H - Um: biên độ cực đại điện áp dây = 380V =6462F Chọn C = 6000F * Quận kháng L Trong đó DId=(0,05 - 0,1) Id 2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh lưu * Theo tính toán phần trên ta có: Id = 24,5 (A); Ud = 391,3 (V) * Khi lấy điện áp cung cấp từ trước ~380V có thể không cần sử dụng MBA. Ta có: a=640 - Dòng trung bình chảy qua T1-T6 - Điện áp ngược đặt lên mỗi van: - Chọn KI=2; KU=1,6 IC=2x8,17=16,34 (A) UC=1,6x930,8ằ1500 (V) Chọn Tiristor Loại T-25 do Liên Xô chế tạo có các thông số sau: LoạI I(A) Uim(V) DU(V) Toff(ms) Ig(V) Ug(V) du/dt(V/ms) T-25 25 50-1500 1 25-200 0,3 5 20 3. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp. s R s L s Isd L m U s UN=220V PN=7,5kW n=682v/p IN=19,1A f=50Hz cosj=0,76 1. Tính dòng kích từ danh định. 2.Tính dòng danh định tạo mômen quay IsqN. 3. Hằng số thời gian roto Tr ở chế độ danh định. 4. Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần Xs ở chế độ danh định. 5.Tính điện kháng phức Xh. 6. Tính hệ số tiêu tán tổng s và Ts. 7.Điện cảm tản stato động cơ 4 . Tính các thiết bị đo: a, Máy phát tốc: Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều. Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc Kw hệ số tỷ lệ Kw = Uw/w Uw = 10V tfw là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms Chọn tjw = 0,001s = 1ms Hàm truyền máy phát tốc: b.Phản hồi dòng: Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo được trình bày trên hình vẽ Nguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lưu được cho qua đIện trở Rsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.Điện áp vi sai này được đưa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch đạI tạo ra đIện áp ra tỉ lệ với dòng Id. Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V =>hệ số khuyếch đại của OA bằng:133 Chọn R1=1kW => R2=133kW Chương iii: Tổng hợp hệ điều khiển I. Luật điều chỉnh từ thông không đổi. 0 wsth 1 Từ các quan hệ tính mômen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máyhoặc từ thông stator không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần số và mômen tới hạn sẽ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi RS = 0 thì: Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở stator có thể so sánh được suạt aps trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi. Có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông rotor không đổi: . ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa vào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rotor và phương trình cân bằng mạch rotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy: Nếu giữ được biên độ vector từ thông thì =0 và và ta có phương trình cân bằng mạch rotor: trong đó: Tách các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phương 2 vế của từng phương trình và cộng hai phương trình với nhau, đồng thời để ý rằng: Ta có thể rút ra biểu thức cuối cùng: Vậy khi giữ biên độ từ thông rotor không đổi thì vector từ thông rotor luôn vuông pha với vector dòng điện rotor và do đó momen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rotor. Điều chỉnh từ thông là trường hợp giữ từ thông luôn không đổi và bằng giá trị từ thông định mức, như vậy có thể khai thác hết công suất mạch từ của động cơ KĐB. * Trong thiết kế môn học này chọn phương pháp điều khiển tần số thông qua từ thông động cơ cụ thể là điều chỉnh từ thông không đổi qua quan hệ dòng chính lưu Id và tần số trượt f2. - Bản chất của phương pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòng điện stato I1 và tần số trượt f2 sao cho từ thông của máy điện được giữ không đổi. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I1 (f2). R RI NL aCL Ft Đ A D D A - Sơ đồ cấu trúc điều khiển gồm hai kênh điều khiển: * Kênh điều khiển biên độ bao gồm hai mạch vòng điều chỉnh: mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển tốc độ Rw là tín hiệu đặt của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu ra của bộ điều chỉnh dòng điện là tín hiệu điều khiển biên độ a dòng Id. * Kênh điều khiển tần số thực hiện quan hệ: Trongđó fm: tần số quay wr f2: tần số trượt Tín hiệu tỉ lệ với dòng điện lấy ra từ đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ Rw được đưa qua khâu đạo hàm phi tuyến Ta có quan hệ: trong đó - Để đơn giản trong việc tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện Ri và tốc độ Rw ta giả thiết rằng: Kênh điều chỉnh tần số do phần cứng đảm nhiệm sẽ được đề cập đến ở chương 5. Vì vậy ta sẽ tiến hành tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện Ri và bộ điều chỉnh tốc độ Rw theo kênh 1. Căn cứ vào biểu thức tính toán mômen và dòng điện ta có thể thành lập được sơ đồ cấu trúc của hệ thống: II. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện. Id Ri CL+ĐK Phụ tải NL+ĐC KĐB Id Uđk Ld Irđ Ud Uđk CL+ĐK Ri Ld Rd 2L1t 2R1 2L2t 2R2/So Id Iđo - Để tiện cho việc tính toán, thiết kế được bộ điều chỉnh dòng điện R1, người ta dùng sơ đồ đơn giản sau: Trong đó Ld, Rd: điện cảm, điện trở cuộn kháng lọc L1t, R1: điện cảm tản, điện trở 1 pha stato L2t, R2: điện cảm tản, điện trở 1 pha roto quy đổi về stato s: hệ số trượt * Ta có hàm truyền đạt bộ chính lưu Ud: điện áp đầu ra CL Udk: điện ạp điều khiển chính lưu KCL, TCL: hệ số điều khiển và hằng số t - Việc tổng hợp chính xác mạch vòng dòng điện rất phức tạp vì thành phần điện trở của mạch vòng dòng điện phụ thuộc vào S => Một cách gần đúng ta bỏ qua các thành phần điện trở và điện kháng tán. Ta được: Ta có: trong đó Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển mạch vòng dòng điện. Uud Uuđk Uir Uiđ + - Uiđo Uid Kđo III. Thành lập sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ. * Mômen điện từ ở chế độ tĩnh có dạng ws: tốc độ truyền của động cơ Tr: hằng số thời gian mạch roto => Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện, tốc độ(Hình vẽ) IS2 + - MC IS -Uw Uiđ Id wS Uwđ Ri Rw FM X X Kdo Trong đó: - Khâu phi tuyến Id(f2) hay Id(ws) có thể được tuyến tính hoá thành khâu khuếch đại đơn giản - Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ (tại điểm định mức) tại (Mđm, wsđm, I1đm) ta có Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện và tốc độ sau khi đã tuyến tính hoá (bỏ qua hệ số thời gian điện từ) Hình bên - - + - + + DIS Id MC DwS Uwđt w Kdo RI Rw B Fi A IV. Tính toán các tham số trong sơ đồ tuyến tính hoá. 1. Hệ số máy biến dòng điện (đo dòng một chiều) 2. Máy phát tốc. (Theo tính toán ở phần trước) 3. Khâu khuếch đại tuyến tính Fi Isdm: dòng điện định mức (khi Is = đm = 91A) 4. Khâu chỉnh lưu trong đó 5. Tính các hệ số A, B. - Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức, ta có: 6. Tính J quy đổi hệ thống.  Trước hết cần qui đổi mômen quán tính về đầu trục động cơ Bỏ qua mômen quán tính của hộp số, mômen tang trống được tính như sau: Tang là một trục thép, bán kính ngoài là R, bán kính lỗ giữa là r. áp dụng công thức Trong đó h là chiều dài tangrthép khối lượng riêng của thép  h  r JT=(p/2).7700.0,1(0,154-0.054) JT= 0,6 kgm2  V. Tổng hợp mạch vòng dòng điện. Ta có sơ đồ tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện Rr: Uuđo Uuđk Uirđ Uirđ - Ri Với => Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh: * áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu với hàm truyền: Hàm truyền đạt bộ điều chỉnh dòng điện Ri là khâu tỉ lệ tích phân (PI): Vậy hàm truyền => Hàm truyền của mạch vòng dòng điện: *kiểm nghiệm bộ điều chỉnh dòng Ri bằng Matlab-Simulink(Hình 1) VI. Tổng hợp mạch vòng tốc độ. ở trên, ta dùng tiêu chuẩn môdun tối ưu để tổng hợp mạch vòng dòng điện: Khi tiến hành tổng hợp mạch vòng tốc độ, ta coi gần đúng hàm truyền hệ kín mạch vòng điều chỉnh dòng điện là khâu quán tính bậc nhất. * Ta có mạch vòng tốc độ sau khi đã tổng hợp mạch vòng dòng điện. + + + - Uđw Uw Wi(p) MC w Rw KF A B - Khi bỏ qua MC ta có sơ đồ tương đương sau: Uđw - Uw w Wi(p).C.KF+A Hàm truyền của đối tượng cần điều khiển: * áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu đối xứng với hàm truyền: Ta thấy nhỏ => có thể bỏ qua => với là hằng số thời gian bé. Chọn Với cách đặt: Ta thấy hàm truyền Rw(p) có dạng một khâu trễ nối tiếp với một khâu PI. Ta có: Để giảm độ quá điều chỉnh => Dùng thêm một khâu lọc có hàm truyền *Kiểm nghiệm bộ điều chỉnh tốc độ Rw bằng Matlab-Simulink(Hình 2) Chương 5: Mạch điều khiển Sơ đồ khối mạch điều khiển: A. Mạch điều khiển chính lưu * Mạch điều khiển được sử dụng để dóng mở các thyristor đúng theo góc mở a yêu cầu, tạo dòng điện và điện áp ra tải đúng với mục đích điều khiển. Mạch điều khiển quyết định độ tin cậy, chất lượng của toàn bộ biến đổi. Với yêu cầu điều khiển hệ chính lưu cần 3 pha thyristor, yêu cầu phải có 2 thyristor cùng dẫn trong 1 thời điểm. Điều kiện mở là: - Xung điện áp dùng đường đưa vào cực phải đủ lớn về biên độ và độ rộng. - Có điện áp dương đặt lên thyristor từ A->K. Để thay đổi điện áp, dòng điện => phải thay đổi góc mở a nghĩa là thay đổi thời điểm