Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động chính máy tiện

n tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao. Khi làm việc lại gây ồn ào, rung động mạnh, công lắp đặt lớn, vốn đầu tư cao. Trong giai đoạn CNH - HĐH ngày nay với xu thế chung hướng tới mục tiêu yêu cầu tối ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ không gây ồn, ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Với hệ truyền động F-Đ, mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH - HĐH hiện nay. Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại người ta đang dần tiền hành thay thế hệ thống truyền động F-Đ bằng các hệ truyền động khác. Với hệ truyền động T-Đ có hệ số khuếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ. Kích thước nhỏ và gọn nhẹ. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ xu hướng tự động hoá các hệ thống tự động, gia công chính xác nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cách lắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử lý. Nhìn chung hệ thống T-Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Với những ưu điểm và những đặc điểm phù hợp cách truyền động. Vậy em quyết định chọn phương án truyền động T - Đ. Bởi vì hệ T-Đ có chế độ tác động nhanh và dễ tự động hoá, phù hợp với yêu cầu của sự phát triển khoa học kỹ thuật đó là tối ưu hoá, tự động hoá gia công chi tiết chính xác, độ tin cậy cao, giảm được sức lao động và tăng năng suất, kích thước cơ khí gọn nên phần cơ khí của máy gọn tạo nên tính thẩm mỹ của hệ thống. Vì thế kinh tế vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn nhiều so với hệ truyền động F-Đ. PHẦN III THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG 1. Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lưu có điều khiển Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trờng hợp phải sử dụng nguồn điện áp một chiều có trị số thay đổi đợc để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tuỳ thuộc mục đích sử dụng. Các nguồn điện áp một chiều nhà máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi tĩnh (Khuếch đại từ) có khá nhiều nhược điểm, trong đó có nhược điểm cơ bản là tổn thất riêng khá lớn. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn và vi mạch điện tử thì việc sử dụng các bộ chỉnh lu bán dẫn có điều khiển ngày càng được phổ biến và có nhiều ưu việt. a) Sơ đồ nối dây hình tia: Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế Đặc điểm của sơ đồ nối dây hình tia: Số van chỉnh lu bằng số pha của nguồn cung cấp Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều. Nếu điện cực nối chung là katôt, ta có sơ đồ katôt chung, nếu điện cực nối chung là anôt, ta có sơ đồ nối anôt chung. Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính. Trung tính nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu b) Sơ đồ hình cầu: Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu: Số van chỉnh lu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m van có katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dương của điện áp nguồn ; m van có anôt chung ( 2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm anôt chung, 1 ở nhóm katôt chung. Hình 2-9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL- Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế 2. Nguyên lý làm việc của BBĐ xoay chiều - một chiều a) Sơ đồ tia: Xét sơ đồ tia 3 pha katôt nối chung Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện Điện áp Anôt - Katôt phải dương ( UA > 0) Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển và Katôt của van Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pha các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định. Ví dụ: ở pha A, trong khoảng t = 0 . uA > 0 Tuy nhiên ở các khoảng t = 0 / 6 uC > uA và t = 5/6 ub > uA Như vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong khoảng t = /6 - 5/6. Trong khoảng này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở. Tương tự với T2 và T3. Thời điểm 0 = t = /6 đợc gọi là thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ chỉnh lưu 3 pha. Nếu truyền tín hiệu mở van chậm hơn thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện thì khoảng dẫn dòng của van sẽ thay đổi (nhỏ hơn 2/3) dẫn đến trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu sẽ giảm đi. Khi góc mở càng lớn thì Ud càng nhỏ b) Sơ đồ cầu: Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu cầu ta có nhận xét: Để có dòng qua phụ tải thì trong sơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thông, một ở nhóm anôt chung, một ở nhóm katôt chung. Vậy với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua quá trình chuyển mạch thì khi bộ chỉnh lưu cầu m pha làm việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ luôn có 2 van có thể dẫn dòng khi có xung điều khiển: Van ở nhóm katôt chung nối với pha có điện áp dơng nhất và van ở nhóm anôt chung nối với pha có điện áp âm nhất. Thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ cầu cũng đợc xác định như đối với sơ đồ tia có số pha tương ứng: Để điều khiển điện áp chỉnh lu trên phụ tải một chiều ta thay đổi thời điểm đưa xung điều khiển đến các cực điều khiển của các van, làm thay đổi khoảng dẫn dòng của van làm điện áp trung bình của chỉnh lưu thay đổi. Đặc điểm của các sơ đồ hình tia là ngoài các thời gian chuyển mạch các van ứng với (là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đang bắt đầu làm việc ) dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở. Do đó dòng điện trong mạch phụ tải được xác định bởi sức điện động pha làm việc của máy biến áp, còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì được xác định bởi độ sụt áp trên pha đó. Ở sơ đồ cầu, bên ngoài chu kỳ chuyển mạch vẫn có hai van làm việc đồng thời .Dòng điện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha của máy biến áp dưới tác dụng của hiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghĩa là dưới tác dụng của sức điện động dây. Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gia làm việc. Trị số trung bình của sức điện động chỉnh lưu Ed ở trạng thái dòng điện liên tục được xác định như sau : Ed = Eđmcos Trong đó Eđm là trị số cực đại của sức điện động chỉnh lu ứng với trờng hợp Với sơ đồ 3 pha hình tia trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu là: Eđm1 =1,17E2f .Với sơ đồ cầu là Eđm2 =2,34E2f Trong đó E2f là trị số hiệu dụng của s.đ.đ pha thứ cấp máy biến áp Kết luận : Để phù hợp với yêu cầu của đề tài thì ta chọn bộ chỉnh lưu cầu 3 pha. 3. Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều: Do điện áp chỉnh lưu lặp đi lặp lại 2m (hoặc m) lần trong một chu kỳ của điện áp nguồn nên ở chế độ xác lập thì dòng qua tải cũng lặp đi lặp lại như vậy (tuỳ thuộc sơ đồ chỉnh lưu là tia hay cầu, số pha chẵn hay lẻ). Như vậy chỉ cần biết dòng và áp trên tải trong khoảng thời gian là 1/m chu kỳ hay là tương đương góc độ điện 2? / q ( q = 2m hoặc q = m). Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế của chỉnh lu trong một khoảng thời gian làm việc của một van. Hình 2- 10: Sơ đồ thay thế của chỉnh lu trong khoảng thời gian làm việc của van U: tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối với các van đang dẫn dòng trong sơ đồ ở thời gian đang xét. Nếu là sơ đồ tia thì chỉ có 1 van mở, u = uf. Nếu là sơ đồ cầu thì có 2 van ở 2 pha khác nhau cùng làm việc, u = ud. Nếu chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm bắt đầu mở một van trong sơ đồ thì u = Um.sin(t +) + Um - Biên độ điện áp nguồn (pha hoặc dây) + - góc pha đầu, T đặc trng cho van đang dẫn dòng, ở sơ đồ tia là 1 van, sơ đồ cầu là 2 van nối tiếp nhau, bỏ qua sụt áp trên van Ed, Rd, Ld là các phần tử của phụ tải Ud, Id - dòng và áp trên tải. Phơng trình cân bằng điện áp từ sơ đồ thay thế: (2-5) Giải phơng trình này ta nhận đợc biểu thức của dòng điện chỉnh lu: (2-6) Tuỳ thuộc đặc tính phụ tải, dạng sơ đồ, giá trị góc điều khiển mà có thể có các chế độ làm việc khác nhau: Nếu trong toàn bộ thời gian làm việc id > 0 ta có chế độ dòng tải liên tục Nếu trong một chu kỳ làm việc mà dòng tải có q khoảng bằng không và q khoảng khác không ( q = m nếu là sơ đồ tia, q = 2m nếu là sơ đồ cầu ) ta có chế độ dòng tải gián đoạn. Chế độ giới hạn giữa 2 chế độ nêu trên đợc gọi là chế độ dòng biên liên tục. 4. Đảo chiều trong hệ thống T - Đ Trong nhiều trờng hợp cần phải thay đổi đợc chiều dòng điện qua phụ tải của bộ chỉnh lưu. Do tính dẫn dòng một chiều của các van nên phải đảo chiều bằng công tắc tơ hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt gồm 2 bộ chỉnh lưu, mỗi bộ dẫn dòng theo một chiều. Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược. Về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngược hoạt động tương tự như nhau. Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dòng điện qua tải được đổi chiều. Thực tế ngời ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với các phương pháp điều khiển khác nhau. Để điều khiển 2 BBĐ song song ngược có thể sử dụng 2 phơng pháp điều chỉnh : Điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập): Là sử dụng 2 bộ phát xung độc lập nhau. Khi bộ phát xung này làm việc (phát xung mở cho BBĐ) thì bộ kia nghỉ, do đó các van trong BBĐ còn lại không thể mở được. Khi cần đảo chiều thì cho bộ này nghỉ, sau đó cho bộ thứ 2 phát xung để mở các van của BBĐ thứ 2. Phương pháp điều khiển này có nhược điểm là tần số đảo chiều không cao vì các van Thyristor cần có thời gian để khôi phục đặc tính khoá của nó. Điều khiển phụ thuộc: Cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến các BBĐ, trong đó một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, bộ còn lại làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ. Khi sử dụng phương pháp này, sẽ có dòng điện không cân bằng chạy trong các BBĐ. Để hạn chế dòng này người ta sử dụng các cuộn kháng cân bằng Hình 2- 10: Sơ đồ nối song song ngược của hệ thống CL - Đ có đảo chiều quay. Chọn phương án điều khiển chung Đặc điểm của phương pháp này là hai mạch chỉnh lưu cùng hoạt động, tức là cùng được phát xung điều khiển. Tuy nhiên một bộ phận làm việc ở chế độ chỉnh lưu, là bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc xoay chiều của động cơ, còn bộ kia chạy ở chế độ nghịc lưu và sẳn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu. Hình vẽ là thí dụ về bộ chỉnh lu đảo chiều sữ dụng sơ đồ cầu ba pha. Do hai bộ chỉnh lu cùng đấu vào một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau. Thiết kế mạch động lực: Muốn xây dựng sơ đồ mạch động lực phải chọn đợc sơ đồ chỉnh lưu để làm bộ biến đổi cho mạch, nh đã biết ở phần II, hệ T-Đ có tác động nhanh, cao, không gây ồn ào và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số công suất cao, điều đó thuận tiện cho các hệ thiết kế các hệ tự động điều khiển để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ. Mặt khác các mạch chỉnh lưu điều khiển có sức điện động Ed phụ thuộc vào góc điều khiển nên có thể dùng làm nguồn điều khiển điện áp phần ứng hoặc dòng kích thích động cơ. Tốc độ truyền động điện trong hệ thống này được điều chỉnh bằng cách biến đổi góc thông van chậm của van, tức là điều chỉnh sđđ Eđ của bộ biến đổi. Khi biến đổi từ 0 đến , trị số Eđ biến thiên từ Eđm đến 0. Rõ ràng là các đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện là một họ các đường thẳng song song với nhau. Các đường thẳng đó cắt trục tung tại những điểm tương ứng với các tốc độ không tải lý tưởng Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện khi bộ biến đổi là việc ở trạng thái động điện gián đoạn không thể biểu diễn bằng giải tích được. Trường hợp bộ biến đổi là việc ở trạng thái dòng điện liên tục, nếu biến đổi góc thông van thì tốc độ không tải lý tưởng giả định biến đổi trong một phạm vi rộng. Nếu thì =0 và động cơ làm việc ở trạng thái hãm động năng. Khi , , hệ thống truyền động điện sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh. Khi đó, năng lượng do máy điện một chiều sinh ra sẽ đợc bộ biến đổi van biến thành năng lượng điện xoay chiều để truyền vào lưới cung cấp. Khi này, bộ biến đổi van làm việc ở trạng thái nghịch lưu với đặc điểm sau: dòng điện trong mạch của nguồn xoay chiều chạy dưới tác dụng của sđđ E của động cơ. trong phần lớn khoảng dẫn của van, dòng điện này chảy ngược chiều sđđ của các cuộn dây máy biến áp.Để không xảy ra hiện tượng ‘‘đột biến nghịch lưu’’ với dòng điện trong mạch lớn gấp nhiều lần so với lúc làm việc bình thường, dễ gây hỏng trong bộ biến đổi, mà trước hết là gây nguy hiểm cho các van, ta phải hạn chế góc thông van: Trong đó: là khoảng thời gian để phục hồi tính chất ngắt của van. Khi tần số lới là 50Hz, góc phục hồi tính chất ngắt của van ion bằng khoảng 120. Đối với Thyristor, thời gian phục hồi tính chất ngắt không quá 150, tương ứng với . Thường thường, khi phân tích hoạt động của bộ biến đổi ở trạng thái nghịch lưu, người ta sử dụng khái niệm ‘‘ góc thông trước’’ của van . Tương ứng để loại trừ hiện tượng’’đột biến nghịch lưu’’ ta có điều kiện hạn chế sau: . Trong thực tế ở các hệ thống truyền động, van, người ta áp dụng ba phương pháp biến đổi chiều mômen động cơ sau: Biến đổi chiều từ thông động cơ khi chiều dòng điện phần ứng không đổi (hình a). (a) (b) (c) Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ các công tắc chuyển đổi (bộ đảo chiều) (hình b). Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ bộ biến đổi van hai nhóm (hình c). Khi áp dụng hai phương pháp đầu, động cơ được xung cấp từ bộ điều khiển đơn (bộ biến đổi một nhóm). Tuy nhiên, khi đó rất khó thực hiện chuyển đổi từ trạng thái động cơ sang trạng thái hãm với chiều quay không đổi. Sơ đồ đầu là rẻ nhất và đơn giản nhất, song có nhược điểm là thời hạn đảo chiều lớn, bằng khoảng (0,5 - 2,5)s ,( do hằng số thời gian của cuộn dây kích từ động cơ không lớn). Sơ đồ thứ hai tuy có thời hạn đảo chiều nhỏ hơn nhưng van không thể dưới 0,1s vì trong quá trình đảo chiều, phải đảm bảo thứ tự tác động nhất định trong hệ thống điều khiển truyền động điện. Đối với các hệ thống truyền động yêu cầu đảo chiều nhanh và cần có trạng thái động cơ hay trạng thái hãm trong cùng một chiều quay của động cơ, người ta sử dụng các sơ đồ có hai nhóm van (bộ biến đổi kép). Mỗi nhóm dẫn dòng điện theo một chiều nên bộ biến đổi có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều. Bộ biến đổi như vậy có thể được nối theo nhiều sơ đồ khác nhau. Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược. Về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngược hoạt động tương tự như nhau. Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dòng điện qua tải được đổi chiều. Thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với các phương pháp điều khiển khác nhau. Trong sơ đồ song song ngược, cả hai nhóm van đều được cung cấp từ một nhóm dây cuốn thứ cấp của máy biến áp. Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái động cơ, một nhóm van, ví dụ 1V làm việc ở trạng thái chỉnh lưu còn nhóm kia 2V bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở trạng thái nghịch lưu. Trong trường hợp thứ hai, để loại trừ hiện tượng truyền năng lượng do 1V biến đổi vào lưới qua 2V ta phải bảo đảm Eđ2> Eđ1. Nếu 2V làm việc ở trạng thái chỉnh lưu, thì 1V phải được khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu. Khi đó, tương ứng với trường hợp trên, ta có Ed1 Ed2: Như vậy nói chung Edn1 Edc2 , trong đó Edn1 , Edc2 - sđđ của các nhóm van bộ biến đổi làm việc ở trạng thái nghịch lưu và chỉnh lưu. Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái hãm tái sinh, một nhóm van làm việc ở trạng thái nghịc lưu, còn nhóm van kia bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ chỉnh lưu. Trường hợp này cũng phải đảm bảo quan hệ Edn1 Edc2 Trạng thái làm việc của bộ biến đổi van đảo chiều phụ thuộc rất nhiều vào phương thức điều khiển cả hai nhóm van. Khi điều khiển chung, tín hiệu điền khiển được đặt vào cả hai nhóm van sao cho đảm bảo được Edn1 Edc2. Trường hợp này cần hạn chế dòng điện cân bằng chạy giữa hai nhóm van dưới tác dụng của các trị số tức thời của sđđ các nhóm van. Do đó trong mạch của bộ biến đổi người ta nối các cuộn kháng cân bằng CB1 - CB4, như hình vẽ trên. Để loại trừ dòng điện cân bằng người ta sử dụng phương pháp điều khiển riêng các nhóm van của bộ biến đổi . Khi đó các tín hiệu điều khiển (xung) chỉ được đặt vào nhóm van đang làm việc, còn ở nhóm van kia (nhóm không làm việc tại thời điểm đang xét ) không có xung điều khiển nên nó bị ngắt. Để thay đổi trạng thái làm việc của bộ biến đổi người ta dùng một thiết bị biến đổi đặc biệt để ban đầu làm mất xung điều khiển trên nhóm van đang làm việc, rồi sau đó một khoảng thời gian ngắn (5 - 10s) đa xung điều khiển lên nhóm van thứ hai. Với thứ tự như vậy thì trạng thái dòng điện gián đoạn của bộ biến đổi sẽ tương ứng với quá trình chuyển đổi hệ thống truyền động điện từ trạng tái dộng cơ sang trạng tái hãm và ngược lại Các đặc tính tốc độ và đặc tính cơ của truyền động van đảo chiều có điều khiển riêng các nhóm van phụ thuộc vào cách phối hợp các góc điều khiển u điểm của phương thức điều khiển riêng so với điều khiển chung là: Không cần nối cuộn kháng cân bằng Tận dụng đợc khả năng máy biến áp (Ed.d.cmax = Eđm ) giảm bớt được xác suất đột biến nghịch lưu vì thời gian biến đổi làm việc ở trạng thái nghịch lưu ít hơn. - Giảm được tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu suất truyền động điện do không có dòng điện cân bằng. Tuy nhiên, khi điều chỉnh riêng yêu cầu về độ tin cậy của thiết bị chuyển đổi (để chuyển xung điều khiển từ nhóm van này sang nhóm van kia) cao hơn; có một khoảng hở khi chuyển đổi bộ biến đổi từ trạng thái chỉnh lưu sang trạng thái nghịch lưu, nên thời hạn của quá trình quá độ tăng lên. Cũng cần chú ý rằng phương thức điều khiển riêng không thể sử dụng cho các hệ truyền động có khả năng làm việc ở trạng tái không tải lý tưởng hoặc trong vùng gần đó (như thang máy chẳng hạn ) vì trạng thái dòng điện gián đoạn của bộ biến đổi tương ứng với các phụ tải nhỏ của động cơ. Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, thường người ta chọn máy biến áp có điện áp ngắn mạch lớn Unm = 8 - 10%, do đó xBA cũng có trị số lớn. kết quả là thành phần điện trở của bộ biến đổi do hiện tượng giảm áp trong quá trình chuyển mạch các van khá lớn. Đó là nguyên nhân chính làm mềm đặc tính cơ của truyền động điện. Nếu bộ biến đổi được nối vào lưới xoay chiều không qua máy bién áp thì người ta phải nối cuộn kháng hạn chế dòng điện vào mạch xoay chiều nối tiếp với bộ biến đổi. Cảm kháng xBA và RBA của máy biến áp nên hiện tượng trên vẫn tồn tại. Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ truyền động này, có thể sử dụng các hồi tiếp giống như trong hệ thống F - Đ, như hồi tiếp dương theo dòng điện phần ứng, hồi tiếp âm theo tốc độ và theo điện áp. Để hạn chế dòng điện trong bộ biến đổi và trong phần ứng động cơ, sử dụng hồi tiếp âm dòng điện có ngắt ; khi đó truyền động điện có đặc tính máy xúc. Vì bộ biến đổi van có hệ số khuếch đại lớn, nên trong nhiều trường hợp có thể thực hiện các hồi tiếp kể trên không qua khuếch đại trung gian Trong sơ đồ gồm có: Máy biến áp BA :Làm nhiệm vụ cung cấp nguồn cho mạch CB là cuộn kháng dùng để lọc nguồn 1 chiều gọi là cuộn kháng san bằng. BD là các máy biến dòng được sữ dụng để lấy tín hiệu âm dòng điện, đưa trở lại khống chế đầu vào mạch điều khiển. Các bộ R-C được mắc song song với các Thyristor trong các quá trình chuyển mạch và biến thiên du/dt ; di/dt Đ là động cơ địên 1 chiều kích từ độc lập, dùng để truyền động cho hệ thống. + Nguyên lý hoạt động của mạch lực: Đặc điểm của phương pháp điều khiển chung là 2 mạch chỉnh lưu cùng hoạt động, tức là cùng được phát xung điều khiển. Tuy nhiên một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu là bộ xác định dấu của điện áp một chiều hoặc chiều quay của động cơ, còn bộ kia chạy ở chế độ nghịch lưu và luôn sẵn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lưu. Do 2 bộ chỉnh lưu cùng dấu vào một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau: theo quy ước chiều trên sơ đồ như hình vẽ của các điện áp Ud1,Ud2 điều đó có nghĩa là: Ud1= -Ud2 Hay: Suy ra: Phương trình này cho ta quan hệ, hay luật phối hợp điều khiển hai mạch chỉnh lưu TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC: 1 . Động cơ: Kiểu Pđm (kW) n (vg/ph) Iđm (A) nmax U (v) 46,5 1500 238 1800 220 v . Rư động cơ: + Rư động cơ được tính gần đúng như sau: Lư – Là điện cảm phần ứng động cơ được tính theo công thức Umanxki – Lindvit: Ta có: Trong đó: là hệ số lấy cho động cơ không có cuộn bù Hệ số khuếch đại động cơ được tính: v/ph.V 2 . Tính chọn Thyristor. Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện toả nhiệt làm việc và các thông số cơ bản của van được tính như sau: * Điện áp ngược lớn nhất mà Thyrisitor phải chịu Do ta tính điện áp ngược lớn nhất nên Ud = Ud0 Với KnV = ; * Điện áp ngược mà van cần chọn: UnV = KdtU.Unmax = 1,5.230,3 = 345,5 (V). Lấy bằng 346 (V) Với KdtU – Hệ số dự trữ điện áp ( 1,3 – 1,5 ). Chọn KdtU = 1,5. * Chọn theo điều kiện dòng điện ITbV KI ITtbmax Trong đó: KI là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy KI = 3 ITtbmax = I.đm/ 3 . Như vậy ta có : ITbV 248,6 A Từ các thông số UnV , IđmV ta chọn loại Tiristor T14-250 có các thông số: Điện áp ngược van UnV = 500 (V) Dòng điện ngược van InV = 300 (A) Đỉnh xung dòng điện Iđx = 6000 (A) Dòng điện xung điều khiển Iđk = 0,2 (A). Điện áp xung điều khiển Uđk = 3,5 (V) Dòng điện rò IR = 0,25 (A) Sụt áp trên Tiristor ở trạng thái dẫn (V). Tốc độ biến thiên điện áp du/dt = 200 ( ) Thời gian chuyển mạch tcm = 70 () Tốc độ biến thiên dòng điện di/dt = 100 () 3. Máy biến áp mạch động lực: a) - Chọn máy biến áp có tổ nối dây làm mát bằng không khí tự nhiên b) - Tính các thông số cơ bản: - Công suất biểu kiến của máy biến áp: (kVA) - Điện áp sơ cấp MBA: Uf = 380 (V) - Điện áp pha thứ cấp MBA: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Trong đó: - Góc sụt áp khi có sự suy giảm điện áp lưới (V) – Sụt áp trên Thyristor. - Sụt áp trên dây nối. - Sụt áp trên điện trở và điện trở kháng MBA. Chọn sơ bộ: (V). Từ phương trình điện áp khi có tải ta có: (V). Điện áp thứ cấp MBA: (V). - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA: (A). - Dòng điện sơ cấp MBA: (A). Tính toán sơ bộ mạch từ - Tiết diện sơ bộ trụ: Trong đó: - kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6. - m: số trụ MBA lấy m = 3 - f :Tần số nguồn xoay chiều lấy f = 50 Hz Thay số vào ta được: (cm2) - Đường kính trụ: (cm). Chuẩn đoán đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 12 (cm) - Chọn loại thép các lá thép có độ dày 0,5 mm Chọn mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 (T) - Chọn tỷ số: h = 2,3.d = 2,3.12 = 27,6 (cm) Thông thường m = (2 – 2,5 ) Ta chọn chiều cao của trụ là 27 (cm). 4. Tính toán dây quấn Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA. (vòng) Lấy W1 = 145 vòng - Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA: (vòng). Lấy W2 = 40 vòng - Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA. Với dây dẫn bằng đồng, MBA khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) - Tiết điện dây dẫn sơ cấp MBA: (mm2). Chọn dây dẫn tiết diện chử nhật cấp cách điện B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn S1 = 20,89 mm2 Kích thước dây dẫn có kể cả cách điện Sd.d = a1 . b1 = 3,15 .6,7 ( mm x mm) - Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA: (mm2) Chọn dây dẫn tiết diện chử nhật cấp cách điện B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn S1 = 73,62 mm2 Kích thước dây dẫn có kể cả cách điện Sd.d = a2 . b2 = 3,8 .19,5 ( mm x mm * Kết cấu dây dẫn sơ cấp: Thực hiện kiểu dây quấn đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục: - Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp: (vòng). Với: h chiều cao trụ Kc = 0,95 Hằng số ép chặt hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Chọn sơ bộ khoảng cách điện gông là 1,5 cm - Tính sơ bộ lớp dây quấn ở cuộn sơ cấp: (lớp) Chọn số lớp là 5 lớp. Như vậy có 145 (vòng) chia thành 5 lớp mổi lớp có 29 (vòng) - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: (cm) - Chọn ống dây quấn làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 cm - Khoảng cách từ trụ đến cuộn dây sơ cấp A01 = 1,0 (cm) - Đường kính trong của ống cách điện Dt = dFe + 2.a01 - 2.S01 = 12 + 2.1 - 2.01 = 14,2 (cm) - Đường kính trong của cuộn sơ cấp Dt1 = Dt + 2.s01 =14,2 + 2.0,1 = 14,4 (cm). - Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp cd11 = 0,1 (cm). - Bề dày cuộn sơ cấp. Bd1 = (a1 + cd11 ).n11 = ( 0,315 + 0,1).5 = 2,1 ( cm) - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = DT1 + 2.Bd1 = 14,4 + 2.2,1 = 18,6 (cm). Đường kính trung bình cuộn sơ cấp: (cm) - Chiều dài dây quấn sơ cấp: L1 = W1. .DTB1 = 145. .16,4 = 7,5 (m). - Chọn bề dày giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp A12 = 1,0 (cm) - Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: .h1 = h2 =21,1 (cm). - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp: (vòng). - Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: (lớp) Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n12 = 4 ( lớp), 4 lớp mổi lớp có 10 vòng. - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: (cm) - Chọn ống dây quấn làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S01 = 0,1 cm - Khoảng cách từ trụ đến cuộn dây sơ cấp A12 = 1,0 (cm) - Đường kính trong của cuộn thứ cấp DT2 = Dn1 + 2. a12 = 18,6 + 2.1 = 20,6 (cm) - Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp cd22 = 0,1 (cm). - Bề dày cuộn thứ cấp. Bd2 = (a2 + cd22 ).n22 = ( 0,38 + 0,1).4 = 1,92 ( cm) - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = DT2 + 2.Bd2 = 20,6 + 2.1,92 = 24,44 (cm). Đường kính trung bình cuộn sơ cấp: (cm) - Chiều dài dây quấn sơ cấp: L2 = W2. .DTB2