Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều ứng dụng điều khiển nâng hạ điện cực lò hồ quang

ịnh mặc dù khi đó dòng hồ quang vẫn nằm trong phạm vi cho phép đôi khi nó còn gây ra hiện tượng quá điều chỉnh làm ảnh hưởng tới công suất ngọn lửa hồ quang. Để hạn chế tối thiểu sự dịch chuyển không cần thiết khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong phạm vi cho phép thì ta có thể sử dụng mạch tạo luật điều khiển để tạo ra một vùng không nhạy hạn chế sự dịch chuyển điện cực. Ngoài ra mạch này còn tạo ra đặc tính tĩnh của hệ thống điều khiển dịch cực lò hồ quang dùng thyristor động cơ. Với đặc tính tĩnh như sau. Từ đặc tính tĩnh của bộ điều khiển dịch cực lò hồ quang ta nhận thấy chức năng của mạch tạo luật điều khiển là tạo ra một vùng không nhạy (+E và -E) khi hồ quang còn thay đổi trong vùng không nhạy này thì mạch sẽ phát ra một tín hiệu điều khiển để động cơ dịch cực lò hồ quang đứng yên Ukc= 0. Tức là điện cực lò hồ quang đứng yên. DIhq(%) -E +E Vmax Vcực Hình III - 9 Nâng 0 Hạ -Vmax Khi độ thay đổi của hồ quang DI >+E thì mạch sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển yêu cầu động cơ dịch cực quay ngược lên để nâng điện cực lên. Nếu độ thay đổi của dòng hồ quang DI còn nằm trong khoảng (+E, a) thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi tuyến tính theo sự thay đổi của dòng hồ quang DI. Nhưng khi sự thay đổi DI mà lớn hơn giá trị a thì giá trị tốc độ động cơ sẽ đạt giá trị tốc độ cực đại khi đó điện cực lò hồ quang sẽ được nâng lên với tốc độ cao nhất. Khi sự thay đổi DI < -E thì mạch đưa ra tín hiệu điều khiển yêu cầu động cơ quay xuống đồng thời hạ điện cực lò hồ quang xuống để tăng dòng hồ quang. Như vậy mạch tạo luật điều khiển là mạch có chức năng tạo ra vùng không nhạy và có thể điều chỉnh được phạm vi của vùng đó đồng thời có thể thay đổi được dòng điện hồ quang ở một giá trị nào đó. Khi đó mạch tạo luật điều khiển cần các giá trị tín hiệu là. ± E để tạo nên vùng không nhạy, tín hiệu Ud1, Ud2 tạo giá trị đặt dòng hồ quang cần ổn định và các tín hiệu phản hồi AIhq và -BUhq để so sánh và tạo luật điều khiển đưa tới các khối logic, tổng hợp tín hiệu để điều khiển hai bộ chỉnh lưu đưa điện áp ra điều khiển nâng hạ điện cực. 2. Sơ đồ khối của mạch. -BUhq A.Ihq -Ud1; -Ud2 -E +E Ukc Mạch tạo luật điều khiển Khối -Ud1; -Ud2 là khối tạo ra giá trị dòng điện cần ổn định hàng trục (-Ud1), hàng đơn vị (-Ud2). Khối +E, -E là khối tạo ra ngưỡng không nhạy. Trong bản thân mạch tạo luật điều khiển sẽ chia các tín hiệu trên thành 2 nhóm Uå1 và Uå2 để tạo nên 2 thời điểm quyết định tín hiệu đầu ra của mạch khống chế. Với: Uå1 = +E + AIhq- BUhq- Ud1- Ud2 Uå2 = -E + AIhq- BUhq- Ud1- Ud2 Đặt: DU = AIhq- BUhq- Ud1- Ud2 ® Uå1 = +E + DU Uå2 = -E + DU */ Nguyên lý làm việc của mạch. Khi: Uå1 = +E ± DU > 0 Uå2 = -E ± DU < 0 Thì mạch khống chế đưa tín hiệu khống chế đến mạch phát xung để khống chế sự đóng mở các thyristor để động cơ đứng yên. Khi: Uå1 = +E ± DU > 0 Uå2 = -E ± DU > 0 Thì mạch khống chế đưa tín hiệu khống chế đến mạch phát xung để khống chế sự đóng mở các thyristor để động cơ quay lên (điện cực đi lên). Khi: Uå1 = +E ± DU < 0 Uå2 = -E ± DU < 0 Thì mạch khống chế đưa tín hiệu đến mạch phát xung khống chế sự đóng mở các thyristor để động cơ đi xuống (hạ điện cực). 3. Xét mạch tạo luật điều khiển sau. R1 o o o o o A1 A2 A4 A5 R2 R3 +E R4 R5 R6 R7 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R25 -Ucc Ukc WR1 WR2 + - - + + - - + D2 D1 D3 D4 D C +Ucc +Ucc -Ucc +Ucc Tr D5 A3 R8 R9 R10 R11 R12 -Ud1 -Ud2 -BUhq AIhq -E + - Trước khi xét sơ đồ nguyên lý toàn mạch thì ta đi xét các phần tử cấu thành nên mạch. Mạch khuếch đại đảo (đảo tín hiệu). o R1 R2 Uv Ura U0 A1 + - o Trên sơ đồ nguyên lý các phần tử R1, R2, A1 được ghép với nhau thành mạch khuếch đại đảo với sơ đồ. Đây là mạch khuếch đại đảo thực hiện hồi tiếp âm song song điện áp ra qua điện trở hồi tiếp R2. Giả thiết điện áp đầu vào của khuếch đại thuật toán U0= 0 khi đó ta có. Ura= -R2/R1. Uv Chọn R1= R2 thì sơ đồ có tính chất đảo lặp lại điện áp lúc này điện áp ra là đảo của điện áp vào: Uv= -Uv. Hay nói cách khác mạch này đảo điện áp -E thành +E để tạo nên ngưỡng không nhạy của hệ thống. b. Mạch cổng chỉnh lưu điện áp. Trên sơ đồ nguyên lý các phần tử R3, R4, R5, R6, R7, R13, D1, D2 và KĐTT A2 được nối với nhau tạo thành mạch cổng chỉnh lưu điện áp góc phần tư thứ 2. Các phần tử: R8, R9, R10, R11, R12, D3, D4 và KĐTT A3 được nối với nhau thành mạch cổng chỉnh lưu điện áp góc phần tư thứ tư. Ta đi xét từng mạch cụ thể: R,5 U1 U2 U3 U4 + - R,1 U5 o Ura R0 - Mạch cổng đảo. Ta có: Ur= -R0(I1+ I2+ I3+ I4+ I5) Giả sử chọn: R,1= R,2=…= R,5= R0 Khi đó: Ur= -(U1+ U2+ U3+ U4+ U5) Vậy điện áp ra là đảo của tổng các điện áp vào. - Mạch chỉnh lưu nửa sóng phần tư thứ 2. + - U,r o Ur R0 o o D,1 D,2 R Uv Ur Uv 0 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính vào ra như sau. Khi Uv KĐTT có giá trị (+) ® U,r < 0 ® D,2 thông. Giả thiết D,2 là lý tưởng thì sụt áp trên điốt = 0 và điện thế đầu vào đảo bằng điện thế đầu ra và = 0. nhưng thực tế thì sụt áp trên điốt cỡ 0,7v nên điện thế đầu ra U,r= - 0,7(v) khi đó điốt D,1 khoá nên điện áp ra Ur= 0. Khi điện áp đầu vào đảo có giá trị âm thì đầu ra có giá trị dương khi đó D,2 được đặt điện áp ngược còn D,1 được đặt điện áp thuận, nên D,1 mở và Ur=U,r- 0,7(v). Lúc này mạch làm việc như 1 bộ khuếch đại đảo với: Ur= -R0/R . Uv. - Mạch chỉnh lưu nửa sóng góc phần tư thứ tư. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính vào ra như sau. + - U,r o Ur R,0 o o D,1 D,2 R, Uv Ur Uv 0 Khi điện áp đầu vào KĐTT có giá trị âm thì đầu ra KĐTT sẽ có giá trị U,r > 0 khi ấy D,2 được phân cực thuận ®D,2 thông nhưng do sụt áp trên điốt nên U,ra=0,7(v). Khi đó D,1 khoá nên điện áp ra Ura = 0(v). Khi điện áp đầu vào đảo có giá trị dương thì đầu ra U,ra có giá trị âm ® D,2 bị đặt điện áp ngược® D,2 khoá còn D,1 được đặt điện áp thuận nên D,1 thông. Khi đó ta có điện áp ra Ura= U,ra- 0,7(v). Lúc này mạch làm việc như một bộ khuếch đại đảo với: Ura= R,0/ R,. Uvào - Nếu kết hợp mạch cổng đảo với mạch chỉnh lưu sóng góc phần tư thứ 2 ta được sơ đồ. R,5 U1 U2 U3 U4 + - R,1 U5 o Ura R0 D,1 D,2 Với những tín hiệu tổng hợp là (-) thì tín hiệu ra được khuếch đại so với tín hiệu vào. Với những tín hiệu tổng hợp là (+) thì tín hiệu ra = 0. R,1 - Nếu kết hợp mạch cổng đảo với mạch chỉnh lưu sóng góc phần tư thứ tư thì ta được. R,5 U1 U2 U3 U4 + - U5 o Ura R0 D,1 D,2 Với những tín hiệu tổng hợp là (-) thì Ura= 0. Với những tín hiệu tổng hợp là (+) thì tín hiệu ra được khuếch đại so với tín hiệu vào. c. Các phần tử R15, R16, R17, R18, WR1 và KĐTT A4 tạo thành mạch cộng và khuếch đại tín hiệu do có đường hồi tiếp âm từ đầu ra quay trở về đầu vào đảo. d. Với các phần tử R19, R20, R21, D5, WR2 và KĐTT A5 được nối với nhau tạo thành mạch so sánh tổng dùng để đưa tín hiệu đến điều khiển rơle đóng cắt khoá K. 4. Nguyên lý làm việc của mạch tạo luật điều khiển. Giả sử tại thời điểm ban đầu khi bắt đầu mồi hồ quang khi đó chưa có dòng điện hồ quang:AIhq= 0, BUhq= max điện áp hồ quang lúc này là lớn nhất, đồng thời các giá trị đặt chưa có: Uđ1= Uđ2= E = 0 Khi đó DU= AIhq- BUhq- Uđ1- Uđ2 = -BUhq nên tổng điện áp đầu vào của hai KĐTT A2 và A3 đều có giá trị âm, lúc đó đầu ra của A2 có điện thế (+) còn Ura A3 bằng 0 và đầu vào KĐTT A4 có điện thế (+) làm cho đầu ra Ukc 0 nên Ur A5 < 0 ® Tr khoá. Lúc này mạch khống chế phát tín hiệu đến mạch điều khiển để điều khiển động cơ quay hạ điện cực tiến hành mồi hồ quang. Tại thời điểm này xuất hiện dòng hồ quang A.Ihq đồng thời có các giá trị đặt Ud1, Ud2, ± E. Khi đó: DU= AIhq- BUhq- Ud1- Ud2 Trong quá trình làm việc nếu đảm bảo DU< 0 và /DU/< E thì tổng điện áp đầu vào KĐTT A2 có giá trị (+) nên Ur A2 có giá trị điện áp (-) khi đó D1 thông nên điện thế tại điểm D là UD= 0 đồng thời tổng điện áp của KĐTT A3 có giá trị (-) nên điện áp ra KĐTT A3 có giá tri (+) khi đó D3 thông ® điện thế tại điểm C là UC= 0. Lúc này tổng điện áp đầu vào KĐTT A4 = 0 nên điện áp ra UKC= 0 ® khi đó động cơ đứng yên ® điện cực lò hồ quang cũng đứng yên. Nếu vì lý do nào đó làm cho điện áp hồ quang giảm ( thường là do ngắn mạch khi làm việc), dòng hồ quang tăng khi đó DU > 0. Nếu sự sai lệch dòng, áp hồ quang nhỏ tức là /DU/ < E thì tổng điện áp vào KĐTT A2 vẫn có giá trị (+) và tổng điện áp vào KĐTT A3 có giá trị âm nên đầu ra của mạch tạo luật điều khiển có UKC= 0 nên động cơ vẫn đứng yên. Nếu sai lệch dòng, áp hồ quang quá giá trị cho phép tức là /DU/ > E thì tổng điện áp đầu vào của KĐTT A2 có giá trị điện áp (+) nên đầu ra của A2 có giá trị điện áp (-) khi đó D1 thông D2 khoá nên điện áp tại điểm D là UD= 0. Tổng điện áp đầu vào KĐTT A3 có giá trị (+) nên đầu ra A3 có giá trị âm ® điốt D3 khoá, D4 thông và điện áp tại điểm C là UC< 0. Nếu sự sai lệch dòng, áp quá giá trị cho phép nhưng vẫn còn sai lệch trong giới hạn nhỏ thì khi đó /UC/ 0 và thay đổi tuyến tính theo sự thay đổi dòng, áp hồ quang (UD) và khi đó mạch phát xung yêu cầu động cơ nâng điện cực nên. Nếu sự thay đổi dòng, áp hồ quang lớn khi đó /UC/ > UF và khi đó điện áp đầu ra KĐTT A5 có giá trị (+) nên Tranzitor mở ® điện áp UKC có giá trị (+) lớn nhất yêu cầu động cơ quay với tốc độ lớn nhất để nâng điện cực nên. Nếu vì lý do nào đó làm cho điện áp hồ quang tăng và dòng hồ quang giảm khi đó DU E thì tổng điện áp đặt vào KĐTT A2 có giá trị (-) nên đầu ra của KĐTT A2 có giá tri điện áp (+) lúc này D1 khoá, D2 thông nên điện áp tại D là UD > 0. Đồng thời tổng điện áp vào KĐTT A3 có giá trị (-) nên điện áp tại C là UC = 0 nên ® đầu ra A5 có điện áp (-) làm cho Tr khoá lúc này tổng điện áp vào KĐTT A4 có giá trị (+) nên đầu ra của KĐTT A4 có giá trị (-) tức là UKC < 0 ® yêu cầu động cơ hạ điện cực xuống. Đ3.4. Các mạch phản hồi và mạch đặt điện áp chuẩn. 1. Mạch phản hồi dòng điện hồ quang (AIhq). Mạch này có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện áp từ máy biến dòng tỷ lệ với dòng điện hồ quang để đưa tới mạch tạo luật điều khiển, tín hiệu này phản ánh sự thay đổi của dòng điện hồ quang. Để phản ánh trung thực tín hiệu phản hồi dòng điện ta có thể sử dụng sơ đồ mạch chỉnh lưu chính xác để biến đổi tín hiệu xoay chiều sang máy biến dòng đưa vào đầu vào nhận tín hiệu phản hồi dòng của mạch tạo luật điều khiển. R6 R7 R8 R9 R10 C1 C2 C3 A3 - + Mạch tạo luật điều khiển - R1 R2 R3 R4 R5 A2 A1 D1 D2 Ihq + - + o Sơ đồ nguyên lý như sau: Để phân tích hoạt động của sơ đồ ta đi phân tích hoạt động của từng khâu sau. a. Mạch chỉnh lưu 2 cực tính. Từ sơ đồ ta thấy 2 phần tử A1, A2 đóng vai trò là mạch chỉnh lưu chính xác toàn sóng. Trong đó A1 kết hợp với R1, R3, D1, D2 tạo thành mạch chỉnh lưu 1 cực tính không bão hoà góc phần tư thứ 2. A2 kết hợp với R2, R4, R5 tạo nên mạch cộng đảo tín hiệu. Vậy sơ đồ mạch này như sau: - R1 R2 R3 R4 R5 A2 A1 D1 D2 Uvào + - + o o A Nguyên lý làm việc: Khi Uvào> 0 thì điện áp ra tại điểm A của KĐTT, UA= 0 nên tín hiệu vào cổng đảo chỉ còn tín hiệu điện áp vào. Để mạch làm nhiệm vụ chỉnh lưu tức là điện áp ra bằng điện áp vào thì ta chọn hệ số khuếch đại của bộ cộng đảo = 1 (K= 1). K= R5/R2= 1 ® R5= R2 Khi đó điện áp ra Ura= -R5/R2. Uvào= -Uvào Khi Uvào< 0 thì điện áp đầu ra của mạch chỉnh lưu là. UA= -R3/R1.Uvào= -Uvào với R3= R1. Lúc này điện áp đầu vào KĐTT A2 là tổng của 2 tín hiệu điện áp vào và điện áp ra tại điểm A nên khi đó ta có điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu là: Để điện áp ra bằng điện áp vào thì. R5/R2 – R5/R4= -1Û R5. R4 – R5. R2= -R2R4 Û R5. R4= (R5- R4). R2 mà ta chọn R5= R2 ® R4= R5- R4 Þ R4= 1/2R5 b. Mạch lọc. R6 R7 R8 R9 R10 C1 C2 C3 A3 - + Mạch tạo luật điều khiển o Uvào Ura Các phần tử R6, R7, R8, R9, C1, C2, C3, R10 và KĐTT A3 trên sơ đồ đóng vai trò là mạch khuếch đại đảo và lọc tín hiệu. Mạch này có tác dụng là loại đi những thành phần sóng hài bbậc cao. ở bộ lọc này ta sử dụng 3 khâu tích phân mắc nối tiếp với nhau. Khi ấy với những tín hiệu điện áp có tần số thấp thì mạch điện được khuếch đại nên nhờ điện trở hồi tiếp R8, còn những sõng hài bậc cao thì bị dập đi nhờ 3 tụ lọc C1, C2, C3. Mạch này có chức năng là đảo tín hiệu nên khi điện áp vào là âm thì điện áp ra sẽ là dương do đó điện áp ra của mạch là dương ® điện áp ra của mạch chỉnh lưu là dương. 2. Mạch phản hồi điện áp hồ quang (B.Uhq) Mạch có tác dụng nhận tín hiệu điện áp của điện cực lò hồ quang qua máy biến áp đến mạch phản hồi điện áp. Đầu ra của mạch phản hồi điện áp được đưa tới đầu vào phản hồi áp của mạch tạo luật điều khiển. Sơ đồ mạch như sau. R6 R7 R8 R10 R9 C1 C2 C3 A3 - + Mạch tạo luật điều khiển - R1 R2 R3 R4 R5 A2 A1 D1 D2 B.Uhq + - + o A4 - + Ura R12 R13 R14 R15 R16 R11 Rph K1 K2 K3 K4 K5 Từ sơ đồ trên có: Sơ đồ gồm 2 khối: Khối I chính là mạch chỉnh lưu chính xác (như mục 1) với điện áp ra của khối này là (+). Nhưng vì phản hồi áp hồ quang ta cần điện áp (-) khi đó khối II có chức năng đảo tín hiệu điện áp đồng thời có thể thay đổi được điện áp phản hồi BUhq. Mạch khuếch đại đảo chiều gồm có các điện trở từ R11¸ R16 và Rph, KĐTT A4. Mạch này ngoài chức năng khuếch đại đảo chiều tín hiệu ra thì nó còn có thể thay đổi được hệ số khuếch đại bằng cách đóng mở các khoá K. Khi các khoá K cùng mở thì : Nên khi thay đổi sự đóng mở khoá K thì ta thay đổi được hệ số khuếch đại của mạch tức là thay đổi điện áp ra. Khi các khoá K mở thì Ura là min. Khi các khoá K đóng thì Ura là max. Uramax= Rph/R11. Uvào Trong quá trình nấu thép bằng dòng hồ quang, ứng với mỗi giai đoạn cần 1 công suất lò khác nhau, nên người ta phải thay đổi nhiều cấp của BA lò, ứng với mỗi cấp của BA lò sẽ có giá trị đầu vào khác nhau. Để đảm bảo tín hiệu điện áp hồ quang đưa đến đầu vào khuếch đại tổng hợp luôn luôn có giá trị xác định ta thiết kế bộ điều khiển điện áp, việc thay đổi các giá trị này thực hiện bằng các khoá K (bộ phân áp) đóng mở các điện trở đầu vào khâu đảo dấu A4. 3. Mạch đặt dòng hồ quang. Mỗi công suất lò khi thay đổi sẽ có dòng hồ quang định mức Iđm khác nhau. Trong quá trình nấu thép sẽ yêu cầu công suất khác nhau, dòng hồ quang được xác định theo một giá trị đặt trước và giữa giá trị đó khi hồ quang cháy ổn định. Giá trị dòng đặt được đặt theo 2 mức độ tỷ lệ của dòng hồ quang định mức (hàng trục và hàng đơn vị theo %Iđm). Để đặt điện áp ngưỡng (giá trị dòng điện cần ổn định Ud1, Ud2, vùng không nhạy ± E) thì có thể sử dụng mạch điện thực hiện sau. Mức điện áp đầu ra của A2, A3 là hoàn toàn như nhau, nhưng nhờ các giá trị điện trở nối chúng với mạch tổ hợp nên chúng sẽ đạt giá trị hàng trục (-Ud1) và hàng đơn vị (-Uđ2) khác nhau. Khi chưa có dòng hồ quang hoặc khi dòng hồ quang Ihq£ 5%IH thì dòng đặt bị dập qua A1, Tr1, Tr2, D đảm bảo tính năng khi không có điện áp lò thì động cơ đứng yên, khi dòng hồ quang thay đổi ít sẽ hạn chế được tín hiệu hạ điện cực. Sơ đồ mạch đặt dòng hồ quang như sau: o +Ucc o o R01 R1 R2 R3 R7 R4 R8 R0 R0 R0 R0 A3 - + -Ud2 + -Ud1 R1 R2 R3 R4 R5 R01 R6 R0 R0 R0 R0 +Ucc A2 - + o o + R, +Ucc -Ucc + - A1 R Tr1 Tr2 o o WR 4. Đặt vùng không nhạy. Vùng không nhạy là giá trị đặt trước có khả năng thay đổi theo cấp từ (0¸10)% giá trị định mức của tín hiệu điều khiển. Tuỳ theo quá trình nấu thép mà ta đặt các mức khác nhau. Nếu tổng hợp dòng áp hồ quang theo biểu thức: DU= aUhq- bIhq lớn hơn giá trị vùng không nhạy thì tín hiệu điều khiển (Uđk ¹ 0) và cho tín hiệu điều khiển. Khi DU nhỏ hơn vùng không nhạy thì động cơ không quay tức điện cực đứng yên. o o 2R R R R R1 2R R0 R0 R0 R0 R2 A1 - + -E +15v + K R2 A2 - + +E R1 Sơ đồ mạch đặt vùng không nhạy: 5. Khâu phản hồi âm tốc độ. Để nâng cao độ cứng đặc tính cơ biện pháp tốt nhất là sử dụng phản hồi. Phản hồi âm tốc độ được lấy qua máy phát tốc, máy phát tốc là máy phát điện một chiều, có điện áp ra tỷ lệ với tốc độ động cơ. Tín hiệu phản hồi được lấy trên điện trở R1 đưa đến khâu tổng hợp tín hiệu. Ur=-g.n R1 FT w o o 6. Khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt. Để tránh dòng điện qua động cơ tăng quá mức cho phép khi khởi động, hãm hay gặp quá tải. Trong hệ thống ta sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện phần ứng, ở đây sử dụng mạch phản hồi âm dòng có ngắt. Sơ đồ mạch phản hồi âm dòng có ngắt như sau: A B C o o o BI CL R R o +Ucc A1 - + Máy biến dòng BI nhằm cách ly về điện giữa mạch động lực và mạch khống chế, tạo ra điện áp tỷ lệ với dòng phần ứng, và được chỉnh lưu qua bộ chỉnh lưu CL. Tín hiệu phản hồi được lấy một phần trên điện trở R và được so sánh với điện áp ngưỡng (điện áp đặt hay chính là dòng điện đặt). Khi Iư< Ing thì đầu ra của A có giá trị âm làm cho điôt D khoá, không có tín hiệu đến khâu tổng hợp tức là khâu ngắt chưa tham gia. Khi Iư > Ing thì đầu ra của A có giá trị dương làm cho D thông tức là có tín hiệu đến khâu tổng hợp tín hiệu lúc này khâu ngắt bắt đầu tham gia làm hạn chế dòng điện tức góc mở a tăng ® Uư giảm. 7. Thiết kế mạch tạo nguồn nuôi. Trong mạch điều khiển sử dụng các linh kiện điện tử để tạo nguồn nuôi cho các thiết bị này ta dùng một mạch điện tạo ra mức điện áp ±15v để tạo nguồn nuôi. BA: Sử dụng máy biến áp pha ở phía sơ cấp 220v , ở thứ cấp có hai cuộn dây W21 và W22 với các thông số hoàn toàn giống nhau. DC1 ¸ DC4 : Nhiệm vụ chỉnh lưu, CC1 ¸ CC8 Lọc thành phần sóng hài. IC7815, IC7915 Sẽ tạo ra mức điện áp ±15v một chiều. Phần IV Tính chọn các phần tử của sơ đồ và xác định hệ số khuếch đại của hệ thống Phần IV Tính chọn các phần tử của sơ đồ và xác định hệ số khuếch đại của hệ thống Đ4.1. Tính chọn các phần tử của sơ đồ I. ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị. Việc tính chọn thiết bị có một ý nghĩa hết sức quan trọng cả về mặt kỹ thuật và về mặt kinh tế. Tính chọn càng tỉ mỉ, chính xác bao nhiêu thì hệ thống sẽ làm việc càng chính xác an toàn bấy nhiêu. Hơn nữa nếu tính chọn tốt sẽ nâng cao được hiệu xuất của hệ thống. Nếu ta tính chọn thiết bị thiếu chính xác thì hệ thống có thể làm việc kém chất lượng hoặc không làm việc được, khả năng quá tải kém, dễ bị cháy hỏng thiết bị, điều này là hết sức cần thiết cho các thiết bị bán dẫn của hệ thống. Vậy việc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu như sau: - Về kỹ thuật: Phải đảm bảo yêu cầu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị. - Về kinh tế: Các thiết bị khi chọn thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí về kinh tế hợp lý. II. Tính chọn thiết bị mạch động lực. Số liệu tham khảo lò hồ quang của nhà máy luyện cán thép Gia Sàng (Thái Nguyên) như sau: - Điện cực: Đường kính d = 300mm Chiều dài l = 1500mm Trọng lượng p = 125kg - Dung lượng là 12 tấn. - Suất chi phí năng lượng để nấu chẩy W = 535(KWh/tấn). - Công suất máy biến áp là P = 5200KVA. - Điện áp sơ cấp biến áp lò U1= 6KV. - Điện áp thứ cấp biến áp lò U2= 190ữ250V. Số cấp điện áp thứ cấp là 4. - Động cơ dịch chuyển điện cực: P = 4,5KW, U= 220V, I= 18,2A 1. Chọn động cơ điện cho truyền động dịch cực. Động cơ điện chuyển dịch là động cơ điện một chiều kích từ độc lập có các thông số sau: Ký hiệu Pđm (KW) Uđm (V) Iđm (A) nđm (v/ph) Rư+ Rf (W) GD2 (kgm2) p - 42 4,5 220 25,4 1500 0,795 0,18 Xác định hệ số khuếch đại của động cơ. Từ phương trình đặc tính cơ điện của động cơ ta có. Ta có: Ta có: Vậy ta có hệ số khuếch đại động cơ là: 2. Chọn thyristor. Thyristor được chọn theo 2 điều kiện sau: - Dòng điện: ITtb ³ Ki. ITtb max - Điện áp: Ung max ³ Ku. Kng. Uđm - Chọn theo điều kiện dòng điện. ITtb ³ Ki. ITtb max Trong đó: Ki: Là hệ số dự trữ dòng điện, chọn Ki = 3. ITtb max: Là giá trị dòng điện trung bình lớn nhất qua T khi dòng tải là định mức. Với sơ đồ hình tia: ITtb max = Iđm/3 Vậy ITtb ³ 3. Iđm/3 = Iđm = 25,4(A) ITtb = 25,4(A). - Chọn theo điều kiện điện áp: Điện áp ngược cực đại đặt lên thyristor là. Ung max ³ Ku. Kng. Uđm Trong đó: Ku: Là hệ số dự trữ, chọn Ku= 1,5. Kng: Là hệ số phụ thuộc sơ đồ, Kng= 2,45. Ung max= 1,5. 2,45. 220 = 808,33 (V). Từ số liệu tính toán của ITtb và Ung max. Tra sách điện tử công suất ta chọn được thyristor do liên xô chế tạo có các thông số sau. Tra bảng 1- 4 (32) điện tử công suất của Nguyễn Bính. Mã hiệu Itb (A) Ui m (KV) DU (V) Toff (ms) Ig (A) Ug (V) Di/dt (A/ms) Du/dt (V/ms) T - 25 25 0,05 ữ 1 1 70 ữ 250 0,3 5 10 ữ 70 3. Tính chọn máy biến áp động lực. Máy biến áp động lực có tổ đấu dây Y/Y0 Điều kiện chọn như sau. - Sđm BA ³ Stt - I11đm ³ I1đm - I21đm ³ I2đm - U2đm ³ Ku. Kr. Ka. Ka. Uđm Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức. U2đm ³ Ku. Kr. Ka. Ka. Uđm Trong đó: - Uđm: Điện áp định mức động cơ. - Ku: Hệ số xét đến khả năng ảnh hưởng dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lưới. Ku= 1,05 ữ 1,1 ® chọn Ku= 1,1 - Ka: Hệ số kể đến góc điều khiển a nhỏ nhất (amin) nhằm đảm bảo chắc chắn hệ thống không rơi vào trạng thái lật nhào nghịch lưu. Chọn amin= 150 ® Ka= 1/cosamin= 1,035 - Kr: Hệ số xét đến sụt áp trên điện trở thuần của máy biến áp, trên điện cảm cuộn dây thứ cấp máy biến áp, do chuyển mạch sụt áp dây nối trên các van. Kr= 1,15 ữ 1,25 chọn Kr= 1,25 Ka: Hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu, với sơ đồ hình tia ta chọn Ka= 0,85 Vậy ta có: U2đm= 1,1. 1,035. 1,25. 0,85. 220 = 266,12 (V) Ta có chỉ số máy biến áp. Giá trị trung bình dòng chảy qua mỗi van chỉnh lưu là. IT = Id/3 = 25,4/3 = 8,467 (A) Dòng điện hiệu dung chảy qua mỗi pha T/C MBA là. Dòng điện hiệu dụng chảy qua mỗi pha sơ cấp là. I1 = I2. m = 14,665. 0,7 = 10,266 (A) Công suất MBA là. S = Kqt. Ud. Id Trong đó: Kqt: Hệ số kể đến MBA làm việc quá tải Kqt = 1,4 S = 1,4. 220. 25,4. 10-3= 7,823 (KVA) Dựa vào các số liệu đã tính ta chọn MBA có các thông số sau. U1đm (V) U2đm (V) Sđm (KVA) I1đm (A) I2đm (A) 380 266 7,8 10,266 14,665 4. Chọn cuộn kháng san bằng. Theo tài liệu “Điện tử công suất lớn ứng dụng thyristor” ta có biểu thức tính chọn cuộn kháng san bằng như sau. Tra bảng 2-1, tài liệu trên có : Mx= 3, w = 2pf = 2.3,14.50 = 314 R= a. Rư= 1,2. 0,795 = 0,954 (W) Với a = 1,2 là hệ số quy đổi điện trở về 750C. KSB= KV/KR là hệ số san bằng. KV: Hệ số xung đầu vào. KV= 0,25 KR: Hệ số xung đầu ra. KR= 0,1% KSB= KV/KR= 0,25/0,001= 250 Thay vào biểu thức tính LSB ta được. Kích thước lõi thép: Chọn lõi thép hình chữ ỉ, chiều rộng trụ giữa của lõi thép Với phương pháp tính lõi thép không theo kích thước chuẩn cho ta đưa vào các hệ số phụ. m = h/a, n = c/a, k = b/a Trong đó: h: Chiều cao cửa sổ lõi thép. c: Chiều rộng cửa sổ lõi thép. b: Chiều dày lõi thép. Theo kinh nghiệm với lõi thép hình chữ ỉ thì. m = 2,5, n = 0,5, k = 1 ữ 1,5 là tốt nhất ® chọn k = 1,3. b = 1,3. a = 1,3. 9,29 = 12,08 (cm). Tiết diện trụ giữa lõi thép. Q = 1,3. a2 = 1,3. 9,292 = 112,25 (cm2) Chiều rộng cửa sổ lõi thép. C = n. a = 0,5. 9,29 = 4,645 (cm) Ta có chiều dài đường sức từ. l = 2(k + n + m).a l = 2(1,3 + 0,5 + 2,5).9,29 = 61,314 (cm) h = m. a = 2,5. 9,29 = 23,225 (cm) Ta có hệ số tính số vòng dây cuộn kháng. Dựa vào đồ thị hình II-56 tài liệu điện tử công suất lớn ứng dụng thyristor tìm được. Hệ số từ thẩm của lõi thép. m = 52 Chiều rộng khe hở không khí. lkh% = 2 Chiều dày khe hở. lkh= 2. 0,05. lkh%. l =2. 0,05. 2. 61,314 = 12,2628 (cm) - Số vòng dây cuộn kháng. (vòng) Đường kính dây dẫn. Trong đó: J = 4,5 mật độ dòng điện. Hệ số lấp đầy của cuộn kháng: Điện trở cuộn dây : 5. Chọn cuộn kháng cân bằng. Theo tài liệu điện tử công suất, giá trị cực đại của dòng cân bằng ở sơ đồ hình tia 3 pha là. với X = 2.Xcb+ 2.XNM Trong đó: XNM: là điện trở kháng ngắn mạch 1 pha biến áp. XNM = w. 2BA= w. 2. LSB= 314. 2. 0,253 = 0,159 (W) Để đảm bảo cho 2 bộ biến đổi làm việc tốt nhất thì giá trị lớn nhất của dòng cân bằng trong trường hợp xấu nhất không vượt quá 10% dòng điện chỉnh lưu. Ta có: 6. Chọn máy phát tốc. Máy phát tốc làm nhiệm vụ phản hồi âm tốc độ, nó thường được nối cứng trục với động cơ. Người ta thường chọn máy phát tốc có điện trở phần ứng nhỏ, hệ số khuếch đại lớn. Để thoả mãn độ cứng thì máy phát tốc được chọn phải thoả mãn điều kiện sau : nđmFT ³ nđmĐC Vậy chọn máy phát tốc có số liệu sau: Mã hiệu Uđm(V) nđm(v/ph) Iđm(A) Rư (W) ÄÕ - 100 100 1500 0,08 200 Hệ số truyền của máy phát tốc. Điện áp ra của máy phát tốc được đưa qua biến trở và ta chỉ lấy một phần điện áp từ biến trở, ta lấy UT = 10 (V). Vậy hệ số truyền thực tế như sau: 7. Tính chọn biến áp xung. Biến áp xung là MBA có công suất nhỏ, có mạch từ nhanh bão hoà. Khi mạch từ bão hoà thì trên cuộn thứ cấp không có từ thông biến thiên nên không có sđđ tự cảm vì vậy không có xung ra. Biến áp xung không cho truyền tín hiệu có độ rộng Tx lớn. Tỷ số BAX thường là: m = U1/U2 = 2 ¸ 3 Ta chọn m = 3 Vì thyristor mở ở điện áp mở U2 = 5 (V) và I2 = 0,3 (A). Vậy điện áp đặt lên cuộn sơ cấp là: U1= 3. U2= 3. 5 = 15 (V) Dòng điện sơ cấp BAX là: I1= I2/3 = 0,3/3 = 0,1 (A) Chọn vật liệu sắt từ '330 hình chữ $ làm việc trên 1 phần đặc tính từ hoá: DB = 0,7(T); DH = 50(A/m), có khe hở từ thẩm lõi sắt từ. Vì mạch từ có khe hở nên phải tín